在古代，自然科學與社會科學是渾然一體的，16世紀以后，自然科學逐步從神學或哲學中分離出來，取得了獨立的地位，自然科學的各個學科逐步融合，物理學、化學、生物學形成了完整的鏈條。按照基本粒子、原子、分子、生命、意識、社會的進化歷程，社會科學最終也會整合到這一鏈條之中，統(tǒng)一性是科學的基本要求之一。
交叉科學的發(fā)展促進了科學的統(tǒng)一，生物化學使生物學與化學連成一體，化學鍵的量子力學解釋使化學有了物理學基礎?？茖W最后的也是最大的分裂是自然科學與社會科學的分裂，而認知科學的發(fā)展可能促成它們的統(tǒng)一，因為社會是由人組成的，而認知科學所解決的恰恰就是“人是什么”的問題。反過來也可以說，不消滅自然科學與社會科學之間的斷層，認知科學也就沒有立足之地。
認知科學研究人腦的認知過程和機制，包括意識、感情、思維這樣的高級神經(jīng)活動。20世紀70年代興起的認知科學本身就是一門交叉科學，涉及哲學（認識論）、心理學、人類學、腦神經(jīng)科學、語言學和計算機科學（人工智能），還可以加上進化生物學和動物行為學。
另一方面，認知科學所研究的內(nèi)容實際上是用科學的方法回答“人是什么”這一問題，而“人”是人文社會科學的基本元素，因此對這一問題的科學解釋將促進人文學科的科學化，促成自然科學和人文社會科學融合成統(tǒng)一的大科學?！叭恕闭幵谧匀豢茖W和社會科學的分界線上，成為二者之間的隔離帶，但如果對“人”能有科學的解釋，那么“人”就可以成為連接二者的橋梁。
一、“人”是什么
這里所說的“人”當然不是指人的生物學特征，而是指與人文社會科學有關的部分，即人的精神世界，或者說是人的“意識”，也就是人之所以認為自己是個人的那種功能。
近年來，關于意識的研究正在逐步引起心理學、腦神經(jīng)科學、醫(yī)學、認知科學等各相關學科的重視。
關于意識有一個基本的共識，即意識是人腦的功能。這是每一個想要用科學的方法研究意識的人都必須接受的結論，否則就等于承認意識是超自然的靈魂表現(xiàn)，把關于意識的研究推給神學家，趕出科學領域。但是，達到這個基本共識的道路并不平坦，所以克里克會稱之為“驚人的假說”。
曾因發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結構而獲諾貝爾獎的克里克在《驚人的假說》一書的頭一句話就說：“驚人的假說就是說，‘你’，你的喜悅、悲傷、記憶和抱負，你的本體感覺和自由意志，實際上都只不過是一大群神經(jīng)細胞及其相關分子的集體行為……這一假說和當今大多數(shù)人的想法是如此不相容，因此，它可以真正被認為是驚人的。”當然，克里克所說的“大多數(shù)人”是指西方等受宗教影響較大的地域。就中國人而言，自孔夫子不語怪力亂神以來，中國的知識界向來不把超自然的鬼神靈魂之說看成可以認真對待的正經(jīng)話題。因此在我們看來，克里克的說法完全合乎常理，并無驚人之處。
但是，我們也不可低估怪力亂神在西方的影響力。例如，諾貝爾獎獲得者艾克爾斯、著名哲學家波普爾、著名物理學家彭羅斯（《皇帝新腦》作者）都堅持“心腦二元論'。他們秉承笛卡兒、萊布尼茲的傳統(tǒng)，認為存在著與物質世界獨立的精神世界，靈魂、意識、自我、自由意志都是精神世界的特有現(xiàn)象，遵循與物質世界不同的規(guī)律。
進化論提醒我們，雖然進化并不創(chuàng)造完美無缺的生物，但生物的多數(shù)重要性狀是有利于生物生存的。由此可以推測出意識的功能可能對于提高人類（或其他不同程度具有意識的生物）的適應度起到很大作用，而了解這種作用對于理解意識的機制會很有幫助。
對此，理查德·利基在《人類的起源》中有如下的說法：
在尋求這些問題的答案時，我們不能回避意識是“為了”什么而出現(xiàn)的問題，如同丹尼特所提出的：“是否存在著任何一個有意識的實體能為他自己做的事情，而那個實體的完美的無意識的模擬物卻不能為他自己做的事情？”牛津大學的動物學家理查德·道金斯也承認這是令人困惑的。他講到生物體需要能預見未來，這種能力是用計算機來模擬腦子同樣可以得到的。他宣稱，這個過程是不需要有意識的。然而，他提到“模擬進化的能力似乎最后達到主觀的意識。”他認為為什么竟然會發(fā)生這種情況，是當代生物學面臨的最深奧的問題?！耙苍S當腦對世界的模擬變得如此完美以至于它必須包括一個它自身的模式時，意識就出現(xiàn)了?！?/p>
看來我們面臨的是一個“最深奧的問題”，對此很難有一種單刀直入的解決方法，需要兩方面的遷回包抄。一個是進化論的啟示，一個是人工智能的成果。
人類自稱是“萬物之靈”。靈與不靈姑且不論，至少我們還沒有發(fā)現(xiàn)另一種動物可以在智力方面向人類提出挑戰(zhàn)，因此說人是最聰明的動物大概不會錯。問題在于什么是智力，人怎么會進化到如此聰明，需知那些“愚蠢”的動物們也可以活得很好。人的智力首先體現(xiàn)在人是有“文化”的。動物也存在“文化”現(xiàn)象，但與人相比，其生存技能主要來自遺傳本能，而人卻是主要來自后天習得的文化。在有文化資源可利用時，顯然善于學習者更有利于生存。
這里面有個先有雞還是先有蛋的問題，智力可以創(chuàng)造文化，文化有利于智力發(fā)展，到底何者在先呢？這個進化過程可以這樣考慮：群居的猿由于需要處理復雜的個體間關系（玩政治），導致智力一定程度的發(fā)達，同時在智力不太發(fā)達的狀態(tài)下，也可以在長時間里積累一定的文化。當文化中積累的生存技能與本能相比占到一定比例，足以使智力的高下影響生存和繁殖的適應度，就會形成促使智力提高的進化壓力，而較高的智力又會創(chuàng)造更多的文化，增加文化積累、加大對智力的進化壓力，在這樣的正反饋機制作用下，使人類在幾十萬年的短暫時間里腦容量急劇增大，進化成智人。
由此可知，所謂“智力”指的就是學習的能力，是通過學習掌握文化提供的生存技能的能力（也包括創(chuàng)造新文化的能力，但學習與創(chuàng)造的機制是很相似的，學習是有引導的創(chuàng)造〉。
動物與機器也具有學習的能力，但與人相比其學習傾向于一次性和非持續(xù)的。持續(xù)性學習的關鍵在于把此次學習的結果當成下次學習的前提條件，或者說是轉移學習焦點的機制。我們有足夠的理由認為“意識”就是這樣一種機制。
克里克在《驚人的假說》一書中說：“早在一百年前，三個基本的觀點就己經(jīng)盛行：①井非大腦的全部操作都與意識有關：②意識涉及某種形式的記憶，可能是極短時的記憶：③意識與注意有密切的關系?！?/p>
關于上述的第①條，我們可以認為人腦的絕大部分信息處理是在無意識中完成的。通過簡單的內(nèi)省就可以發(fā)現(xiàn)，我們從內(nèi)部只能觀察到信息處理的結果（或一系列結果），卻不可能觀察到信息處理的過程（如果我們能觀察到大腦信息處理過程，大腦對我們自己將完全透明，而不像現(xiàn)在這樣充滿謎團）。
關于第②條，我們需要知道為什么意識只與短時記憶有關。實際上人類的學習過程存在著一個難題：我們應該記住對我們將來有用的信息，但是在信息出現(xiàn)時我們還不知道它將來有沒有用。如果全部記憶，我們的大腦顯然不夠用，如果全都不記，我們就不能學習。為此，人腦的記憶采用了一種巧妙的方法，把記憶分成短、中、長期不同的方式。短時記憶內(nèi)容較全，然后根據(jù)其短時內(nèi)表現(xiàn)的重要性被轉為中期記憶，再根據(jù)中期內(nèi)表現(xiàn)的重要性轉為長期記憶。這種轉移不是單純的復制，而是抽取重要部分加以結構化，占用較小的存儲容量而達到較大的效果。中長期記憶在被使用時仍然被調入短時記憶，因此意識只要與短時記憶有關就可以知道一切。短時記憶的內(nèi)容取決于“注意”的方向。
第③條在直感中也容易理解，對于學習而言，注意的必要性顯而易見。古人也說過：不專心致志，則不得也。但是，注意對于學習還有更深一層的意義：人工神經(jīng)網(wǎng)絡的研究結果表明，神經(jīng)網(wǎng)絡的所有學習算法，都是NP完全或NP困難的，這意味著對參與學習的神經(jīng)網(wǎng)絡的規(guī)模必須有所限制，可以稱之為學習的局部化。而注意機制恰恰起到了約束信息規(guī)模的作用。從人類學習復雜技能的過程可以看出注意的作用，以學習汽車駕駛為例，在整個學習過程中注意的內(nèi)容大致按以下順序實現(xiàn)焦點轉移：點火開關、油門、剎車、離合器、換擋、方向盤→拐彎、直行、倒車→沿路行駛、避讓、停車→交通規(guī)則、標識→前往目的地的路徑→環(huán)境變化。
由此可見，意識是持續(xù)學習過程的組織者，從而可以推論出不具備學習能力或只有簡單學習能力的動物是沒有意識的，或者說意識的完善程度與持續(xù)學習能力成正相關。
關于第③條，我們最感興趣的是注意的方向由“誰”控制？這個問題不解決，我們很容易回到二元論的“靈魂”學說。忽略細節(jié)，一種集中簡化的說法可以是，控制注意方向的是運行于無意識中的“技能”。這種技能就像開汽車的技能一樣，是在使用過程中不斷提高的。例如眼球運動的控制，只要觀察從嬰兒到專業(yè)人員的眼球運動方式的變化過程，就可以直兢地理解“技能”是怎樣提高的。我們的眼球運動通常是無意識的，“賊輸一眼”就是這個原因。
而眼動與注意方向的關系也是眾所周知的，即所謂“眼睛是靈魂的窗戶”。當然注意不僅僅是眼動，還包括其他感覺和記憶，努力回憶起什么事情時，注意就指向了中長期記憶。如果有人突然問你：“你在想什么呢？”你的注意就會指向自己的短時記憶。實際上你要回答的是自己“剛才”在想什么。這樣的短時記憶和注意的相互作用就是我們知道“我思”的機制，從而也可以實際感到“我在”。
總結這三條，可以看到這樣一個'超循環(huán)飛無意識的技能控制注意的方向操作，注意方向所決定的內(nèi)容進入短時記憶，短時記憶的內(nèi)容經(jīng)由學習算法的精煉進入中長期記憶，從而改進和提高長期記憶中存在的技能，其中包括控制注意方向的技能。就是這些各自無意識的功能的循環(huán)作用產(chǎn)生了意識，產(chǎn)生了自我的感覺，也實現(xiàn)了持續(xù)學習的積累過程，使得人類在具有意識的同時獲得了超群的智力——持續(xù)學習能力。
二、自由意志
自然科學與人文學科最難以統(tǒng)一的問題是物質與精神的關系問題，或稱為心一腦問題。董光壁在論述這一難題時列舉的第一個困難是“協(xié)調兩種世界圖像的困難”，即“價值觀、倫理體系和法律規(guī)范都是以自由意志為前提條件的。然而作為自然科學描述的客體，我們受著普適的自然規(guī)律的控制；如果確定論的意見是正確的，原則上作為原子集合的人的行為應該是必然的和可預見的，不可能有什么自由意志。我們覺得我們自己是自由的，有責任感的人；而科學則告訴我們或似乎告訴我們，我們是遵循嚴格因果律的運動并相互作用著的原子集合。人類的自主性與自然的必然性之間的這種明顯的不相容性，能夠用以支持下述兩個結論中的任何一個：因為我們是自然界的一部分，所以自主性肯定是一種幻覺：因為自主性是一個事實，所以我們不可能完全屬于自然界，人類本性一定具有精神的或非物質的方面”，“因而人類自主性與自然必然性協(xié)調一致的問題便向哲學和科學提出了挑戰(zhàn)?！?/p>
這里需要補充的一點是，站在自由意志對面的不只是“決定論”（確定論），還包括非決定論的因素，例如隨機性和混沌。如果一個人的所有決策都根據(jù)拋硬幣的正反面來做出，那么他依然沒有責任可言。用明斯基（Minsky M）的話來說：“機遇的女神與宿命的女神一樣無情。”一些學者正是因為看不到這一點，才會把量子力學與意識和自由意志扯上關系。
自由意志主要涉及的焦點問題是“決策”，也就是說，不是“怎樣做”而是“做什么”的問題。意識知道自己決策的結果，但不知道決策的計算過程。我們可以假定決策的算法是這樣的：對每一種決策我們都可以預測其成功的概率，以及實現(xiàn)之后的各種收益和各種開銷。對于各種收益和開銷都有對應的評價權值。決策時對不同的行為分別計算其總期望收益，可以是各收益和開銷的加權和乘以成功概率，然后選擇總期望收益最大的行為來執(zhí)行。這只是算法的一個例子，還可以有很多不同的算法，但算法中都會有可變的參數(shù)，如本例中的評價權值和成功概率，改變這些參數(shù)就會改變評價決策的結果。
每當行為完成出現(xiàn)結果時，特別是有意外的成功或失敗時，當初的決策情景會重新進入意識，使得意識察覺不到的決策學習算法自動運行，根據(jù)成敗修正各種參數(shù)，使今后的決策成功率更高。這個回憶過程和當初的決策過程都是算法的計算結果，但卻使我們感到?jīng)Q策是由“我”做出的，是我的“自由意志”在起作用。雖然決策算法可以是完全“決定論”的，但由于行為成敗的隨機性會改變今后的決策參數(shù)，使我們感到?jīng)Q策的不可預測性?？偠灾?，產(chǎn)生“自由意志”錯覺的現(xiàn)象的作用是通過學習優(yōu)化決策能力。這就是人有自由意志錯覺的理由。
'自由意志'在中國的文化中并不占有重要的地位。從“養(yǎng)不教，父之過。教不嚴，師之惰?！钡健叭祟愳`魂的工程師”都是“外因論”的。但在西方文化之中，“自由意志”卻有著至高無上的地位，由于有了自由意志，人才能為自己的行為負責。如果我們僅僅是決定論或概率論的機器，一切社會倫理道德的基礎都將崩潰。所以，西方人要接受'驚人的假說'非常困難。當然，這只是西方哲學形而上學化的缺陷，只要我們考慮會學習的機器，善惡、獎懲都自然會出現(xiàn)在必要的地方，完全不需要“自由意志”的假說。消除兩種世界圖像對立的關鍵在于機器學習的問題，也就是能否把人脯看成機器的問題。一般的機器沒有'責任'可言，但如果機器具備了學習能力，同樣存在賞罰問題，所有的學習算法都離不開評價與賞罰的機制，當機器具有多個可學習的部分時，學習算法就存在責任局部化的問題。更復雜的學習機器不僅能修改自己的行為方式，還能自行修改評價體系，此時機器也要處理價值觀的問題。多臺這樣的機器以非集權的分布方式進行合作時，就需要處理群體中個體間的評價，即廣義的倫理問題?？梢姟皟r值觀”、“責任”、“倫理”應該以學習的需要為前提，沒有必要建筑在“自由意志”的基礎上。所謂“自由意志”只是基督教世界圖景中的一個概念，對科學而言只是毫無意義的多余假定。人文學科要科學化，必須拋棄“自由意志”假說，承認人完全屬于自然界。
自然科學和社會科學的分裂源于前述的兩種世界圖像的對立。如果認知科學能夠說明人也是自然的一部分，那么社會作為人的組合也不會需要非物質的解釋。因此，自然科學所遵循的游戲規(guī)則也應該適用于社會科學，例如不接受任何超自然的解釋，任何權威的言論不能作為初始的證據(jù)。如果討論倫理學問題還需要參考各宗教的意見，只能說明倫理學本身還處于前科學的階段。
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趙南元，1946年4月生于云南省昆明市。1970年畢業(yè)于清華大學自動控制系，1985年于東京工業(yè)大學獲信息工學博士學位?，F(xiàn)任清華大學自動化系教授，出版學術專著《認知科學與廣義進化論》，獲第九屆中國圖書獎。
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