意識(shí)的科學(xué)研究：歷史簡(jiǎn)單回顧、現(xiàn)狀和某些進(jìn)展﹡

汪云九

中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所腦與認(rèn)知科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

意識(shí)的科學(xué)研究：歷史簡(jiǎn)單回顧、現(xiàn)狀和某些進(jìn)展﹡

汪云九

中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所腦與認(rèn)知科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

自古以來(lái)人們就對(duì)靈魂問(wèn)題感興趣，但是對(duì)于靈魂問(wèn)題的探索經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程。從古希臘哲學(xué)家的思辨式討論，到19世紀(jì)心理學(xué)中的內(nèi)省式研究，一直到20世紀(jì)末的多學(xué)科多層次探求，靈魂問(wèn)題才真正進(jìn)入現(xiàn)代科學(xué)的研究范疇之內(nèi)?，F(xiàn)在意識(shí)問(wèn)題在國(guó)際上形成一個(gè)前所未有的高潮。舉出兩個(gè)事例來(lái)說(shuō)明意識(shí)問(wèn)題的科學(xué)研究進(jìn)展：靈魂出竅和視覺(jué)圖象識(shí)別。

靈魂(意識(shí))問(wèn)題；靈魂出竅；祖母細(xì)胞

1 意識(shí)研究的簡(jiǎn)單回顧

人有靈魂嗎？靈魂居住在人體的什么地方？人死后魂歸何處？……這些問(wèn)題一直在困擾著人們，但遺憾的是，至今未有人給出一個(gè)滿意的正確的答案。

著名心理學(xué)家榮格(Carl G. Jung，1875—1961)調(diào)查了許多非洲的原始部落，這些部落還未被現(xiàn)代文明侵襲過(guò)，而且他們之間沒(méi)有任何通信聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)這些部落幾乎都相信人有靈魂。雖然各部落的崇拜儀式有所不同，卻都認(rèn)為，世間有神靈。榮格把這種情況，稱之為“集體無(wú)意識(shí)”。從而推斷人類的祖先，自古以來(lái)就相信人是有靈魂的。考古學(xué)也證實(shí)，人類祖先遠(yuǎn)在沒(méi)有文字記載以前，就相信人有靈魂。因此可以說(shuō)，宗教和神學(xué)是最早關(guān)心和對(duì)待人的靈魂問(wèn)題。人們對(duì)于靈魂問(wèn)題的議論和關(guān)切程度，遠(yuǎn)早于現(xiàn)代自然科學(xué)中的任何一門(mén)學(xué)科。

意識(shí)和人體(包括人腦)的關(guān)系問(wèn)題(brainmind problem)始終是哲學(xué)研究的重要課題。此處，brain代表包括人腦在內(nèi)的人體的物質(zhì)實(shí)體，mind代表情感、意識(shí)、智能等精神現(xiàn)象，中文把它譯為“心腦問(wèn)題”。此處的“心”不是解剖學(xué)上的心臟，而是泛指所有精神現(xiàn)象的總稱，所以，僅把mind譯為“認(rèn)知”或“智能”是太過(guò)于狹隘了。文獻(xiàn)中常把mind與意識(shí)(consciousness)、靈魂(soul)等混用。對(duì)于精神與物質(zhì)之間關(guān)系的不同，哲學(xué)上分成二元論和一元論。簡(jiǎn)單地說(shuō)，二元論認(rèn)為精神和物質(zhì)是兩碼事，精神獨(dú)立于身體(包括人腦)，研究人腦無(wú)助于解決精神問(wèn)題。一元論者持相反論點(diǎn)，認(rèn)為人體(包括人腦)產(chǎn)生意識(shí)和精神，研究人腦可以最終解決精神問(wèn)題。這兩派之間的爭(zhēng)論，自有哲學(xué)以來(lái)就存在， 直至今日仍在繼續(xù)。

古希臘時(shí)代，亞里士多德(公元前384年—公元前322年)對(duì)心腦問(wèn)題有過(guò)相當(dāng)深入的思考，并發(fā)表巨著《靈魂論及其他》一書(shū)。全書(shū)包括感覺(jué)與感覺(jué)客體(7章)、記憶和回憶(2章)、睡與醒(2章)、說(shuō)夢(mèng)(2章)和占?jí)?2章)?！鹅`魂論及其他》譯成中文達(dá)453頁(yè)之多，試想當(dāng)時(shí)還處于羊皮紙和莎草紙時(shí)代，所以在當(dāng)時(shí)該書(shū)可以說(shuō)是宏篇巨著了。另一位古希臘學(xué)者希波克拉底(Hippocretes，公元前460年—公元前370年)最早認(rèn)為“人類應(yīng)當(dāng)懂得，我們的喜、怒、哀、樂(lè)，不是來(lái)自別處，而是來(lái)自大腦”。他明白無(wú)誤地宣稱，情緒、精神來(lái)自大腦。希波克拉底可能是最早的一元論者。

中世紀(jì)數(shù)理科學(xué)家笛卡爾觀察到人腦由左右兩半球組成，而靈魂只有一個(gè)，因此不可能在大腦半球上產(chǎn)生；松果體僅有一個(gè)，卻深藏于大腦深處，因此他推斷松果體產(chǎn)生靈魂，由它控制支配大腦，并最后指揮整個(gè)軀體。哲學(xué)家雖然把意識(shí)作為重要的研究對(duì)象，數(shù)千年來(lái)發(fā)表和出版了無(wú)數(shù)的理論和觀點(diǎn)，二元論和一元論之間爭(zhēng)論不休，但是使用的研究方法都是思辨式的，從語(yǔ)言的描述到理論的闡述，沒(méi)有試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)，所以只能各執(zhí)一詞爭(zhēng)論不休，派系林立，取得的實(shí)質(zhì)性進(jìn)度不多。

19世紀(jì)心理學(xué)從哲學(xué)中分離出來(lái)，成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，自然地把意識(shí)問(wèn)題作為它的主要研究對(duì)象。現(xiàn)代心理學(xué)的創(chuàng)始人Wilhelm Wundt認(rèn)為，心理學(xué)就是研究意識(shí)的科學(xué)。由于缺乏合適的儀器技術(shù)，心理學(xué)中研究意識(shí)的方法是“內(nèi)省法”，即受試者說(shuō)出當(dāng)時(shí)的主觀感受，記錄下來(lái)加以分析和做出判斷。這種方法類似于“黑箱理論”(black box)，根據(jù)輸入剌激和輸出反應(yīng)，得出規(guī)律，對(duì)于其中實(shí)際過(guò)程是不得而知的。當(dāng)然這種研究方法比哲學(xué)中的思辨方法略為進(jìn)步一些。20世紀(jì)20年代John B. Watson在心理學(xué)中倡導(dǎo)行為主義理論，他認(rèn)為：“人從來(lái)沒(méi)有看見(jiàn)過(guò)意識(shí)，摸過(guò)它，嗅過(guò)它，嘗過(guò)它，動(dòng)過(guò)它，……對(duì)于行為主義來(lái)說(shuō)，意識(shí)與靈魂基本上是同一概念?！睆亩岩庾R(shí)問(wèn)題排擠出心理學(xué)，一時(shí)間行為主義成為心理學(xué)的主流，無(wú)人再敢問(wèn)津意識(shí)問(wèn)題，這一趨勢(shì)統(tǒng)治美國(guó)心理學(xué)達(dá)半個(gè)世紀(jì)之久。

20世紀(jì)中葉，由于控制論、信息論的理論影響，電子計(jì)算機(jī)和人工智能迅速發(fā)展，涌現(xiàn)出一批所謂認(rèn)知科學(xué)家，他們具備良好的數(shù)理基礎(chǔ)，受過(guò)心理學(xué)和生理學(xué)的訓(xùn)練，又會(huì)編程和使用計(jì)算機(jī)，在研究人的智力行為方面取得顯著的成績(jī)。數(shù)學(xué)中證明數(shù)學(xué)定理的計(jì)算機(jī)程序被編制出來(lái)，電子計(jì)算機(jī)與人對(duì)弈可以戰(zhàn)勝世界冠軍。一系列的智力行為的規(guī)律被研究出來(lái)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。于是，人工智能創(chuàng)始人Minsky當(dāng)時(shí)斷言，20年內(nèi)可以造出模擬人腦的電腦。一時(shí)間人工智能專家和認(rèn)知科學(xué)家歡欣若狂，認(rèn)為人腦的一切功能將要被計(jì)算機(jī)復(fù)制和取代。但是1989年英國(guó)物理學(xué)家 Penrose發(fā)表《皇帝新腦》一書(shū)，對(duì)人工智能和認(rèn)知科學(xué)提出質(zhì)疑，認(rèn)為計(jì)算機(jī)在人的邏輯思維方面可以模擬再現(xiàn)，但是在日常經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)方面卻無(wú)能為力，更何況人的感情、意識(shí)等方面的問(wèn)題，完全摸不著頭腦，于是，意識(shí)問(wèn)題又重回科學(xué)家的研究領(lǐng)域中來(lái)了。

2 研究意識(shí)的現(xiàn)狀

在談到意識(shí)的科學(xué)研究時(shí)，不能不涉及它的物質(zhì)基礎(chǔ)——腦科學(xué)的發(fā)展。腦(神經(jīng))科學(xué)在20世紀(jì)從生理學(xué)內(nèi)一個(gè)不起眼的小分支，發(fā)展成為一個(gè)壯大的學(xué)科，以致英國(guó)的《自然》雜志專門(mén)設(shè)立一個(gè)分冊(cè)來(lái)報(bào)道這一方面的發(fā)展?；叵?00年前，人們對(duì)于人體中最神秘的器官(腦)的理解還是十分粗淺，只知道腦看起來(lái)像一團(tuán)均勻的蛋白凍狀的漿糊。1873年意大利組織學(xué)家Camillo Golgi(高爾基)發(fā)明了一種新的細(xì)胞染色法，叫做銀染色法。用這種方法可以把神經(jīng)組織中少數(shù)神經(jīng)細(xì)胞著色，并呈現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)節(jié)。西班牙組織學(xué)家Romany Cajal(拉蒙-卡哈爾)運(yùn)用Golgi發(fā)明的銀染色法，并加以改進(jìn)，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究，創(chuàng)立神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元理論。該理論認(rèn)為神經(jīng)系統(tǒng)并非連續(xù)一片，而是由一個(gè)個(gè)的細(xì)胞組成的，其基本結(jié)構(gòu)和功能單元是神經(jīng)細(xì)胞，也稱神經(jīng)元。1906年Golgi和Cajal兩人分享諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

由于電測(cè)量?jī)x器的使用，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞有活動(dòng)，神經(jīng)信號(hào)在神經(jīng)軸突上傳播。Hodgkin和Huxley由于弄清了神經(jīng)信號(hào)的傳播規(guī)律而獲1963年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。同時(shí)獲獎(jiǎng)的還有John Careu Eccles，他的貢獻(xiàn)在于證明神經(jīng)脈沖到了突觸(一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞與另一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞之間的接頭部分)后，分泌神經(jīng)遞質(zhì)，影響下一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的興奮性。同樣也是使用生理技術(shù)，Hubel和Wiesel因在感受野方面的貢獻(xiàn)，獲1981年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這一系列驕人的成績(jī)，全仗于物理技術(shù)手段——電生理技術(shù)的應(yīng)用。

因此，到了20世紀(jì)末，神經(jīng)科學(xué)和腦科學(xué)的突飛猛進(jìn)為意識(shí)問(wèn)題的自然科學(xué)研究提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

在意識(shí)的科學(xué)研究歷程中，1994年是一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折年。當(dāng)年有兩件大事作者認(rèn)為值得載入史冊(cè)：一是關(guān)于意識(shí)研究的多專業(yè)國(guó)際會(huì)議開(kāi)始舉辦；二是Crick著述的《驚人的假說(shuō)》出版。

1994年第一次“走向意識(shí)科學(xué)(Toward a Science of Consciousness，TSC)”會(huì)議在美國(guó)Tucson市召開(kāi)，這是第一次國(guó)際性的會(huì)議。會(huì)議開(kāi)得熱鬧非凡，各種專家蒞臨大會(huì)，各抒己見(jiàn)，爭(zhēng)論不休。而后規(guī)定每年召開(kāi)一次會(huì)議，雙數(shù)年在Tucson開(kāi)，單數(shù)年在其他國(guó)家召開(kāi)。至今已20年，一次不落。

1998年美國(guó)亞利桑那州的亞利桑那大學(xué)(University of Arizona)成立了一個(gè)意識(shí)研究中心(Center for Consciousness Study，CCS)，該中心主任兼奠基者是Stuart Hameroff教授，合作奠基者為David Chalmers(紐約大學(xué)哲學(xué)系主任)。該中心成立的目的是聯(lián)合哲學(xué)家、認(rèn)知科學(xué)家、神經(jīng)科學(xué)家、社會(huì)學(xué)家、醫(yī)生、物理學(xué)家、藝術(shù)家和人類學(xué)家，共同研究人的意識(shí)問(wèn)題。

1997年國(guó)際性學(xué)術(shù)聯(lián)合會(huì)——意識(shí)的科學(xué)研究學(xué)術(shù)協(xié)會(huì)(Association for the Scientific Study of Consciousness，ASSC)成立并召開(kāi)一次國(guó)際會(huì)議，此后每年召開(kāi)一次會(huì)議，每次有一個(gè)主題。例如：ASSC-2主題是“意識(shí)的神經(jīng)相關(guān)物”，ASSC-3主題是“意識(shí)與自我”等 。ASSC至今已召開(kāi)了18次，遺憾的是，這一系列會(huì)議都沒(méi)有在中國(guó)大陸召開(kāi)過(guò)。

1994年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者F. Crick發(fā)表《驚人的假說(shuō)》一書(shū)。他在這本書(shū)的前言中，第一句話就說(shuō)：“本書(shū)試圖用科學(xué)的方法來(lái)解釋意識(shí)的奧秘?！贝嗽挶砻?，他想把意識(shí)問(wèn)題從神學(xué)家的崇拜、哲學(xué)家的清談、心理學(xué)家的內(nèi)省中解脫出來(lái)，放到現(xiàn)代科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室中，通過(guò)顯微鏡觀察、手術(shù)刀解剖、物理儀器檢測(cè)，把千萬(wàn)年的世界之謎——意識(shí)問(wèn)題用現(xiàn)代科學(xué)的研究方法和觀點(diǎn)來(lái)研究。這一觀點(diǎn)與1997年成立的ASSC學(xué)會(huì)的宗旨是一致的，與1998年亞利桑那大學(xué)成立的意識(shí)研究中心的目標(biāo)也是相同的。他在該書(shū)第一章中的第一句話：“驚人的假說(shuō)是說(shuō)，‘你’，你的喜悅、悲傷、記憶和抱負(fù)，你的本體感覺(jué)和自由意志，實(shí)際上都只不過(guò)是一大群神經(jīng)細(xì)胞及其相關(guān)分子的集體行為?！边@句名言被許多期刊雜志和書(shū)籍所引用。他在這句話中表述了意識(shí)問(wèn)題是神經(jīng)系統(tǒng)(腦)的產(chǎn)物，旗幟鮮明地表達(dá)了他的一元論觀點(diǎn)。因此可以說(shuō)，《驚人的假設(shè)》一書(shū)是對(duì)意識(shí)問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)研究的旗幟和進(jìn)軍號(hào)。20世紀(jì)末意識(shí)問(wèn)題成為自然科學(xué)和人文科學(xué)多個(gè)學(xué)科研究的焦點(diǎn)，其中有多位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，如Eccles(發(fā)表7本著作)、Edelman (發(fā)表4本著作)、Sperry、Crick等，以及國(guó)際著名學(xué)者Pernose、Minsky等。他們?cè)雀髯栽谒鶑氖碌念I(lǐng)域做出過(guò)杰出貢獻(xiàn)，后來(lái)關(guān)注意識(shí)問(wèn)題，著書(shū)立說(shuō)。Edelman是因?yàn)槊庖邔W(xué)方面的研究而獲獎(jiǎng)的；Pernose是著名的數(shù)理科學(xué)家，他的《皇帝新腦》一書(shū)，在學(xué)術(shù)界有很大影響；Minsky是人工智能的創(chuàng)始人。他們或發(fā)表演講，或出版書(shū)籍，對(duì)意識(shí)問(wèn)題的科學(xué)研究發(fā)表看法。在這些名人中，尤以F. Crick更值得一提。他是因?yàn)镈NA的雙螺旋結(jié)構(gòu)與Watson一起榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的，他們的貢獻(xiàn)被譽(yù)為20世紀(jì)三大基礎(chǔ)理論之一(其他兩項(xiàng)為相對(duì)論和量子力學(xué))。他獲獎(jiǎng)以后認(rèn)為，生物學(xué)中的遺傳、繁殖復(fù)制和變異問(wèn)題，基本上可以用他們的DNA模型解釋，而意識(shí)問(wèn)題是生物進(jìn)化的最高階段——人類的頭腦的產(chǎn)物，為此，他要做充分的知識(shí)準(zhǔn)備。他花了30年時(shí)間，惡補(bǔ)了神經(jīng)科學(xué)、腦科學(xué)、解剖學(xué)、生物化學(xué)等方面的知識(shí)，到1994年才出版他關(guān)于意識(shí)方面的書(shū)籍。此時(shí)離他獲諾貝爾獎(jiǎng)的1962年已有30多年時(shí)間，期間他沒(méi)有令人矚目的工作發(fā)表，一直在坐冷板凳，醞釀孕育這本巨著的發(fā)表出版。

20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，在意識(shí)問(wèn)題的科學(xué)研究方面，出現(xiàn)一片繁榮景象。從各個(gè)不同層次、不同角度進(jìn)行探索，使用的技術(shù)手段也是前所未有的，提出的模型理論形形色色。有從細(xì)胞內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)考慮意識(shí)現(xiàn)象的，也有從整體和社會(huì)角度研究的；有從單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)來(lái)研究的，也有從神經(jīng)集團(tuán)的活動(dòng)來(lái)考慮的；……。 一年兩次的國(guó)際會(huì)議足夠供他們交流和討論。美國(guó)政府在20世紀(jì)90年代實(shí)施一個(gè)“腦的十年”計(jì)劃，這個(gè)由美國(guó)眾參兩院通過(guò)的科研法案，支持對(duì)腦科學(xué)進(jìn)行研究。2013年美政府又通過(guò)一個(gè)BRAIN(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies)計(jì)劃，每年投資1億多美元，為期10年，開(kāi)發(fā)試驗(yàn)對(duì)腦進(jìn)行深入研究的技術(shù)。差不多同時(shí)，歐盟也每年投資1億歐元，實(shí)施腦研究計(jì)劃(Human Brain Project，HBP)。這些政府資助的大型研究計(jì)劃，表明社會(huì)和民眾對(duì)于腦研究的重視和關(guān)注，客觀上大大推動(dòng)了意識(shí)問(wèn)題的科學(xué)研究。

美國(guó)最著名的科普雜志《Scientific American》也有《Mind》分冊(cè)，專門(mén)刊登神經(jīng)科學(xué)和意識(shí)方面的研究成果。如果你上網(wǎng)查找consciousness一詞，就會(huì)跳出數(shù)萬(wàn)條條目；到Amazon查找“意識(shí)”方面的書(shū)籍，起碼有上百本專著和科普書(shū)籍，其中不少已譯成中文，如Crick的《Astonishing Hypothesis》、Edelman的《A Universe of Consciousness》、松本修文的《心靈之謎面面觀》、Koch的《The Quest for Consciousness》等等，已有10多本。由于篇幅所限，本文參考文獻(xiàn)中僅列出中國(guó)作者撰寫(xiě)的著作和諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的譯作[1-6]。

3 意識(shí)的科學(xué)研究的某些進(jìn)展

在20世紀(jì)末開(kāi)始的意識(shí)研究中，科學(xué)家從不同層次、不同角度對(duì)意識(shí)現(xiàn)象和病理現(xiàn)象進(jìn)行研究，取得許多有意義的結(jié)果。本文僅從浩若煙海的研究報(bào)告中，選取兩項(xiàng)作者認(rèn)為有意義且有重大進(jìn)展的成果介紹給讀者。

3.1 靈魂出竅(out-of-body experience)

“靈魂出竅”一詞常出現(xiàn)在民間傳說(shuō)之中，嚴(yán)肅的科學(xué)家好像避免談這一論題。進(jìn)入21世紀(jì)以后，英國(guó)的《自然》、美國(guó)的《科學(xué)》等國(guó)際頂尖科學(xué)刊物陸續(xù)登出一些科學(xué)家進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)工作，表明正常人在一定實(shí)驗(yàn)條件下會(huì)出現(xiàn)靈魂出竅的現(xiàn)象，并尋找出大腦主管靈魂的解剖組織的部位?！犊茖W(xué)》雜志在2007年8月24日這一期上，刊出兩篇心理學(xué)論文，描述靈魂出竅的實(shí)驗(yàn)。Miller G.為此在《本周新聞欄》上寫(xiě)了一篇短評(píng)——《靈魂出竅經(jīng)驗(yàn)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室》，簡(jiǎn)單介紹了這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)工作。第一個(gè)工作是瑞士的Lenggenhager 和 Blanke 等四人做的[7]，他們令健康的成人頭戴特殊目鏡，目鏡中只能看到攝像機(jī)拍攝到的和經(jīng)過(guò)處理后的虛擬景物。實(shí)驗(yàn)時(shí)攝像機(jī)放置在被攝物體后2 m處(圖 1)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在三種不同條件下進(jìn)行：在第一種條件下，攝像機(jī)放置在被試者身后(圖1(a))，被試者看到自己的后背——這個(gè)虛擬的身體；第二種實(shí)驗(yàn)條件下，攝像機(jī)放在一個(gè)假人背后(圖 1 (b))；第三種條件下，攝像機(jī)放在一個(gè)直立的立柱后面(圖1 (c))。這三種情況下，被試者看到的分別是自己的背后、假人的后背以及一個(gè)立方體。我們權(quán)且把這三種見(jiàn)到的圖像稱為“化身”。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)敲打被試者身體，而讓被試者看到圖像化身時(shí)也看到同步或不同步的敲打過(guò)程，當(dāng)然，這需要用電腦稍作處理才能達(dá)到這一效果。敲打一分鐘后，關(guān)閉攝像機(jī)，被試者看不到任何影像。然后把被試者拖離原先站立的地方，脫掉眼鏡再叫他走向他原先站立的地點(diǎn)，有趣的情況發(fā)生了。在第三種實(shí)驗(yàn)條件下(即觀看的是立柱圖像)，被試者可以毫無(wú)困難和差錯(cuò)地回到原點(diǎn)。如果敲打身體與敲打化身的節(jié)奏不同步，不論是第一種情況(真人)還是第二種情況(假人)，被試者也能順利地沒(méi)有差錯(cuò)地回到原點(diǎn)。但是敲打身體與敲打化身同步情況下，被試者走到原先站立點(diǎn)前面幾步的距離，這個(gè)距離正好在虛擬的“化身”附近。因?yàn)樵谶@個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下，被試者看到的視覺(jué)圖像與他身體感到的觸覺(jué)(敲打)信息聯(lián)系到一起，自我感覺(jué)融入到化身中去，也就是他的靈魂從自己的肉體中出來(lái)進(jìn)入到了“化身”中去了。

另一個(gè)心理實(shí)驗(yàn)是瑞典科學(xué)家Ehrsson做的[8]。實(shí)驗(yàn)條件類似于上文介紹的那個(gè)情況，也是頭戴特殊目鏡，目鏡中只能看到攝像機(jī)送來(lái)的景物，攝像機(jī)放置在被試者身后，被試者仿佛在自己的身后。實(shí)驗(yàn)時(shí)拍打被試者的胸部，同時(shí)讓攝像機(jī)也能拍攝到手的拍打動(dòng)作。拍打幾次以后，被試者感到自己仿佛進(jìn)入到目鏡前面的虛擬人體中去了。這是被試者的主觀感覺(jué)，有沒(méi)有客觀指示來(lái)測(cè)定這種變化呢？Ehrsson把電極放置到被試者的手指頭上，然后用榔頭在鏡頭前虛晃一下，被試者看上去好像要打到自己身上，實(shí)際上根本沒(méi)有觸及他，因?yàn)楸辉囌咭呀?jīng)把前面的人體看作自己的身體，他嚇一大跳，手指的電極測(cè)到電阻的變化，表示這種心理感覺(jué)已經(jīng)有生理學(xué)上的反應(yīng)。

圖1 正常人在清醒狀態(tài)下誘發(fā)靈魂出竅現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)安排[7]。令被試者戴上特殊目鏡，他只能看到從攝像機(jī)送來(lái)且經(jīng)過(guò)電腦處理的圖像，在三種不同情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：(a)攝像機(jī)拍攝的是被試者的背影；(b)攝像機(jī)拍攝的是一個(gè)假人的背影；(c)攝像機(jī)拍攝的是一個(gè)長(zhǎng)立柱

上面介紹的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)有許多共同點(diǎn)，它們都是對(duì)健康人清醒狀態(tài)下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，使用的主要刺激是視覺(jué)并伴以觸覺(jué)刺激，讓正常視覺(jué)中止，而給予攝像機(jī)攝取的情景，同時(shí)給予身體上的觸覺(jué)刺激，使得“靈魂出竅”過(guò)程有切身體驗(yàn)。而且拍打刺激與看到的節(jié)拍同步的話，會(huì)加速這種出竅過(guò)程。

Blanke等人在《自然》上發(fā)表論文，報(bào)道一位患者(43歲婦女)的頭部電刺激實(shí)驗(yàn)，表明已經(jīng)找到負(fù)責(zé)“靈魂出竅”的部位，它位于大腦的右角回區(qū)(angular gyrus)。該患者受癲癇病之苦已有11年之久，磁共振成像技術(shù)看不出器質(zhì)性病變，因而找不到癲癇發(fā)作的中心，只好使用顱下植入電極以便精確定位。電極植入后可以通電刺激，患者可以口述她的感受。當(dāng)植入角回電極通電時(shí)，患者說(shuō)她好像“沉到床下去了”“從高處落下來(lái)”的感覺(jué)。增加電極的電流幅度，她報(bào)告說(shuō)“我好像從高處看到自己躺在床上，但只看到自己下半身的腿。”后來(lái)她多次報(bào)告浮到空中2m高，靠近天花板。后來(lái)Blanke等人使用“透顱磁刺激”技術(shù)，發(fā)現(xiàn)大腦頂顳聯(lián)結(jié)部(temporoparietel junction，TPJ)是負(fù)責(zé)“靈魂出竅”感覺(jué)的關(guān)鍵部位[9]。

靈魂出竅現(xiàn)象在正常人身上也會(huì)發(fā)生。中國(guó)著名電影演員李誠(chéng)儒在接受訪談時(shí)說(shuō)，每當(dāng)他演一角色十分入戲時(shí)，他感到他自己仿佛從戲中出來(lái)，在一旁觀看自己在演戲。在一些重大手術(shù)的患者報(bào)告中，常有人提到自己的靈魂從肉體中飄出來(lái)，在高處觀看自己的受傷的肉體，或者搶救過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，視覺(jué)好像仍在工作，軀體感覺(jué)和本體感覺(jué)也繼續(xù)在活動(dòng)，而其他感覺(jué)似乎退居次要地位。

人去世后意識(shí)喪失，民間認(rèn)為是靈魂逸去。有的人死而復(fù)生，恢復(fù)了意識(shí)，俗稱 “還魂”。這種幸運(yùn)的人值得好好研究，他們經(jīng)歷了“瀕死”經(jīng)驗(yàn)(near death experience，NDE)?，F(xiàn)在世界上有專門(mén)研究瀕死現(xiàn)象的學(xué)術(shù)組織和出版物。這些死而復(fù)生的人，其中多數(shù)報(bào)告在臨死前并非恐懼和恐怖，而是思緒平靜，感覺(jué)像在黑暗隧道中飛向光明的遠(yuǎn)方，有的還感到親人相逢時(shí)的幸福感。1976年唐山大地震24萬(wàn)余人死亡，16萬(wàn)余人受傷，其中不少人從死亡邊緣被搶救過(guò)來(lái)。天津安定醫(yī)院馮志穎和劉建勛對(duì)這些患者作了調(diào)查研究，結(jié)果發(fā)表在《大眾醫(yī)學(xué)》1993年第5期上。限于篇幅，此處不再贅述。

3.2 視覺(jué)圖像識(shí)別

眼睛是五官之首，人眼的功能之中，尤以人眼圖像識(shí)別最為復(fù)雜精巧。嬰兒出生后在沒(méi)有語(yǔ)言能力前，就能識(shí)別父母親和陌生人。許多野生動(dòng)物，出生就會(huì)分辨敵我。這種神奇能力，至今仍未徹底搞清，雖然20世紀(jì)諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)中有五位科學(xué)家在視覺(jué)研究中獲此殊榮，但距此問(wèn)題的最終解決尚有距離。

20世紀(jì)神經(jīng)科學(xué)從生理學(xué)中獨(dú)立出來(lái)成為茁壯成長(zhǎng)的一門(mén)學(xué)科，在視覺(jué)研究方面取得最重大的成果。首先，Hartline把感受野概念引入視覺(jué)研究。所謂感受野(receptive field，RF)，就是視覺(jué)系統(tǒng)某一水平上的神經(jīng)細(xì)胞所對(duì)應(yīng)的視網(wǎng)膜區(qū)域，在這區(qū)域中給予光刺激，可以引起它的不同反應(yīng)。根據(jù)它們的不同反應(yīng)，可以分為三大類。20世紀(jì)50年代 Lettvin等發(fā)現(xiàn)在青蛙視頂蓋上的神經(jīng)細(xì)胞可以分為五大類，有的對(duì)小蟲(chóng)樣的圖形有反應(yīng)，有的對(duì)巨大的陰影有反應(yīng)……?？傊?，蛙視覺(jué)系統(tǒng)中的細(xì)胞對(duì)于它生態(tài)環(huán)境中有影響的圖形更敏感。這些細(xì)胞天生就有的，處于相對(duì)高的地位，對(duì)于特殊圖形才有反應(yīng)，稱為祖母細(xì)胞。20世紀(jì)中葉Hubel 和Wiesel 在貓的視皮層上發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞對(duì)于非對(duì)稱性的圖形邊緣有反應(yīng)，而且這些細(xì)胞在皮層上形成功能柱結(jié)構(gòu)。1972年Barlow把這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)為“神經(jīng)還原論”，認(rèn)為視覺(jué)圖像功能可以由層次越來(lái)越高的神經(jīng)細(xì)胞來(lái)完成。所以，部分學(xué)界人士和民眾簡(jiǎn)單地認(rèn)為，視覺(jué)系統(tǒng)某個(gè)高層細(xì)胞對(duì)應(yīng)一個(gè)特定圖形。但是，像人臉那樣的復(fù)雜圖形，在不同光照條件下、不同視角下呈現(xiàn)完全不同的形象，那么，一個(gè)人的面孔就應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)視覺(jué)系統(tǒng)中許多許多個(gè)細(xì)胞。這樣一來(lái)引起組合爆炸，人腦承受不了如此巨大的要求，于是，神經(jīng)還原論似乎陷入危機(jī)之中。

但是到了21世紀(jì)初，一些在人腦內(nèi)用電生理實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果卻使得老祖母理論死灰復(fù)燃，重新引起人們的興趣。電生理學(xué)方法因有一定的破壞性，所以絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)是在動(dòng)物身上進(jìn)行的，而動(dòng)物難以精確表達(dá)對(duì)復(fù)雜圖像的認(rèn)知程度。事情到了21世紀(jì)初出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)，美國(guó)加州理工學(xué)院Quiroga等人，有幸在清醒的人腦上直接記錄個(gè)別神經(jīng)細(xì)胞的電活動(dòng)，并獲驚人的發(fā)現(xiàn)[10]。有的癲癇病人需要?jiǎng)邮中g(shù)切除發(fā)作中心，但用傳統(tǒng)方法(腦電方法、核磁共振成像方法等)有時(shí)難以準(zhǔn)確定位，在癲癇病人的腦中植入微電極可以精確定位癲癇發(fā)作中心。在這個(gè)過(guò)程中，有的患者同意做一些附帶的實(shí)驗(yàn)以便對(duì)科研做出貢獻(xiàn)。Quiroga等人在8名患者身上研究，總共記錄了993個(gè)單元(343個(gè)單細(xì)胞和650個(gè)多細(xì)胞)的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其中有132個(gè)單元對(duì)特殊圖像有統(tǒng)計(jì)學(xué)上有意義的反應(yīng)，占總數(shù)的14%。這些細(xì)胞位于視覺(jué)系統(tǒng)的顳側(cè)通道的較高層次上，有的還分布在海馬區(qū)、杏仁核區(qū)、內(nèi)鼻皮層區(qū)等部位。這些細(xì)胞中每個(gè)細(xì)胞(或一小群細(xì)胞)，只對(duì)一系列圖像中的某個(gè)特殊圖像有反應(yīng)。例如，有一個(gè)女患者杏仁核部位的細(xì)胞對(duì)美國(guó)前總統(tǒng)克林頓的素描和油畫(huà)像有特殊反應(yīng)，而對(duì)其他人物或建筑物或風(fēng)景照片沒(méi)有什么反應(yīng)，而且不論克林頓穿什么服裝或擺什么姿態(tài)，或者照相角度、大小都不能改變它的反應(yīng)，甚至克林頓的英文名字出現(xiàn)在屏幕上也會(huì)引起這種特殊反應(yīng)?？梢?jiàn)這個(gè)細(xì)胞只對(duì)這個(gè)特殊“事物”有興趣，而且存儲(chǔ)了它最本質(zhì)的東西，超脫了一些無(wú)關(guān)因素——背景、服飾、大小等等的影響。

圖2 從一位患者的左后海馬部位記錄到只對(duì)演員J. Aniston的照片有反應(yīng)的某個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)[10]。(a)該細(xì)胞對(duì)30幅照片的反應(yīng)情況，每幅照片上的數(shù)字是該照片的編號(hào)，照片下顯示該照片出現(xiàn)時(shí)這個(gè)細(xì)胞反應(yīng)的光柵記錄和組織圖；(b)橫坐標(biāo)表示照片的編號(hào)，縱坐標(biāo)表示該細(xì)胞對(duì)某照片顯示時(shí)300～600 ms內(nèi)神經(jīng)脈沖發(fā)放數(shù)

這些實(shí)驗(yàn)具體進(jìn)行過(guò)程如下。先在被試者顱骨上打孔插入電極。然后做預(yù)備實(shí)驗(yàn)，詢問(wèn)患者的興趣愛(ài)好，在一大批被試者熟悉的人物、著名建筑、動(dòng)物和物品中選出實(shí)驗(yàn)圖片，數(shù)量大約100張。對(duì)這些有反應(yīng)的圖片，再制作一些它的“變種”圖片，例如不同角度拍攝的建筑物，不同服飾的人物照片。在實(shí)驗(yàn)階段隨機(jī)顯示這些圖片。實(shí)驗(yàn)中，被試者不必用言語(yǔ)表達(dá)個(gè)人感受，他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全基于微電極上記錄的電活動(dòng)。圖2是一個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。記錄部位是被試腦中的左后海馬區(qū)，這個(gè)細(xì)胞只對(duì)女演員J. Aniston的不同視角的照片敏感。圖2(a)列出這個(gè)細(xì)胞對(duì)87張?jiān)囼?yàn)圖片中的30張圖片的反應(yīng)。最上面一行是顯示圖片及其編號(hào)，中間一行是光柵記錄，最下面一行是刺激后該細(xì)胞反應(yīng)的組織圖。圖2(b)是這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的另一種表達(dá)，橫坐標(biāo)是顯示圖形編號(hào)數(shù)，縱坐標(biāo)是該圖形顯示后300～600 ms內(nèi)神經(jīng)脈沖發(fā)放數(shù)。圖中可看出，被試者左后海馬上的這個(gè)細(xì)胞對(duì)女演員J. Aniston的各姿勢(shì)和服飾的照片(編號(hào)在5左右和30左右)感興趣，而對(duì)其他人物照以及建筑物只有很少或完全沒(méi)有發(fā)放脈沖。有意思的是，該細(xì)胞對(duì)Aniston與男演員B. Pitt的合影不感興趣(圖2(a)中的第6、7、67號(hào)照片等)。在另一個(gè)被試者腦中發(fā)現(xiàn)對(duì)男演員H. Berry感興趣的細(xì)胞，而且對(duì)屏幕上出現(xiàn)“Halle Berry”字母時(shí)，也有強(qiáng)烈反應(yīng)，但該細(xì)胞對(duì)其他人物頭像或者建筑物或者人名都不感興趣。

這些結(jié)果表明，至少在視覺(jué)認(rèn)知的高級(jí)部位和記憶部位可能用少量的神經(jīng)細(xì)胞編碼某個(gè)客觀事物。Quirogo等人認(rèn)為，這些細(xì)胞對(duì)事物的整體敏感，而忽略它的具體細(xì)節(jié)，而且對(duì)于文字和語(yǔ)言有相同的反應(yīng)，因此可以把它們稱之為概念細(xì)胞[11]。當(dāng)初Lettvin估計(jì)一個(gè)人或物大約對(duì)應(yīng)18 000個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，而Quirogo等用統(tǒng)計(jì)方法估計(jì)一個(gè)概念觸發(fā)100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的興奮。這個(gè)估計(jì)僅是上限，可能實(shí)際使用不到1/10，或許1%。這樣就與Lettvin的估計(jì)相差不多了。一個(gè)人能夠記住的概念通常不超過(guò)一萬(wàn)個(gè)，而內(nèi)顳葉約有十億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，足夠用了?？梢韵胂?，一個(gè)概念在腦中以稀疏方式編碼，用比較少量的神經(jīng)細(xì)胞表達(dá)一個(gè)概念，代表一個(gè)人、事、物，而且具體某個(gè)細(xì)胞又可以參與不同概念的表達(dá)。

精神病學(xué)研究從另一側(cè)面提供了一些線索。1947年一位德國(guó)神經(jīng)學(xué)家報(bào)道，一位男性患者在遭受頭部槍擊后喪失了識(shí)別家人、朋友甚至本人面容的能力，稱之為面容失認(rèn)癥(俗稱“臉盲癥”)。早期記錄在案的這種病人不過(guò)區(qū)區(qū)百人，近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，大約有2%的人患有這種病癥，而且大多數(shù)病人本人不知自己患有這種怪病，他們依靠其他信息(例如聲音、膚色、體形、個(gè)頭、發(fā)型等等)來(lái)識(shí)別對(duì)象。此病的嚴(yán)重程度也各有差別，有的只對(duì)面容識(shí)別有困難，有的卻對(duì)更簡(jiǎn)單的物體識(shí)別也存在困難。遺傳學(xué)研究表明，有的患者具有遺傳史；病因?qū)W研究表明，兒時(shí)眼睛疾病(例如弱視、斜視、白內(nèi)障等)會(huì)造成此種疾病。心理學(xué)訓(xùn)練可以改善此種癥狀，神經(jīng)系統(tǒng)的衰老可能會(huì)加劇癥狀的嚴(yán)重性。

到現(xiàn)在為止，人類對(duì)于視覺(jué)圖像識(shí)別的原理和機(jī)制的認(rèn)識(shí)，大約就到這一步，離開(kāi)徹底解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)，尚有一段距離。

(2014年11月21日收稿)

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Scientific study of consciousness: Brief history, present state and some progresses

WANG Yun-jiu
State Key Laboratory of Brian and Cognitive Science, Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

It is a long history for study of brain-mind problem. Since the end of last century, a new era has been initiated to investigate consciousness by means of modern science and technology. There are many progresses in scientific study of consciousness. In this paper, two examples of consciousness progresses are represented: out-of-body experience and pattern recognition in visual system.

brain-mind problem, out-of-body experience, grandmother cell

(編輯：沈美芳)

10.3969/j.issn.0253-9608.2015.01.005

*國(guó)家自然科學(xué)基金(31271172)資助