意識的起源與演化

方陵生

意識，它是人類和動物大腦的一切活動及結(jié)果，即作為具有自覺性的思維。人生中所經(jīng)歷過的一切體驗形成的記憶，構(gòu)成了獨特的、唯一的和精神上的自我，這是我們能夠擁有連續(xù)的、不曾間斷的“自我一直存在”的感覺基礎(chǔ)，也就是“經(jīng)驗自我”。腦科學(xué)的發(fā)展讓我們認(rèn)識到這些記憶、體驗和感覺都存在于大腦之中。

意識從何時開始，科學(xué)家們有多種假說，意識可能源于人類、哺乳動物、魚或細(xì)菌。例如，亞瑟·雷伯在他具有挑戰(zhàn)性的新書中提出，細(xì)菌擁有意識，是意識誕生的起源。數(shù)十億年前出現(xiàn)的最簡單的單細(xì)胞生物中可發(fā)現(xiàn)意識的存在。以下各種意識起源假說，哪個才是最合理的呢？意識始于宇宙誕生之時（約137億年前）：意識始于單細(xì)胞生命（約37億年前）;意識始于多細(xì)胞植物（約8 5億年前）;意識始于動物，如有數(shù)千神經(jīng)元的水母（約5 8億年前）：意識始于昆蟲和魚類，如擁有約100萬個神經(jīng)元的蜜蜂，或擁有約1000萬個神經(jīng)元的斑馬魚（約5 6億年前）;意識始于擁有數(shù)以億計神經(jīng)元的更發(fā)達大腦的鳥類和哺乳動物（約2億年前）：意識始于人類智人（約20萬年前）：意識始于創(chuàng)造了先進文明的人類（約3000年前）。多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，意識始于哺乳動物和鳥類，可能是目前較為合理的假設(shè)。

我們?nèi)绾沃朗裁词怯幸庾R的？除了自省，意識非直接可見，只能通過現(xiàn)有證據(jù)推斷。這種形式的推理在科學(xué)界是常見的，比如，科學(xué)家可通過推理接受宇宙大爆炸以及電子、力量、基因等不易實體觀察的一些存在。

你知道自己擁有意識的一個證據(jù)是，你能感覺到自己是有意識的，幸運的是，還會有更多的證據(jù)可以表明你是有意識的，包括你意識體驗的口頭講述，你與疼痛、情緒和想象力有關(guān)的復(fù)雜行為等，這些都可以解釋為你的意識體驗。此外，還有更深層次的神經(jīng)系統(tǒng)上的解釋，即意識來自于許多大腦區(qū)域的交互活動。

同樣的推理方式還可用以支持其他人也有意識的結(jié)論。你雖然沒有直接訪問別人大腦意識的體驗，但你可以觀察其他人與疼痛、情感和想象力相關(guān)的行為，你也可以傾聽他們有關(guān)意識體驗的表述，其他人的大腦結(jié)構(gòu)和大腦處理過程與你的是非常相似的。

非人類的動物是否擁有意識，這方面的證據(jù)不太容易獲得，因為動物不會說話，不能告知它們的意識體驗。但有關(guān)研究確信，恐懼、悲傷等情緒在如大象、黑猩猩和狗等哺乳動物中普遍存在，哺乳動物與痛苦、快樂等復(fù)雜情感有關(guān)的一些行為，正是它們擁有意識體驗的表現(xiàn)。同樣的，一些大腦較發(fā)達的鳥類，如烏鴉和鸚鵡，它們解決復(fù)雜問題的能力和學(xué)習(xí)能力也是擁有意識的證據(jù)。

一些大腦很小的動物，如蜜蜂和魚，也有能證明存在意識的一些證據(jù)，但相關(guān)證據(jù)較少，如蜜蜂與大腦獎賞有關(guān)的行為，魚的疼痛反應(yīng)等，這些都需要基于意識體驗的解釋，但這一點目前仍然只是一種假設(shè)。

一些簡單生物.如水母和植物也表現(xiàn)出某種感知行為。例如，對傳遞感覺的輸入有反應(yīng)，對環(huán)境影響會產(chǎn)生反應(yīng)信號，但這些都可以解釋為對刺激的簡單反應(yīng)，而不需要歸因于意識。

那為什么有人認(rèn)為細(xì)菌也是有意識的呢？論據(jù)是單細(xì)胞生物具有強大的環(huán)境感應(yīng)能力，細(xì)菌可檢測到食物源，單個或集體移動去接近食物源，細(xì)菌還可以檢測環(huán)境毒性，并遠離這些有毒物質(zhì)。對于它們這種環(huán)境感知和反應(yīng)能力、互相之間的溝通及移動行為最好的解釋是：假設(shè)細(xì)菌有一定程度的意識。

但人工智能機器人也有能夠感應(yīng)環(huán)境、作出反應(yīng)、進行溝通和采取行動的功能，如谷歌、優(yōu)步、通用汽車等公司開發(fā)的無人駕駛汽車，雖然它們前沒有、以后也不可能擁有意識。然人工智能機器人擁有學(xué)習(xí)能力，夠與外界互動，但自動駕駛汽車不像鳥類和哺乳動物那樣，表現(xiàn)出與痛、情感和想象力相關(guān)的意識行為。

另外，從單細(xì)胞生物進化而來植物，即使它們擁有傳感、反應(yīng)、發(fā)送號給其他植物，以及向著陽光調(diào)整生方向的能力，也并沒有意識。

意識也會進化嗎

進化學(xué)說最大的挑戰(zhàn)之一是解釋意識的進化，新的研究認(rèn)為，進化可以是意識的進化，也一直包含意識的進化。

意識可被認(rèn)為是一種對自我及環(huán)境作出回應(yīng)的能力。當(dāng)人類和非人類動物在反應(yīng)能力大為降低時（如在睡眠或昏迷中），就處于一種“半清醒或半意識”或“無意識”的狀態(tài)中。如果生命形式進化出更復(fù)雜的回應(yīng)方式，例如感知能力或智力等有所提高，對于周圍環(huán)境的意識就會變得更強。

沒有任何進化特征在所有環(huán)境中都能成功，一切取決于環(huán)境。生物獲取資源、繁殖和保護后代、避免被其他捕食動物獵食的特定生存方式，只適合于某種特定環(huán)境。如果環(huán)境有變化，本來有利于生存的某些特征就有可能會是致命的。

例如，渡渡鳥從不需要學(xué)會躲避其他大型動物，因為它們沒有天敵。然而，當(dāng)荷蘭水手來到它們生活的島上，從不知害怕為何物的渡渡鳥就成為這些外來水手很容易捕捉的目標(biāo)，并迅速于17世紀(jì)滅絕。顯然，一旦環(huán)境變化，某個不起眼的因素都有可能成為導(dǎo)致物種滅絕的致命一擊。

擁有意識意味著對環(huán)境變化及其影響更加敏感，這是一個很大的進化優(yōu)勢。意識，不僅會進化，而且也是復(fù)雜動物的一個關(guān)鍵特征。

但進化本身是有意識的嗎？想象一下，某種動物在進化中其視力得到進一步強化，發(fā)現(xiàn)捕食動物的能力會提高，就可以說這種動物敏感地意識到周圍環(huán)境中捕食動物存在的能力在進化。但就這種情況而言，進化本身是有意識的嗎？

視覺系統(tǒng)的遺傳性變化能夠幫助動物更好地躲避捕食者，但這種變化并非是有目的性的。為適應(yīng)環(huán)境而調(diào)整的視覺系統(tǒng)需要的不僅僅是基因，而且還要有適合發(fā)育的條件。

如果小貓在視力發(fā)育的關(guān)鍵時期，將它的眼瞼縫上幾天，它將永遠失去發(fā)育出正常視力的機會，即使這種視覺剝奪只有短短幾天。事實上，小貓也有可能因為自己的行為而對自己造成傷害。例如，閉眼時間太多，或長時間躲在母貓腹下，這些因素都會干擾其視力的正常發(fā)育。當(dāng)然，通常情況下，健康的小貓不會這么做，因為它有尋求適當(dāng)視覺刺激的天然傾向，這是一種自然的強化刺激，是進化造就的感官傾向和獎勵機制。

動物可以吸取以往的經(jīng)驗，改變行為以得到想要的結(jié)果。例如，狗在聽到主人發(fā)出“坐”的指令后會坐下，因為它們知道只要這么做就可以從主人那里得到美味的食物。這種類型的行為被稱為“操作性條件反射”，是意識的一種更復(fù)雜的形式，通過了解行為之間的聯(lián)系和規(guī)律，預(yù)測所產(chǎn)生的結(jié)果，動物可產(chǎn)生有目的性的行動和反應(yīng)。

這種行為對于進化至關(guān)重要，動物尋找選擇合適的生存地，為自己修建洞穴等行為在5億年前就已經(jīng)開始了，寒武紀(jì)以來的所有生物都學(xué)會了這種生存方式。主流進化論者認(rèn)為，寒武紀(jì)生物大爆發(fā)，突然出現(xiàn)大量新物種，是操作性學(xué)習(xí)的結(jié)果，在環(huán)境選擇的壓力下，動物需要不斷尋找新的棲息環(huán)境，進化出新的功能甚至新的生命形式，最終導(dǎo)致大量新物種出現(xiàn)。

如果我們承認(rèn)意識在進化，意識也在對進化產(chǎn)生影響，那么生物體的進化也是有意識的嗎？一些科學(xué)家認(rèn)為，至少就人類而言，可以說是的。例如，12到16個月的嬰兒可以做到其他動物不能做到的事情，如學(xué)習(xí)能力。當(dāng)家長指著橡皮鴨對嬰兒說“鴨鴨”一詞之后，只要嬰兒聽到“鴨鴨”一詞時，就會很自然地將臉轉(zhuǎn)向橡皮鴨的方向。

這看起來似乎沒什么特別的意義，但實際上是意識進化的一個基本步驟。從一種簡單的關(guān)系（從橡皮鴨到“鴨鴨”），嬰兒已經(jīng)可以推斷出第二種關(guān)系（從“鴨鴨”到橡皮鴨），還沒有其他動物被證明能夠在這2個事件中可靠地創(chuàng)建這種“雙向”關(guān)系。例如，訓(xùn)練狗在聽到鈴聲后獲得食物，很快它們便學(xué)會在聽到鈴聲后開始分泌唾液。但它們不會在獲得食物后，豎起耳朵去聽鈴聲，這是不可能發(fā)生的事情。

關(guān)系學(xué)習(xí)卻相反，是可以逆轉(zhuǎn)和疊加的。如果我比你大，那你就是比我小。嬰兒能夠很快學(xué)會其他可逆關(guān)系，人類語言能力和認(rèn)知能力的進化就基于這種關(guān)系學(xué)習(xí)能力。新生兒的語言和知識能力都很有限，但如果有人教他說話，嬰兒這方面的能力就會迅速成長起來。

關(guān)系學(xué)習(xí)是意識進化的有力證據(jù)。例如，人類可以通過過去的經(jīng)歷去體驗想象未來，通過“如果如此，那么如何”或“之前怎樣…然后如何”，通過關(guān)系學(xué)習(xí)將以往的經(jīng)驗應(yīng)用于新情況。

通過這種關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，人類有意識的決定和行為，對塑造未來產(chǎn)生影響，而這種影響是巨大的！當(dāng)人們思考未來并將進化的科學(xué)概念應(yīng)用于行動和策略的選擇以改變未來時，人類也在有意識地進化。

大腦如何產(chǎn)生意識

人類學(xué)會了太空旅行，根除了某些疾病，并在微小基本粒子的水平上對大自然有了更深刻的了解。然而，我們?nèi)匀徊恢酪庾R——我們體驗和了解世界并向他人述說這種體驗的能力——是如何在大腦中產(chǎn)生的。

事實上，雖然幾個世紀(jì)以來，科學(xué)家們一直致力于理解意識，但它仍然是現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)中尚未解決的最重要的問題之一。

大腦是如何產(chǎn)生意識的，這不僅僅是一個哲學(xué)問題。例如，確定患者在遭受嚴(yán)重腦損傷后是否存有意識，這對醫(yī)生和需要做出護理決定的家庭來說都是一個巨大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代腦成像技術(shù)正在試圖改變這種不確定性。我們知道作為復(fù)雜大腦區(qū)域的前額葉皮層或前丘腦，負(fù)責(zé)一系列高級認(rèn)知功能并參與有意識的思考。然而，意識還需要更多大腦區(qū)域的參與。

研究有意識體驗如此困難的原因之一，是因為它們完全是內(nèi)在的，別人無法得知。例如，我們同時在屏幕上看同一張圖片，但我無法判斷所看到這張圖片時的體驗是否與你的相似，除非你告訴我。只有擁有意識的人才有主觀體驗，因此，判斷一個人是否有意識的最直接的方法是讓他們自己來說。

但如果患者失去了說話的能力會如何呢？在這種情況下，醫(yī)生仍然可以問一些問題，也許患者可以用別的方式來作出回應(yīng)，例如點點頭或動動手指。當(dāng)然，用這種方式獲得的信息量沒有語言表達那么豐富，但醫(yī)生仍然可以知道患者確實有意識體驗。如果患者不能作出任何反應(yīng)，醫(yī)生將無法判斷患者是否存在意識，那么可能會假設(shè)他們沒有意識存在。

2019年，發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上的一項七國合作的研究表明，目前已經(jīng)可以通過大腦信號，而不依賴于自我報告或患者的反應(yīng)，來區(qū)分腦損傷后的患者有無意識。

因交通事故等原因?qū)е麓竽X嚴(yán)重受損的患者，最終可能會陷入昏迷。在這種狀態(tài)下，患者失去了蘇醒的能力，以及意識周圍環(huán)境的能力，這就是所謂的“植物人狀態(tài)”。另一種可能是，患者顯示了一些非常微小的意識特征，即所謂的最低意識狀態(tài)，這意味著他們的大腦仍然能感知外部事物。這些患者中有一小部分人雖然仍有意識，但無法產(chǎn)生任何行為反應(yīng)。

研究人員使用了一種被稱為“功能磁共振成像（ fMRI）”的技術(shù)來測量大腦活動和一些區(qū)域與其他區(qū)域“交流”的方式。具體來說，如果某個大腦區(qū)域更活躍，消耗的氧氣更多，并需要更高的血液量來滿足需求時，這些變化就表明了意識的存在。通過測量不同大腦區(qū)域之間的變化，創(chuàng)建整個大腦的連接模式，是可以檢測到這些變化的。

研究人員對53名植物人、59名最低意識者和47名健康參與者進行了測試。這些被測試者分別是巴黎、紐約、倫敦等地的住院患者。研究人員利用標(biāo)準(zhǔn)化行為評估檢查表對這些患者進行診斷，例如提出問題，要求他們通過動動手或眨眨眼來回答。而倫敦的患者則被要求調(diào)節(jié)大腦產(chǎn)生神經(jīng)反應(yīng)，而不是作出外部物理反應(yīng)，例如在大腦中想象移動他們的手，而不是實際上作出動作。

據(jù)此，研究人員發(fā)現(xiàn)了跨大腦區(qū)域的2種主要交流模式。其中一種模式反映了大腦簡單的物理聯(lián)系，即有直接物理聯(lián)系大腦區(qū)域之間的交流，這在幾乎沒有意識體驗的患者身上可以發(fā)現(xiàn)。另一種模式跨越了42個大腦區(qū)域，代表一種非常復(fù)雜的全腦動態(tài)交互作用，復(fù)雜模式幾乎只出現(xiàn)在有某種程度意識的人身上。重要的一點是，處于深度麻醉中的患者，這種復(fù)雜模式會消失，證實這種檢測方法對患者的意識水平敏感，而不是對腦損傷或外部反應(yīng)敏感。

這些研究有助于人們更多了解客觀生物標(biāo)志物在醫(yī)學(xué)決策中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。未來有可能開發(fā)出從外部調(diào)節(jié)意識信號的方法，讓無法發(fā)出這些信號的患者恢復(fù)某種程度的意識或反應(yīng)能力。目前，美國伯明翰大學(xué)的研究小組己開始了這方面的探索。

令人興奮的是，這項研究也使科學(xué)家更進一步了解了意識是如何在大腦中產(chǎn)生的。隨著研究各種不同意識狀態(tài)——從服用迷幻劑到清醒——發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)信號越來越多，相信我們也許有一天能夠完全破解意識這一難解之謎。