基本信息
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挑战智能极限，构建意识机器，革新信息产业
内容简介
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 意识哲学难题 1
1.1.1 意识学说概要 1
1.1.2 功能觉知意识 7
1.1.3 现象感受意识 12
1.2 意识科学理论 18
1.2.1 意识科学研究 19
1.2.2 意识神经基础 22
1.2.3 意识认知理论 26
1.3 机器意识建模 34
1.3.1 神经网络方法 35
1.3.2 符号规则方法 40
1.3.3 量子计算方法 44
第2章 视觉注意 51
2.1 视觉注意机制 51
2.1.1 注意作为意识基础 51
2.1.2 视觉注意神经机制 55
2.1.3 视觉注意计算途径 60
2.2 工作记忆模型 65
第1章 绪论 1
1.1 意识哲学难题 1
1.1.1 意识学说概要 1
1.1.2 功能觉知意识 7
1.1.3 现象感受意识 12
1.2 意识科学理论 18
1.2.1 意识科学研究 19
1.2.2 意识神经基础 22
1.2.3 意识认知理论 26
1.3 机器意识建模 34
1.3.1 神经网络方法 35
1.3.2 符号规则方法 40
1.3.3 量子计算方法 44
第2章 视觉注意 51
2.1 视觉注意机制 51
2.1.1 注意作为意识基础 51
2.1.2 视觉注意神经机制 55
2.1.3 视觉注意计算途径 60
2.2 工作记忆模型 65
前言
自20世纪90年代以来，人们再次高度关注意识问题，众多哲学家、心理学家与神经科学家在此领域开展了深入的研究工作（Zelazo，2007）。与此同时，人们也开始尝试用计算方法让机器装置拥有意识能力。这类研究逐渐被称为“机器意识”（Machine Consciousness）研究，有时也用“人工意识”（Artificial Consciousness）或偶尔用“数字觉知”（Digital Awareness）来称呼这一领域。
早期有关机器意识的研究比较粗浅，研究工作较少得到学术界的认同，甚至早些年提到“机器意识”时还有不合时宜的顾虑。比如，2003年Drew McDermott采用电子邮件方式对AAAI（美国人工智能协会）在世的207位会士进行了非正式调查。调查结果显示，这些会士对于机器意识解决问题的可能性有不同的观点，观点分布如下：“不感兴趣”的占3%，认为是“病态问题”的占11%，认为是“浅薄问题”的占8%，认为“不是解决的时候”的占7%，认为“需要超越目前所有的全新观念才能解决”的占32%，认为“目前的方法就可以解决”的占3%，认为“基本上可以大致解决”的占11%，其他无关观点占25%（Zelazo，2007）。
但是随着研究工作的不断深入，尽管哲学观点不同，一些有远见的专家学者也已充分认识到开展机器意识研究的重要意义，并专门撰文进行了系统论述。比如英国伦敦帝国学院电子工程系的亚历山大教授通过追踪从20世纪90年代的怀疑到21世纪的态度转变，以及目前不断巩固的阵地，指出机器意识的影响与日俱增，并预计了机器意识对科学与技术发展的潜在影响，特别是在改变人们对意识的理解、对改进计算装置与机器人方面的概念贡献，以及机器作为人类伴侣等方面，意义更为重大（Aleksander，2009a，2017）。
无独有偶，美国伊利诺伊大学哲学系海柯南教授则专门撰文强调机器意识是新一代信息技术产业发展的新机遇，认为新产品与系统的发展机会起因于信息技术发展的下一步，而现有的人工智能是基于预先编程算法的，机器与程序并不能理解其所执行的内容。显而易见，不考虑意识就没有对自身行为的理解，而机器意识技术的涌现可以弥补这一短板，因此机器意识技术可以为信息技术产业的发展提供新的契机（Haikonen，2009a）。意大利巴勒莫大学机器人实验室的车勒教授则指出，开展机器意识研究不仅是一项技术挑战，也是科学和理论上开展人工智能和机器人方面尚未得到满意解答的主题研究的新途径（Chella，2009）。
还有，斯图尔特认为机器意识是对人类的一种基础挑战（Stuart，2011）。土耳其中东技术大学的宫科和沙颜两位学者进一步认为，开展机器意识的计算建模研究有助于推进对人类意识现象的理解，推动构建更加合理的意识理论 （G?k，2012）。这无疑说明，机器意识研究不但对深化人工智能的研究有着重要的推动作用，而且对科学地解释神秘的意识现象同样具有重要的推动作用。
正因为有如此重要的科学意义和推动未来信息技术革新的潜在价值，随着最近十年的研究发展，机器意识现在已经成为被广泛关注的热点研究领域，并取得了数量相当可观的研究成果，有些成果甚至已经被运用到实际的认知系统的开发之中。
笔者开展机器意识的研究工作与两位学术前辈的引导是分不开的。一位是中国科学院生物物理研究所研究员汪云九先生，另一位是中国科学院高能物理研究所院士唐孝威先生。汪先生是笔者博士论文的答辩委员会主席，笔者早在读博士期间就与之相识，后来我们还成了忘年之交。唐先生是在20世纪90年代多次参加香山科学会议期间经汪先生引见而相识的。
两位老先生于20世纪90年代率先在国内积极倡导意识科学研究。在他们的带领下，笔者自然也就义无反顾地参与了研究工作，后来还取得了一些合作成果（周昌乐，1999，2001b，2003b；Zhou，2003；汪云久，2001，2007）。在这样的学术背景下，笔者也开始思考机器意识问题，迄今刚好研究20个年头了。笔者这20年的机器意识研究，以项目为驱动，大致可以分为三个阶段。
（1）第一个阶段
笔者于2002年申请到了国内第一个机器意识研究的国家自然科学基金项目“意识的理论模型及其机器再现”（项目批准号：60275023）。这个项目能够获得批准立项，应该说完全是汪云九先生作为项目组成员参与的结果，如果没有他的大力支持，这个项目是不可能获批的。
在历时三年的研究过程中，随着研究文献梳理工作的不断深入，笔者发现意识问题并非一开始想象的那么简单，其中涉及众多哲学问题。为此，笔者还专门与哲学界的学者们，特别是北京师范大学哲学系刘晓力教授、北京大学哲学系周北海教授与刘壮虎教授、汕头大学刘西瑞教授等一起，组织哲学界、脑科学界、心理学界、语言学界及人工智能学界等一批学者，于2004年10月在厦门大学举办了第一届“人工智能与哲学”研讨会，希望通过学科交叉研究来推进对意识问题的深入了解，为机器意识研究奠定理论基础。另外，与会代表商定，研讨会更名为“心灵与机器”，每年均举办一届，迄今已经举办了十六届，并成为国内为数不多的交叉学科纯学术研讨会典范（刘晓力，2014）。
遗憾的是，由于对机器意识研究的难度估计严重不足，加上项目研究时间紧迫，尽管我们一直努力试图建立起一种机器意识的量子计算模型，但终因时机还不成熟，结果并不尽如人意。其中主要原因是，当时量子计算还处于理论研究阶段，没有实体量子计算装置可以使用，也没有量子计算仿真实验平台可以验证我们的模型。因此可以说，到项目结束的2005年12月底，第一阶段的研究工作并未达到预期目标。
（2）第二个阶段
第二个阶段吸取了第一个阶段的教训，笔者开始从具体的意识问题入手，结合视觉动态计算模型的构建，开展视觉选择性注意机制的计算建模研究。所申报的国家高技术研究发展计划（863计划）项目“引入觉知机制的视觉动态计算模型及其应用实现”（项目编号：2006AA01Z129）也获得批准并正式立项。该项研究工作尽管推迟了一年时间才正式结题，但研究工作比较顺利，完成了我们预期的目标。研究成果构成了本书第2章的内容，可以说为学术界做出了有意义的贡献，特别是对视觉动态计算模型的发展起到了重要的助推作用。
（3）第三个阶段
在第二个阶段结束后，由于有其他科研任务亟待完成，有关机器意识的研究工作便中断了三年之久。到了2012年，笔者的科研重心又回到了机器意识的核心问题，开始自我意识的计算建模研究。申报的国家自然科学基金项目“针对涉身行为的自我意识机器人构建方法及其实现”获得批准立项（项目批准号：61273338），笔者开启了为期四年的又一次艰辛的探索历程。
在项目研究期间，适逢“心灵与机器”研讨会走过了十年历程，因此在笔者的建议下，第十一届“心灵与机器”研讨会安排在厦门召开，主题之一就是“机器意识”。会上我们充分讲述和报告了研究设想与成果，听取了与会专家学者的不同意见，然后进一步反思我们的研究方案，不断调整研究思路，使得后来课题得以顺利开展。
图A 本书内容关联结构
在后续的研究中，我们不但探索了自我意识的心脑机制、自我意识的计算建模，还探讨建立了自我意识的异步自省理论，并尝试性研究了通过量子计算如何使得机器也能够拥有“体验意识”。这些研究成果构成了本书第3章和第4章的主要内容。
机器意识是一个任重道远的研究领域，也是容易招来非议的研究课题，在国际学术界也同样如此。这就是开展机器意识研究的专家学者凤毛麟角的根本原因。但笔者在此还是要呼吁，希望更多的国内同行能够加入机器意识研究的队伍，为加快人工智能前沿性基础研究的步伐做出贡献。
早期有关机器意识的研究比较粗浅，研究工作较少得到学术界的认同，甚至早些年提到“机器意识”时还有不合时宜的顾虑。比如，2003年Drew McDermott采用电子邮件方式对AAAI（美国人工智能协会）在世的207位会士进行了非正式调查。调查结果显示，这些会士对于机器意识解决问题的可能性有不同的观点，观点分布如下：“不感兴趣”的占3%，认为是“病态问题”的占11%，认为是“浅薄问题”的占8%，认为“不是解决的时候”的占7%，认为“需要超越目前所有的全新观念才能解决”的占32%，认为“目前的方法就可以解决”的占3%，认为“基本上可以大致解决”的占11%，其他无关观点占25%（Zelazo，2007）。
但是随着研究工作的不断深入，尽管哲学观点不同，一些有远见的专家学者也已充分认识到开展机器意识研究的重要意义，并专门撰文进行了系统论述。比如英国伦敦帝国学院电子工程系的亚历山大教授通过追踪从20世纪90年代的怀疑到21世纪的态度转变，以及目前不断巩固的阵地，指出机器意识的影响与日俱增，并预计了机器意识对科学与技术发展的潜在影响，特别是在改变人们对意识的理解、对改进计算装置与机器人方面的概念贡献，以及机器作为人类伴侣等方面，意义更为重大（Aleksander，2009a，2017）。
无独有偶，美国伊利诺伊大学哲学系海柯南教授则专门撰文强调机器意识是新一代信息技术产业发展的新机遇，认为新产品与系统的发展机会起因于信息技术发展的下一步，而现有的人工智能是基于预先编程算法的，机器与程序并不能理解其所执行的内容。显而易见，不考虑意识就没有对自身行为的理解，而机器意识技术的涌现可以弥补这一短板，因此机器意识技术可以为信息技术产业的发展提供新的契机（Haikonen，2009a）。意大利巴勒莫大学机器人实验室的车勒教授则指出，开展机器意识研究不仅是一项技术挑战，也是科学和理论上开展人工智能和机器人方面尚未得到满意解答的主题研究的新途径（Chella，2009）。
还有，斯图尔特认为机器意识是对人类的一种基础挑战（Stuart，2011）。土耳其中东技术大学的宫科和沙颜两位学者进一步认为，开展机器意识的计算建模研究有助于推进对人类意识现象的理解，推动构建更加合理的意识理论 （G?k，2012）。这无疑说明，机器意识研究不但对深化人工智能的研究有着重要的推动作用，而且对科学地解释神秘的意识现象同样具有重要的推动作用。
正因为有如此重要的科学意义和推动未来信息技术革新的潜在价值，随着最近十年的研究发展，机器意识现在已经成为被广泛关注的热点研究领域，并取得了数量相当可观的研究成果，有些成果甚至已经被运用到实际的认知系统的开发之中。
笔者开展机器意识的研究工作与两位学术前辈的引导是分不开的。一位是中国科学院生物物理研究所研究员汪云九先生，另一位是中国科学院高能物理研究所院士唐孝威先生。汪先生是笔者博士论文的答辩委员会主席，笔者早在读博士期间就与之相识，后来我们还成了忘年之交。唐先生是在20世纪90年代多次参加香山科学会议期间经汪先生引见而相识的。
两位老先生于20世纪90年代率先在国内积极倡导意识科学研究。在他们的带领下，笔者自然也就义无反顾地参与了研究工作，后来还取得了一些合作成果（周昌乐，1999，2001b，2003b；Zhou，2003；汪云久，2001，2007）。在这样的学术背景下，笔者也开始思考机器意识问题，迄今刚好研究20个年头了。笔者这20年的机器意识研究，以项目为驱动，大致可以分为三个阶段。
（1）第一个阶段
笔者于2002年申请到了国内第一个机器意识研究的国家自然科学基金项目“意识的理论模型及其机器再现”（项目批准号：60275023）。这个项目能够获得批准立项，应该说完全是汪云九先生作为项目组成员参与的结果，如果没有他的大力支持，这个项目是不可能获批的。
在历时三年的研究过程中，随着研究文献梳理工作的不断深入，笔者发现意识问题并非一开始想象的那么简单，其中涉及众多哲学问题。为此，笔者还专门与哲学界的学者们，特别是北京师范大学哲学系刘晓力教授、北京大学哲学系周北海教授与刘壮虎教授、汕头大学刘西瑞教授等一起，组织哲学界、脑科学界、心理学界、语言学界及人工智能学界等一批学者，于2004年10月在厦门大学举办了第一届“人工智能与哲学”研讨会，希望通过学科交叉研究来推进对意识问题的深入了解，为机器意识研究奠定理论基础。另外，与会代表商定，研讨会更名为“心灵与机器”，每年均举办一届，迄今已经举办了十六届，并成为国内为数不多的交叉学科纯学术研讨会典范（刘晓力，2014）。
遗憾的是，由于对机器意识研究的难度估计严重不足，加上项目研究时间紧迫，尽管我们一直努力试图建立起一种机器意识的量子计算模型，但终因时机还不成熟，结果并不尽如人意。其中主要原因是，当时量子计算还处于理论研究阶段，没有实体量子计算装置可以使用，也没有量子计算仿真实验平台可以验证我们的模型。因此可以说，到项目结束的2005年12月底，第一阶段的研究工作并未达到预期目标。
（2）第二个阶段
第二个阶段吸取了第一个阶段的教训，笔者开始从具体的意识问题入手，结合视觉动态计算模型的构建，开展视觉选择性注意机制的计算建模研究。所申报的国家高技术研究发展计划（863计划）项目“引入觉知机制的视觉动态计算模型及其应用实现”（项目编号：2006AA01Z129）也获得批准并正式立项。该项研究工作尽管推迟了一年时间才正式结题，但研究工作比较顺利，完成了我们预期的目标。研究成果构成了本书第2章的内容，可以说为学术界做出了有意义的贡献，特别是对视觉动态计算模型的发展起到了重要的助推作用。
（3）第三个阶段
在第二个阶段结束后，由于有其他科研任务亟待完成，有关机器意识的研究工作便中断了三年之久。到了2012年，笔者的科研重心又回到了机器意识的核心问题，开始自我意识的计算建模研究。申报的国家自然科学基金项目“针对涉身行为的自我意识机器人构建方法及其实现”获得批准立项（项目批准号：61273338），笔者开启了为期四年的又一次艰辛的探索历程。
在项目研究期间，适逢“心灵与机器”研讨会走过了十年历程，因此在笔者的建议下，第十一届“心灵与机器”研讨会安排在厦门召开，主题之一就是“机器意识”。会上我们充分讲述和报告了研究设想与成果，听取了与会专家学者的不同意见，然后进一步反思我们的研究方案，不断调整研究思路，使得后来课题得以顺利开展。
图A 本书内容关联结构
在后续的研究中，我们不但探索了自我意识的心脑机制、自我意识的计算建模，还探讨建立了自我意识的异步自省理论，并尝试性研究了通过量子计算如何使得机器也能够拥有“体验意识”。这些研究成果构成了本书第3章和第4章的主要内容。
机器意识是一个任重道远的研究领域，也是容易招来非议的研究课题，在国际学术界也同样如此。这就是开展机器意识研究的专家学者凤毛麟角的根本原因。但笔者在此还是要呼吁，希望更多的国内同行能够加入机器意识研究的队伍，为加快人工智能前沿性基础研究的步伐做出贡献。
媒体评论
机器意识，未来人工智能领域的璀璨明珠，将成为人类信息技术革命的终极挑战！人无远虑，必有近忧。或许人们会为眼下卡脖子的许多关键技术而忧心如焚，那么为了未来不再重蹈覆辙，我们现在就应该前瞻性地开展前沿关键技术的基础性研究。
本书就是一部顺应未来人工智能发展的扛鼎之作。作者身兼五个学科门类的博士生导师，耗费二十年时光孜孜不倦地钻研积累，终于铸就了这部跨越时代、并蓄中外和贯通文理的集大成之作。这本书不仅仅是作者科研工作的总结，包括视觉觉知注意计算、自我认知计算实现、情感体验量子计算等。更重要的，它还是一部开展机器意识研究的工具书，包括意识哲学思辨、意识科学理论、意识计算建模、机器意识评估评测、机器意识哲学反思，以及包括脑机混合智能在内的机器意识发展前景等。
应该说，这本书将成为有志于机器意识理论研究和技术开发人员的进阶手杖！
本书就是一部顺应未来人工智能发展的扛鼎之作。作者身兼五个学科门类的博士生导师，耗费二十年时光孜孜不倦地钻研积累，终于铸就了这部跨越时代、并蓄中外和贯通文理的集大成之作。这本书不仅仅是作者科研工作的总结，包括视觉觉知注意计算、自我认知计算实现、情感体验量子计算等。更重要的，它还是一部开展机器意识研究的工具书，包括意识哲学思辨、意识科学理论、意识计算建模、机器意识评估评测、机器意识哲学反思，以及包括脑机混合智能在内的机器意识发展前景等。
应该说，这本书将成为有志于机器意识理论研究和技术开发人员的进阶手杖！
