人工智能、缸中之腦與虛擬人生
——對元宇宙問題的跨學科研究

張昌盛

(1.中國社會科學院大學 哲學院, 北京 102488；2.中國社會科學院 哲學研究所， 北京 100732)

近年來，元宇宙(Metaverse)成為信息科技領域的一個新的技術投資風口，也是近期學界關注的熱點之一。元宇宙簡單地說就是借助數字科技構造虛擬世界的技術，具體來說主要是通過整合腦機接口、互聯網、大數據、VR、AR、人工智能、區塊鏈等技術來建構虛擬世界的科技領域(1)參見許英博、陳俊云.《元宇宙：人類的數字化生存，進入雛形探索期》，中信證卷研究部，2021年9月12日。。

元宇宙這個名稱最早出現在20世紀90年代的科幻小說《雪崩》中，而元宇宙的理念實質上是肇始于普特南的“缸中之腦”的思想實驗，后續的電影《黑客帝國》以及新近的電影《頭號玩家》以科幻的方式體現了類似的觀念。

按照現在各大科技企業對元宇宙的建設目標的基本敘述，元宇宙被理解為是未來的互聯網的終極形態，是一種與現實物理世界并行的虛擬世界，但又部分地與現實世界深度融合。元宇宙的“元”含有超越的意思，不僅可以超越現實的空間區隔，而且能夠構造超越于現實世界的虛擬景觀和場景，提供超越現實的獨特體驗。

元宇宙在未來會深刻而全面地改變人類生活的方式，以及整個社會的運作模式和歷史走向。元宇宙將提供給人類極其豐富、新奇而又逼真的體驗，又具有超越空間的便利，未來人類的生活、工作乃至生產活動將有很大一部分時間是在虛擬世界中進行的。隨之而來，未來人類的生活形態也將發生根本改變。進而，人類關于虛擬世界與物理世界乃至虛擬生活與真實生活等的觀念，也會隨著元宇宙的到來而發生根本的改變。如果從當前主流的自然主義立場設想，未來元宇宙的極致形態將會是“黑客帝國”的“矩陣”(The Matrix)，很多人將生活在數字化的虛擬世界中。當然，這種極致形態的“虛擬人生”會不會出現，需要我們結合科學進展和哲學思想進行深入分析和預判。

因此，需要結合相關的科技與哲學，從跨學科的視野對元宇宙的未來趨勢、社會價值以及戰略意義進行理論本質的深度思考和實踐趨勢的綜合預判，為我們的元宇宙科技戰略提供思想支持。

一、元宇宙的理念淵源和前景

元宇宙的名稱雖然出現得很晚，但相關理念早在人類思想的早期就已經觸及。什么是真實世界?在不同的神話框架和思想體系中有不同的答案。在未來元宇宙技術高度發展的時候，隨著虛擬世界與現實世界的交融共生，虛擬人生在人類生活中扮演越來越重的角色時，元宇宙將會重新激發人們對真實與虛幻的深度思考。

(一)什么是真實的世界？

回看歷來人類對于世界的觀念，最主要的兩個問題是起源和結構/性質。關于世界的起源問題，中國的神話中是盤古開天辟地，這是一種發生學角度的神話敘事。在傳統西方主流文化中，世界起源也是神創論，基督教的神創論是最為主流的一種版本。中國傳統的世界觀念雖然也會涉及到天上與人間、人間與地府等二元區分，但主要是在神話和宗教信仰中，而在社會主流的世俗的思想、哲學中反而著重強調現實世界，更像是一種一元論世界觀。在西方神學和哲學中，對世界的描述往往是在一種理想與現實的二元結構中展開的。早在柏拉圖的理念論中，認為真實的世界是一種由作為本源的理念構成的世界，現實世界反而是這個本源性的理念世界的模擬產物；基督教神學從神創論的角度，認為耶和華的伊甸園才是更為理想的世界，而現實世界則是神為人類創造的；萊布尼茲的單子論延續了神創論的思維，認為宇宙是神的造物，而現實世界則是神所能創造的可能世界中最好的一個世界。

近年來，思想界有一種虛擬宇宙論的學說，認為我們人類、我們所在的世界乃至所處的宇宙都是一種更高級的智慧在計算機中虛擬建構的，這是神創論的一種現代版本。

而在元宇宙的設想中，人類自己成為造物主，創造出足以與物理世界匹敵的虛擬世界。如果從自然主義的角度看，只有物理世界才是真實的世界，關于可能世界的設想都是基于現實世界這個原版的想象和發揮。但是，如果從觀念論或者宗教/神話看，則那種理念的世界才是純粹的、完美的，現實世界反而是拙劣的、粗糙的模仿版本。

而元宇宙的設想，則超出了以上這兩種模式，它既有模仿現實的因素，但又有超越現實的可能世界的因素，是與現實世界部分融合但又截然不同的新的世界。元宇宙會是一個復數概念，會有模仿現實的版本，也會有基于想象、超越現實世界規則桎梏的新奇版本，后者能夠帶給人類在現實世界中無法實現的全新體驗。這種新奇、創造和超越的因素，是元宇宙的魅力所在。可以說，通過元宇宙的建構，人類終于擺脫了現實世界的模型，可以充分發揮自己的想象力，塑造理想化的世界。在這種可以創造現實世界缺乏的全新體驗的特定意義上，可以說人類就是新的神，虛擬世界與現實世界可以并駕齊驅。

(二)元宇宙的前景展望

有些研究按照虛擬與現實的關系，把未來元宇宙的建構依據分為3個階段：數字孿生、虛擬原生、虛實融生(2)參見王儒西、向安玲主筆：《2020—2021年元宇宙發展研究報告》，清華大學新媒體中心，2021年9月16日。。第一個階段的數字孿生就是用數字技術仿真現實世界的某些方面建立平行的數字化模型，主要是模擬、復制現實世界，以此虛擬的數字化孿生模型作為輔助管理和改進現實世界的技術工具。第二階段是模擬出具有高度逼真性的虛擬世界，部分內容模仿現實世界，另外一部分內容又是原創性的、超越現實世界的，與現實世界并行。第三階段是虛擬世界足夠宏大和發達，把現實世界作為一部分融入了元宇宙之中，虛實界限逐漸模糊，虛擬世界和現實世界融合為一體。

1.虛擬游戲

元宇宙的最成熟版本就是現在各大互聯網公司的虛擬游戲。借助于VR設備和配套的全體外傳感裝置，游戲玩家可以在游戲中有3D效果的游戲場景體驗。這種虛擬技術主要是通過VR眼鏡模擬出沉浸式的視覺效果，借助于AR設備，可以產生出增強的觸覺體感體驗；但由于這種非侵入式的設備本身的局限性，無法具有超高逼真度的真實體驗感。

2.數字孿生城市

數字孿生城市就是用智能化數字技術建構一個與現實城市平行的數字化版本，可以看作是之前設想的智慧城市的升級版，也是未來元宇宙的一種初級版。通過在一個城市中的整體規劃，借助人工智能技術，建立一個超大規模的系統、高度發達的基建以及硬件配套，實現物理城市與虛擬現實的虛實融合，使用戶產生身臨其境的互動體驗。

深圳市已經把數字孿生城市寫進政府新的城市規劃中[1]。現在深圳市與華為云聯手共建了一個基于5G、云、AI的鵬城智能體，深圳的萬萬千千個生活場景正在被重構，水文氣象可以被感知、機場港口會思考、車流可以被讀懂。借助于強大的數字技術尤其是人工智能，深圳已經在數字孿生城市和真實物理城市之間實現了虛實映射、虛實交互。

3.英偉達的元宇宙：數字孿生地球與數字孿生工廠

近期，英偉達公司也宣布了自己的元宇宙技術Omniverse(用于3D工作流程的虛擬世界模擬與寫作平臺)，在11月9日GTC大會(GPU Technology Conference)的主題演講中，黃仁勛宣稱：“我們現在已經擁有了能夠創建新的3D世界，或者對真實物理世界進行建模的技術。”[2]“Omniverse將在倉儲、車間與廠房、物理及生物系統、5G邊緣場景、機器人、自動駕駛汽車乃至化身的數字孿生等層面提供模擬功能。”[2]這種目標之一是建立孿生數字地球“地球2號”(Earth Two)，通過對地球氣候進行足夠詳細的建模，以實現對全球氣候變化的模擬、監控和預測，目標是準確預測未來10年、20年或30年的氣候，從而為人類在農業、工業、交通尤其是環境治理、氣候問題解決等方面提供氣候背景參考。這種建模是通過物理機器學習模型來解決氣候長期預測中的種種復雜問題。

其次，他們認為這項技術也可以用于制造業。在黃仁勛的設想中，未來可以在元宇宙中設計數字產品如汽車等，然后才在現實世界中去完成設計。同樣可以在英偉達的元宇宙(Omniverse)中建立虛擬工廠，并使用虛擬機器人進行運營，虛擬工廠和機器人是其物理復制品的數字孿生，實體版是數字版的復制品。建立與實體的工廠平行的數字孿生工廠，生產流水線和工藝可以首先在元宇宙工廠中進行設計、測試和運作，通過在虛擬世界中的生產，實現對生產流水線各個環節的生產工藝和管理的迭代改進、不斷優化，實現生產效率和質量并重的最優解。再通過與智能化的實體生產線的并網，把這種虛擬生產轉變為實體工廠生產線的生產過程。這種虛實融合的智能化生產能極大地提高生產效率并降低相應的投資成本。

4.未來虛擬世界

未來虛擬世界的主流方向應該是創造原生虛擬的平行數字世界，不斷地開拓虛擬世界的邊界，最終趨向于把現實世界容納于元宇宙的世界，虛實交融，實現所謂虛實融生的元宇宙。

二、元宇宙的思想來源、理論假說和哲學基礎

與元宇宙相關的思想淵源早在幾千年前就產生了，但直接思想來源應該是哲學家普特南的“缸中之腦”的思想實驗。普特南的這個思想實驗涉及到對人的大腦/意識等的基本看法以及對人工智能的基本觀念，直指哲學的核心問題。而且這個思想實驗設想了虛擬世界或者說今天所說的元宇宙的極致形態。因此，普特南的“缸中之腦”思想實驗對元宇宙的深度技術分析和哲學反思都是一個很好的思想范例。

(一)普特南的“缸中之腦”

元宇宙的思想來源可以追溯到哲學家普特南的“缸中之腦”的思想實驗。在1981年出版的專著《理性、真理與歷史》中，普特南提出一個“缸中之腦”的思想實驗[3]7-9，想象一個人的大腦被某些惡意的科學家們用手術從他的身體中分離出來，放入一個充滿營養液的缸中，缸中的營養液和設備可以讓這個大腦維持長期生存；并把他大腦的神經末梢和一臺超級計算機相連，這臺計算機非常聰明，可以精準地提供各種電子脈沖信號給神經末端，讓大腦主人保持一切完整的幻覺，讓他覺得依然處于真實的世界中，一切經驗和行為都與原先沒有區別。普特南進一步設想，這個人的所有器官都泡在缸中，而外部世界是一臺大的自動機。在普特南看來，在理想實驗條件下，上述的缸中人無法區分自己的腦是顱中腦還是缸中腦，自己是在真實世界還是虛擬世界中。

普特南的“缸中之腦”的原理相當于通過中間的計算機設備把人腦和虛擬世界關聯起來，這套裝置通過電信號，實現雙向的信息通訊。一方面，計算機可以提供類似于人面對世界時的體驗和認知的模擬信號；另一方面，人類大腦的命令可以通過腦電信號傳輸給計算機，通過后者控制傳動裝置進行活動，完成任務。在這個過程中，計算機反饋回來的虛擬信號在大腦中樞得到處理，形成類似于人在真實世界中操作身體或工具進行的活動時的體驗效果。由于計算機及虛擬計算產生的模擬信號過于逼真，乃至大腦無法區分自己是處于真實世界還是虛擬世界。

普特南的這個思想實驗啟發了后續關于虛擬現實的思想靈感。上述的小說《雪崩》，電影《黑客帝國》《盜夢空間》及《頭號玩家》等都延續了這個思想實驗的靈感。近年來，隨著認知科學和人工智能技術的發展，普特南的這個思想實驗不再停留在科幻作品階段，而是成為人工智能和信息科技等科技探索的前沿主題，現在的 “腦機接口”、VR、AR、元宇宙等都與此相關。

元宇宙的設想就是類似普特南的這個思想實驗，通過虛擬和增強技術，讓元宇宙的用戶產生一種具有“身臨其境”效果的沉浸式體驗，類似于把人腦和虛擬世界“并網”。不僅用戶的視覺、觸覺及體感等無異于現實世界，而且用戶的意圖、指令等可以在虛擬世界中通過代表虛擬自我的ID執行，產生一種自身自由馳騁于虛擬世界中的效果。當然，伴隨著這種具有高度逼真性的體驗，元宇宙對用戶的反向影響也是深度的，不僅影響用戶的身體體驗，而且還可以反向影響用戶的意識活動、認知、記憶等。

(二)“缸中之腦”隱含的理論假說

普特南的“缸中之腦”的思想實驗涉及幾個基本假設：

第1個假設是基于腦科學的假設，即人類的一切意識、智能活動及關于世界的經驗都是基于大腦神經中樞對于輸入信號的信息加工、處理而在大腦中形成的，也就是人類感知到的世界、他人及自我，都是大腦基于生物電信號傳入的信息而建構的模型。這種信號是生物電信號以及化學信號，依托的平臺是人腦的神經元組織及其活動，這個信息處理過程對應的是腦神經元組織內的生物電信號、化學信號借助于神經遞質而在神經元間的傳遞、處理、儲存等過程。也就是說，在理論上，人類的一切認知、意識活動和行為都對應于大腦神經元組織中的動態變化著的生物電信號集中的某些特定的信號，因此可以由大腦生物電信號及其變化來識別人類的不同意識活動狀態，包括對應思維、意圖、語言及行為的特征意識狀態。由此，可以得出一個推論，掌握了大腦的電信號，就等于掌握了人類的智能和意識活動。

第2個假設是世界中的一切事物包括人的活動及體驗可以歸結為廣義的物理的或生物的算法，而且可以被形式化描述。還有一個數字化假設，即這些關于世界、生命的形式化表述是可以數字化或者近似地可以數字化的。因為計算機的二進制決定了數字化表達是離散的信息，而自然中的很多事物雖然可以形式化，但在這種數學描述中卻仍然是連續的。可數字化表達意味著對原有的信息可以用離散的數據進行近似表達。

第3個假設是人的智能可以看作是基于腦神經元組織的廣義的生物算法。如第1條假設所主張的，人的意識、認知等都可以看作是大腦神經元組織活動的產物，而后者的活動可以看作是基于生物電信號和化學信號的計算。這種特殊的生物算法是基于腦神經元組織的特殊平臺的，這種智能乃至意識跟神經元組織的特殊結構、規模及運作方式相關。

第4個假設是假設類腦的人工智能可以實現。如果假設這種大腦運作的生物算法可以被人工智能完全或者部分模擬，那么就可以建立類腦人工智能。即：通過類腦的人工智能來實現對世界及人的數字化表述，進而可以通過類腦算法實現用類似人類的視角去認知世界，并且也可以虛構類似的認知數據，從而可以給人腦提供類似于人對世界的真實感知的信號。

第5個假設是基于前4條假設的一個技術條件假設，即我們可以對這些由人腦提供的電信號和由計算機所提供的數字信號實施雙向編碼和解碼，從而實現基于信號的雙向傳輸的腦-機通訊。

要實現這個思想實驗，需要滿足上述5條假設，尤其是要滿足第5條假設。第5條假設涉及兩個方面：一是預設了腦科學足夠成熟而且發達，可以通過設備充分提取大腦的電信號，并且可以解碼這些信號，爾后由計算機重新編碼形成操作外在物理世界中的設備或虛擬世界中的對象的指令，完成相應的活動或任務；二是可以對由計算機傳向大腦的信號進行反向解碼，生成可以為大腦所處理的生物電信號，從而讓大腦可以認知外在的物理世界或者虛擬世界。通過這種認知和操作的配合，可以實現讓大腦處在真實世界中的幻覺的效果。

(三) “缸中之腦”蘊含的哲學問題

上述5條假設涉及到一系列相關的哲學假設：

上述第1條假設隱含了意識問題的一種自然主義、生物主義的哲學假設，這條假設是一種比較強的意識理論，即一切意識活動都是生物神經元組織的活動的產物，或者說人的意識活動是一種生物平臺即大腦神經元組織的信息處理過程。

這種意識假說對應的意識理論有幾種：其中，最強的立場是生物主義的還原論，即意識現象可以還原為構成神經元組織的每一個神經元的功能及性質的集合；較弱的立場是生物主義的非還原主義，即意識是由神經元組織的復雜結構及非線性系統的突現的整體屬性，不能還原到單個神經元的活動的線性組合。

還有一種弱的二元論也可以兼容腦科學的工作假說。這種二元論的學說把大腦神經元組織比作集成電路硬件模塊，把意識比作電流，二者合在一起才產生智能和認知等功能。因為腦科學所需要的實質性的工作假說僅僅是認為人的意識活動可以一一對應于大腦神經元組織的生物電信號變化(借助于這種嚴格的映射關系，可以對后者進行提取，進而借由解碼技術來識別前者的內容；再通過計算機編碼輸出人的意識內容尤其是意志指令)。至于這些意識活動是由神經元組織的活動產生的，還是意識的產生另有來源，神經元組織只是作為產生意識的必要條件之一，對于腦科學的工作假說和方法而言并無差別。

上述第2條的可形式化的假設，首先，隱含了一種類似畢達哥拉斯主義的宇宙觀和生命觀，即預設一切事物包括生命的本質特征都在于其形式，一切事物的運作過程也包含著某種形式的機制；其次，這些事物及過程的存在依賴于一種確定的運作機制，可稱之為物理算法或生物算法；再次，這些事物及過程的形式方面的特征還可以用數學語言來描述，類似于伽利略的自然的數學化，而且生命本身也可數學化，乃至人的心理狀態乃至整個意識也可以被數學化，即一切事物的特性可以被形式化表達；最后，還需要假設，這些事物及過程可以被數字化地描述，并且可以用計算機的算法來表達。

上述第3條假設是一種生物自然主義的哲學立場，即認為人的智能乃至意識是人腦的產物，具體而言是大腦神經元組織的活動產生的現象。這種立場認為智能乃至意識是基于自然因素和規律的產物，但需要特定的生物條件；只有像人類大腦神經元組織這樣的結構足夠復雜、規模足夠龐大的生物系統才能產生智能乃至意識。這種立場有別于物理主義，后者認為智能乃至意識實現條件是具有足夠的復雜度和規模的物理組織，生物神經元組織并非智能及意識的必要條件，而基芯片加算法也能實現類人智能；這種立場也有別于二元論，后者認為智能及意識是心靈實體或屬性的產物，僅憑神經元組織不足以產生類似于人的智能，遑論意識了。

當然，這里同樣對應有一種弱化立場，即認為人的一切智能和認知等活動跟這種生物平臺的特殊算法及計算相關，但并不假設這種大腦神經元組織的活動是實現類人智能的充分條件；同樣，可以承認人類的一切意識活動一直伴隨著這種生物神經元組織層面的計算過程，但并不主張意識產生于這種生物算法及計算過程。

上述第4條假設是關于人工智能的假設。在人工智能哲學中，對應著聯結主義的仿生的人工智能范式，即計算機的算法可以借鑒乃至模擬人腦的生物算法，從而實現類腦智能；按照普特南的“缸中之腦”的設想的類腦智能應該是強人工智能，因為該思想實驗中的計算機用數字模擬的外界過于逼真，以至于缸中的大腦無法分辨真假。

對于元宇宙技術而言，也是把具有高度逼真性的體驗作為追求的主要目標之一，但并不一定需要達到“缸中之腦”的那種逼真程度，因此也可以預設弱人工智能立場，即類腦智能雖然無法完全像人腦一樣認知外界以及模擬外界，但可以通過技術進步逐漸達到逼真度很高的模擬結果。

上述第5條假設是一個基于腦科學假說的技術性假設。 如果通過腦機接口可以實現大腦的生物信號和元宇宙的數字信號的高度保真的有效通訊，那就意味著大腦生物網絡和數字網絡之間并沒有不可跨越的天塹，某種程度上可以把關于智能乃至意識現象的生物現象還原為數字網絡的物理過程，這其實預設了生物自然主義立場可以還原為物理主義立場的潛在可能。

三、元宇宙的技術基礎及哲學問題

元宇宙的核心技術包括虛擬技術如人工智能、腦機接口、VR、AR、5G、云計算、物聯網、區塊鏈等，但最核心的信息技術部分則是腦機接口這樣的人腦-機器之間信息通道以及人工智能作為構造虛擬世界內容的引擎和主要生產力。因此，我們這里需要結合科學和哲學考察元宇宙的這兩部分技術基礎問題。

按照物理主義或生物主義的假設，要實現元宇宙的沉浸式體驗，尤其是要實現類似普特南的“缸中之腦”式的身臨其境的虛擬體驗，核心技術就是對大腦的輸入、輸出信號問題的解決；概而言之，就是要以虛擬的信號輸入代替人的視覺、聽覺、觸覺等感官，以機器信息通道和外接的設備取代人的身體對外界的操作和控制行為；并且，這種對大腦的信息輸入和輸出要形成雙向交流的閉環，這樣信息輸出產生的操控會讓游戲參與者在游戲中產生一種自身投入其中的代入感，同時信息的輸入和反饋，會讓游戲參與者產生一種感同身受，這兩種體驗的同步、結合會使游戲參與者產生一種身處真實世界中的幻覺。在元宇宙的技術體系中，這種解決信息輸入、輸出的雙向傳輸通道的關鍵技術是腦機接口，而向大腦提供虛擬世界內容的關鍵在于人工智能的生產活動。

(一)腦機接口

對于元宇宙而言，可以通過VR、AR以及腦機接口等不同方式實現與虛擬世界的交互，但要實現一種“身臨其境”的沉浸式體驗，最徹底、最高效的方式是通過腦機接口把大腦和電腦直接關聯起來。

腦機接口(Brain Computer Interface)(3)參見量子位微信自媒體發布的《量子位腦機接口白皮書》。是指在大腦和外部設備之間建立的信息通訊通道。在腦機接口的設想中，預設了意識是大腦神經元的活動的結果，意識的內容可以由大腦電信號來解碼。簡單來說是通過植入大腦皮層的芯片，可以實現對大腦電信號的讀取；通過對大腦信息的解碼、編碼，可以控制對大腦信號的輸出、輸入；因此，可以通過腦機接口讀取大腦電信號，實現大腦信息的讀取、輸出、復制、下載，也可以反向地輸入、上傳、修改，甚至可以改變大腦的記憶、思維和認知，進而實現信號在大腦和電腦之間的雙向閉環傳輸，這樣就可以在大腦和外部設備之間建立起一種直接的通訊和控制通道，從而實現人通過大腦的意識活動與外部設備的交互作用。

腦機接口技術與人工智能及智能控制等技術結合，可以實現外部世界與虛擬世界的互動。具體而言，腦機接口的技術流程可分為4個環節：信息采集、信息處理、設備控制和信息反饋。第1個信息采集環節中，腦機接口通過植入大腦皮層中的微電極采集腦部神經元活動的信號；第2個信息處理環節中，對采集的信號進行解碼，再對這些信號進行編碼，轉化為機器能讀懂的指令信號；第3個設備控制環節中，通過計算機發出的指令對外部智能設備進行控制；第4個信息反饋環節是對控制過程以信號形式向大腦反饋。通過這樣一個閉環的雙向信息通訊過程，完成人機互動過程。

目前的腦機接口中有兩個最大的困難：一是信號處理環節中對神經元信息的解碼過程，二是從外界對大腦的信息反饋如何實現。在腦機接口這一部分先討論第1個問題，第2個問題關系到人工智能技術，將放到下一部分去討論。

信息處理環節對于腦機接口技術的實現非常關鍵。基于人工智能的解碼和編碼，使用者的設備能讀取大腦的“想法”并傳輸給設備。使用者可以通過“意念”在對外在的設備進行控制，從而實現大腦的意圖；也可以通過反向的編碼、解碼，實現對外部對象或活動產生的信號向大腦的傳輸，從而實現大腦的指令信息輸出和反饋信號輸入大腦的信息閉環。這種雙向互動還有一個基本的前提：大腦可以通過視聽感官或者傳感器和計算機等中間設備“感知”外部物理對象或者虛擬對象，才能展開輸出、操控、反饋、調整等一系列的互動。

腦機接口技術的目標是建立人腦和電腦之間的雙向信息通道，對應于大腦的輸入和輸出兩個任務，腦機接口的設想基于兩個方面的技術前提：

第1個方面是讀取和輸出大腦信息：(1)初級任務：意念控制外物；(2)高級任務：解讀大腦的意識如思維、情緒等。

如前所述，這里的基本理論假設是大腦的一切意識活動都對應于神經元的活動，越是能精確地監控各個神經元的活動，越能精準地把握意識活動的內容。但這里的理論難點在于，意識活動并不是與單一的大腦神經元區域的活動對應，大腦神經元的多線程是并行的、復雜的，同一個意識活動可能對應多處神經元的協作；同時，一處的神經元會參與到多種意識活動中，因此即使把握了每一個神經元的活動，也不意味著可以把握大腦神經元活動與意識內容的精確對應關系。盡管如此，但總體而言，越是能夠提高對大腦神經元的監控精度，越是能區分不同的意識內容。這里的技術難點在于如何盡量高精度地監控大腦神經元的信號變化，并且能夠成功解碼。

要想高精度地提取大腦神經元信號，就需要在大腦皮層中植入大量的微型電極。通過植入微電極，通過對大腦皮層里的各個區域的局部場電位的測量，就可以實現監控大腦神經元活動狀態的任務。理論上，植入的微電極越多，分布區域越廣，就可以對大腦皮層的神經元活動實現更全面和精準的監控。按照目前神經科學的認知，人的大腦大約有860億個神經元。目前，腦機接口獲取大腦信息的水平還比較低。2020年，馬斯克的腦機接口公司(Neuralink)進行的腦機接口實驗[4]，植入小豬大腦中的腦機接口有1 024個信息采集通道，即植入了1 024個微電極。打個比方，這就相當于在一個有860億人的廣場上，有1 024個麥克風來采集人群發出的聲音，最后采集到的是那些最大音量的聲音，對不同人的聲音的分辨率還很低。

從終極理想而言，最好能實現對每一個大腦神經元大腦的電信號的監控。理論上，人類大腦皮層神經元組織可以有860億個微電極；在比較充分的腦電信號采集的基礎上，通過未來比較成熟的腦科學的理論建立的大腦神經元組織模型來分析這些數據，可以實現對大腦神經元信息處理機制的比較完整的把握。

而解碼的關鍵是建立檢測到的大腦神經元信號與大腦的意識內容之間的對應關系，可以憑神經元信號解讀出大腦意識的內容。目前所能采取的辦法還很原始：通過監控大腦神經元信號與測試者的思維、語言和行為活動的對應關系，歸納式地收集解碼數據庫。因此，只有那些納入解碼信息庫的大腦神經元信號才能被解讀。未來要建立高精度的、全面的神經元信號解碼信息庫，還需要相應的腦機接口的神經元信號讀取技術取得長足的進展。

第2個方面是對大腦的信息輸入：把數字信息轉變為腦生物電信號，輸入大腦。包括機器傳感器代替人的感官傳感器輸入信息。這種寫入信息的技術比之前的腦電信號提取更困難：技術上的困難在于植入足夠的微電極和微芯片。更大的困難在于腦科學對大腦的認知還很初級，對于輸入大腦神經元組織中的電信號的信號類別、信息的傳遞通路、信息處理方式、信息處理的功能區域及不同區域間的分工協作等都缺乏足夠全面和系統的了解，因此難以實現對數字信號的正確編碼和精準輸入。另外，某些信號的輸入是否意味著對相應內容的輸入，使主體可以獲得相應的信息、知識，還停留在假說層面，缺乏實驗的驗證。

這里所設想的信息上載、知識輸入、記憶修改等，依然是一種基于物理主義的假想，即假設意識等同于大腦神經元的活動，認知和體驗通過神經元電信號為載體。但事實上，大腦的結構及活動非常復雜，而意識尤其是內容是否可以等同于神經元活動以及相應的電信號傳輸及處理，目前為止尚未得到實驗的驗證。因此，人的認知、記憶、知識乃至情感等的精確操作是否可行？腦機接口的技術邊界在哪里？諸如此類的很多問題都需要等待未來真正成熟的腦科學來回答。

目前，所設想的腦機接口技術應用主要分3類：第1種主要應用是人機交互領域；第2種主要應用是通過監控腦電信號來進行評估治療；第3種應用是借鑒科研。

第1種獲得進展的領域是通過對大腦運動皮質部分的監控實現對機體外骨骼的控制。具體而言，因為運動皮質的可塑性，可以先通過反復訓練意識的運動想象，捕捉相應的腦電信號，建立意識的運動想象和腦電信號之間的穩定關系；實際應用時通過運動皮質做運動想象，再通過腦機接口對相應的腦電信號的監控、解碼，再重新編碼、輸出指令來控制外部設備。這個領域的應用前景很廣，包括意念控制鼠標、機械臂、機器人、玩游戲等。這種技術人機交互技術尤其適用于醫學治療：協助殘疾人通過機械肢來控制身體。

第2種獲得進展的領域是通過對大腦體覺皮質的監控、解碼為基礎，修復視覺、聽覺等。例如人工耳蝸就是麥克風傳感器接收到外部聲音信號，借助耳蝸中的電極，再通過電感應的方式通過皮膚把脈沖傳到耳蝸，耳蝸里的電極再對這些信息經過處理刺激聽覺神經，人就能夠聽到外界的聲音。不過要使這種電子音的聽覺升級到比較逼真的程度，就需要把電極數由最初的16個增加到3 500個。另外一款利用體覺皮質原理的腦機接口設備人工視網膜的復雜程度則要高幾個量級，如2011年FDA批準上市的第一款人工視網膜有60多個傳感器[5]，戴上它之后可以讓失明的人看到物體的邊緣，努力增加到1 000多個電極就可以閱讀和識別人了；而人類的真視網膜有100多萬個神經元，這相當于擁有100多萬個傳感器。

腦機接口的第2類應用是評估治療。這里的評估包括對睡眠評估、學習的注意力評估，可以輔助教學。這里治療是指通過音樂、電刺激進行治療釋放特定頻率的電波來激發大腦皮層特定區域，增強專注力，提高學習效率；通過特定音樂舒緩情緒、放松精神；植入芯片來治療治療心理疾病如抑郁癥等；刺激海馬體協助恢復記憶。

腦機接口的第3類應用是借鑒科研，可以通過植入的微電極直接觀察到腦部活動，對于掌握腦部神經元組織的運作機制、腦部的疾病，對于研究認知和智能的機理、類腦芯片等，都具有重大的意義。

腦機接口技術預設的編碼和解碼涉及到人工智能，而信息反饋環節則更需要借助人工智能科技才能實現。人工智能是推動元宇宙建設的基本動力引擎。

(二)人工智能科技

如前面所述，腦機接口的技術進展對元宇宙的發展水平有至關重要的作用，但對大腦的信息輸入/反饋這個關鍵環節的完成卻需要依賴于神經科學的進展以及人工智能的發展。首先需要人工智能生產出類似于人的感官所感受到的數字信息，由計算機把這種攜帶模擬信息的數字信號傳輸給腦機接口，再由后者把數字信號轉換為大腦電信號，最終完成對大腦皮層輸入反饋信息。這個輸入環節中，無論是數字信息的產生，還是由數字信號向大腦電信號的轉化，都需要人工智能的參與。

而如何產生出類似于人的感官感知外界的信息，這對于目前的人工智能而言是困難的問題。因為這意味著人工智能也可以以類人的方式感知和認知外部世界，模擬出類似的輸入信息，乃至可以由算法虛擬地創造這種信息。只有神經科學徹底搞清楚了人的視覺、聽覺、觸覺、體感乃至嗅覺、味覺等的特性、輸入方式以及處理機制，同時也需要人工智能技術足夠發達，才可以由算法模擬高度接近于人的真實的感官信息。借助于這種類腦智能產生各種類人的逼真信息以及虛擬事物，并把這種虛擬信息通過腦機接口輸入大腦皮層，最終讓使用者產生一種身處于虛擬世界之中的真實體驗。

而人工智能制造高度逼真的虛擬現實內容的能力，也需要借助于神經科學的充分發達，能夠破譯人體的感官信息以及大腦處理這些信息的方式，才能針對性地探索和建立高度發達的類腦算法，實現這種虛擬現實信息的生產和虛擬世界的建構。

另外，神經科學的研究也需要借助于腦機接口等神經元信息監測技術、人工智能算法的輔助科研，才能獲得長足的發展。

由此可見，神經科學、人工智能、腦機接口代表的神經元信號檢測這3個方面的技術具有相互依賴和相互促進的關系，需要相互支撐和循環迭代，才能最終走向高度成熟階段。而元宇宙技術需要集成這幾方面的進展才能進階到高級階段。

(三)元宇宙核心技術實現前景

如前所述，這種身臨其境的元宇宙體驗是否能夠實現，理論認知上依賴于腦科學的進展，在技術層面上依賴于腦機接口、傳感器，以及人工智能的發展程度。但這些理論認知和技術是否最終能夠實現，依賴于兩個關鍵的假設能夠成立：一是生物主義的假設，即人的體驗、認知都與大腦神經元信號直接相關，或者就是大腦神經元活動的產物；二是類腦人工智能可以模擬出類似于人的感官產生的體驗信息。

如果這兩條假設從原則上說有任何一條不能成立，即人的意識內容不能還原為大腦神經元的信號，或者人工智能不能模擬出高度逼真的體驗信息，那么低級版本的元宇宙雖可以實現，但終究無法接近或者達到普特南的“缸中之腦”思想實驗所設想的高度逼真的元宇宙。

反過來看，普特南的“缸中之腦”思想實驗在意識和認知問題上預設了物理主義/生物主義的立場，在人工智能問題上預設了強人工智能立場，這兩個問題內在相關。人類的意識及認知是否可以完全還原為大腦的功能，這在科學和哲學上一直存在爭論。彭羅斯、查爾莫斯等人一直堅持意識不等于大腦神經元組織的活動，而人的智能很大程度上是依賴于意識的活動[6]10-20。胡塞爾的現象學也認為，人的精神層面的活動具有一種遵循動機引發的自由的因果機制，并不能完全還原為身心之間關系。因此，按照這種立場，腦機接口即使可以監控所有神經元的活動，也并不能徹底揭示意識狀態以及內容。另一方面，強人工智能預設了功能主義的立場，認為智能依賴于算法和硬件，并不是人類大腦所獨有的，也消除了意識的獨立性，認為意識現象既可以由大腦產生，也可以由硅基的芯片加算法實現。但生物自然主義、二元論及現象學都認為意識具有本體論上的獨立性，不能被還原為物理或生物的本體或屬性，因此強人工智能的前提預設是錯的，人工智能不能產生類人的智能，也不會產生意識。因此，按照這些哲學觀點，人工智能不能代替人類的意識，因此也無法模擬出人類第一人稱視角的體驗和認知，虛擬世界的逼真性永遠無法達到人類在真實物理世界中的體驗和認知的水平[7]141-142。

因此，腦機接口和人工智能的前景很大程度上決定了元宇宙的進度以及可以達到的程度。而這兩個領域的發展前景又在很大程度上取決于腦科學的進展，或者更根本地說取決于認知科學和哲學對于意識現象的終極奧秘的揭示。

四、余論

雖然基于理論上的不確定性以及技術實現的困難，普特南設想的“缸中之腦”式的虛擬世界至少在短期內不一定能實現，但考量元宇宙未來可能的發展趨勢以及對人類和整個世界歷史進程的影響時，需要把這種極致的情況作為一種元宇宙未來發展的極端情況來參照。對于元宇宙的未來，我們需要預判未來的可能趨勢，抉擇我們要走的道路，制定可行的計劃，規避可能的風險。

從科技戰略和產業前景來看，現在就高度重視并理性規劃元宇宙的建設是必要的，因為元宇宙技術的發展需要集成一系列相關的前沿技術。元宇宙的概念打通了人工智能、虛擬技術、增強現實、腦機接口、神經科學、物聯網、虛擬貨幣、區塊鏈技術、機器人、無人駕駛、信息安全、智慧城市等等眾多的領域，可以在一個整體的視野中對這些領域的研究和應用進行整體規劃，協同發展，相互促進，可能會形產業集群的良性循環，促成一系列前沿尖端技術的大爆發，推動很多行業的發展，引領整個國家的工業產業的革新和轉型，甚至可以推動新的技術革命和產業革命，搭上國際產業新的分工的順風車。

關于元宇宙問題，2021年以來還有一場頗有意思的爭論。國內外眾多互聯網大廠、軟硬件企業都押重注于元宇宙。但據媒體報道，我國著名科普作家劉慈欣近日在公開演講中卻嚴厲批評元宇宙：“人類的未來，要么是走向星際文明，要么就是常年沉迷在VR的虛擬世界中。如果人類在走向太空文明以前就實現了高度逼真的VR世界，這將是一場災難。”[8]不同于一些批評者認為元宇宙是概念炒作和資本騙局，劉慈欣在這里擔心元宇宙的高度的誘惑性、致幻性會導致人們沉迷于虛擬世界中，不思進取，從而將引導人類走向歧途。在他看來，人類應該積極發展探索太空和宇宙的技術，才能為人類未來的拓展更大的生存空間，太空文明才是人類文明的希望所在。

應該說，劉慈欣的擔憂是有一定道理的，元宇宙的根本問題在于它建構的虛擬世界越逼真，則致幻效果就越強。就目前的腦科學和認知心理學研究看，人類的進步遵循一種學習機制，努力得到回報，會形成一種正向的努力與激勵的良性循環，推動人們更努力去創造、發明。但元宇宙卻可以讓人們省略在真實世界中的奮斗過程和激勵路徑，直接通過腦機接口的信息輸入刺激大腦神經而滿足消費者的大多數需要。這種激勵的方式與精神致幻劑有類的效果，容易造成對元宇宙的高度依賴和成癮。這種導向的激勵會導致人們越發沉迷于虛擬世界，會極大地消解人類在現實世界中奮斗的意志。這種做法雖然可以暫時地安慰心靈、減少痛苦和焦慮，但畢竟治標不治本。畢竟，元宇宙的“矩陣”式虛擬世界和基于營養倉的“缸中之腦”般的虛擬人生不應該成為人類文明的主要方向。毋庸置疑，那種元宇宙導向的人類文明會嚴重延緩人類探索未知和發展文明的進程。