從生物進化談到人工智慧

最新 05-15

| 出自：戰略研究室

中國科學院上海微系統與信息技術研究所

前言

人工智慧最終會發展成為生命嗎？這是一個引人矚目的話題，從生命科學、信息科學、哲學等不同的角度，可以探討出不同的結論。

與自然生命（動物、植物、細菌、病毒等）相比，人工智慧的生命基礎是全新的。我們要判斷人工智慧是否會發展成為生命，首先應該明確我們是如何定義生命的。本文試圖通過淺顯的描述，從自然生命的進化過渡到人工智慧的發展，圍繞「生命的屬性」這一問題進行展開，並討論人工智慧在進化為生命的道路上可能面臨的問題，希望提供給大家不一樣的視角。

一、自然生命的誕生

從自然生命的化學組成來看，所有的地球生命都是碳基生命。所有的生命物質，如氨基酸、脂肪、糖類、核酸、酶等，都是由有機物構成的，而碳恰好是有機物的基礎元素。

「上帝」之所以選擇了碳來構造生命，是因為碳具有最強大的組合能力，它構成了這個世界上的數千萬種有機物，而其他所有元素組成的無機物加起來也只有十餘萬種。在構成複雜的生命分子的過程中，碳元素天然地扮演了頭號選手。在地球數十億年的環境衍變中，經過雷電、太陽輻射、火山爆發，以及其它能量的激發誘導，以碳為核心的生命物質就逐漸形成了。

圖1 碳元素具有較強的成鍵能力

1953年，芝加哥大學的史丹利.米勒和哈羅德.尤里模擬了在地球的原始環境下，生命物質的誕生過程。在僅有水、甲烷、氫氣、一氧化碳、氨氣的條件下，該模擬裝置成功製備出了22種氨基酸、5種氨以及多種羥基化合物。美中不足的是，在後續的數千次重複實驗中，他們以及他們的追隨者們都沒能獲得蛋白質和DNA——這兩種最重要的生物分子。

圖2：米勒實驗圖解。右下燒瓶模擬海洋環境，左上燒瓶則模擬閃電。

這兩位關鍵「演員」的缺席，為「生命誕生」這一重大歷史進程留下了懸疑。如果把生命誕生的過程比作一部電視連續劇，那麼沒有人能說清楚：生命的遠祖是在哪一集中出場的？我們只知道這位遠祖的後代是真真切切存在的：草木魚蟲、飛禽走獸，包括我們自己，都是這個生命集體的一部分。

不論生命是地球孕育，還是外太空帶來的，可以確定的是：生命並不是從宇宙初開就有的，而是通過非生命物質自然演化而來的，並且它的演化過程一定是符合自然規律的，而不是毫無徵兆地突然出現的。對於人類來說，當我們開始意識到「生命」這回事時，已經是近幾十萬年前的事了。這對於人類是一種突然而來的概念，充滿了傳奇色彩，以至於讓我們的祖先聯想到了神祇和宗教。

圖3 在環境能量的催化中，碳基生命物質出現了，最終形成了原始生命

自然界的能量總是從勢能高的地方流動到勢能低的地方，單單從「能量流動」的角度來考慮，生命的形態類似於一種促進能量流動的催化劑（就像我們熟知的化學催化劑一樣），它們可以更靈活地打通自然能量的流通隧道，充當這個隧道上的閥門。作為一種補償，生命在能量流動之中也獲得了自我延續、自我複製的能力（與某些化學催化劑也是類似的）。

生命的特殊性在於，它是一種獲得了自我進化能力的「催化劑」。它的結構是如此精巧，它改造自我的潛力是如此巨大。生命系統不斷地自我構築、更新，彷彿在沿著宇宙意志不斷地結晶，並將無數的可能性變成了現實。

二、物種的發展與「智能」的出現

在生命剛開始萌芽的階段，生物與非生物之間的差異非常微小：原始生命可能是由某個類似病毒、但又可獨立存活的蛋白質母體發展而來的。伴隨著細胞結構的出現，以及功能蛋白的種類變得越來越豐富，生命之樹也越加繁茂，逐漸出現了可由界、門、綱、目、科、屬、種分類的各個物種。

圖4 生命樹結構

生命的智能表現為：它具有一定的環境反饋能力（我們所討論的智能，歸根結底都來自於生物的反饋系統）。除了病毒以外，其它由細胞構成的生命體都具有一定的反饋功能。這種反饋可能是通過激素、生物電信號來完成的，也可能僅僅是通過細胞外殼上的感受器和鞭毛來實現的。

生物具有反饋能力的性狀被統一編碼在DNA信息鏈中。區別在於，有一些生物（如植物）的反饋系統是先天決定的，可塑性低；而另外一些生物（如動物）的反饋系統則可通過後天培養來不斷完善。

植物的反饋系統主要由先天基因決定；動物則不然，它的反饋系統不僅決定於先天基因，還可以通過後天培養進行調整（少數低等動物除外）。動物沒有自帶的「太陽能電池」（葉綠體），只能通過進食其它有機物作為能量來源。相對於植物來說，動物的生存環境是充滿變數的，唯有開發更強大的應激反饋能力，才能獲得生存的權利。

動物的「可塑性」則很大程度上歸功於神經系統。相比於激素系統，神經是一套更複雜、更強大的反饋系統，它可以幫助動物感受到豐富的環境變數，並幫助動物更靈活地自我調節，以趨利避害、自我持存。可以推測：神經系統的出現，並非動物自主意識的進化結果，而是不斷與生存環境交互的產物，是在無數「革命先烈」的試錯、犧牲和改變中誕生的。

有趣的是，在某些場合下，動物的神經系統也並非是必不可少的：海綿是一種沒有嘴、沒有消化腔、沒有神經系統的動物。海綿可以附著在海底岩壁上，通過吸收洋流中的營養成分即可「維持生計」，神經系統對海綿來說反而是一種消耗能量的累贅。

圖5 海綿不存在神經結構

從進化論的角度出發，「智慧」並不是生物進化的主觀目的，而是在生存壓力的驅使下發生的性狀改變。作為這個星球上最聰明的動物，人類的「智能」也不是天然註定的，而更像是一種維持生命運轉的「工具」。莎士比亞和笛卡爾都曾感嘆過人的心智靈巧，但這一切的安排，恐怕並不是出於某個天神的旨意。

在所有的地球物種中，人的大腦是最為強大的，它可以幫助我們開發工具、總結歷史規律、預測未來走向，幫助我們趨利避害，更好地繁衍生息。同時，我們又要認識到，人類並不是萬能的。人的軀體會逐漸衰老，死亡無法避免；無論大腦如何靈巧，我們的腦力總是有限的：我們無法記住所有的細節，我們難以同時處理多個任務，我們並不擅長計算（相比於計算機），並且大腦會隨著衰老發生功能性障礙。

面對現實中的困難，人類總是不滿足於現狀的。我們的先輩們發展出了農業文明，解決了溫飽問題；繼而發展出了工業文明，解放了人的四肢；今天的我們正在繼續著這場接力，希望能改善人類的健康、擴展人類的腦力，由內而外地釋放我們的潛能。從第一次工業革命開始，整個人類文明開始以越來越大的加速度向前發展，萬事萬物都呈現出多種可能性，無論我們是否想清楚了前因後果，是否做好了萬全準備，我們都已經坐上了這趟高速列車。「未來」撲面而至，避無可避。

生命科學和人工智慧是當前比較熱門的兩個研究領域。生命科學研究者們以既有的碳基生命為出發點，希望揭開「造物者」的秘密，盜取天火，惠及眾生；人工智慧的研究者們則以硅基邏輯器件為基礎，希望僅憑藉人類的智慧，創造出一種功能強大、善解人意、安全忠誠的人類幫手，甚至是創造出一種具有「自我持存」能力的生命形式。

三、人工智慧會獲得生命嗎？

人類最終會獲得「上帝」的能力嗎？ ——即從機體上改造自己，以避免病患和衰老；或者從自然科學中發展出一套新的設計規則，創造出新的生命體？

毫無疑問，我們正在越來越接近「上帝」：縱觀歷史，我們的先輩們總是能找到合適的工具，來克服自身的局限性：我們掌握了火焰，學會了耕作畜牧，發明了文字，甚至學會了利用電磁能，發展出了當代信息文明。現在，我們在「人工智慧」上寄託了同樣的厚望。

近幾十年來，隨著IT行業爆髮式地發展，人工智慧的巨大潛力也越來越凸顯，正在成為未來經濟的增長點，成為人類文明的「新石油」。但機會與危機並存：在發展人工智慧的道路上，一旦控制不當，我們有可能葬送掉整個人類文明。我們面臨著一個終極問題：人工智慧會成為真正的生命嗎？

參考自然生命的發展軌跡，我認為，「AI生命」至少還面臨著以下幾個難題：

1、人工智慧缺少生命延續的根基條件

碳基生命具有自我存續的能力，可以自我更新、不斷進化，他是由自然系統演化而來的，天然滿足「存在」的邊界條件，無須人類來驗證。如果把自然系統比作一顆大樹，樹上有許多葉子，那麼山川河流是葉子，星球星系是葉子，生命系統也是其中的一片葉子，他們都是有母源可循的。

而人工智慧則是一塊殘破不全的生命拼圖，它只實現了生命系統可以做到的某些事情（如模式識別），但還不能獨自適應自然環境，也無法自我繁衍進化。

當前所有的「人工智慧」都離不開人的推動，即便有天人工智慧表現出了相當的靈活性和自由度，它也很難脫離人類系統而獨立存在。這樣的人工智慧更像是寄生在人類智能上的一種偽生命（歸根到底還是一種工具）。

2、人工智慧缺乏自我持存的原動力

自然生命天然具有「自我持存」的願望和能力。雖然很多人搞不清楚「我為什麼活著」，但在沒有搞清楚這個問題的時候，他就可以很好地按照一個自然人的特徵和規律活下去。

但人工智慧不行，它是憑空而來的，如果它也要像「自然生命」一樣獲得不斷繁衍、進化（改變）的能力，必須從底層設計好它的生命機制，使它獲得存續的願望。即：要麼使其明白生命的意義，知道生命為什麼存在；要麼將自然生命的模式複製到人工智慧身上，使人工智慧可以像人一樣獲得求生欲、獲得一套激素調節系統、一套神經反饋系統。但這是非常困難的——我們如何通過演算法和邏輯來實現這些反饋系統？

激素是人類專有的，激素意味著感性、不理智、非線性。而人工智慧的基礎是數學和物理，這中間有一條巨大的鴻溝。如果沒有人類的激素系統，那麼對於機器來說，它達成一個目標、失去一個目標，建立一個系統和摧毀一個系統，對它來說不過是一條指令的實現，無所謂高興和悲傷。對它來說，得到和失去是等價的，或者說都是無意義的。如果沒有了「矯情」的人類，它何必耗費能源去想「死生之大事」呢？

3、在獲得真正的人工智慧之前，人類是否已經毀於「自我折騰」了?

前段時間，媒體報道了埃隆·馬斯克的「腦機介面」計劃。腦機介面如果成功，意味著碳基生命和硅基智能可以實現互通互聯，人類可以通過各種外接功能給自己加「外掛」，並最終使自己成為「超人」。

我們不免擔憂：人工智慧會使人類平權，還是使一小部分人獲得特權？將來的「超人」還能被定義為人類嗎？人類之間是否會進化出一個新的物種？

假如少數「超人精英」與大多數普通人產生了激烈競爭，人類所處的自然環境能夠承載這樣的壓力嗎？在人工智慧獲得生命之前，我們人類是否已經在「自我折騰」中徹底滅絕了呢？