## 第16章 整合信息：多与一 高于各部分的单一实体对信息进行整合，产生意识 伽利略想：实体是如何形成的？多种要素如何形成一个单一的事物？这些问题很简单，但是还没有得到解答，或许根本没人问过。 数码相机传感器当然有很多可选择的状态，可以拍很多照片。但是它是一个单一的实体吗？你把相机当作一个单一实体来使用，用手握着它，把它当作一件物体。同时你把照片也看成一个单一的实体。但你是在自己的意识范围内，把它们当作单一的实体。如果不是从你的角度看，它们还是一个单一的实体吗？这到底是什么意思？  伽利略正在沉思，一个声音吓了他一跳。一个额头长得像古代男神的人——J，用一种优雅的语调对他说：“以一个由12个单词组成的句子为例，让12个人每人记1个单词。然后让12个人排成一排或挤成一堆，每个人全神贯注地记自己那个单词。最后他们还是不能形成一个完整的句子。或者采取另一种方式：以一个由12个字母组成的单词为例，让每个人专注地记自己那个字母，最后同样不会形成一个完整的词。” 伽利略说：或者以100万个点组成的图片为例，有100万个光电二极管，每个光电二极管能辨认1个点。将这些光电二极管排成一个方阵，每个光电二极管都能准确分辨出自己那个点是处于亮光的状态还是黑暗的状态。但是最终还是不会形成一幅图画。 “看来你明白了，伽利略。”J说，“没有时代精神、大众情感或公众意见之类的事情。个人的心智不会聚集在一块，形成高一层的复合心智。有人说整体大于部分的总和，那只是说说而已，怎么可能呢？”  伽利略想到一个画面。一位天文学家正在帕多瓦看夜空中的月食景象；同一时间，另一位天文学家正在南半球看夜空。是否存在一个单一的意识，在一个完整的图像中，关照整个天空——南边的天空与北边的天空在地平线上完美地衔接到了一起？整个天空的单一景象能在一个意识中被体验到吗？伽利略想，这种想法太荒谬了。它的荒谬性与两位科学家之间遥远的距离无关。不管这两位科学家是相隔万里，还是近在咫尺（如相机传感器上的两个光电二极管那样近），都没有关系。因为不管距离远近，两位科学家都不能交流。如果他们不能交流，就不会形成一个单一的实体，他们也就不会拥有一个单一的、统一的意识。 “当然是这样。”J赞同道，“一个盲人和一个聋子在一起是不能区分颜色和声音的。虽然一个可以听到声音，另一个可以看见颜色，但是他们在一块怎么能够区分颜色和声音呢？即使他们一直住在一所房子里，即使他们是联体双胞胎，还是不能区分颜色和声音。”伽利略想：就像伊什梅和埃尔那样。 “说得好。”阿尔图里站到伽利略身边，说，“但是这有什么意义呢？我们讨论的是相机的信息。你已经看到了，如果相机足够大，它具有的信息跟我们的脑产生的信息一样多，甚至更多。这说明信息与意识无关，就像S说的那样。不是这样吗？”  伽利略犹豫了。如果按S的方式来衡量信息，那么一台相机强过人脑：一个系统能够辨认的状态越多，不确定性就越少，系统特定状态所产生的信息量就越大。但是这种衡量信息的方式正确吗？他想到J说的处在南半球和北半球的两位科学家，想到了伊什梅埃尔的左右半脑。因此，他说：“一个系统产生的信息与部分的集合产生的信息应该是不同的。” “很可能是这样。”阿尔图里说，“但是怎么区分呢？”他微笑着，似乎知道伽利略无法回答这个问题。 J说：“但愿我知道。”似乎知道不会有答案。 伽利略停顿了一下，不知道说什么好，然后他转向J，问道：“如果用一把非常薄而锋利的刀片，如老奥卡姆剃刀，将相机传感器一分为二，两边各有50万个光电二极管，那么相机看到的图像会变成怎么样？” “当然什么都不会改变。”J回答，“相机会照常工作，能照出完整的画面，能任意发送、存储、播放画面，没有人会注意到有什么不同。” 伽利略举起相机（这台相机的传感器已经被一分为二），照了一张照片，照的是他们面前的屏幕上的内容。屏幕上显示的是意大利文SONO，意思是“我是”。照片中的“SONO”完好无缺。  伽利略对J说：确实如此。只要传感器还能运作，就不会有什么变化。因为100万个光电二极管中的任何一个都会报告属于各自的那个点，而不去管其他光电二极管会看到什么。  但是，如果用一把薄而锋利的刀片将人脑分为两半会出现什么情况？想想在韦诺萨亲王的地下室，当塞勒诺医生将伊什梅埃尔两个半脑中间的联结冰冻起来，他的脑子会出现什么情况？难道还是像相机那样，什么都没改变吗？ 不等他们回答，伽利略就说道：“你们都已经知道了，伊什梅埃尔分裂为伊什梅和埃尔，伊什梅看到的是一位女士，埃尔看到的是一个野蛮人。不管是伊什梅还是埃尔，都不能同时看到女士与野蛮人。只要伊什梅埃尔的两个半脑被分裂开来，就看不到完整的女士与野蛮人通奸的画面。但是，如果将两个半脑联结处的冰冻化解，两个半脑又联结到一起，伊什梅埃尔又出现了，能看到女士与野蛮人结合在一起。”  “你们已经知道答案了。伊什梅只能看到意大利文SO，意思是‘我知道’；埃尔会看到NO，意思是‘不’，不会出现能看到SONO（意思是‘我是’）的伊什梅埃尔。跟相机图像的情况不同，刀片会将意识的图像一分为二，意识也会分裂。”  J和阿尔图里没有出声，伽利略继续说下去：“但是，如果两个半脑中间的联结处没有被冰冻起来，就像你们的脑子一样，即使你很努力想要将自己的经验一分为二，结果还是徒劳的，你不会看到分开的SO与NO。就如同你不可能只看到一个物体的形状，而看不到颜色；或者只看到颜色而看不到形状。你还是一个完整的你，你的经验、意识都是完整的。” J说：“你的逻辑非常严密，如同1+1=2那样清楚。但是其实不尽然。” 伽利略说：有一点是肯定的。相机传感器没有意识，尽管它有100万个光电二极管，但它不是一个单一的实体；处于南北半球的两位科学家所具有的意识也是不一样的；排成一排、各自记住1个字母的12个人所具有的意识也是不一样的。 J说：“我明白。相机可以很大，却没有意识，也不能体验到什么。光电二极管也比相机强，具备一丁点的意识，有最微弱的经验，因为它只有两种可选择的状态，而不是数万亿种状态。光电二极管比什么都不是要强一点。我想知道，如果脑被分裂成100万个部分会怎么样？先将脑左右两半分开，接着前后两半分开，然后将脑里的白色物质分裂成100万个独立的小颗粒，就像一粒粒玉米，或相机传感器上的光电二极管。这样的话，意识会分崩离析吗？” “不要管他。”阿尔图里说，“伽利略没有说明如何区分。” 伽利略眼睛都不抬一下，马上说：“请让我说完。如果将相机传感器分裂成100万个部分，形成一大批光电二极管，那么每个光电二极管能产生多少信息？” “当然只有一点。”阿尔图里回答，“根据S的方程式计算，就只有一点。” 伽利略说：那么相机传感器又能产生多少信息？ “这算什么问题。”阿尔图里说，“相机传感器由100万个光电二极管组成，它就会产生100万个点的信息。” 伽利略说：那么除去100万个光电二极管产生的信息，相机传感器还会产生多少信息？ “当然没有了。”阿尔图里想了一下回答，他没想到伽利略会这么问。 “非常正确。”伽利略感到自己正在取代阿尔图里的地位，“相机传感器除了各组成部分产生的信息，没有产生其他信息。因此，至少在涉及信息方面，相机并没有高于各部分总和。我们不妨将相机从有用实体的名单上删去，用奥卡姆剃刀将其剪切，只要有100万个光电二极管存在就行了。如无必要，勿增实体。[\[1\]](#id_1_31)” “这只是个角度问题。”阿尔图里插入道，他正将烟管中熏烧过的烟叶倒在地板上，“你看重光电二极管，轻视相机，我却喜欢相机而蔑视光电二极管。” 伽利略马上说：不是这样的，想想伊什梅埃尔吧。他能看到SONO，并明白那是“我是”的意思。但是当他两个半脑中间的联结被冻结后，伊什梅埃尔不见了，他不再能看到SONO，也不会明白这个词的意思。伊什梅和埃尔加起来也做不到，因为其中一个只看到SO，明白是“我知道”的意思；另一个只能看到NO，明白是“不”的意思。伊什梅埃尔的例子与相机不同，整体大于部分之和，不能被简化为各部分相加；伊什梅埃尔知道的信息多于伊什梅与埃尔合起来的信息，SONO的意思不是SO与NO意思的相加。 “我想我明白你的意思了。”J说，“整体产生的信息——整合信息——大于各部分的信息总和，这就是伊什梅埃尔与相机的区别。是这样吗，阿尔图里？”  “什么是对的呢？”阿尔图里大声说，他正忙着用脚后跟将熏烧过的烟叶踢出去，“如果系统状态不能被分解为各部分，那么这个系统状态就是不能被简化的，是这样吗？当然是的，但那又怎样呢？这有什么特别吗？有很多事物都是不能被简化的，如果被分裂开来，就会有损失，为什么这点对意识来说这么重要呢？而且，将一个系统分裂为各部分的方法有很多，不同的方法会产生不同的结果。” J说：“确实如此。如果整合信息与意识有关，那么不管系统是以何种方式被分裂的，整合信息都不应该有所改变。伽利略，难道不是这样吗？” 伽利略说：最重要的切分是最小程度的切分。这是一种最无情的切分方法，从系统最薄弱的联结处剪切，将系统最强的、能最大程度地产生信息的某些部分分裂开来。这样的切分方法使整体拥有的信息量降到最低。 J说：“说得太好了。整合信息是高于部分的系统所产生的信息，而此处的部分指的是那些能独立产生最多信息的部分。我们已经有了整合信息的定义，还需要一个符号。” “如果需要一个符号，那应该是Φ。”阿尔图里说，“这是黄金分割符号，是将某东西分成各部分的正确方法。最小程度的切分是将系统分为各部分的正确方法，能够显示出整合信息量到底有多少，是这样吗？你应该称其为Φ。” 伽利略说：这很有意思。有一个比萨人——斐波那契（Fibonacci）[\[2\]](#id_2_25)，曾研究过黄金分割。  “不止如此。”J说，“Φ还与现象学、经验（即意识）有关。” 伽利略说：还有呢。Φ这个符号中有一个I指代信息，一个圆圈——O，指代整合。就让我们称其为Φ吧。  “太妙了。”阿尔图里说，“现在知道了整合信息的数量与符号，让我们看看接下来需要讨论什么。有一点很清楚：每次某些要素互相作用，就会产生整合信息——整体不会简化为各部分。如果像你认为的那样，整合信息与意识有关，那么接下来就会很简单。我们就可以说意识就像一个洋葱。” 阿尔图里接着说：“以我与我脑内的神经元为例。在我脑内某个地方存在着一个‘我’，还不只是一个。如果将我剥开，一个神经元接着一个神经元地剥，那么你会发现还有另一个‘我’，甚至是上百万个‘我’，每个‘我’都缺少了某部分，但是都具有一定程度的意识。我就是由很多个较小的‘我’组成的具有最多意识的那个人，这些‘我’可以主张他们的权利，但是我不会听他们的，他们只是凑凑热闹。” 阿尔图里继续说：“再以我的身体为例。毫无疑问，我的身体也是由相互作用的各部分组成的。不管从物质角度还是从信息角度讲，整个身体都不能被简化为各部分，实际上脑本身也是其中的一部分。所以，身体也是另一个意识，是一个更大的洋葱。身体的Φ可能比我的脑的Φ少很多（因为身体最小程度的切分很薄弱，是从我的颈部切分的），但是它还是存在着的（尽管很有限），由很多个自我加到一起而形成。我对身体的各部分一无所知，而身体的各部分对我也一无所知。”  阿尔图里说：“但是还没结束。有两个自我在交谈，不，是三个。这三个自我相互作用，形成一个整体，不能被简化为只是三个独立的自我。神圣的三位一体在思考整体的想法。”“一个城市、一个国家，甚至是整个世界，都是可被一层层剥开的洋葱。每个都具有意识，只是或多或少的区别。” J说：“我明白你的意思了。意识存在于你的、我的以及伽利略的脑中。Φ不能解答所有意识问题。” 伽利略说：洋葱也必须用奥卡姆剃刀剥开。当洋葱被切开后，最后只剩下它的核心。在核心部分，整合信息达到最大化，当其余部分被剥落后，核心部分还是聚合在一起。 阿尔图里说：“所以说，意识不是洋葱，而是洋葱的核心。现在已经有了不少进展了。但是如果你和我交谈，会出现什么情况？我们像现在这样交流，会不会形成一个更大的核心？”  伽利略回答：这就又要运用奥卡姆剃刀原理了。你刚才说“你和我在交谈”，不管从物质角度还是从信息角度来讲，分析这句话要比分析由你和我混合形成的怪物简单得多。你和我混合而成的怪物是没有粘合力的，会在裂缝处分解，现实会将你我切分成独立的个体。不要谈怪物了，我们来看雨滴的例子。一颗雨滴内部分子之间相互作用的强度，大于这些分子与外部空气中的分子之间作用的强度。一颗雨滴是一个单一的实体，有一个边界。当两颗雨滴相遇，要么反弹，仍旧保持原样；要么融合到一起，成为一颗大一点的雨滴。它们不会重叠在一起，也不会出现一颗雨滴包含在另一颗雨滴里面的情况。意识的情况也类似：意识存在于系统内整合信息达到最大值的地方，只有一个意识。 阿尔图里说：“你的意思是，经验不可能被简化为比它少的任何东西。确实让人印象深刻。” J转向伽利略，说：“不要管阿尔图里。如果你说的是对的，我们需要为这个系统取个名字，在这个系统内高于部分的整体产生的信息达到最大值，形成洋葱核心，也就是意识。或许我们可以称这个系统为复合体？” 伽利略说：我们就叫它复合体。 “这么说意识就存在于复合体内。”J说，“在这里意识建造房子，立起墙壁，意识在里面，其他的一切都在外面。意识的房子只有一个，不能被共享：只有一个意识，只有一个主人，其他一切都排除在外。” 不知道阿尔图里是否喜欢这种说法，但是他随后说：“我想如果把你的分析应用到相机传感器上，那么传感器就会分解为很多复合体，每个光电二极管就是一个复合体，都能区分两种状态——关或开。但是相对于传感器而言，不会出现一个整合的实体，即一个复合体。如果用这个说法分析人脑，就会发现脑内有一套神经细胞，形成一个大的复合体。这个复合体能够区分无数状态，这是它各组成部分无法做到的；这个复合体能够最大程度地区分各种状态，比其他任何神经细胞、整个身体、所有的人甚至这个世界能够区分的状态都要多。” 伽利略说：非常正确。 阿尔图里说：“我给你看一样东西。”他递给伽利略几张纸条。纸条是弗里克给的，纸上画的是脑各组成部分的结构。这个是大脑：没有大脑，哥白尼永远失去了意识。伽利略记得自己和弗里克曾将大脑皮层和丘脑比作一个城市。这张图说明大部分大脑系统形成一个具有很高的Φ值的单一复合体。这是因为大脑系统的组成要素——不同的神经元群体专门负责不同的功能，而且这些群体之间互相交流，它们在一个单一的复合体内进行整合，这个复合体能区分无数不同状态，每种状态代表一种经验。 这是小脑。小脑的组成要素更多，但是它们分成许多小模块，互相不交流。每个模块形成一个独立的小复合体，每个复合体的Φ值都很低。伽利略想，就像光电二极管的集合。同时他又想到普桑：这位画家缺失了小脑，因而他的手会颤抖，但是他的心智仍然很丰富。 这几张图解释了为什么眼睛看不见的人却能意识到内在的图像，就像那位站在自己那幅伟大的画像——《视觉的寓言》——前面的画家。这些图表明，视觉输入到达大脑皮层，产生作用，但没有成为具有高Φ值、能产生意识的伟大的复合体的一部分。 这张图上画着伽利略的朋友M的脑部结构：所有从复合体延伸出去的神经细胞对语言和行动都是必需的，但它们不参与复合体的运作，因此不产生意识。伽利略想：那位女诗人与维奥尔六弦提琴演奏者脑内的回路在复合体内穿进穿出，但是回路本身还是处在复合体之外。这也就是很多神经处理过程不参与意识形成过程的原因，这些神经处理过程能使我们听懂话语的意思，或找到合适的词汇表达意思，或记住某些东西，或使我们具备某项出色的技能。 这张图画的是伊什梅埃尔的脑部情况。他脑内联结左右半脑的神经纤维被分裂开来，复合体一分为二，形成两个具有相似Φ值的意识，分别是伊什梅与埃尔的意识。另外一张图上画了一些小裂缝，这些裂缝可以解释为什么特蕾莎不知道自己能够看得见。当然，在癫痫发作时或在无意识的睡眠中，脑内的Φ值是很低的，因为可以辨识的脑部状态减少了。 过了一会，J问：“你认为这能解释得通吗？” 伽利略说：意识就像一只在高空飞行的鸟，要用一条方程式才能将它抓住。先抓住概念，再用数学语言将概念装扮起来。只有当我们知道如何测量意识时，我们才能真正懂得意识。整合信息很可能是意识的本质。这可能是理解意识这一概念的方法：一种发现何谓单一实体、经验核心的方法。  J一副忧心忡忡的样子，说：“我还是感到困惑。脑无比复杂，通过一个方程式来理解脑，就如同用渔网来收集海水。脑内的树比丛林还多，街道比大城市还多，脑比沙丘更容易变形，比波浪更容易变化。谁会指望将不断变化的沙丘、熙熙攘攘的市场、生活着动植物的丛林简化为一系列的方程式，更糟的是，简化为一系列数字。数学家可能会想出各种公式，但是恐怕最后他们什么也解决不了。” “不要担心，数学原理自有其魅力。”阿尔图里的声音从远处传来。J转向伽利略，想问他问题。 但是伽利略已经走远了，因为他在弗里克纸条的末尾看到了什么内容，这些内容他在很久之前就知道了。纸条上写着： 在我们眼前的这本宏伟的书本（我指的是宇宙）中包含了哲学。要想读懂这本书，我们首先必须学习语言以及书写这本书的符号。这本书是用数学语言写的，用的符号是三角形、圆形以及其他几何图形。不理解这些符号，我们不可能读懂一行字，就像在迷宫中徒劳地游荡。 伽利略第一次花了很长时间想问题，他觉得自己必须把知道的写下来。他写下来的文字如下：  整合信息测量处于部分之上的整体能够辨识多少不同状态，Φ是整合信息的符号。复合体出现在Φ达到最大值的时候，而意识——单一的经验实体——就存在于这个复合体内。 注解 “整体大于部分之和”这句话伽利略很熟悉，源自亚里士多德的著作《形而上学》。威廉·詹姆斯（William James）[\[3\]](#id_3_23)认为整合理论是意识的关键，并努力研究这一理论，这一章摘录了他的著作《心理学原理》中的部分内容。遗憾的是詹姆斯没有成功，最后在疑惑和否定中放弃了这一研究。他写了一篇文章，题目具有启发性，是《意识存在吗》。詹姆斯的照片由哈佛大学霍顿图书馆提供。北半球天空的照片（左边）由通克·特扎尔（Tunc Tezel）在加那利群岛上拍摄；南半球天空的照片（右边）由斯蒂芬·吉斯卡尔（Stephane Guisard）在阿卡塔马沙漠拍摄。将南北半球天空的照片接合在一起所形成的图片《南北半球的星空》来自2011年7月30日的“每日一天文图”。 如果由希腊字母Φ来测量的整合信息确实是意识理论的重要概念，那么这一章对整合信息的介绍就略显轻描淡写了。也许作者在不惜代价地努力回避方程式，但结果并不令人满意。对方程式中的Φ的解释最终还是不理想，可参考托诺尼与斯伯恩斯（Sporns）合写、发表在《BMC神经科学》杂志（2003）的文章，托诺尼发表在《BMC神经科学》（2004）的文章，托诺尼发表在《生物学通报》（2008）的文章，巴尔杜齐（Balduzzi）和托诺尼发表在《公共科学图书馆计算生物学》（2008）的文章，托诺尼发表在《意大利生物学汇编》（2010、2011）的文章。格雷戈里·贝特森（Gregory Bateson）在《走向精神生态学》（Steps to an Ecology of Mind）一书中将信息定义为“造成差别的差别”，这本书于1972年由芝加哥大学出版社出版。保罗·克利（Paul Klee）[\[4\]](#id_4_19)的画作《丰收》（The Ripe Harvest）现藏于德国汉诺威史普伦格尔博物馆。最后一幅画作是朱塞佩·阿尔钦博托（Giuseppe Arcimboldo）[\[5\]](#id_5_15)的《亚当的画像》（经作者改动），属于私人收藏。 [\[1\]](#id_1_30) “ 如无必要，勿增实体”是奥卡姆剃刀原理。奥卡姆剃刀是一种用于解决问题的经济的、简洁的原则，由14 世纪逻辑学家、圣方济各会修士奥卡姆的威廉（约1287—1347）提出。——译者注 [\[2\]](#id_2_24) 斐波那契（约1170—约1250），意大利数学家，将阿拉伯数字系统引入欧洲。斐波那契数是以他的名字命名的数列。——译者注 [\[3\]](#id_3_22) 威廉·詹姆斯（1842—1910），美国哲学家、心理学家，被誉为“美国心理学之父”，与查尔斯·桑德斯·皮尔斯、约翰·杜威共同创立了实用主义哲学流派。——译者注 [\[4\]](#id_4_18) 保罗·克利（1879—1940），瑞士裔德国画家，画风受表现主义、立体派、超现实主义影响。——译者注 [\[5\]](#id_5_14) 朱塞佩·阿尔钦博托（1527—1593），意大利文艺复兴时期肖像画家，作品的特点是用水果、蔬菜、花、鱼、书等物体堆砌成人物头像。——译者注