認知增強技術新探：邁向生命3.0

劉童瑋?陳巍

摘 要 會聚科學研究的復興推動人類在重塑生命形態的道路上更進一步。作為一種邁向生命3.0的嘗試，認知增強集成了認知科學、神經科學、生物學、遺傳學等諸多學科，基于神經可塑性對人的大腦進行干預或改造。根據認知增強的作用形式，可以將其劃分為藥理增強、基因增強、神經刺激增強和賽博格增強這四條技術路徑。每條路徑分別擁有夯實的研究基礎和多樣的應用場景。新興技術的發展向傳統的二元人-技關系發起挑戰，人與技術之間的關系逐漸從“離散”發展為“共生”。未來，奇點的到來將會宣告我們正式步入生命3.0，開啟人-技關系的新篇章。

關鍵詞 生命3.0；認知增強；會聚科學；神經可塑性；人-技關系

分類號 B842

DOI：10.16842/j.cnki.issn2095-5588.2023.08.006

“服神丹令人壽無窮已，與天地相畢，乘云駕龍，上下太清。”

——《抱樸子內篇》金丹卷四

1 引言

增強是人類永恒的追求。幾千年來，人類熱衷于使用不同的方式來提高身體和心智的表現。 2016年，美國麻省理工學院發布了題為“會聚：健康研究領域的未來”（Convergence： The Future of Health）的報告，將“會聚研究”再次拉回人們的視野（Sharp & Hockfield， 2017）。有別于基礎研究領域的交叉學科研究，會聚科學研究屬于應用研究領域，十分重視技術在應用層面的價值，強調對不同學科的專業知識和技術進行集成和協作，致力于提高社會創新能力或滿足社會重大需求（吳家睿， 2021）。

會聚研究帶來的知識的集成與技術的協同推動著人類在探索“增強”的路途上更進一步。2018年，麻省理工學院物理學教授、未來生命研究所創始人Max Tegmark從系統論、信息論和進化論出發，在《生命3.0：人工智能時代人類的進化與重生》（Life 3.0： being human in the age of artificial intelligence）一書中提出了生命形式的演進三階段論（Tegmark， 2018）。Tegmark把生命的組成分為“軟件”和“硬件”，一切實體的（如器官、肢體）都屬于“硬件”，而那些非實體的、用于處理感官信息和決定行動的所有“算法”和知識則屬于“軟件”。書中提到，我們人類當前正處于生命2.0階段，這個階段的生命仍然受到“硬件”的局限，但可以通過學習、利用科技設計自己的“軟件”。生命的下一個階段是“生命3.0”，即以人工智能為代表的科技階段。邁入這個形態的生命不僅能夠設計自身“軟件”，還能設計自身“硬件”。如此看來，人類這支“有思想的蘆葦”有望在生命3.0階段擺脫肉身的局限和進化的束縛，搖身一變成為自己的“上帝”。目前，研究人員正在探索自主設計自身 “硬件”的途徑（Nitta et al.， 2021; OConnor et al.， 2022）。認知增強同屬于這類嘗試之一，主要指使用技術或物質來提高健康人認知相關能力或表現的特定增強形式（Kipke， 2013）。

以往有關認知增強的文章大多集中在倫理爭辯上，本文將透視認知增強背后的科學背景，據此劃分出實現認知增強的技術路徑，關注其在科幻與現實中的應用，解離人工智能時代的機器與人類的復雜關系，以期澄清生命3.0的心理學意蘊。

2 認知增強的科學背景

大腦的神經可塑性是實現認知增強的生理基礎。據此，研究人員集成了認知科學、神經科學、生物學、遺傳學等諸多學科的研究成果，借由神經可塑性對人的大腦進行干預或改造。

2.1 神經可塑性

大腦是一個具有高度動態性和適應性的結構，在人的整個生命周期中都會發生改變。神經可塑性是指大腦中的神經網絡通過生長和重組適應變化的能力（Costandi， 2016）。這類變化由內部和外部因素的共同作用導致，包括心理壓力、新技能的學習、環境和練習等（Fuchs & Flügge， 2014; McEwen， 2018; Shaffer， 2016）。廣義上來說，神經可塑性主要分為功能可塑性和結構可塑性。功能可塑性指大腦改變和適應神經元功能特性的能力，例如神經沖動的頻率、化學信號釋放的概率和細胞群之間的同步性。結構可塑性指離散的大腦區域的體積變化和新的神經通路的形成，這是由新的神經纖維分支和突觸的形成或新細胞的出現和生長引起的。

認知增強即利用神經可塑性，控制神經網絡朝著人類預期的方向發生改變，達到增強認知的目的。然而，大腦是一個復雜的器官，神經可塑性的機制在大腦的不同區域可能有所不同，一項認知功能也往往涉及多個腦區。因此，有必要使用有針對性的方法，例如關注特定的腦區。南洋理工大學Victoria Leong團隊最近的研究發現，在人們進行學習任務之前將個體的腦波周期調適至與大腦自然節律相吻合，能夠使大腦達到最佳狀態，從而大大提高認知技能的發展速度（Michael et al.， 2022）。

2.2 神經遞質

神經遞質與神經可塑性之間有著密切的關系。神經遞質是神經元分泌的化學信使，在大腦神經元之間的交流中起著至關重要的作用，它們參與了廣泛的認知過程，包括注意力、記憶、學習、決策和情緒調節等（Cuevas， 2019）。神經遞質通過調節神經元之間連接的強度來促進神經可塑性，從而改善認知表現的各個方面，反過來，神經可塑性也會影響大腦中神經遞質的活性和水平。例如，慢性壓力或創傷會導致大腦神經回路發生變化，并改變神經遞質的平衡，從而導致焦慮和抑郁癥狀（Kim et al.， 2020; Sato et al.， 2022）。

目前為止，科學家共鑒別出一百余種確定或疑似神經遞質的化學物質。常見的有關認知增強的神經遞質包括多巴胺、乙酰膽堿、去甲腎上腺素和血清素。多巴胺主要負責大腦信息的傳遞，它的釋放可以促進與積極體驗相關的神經連接的形成，并提高人的興奮度。不僅如此，多巴胺對于記憶功能不可或缺，能夠促進內嗅皮層的聯想記憶編碼（Lee et al.， 2021）。乙酰膽堿參與記憶的形成和鞏固，幫助我們保持警覺和專注（Ma et al.， 2020）。去甲腎上腺素有助于提高警覺和喚醒度，改善我們的注意力，參與記憶的形成和信息的檢索（Breton-Provencher et al.， 2022）。血清素能夠增強大腦可塑性，并參與調節情緒、睡眠和食欲，還能夠通過增加神經元之間的信息傳遞速率來增強記憶和學習能力（Iigaya et al.， 2018）。此外，還有谷氨酸、γ-氨基丁酸和內啡肽等神經遞質也能夠對認知功能有所增益。

2.3 遺傳學

從Gregor Johann Mendel提出“遺傳因子”到Watson Crick發現DNA的“雙螺旋”結構，人類對生命本源的探索從未停歇。遺傳學在決定個體的大腦結構和功能，包括神經可塑性方面發揮著重要作用，并能以多種方式影響認知功能。具體而言，基因突變會對神經遞質的水平和功能、大腦的結構和功能、大腦對認知增強劑的反應等方面造成影響，進而影響注意力、記憶和學習等認知過程（Sato et al.， 2022）。

需要注意的是，遺傳學與認知功能之間的關系是復雜和多因素的。例如，基因突變并不能以確定的方向影響認知功能或人體對認知增強劑的反應，而是與環境等其他因素或基因相互作用。有研究表明，壓力、體育鍛煉和學習經歷等環境因素可以提高神經可塑性，即使在具有大腦可塑性較低遺傳傾向的個體中也是如此（Kempermann et al.， 1997）。再者，基因還能通過改變環境間接地產生行為學效應。此外，表觀遺傳因子也會影響神經可塑性。表觀遺傳因子是一種分子修飾，可以在不改變DNA序列本身的情況下改變基因表達。例如， DNA甲基化和蛋白乙酰化等表觀遺傳學修飾可以調節腦細胞中的基因表達（Day & Sweatt， 2011）。了解遺傳學在認知增強中的作用，有助于制定個性化干預措施，以適應個人的基因組成，也有助于認知增強技術的倫理考慮。

2.4 賽博格

賽博格是一種混合的人類形態，由奧地利生物神經系統學家、音樂家Manfred Clynes和美國心理學、精神醫學研究員Nathan S. Kline于上世紀60年代發表的《賽博格與太空》（Cyborgs and space）一文中首次提出（Clynes & Kline， 1960）。該詞取控制論（Cybernetic）和有機體（Organism）兩詞的前三個字母混成，意為人（有機體）和機械系統的耦合。一經提出，就受到了社會學、生物工程學、人工智能、后人類思潮等諸多領域的關注。后現代和女性主義哲學家Donna Jeanne Haraway在《賽博格宣言》（A Cyborg Manifesto）中強調，賽博格打破了人與動物、有機體與機器、物理與非物理的邊界（Haraway， 2006）。界限變得模糊意味著定義隨之含混，賽博格對二元論的挑戰也映射了傳統二元“人-技”關系的革新。隨著其內涵中“人機”混合程度的加深，賽博格一詞也從最初的身體增強逐步走向觸及心智的“天生賽博格”（Clark， 2003）。

3 認知增強的技術路徑

科學進步離不開技術的發展。新興技術的涌現為認知增強的實現提供了較為多樣的路徑，就目前來看，認知增強技術主要有以下幾種類型，如圖1所示。

3.1 藥理增強

藥理增強是指使用各種物質增強認知子領域（如注意力、記憶、情緒等）的作用來增強認知相關的能力。常見的藥理增強劑包括超市或藥店里的非處方物質（OTC），如含咖啡因的飲品、功能飲料、咖啡因片劑，以及一些植物制藥（如尼古丁、可卡因等）。作為人類最熟悉的藥理增強成分之一，咖啡因在被攝入之后最快會在2～5分鐘內抵達大腦，刺激大腦的睡眠-覺醒環路，并在45至90分鐘之間達到峰值，從而達成使用者保持清醒、警覺、減少疲勞的目的（Temple et al.， 2017）。

目前，藥理增強的主要是興奮性藥物，該類藥物通過增加多巴胺和一些其他遞質的釋放或阻礙它們的再攝取，以延長它們的作用時間，多被人們用于提高學習成績、改善情緒和親社會行為（Daubner et al.， 2021）。據《自然》報道，此類藥物的使用率正逐年上升，其中以歐美國家最甚（Frood， 2018）。該報道援引了一項全球藥物使用調查，聲稱近30％的美國受訪者在一年內至少服用過一次認知增強藥物，其中包括使用利他林（Ritalin）、阿德拉（Adderall）、莫達非尼（Modafinil）等用于治療神經系統疾病如多動癥、嗜睡癥的處方藥（Maier et al.， 2018）。此外，精神分析學派創始人弗洛伊德曾長期使用可卡因，一種提取自古柯葉中的成分，并稱之為“天賜之物”。他在給未婚妻的情書中寫道，“小小一點劑量就已經能讓我飄飄然欲仙欲死，并保持高效的工作和研究”（弗洛伊德， 1992）。

除了這些，還有部分較為人知的迷幻藥，如麥角二乙酰胺（LSD）。瑞士化學家、麥角二乙酰胺之父Albert Hoffman在其著作《LSD：我那惹是生非的孩子》（LSD： My problem child）中將藝術家的創作靈感的來源歸功于迷幻劑，并聲稱LSD能夠治療部分精神疾病：“那些陷入以自我為中心的困境不能自拔的病人，能在LSD 的幫助下從固著和隔離狀態中解脫出來”（Hofmann， 2013）。直到最近，一項發表在《神經元》雜志上的研究才使LSD在增強情緒和創造性認知、治療精神疾病上的潛力得以確證（Sayalh & Barrett， 2023）。

我們還能從科幻作品中窺見人類對于認知增強劑的美好愿景：無論是《超體》中的“CPH4”，還是《沙丘》中的“美瑯脂”，又或是《永無止境》中的“NZT”，科幻作品中的增強藥物總是以這樣的面貌出現：它們幫助人類突破身心局限，開發人類某種異于常人的超能力，增強人類的感知能力、精神力量和壽命，甚至賦予人類預知未來和時空穿越的能力。

3.2 基因增強

2020年，諾貝爾化學獎花落法國科學家Emmanuelle Marie Charpentier與美國科學家Jennifer Doudna，以表彰她們開發出的一種基因組編輯方法：CRISPR/Cas9基因剪刀。這并非基因編輯技術第一次進入人們的視野，早在上世紀70年代，有關DNA的測序、復制、修改等技術就已經開始發展。盡管這些技術前景廣闊，但因可操作性、效率、成本、倫理等問題鮮少應用于臨床。

一般來說，基因編輯技術主要用于治療、預防、增強和異種移植（邱仁宗， 2016）。其中，基因增強主要指涉兩種目的：第一種為醫學目的，例如，通過基因修飾技術使人獲得抵御逆轉錄病毒（如艾滋病病毒）的能力，防治糖尿病，又或是將動物的優勢基因添加在人類基因組內；而另一種則為非醫學目的，例如，改變膚色、瞳孔顏色、體型、智力等。后者即為典型的基因增強路徑。有關認知能力的基因增強手段主要通過對人腦中與認知功能相關的基因進行修飾、剪切、誘導突變或插入新基因等方式來增強認知能力（馮燁， 2016）。大腦皮層被認為與認知有關，這啟發研究人員通過基因增強技術調控某些基因的表達來增加大腦新皮層的表面積，讓有限的大腦里容納更多的神經細胞，例如某些基因（如TMEM14B）能夠誘導大腦溝回形成和皮層增厚（Liu et al.， 2017）；或者人為地誘導某些基因發生突變，影響神經可塑性，提高認知靈活性（Hu et al.， 2020）。此外，基因增強還能與藥理增強相結合，通過修改人的基因表達而改變某些遞質受體的數量和分布，從而促進藥理增強的效果。

科幻電影導演熱衷于使用輻射、病毒感染等基因增強的手段塑造“超人”。漫威電影中的“X戰警”“綠巨人”“蜘蛛俠”“神奇四俠”，《生化危機》中的愛麗絲、斯威克等角色都不外如是。在電影《美國隊長》中，羸弱的羅杰斯參加了軍方的秘密實驗。在注射了“超級士兵”血清、照射Vita射線等一系列“改造”后，羅杰斯的大腦和身體發生了永久性的基因突變，大腦的開發程度達到了100％。

3.3 神經刺激增強

神經刺激增強利用非侵入性技術（如經顱磁刺激）或侵入性技術（如腦深部電刺激、迷走神經刺激）直接刺激大腦相關區域，快速增強健康人的復雜認知能力，比如意識狀態、注意力、語言學習等（Bradley et al.， 2022）。研究表明，經皮迷走神經刺激（tVNS）能夠廣泛增強大腦區域的神經遞質信號來暫時提升對聽覺刺激的注意力，從而顯著提升母語為英語的人分辨普通話聲調的能力（Llanos et al.， 2020）。使用神經刺激技術刺激杏仁核、基底核等區域能夠在特定時間內增強記憶表現（Inman et al.， 2018; Qi et al.， 2021; Reinhart & Nguyen， 2019）。頸部經皮迷走神經刺激（ctVNS）能夠使人保持長時間的清醒，大幅改善在疲勞狀態下的認知能力和情緒狀態（McIntire et al.， 2021）。其他研究也表明，適當區域的經顱磁刺激對運動任務、運動學習、視覺-運動協調任務、手指序列敲擊、分類甚至睡眠期間的陳述性記憶鞏固有益（Bowles et al.， 2022; Kipke， 2013）。當然，由于不同個體的大腦存在差異，可能需要很多調整才能將神經刺激增強技術應用于提高特定的認知能力。

伴隨具身認知領域的內感受研究轉向（陳巍等， 2021; 張靜， 陳巍， 2022），針對內感受系統的神經增強技術在動物實驗中率先取得突破。近期，斯坦福大學Karl Deisseroth團隊在《自然》發表了一項題為《情感行為狀態的心源性控制》（Cardiogenic control of affective behavioural state）的重磅研究，該研究開發了一種非侵入性光遺傳起搏器，用于在自由活動的小鼠中精確地、針對細胞類型的控制心率，最高可達每分鐘900次，通過可穿戴的微型LED背帶和有效的泵狀通道視紫紅質的全身病毒輸送來實現（Hsueh et al.， 2023）。該研究發現光學誘發的心動過速有力地增強了類似焦慮的行為，但關鍵是只有在危險的環境下這種行為才會發生，這表明中樞（大腦）和外周（身體）過程都可能參與情緒狀態的發展。

3.4 賽博格增強

賽博格增強一般指通過在健康人體內植入傳感器、微型芯片等電子機械器件，擴充大腦的容量，有效提高大腦接受、儲存和處理信息的能力與效率的手段。目前，發展前景較為明朗的賽博格增強技術當屬腦機接口，一種跨越硅碳邊界的“心物連接”，其先行者為埃隆·馬斯克的“神經聯結”（Neuralink）公司。腦機接口是一種測量中樞神經系統活動并將其轉換為替代、恢復、增強、補充或改善自然中樞神經系統輸出的系統（Wolpaw et al.， 2020）。該名詞由加州大學洛杉磯分校計算機科學教授雅克·維達爾于1973年發表的《走向直接的腦-機交流》（Toward Direct Brain-Computer Communication）一文中首次提出。在這篇具有里程碑意義的文章中，維達爾拋出了一個關鍵的問題：能否將可觀測的腦電信號用作人機通信中的信息載體或控制諸如假肢或宇宙飛船之類的外部設備？隨后，他又十分篤定地說：“即使基于當時計算機科學和神經生理學的技術，也預示著這樣的壯舉可能即將到來”（Vidal， 1973）。要知道，維達爾信誓旦旦之際距計算機的發明才不到30年。我們不得不佩服他對神經科學和計算科學的高瞻遠矚：在50年后的今天，腦機接口經過數十載的科學論證，已然從“科學幻想”演變為“技術爆發”，成為廣為人知的新興科技趨勢之一。近日，一位獨立開發者在社交平臺上發布了一條視頻，他通過非侵入式腦機接口公司Neurosity 提供的 JavaScript SDK和一個儀表板，成功將自己的大腦與大語言模型GPT-4相連，也就是說，只要一個念想，大腦就能通過腦機接口調用GPT-4的語料庫為我們解決問題。

2022年末，隨著《阿凡達：水之道》的熱映，各界對腦機接口技術的關注再次升溫。作為一名科技狂熱粉，導演詹姆斯·卡梅隆將這種技術植入了自己的電影：在潘多拉星球上，納威人能夠通過辮子與圣物“靈魂樹”相連，從而與母神“愛娃”溝通，暫時獲得了感知星球“呼吸”的能力。納威人靠這種方式實現了“觀”（I see you）的增強，即一種意識交互與共情連接，并擴展了對自身存在以及他者的知覺。

近期，隨著會聚科學的分支之一納米技術的高速發展，一種新興的賽博格增強——多感官增強取得突破性進展。由于對感知-運動模式的實時性要求，擁有一個視覺和觸覺的多感官整合系統對人類的行走至關重要。You等人的研究（2023）將壓敏電阻和MoS2場效應晶體管結合起來，構建了一個人工集成神經系統，以模擬感知和突觸可塑性。通過單獨的壓力信號、單獨的光學信號以及光學和壓力信號的協同作用，成功地展示了突觸可塑性的關鍵特征，這些信號是基于MoS2/SiO2界面上的電子捕獲-放電機制。研究發現，協同作用下的感知比單獨的光學或壓力信號下的感知更強，這與生物系統相似。此外，通過調整光學和壓力信號的振幅和頻率，模擬并驗證了各種可區分的運動場景（例如，白天或夜晚的外部照明環境，平坦或粗糙的道路，以及步行或跑步的運動狀態）。

4 結語

人類對文明的熱愛源于智能。從屈居洞穴到漫游星際再到擁有人工智能，人類的進步總是伴隨著技術的突破。2021年爆火的元宇宙就是當代技術會聚發展的產物。在元宇宙的超越性圖景中，意識上載、數字永生正逐步成為可能。可以期待，技術衍變的福澤依舊惠及人類，“仰觀宇宙之大，俯察品類之盛”的美好愿景終于成為現實，生命還將以更豐富的形態在寰宇中蔓延幾十億年甚至更久。

GPT已然躍升為4.0，谷歌Bard、百度“文心一言”、阿里“通義千問”也陸續登場。兼與一眾新興技術，認知增強技術同樣存在異化的風險。例如，認知增強藥物具有一定的毒副作用，且因其藥理機制以及“增強”的目的而具有致癮性，甚至能夠影響大腦結構（如尾狀核）（Kipke， 2013）。基因干預技術（尤其對于胎兒）的安全性尚未明了，由此引發的倫理爭辯仍不絕于耳。神經刺激技術容易引發癲癇等一系列病癥，并很有可能對神經系統造成不可逆的損傷（Kipke， 2013）。賽博格技術，尤其是腦機接口在臨床治療中可能會影響患者的自主性、自我觀念甚至改變患者的人格。因此，技術之于人類并非百利而無一害，如何更好地利用神經可塑性實現更為安全可行的認知增強，需要基礎研究領域的支撐和應用科學研究領域進一步成果的會聚。

從認知科學的角度來看，人-技關系擁有一條較為清晰的發展脈絡：具身—離身—具身。前工業時代，人類通過鍛煉、學習等途徑，普遍追求的是一種身體素質和技藝方面本體的增強。隨著技術的發展，工業革命帶來了生產關系的變革，“自運轉”的機器被用來替代人完成較為刻板的、耗時耗力的基礎性工作。技術在這個階段被無限放大，成為人類與外部世界的中介，形成“人-技術-世界”的關系圖式。而數智時代的會聚科學研究，特別是新興的“增強”浪潮（如賽博格）將技術重新拉回到身體框架之內。“人-技術-世界”逐漸轉變為“（人-技術）-世界”的新型關系，人與技術嵌合共生，技術不再僅僅作為人與外部世界的中介而存在。

會聚科學研究還為人類的未來擘畫出諸多圖景。美國當代科技發明家、作家、未來學家Ray Kurzweil（2005）在《奇點臨近》（The singularity is near）一書中預言，人類技術發展的速度越來越快，直至一個時間點，技術將發生指數級爆發，這個點就是“奇點”。奇點之后，我們的世界究竟會變成一個全新的、后人類的“人機文明”，還是如Slavoj ?i?ek所言的“世界末日”，我們不得而知（?i?ek， 2020）。但毋庸置疑的是，奇點的到來宣告我們的生命將經歷一次全方位的“升級”，徹底擺脫肉身的局限和進化的束縛，正式步入生命3.0，開啟人-技關系的新篇章。

參考文獻

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