凌晨一點多，又度過了節(jié)奏明快、高強度工作的一天。熄滅燈，安靜地躺到床上，閉上眼睛，調整下呼吸。沒幾分鐘，一陣熟悉的感覺襲來，身體開始向大腦發(fā)出睡眠的信息。那感覺，就象是舞臺上的燈光在謝幕后一排一排地關閉，軀體表層的感官細胞似乎也如潮水退去般逐層在“停止”它們的功能。很快，與床墊的接觸感消失了，身體的沉重感無蹤了，隨之而來地是下墜感，身體一直往下墜。好在不會像第一次出現時那么驚慌失措，我甚至有些享受這種急速下墜體驗，因為我已經能控制身體的姿態(tài)。我也知道再堅持一會，就能旋轉著穿越一條長長的、漆黑的隧道，躍入繁星點點的天空，自由、緩慢地飛行了。        

這是我偶爾能在快要入睡時，零距離觀察自己做夢的體驗。對于夢呢，歷史上有各種各樣的詮釋。早期文明認為夢是人類能進入另一個真實的、物理世界的唯一通道?，F代理論則一直在爭論做夢的意義，有認為其只是生理機制，也有認為它是心理必需，或是兩者的組合。著名的奧地利心理學家西格蒙德·弗洛伊德對自己的夢進行過近兩年的自我分析，從壓抑和性的角度出發(fā)，于1900年出版了經典名著《夢的解析》。曾與他合作、后又分道揚鑣的瑞士心理學家卡爾·古斯塔夫·榮格在其自傳《榮格自傳：回憶、夢與省思》中也對夢給予了不同視角的分析[1]。咱古代也有一本居家旅行必備、民間流傳甚廣、靠夢來卜吉兇的《周公解夢》。而漢語成語對夢有更簡潔的解釋：“日有所思，夜有所夢”。 夢在《周禮·春官》中還被分成了六種類型：正夢、噩夢、思夢、寢夢、喜夢和懼夢。多數書中對夢的分析集中在精神層面、因果分析或心理治療上。但是， 睡眠、夢對智能體的學習有何作用或啟示呢？

睡眠對智能體來說，是必不可少的休息方式。在睡眠期間，智能體會降低對外界刺激的反應和與周邊環(huán)境的交互，相對抑制感知系統(tǒng)的活動以及所有隨意肌(voluntary muscle)的活動，利用這段時間對全身各種系統(tǒng)進行保養(yǎng)調整。由于不用進行劇烈運動，能耗的需求也降低了。但能耗并非沒有，如八小時睡眠后人的體重可能輕個7至8兩甚至更多，所以，充分睡眠是有助于減肥的。

智能體在睡眠時的活動，沒有日常生活時激烈，但也不象昏迷或其他有意識障礙方面的疾病那么缺乏活力。根據眼動的頻率，睡眠可以區(qū)分成非快速眼動相睡眠(Non-Rapid Eye Movement，簡稱NREM)和快速眼動相睡眠(Rapid Eye Movement，簡稱REM)兩個明顯不同的模式。據說NERM睡眠能改進記憶能力，而REM可以增強創(chuàng)新性的問題求解能力。正常情況下，成年人會先進入NREM，才轉到REM，平均時間約90分鐘。再重復這一睡眠周期，一次良好的睡眠約有4-6個周期。對于NREM，美國睡眠醫(yī)藥協(xié)會還將其細分成3個小的階段，因此一個睡眠周期包括五個階段，N1->N2->N3->N2->REM [2]，其中N3被稱為delta睡眠或慢波(slow-wave)睡眠，而在自然醒階段REM的比例會增加。前四個階段的次序有時會出現變化，如圖1。但如果先出現REM，再有NREM，那可能就是身體過于疲勞了。

 圖1  五階段的睡眠周期示例 [3]

值得一提的是，雖然大部分的夢發(fā)生在REM階段[4]，近年來的研究表明，夢也會在其他階段發(fā)生，只是頻率要少得多。夢境多是以第一人稱的形式出現，并會伴有各種“感覺”，如視覺和移動。目前最主要的做夢理論之一是John Allan Hobson和Robert McCarley在1973年提出的激活-合成假想(activation-synthesis hypothesis)理論[2,3]。該理論認為夢是在REM階段，由大腦皮層中神經元的隨機觸發(fā)引起，然后前腦再創(chuàng)建一個故事來將這些無意義、荒謬的傳感信息融合并使之有意義。這一理論解釋了許多夢的古怪本質，但也只能解釋夢的部分現象。據不完全統(tǒng)計，人的一生平均有六年的時間會用來做夢。那是否可以利用下做夢來幫助智能體改善學習效率呢？還是像民國女作家蕭紅建議的，“生前何必久睡，死后自會長眠”，把睡眠時間縮短些呢？

假設夢除了休息、幫助我們調適情緒、抒發(fā)內在的心情和擔憂的功能外，還是一種學習方式，那么它和我們人工智能中常見的學習模式有何區(qū)別呢？

粗略來說，涉及到學習的人工智能方法主要有兩種，一種稱為監(jiān)督學習(supervised learning)，也有稱為有教師學習的，一種稱為無監(jiān)督學習(unsupervised learning)或無教師學習，俗稱自學成材。監(jiān)督學習的特點是學習的時候，每給一個樣本，就會贈送個標簽。比如人臉識別中，張三就是張三圖像的標簽。如果給10個人的10張人臉加上各自的標簽，就有100張有標簽的人臉圖像。這些圖像可以構成一組訓練集，幫助訓練一個人臉識別的模型，使之能對未知的人臉圖像有好的識別性能。訓練集的多少往往決定了識別性能的優(yōu)劣。比如目前已經在國內的很多高鐵站、機場布置的人臉識別或認證系統(tǒng)，其性能穩(wěn)定和優(yōu)異的原因之一是訓練集里的樣本規(guī)模非常大。而另一種學習方式，非監(jiān)督學習，則無需標簽輸入。它主要是根據樣本集合中的某種結構或相似關系來將樣本聚成多個類別。比如圖2所示、格式塔心理學中提到的、根據點的疏密程度來自動聚類，就是人或智能體的一種無監(jiān)督學習模式。

圖2：無監(jiān)督學習。左：自動根據黑白程度聚類；右：根據疏密性聚類

除此以外，介于監(jiān)督和無監(jiān)督之間的為半監(jiān)督學習。舉例來說，我們手機拍照后會留下大量的照片，這些照片很少會貼上標簽或說明。類似地，在互聯網上，也存在大量的未標注樣本。在不依賴人力對樣本進行過多標注，結合這些未標注樣本的信息和少量有標簽樣本一起來訓練預測模型的方式，就是半監(jiān)督學習。還有基于這三種模式衍生出來的其他學習方法，但大同小異。

與人工智能常見的這些學習方法相比，夢有以下四個不同的特點。

第一，學習是需要樣本或特征輸入的。按激活-合成假想理論，夢境中輸入的特征隨意性較大。而且，從大多數報道的情況來看，夢境中的視覺圖案模糊，不如真實視覺系統(tǒng)獲得的細膩。Horikawa等曾試圖在測試者睡眠剛開始時，通過叫醒并紀錄對夢境的文字回憶來重建視覺信息[5]。但這仍是一種間接方式，真正的圖像還很難直接從人腦中提取出來。另外，夢在多數情況下是灰度的，沒有顏色。當然有些藝術天賦好的，偶爾也會夢到彩色，甚至很精細的彩色圖像。值得指出的是除了視覺外，其它“感官”系統(tǒng)也會參與夢的構成。

第二，夢是很少重復且容易被忘記。據說醒來5分鐘后，我們會忘掉50%夢的內容。10分鐘后，90%的內容會忘掉?？赡艿脑蚴?)  夢中的影像并不強烈、模糊，缺乏細節(jié)描述，2) 與常規(guī)的學習模式不同，夢也沒有傳統(tǒng)學習中常見的關聯和重復性。所以，不像白天的行動那么不容易忘記，使得夢很少被認為是一種潛在有效的學習方法。

第三，夢有助于創(chuàng)新性成果的產出。比如德國化學家凱庫勒(Kekule)曾在夢中看到旋轉的碳原子，其長鏈像蛇一樣，頭尾相連成圓圈。因此他悟出了苯環(huán)的環(huán)狀結構，形成了世界有機化學界最轟動的成果之一。據說，很多音樂家如貝多芬也能在夢中尋找到靈感。

第四，夢不是特定任務的學習，每個夢的故事線都不同，且具有時間的連續(xù)性。需要注意的是，這一故事線不管是貼近現實還是異常奇幻，都與做夢的主體曾經有過的經歷相關。比如沒坐過火箭，人就不可能有與火箭駕乘感一致的真實體驗。 

顯然，直接利用平時的夢來促進學習的難度是很大，但并非說完全用不了。舉例來說，(Hobson,2009)的研究認為REM睡眠與體能相關技能的學習相關，而與死記硬背之類的記憶關系較小[4]。對這種相關性，他們從“嬰兒和幼兒較成人有更多的REM睡眠”獲得了事實上的支持。

不僅如此，國外還有研究團體專門研究如何讓夢參與學習。粗略來說，可以分成三類。一種是提高夢的召回率，即把夢境里的內容盡可能記下來，屬于被動式學習。其方式也相對簡單粗暴。比如在睡前，暗示自己要記住自己的夢；或者把筆和紙或手機放床邊，方便隨便醒來記下；或者試著慢慢地醒來以維持在最后一個夢的情緒里；或者多喝點水以確保半夜能從夢中醒來。

第二種為主動式夢境學習。與平時的做夢方式不同，這是一種特定的做夢形式，叫清晰夢境(Lucid dreaming)[3]。直觀來說，做夢的人能意識到他在做夢，他能控制夢中人的姿態(tài)、夢境的敘事方式和環(huán)境。比如多數與飛行相關的夢都是清晰夢境的結果。研究表明，這種夢境有可能能幫助智能體學習。據估計，在美國只有不到10萬的人能有清晰夢境的能力。

清晰夢境的研究最早可以追溯到1959年，Johann Wolfgana Goethe大學希望發(fā)展一套有效的技術來誘導夢境。到1989年，德國夢研究家Paul Tholey提出了反射技術(Reflection)，并成功誘導。該技術的不足是，整天都得詢問自己是醒著還是睡著了。

隨后，斯坦福大學清晰研究院(Lucidity Institute)的Stephen LaBerge，和Lynne Levitan等學者也就此進行了廣泛的研究。他們提出的“現實測試”(Reality Testing)和“清晰夢境的記憶誘導” (Mnemonic Induction of Lucid Dreams，簡稱MILD)目前是清晰夢境研究領域最成功的技術之一。不像反射技術，MILD只需在晚上進行提醒。它要求實驗者睡覺前需暗示自己記住夢，然后集中注意力識別什么時候在做夢以及記住它確實是夢。然后再沉思重新進入最近的一個夢，并思考它確實是夢的一些線索。同時，還可以想象在夢里將會做什么。最后，不斷重復“識別什么時候在做夢”和“重新進入一個夢”的步驟，直到睡著為止。

另一種主動式夢境學習是夢境孵化(Dream Incubation)，即學會在某個要發(fā)生的特定夢境主題里種下一顆種子。比如反復暗示自己要做一個關于化學實驗的夢。那些相信能通過夢境來求解問題的人，可以利用這一技術來誘導夢境到特定的主題。與清晰夢境的主要區(qū)別在于，夢境孵化將注意力集中到了更特定的問題上。

基于以上的討論，不難推測，除了常在心理學和生理學中討論的功能如發(fā)展個性、增強自信、克服惡夢、改善大腦健康外，夢境學習可能有助于形成創(chuàng)新性的問題求解。如果條件成熟，清晰夢境甚至可能變成一種“世界的模擬器”或“大腦中的平行世界”。它允許人類在更安全的環(huán)境下學習各種技能，學習生活在可以想象的任意世界，經歷和選擇各種可能的未來。不僅如此，Stephen LaBerge還嘗試過用眼動來輔助，讓做夢的人與觀察員實現夢中交流，盡管這種交流還十分有限。

另外，夢境中的學習效率可能比我們以為的要高，其原因是睡眠狀態(tài)中的時間是主觀而非客觀的。比如唐代《枕中記》，盧生的“黃粱一夢”竟然在一頓飯的睡眠時間里，享盡了一生的榮華富貴。雖然是小說里的夸張手法，但或多或少也表明了，人們主觀感覺到的夢境時間要比客觀時間長。因此，利用可以做夢的六年時間進行高效學習也不是不可能。

睡眠中學習，說不定在未來星際旅行中也能起重要作用。畢竟就我所知，現在還沒有哪部科幻片和科幻小說討論過如何充分利用睡眠和做夢機制來幫助學習的。

我相信每個人都會做夢，不管是否能夠記住，都會有錯把夢當成現實的時候或者“醒來后”發(fā)現實際還在夢里的經歷。

關于夢的這種錯覺，古今中外都曾有過一些很有意思的哲學層面的思考。舉例來說，戰(zhàn)國時期的道家代表人物莊周在其作品《莊子·齊物論》中曾有一段描述：

昔者莊周夢為胡蝶，栩栩然蝴蝶也，自喻適志與，不知周也。俄然覺，則蘧蘧然周也。不知周之夢為胡蝶與，胡蝶之夢為周與？周與胡蝶，則必有分矣。此之謂物化。

這段故事談到了莊周夢見自己變成了蝴蝶，以至于在夢中不記得自己是莊周，直到醒來后才方知自己是莊周。于是，他產生了一個困惑，究竟自己是莊周夢見的蝴蝶，亦或是蝴蝶夢見的莊周呢？

圖3莊周夢蝶(左)與缸中之腦(右)

在古代，這種疑問在世界上有多個版本，如印度教的瑪雅錯覺(Hindu Maya illusion)，帕拉圖的山洞寓言(Plato's Allegory of the Cave)以及1641年笛卡爾在《第一哲學沉思錄》中冥想的邪惡惡魔(Evil Demon)。

在當代，美國著名哲學家希拉里·普特南在其1981年著作《理性，真理和歷史》中提出了缸中之腦(Brain in a vat)的問題 [1]：

假定某人(比如你自己)被邪惡科學家實施了手術，大腦被剝離出來并與身體分離，放在如圖的培養(yǎng)液中，然而利用先進技術將大腦的神經末梢連接至計算機上。計算機會根據預設的程序來向大腦發(fā)送它需要的各種信息，使大腦產生一切都正常的幻覺。這種情況，對你來說，一切都和平時無異。你喜歡的人、事、物，你愛的運動、身體感覺都通過計算機來百分百逼真的還原，偶爾還會給點大腦之前保存的記憶，讓你有懷舊的感覺。也可以通過計算機模擬復雜場景，讓你產生參加雞尾酒會、和朋友交談、開懷暢飲的幻覺。

在這個情形下，你如何確保你自己不是在這種困境之中呢？

事實上，有不少影視作品與這一哲學問題相關。如1999年開始上映的《黑客帝國》及其系列，劇情里“正常的現實世界”實際上是由“矩陣”的計算機人工智能系統(tǒng)控制著。再如2010年克里斯托弗·諾蘭的電影《盜夢空間》，即使到了劇終，那旋轉的陀螺還是讓人猜不透是在現實還是夢里。2018年1月上映的電影《移動迷宮3:死亡解藥》中，米諾被WCKD組織控制著，連著外部計算機的大腦就像缸中之腦，使得他長時間活在恐怖幻覺之中，飽受精神折磨。在2018年3月上映的電影《升級》(Upgrade)里，人工智能芯片被移植到男主角身上后，成功地將男主角的大腦困在“缸中之腦”中，給其營造了一個虛幻的世界，而真正的軀體則被人工智能芯片接管了。

圖 4  《黑客帝國》的矩陣(左) 與《盜夢空間》的劇照(右)

在這些假設中，之前提及的笛卡爾的名言“我思故我在” 似乎已不是那么明顯的成立。因為缸中之腦也能“思考”，但它的“自我”認知卻可能是被人為加到大腦上誘發(fā)的錯覺。結果，這一哲學問題長期困擾了很多對人工智能及相關領域感興趣的研究人員。甚至剛逝去不久的物理學家霍金也曾于2016年4月在媒體上表示過“在區(qū)分夢和現實上，人類還無能為力，只有等我們能真正了解意識和宇宙后，才有可能”(原文：but we humans just don't and perhaps can't know if we are living in our dreams or reality, at least not until we start to understand more about consciousness and the universe)。

如果目前的能力還無法做到有效區(qū)分，那么拋開哲學問題不提，我們應該可能通過夢境實現與現實相等價的學習。我們也可以利用這種不可區(qū)分性，在未來戰(zhàn)爭中形成新型攻擊模式，即對敵人實施“缸中之腦”式的攻擊，從而讓其為攻擊方服務而不自知。

不管何種攻擊，這都源自大腦在神經和認知方面的錯覺。那實際生活中，認知存在錯覺嗎？

參考文獻：

1. 希拉里·普特南著，童世駿，李光程譯.  理性、真理與歷史 (Reason、Truth、and History). 上海譯文出版社，2005

2. https://en./wiki/Sleep

3.  Lee Ann Obringer 'How Dreams Work' 27 January 2005. HowStuffWorks.com. <https://science./life/inside-the-mind/human-brain/dream.htm>

4. Hobson JA. REM Sleep and dreaming: Toward a theory of protoconsciousness. Nature Reviews Neuroscience, 2009

5. T. Horikawa, M. Tamaki, Y. Miyawaki, Y. Kamitani. Neural Decoding of Visual Imagery During Sleep. Science, 340(6132): 639-643, 03 May 2013, DOI: 10.1126/science.1234330

張軍平

2018年11月12日