《畫手》埃舍爾

摘要

意識謎題困擾人類千年，但直到五十年前，人們才開始從神經(jīng)科學(xué)出發(fā)剖析意識。從早期的左右腦實(shí)驗(yàn)、自由意志實(shí)驗(yàn)，到后期核磁共振、神經(jīng)映像等技術(shù)的介入，意識科學(xué)蓬勃發(fā)展，意識謎題漸漸揭開。近期有國外學(xué)者發(fā)表了一篇綜述，詳細(xì)介紹了意識科學(xué)過去五十年的發(fā)展歷程，和未來的發(fā)展方向。

編譯：集智俱樂部翻譯組

來源：SagePub

原題：Consciousness: The last 50 years (and the next)

摘要

心智和腦科學(xué)始于將意識作為一個核心問題。但在20世紀(jì)的大部分時間里，思想觀念和方法上的關(guān)注不足使其實(shí)證研究始終處于空白階段。自20世紀(jì)90年代以來，意識研究重新獲得了合法性和動力，這與它作為我們精神主要特征的地位相稱。如今，意識科學(xué)研究展現(xiàn)了豐富的跨學(xué)科圖景，匯集了包括哲學(xué)、理論、計算、實(shí)驗(yàn)和臨床等許多觀點(diǎn)，并以神經(jīng)科學(xué)作為核心學(xué)科。

現(xiàn)在研究者們已經(jīng)理解了整體意識狀態(tài)下的很多神經(jīng)機(jī)制，包括意識和無意識知覺、自我意識之間的區(qū)別。下一步進(jìn)展，將取決于在第一人稱主觀的現(xiàn)象學(xué)描述，和第三人稱客觀神經(jīng)機(jī)制——它是具身和嵌入的，之間的具體解釋映射。這些研究不僅將有助于重建我們對人類自身在自然界中的地位的理解，并能加速各種精神和神經(jīng)疾病的臨床治療方法。

下面將從兩個階段介紹過去五十年的意識科學(xué)的研究進(jìn)展。其中從20世紀(jì)60年代中期到1990年左右，是邊緣研究階段，盡管有幾個明顯的例外；然后，從20世紀(jì)80年代末和90年代初開始，由于弗朗西斯·克里克和杰拉爾德·埃德爾曼等知名科學(xué)家的參與，以及神經(jīng)影像學(xué)的成熟，意識研究從涓涓細(xì)流到現(xiàn)在涌現(xiàn)出大量有關(guān)大腦基礎(chǔ)的研究。

意識研究：1960——1990

20世紀(jì)60年代中期，曾一度主導(dǎo)心理學(xué)研究的行為主義正在退潮，全新范式的認(rèn)知科學(xué)正在興起，它認(rèn)識到在外在刺激和行為反應(yīng)之間，作為中介的內(nèi)在精神狀態(tài)存在的重要性。但是在當(dāng)時試圖解釋意識依然在很大程度被視為禁區(qū)，其中包括認(rèn)知科學(xué)發(fā)起者之一、短時記憶的發(fā)現(xiàn)者喬治·米勒（George Miller，1962）。英國心理學(xué)家 Stuart Sutherland 看法最為典型：「意識是一種難以捉摸的現(xiàn)象，不可能說明它是什么，能做什么，從哪里來。在它上面沒有寫著任何能值得讀出來的東西」（Stuart Sutherland，1989）。

顯然這種判斷過于嚴(yán)重了。事實(shí)上盡管缺乏統(tǒng)一性和連貫性，這一時期意識的神經(jīng)科學(xué)研究還是取得了一些實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。這些進(jìn)展基于對大腦區(qū)域的活動模式和意識體驗(yàn)屬性之間建立對應(yīng)的嘗試，而不是試圖去解決一些基本問題，比如為什么意識首先是宇宙的一部分。在這方面，有關(guān)神經(jīng)疾病、腦損傷的干預(yù)和研究，揭示了意識的特定方面對特定大腦區(qū)域的基礎(chǔ)依賴性。

其中最著名的是裂腦人實(shí)驗(yàn)和自由意志實(shí)驗(yàn)，這些早期研究直到現(xiàn)在對研究者們?nèi)匀痪哂泻艽蟮膯l(fā)性。

裂腦人實(shí)驗(yàn)

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)之父邁克爾·加扎尼加（Michael Gazzaniga）和 R. W. Sperry 做了有關(guān)裂腦人研究。他們的第一次實(shí)驗(yàn)是新澤西州進(jìn)行的，對一些受傷的二戰(zhàn)老兵進(jìn)行了胼胝體切除術(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，被切開后每個大腦半球都能獨(dú)立感到視覺刺激，但只有左半球大腦能夠提供口頭報告（Gazzaniga，1962）。后續(xù)研究顯示，軀體感知系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)以及許多其他感知和認(rèn)知系統(tǒng)都可以被類似進(jìn)行分割，而除此之外的系統(tǒng)——例如情緒——則保持不變（Gazzaniga，2014）。單一大腦能容納獨(dú)立意識主體的程度仍在激烈爭論中（Gazzaniga，2014年；Pinto，2017；Sasai，2016）?？赡苁且?yàn)檫@一觀念挑戰(zhàn)了我們最深的認(rèn)知信念之一：意識必然是統(tǒng)一的。

意識的統(tǒng)一性在另外的研究中也受到了微妙的挑戰(zhàn)，例如內(nèi)側(cè)顳葉的精神外科損傷治療，這是為了減輕頑固性癲癇的一種方法。其中最著名的例子就是對 Henry Moliason，即簡稱 H.M. 病人的治療。1953年，在包括中間顳葉在內(nèi)的雙側(cè)海馬都被切除后，H.M. 治愈了癲癇，但留下了嚴(yán)重的順行性遺忘以及逆行遺忘癥（Scoville & Milner，1957）。在一系列的研究中，神經(jīng)心理學(xué)家 Suzanne Corkin 和 Brenda Milner 發(fā)現(xiàn)，盡管 H.M. 生活在所謂的「永久的當(dāng)下狀態(tài)」中（Corkin，2013）中，他卻仍可以學(xué)習(xí)新的運(yùn)動技能，擁有完整的工作記憶和語義記憶，并且通常能夠獲得一系列內(nèi)隱的（無意識）記憶。他受到影響的只是獲得新的外顯的、有意識的記憶的能力。

這些發(fā)現(xiàn)不僅描繪了有意識和無意識記憶的新地圖，還展示了我們表面的自我意識是怎樣統(tǒng)一的——其中起關(guān)鍵作用的情節(jié)記憶（episodic memories）——是如何分裂的，以及為什么一部分持續(xù)存在，另一些部分卻丟失了。

自我意識的另一個中心特征是自由意志體驗(yàn)，或者更準(zhǔn)確地說，是意志（去做這或那的意圖）和主體感（是事件的起因）的體驗(yàn)。

在這方面，Benjamin Libet 在20世紀(jì)80年代做了一系列直到今天仍富有爭議、并持續(xù)激發(fā)新研究的實(shí)驗(yàn)。在研究中為了測出從意識決定到進(jìn)行運(yùn)動的時間，他設(shè)計了一個非常簡單的示范裝置（Libet，1982），如下圖：

參與者在自己選擇的時間內(nèi)按下一個按鈕，然后通過顯示示波器屏幕上一個點(diǎn)的位置，來記錄下他們「意圖」感覺到因此點(diǎn)在移動的時間——從他們有意識感到意圖——到感覺不到任何位置點(diǎn)會移動為止。

Libet 首先在前面描述的實(shí)驗(yàn)中觀察到，在進(jìn)行運(yùn)動前神經(jīng)放電活動會有一個預(yù)先積累階段——即所謂的「準(zhǔn)備電位」（Konhuber & Deeke，1965），見下圖（b）：

他的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)在于，這種放電積累活動是在參與者意識到他們的移動意圖之前幾百毫秒就開始了，從而挑戰(zhàn)了有意識的「意圖」是驅(qū)使手指運(yùn)動原因的假設(shè)。

從那時起，對這個實(shí)驗(yàn)的解釋就一直爭論不斷，并引發(fā)了許多引人入勝的新實(shí)驗(yàn)研究（Haggard，2002；Schueger，2012年）。Libet 本人對有意識的意圖是隨附現(xiàn)象這一觀點(diǎn)感到不舒服，并解釋為這表明在有意識的「意圖」和實(shí)際行動之間的時間里，足以讓此時的意識行使某種「否決」生效。

然而，任何有意識的「否決」也可能具有某些可識別的神經(jīng)先兆——因此，這個解釋本身并不能解決 Libet 所遇到的形而上困境（Brass and Haggard，2007）?；蛟S，對這些令人困惑的現(xiàn)象最令人信服的解釋是，意圖的體驗(yàn)和主體感標(biāo)注的特定行為——及其后果——是存于自我生成的，而非外部強(qiáng)加的，從而讓有機(jī)體能夠持續(xù)學(xué)習(xí)，以便或許在未來做出更好的（心甘情愿的）決定（Haggard，2008）。

意識研究：從1990——現(xiàn)在

標(biāo)志意識研究在神經(jīng)科學(xué)真正復(fù)興的事件，是發(fā)現(xiàn) DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的著名生物學(xué)家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和合作者克里斯托夫·科赫（Christof Koch）于 1990 年發(fā)表的一篇里程碑式的論文：《邁向意識的神經(jīng)生物學(xué)理論（Towards a neurobiological theory of consciousness）》。該論文以這樣一句話開頭：「令人驚訝的是，絕大多數(shù)意識研究的認(rèn)知和神經(jīng)科學(xué)工作都和意識毫不相干」。在這篇論文中，他們基于伽馬波約40Hz波段振蕩，提出了視覺意識的專門理論。

盡管這一特定理論現(xiàn)在已不再被關(guān)注，但一個新的研究思路從此迅速發(fā)展：旨在揭示所謂的「神經(jīng)意識關(guān)聯(lián)物」（NCCs）:「足以產(chǎn)生一個有意識感知的最小神經(jīng)元機(jī)制集合」（Crick & Koch，1990）。

如今無處不在的磁共振成像（MRI）掃描儀，以及老式腦電圖和非人靈長類動物研究中的侵入性神經(jīng)設(shè)備的出現(xiàn)，使得對 NCC 的研究產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。神經(jīng)科學(xué)家們不用擔(dān)心所謂的「困難問題」，即意識體驗(yàn)是如何從「單純的」物質(zhì)中產(chǎn)生的（Chalmers，1996），而是可以繼續(xù)尋找與特定意識體驗(yàn)可靠相關(guān)的大腦區(qū)域進(jìn)程。

在過去四分之一世紀(jì)里，至少在視覺或聽覺意識的研究背景下，在確定候選 NCC 方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展（Koch，2016；Metzinger，2000；Odegaard，2017）。

其中一個典型的方法是，在保持感覺刺激以及盡可能其他一切條件的恒定前提下，比較「有意識」和「無意識」情況下的大腦活動。例如，在雙眼競爭實(shí)驗(yàn)中，每只眼睛看不同的圖像，即使這樣感覺輸入保持不變，有意識的感知到的圖像也是交替出現(xiàn)的。

這些研究發(fā)現(xiàn)，初級視覺皮層區(qū)域的神經(jīng)元反應(yīng)——特別是 V1 ——跟蹤的是視覺的物理刺激而不是視知覺，而在更高級區(qū)域的神經(jīng)元反應(yīng)——如顳下皮層（IT）——則跟蹤知覺而不是物理刺激（Leopold & Logothetis，1996；Logothetis & Schall，1989）。

不過，隨后的人類神經(jīng)影像學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，初級視覺皮層的神經(jīng)元活動確實(shí)與知覺控制有關(guān)（Polonsky，2000）。關(guān)于知覺轉(zhuǎn)變背后的神經(jīng)機(jī)制，是在視覺信息流初期，還是在更高階的區(qū)域，如頂葉或額葉皮層，目前爭論仍在繼續(xù)（Blake，2014）。

除了競爭實(shí)驗(yàn)之外，被稱為「掩蔽」（masking）的思路也被廣泛應(yīng)用于意識科學(xué)研究中。這些研究范式能夠通過各種感知方式比較超閾刺激和閾下刺激的不同呈現(xiàn)。許多研究表明，可報告的意識知覺中激活了額頂網(wǎng)絡(luò)（Dehaene & Changeux，2011年），見下圖，這兩個例子代表了許多研究結(jié)果；如 Bolly 等（2017）；Odegaard 等（2017），以及最近結(jié)果相互沖突的研究綜述。

與此同時，另一方面研究集中于意識狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，包括可逆的（如睡眠和麻醉狀態(tài)）（Masmini，2005年） 和腦損傷后（例如昏迷和植物狀態(tài)）（Owen，2009）。在這方面研究的挑戰(zhàn)在于識別支持產(chǎn)生意識的神經(jīng)機(jī)制，而不是與意識相關(guān)的神經(jīng)區(qū)域。

主要困難就在于，這種全局性的變化會對大腦和身體產(chǎn)生非常普遍的影響，因此很難將意識本身的神經(jīng)機(jī)制隔離開來。此外在區(qū)分意識的「啟動」條件和實(shí)際支持意識狀態(tài)的神經(jīng)機(jī)制方面，還有額外的困難。例如，某些腦干損傷可以永遠(yuǎn)消除意識，但是許多人認(rèn)為腦干僅僅是能促使意識狀態(tài)出現(xiàn)，而真正的意識「發(fā)生器」可能位于其他地方。（Dehaene & Changeux，2011年；Merker，2007）。

全局空間理論

一些新的理論伴隨著這些研究發(fā)展起來。最有影響力的理論之一是 Bernard Baars 在1988提出的「全局工作空間」（global workspace）理論。

該理論提出，在大腦中有模塊化和特定的處理進(jìn)程競爭訪問「全局工作空間」，當(dāng)他們在這個工作空間中進(jìn)行廣播時，精神狀態(tài)就變得有意識，這樣他們就可以影響其他過程，包括口頭報告和行動。

最近，該理論的「神經(jīng)元」版本，將全局工作空間與高度互聯(lián)的額葉-頂葉聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系了起來，將有意識的感知與這些網(wǎng)絡(luò)活動中的非線性「點(diǎn)燃」聯(lián)系了起來。這一立場與許多神經(jīng)影像研究結(jié)果一致（Dehaene & Changeux，2011；Dehaene，2003）。

工作空間理論傾向于用「訪問」來解釋有意識的感知，也就是說，只有當(dāng)某種感知可用于口頭報告或以其他行為呈現(xiàn)，以及抵達(dá)其它認(rèn)知過程（如記憶、注意力等）時，這種感知才被定義為是有意識的。這種觀點(diǎn)的一個優(yōu)點(diǎn)是，意識狀態(tài)在實(shí)驗(yàn)中很容易評估，因?yàn)楦鶕?jù)定義，意識內(nèi)容是可報告的。

然而，人們另一種常見的直覺是，知覺或「現(xiàn)象意識」（phenomenal consciousness），在任何時候都比我們能報告的都「更豐富」，因?yàn)閳蟾婺芰κ艿接绕涫怯洃浧款i的限制。有關(guān)現(xiàn)象意識和取用意識（access consciousness）之間的區(qū)別（Block，2005）仍然是新實(shí)驗(yàn)展開和各種爭議的主要來源（Tsuchiya，2015）。

未來展望

現(xiàn)在是意識科學(xué)中最令人興奮的時代，最后這里展望一下前景光明的研究方向。

就意識水平研究而言，基于「神經(jīng)復(fù)雜性」（neuronal complexity）和「整合信息論」（integrated information）（Seth，2011；Tononi，2016）等一系列新理論給出了測量方案。

其基本思想是，有意識的場景既是高度整合（每種意識體驗(yàn)都是一個不可分割的整體）的，又是高度信息化（每一個有意識的體驗(yàn)都是從眾多備選可能場景中選擇出的一種）的。這推動了歸納出相同屬性，對意識進(jìn)行數(shù)學(xué)度量研究的發(fā)展。令人驚異的是，一些實(shí)際測量結(jié)果的數(shù)值顯示，在腦損傷后依然有可量化的「殘余」意識，它不依賴于患者明顯的行為（Casali，2013）。

對意識內(nèi)容的研究，則繼續(xù)集中在區(qū)分意識和非意識感知的大腦區(qū)域或過程上。針對 NCC 方法的重復(fù)改進(jìn)，新的實(shí)驗(yàn)范式正在完善我們對意識感知背后的神經(jīng)機(jī)制與行為報告之間相互作用的理解。

例如所謂的「無報告范式」（‘no report’ paradigms），可以從自動眼球轉(zhuǎn)動中間接推斷出意識知覺之間的轉(zhuǎn)換。盡管有相反證據(jù)，「無報告范式」依然挑戰(zhàn)了大腦前額葉腦區(qū)與意識感知本質(zhì)相關(guān)的觀點(diǎn)（Frassle，2014）（Van Vugt，2018）。與此同時，信號檢測理論（Green & Sweets，1966）等分析方法的進(jìn)步也使得研究人員能夠在感知的客觀和主觀方面之間做出更嚴(yán)格的區(qū)分，并量化元認(rèn)知（關(guān)于認(rèn)知的認(rèn)知）中可能與意識相關(guān)的個體差異（Barrett，2013；Fleming & Dolan，2012）。

在理論進(jìn)展上，「預(yù)測編碼」（predictive coding）或「貝葉斯大腦」（Bayesian brain）方法有助于促進(jìn)我們對意識感知的神經(jīng)基礎(chǔ)的理解。這些方法，將感知建模為：對在附著在我們感官表面上模糊和嘈雜信號的隱藏原因進(jìn)行推斷（可能是貝葉斯式）的一個過程（Frston，2009）。這顛覆了一些關(guān)于感知的經(jīng)典觀點(diǎn)，認(rèn)為是大腦自上而下的信號被提出來傳達(dá)真實(shí)的預(yù)測，而自下而上的信號只傳達(dá)主要是「預(yù)測誤差」——大腦在每一級處理中所預(yù)期的和得到的之間的差異。

這個框架也對一些過去的發(fā)現(xiàn)提供了更有力的解釋，將意識知覺與自上而下信號的完整性聯(lián)系在一起（Pascual-Leon & Walsh，2001）；并激發(fā)了進(jìn)一步研究，如明確刻畫了晚期知覺預(yù)期情況，并研究是如何改變認(rèn)知的（De Lange，2018）。令人鼓舞的是，這些想法提供了對某些臨床環(huán)境中異常感知的機(jī)制理解，其中精神病的積極癥狀（如幻覺）就是一個很好的例子（Fletcher & Frith，2009；Powers et al，2017；Teufel，2015）。

自我體驗(yàn)的意識研究也越來越受到關(guān)注，包括身體和身體所有權(quán)的基本體驗(yàn)（Blanke等人，2015），行使意志和主體感的經(jīng)驗(yàn)（Haggard，2008），以及在「更高」的自我的方面，如情景記憶和社會感知。在這方面，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展（Legenhager，2007；Seth，2013），以及表征內(nèi)在感覺（來自身體內(nèi)部的感覺）（Critchley，2004）的研究，正在預(yù)示著我們明顯的「自我」統(tǒng)一的體驗(yàn)是如何從許多潛在可區(qū)分的子過程即時中構(gòu)建出來的，以及這種構(gòu)建過程中的失敗是如何導(dǎo)致各種精神疾病的。

從英國神經(jīng)科學(xué)協(xié)會恰好誕生50周年的今天來看，可以說對意識的科學(xué)研究已經(jīng)重新獲得了應(yīng)有的地位。

作為思維和腦科學(xué)的中心主題，一個很大進(jìn)展是我們現(xiàn)在已經(jīng)知道了具身化和和嵌入式大腦是如何形成的，并產(chǎn)生多種意識水平、意識內(nèi)容和意識自我的。當(dāng)然，更多方面還有待發(fā)現(xiàn)?？傊?，激動人心的種種新理論、新實(shí)驗(yàn)、新模型的結(jié)合，正在幫助對意識科學(xué)純粹相關(guān)性研究，轉(zhuǎn)為包括從神經(jīng)機(jī)制到現(xiàn)象學(xué)的全景解釋。

伴隨這些研究展開，在神經(jīng)病理學(xué)和精神病學(xué)中的臨床應(yīng)用，以及在嬰兒時期、其他非人動物、甚至在未來機(jī)器中意識探索依然還存在深刻挑戰(zhàn)。

不管所謂的「困難問題」是否會影響到這些研究的發(fā)展，未來意識研究 50 年的依然將會令人無限神往。

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編譯：十三維

編輯：楊清怡

原文：

https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/2398212818816019