因果迷境：為什么我們會問“為什么”？

原標(biāo)題：因果迷境：為什么我們會問“為什么”？

為人父母之后，如果稍微用心，就能從孩子的成長過程中發(fā)現(xiàn)一個(gè)人的智能是如何快速生長出來的。

每個(gè)孩子就像一個(gè)人工智能，而且比人工智能更加高效。在初步掌握了語言詞匯的指物作用之后，孩子會不停地指向那些感到好奇的新鮮事物，一次次向你詢問“這是什么”。

經(jīng)過一段時(shí)間的訓(xùn)練，當(dāng)孩子能夠建立起事物之間的基本練習(xí)，能夠?qū)σ恍┥瞵F(xiàn)象有所預(yù)期之后，他的問題將進(jìn)一步升級，開始向你詢問“為什么”。

他想了解事情的原委，而不是僅僅停留在這個(gè)事情是什么上面。這是一個(gè)質(zhì)的飛躍。

最初我們也許還能應(yīng)付孩子的提問，憑借努力回憶初高中時(shí)候?qū)W到的知識再給孩子做解答，但是隨著孩子越來越愛刨根問底，我們往往很快就會繳械投降，一些問題回答不上來是因?yàn)槲覀儼褜W(xué)到的東西都還給了老師，一些問題則是就連專家們可能也無法回答，要不有人說孩子都是哲學(xué)家呢？

不過，非常有意思的是，在大人們被逼問到無言以對的時(shí)候，也總會反問孩子一個(gè)極具致命性的問題：“你為什么總有那么多的為什么呢？”

致命性的原因在于，這個(gè)問題事關(guān)人類的前途命運(yùn)，但現(xiàn)在卻沒有現(xiàn)成答案。人類相當(dāng)于踩在一塊隨時(shí)可能沉沒的“因果論”的航船上在深海上行駛，多么可怕！

搞清“因果關(guān)系”的來源，解決人類為什么能思考“為什么”這一元問題，一直是哲學(xué)和科學(xué)界研究的對象。幸好，相較于哲學(xué)陷入不可知的泥淖，神經(jīng)科學(xué)正在從人的生理機(jī)制中發(fā)現(xiàn)答案。

今年初，清華大學(xué)的一項(xiàng)研究正是從神經(jīng)科學(xué)的角度來分析我們頭腦中的因果關(guān)系和神經(jīng)元的作用機(jī)制的關(guān)系，并取得了初步的成果。

當(dāng)然，在談及這一略微枯燥的學(xué)術(shù)研究之前，我們需要先聊聊有關(guān)“因果關(guān)系”的核心爭論，才有可能理解這一研究成果的價(jià)值和可能的影響。

為什么因果關(guān)系如此重要？

因果關(guān)系，是我們?nèi)沼贸Ｐ兄凶罱?jīng)常用到的思維活動，也是這個(gè)普遍聯(lián)系的世界中最令人困惑的一種關(guān)系。

圍繞因果關(guān)系展開的哲學(xué)和科學(xué)的爭論可謂不計(jì)其數(shù)。可以說，對于“因果關(guān)系”本身認(rèn)識的深化就決定了我們?nèi)祟愓J(rèn)識能力的飛躍。

在討論這個(gè)看似人人明白但深究起來卻復(fù)雜無比的“因果關(guān)系”問題，我們需要首先界定因果關(guān)系的定義：事件A的存在導(dǎo)致事件B的存在，二者存在著限定條件下的必然聯(lián)系，通常具有時(shí)間上的先后相序性或者邏輯上的推導(dǎo)性。

這么說太過抽象，舉個(gè)例子?！疤枏臇|邊升起”，這是事件B，那么導(dǎo)致它發(fā)生的原因是什么呢？最初人們找到的原因是“太陽繞著地球從東向西轉(zhuǎn)”，后面人們轉(zhuǎn)換了視角，獲得了“地球圍繞太陽轉(zhuǎn)，同時(shí)地球自轉(zhuǎn)”的限定條件，我們就知道是“地球自西向東自轉(zhuǎn)”這一事件A，導(dǎo)致了事件B。

而古諺有云：“雄雞一叫天下白”，意思是“雄雞叫”（事件A）導(dǎo)致了“太陽升”（事件B）。我們就知道古人顛倒了因果，其實(shí)是天快亮的生物節(jié)律導(dǎo)致了事件A的發(fā)生。同時(shí)，這樣的因果很大程度上不具有必然性，而只是相關(guān)性。

搞清楚這些概念，我們只要稍微反思，就可以推論出以下判斷：

一、我們的生活中存在著大量的經(jīng)驗(yàn)性的因果推論，這些推論可能是錯(cuò)誤的（不具有必然性），可能是顛倒的（倒因?yàn)楣?，可能只是相關(guān)性的（復(fù)雜因果鏈條下的弱關(guān)系）。

二、所謂絕對必然性的因果關(guān)系只存在邏輯形式當(dāng)中，而無法存在在對經(jīng)驗(yàn)世界的概括當(dāng)中。在經(jīng)驗(yàn)中的任何必然性的因果推論，都是限定條件的。

但是，在得出以上這些結(jié)論的同時(shí)，我們?nèi)匀皇敲爸蔼?dú)斷論”的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)楫?dāng)我們在認(rèn)為現(xiàn)代科學(xué)的基石是建立在因果關(guān)系的必然性的時(shí)候，科學(xué)界已經(jīng)在自己撼動這一基石。

科學(xué)大廈面臨的根本性問題就是：客觀世界本身是否存在著因果的必然性聯(lián)系，還是只是概率性聯(lián)系，正如在量子力學(xué)中“測不準(zhǔn)原理”對微觀粒子的因果關(guān)系的根本挑戰(zhàn)。

（大衛(wèi)·休謨公元1711-1776年：那個(gè)掀翻理性認(rèn)識論桌子的男人）

如何理解這個(gè)問題的嚴(yán)重性？我們借用哲學(xué)史上著名的“休謨問題”來解釋。休謨質(zhì)疑說：任何兩個(gè)事件之間只存在相關(guān)關(guān)系，任何經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律都只能從歸納法而來。客觀世界并不存在任何意義上的絕對必然的因果聯(lián)系，這些因果性聯(lián)系是人類理智的缺陷的產(chǎn)物，是人類頭腦的產(chǎn)物。

我們繼續(xù)用“太陽永遠(yuǎn)從東邊升起”舉例。我們得出這一結(jié)論的原因是在于我們從古至今的記錄里從來都是太陽從東邊升起，它的“絕對必然性”在于我們的經(jīng)驗(yàn)和信念。

即使今天你搬出來地球從太陽系里獨(dú)立存在之后就一直“自西向東”自轉(zhuǎn)，是由于這樣符合牛頓力學(xué)，但再繼續(xù)向前追溯，我們?nèi)匀徊磺宄槭裁吹厍虻囊绱诉@般運(yùn)行，而不是會突然相反或失效。

因果鏈條向上難以最終溯其本原，科學(xué)的基石建立在“可證偽性”和“科學(xué)范式的轉(zhuǎn)化”上面。而我們?nèi)绻３忠环N理性的因果關(guān)系，就必須為自己的“因果關(guān)系”推理戴上枷鎖。

這導(dǎo)致我們陷入一種“不可知論”的境地，那就是我們不能再信誓旦旦地說排除在人的認(rèn)識范圍之外的客觀世界有其必然性因果聯(lián)系，用以描繪客觀世界的因果關(guān)系的源頭在于我們的認(rèn)知的內(nèi)在機(jī)制。

那么，這個(gè)問題就變成了：“我們大腦中的因果關(guān)系何以可能？”

“因果編碼”：大腦神經(jīng)系統(tǒng)是天生的因果科學(xué)家

“休謨問題”之所以重要，很大程度上在于打破了人們對于因果關(guān)系的最高級形式“真理”的執(zhí)念。以前我們常常說科學(xué)就是要追求真理，現(xiàn)在已經(jīng)成為一句打臉的話。

經(jīng)過上世紀(jì)科學(xué)哲學(xué)家波普爾對休謨問題的回應(yīng)，科學(xué)對于真理的追求變成對于“可證偽性”的追求，也就是一套科學(xué)體系存在可被推翻（可證偽）的條件，而其有能夠不斷合理解釋掉這些問題，才有資格稱為“科學(xué)的顯學(xué)”，否則，想用不可驗(yàn)證（不可證偽）的概念為自己的理論補(bǔ)上最后的缺口，或者始終無法合理解釋那些可被證偽的問題。那么，這一科學(xué)體系要么過時(shí)（如牛頓力學(xué)），要么僅僅只是科學(xué)猜想（弦論等）。

宇宙的真相深?yuàn)W難測，但同樣人類今天能夠從宏觀宇宙和微觀世界探索到如此深邃的程度，其原因只能在于人類基于邏輯、想象力和因果推論所展現(xiàn)出來的無窮智慧。

但可惜的是，我們用大腦的能力來研究外物，可謂成果斐然，但我們用大腦理解自身則是進(jìn)展緩慢。

在近代以前，西方哲學(xué)通常使用身心二元論的方式來看待意識，將其當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的心靈實(shí)體去研究，大多得出一些同義反復(fù)或者形而上學(xué)的離奇猜想。

幸而，最近半個(gè)世紀(jì)以來，我們?nèi)祟愔匦抡{(diào)整方向，將大腦當(dāng)作人類意識的真正源頭開始進(jìn)行全面的研究，神經(jīng)科學(xué)從生物解剖學(xué)、功能分區(qū)、化學(xué)電信號、神經(jīng)元模型等角度展開全面研究，以期全面還原意識的全部謎底。

現(xiàn)在，神經(jīng)科學(xué)家們已經(jīng)對神經(jīng)傳遞的信息傳遞、感知功能的神經(jīng)反應(yīng)以及像海馬體的作用機(jī)制都有所了解，但再向上對于更高級的意識的涌現(xiàn)、自我的誕生，以及這里聊到的“因果關(guān)系”的作用機(jī)制，仍然是在預(yù)測層面。

而這一次，清華大學(xué)心理學(xué)系&腦與智能實(shí)驗(yàn)室正是從神經(jīng)元系統(tǒng)的運(yùn)作中找到了人類進(jìn)行因果關(guān)系推論的“因果編碼”。

為了避免將大腦中因果編碼的機(jī)制歸結(jié)為“復(fù)雜高階的認(rèn)知機(jī)能”這種籠統(tǒng)說法，研究人員對因果編碼的成因做了低階的還原。他們的假設(shè)的前提是：高階的因果編碼推斷也必須包含基礎(chǔ)的感覺知覺和認(rèn)知，就如同康德所謂的“思維無內(nèi)容是空的”的假設(shè)一樣。

為此，研究者通過模擬神經(jīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)要素（神經(jīng)元群）的數(shù)學(xué)框架來生成符合實(shí)際活動的神經(jīng)元的動力學(xué)。隨后通過多個(gè)序列的神經(jīng)元的隨即刺激，誘發(fā)神經(jīng)動力學(xué)后開始因果度量。而從多次大規(guī)模的隨即實(shí)驗(yàn)之后，研究著從神經(jīng)動力學(xué)過程中找到了原本的因果關(guān)系（original causal relation）和編碼后的因果關(guān)系（coded causal relation）的高度相關(guān)性。

（神經(jīng)編碼過程對因果關(guān)系造成的相關(guān)性影響）

研究團(tuán)隊(duì)得出的核心結(jié)論是，正是大腦的神經(jīng)元群的集群動力學(xué)可以自發(fā)完成對因果關(guān)系的近同態(tài)的表征，且?guī)缀醪灰蕾囈蚬P(guān)系判定中歷史信息的數(shù)量。

如何理解這一結(jié)論呢？大概率的意思是，我們的大腦很容易在一次前后相序的神經(jīng)元刺激中建立起相關(guān)性關(guān)系，并且建立這種關(guān)系不必受多次重復(fù)的影響，可能少數(shù)幾次的刺激就能形成這種相關(guān)關(guān)系。

一個(gè)經(jīng)典的心理學(xué)實(shí)驗(yàn)可以作為參考，來理解這一過程，就像在一個(gè)小孩子面前放一個(gè)不透明紙板，實(shí)驗(yàn)者將一個(gè)洋娃娃從紙板背面的這邊拿進(jìn)去，從另一邊拿出來。那么，小孩子可以理解是同一個(gè)洋娃娃從后面穿過了紙板。但是下一次，研究者讓娃娃從這邊進(jìn)去，但從另一邊拿出另一個(gè)東西，小孩子就表現(xiàn)出非常驚奇的樣子。

這就源于第二次試驗(yàn)打破了小孩子的因果編碼。僅僅一次，小孩子就建立起一個(gè)物體從始至終都會保持統(tǒng)一性的因果關(guān)系。同樣，魔術(shù)的魅力也就在于打破人們的因果預(yù)期。

而現(xiàn)在，研究者們從神經(jīng)元的集群動力中找到了這種因果推論的證據(jù)（當(dāng)然，也只是找到了高度相關(guān)性），這為我們開始模擬因果編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)打開了新的可能。

那么，搞清楚為什么我們會問‘為什么’的原因也就不言自明了。

解開因果迷境，為超人類的智能開路

一開始，我們用很大篇幅來說明為什么“因果關(guān)系”問題對于我們?nèi)祟惡苤匾?。正是借助因果關(guān)系的能力（原因之一），我們戰(zhàn)勝了地球上的所有其他物種，站在了食物鏈頂端。但同樣因?yàn)槲覀儗σ蚬P(guān)系的不斷改進(jìn)和反思，才破除了眾多經(jīng)驗(yàn)性因果關(guān)系的錯(cuò)誤，而發(fā)展出現(xiàn)代的科學(xué)的摩天大廈。

現(xiàn)在，對于“人類如何完成因果推論”問題本身的研究和解釋變得至關(guān)重要，這一問題的解決既決定了我們的現(xiàn)代科學(xué)體系的基石是否牢固，也決定了我們能否在未來創(chuàng)造出可以具有主動實(shí)現(xiàn)因果推論（而非相關(guān)性推論）的人工智能（AGI）的可能性。

在2011年圖靈獎(jiǎng)得住朱迪亞·珀?duì)柕摹稙槭裁础芬粫?，將能夠建立基于“干預(yù)”（如果我做了，結(jié)果會怎樣）和基于“反事實(shí)”（假如我不做，結(jié)果會怎樣）的因果關(guān)系鏈條，才視為具有類人智能的通用人工智能。

道理是這個(gè)道理，但問題的關(guān)鍵是“這一過程如何可能”？

當(dāng)然，我們這里不敢斷言上面研究人員對于構(gòu)建這種基于因果推論的算法模型有直接的幫助，畢竟這一研究太過初級。但是這一研究成果仍然證明了我們通過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來找到大腦中“因果編碼”在神經(jīng)元的動力學(xué)機(jī)制，從而還能得到一個(gè)泛用的、不基于強(qiáng)假設(shè)的神經(jīng)動力學(xué)生成框架。用研究者的話來說，通過這一完整的數(shù)學(xué)描述工具，可以進(jìn)一步用于其他需要生成神經(jīng)元集群活動的研究中。

從找到因果編碼的神經(jīng)動力學(xué)機(jī)制到完整模擬出人腦的因果推理算法，挑戰(zhàn)仍然非常艱巨。

（用因果探索因果之謎，就像埃舍爾的《龍》一樣形成奇特的循環(huán)怪圈）

從地球的一團(tuán)沸湯演化出生命，從單細(xì)胞生物演化成人類，從智人變成能夠跨物種生存的超人類，我們幾乎是在一種概率性極低的撞大運(yùn)中存在著，而我們又要從這些巨大深邃的隨機(jī)性中尋找因果關(guān)系的必然性，甚至還想人為創(chuàng)造一個(gè)具有人類的因果推理天賦的新物種。

如此來看，這也正是我們能夠問出“為什么我們會問‘為什么’”這一問題，最激動人心的地方。

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