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盛大手游:「自我意識」真的遙不可及嗎?

本文由:段氷羙 编辑 2019年09月18日 10:02 民生百态257 ℃

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那麼﹡,究竟是怎樣的計算機制控制着這種身體錯覺的產生呢↑♂☆?相信大家都聽說過貝葉斯理論↑⊿〇,如果我們的大腦接收到的各種信息之間存在衝突☆,那麼大腦就需要根據各種信息的可靠性來推測真實的情況◇。將這個原理利用到身體感知中∟,便有了貝葉斯因果推斷模型(Bayesian Casual Inference Model)↑﹡☆。目前神經科學家們普遍認為♀□⊙,我們的對身體的主觀體驗並不是感覺信息的直接反映↑☆◇,而是大腦結合外部感覺信息和內部已經存在的經驗共同建構出來的□。在某些特定的條件下▽◇,比如精神分裂症中〇,當神經系統的感知整合不再受控♂□〇,我們的主觀體驗也會隨之偏離正軌⌒⌒⊙。

圖3 貝葉斯因果推斷模型更為重要的是♂∵▽,研究人員還發現獼猴前運動皮層中群體神經元的放電活動與行為學水平上的手臂錯覺程度密切相關↑π。無論在何種程度的偏轉條件下┊〇♂,當錯覺較強時∴?◇,群體神經元的放電模式與偏轉0°時(具有最強的錯覺)的反應模式更相似(圖4左π♂,顏色越紅越相似);而當錯覺較弱時♂,其放電模式與偏轉0°時反應模式的相似度也就越低(圖4左∵☆,顏色越藍越不相似)△。

而我們的大腦則類似於一架貝葉斯推斷機┊◇◇,它能夠整合根據經驗得到的先驗預期和當前感官接收到的信息來估計相關事件發生的概率(圖3上)⊿。

認知心理學家們在1998年首次發現了這一神奇而穩定的現象﹡,然而長久以來科學界卻一直缺少一個身體擁有感和身體所有權錯覺在神經系統層面上的合理解釋∵。

與軀體失認症截然相反的病症則是幻肢覺——在傷口痊癒后的很長一段時間里⊙∵?,80%以上的截肢者仍然可以感覺到自己失去的肢體∴▽。幻肢覺無時無刻不伴隨着大部分意外失去肢體的人們♂∴,當殘肢被觸摸的時候⊿?,他們能夠感受到失去的手臂或腿部正在受到壓力;不論是在走路、坐下或是伸展四肢時都會覺得肢體仍然在正常運動﹡⊙。

「自我意識」的涵蓋面複雜而廣泛⌒,但值得慶幸的是◇⊙,總有那麼一小撮研究者們敢於接住這燙手的山芋——比方說◇,以「身體擁有感」這一感知作為切入點♂?,通過神經科學的手段來探索意識的本質和自我的邊界π↑。

來源:中科院之聲1985年∵,軀體失認症患者Sacks這樣描述自己的癥狀:「一個人應該能夠分辨自己的身體⊿♂,分辨哪些為身體所屬而哪些不是——但這條腿↑,這樣東西… 它不對勁⊙↑⊙,它不是真實的——我感覺不到它的存在⊿?⊿,我覺得它不屬於我」♂⊙π。

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橡皮手效應(Rubber Hand Illusion⊿♂⊙,RHI)指的是在特定的多感官條件下↑◇,我們將人造手或假手(Rubber Hand)誤認為是自己的手的幻覺體驗過程▽。舉個例子♀↑,當自己真實的手和人造假手以相近的姿態放置┊⊙◇,並同步地施加刺激(被動式)?,或以相同姿態同時運動(主動式)時∴▽,那麼在真實手被掩蔽的情況下π┊,我們就會自然而然地產生一種「模型假手好像是我的手」的奇妙錯覺——對模型假手產生了擁有感﹡♀〇。

圖1 人和獼猴實驗設備和行為學任務示意圖從本體感覺偏移的測量結果可以看到⊙﹡,人類被試和獼猴都展現出了類似的行為模式??。當視頻手和真手偏差較小時♂﹡△,被試更偏向于相信看到的視覺手就是自己的手﹡∵⌒,此時本體感覺偏移由視覺信息主導;而當偏差逐漸增大時π♂♂,被試越來越不相信看到的手是自己的手∵⊿。人類被試的問卷也表明?∵,被試此時失去了對視覺手臂的擁有感∴□,被試受視覺信息的影響減小♀?▽,這時的本體感覺偏移也就不再增大∴,甚至反而減小了⌒。這項實驗首次證實了獼猴也能產生與人類被試類似的橡皮手錯覺??♀。

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事實上⊙▽,研究人員發現人和獼猴的行為結果確實符合貝葉斯因果推斷模型的預測(圖2A):當視頻中的手和真手的空間位置越接近♂♂,大腦認為兩種信息來自同一來源——都真實地反應了自己真手——的可能性(Pcom)就越高♂∟。此時〇☆,主觀感覺到的手臂位置也就會更偏向視頻中手臂的位置π♂﹡。同時☆?▽,人類被試對視覺手擁有感的打分也越高(圖2B)♂。統計結果也證實▽♀∴,視覺手擁有感打分(ownership)和模型擬合得到的Pcom間存在顯著的相關性(圖2B右)〇□┊。

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為了進一步驗證這一發現∴,研究人員又將視頻中的手臂畫面替換成了一塊尺寸相似的木塊↑﹡。根據貝葉斯因果推斷模型的預測π□∵,當我們看到的物體的外觀與真正的身體明顯不一致時〇∵,大腦內已經存在的經驗 (Prior)會告訴我們看到的物體不太可能是身體的一部分⌒〇﹡。因此對視覺木塊的擁有感將顯著降低♂↑△。實驗結果確實驗證了這一預測∵♂◇,相比視覺手臂組▽∵∴,木塊組中人和獼猴的本體感覺偏移顯著降低﹡♂。並且⊙,木塊條件下模型預測的視頻上的手和真手來自「同一來源」的概率(Pcom)顯著低於手臂組〇∴∴。這些結果也進一步證實了模型中的 Pcom與手臂擁有感的相關性∵♀。神經元的活動也顯示♂∟,獼猴前運動皮層中群體神經元在木塊條件下的放電反應與偏轉0°時反應的相似度明顯降低(圖4右∴,整體顏色更藍)☆。

最後⊿↑∟,讓我們再回到最初的問題:自我意識真的遙不可及嗎?┊﹡?那些看似抽象的哲學問題真的不能被研究嗎π☆?也許從一開始♂〇,我們就問錯了問題——可能更有意義的提問方式是♀,面對這個極端複雜而又奇妙的問題♂,我們可以做些什麼來推動它的進展□,我們能夠創造出怎樣的科學手段來改善長久以來的茫然無知的現狀⌒。我想最終的結果一定會是很多神經科學家們所夢寐以求的♂。

圖4 前運動皮層群體神經元反應模式綜合這些結果∴∵┊,研究人員認為□▽△,我們大腦對自己身體的感知不僅依賴於外界感覺信息(視覺?,本體感覺等)的輸入☆△,還會結合大腦內已經存在的經驗信息∴,並以貝葉斯因果推斷模型的方式組合這些來自不同層面的信息﹡▽♂。其中的核心步驟?〇﹡,對「同一來源」這一概率的編碼則主要與前運動皮層神經元的活動有關◇。

軀體失認症是一種離奇的神經系統綜合症﹡□☆,它的存在從側面證明了人類感知自我身體的能力直接受到神經系統的制約☆,換句話說π◇,正是神經系統本身——而絕非身體本身——決定了我們對於自己身體的感知力♀。

對於研究手臂感知的實驗來說♂▽♀,其中一個關鍵問題是∟∟,如何設計實驗來測量被試對手臂的擁有感☆◇。雖然⊿♀?,對於人類被試♂♂,我們可以非常方便地要求他們口頭彙報?,但顯然這種方式並不適用於動物◇⌒。幸而□△,橡皮手錯覺的實驗告訴我們⊙,當被試看到的假手和他的真手位置不一致時π?⊿,被試對假手擁有感的強弱(錯覺強弱)與他彙報的手臂位置往假手方向的偏移程度——本體感覺偏移——非常相關⊿☆∵。利用這一點⌒∟π,研究人員巧妙地設計了一種目標點指向任務﹡△,要求獼猴和人類被試在自己的真手被遮擋的情況下△⊙,盡量準確的用自己的手指向目標點(圖1中的紅點)⌒∵。同時〇,研究人員利用計算機處理﹡⊿,在視頻上實時呈現被試的手臂畫面◇。並且∵,為了產生不同程度的錯覺效果▽,視頻中的手臂畫面與被試的真手會存在不同程度的偏差⌒。如圖1中所示⊙∵⌒,如果視頻中的手順時針偏轉30°?,由於錯覺的存在▽┊,被試感覺到的手臂位置會往視頻中假手的方向偏移⊿♂,因此♂⊿,他們指向的位置會偏向目標點的左側⊿。此時⌒,目標點就代表了被試主觀上感覺到的手臂位置△⌒,目標點與真手之間的偏差(本體感覺偏移)程度則代表了被試多大程度上覺得視頻中的就像是自己的手♀。

一直以來〇﹡⊿,由於缺乏可靠的方法改變動物對身體的感知並測量這種改變∟〇↑,我們對於自我身體感知背後的神經機制幾乎一無所知◇∵。這項研究不僅為自我身體感知的理論模型提供了重要的行為學和電生理證據〇♂,更重要的是為進一步研究身體自我意識的神經機制提供了可客觀測量的行為學任務和非人靈長類動物模型↑。這為將來真正理解自我意識⊿,人工智能和腦機接口的研發以及精神疾病的治療提供了重要的實驗基礎⊙↑□。

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那麼π,這種錯覺在我們的腦中究竟是如何產生的呢π〇?2019年9月4日◇▽♀,《美國科學院院刊》在線發表了題為《獼猴自我身體編碼的統計模型和神經元表徵》的研究論文〇☆♂,該工作由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心的王立平研究組完成⊿□♂。研究人員利用自主設計搭建的虛擬現實呈現系統┊,在獼猴和人類被試上建立身體幻覺行為學範式⊙,並對其身體擁有感進行定量行為學測量和計算建模?♂。更重要的是♂△,研究人員通過電生理記錄的方式⊿△□,發現了獼猴大腦前運動皮層的群體神經元以貝葉斯因果推斷的方式對身體擁有感進行編碼﹡。

究竟是什麼使得肢體健在的人在意識上卻對自己的身體「視若無睹」┊?又是什麼使得因故失去肢體的人對自己「擁有肢體」這一執念如此之深π□⌒?換句話說∟,我們的大腦依據什麼來判定自我與非我的邊界☆?「自我意識」對於神經系統而言到底意味着什麼?〇?——「我是誰」這一問題作為哲學三大命題之首早已於2005年在 Science 雜誌周年慶典時被評為最重大的科學問題之一□?,自然地∟◇,這個「棘手」的問題也被神經科學家們不斷地探索和提及◇∟。

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圖2 行為學結果和模型擬合結果⊙?▽。A∟♂∵。 行為學結果以及兩種模型(CI:貝葉斯因果推斷模型▽,FF:最優整合模型)的擬合結果比較∟。B□⌒□。 模型擬合的Pcom與人類被試的錯覺打分非常類似⊿⌒♂。左側圖為兩名典型被試⊿∵,紅色線為Pcom♂⊙,藍色線為錯覺打分;右側圖為被試間的相關性↑。

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