在神经元等高度特化的脑细胞之外，普通细胞也能储存信息，并据此展开活动。许多研究证明，像捕蝇草、拟南芥、单细胞黏菌和原始的涡虫等没有大脑的植物和简单生物，也能形成记忆，甚至做出选择和决策。这催生了一个大胆的全新观点：大脑并不是智能的唯一形式，微小的细胞本身就可能是一种具备问题解决能力的智能体。而包括人类在内的各种生命，都可以被看做是一种由许多微小智能体组成的集体智能。 6park.com
在这篇来自《环球科学》2024年3月新刊中，我们将跟随罗恩·雅各布森的讲述，了解自然界一些能够思考却没有大脑的物质。


《环球科学》2024年3月新刊

人会欣赏三角涡虫的智识。这种扁形动物长得像个逗号，我们能在全球湖泊和池塘的淤泥中找到它们蠕动的身影。它针尖大小的头部内有一套类似于大脑的微型结构，两个眼点靠得很近，看上去像傻乎乎的卡通动物。这种小生命一生的愿望不过是在阴暗的水底活下去。 6park.com
但这种虫子掌握着一种连人类最伟大的头脑也做不到的技能：完美再生。把它拦腰截断，有头的一半会长出条新尾巴，而有尾巴的那一半能长出个新脑袋。一周之后，两条健康的涡虫就会出现，结伴而游。 6park.com
长出新脑袋是个技术活儿。但激发美国塔夫茨大学生物学家迈克尔·莱文（Michael Levin）研究兴趣的则是三角涡虫的尾端。莱文研究身体从单细胞发育而成的方式，另外，基于自己的研究经验，他还怀疑生物的智能存在于大脑之外，并且程度大大出乎意料。例如，涡虫尾端的细胞中可能潜藏着丰富的智慧。“所有智能实际上都是集体智能，因为每套认知系统都由更小的部件组成。”莱文解释道。因此，在完全失去头部的情况下还能存活的动物，是莱文的完美实验对象。 6park.com
在自然状态下，比起粗糙、开阔的地形，三角涡虫更喜欢藏匿在光滑隐蔽之处。如果把它们放在底部波纹起伏的培养皿中，它们会在培养皿的边缘挤成一团。但大约十年前，莱文在自己的实验室里训练出了一批特别的涡虫，它们对莱文挤在波纹培养皿中央的美味肝泥垂涎三尺，能快速克服对崎岖地形的恐惧，争先恐后地跨越鸿沟，获取美食。莱文用同样的方式训练其他涡虫，但这次换上了光滑的培养皿。接下来，所有涡虫被他“砍了头”。 6park.com
莱文把有头部的一端丢掉，等待了两周，被留下的尾端长出了新脑袋。随后，他将再生的三角涡虫放到波纹底培养皿中，将肝泥滴在中央。先前在光滑培养皿中生活过的涡虫踌躇不前，但曾经生活在崎岖表面上的再生涡虫则快速扑向食物。不知怎的，尽管彻底丢失了大脑，但这些三角涡虫保留下了肝泥奖励的记忆。但它们是怎么做到的？这一过程发生在哪里？ 6park.com
事实证明，在神经元等高度特化的脑细胞之外，普通细胞也能储存信息，并据此展开活动。如今，莱文已证明，细胞能利用电场的微妙变化来形成一类记忆，以此储存信息。这些发现让这位生物学家站在了基础认知（basal cognition）这一全新领域的前沿。这个快速发展的领域的研究者已经注意到，学习、记忆、问题解决等代表智能的标志，不仅出现在大脑内，也存在于大脑之外。 6park.com
直到最近，大多数科学家仍然认为，真正的认知能力随着五亿年前第一批大脑的出现而来。没有错综复杂的神经元簇，行为只不过是条件反射。然而，莱文和其他一些学者相信事实并非如此。大脑令人敬畏，是计算速度和能力的典范，这一点莱文并不否认。但他也看到了细胞团与大脑之间的差异只关乎程度，而非类型。事实上，莱文怀疑，当细胞开始协作执行例如构建复杂生物等令人难以置信的高难度任务时，认知可能也在同步演化。最终，这些被加强的细胞形成大脑，让动物跑得更快，思考得也更快。 6park.com
这一观点正在被不同领域的科学家接受，其中包括机器人专家乔希·邦加德（Josh Bongard），他是莱文的合作伙伴，也是美国佛蒙特大学形态学、演化和认知实验室的负责人。“自然母亲创造出大脑的时间并不长，它是比较晚才出现的器官。”邦加德说，他希望能自下而上构建深度智能机器。“显然，身体很重要，然后你才能在上面添加神经认知能力。后者就像是圣代冰淇淋上的樱桃，而不是圣代本身。” 6park.com
近年来，研究人员发现了一个又一个例子，证明在生命王国中存在着无需大脑的复杂智能，人们对基础认知的兴趣与日俱增。对于像邦加德这样的人工智能科学家来说，基础认知让我们摆脱了未来智能必须模仿以大脑为中心的人类这一假设陷阱。而对医学专家来说，唤醒细胞与生俱来的自愈与再生能力的方法初露端倪。 6park.com
对于哲学家，基础认知让世界焕发出了全新光彩。或许思维的起点相当简单。或许这个过程每天都在我们身边，以我们尚未意识到的形式发生着，因为我们过去不知道向何处去寻找。或许思维无处不在。

无需大脑的智能

事实证明，猿类、狗、海豚、乌鸦、甚至昆虫都比我们以为的更加聪慧。行为生态学家拉尔斯·奇特卡（Lars Chittka）在2022年出版的《一只蜜蜂的心灵》一书中，记录下了自己几十年来研究蜜蜂的点点滴滴。他发现蜜蜂会使用符号语言，能识别人脸，记住并传递远处花朵的位置。蜜蜂的情绪也有好有坏，它们会因九死一生的遭遇而心有余悸，例如从科学家藏匿在花朵中的电动蜘蛛“魔爪”下逃生。（谁不怕呢？） 6park.com
当然，蜜蜂是拥有真正大脑的动物，所以如此微量的智能不会动摇现有范式。更大的挑战则来自于我们的无脑近亲那令人惊异的复杂行为证据。 6park.com
池塘中的浮沫也可能拥有认知功能的证据正与日俱增。试想一下黏菌——一滩细胞，看上去有点儿像融化的威维塔牌奶酪，渗透在全球森林，消化着死去的植物。虽然单个黏菌的面积可以有一张小型地毯那么大，但它仍然是一个包含众多细胞核的单细胞生物。它没有神经系统，却能出色地解决问题。 6park.com
来自日本和匈牙利的研究人员曾将一块黏菌置于迷宫一端，将一堆燕麦片放在迷宫另一端。黏菌尽其所能，探索着所有可能获得美味食物的方向。一旦发现了燕麦片，它就会撤出其他死胡同，全身心地扑在通往食物的道路上，每次都能在四个选项中挑选出通过迷宫的最短路径。受到该实验的启发，这些研究人员根据日本东京人口的位置和数量分布，在黏菌四周堆放燕麦片来模仿这一结构。结果，黏菌控制着自己的“身体”形成了一个与东京地铁系统图非常相似的图案。 6park.com
这种解决问题的方法可能会被当作简单的算法，但其他实验表明，黏菌可以学习。当法国国家科学研究中心的奥德蕾·迪叙图尔（Audrey Dussutour）将一盘燕麦片放在一座铺满咖啡因（黏液菌讨厌的东西）的小桥的另一端时，黏菌被困住了好几天，像一个有蜘蛛恐惧症的人蹑手蹑脚小心绕过狼蛛那样，想要寻找道路穿过桥梁。最终，它们实在抵挡不住饥饿，穿过咖啡因道路吃到了美味的燕麦片，而且很快也不再厌恶先前所讨厌的东西。它们克服了自己的禁忌，吸取了经验教训。即使在被搁置一旁，休眠一年之后，黏菌仍然能保留这段记忆。



构建无脑智能

莱文的研究一直充满着实用性，例如癌症治疗、肢体再生以及伤口愈合。但过去几年，他的文章和演讲中出现了一股哲学思潮。“这个过程相当缓慢，”他坦诚道，“我产生这些想法已经几十年了，但还没到谈论它的合适时机。” 6park.com
变化始于2019年题为《自我计算边界》的著名论文。文章中，莱文利用自己的实验结果辩称，我们其实是一种集体智能，由具备高度问题解决能力的智能体构成。正如佛蒙特大学的邦加德在接受《纽约时报》采访时所说：“我们是一种由微小智能机器逐级组成的智能机器。” 6park.com
对莱文来说，这样的领悟部分来自对非洲爪蟾身体发育过程的观察。在这种两栖动物从蝌蚪转变为成蛙的过程中，它们的面部经历了大幅度重构。头部形状改变，眼睛、嘴巴和鼻孔统统转移到新的位置。人们普遍认为，这些位置的重新排布是固有的基本规则，遵循基因承载的简单机械性算法。但莱文怀疑情况并非如此。因此，他在电生理层面上干扰了爪蟾胚胎的正常发育，成功让蝌蚪的眼睛、鼻孔和嘴巴都长在了错误的位置上。莱文将其命名为“毕加索蝌蚪”，因为它们看起来真的很像毕加索的画作。 6park.com
如果重构是预先编程好的，那么最后长成的成年爪蟾面部应该和蝌蚪的脸一样乱七八糟。这种动物的演化历史没有赋予基因处理这一全新状况的能力。但莱文惊奇地观察到，蝌蚪长为成蛙之后，它们的眼睛和嘴巴长回了正确位置。这些细胞有一个抽象的目标，齐心协力将其实现。“这是智能在行动。”莱文写道，“面对不断变化的环境，智能采取新措施来实现特定目标或解决问题。”这些细胞利用生物电形成了集体智慧，取得的生物工程成就远超最优秀的人类基因工程师。 6park.com
对莱文的研究最感兴趣的是一些来自人工智能和机器人领域的专家，他们认为基础认知能解决自身领域中的某些核心弱点。尽管人工智能在操纵语言或者赢得规则明确的游戏中表现出非凡的能力，但在理解物理世界时仍然极其吃力。它们能够写出莎士比亚风格的十四行诗，但若问它们如何行走，或者预测小球如何滚下小山坡，人工智能则毫无头绪。 6park.com
邦加德认为，这是因为这些人工智能从某种意义上过于“头脑化”了。“如果你和这些人工智能做对手，你会开始发现它们的瑕疵，这些瑕疵往往围绕着常识和因果关系，指向了你为什么需要身体的问题。如果你有身体，你就懂因果关系，因为你可以产生结果。但这些人工智能系统无法通过触摸来理解世界。” 6park.com
邦加德是“具身认知”运动的先锋，该运动旨在设计出能通过监测自身与世界互动的方式来理解世界的机器人。他说，想要理解具身认知的作用，只要看看自己一岁半的孩子就好了，“（他）现在可能在厨房内大肆破坏，刚学步的小孩儿就这样。他们靠捅和戳来探索世界——既是字面意思，也是一种比喻。孩子靠这个获得来自世界的反馈，持续不停。” 6park.com
邦加德的实验室利用人工智能程序，使用可变的类似乐高的方块设计机器人，它们被称作“机器人的世界”。这些方块好比结实的肌肉，能让机器人像毛毛虫一样移动身体。人工智能设计的机器人通过试错来学习，它们添加或移除方块，淘汰最差的设计，“演化出”更灵活的形态。 6park.com
2020年，邦加德的人工智能发现了让机器人行走的方法。这一成就启发了莱文实验室，他们通过显微外科手术取出了非洲爪蟾体内的皮肤干细胞和心肌细胞，将活细胞推入水中。这些细胞融合成芝麻粒大小的团块，开始作为一个整体行动。皮肤细胞拥有纤毛，这些细微的绒毛往往在成年爪蟾的身体表面负责吸附保护性黏液。而这些细胞形成的微小生物把纤毛当成桨，在新世界中划行。它们在迷宫中穿梭，受伤时甚至能闭合伤口。在摆脱了生物学区隔的限制之后，它们焕然一新，将自己的能力发挥到极致。 6park.com
尽管基因组没有改变，但它们绝不再是非洲爪蟾。但因为细胞最初来自这种动物，莱文和邦加德给它们起了“爪蟾机器人”的昵称。2023年，他们发现另外一种细胞——人类的肺部细胞也能实现类似的功能。这些人类细胞团可以自组装，并以特定方式四处移动。塔夫茨大学的团队将其命名为“人类机器人”。 6park.com
对莱文来说，爪蟾机器人和人类机器人都向我们呈现了另一个启示：我们需要重新思考认知能力在现实世界中扮演的角色。“通常情况下，当你提到某一特定生物，你会问：‘它为什么长这个样子？为什么会做出这样的行为？’当然，标准答案是演化。岁月漫漫，这些特征被自然选择保留了下来。但是你猜怎么着？以前从未出现过爪蟾机器人，也未出现过任何演化压力让机器人变得更好。那么，为什么这些东西发现自己存在于世界后的24小时内就做了这些事呢？我认为是因为演化不会为解决特定问题制定专门的解决方案，它制造的是能解决问题的机器。” 6park.com
当然，爪蟾机器人和人类机器人的能力也相当有限，但也许它们打开了一扇窗口，让我们了解当具有特定目标的个体团结起来共同协作的时候，智能如何自然地扩展升级。莱文认为，这种与生俱来的创新趋势是演化的驱动力之一，它推动着世界走向查尔斯·达尔文（Charles Darwin）所说的“最美妙的无尽之形”。“我们还没法找到合适的词汇来描述它，”他说，“但我真诚地相信——下面这话听上去更像精神病学领域而非化学领域会出现的——未来我们最终将面对的，是能够解释压力、记忆和吸引力的微积分算法。” 6park.com
莱文希望这一愿景将帮助我们跨过内心的障碍，承认无论是黏菌还是硅基，那些聚成一团的智能与我们自身存在那么一丁点儿的相似之处。对阿德莱德大学的莱昂来说，认识到这种亲缘关系是基础认知真正的希望所在。“我们认为自己是万物之灵。”她说，“但如果我们开始意识到，我们与小草的叶片、胃里的细菌有着更多共通之处，认识到彼此在相当、相当深刻的层次上存在关联，这将改变人类这一概念的整个范式。” 6park.com
莱昂认为，事实上，生命的所作所为本质上属于一种认知状态。每个细胞需要不断评估周遭环境，决定该让什么进入，将什么阻挡在外，还要计划下一步行动。认知并不是在演化之后才出现的。正是认知，让生命成为可能。 6park.com
“你所看到的一切鲜活生命都在经历着这个神奇的过程。”莱昂指出，“如果飞机是活的，它就会从外部引入燃料和原材料，与此同时，它不仅制造自身部件，还制造能运行和修复这些部件的机器，而且这一切都会在飞行过程中完成！我们的生命，堪称奇迹。” 6park.com
本文节选自《环球科学》2024年3月刊《智能，无需大脑？》一文