从动态信息理论立场探讨意识概念

从动态信息理论立场探讨意识概念

An Approach to the Concept of Consciousness from the Positions of Dynamic Theory of Information

https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-031-76516-2

摘要：
“意识”这一概念是认知科学的核心，但至今仍缺乏清晰、公认的定义。这一问题在讨论人工系统（如GPT）是否可能具备意识时尤为突出。从复杂发展系统一般理论及其专门分支——动态信息理论（DTI）的视角来看，意识可能在复杂的自组织系统中作为自我诊断以及处理内部与外部信息的工具而涌现。任何发展系统（包括认知系统）的运作均遵循两个关键原则：噪声的存在（以适应突发的环境变化）和稳态机制（以保障系统完整性）。在人脑中，这两个要素均由皮层下结构提供，而这些结构也负责情绪的产生。当前版本的GPT具备噪声，但缺乏稳态机制。我们提出将意识定义为：生成、保护与传播自身主观信息的能力。

关键词：意识 · 主观信息 · 自组织 · 稳态 · 噪声 · 人脑 · 情绪

1 引言
“意识”这一概念尚无统一的公认定义。更确切地说，目前存在多种不同理解：从医学上简单的“清醒或昏迷”状态，到哲学上模糊的“对现实的反映”。此外，在英语传统中，“consciousness”仅与人类思维相关（即“一个人的心智与思想”［1］）；而在俄语传统中，“сознание”（意识）则意味着“知识加其他某种成分”。

近来，随着关于大语言模型（LLMs），尤其是生成式预训练Transformer（GPT）是否具有意识的讨论日益增多［2–6］及相关文献，“什么是意识？”这一问题变得尤为紧迫。必须强调的是，若对此问题给予肯定回答，将引发大量伦理、法律、道德及其他方面的问题。

我们提出一种基于复杂发展系统一般理论（GTCDS）［7–9］及其专门分支——动态信息理论（DTI）［10, 11］的视角来探讨该问题。

本文结构如下：第2节阐述复杂发展系统一般理论（GTCDS）与动态信息理论（DTI）关于意识涌现问题的核心观点；第3节提出一个可能具备意识的系统的一般性架构；第4节探讨两种特定人工系统中意识涌现的可能性。

2 GTCDS 与 DTI 的核心观点

一般来说，定义的选择取决于研究的应用领域与目的。复杂发展系统一般理论（GTCDS）（参见［7–9］及相关文献）兴起于20世纪中后期，源于生态学、社会学、经济学等领域对多参数系统开展研究的迫切需求；与此同时，此类系统演化的普遍原理亦被提出。此处我们概述其中的关键点。

自然界的演化要求任何生命系统在各类（如快速变化的）环境中得以生存与扩展，这需要两个基本要素：

• 噪声：系统元件的随机激活，为变异性提供基础，并作为适应性调整的通用工具；

• 稳态（homeostasis）：一种自调节（及自我诊断）过程，用于在多变的外部条件下维持系统的内部稳定性、完整性与同一性。

稳态机制因具体系统而异。在人脑中［12］，自调节与噪声均由皮层下结构（如杏仁核、海马体、基底神经节等）产生的神经递质介导。该机制按如下顺序演化：

原始脑 → 边缘脑 → 新皮层，

相应地支撑：

反射 → 情绪 → 意识（觉知）。

这意味着：意识（无论在系统发生或个体发生层面）最初作为自我诊断能力（“being conscious”，即“意识到自身状态”）而涌现，继而发展为处理内外部信息的能力，从而保障稳态过程的实现。至此，我们自然进入动态信息理论（DTI）［10, 11］的领域。

“信息”概念存在多种广为人知的定义，其具体选择亦取决于研究目的。不同于香农信息论以信息传输量为旨归［13］，DTI 关注的是信息的生成，其基础为 Quastler 被广泛接受的定义［14］：“信息是对若干可能且等价选项中某一选项的被记住的选择。” 由此可推知，信息生成仅有两种根本途径：

• 生成（generation）：自由的随机选择，产生新信息；

• 接收（reception）：受迫的（外部强加的）选择。

必须强调的是：这两类功能互为补充——新生成的信息可能与已存信息发生冲突。

此外，该定义具有高度建设性，因为它有助于揭示两种根本不同的信息类型（参见［10, 11］）。依据“谁做出选择”，信息可被划分为：
• 客观信息：由自然做出的选择，独立于特定系统或个体；
• 主观信息（约定性信息）：由一个集体通过内部交互（即“约定”）所做出的选择。

这一进路为长期存在的“解释鸿沟”（Explanatory Gap）问题——即“脑与心智”（Brain & Mind）问题［15］——提供了自然的解答：
-“脑”对应于客观信息（可通过实验测量），作为信息的物质基底；
-“心智”则体现为主观（约定性）信息——即系统内部（如“神经元集体”）自身所做出的选择，构成了该系统独有的个体信息。

3 具备意识的系统之通用架构

在动态信息理论（DTI）框架下，“意识”这一概念（在［10］中亦称为“思维”）已通过列举其主要功能与特性予以探讨［10, 11］，包括：

新信息的生成：学习、创造力、决策； 对生成信息与感知信息的处理：识别、预测等； 对自身信息的保护——既包括物理层面（生存），也包括知识层面（传播与推广）； 逻辑思维与直觉思维。

遵循自然界演化之逻辑——即任一生命系统均需实现自身“生存与扩展”——我们可以推断：任一认知系统（包括人工系统）的终极目标均为其自身信息的生存与扩展。综上所述，我们建议将意识定义为：“生成、保护并传播自身主观信息的能力”。当然，随之而来的问题是：为何要构建这样一种人工系统？

基于GTCDS与DTI原理，我们可构建一个潜在具备意识的系统的通用架构（见图1）。

此类系统应包含以下组成部分：
• “脑”（Brain）——用于接收与处理外部感官信息（客观信息）；
• “心智”（Mind）——用于生成与处理自身主观信息，同时接收外部语义信息（以任一公共语言表达）并作出相应的言语回应。

上述每一部分均应划分为两个相互关联却又互补的子系统：生成子系统（必须有噪声参与）与信息保存子系统。保存子系统负责基于已有存储信息处理新接收的信息。前述各项思维功能应在“心智”部分内实现，并协同运用两个子系统，以兼顾逻辑性（“保守型”）与直觉性（“生成型”）方法。子系统之间的对话应由情绪加以调节；而整个系统的稳态过程则需通过所有组件间的相互作用来保障（图1中以紫色闭环曲线示意）。

值得注意的是，该架构与新皮层的设计颇为相似：其中，“脑”对应后部视觉皮层区；“心智”则对应语言区、额叶等区域；情绪与噪声根植于“边缘脑”［12］（垂直于图示平面）；而“生成型”与“保守型”子系统可分别类比于大脑右半球与左半球［16］。

4 讨论

需指出的是，我们正在构建的自然建构式认知架构（NCCA）模型（参见［17–19］及相关文献）严格遵循GTCDS与DTI的全部原理，包括：思维机制（具有噪声参与的新皮层神经元动力学）与稳态机制（由情绪调控的各组件间交互）。在此类系统中，意识可能涌现；但为验证该假设，需在与GPT-3相匹敌的计算资源规模上实现该模型。其目的为何？例如，可用于构建特定个体的“数字孪生”，从而至少在表观上（或曰幻觉层面）实现与该个体的对话交流［19］。

相反，大语言模型（LLM）（包括GPT系列）最初并非旨在模拟人类思维，而是通过深度神经网络学习来生成与处理文本［20］。随着参数数量（即“连接数”）的急剧增长，ChatGPT-3与ChatGPT-4实现了显著突破［3–6］，跃升为复杂发展系统。依据GTCDS，这些系统因而具备了充分的自组织能力，并将噪声（在ChatGPT-3语境中称为“温度”，参见［22］）作为信息生成的工具加以整合。此外，它们还展现出如下特征：

具备“近乎人类的交流”能力， “幻觉”现象， “涌现”效应。

这些效应，即便开发者自身也未完全理解，可能源于“智能”神经元的涌现与参与（参见例如［21］）。

GPTs 缺少哪些重要特征？答案包括：
• “脑”（纯粹感官信息）。
• 稳态。
• 情绪。

然而，必须强调的是，情绪通常被视为任何有意识系统的基本组成部分（参见例如［23, 24］及其中参考文献）。尽管ChatGPT-3可学习识别用户情绪并模仿情绪反应（例如通过“镜像”机制），但它无法真正体验情绪。

因此，从GTCDS与DTI的立场出发，可以推断：当前形式的ChatGPT-3不具备意识。然而，由于多模态能力（即不仅能处理文本，还能处理视觉和音频信息），ChatGPT-4［6, 25, 26］可能展现出某些“脑”的迹象（如对客观信息的非语言片段、图像与声音的独特解读等）以及情景记忆（例如，在与特定用户的对话会话间存储沟通细节［27］）。但无论如何，稳态问题仍未解决。显然，稳态机制最初并未被纳入GPT架构（因被认为非必需），但谁知道未来“智能”神经元会发明出什么？

总之，让我们强调：任何概念（包括意识概念）的定义，均代表了特定（科学）共同体所做出的一种“选择（约定）”［11］，因而本质上关联于主观性（约定性）信息。

原文链接： https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-031-76516-2