意识寻踪

晰数塔互联网快讯
2020-06-15 10:32

本文来自微信公众号：神经现实（ID：neureality），作者：Brenda Patoine，译者：顾凡及，题图来自：《超体》

意识的谜底是否可以在大脑的褶皱中得到揭晓？能否将“有意识”这种完全自由的状态定位在大脑某一位置，将其属性解构为精确的神经发放的时间模式？有一项耗资2000万美元的国际研究计划，其目标就是要寻找这些问题的答案，也就是寻找意识的神经足迹。

邓普顿世界慈善基金会资助了这项名为“加速意识研究”（ARC）的内容广泛的多年期创新研究计划。在第一阶段中，两项其假设截然相反的领先的有关意识的脑理论，将共同获得5百万美元的资助进行对抗，以检验他们的假说。

“加速意识研究”计划让整合信息理论（IIT）和全局神经工作空间（GNW）理论直接对抗，以邓普顿基金会声称的“对抗性合作”的方式，解决脑如何、何时、何处处理有关我们自己和周围世界的主观觉知的一些基本问题。

这两种理论模型形成了鲜明的对比：它们对意识构成要素的定义和假设都不相同，它们对此的整个研究方法也有本质上的不同。两者的共同点在于，它们都研究意识的神经相关机制（neural correlates of consciousness）。

整合信息理论是威斯康星睡眠与意识研究所教授兼主任朱利奥·托诺尼（Giulio Tononi）提出来的。全局神经工作空间理论则是由法国神经科学家斯坦尼斯拉斯·德阿纳（Stanislas Dehaene，一译迪昂）与利昂内尔·纳卡什（Lionel Naccache）和让-皮埃尔·尚热（Jean-Pierre Changeux）等人共同精心建立起来的。

这两个理论是由克里斯托夫·科赫（Christof Koch）挑选出来的，科赫是一位顶尖的意识研究者，也是艾伦脑科学研究所的负责人。他担任了邓普顿项目的顾问。他说，这两个理论在科学家中都有一批著名的追随者，并且有“大量的证据”支持它们。

为什么采用这种方法？

“加速意识研究”计划不仅就其方法和主题来说是大胆的，而且它承诺要成为开放科学最佳实践模式的样板也雄心勃勃。他们之所以这样做是基于下列认识，即像意识这样的大问题上要想取得有意义的进展，需要有针对性的、结构化的合作，这不是任何一个孤立的研究小组所能做到的。

邓普顿基金会的高级项目主任戴维·波特希特（Dawid Potgieter）说道：“单独一位天才科学家，在实验室里解决大问题的日子已经过去了，有必要以不同的方式来进行科学研究。”邓普顿基金会资助这个项目是因为认识到，孤立的科学是进步的敌人。

科赫说道：“过去50年来，在生物医学科学中，一般来说，没有哪个单一实验同时检验两种相互竞争的理论，（对抗性合作）需要人们以富有成效的方式一起工作，这样就能对分歧之处进行检验。”他指出，1919年的实验直接检验了爱因斯坦刚提出的广义相对论与当时盛行的牛顿宇宙观之间的矛盾，在很大程度上支持了爱因斯坦而平息了这场争论。在当代科学界，科赫说：“还很少这样做。”

- Mark Smith -

法国神经学家纳卡什是全局神经工作空间理论的共同提出者之一，他认为意识问题的本质要求我们采取大胆的方法。他说道：“我们还没有一个完整的意识理论。我们还只有草图，也就是法语中所说的esquisses。”他接着又说道：“超越我们现有知识的最好方法就是引发这些理论之间的碰撞，以检验各自的核心思想，并以新的思想继续前进。”

“加速意识研究”计划引发碰撞的方法，是将相反意见的双方领导者请到同一张桌子旁，具体地说也就是在为期多天的研讨会上，对可能驳倒对方理论的关键想法进行讨论并达成一致意见。然后，工作就转向六个一流的独立实验室，对这些预测进行实证检验，找出谁是正确的，或者至少，谁可能更接近正确。

设计该科学方案的目的是为了尽可能透明地确保科学的客观性和严谨性，并始终着眼于推动该领域的发展。一个由独立研究人员组成的团队将指导该科学计划，并由马克斯·普朗克研究所和纽约大学的首席研究员露西亚·梅洛尼（Lucia Melloni）以及特拉维夫大学的共同首席研究员利亚德·穆德里克（Liad Mudrik）和里德学院的迈克尔·皮茨（Michael Pitts）共同领导。

为什么是现在？

邓普顿倡议反映了这个领域的成熟程度，而这个领域曾经是年轻科学家的禁区。托诺尼在青少年时期曾深入思考伦理两难问题（ethical dilemmas），当时他就对意识这一主题产生了兴趣，他回忆说，当时人们竭力劝阻年轻人进入这一研究领域。“我当时问过神经科学家，他们简直就是叫我‘闭嘴。根本就不应该问这个问题。走开别问了。’”

他说这种研究当时被认为只有“年迈的诺贝尔奖获得者”才能做，而所谓“年迈的诺贝尔奖获得者”意指弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和杰拉尔德·埃德尔曼（Gerald Edelman），他们都是成为资深的、世界公认的科学家之后才研究意识。

科赫与克里克在1990年合作发表了一篇开创性论文，提出了严格研究意识的神经相关机制（旧译意识的神经相关物）的路线图。他半开玩笑地说道：“克里克可以这样做，因为他是个半神。”他继续往下说：“退休的人可以这样做，但明智的一线科学家却不从事意识研究。这是事业杀手。”

- Mark Smith -

在科赫和克里克那篇影响深远的论文发表十年后，梅洛尼作为博士进入这个领域，她说这篇论文重新激发了人们对意识的思考，并为意识研究制定了具体的步骤。她说道：“从那一刻起，意识又重回研究。”

关于意识的科学理论现在已经无处不在，而且层出不穷。托诺尼指着大量关于这个问题的书籍说道：“我们已经从‘你不能谈论它’变成了‘每个人都可以谈论它’，"然后他又狡黠地补充道：“这不一定会让事情就变得容易些。”

不同的方法

在试图认识意识方面，整合信息理论和全局神经工作空间理论采取了根本不同的方法。

纳卡什认为，全局神经工作空间理论由变成有意识的心理属性的知识中得到启发。这一理论认为，只要你意识到某件事情，例如一张脸、一个声音、一段记忆、一种感受，你就不仅可以自我报告它（例如，我看到了X、听到了X、记起了X、感受到X），而且还可以将所有的认知能力运用到它身上，可以对此进行思考，可以记起与之相关的某种东西，或者由此做出某种行动计划。

这种认知可用性（cognitive availability）是这一模型的核心，这个术语是全局工作空间理论（Global Workplace theory）的提出者、心理学家贝尔纳·巴尔斯（Bernard Baars）创造的。因此，全局神经工作空间理论采取的是功能主义的方法。这种理论声称，意识是脑的一种功能，所以让我们来寻找这种功能究竟发生在脑中的哪些地方。

相比之下，整合信息理论从意识本身出发，意识是对存在的主观体验，而非做什么。这种理论不是把意识看成是一种特定的脑功能，继而寻找其神经相关机制，而是描述了意识的基本属性，其中的核心概念是如何把信息整合起来以觉知到世界和自我。

然后，整合信息理论假设，意识的物理基质（physical substrate）也将共享这些基本属性，从而提供了一种可能支持意识存在的神经环境的藏宝图。

后脑区还是前脑区？

整合信息理论的方法使托诺尼和其他人关注脑后部的皮层组织，在脑后部初级感觉区形成了一种神经连接非常密集的“超级网”，这些连接在纵向和横向都整合了起来。脑的这个特殊部分，以非凡的复杂性为标志，符合整合信息理论中列举出的意识的基本属性。

托诺尼指出：“如果我们能够把脑后部的结构充分显示出来，那么那里的复杂性异常巨大，它使人困惑不已，让你充满了某种谦卑和敬畏……”

相比之下，全局神经工作空间理论认为，脑前部和后部都参与其中的网络是行动的地方。按照纳卡什的说法，作为意识特征的认知可用性应该与神经可用性密切相关，后者是脑中的一种特殊的功能筑构。纳卡什说道，全局神经工作空间理论预测这种神经印记（neural signature）是从事高级神经处理的脑区之间的某种长程、协调、复杂的交流，这些脑区主要位于新皮层的额叶和顶叶区域。

科赫说道：“这是这两种理论的分歧之处。”这种不同看法特别重要，因为对于发生意识的基本线路大致说起来究竟是在大脑皮层的后部还是前部，并没有普遍的共识。

- Mark Smith -

这两种理论在如何看待神经处理的时序（timing）问题上也存在分歧。整合信息理论认为，只要一个人保持着对某件事情的意识，那么代表该“某件事情”的神经相关机制在脑中就应该是明显的。

全局神经工作空间理论假设，“进入意识（conscious access，一译意识通达）”的时刻应该与某个特定的神经表征相关联，而这个神经表征与这个时刻之前和之后的活动是不一样的。全局神经工作空间理论的一个核心问题在于，如何将进入意识的实际神经印记与其前或其后发生的事件区分开来。

这两个研究团队选择的实验方案和方法是为了弄清楚两方面的问题，即定位和时序。给受试者布置任务使其确定有意识识别的时刻，而研究人员将查看相应神经印记的数据。将使用三种不同的神经科学技术：

功能磁共振成像（fMRI），这种技术以高空间分辨率跟踪脑中的活动模式；

脑磁图和脑电图（MEG/EEG），这两种方法都是非侵入性和高时间分辨率地记录神经元群中的电活动；

以及皮层电图（ECoG），从植入的电极直接记录；

最后一种方法，提供了最佳的空间和时间分辨率，是作为治疗的一部分在难治性癫痫患者身上进行的，以定位癫痫病灶，从而确定在哪里进行干预。

在这一计划的初始阶段，数据收集和分析预计需要三年时间。其后续阶段也早已启动，将和其他理论进行比较，并在啮齿类动物和非人灵长类动物中补充进行动物研究，以考察用人类受试者做实验回答不了的问题。在每个阶段结束时，所有的数据都将在一个开放的科学协议中公开发表，目的是推动更全面地了解脑是如何涌现出意识的。

为什么要这样做？

寻找意识的神经基础不仅仅是学术性的，它的意义即使不是马上就能看出来，也是广泛而多样的。改善对无反应患者意识的检测是这类研究的一个明显应用，托诺尼已经在开发一种客观的意识测量方法，并取得了有希望的结果。

还不那么现实，但完全有可能的应用包括治疗慢性疼痛或治疗抑郁症等精神疾病；其想法是，如果我们了解了脑如何处理主观觉知，那么就有可能通过调整系统来改变一个人对疼痛或疾病的体验。在医学领域之外，目前的一个热门话题是，模仿脑处理的复杂的机器学习系统何时以及是否真的可能在某种程度上具有 “意识”，以及这对新兴的人工智能领域意味着什么。

邓普顿基金会的波特希特说道：“我们认为意识是一个大概念，在期望解决社会上的其他大问题之前，需要先解决意识问题。”

对科赫而言，他认为意识是科学不能忽视的问题。他说道：“如果科学不能解释我的意识心智是如何来到这个世界上的，那么它就会在我们日常存在的中心留下一个巨大的洞。”他接着指出，“这对科学来说是一个不折不扣的挑战。到目前为止，科学还未能做到这一点。现在是时候了，我们应该这样做了。”

译者点评

本刊去年发表过一篇《关于意识，神经科学准备摊牌了》，对“加速意识研究”计划的背景、托诺尼的整合信息理论和德阿纳的全局神经工作空间理论的概况做了介绍，本文可以说是上文的姐妹篇，对这一重大事件的后续发展作了介绍，值得一切关心意识问题的人一读。但是译者对本文中所表达的观点也并不完全赞同，除了赞赏之处之外，笔者也愿意简单说几句自己的看法，希望引起读者的思考，并作出自己的判断。

笔者最赞赏之处是计划把两个针锋相对的学派组织在同一个计划中，就共同关心而又有截然不同见解的问题进行研究，以分清孰是孰非，甚至把两者都驳倒，而催生新理论。虽然笔者想不起神经科学历史上有这样研究组织的先例，但是两个对立学派自发的就共同关心而又针锋相对的问题，不断进行辩论而共同取得进步却确实有例在先。

这就是大家都知道的有关突触机制究竟是电还是化学的所谓“火花”和“汤”之争。激烈的争论发生在“火花”学说的领军人物埃克尔斯和“汤”学说的领军人物戴尔之间，他们两人经常互赠论文的予印本征求意见，也当面辩论，其激烈程度使第一次看到这种场面的卡茨以为他们都要打起来了。

尽管如此，两人成了要好的诤友，彼此都感到从对方的“攻击”中获益良多，迫使他们自己在做实验时更为严谨，当然也抓对方的软肋。当然这场学派大战的结果，大家都知道了，“汤”学说大获全胜，连埃克尔斯本人都改弦易辙，接受了“汤”学说，并在这方面做出重大贡献而最终赢得了诺贝尔奖。

这一历史佳话是对立学派聚焦在某个重大科学问题上，以不同观点和方法进行研究，并互相反驳，最后达成一致并做出重大贡献的经典例子。当然这场争论并非由科研计划的有意识组织，恐怕也不好说是大科学或团队科学的成功，虽然也许可以说是公开科学。

当然"加速意识研究"计划有意识地把对立双方组织在同一科研计划中，把此从自发提高到了自觉，是非常有意义的。

不过从“汤”学说与“火花”学说之争中，也可以看到由学术争论导致解决科学中的重大问题，并非一定要把对立双方组织在同一个研究计划中，而且“汤”学说的发轫者勒维是在梦中想到证实“汤”学说的第一个可靠的实验，也说明“单独一位天才科学家，在实验室里解决大问题的日子已经过去了”的结论未免言之过早。

从目前的情况来看，大科学和团队科学主要适用于已有坚实的理论基础，但是需要巨大人力物力，带有工程技术性质的课题，例如大规模搜集数据，系统制定图谱，研发基本原理已清楚的高技术装备等。但是真正需要突破性创新思维的新发现可能依然依赖于“天才”科学家的灵感和顿悟。这两种研究方式具有互补性，不能偏废。

且不说这些一般性的科学组织问题。对于“加速意识研究”计划是否能如波特希特所说：“如果解决意识之谜原本需要一百年的话，我希望我们能缩短到五十年。”笔者也深表怀疑。其理由如下：

最为重要的是，这两个理论都在实质上回避了意识的主观性问题。在全局神经工作空间理论的研究中唯一牵涉到主观性的是把受试者的主诉用作数据，也就是根据主诉“意识到”或“没意识到”时分别测量到的脑内活动进行对照研究，而得出当“进入意识”时脑活动的变化，以后的理论研究都是基于这些客观印记来进行的，不再牵涉到主观性。

而在整合信息理论的五大“公理”或基本“假设”中根本就没有主观性这一条。在笔者看来主观性正是意识最核心的性质，由于研究主观性的困难性而暂时回避是可以的，但是如果始终回避这一核心性质不谈，那么意识问题就不可能彻底解决。当然笔者也猜测主观性可能是意识的某种不可还原的涌现性质，不可能问脑是如何涌现主观性的，但是科学应该能够回答涌现主观性的条件是什么？其神经相关机制是什么？

本文指出了两大学派在意识研究上可以聚焦的一个具体问题：意识的神经相关机制究竟是在脑后部还是在脑前部。笔者以为这是有可能取得进展的，但是这个问题与其说是这两大理论的差别，不如说是他们不同实验方法及对实验结果上的差别。提出意识的全局神经工作空间理论所据的实验事实都是有关当受试者接受到一个刺激，从未意识到该刺激到意识到该刺激时脑内的活动发生了些什么变化，也就是文中所说的“进入意识”的“印记”。

而该理论真正能解释的其实也就是“进入意识”的“印记”的产生机制。但是首先印记并非“进入意识”本身，就像我的签名并非我本人一样。其次，即使是进入意识也只是意识的一个特殊的方面。即使这一理论能够解释“进入意识”，也不能以偏概全说这就是普遍的意识理论了。

所以这种理论其实还只能说是一种假说。整合信息理论则是托诺尼根据他和埃德尔曼所总结的意识所具有的性质，提出了5条“公理”，以后的理论则完全是基于这些公理之上。

但是这些公理是否就概括了意识的所有性质是个大问题，比如说，在这些公理中就不包括主观性。而且由这些公理得出的推论是凡是稍复杂一点的系统都在不同程度上具有意识，就被很多人（包括科赫早年）批评为泛心论，这也是他们所解释不了的，所以这一理论也只能说是一种假说。

因此即使关于脑后部和脑前部之争得到解决（如果解决，这确实是意识研究上的一个里程碑事件），也并不意味着解决了这两个理论哪个正确，更谈不上彻底揭开意识之谜。

总之，在笔者看来“加速意识研究”计划是意识研究上的重要事件，值得关注和追踪，但是也不能估计过高，抱有不切实际的幻想。

最后，笔者要对几个译名作一点说明。Neural correlates of consciousness在本文中译为“意识的神经相关机制”，而不是通常所用的“意识的神经相关物”，这是因为按照这一概念的共同提出者科赫的定义，Neural correlates of consciousness是“足以引起任何特定意识体验的最小神经机制”，其内涵既包括相应神经回路或脑区（物），也包括其中的神经活动模式（事件）。

而“意识的神经相关物”容易使人误解为“物”，也就是神经回路或脑区。另外人名笔者都按照新华通讯社译名室编的《世界人名翻译大词典》（中国对外翻译出版公司， 1993）。按其祖籍国译出，使译名的发音尽可能接近真实的发音，以资规范。所以Dehaene就按法语读音译成德阿纳，而不是迪昂。

此外conscious access有译为“意识通达的”，笔者觉得不是很好理解，故译为“进入意识”，当然这倒并非什么原则性的问题。

本文原作首先发表在《大脑》（Cerebrum）杂志2020年春季刊上。

https://dana.org/article/tracking-the-neural-footprints-of-consciousness/

本文来自微信公众号：神经现实（ID：neureality），作者：Brenda Patoine，译者：顾凡及