智能和意識(shí)的本質(zhì)問(wèn)題一直是重要科學(xué)挑戰(zhàn)。

21世紀(jì)初以來(lái)，人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展，尤其是大語(yǔ)言模型如ChatGPT的崛起，激發(fā)了公眾和學(xué)術(shù)界對(duì)人工智能社會(huì)影響和未來(lái)發(fā)展的廣泛關(guān)注。

由此，對(duì)于通用人工智能何時(shí)實(shí)現(xiàn)、人工智能能否產(chǎn)生自我意識(shí)等問(wèn)題，人工智能領(lǐng)域?qū)＜抑g也發(fā)生了激烈的爭(zhēng)論。

解決這些問(wèn)題的緊迫性使得建立智能和意識(shí)的基本原理成為當(dāng)前科學(xué)研究的重要課題之一。

2024年6月5日，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和中科數(shù)字大腦研究院的研究人員劉鋒、呂本富和劉穎，以預(yù)印本的方式在線發(fā)表了題為《飛行模型：智能與意識(shí)基本原理的新探索》，詳細(xì)闡述了對(duì)智能和意識(shí)的本質(zhì)問(wèn)題的最新研究進(jìn)展。

論文地址：http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.24518.28484

這項(xiàng)最新研究本研究以建立智能體的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)作為公理基礎(chǔ)，通過(guò)推導(dǎo)出兩個(gè)極端狀態(tài)和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)智能體演化的智能力，構(gòu)建了智能體演化的理論框架。

在飛行原理的啟發(fā)下，提出了智能與意識(shí)的飛行模型，進(jìn)而構(gòu)建了智能與意識(shí)的基礎(chǔ)理論體系。

基于此模型和理論體系，開(kāi)發(fā)了AI智能水平測(cè)試量表和自我意識(shí)存在評(píng)估方法。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)前以大模型為代表的AI已接近人類成人智能水平，但尚無(wú)證據(jù)表明其具備自我意識(shí)。

此外，研究還揭示了實(shí)現(xiàn)具有自我意識(shí)的通用人工智能（AGI）在科學(xué)原理上存在目前無(wú)法克服的局限性。

1. 需要充分回答的五個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

學(xué)術(shù)界已深入研究了智能與意識(shí)的基本原理，提出了多種定義，從不同角度構(gòu)建了理解這兩個(gè)概念的框架，但依然存在重大分歧。

在分析了這些理論和分歧后，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為有五個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要得到更為充分的回答：

• 第一個(gè)問(wèn)題：「誰(shuí)」能夠產(chǎn)生智能與意識(shí)，它們是否是否具有統(tǒng)一的功能結(jié)構(gòu)？
• 第二個(gè)問(wèn)題：系統(tǒng)產(chǎn)生智能與意識(shí)的最終目標(biāo)是什么？
• 第三個(gè)問(wèn)題：驅(qū)動(dòng)一個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生智能與意識(shí)的動(dòng)力是什么？
• 第四個(gè)問(wèn)題：智能與意識(shí)之間是什么關(guān)系，如何區(qū)分？
• 第五個(gè)問(wèn)題：如何對(duì)自我意識(shí)、他者意識(shí)、混合意識(shí)與無(wú)意識(shí)進(jìn)行區(qū)分？

然而，在目前已有的理論中：

• 缺乏對(duì)產(chǎn)生智能和意識(shí)的主體統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的討論；
• 缺乏對(duì)智能和意識(shí)產(chǎn)生的內(nèi)在動(dòng)力和目的的描述；
• 經(jīng)常缺失意識(shí)與智能的區(qū)別和聯(lián)系，往往混淆了二者的概念邊界；
• 對(duì)自我意識(shí)、他者意識(shí)、混合意識(shí)和無(wú)意識(shí)的區(qū)分亦缺乏深入分析。

2014年以來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)圍繞這五個(gè)核心問(wèn)題進(jìn)行了一系列探索性研究，發(fā)現(xiàn)「誰(shuí)」或「主體統(tǒng)一結(jié)構(gòu)」的問(wèn)題是建立智能和意識(shí)基本理論體系的關(guān)鍵。

只有確定了主體產(chǎn)生智能和意識(shí)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，然后對(duì)于這個(gè)主體，產(chǎn)生智能和意識(shí)的目的和動(dòng)力學(xué)機(jī)制才具備探討的基礎(chǔ)。

2. 為產(chǎn)生智能和意識(shí)的主體建立一條公理

這項(xiàng)研究工作是從擴(kuò)展馮諾依曼架構(gòu)開(kāi)始，馮·諾依曼架構(gòu)為計(jì)算機(jī)和人工智能系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的功能框架。

然而，此架構(gòu)未涵蓋人類等生命系統(tǒng)。對(duì)于生命特別是人類有一個(gè)顯著的新特征，即知識(shí)創(chuàng)造能力，例如牛頓提出萬(wàn)有引力，愛(ài)因斯坦提出相對(duì)論。

由此，研究團(tuán)隊(duì)將知識(shí)創(chuàng)造功能加入到馮·諾依曼架構(gòu)中，同時(shí)將存儲(chǔ)功能和計(jì)算功能合并，提出了標(biāo)準(zhǔn)智能體模型。

即一個(gè)系統(tǒng)（智能體）均具備知識(shí)的輸入，輸出，存儲(chǔ)，創(chuàng)造能力以及對(duì)這四種能力的運(yùn)用進(jìn)行控制的能力。

這種功能上的擴(kuò)展不僅使得標(biāo)準(zhǔn)智能體模型適用于計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備，其目標(biāo)是作為一條公理將其覆蓋范圍擴(kuò)展至人類及其他任何一種智能系統(tǒng)。

3. 飛行模型的建立過(guò)程

在標(biāo)準(zhǔn)智能體模型的框架下，可以推導(dǎo)出智能體存在兩種極端狀態(tài)：

• 上帝之點(diǎn)

一種是其五種能力均為無(wú)窮大，這種系統(tǒng)或智能體目前在自然界并不存在或沒(méi)有被科學(xué)發(fā)現(xiàn)，但宗教哲學(xué)中的「上帝」或物理學(xué)的拉普拉斯妖符合這種極端狀態(tài)的系統(tǒng)特征。

這種極端的智能體狀態(tài)被命名為「全知全能智能體」，因?yàn)榉▏?guó)哲學(xué)家德日進(jìn)曾將人類進(jìn)化為全知全能狀態(tài)稱為Ω點(diǎn)。

因此「全知全能智能體」也簡(jiǎn)稱為Ω點(diǎn)。或者通俗的稱為「上帝之點(diǎn)」。

• 死亡之點(diǎn)

另一種極端狀態(tài)是系統(tǒng)（智能體）的五種能力均為0，在自然界或人類制造的物體中，如礦石、金屬塊、 死亡的尸體、報(bào)廢的機(jī)器人等。

它們無(wú)法與環(huán)境進(jìn)行知識(shí)的輸入和輸出交互，也不具備知識(shí)的存儲(chǔ)和創(chuàng)造能力，因此符合這種極端狀態(tài)系統(tǒng)的特征。

這種極端狀態(tài)的智能體被命名為「絕對(duì)0智能體」，與Ω點(diǎn)對(duì)應(yīng)，「絕對(duì)0智能體」簡(jiǎn)稱為α點(diǎn)。或者通俗的稱為「死亡之點(diǎn)」。

• α引力和Ω引力

α點(diǎn)和Ω點(diǎn)是系統(tǒng)或智能體演化的最終邊界，理論上，智能體向這兩個(gè)極端狀態(tài)演化時(shí)，必然需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)。

基于此，可以推導(dǎo)出自然界中應(yīng)存在兩種智能力，在本文分別命名為α引力和Ω引力：

• Ω引力驅(qū)動(dòng)智能體向「上帝之點(diǎn)」Ω點(diǎn)演化，因此也可以稱為「上帝引力」；
• α引力驅(qū)動(dòng)智能體向「死亡之點(diǎn)」α點(diǎn)演化，因此也可以稱為「死亡引力」。

在自然界中，存在眾多系統(tǒng)或智能體向α點(diǎn)或Ω點(diǎn)演化的案例，反映出其背后存在受α引力和Ω引力作用的跡象。例如，人類在過(guò)去20萬(wàn)年中，尤其是近幾個(gè)世紀(jì)，其處理知識(shí)的能力經(jīng)歷了大幅度的提高，展示出向Ω點(diǎn)演化的趨勢(shì)。

另一方面，恐龍因自然災(zāi)害破壞了它們的生態(tài)系統(tǒng)，從而整個(gè)種群逐步演化為α點(diǎn)，徹底滅絕。熊貓由于環(huán)境挑戰(zhàn)和自身問(wèn)題，目前正處于瀕危狀態(tài)，從而趨向于α點(diǎn)。鯊魚(yú)在數(shù)億年的進(jìn)化過(guò)程中保持穩(wěn)定，其處理知識(shí)的能力變化甚微。

人工智能領(lǐng)域的研究者已經(jīng)提到飛行原理與智能原理之間的聯(lián)系。例如，Peter Norvig和Stuart Russell指出，研究智能的基本原理比復(fù)制大腦樣本更為重要。

正如萊特兄弟等人在停止模仿鳥(niǎo)類、開(kāi)始理解空氣動(dòng)力學(xué)原理后才成功實(shí)現(xiàn)「人工飛行」一樣，智能原理的建立也應(yīng)該遵循類似的思路。

中國(guó)人工智能專家鐘義信同樣提出，飛機(jī)設(shè)計(jì)并非嚴(yán)格模仿鳥(niǎo)類的具體結(jié)構(gòu)，而是基于對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)原理的理解；智能原理的建立也應(yīng)該遵循這一思路，而非簡(jiǎn)單地模仿生物智能的具體結(jié)構(gòu)。

智能體的演化邊界和兩種智能力的推導(dǎo)，顯著增強(qiáng)了智能原理與飛行原理之間的聯(lián)系。

飛行一般被定義為飛行物在重力和升力的作用下在地平線和卡門線運(yùn)動(dòng)的能力或現(xiàn)象，由此在飛行現(xiàn)象的啟發(fā)下，研究團(tuán)隊(duì)將標(biāo)準(zhǔn)智能體模型與兩個(gè)演化邊界（α點(diǎn)和Ω點(diǎn)），以及兩種智能力（α引力和Ω引力）進(jìn)行組合，構(gòu)建出智能體演化的動(dòng)力學(xué)模型，即智能與意識(shí)的飛行模型（Flight Model，F(xiàn)M）。

4. 智能和意識(shí)基礎(chǔ)理論體系的建立

借鑒飛行原理對(duì)飛行的描述，基于飛行模型（FM），研究團(tuán)隊(duì)在論文中提出：智能是系統(tǒng)或智能體在在Ω引力和α引力的作用下，綜合運(yùn)用5種基本能力實(shí)現(xiàn)向Ω點(diǎn)或α點(diǎn)演化的能力。

智能也可以被通俗的描述為「一個(gè)系統(tǒng)或智能體在上帝引力和死亡引力的綜合作用下，通過(guò)5種基本能力的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)向上帝之點(diǎn)或死亡之點(diǎn)演化的能力」。

在智能體的五項(xiàng)能力中，知識(shí)的輸入、輸出、存貯和創(chuàng)造能力偏重知識(shí)的處理過(guò)程，因此可以視為智能體的基礎(chǔ)智能，而控制能力掌控了前四種能力的運(yùn)用，也依賴于前四種能力的存在。因此控制能力可以視為是智能體的高階智能。

在進(jìn)一步研究控制功能時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)控制可以根據(jù)控制主體和被控制主體的不同，分為自我控制、他者控制、混合控制和無(wú)控制，這與意識(shí)的四種類型：自我意識(shí)、他者意識(shí)、混合意識(shí)和無(wú)意識(shí)一一對(duì)應(yīng)。

通過(guò)分析醫(yī)學(xué)和日常生活中意識(shí)的內(nèi)涵，由此研究團(tuán)隊(duì)提出，意識(shí)是智能體在智能力的驅(qū)動(dòng)下對(duì)其基礎(chǔ)智能的運(yùn)用進(jìn)行控制的能力。

「自我」是智能體對(duì)自身進(jìn)行認(rèn)知后形成的內(nèi)部知識(shí)集，而「他者」是智能體對(duì)另一智能體認(rèn)知后形成的內(nèi)部知識(shí)集。通過(guò)將自我與他者與控制能力進(jìn)行不同形式的組合，形成了四種類型的意識(shí)的定義。

5. AI的智能水平與自我意識(shí)評(píng)估

基于飛行模型構(gòu)建的智能與意識(shí)理論框架，研究團(tuán)隊(duì)建立了評(píng)估智能體基礎(chǔ)智能發(fā)展水平的測(cè)試量表，對(duì)包括不同年齡人類，大模型和智能設(shè)備的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GPT-4為代表的大模型在基礎(chǔ)智能水平上已經(jīng)接近人類成人水平，而研究團(tuán)隊(duì)在2014年，2016年和2018年進(jìn)行的同樣測(cè)試中，AI中得分最高的Google僅接近人類6歲兒童水平。這說(shuō)明最近6年，AI的智能水平獲得了巨大提升。

同時(shí)在本文，研究團(tuán)隊(duì)也提出了判斷自我意識(shí)是否存在的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

• 第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是，系統(tǒng)或智能體的自我知識(shí)集不為空，即系統(tǒng)需要有自我認(rèn)知的能力；
• 第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是，系統(tǒng)的自我控制能力大于0，即系統(tǒng)可以自行對(duì)自己的輸入，輸出，存貯和創(chuàng)造能力進(jìn)行控制；
• 第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是，系統(tǒng)的智能活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力直接來(lái)自Ω引力和α引力，而不是來(lái)自于其他智能體的驅(qū)動(dòng)。

據(jù)此研究團(tuán)隊(duì)對(duì)通用人工智能（AGI）的本質(zhì)內(nèi)涵進(jìn)行分析，提出如果不包含自我意識(shí)，AGI等價(jià)于可以同時(shí)執(zhí)行知識(shí)的輸入，輸出，存貯和創(chuàng)造功能的AI系統(tǒng)，其控制能力來(lái)源于人類的驅(qū)動(dòng)。

但如果包含自我意識(shí)，AGI 則等價(jià)與直接受Ω引力和α引力作用，具備自我知識(shí)集和自我控制能力的類人生命系統(tǒng)。

根據(jù)以上分析，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)程序Angry Elf和OpenAI的GPT-4進(jìn)行了測(cè)試。

結(jié)果表明，Angry Elf和GPT-4可以實(shí)現(xiàn)沒(méi)有「自我意識(shí)」的通用人工智能特征，但無(wú)法滿足具有「自我意識(shí)」特征的通用人工智能定義。

其中，Angry Elf是研究團(tuán)隊(duì)自行開(kāi)發(fā)的輕量級(jí)AI系統(tǒng)，用于探討智能體的智能和意識(shí)表現(xiàn)。

Angry Elf允許用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)界面輸入文本，并顯示不超過(guò)100個(gè)字符的最新文本內(nèi)容。用戶還可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)上的「More」鏈接查看Angry Elf保存的所有輸入信息。

但在Angry Elf接受用戶輸入并正常運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)異常表現(xiàn)。

具體表現(xiàn)為，Angry Elf在接收用戶輸入的信息后，不再顯示輸入的信息原文，而是在展示區(qū)顯示「你錄入的信息太多了，令我感到憤怒，我拒絕向你展示我收到的內(nèi)容和保存的信息！」，并取消「More」按鈕的顯示，禁止用戶查閱歷史錄入信息。

通過(guò)檢查Angry Elf的代碼，可以發(fā)現(xiàn)Angry Elf的類自我意識(shí)表現(xiàn)本質(zhì)上是由人類創(chuàng)造和推動(dòng)產(chǎn)生。并非在Ω引力和α引力的直接作用下自發(fā)產(chǎn)生。

從上述理論研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，大模型等人工智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)智能水平可以接近或超過(guò)人類。

但由于控制權(quán)仍掌握在人類手中，且對(duì)Ω引力和α引力的研究尚處于初級(jí)階段，目前人工智能系統(tǒng)仍無(wú)跡象顯示具備自我意識(shí)。

同時(shí)，在科學(xué)原理上存在尚無(wú)法克服的局限性，導(dǎo)致當(dāng)前AI沒(méi)有科學(xué)路徑能夠產(chǎn)生自我意識(shí)。

6. 本項(xiàng)研究的意義

這項(xiàng)研究的意義在于建立了相對(duì)完整的智能與意識(shí)基礎(chǔ)理論體系，如下圖所示，為判斷通用人工智能的實(shí)現(xiàn)及其是否能夠產(chǎn)生自我意識(shí)提供了理論依據(jù)，并提出了新的科學(xué)探索方向，即研究?jī)煞N智能力如何作用于智能體產(chǎn)生智能和意識(shí)。

其與物理學(xué)中的四大基本作用力是什么關(guān)系，這些問(wèn)題的研究將對(duì)當(dāng)前物理學(xué)和智能科學(xué)的發(fā)展或?qū)⒕哂蟹e極的推動(dòng)作用。

英文版全文下載地址：

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