意識研究五十年

[英]阿尼爾·K.賽斯(Anil K.Seth)/撰

[李恒威 蔡詩靈 曹旭婷/譯

[提要]心智和腦科學是從將意識作為一個中心問題開始的。但在20世紀的大部分時間里，對意識形態(tài)和方法論的關注使得意識的實證研究被邊緣化了。自20世紀90年代以來，意識研究重新獲得了合法性和動力，這與意識作為我們心智生活的首要特征的地位相稱。如今，意識科學已成為一個具有鮮明科學研究特點的陣營，匯集了包括哲學、理論、計算、實證和臨床上的諸多視角，并以神經科學作為中心學科?，F(xiàn)在，研究者已經掌握了關于意識全局狀態(tài)神經機制、有意識與無意識知覺之間的區(qū)別以及自我意識(self-consciousness)的大量知識。下一步進展將取決于在(第一人稱主觀的)現(xiàn)象學描述與(第三人稱客觀的)神經機制(具身的和嵌入的)之間給出的明確的解釋映射。這些研究將有助于重建我們對人類自身在自然中之地位的理解，并促進各種精神疾病和神經疾病的臨床治療方法的發(fā)展。

相比于宇宙和生命的起源這樣的根本性問題，意識是一個更加令人困惑的主題，根源主要在兩個方面：其一是，所有意識體驗都是主觀的；其二是，研究意識這項活動本身是反身性的(reflexive)。因此，意識研究對哲學和科學帶來的挑戰(zhàn)更加根本和嚴峻，研究主觀的意識體驗與其生物物理基礎之間的關系，將是未來科學總體的一個決定性問題。再者，如著名的認知神經科學家達馬西奧(A.R.Damasio)所感喟的那樣，對人類的理智來說，很難想象一個比意識研究更有魅力的挑戰(zhàn)了——“通常心智問題，特別是意識問題極大地激起了人類理解自身本性的愿望和好奇，亞里士多德認識到人類的本性是與眾不同的。還有什么比知道如何知道更困難的事情呢？正因為我們有意識，才使我們能夠、甚至不可避免地要對意識提出疑問，還有什么比認識到這一點更讓人困惑的呢？”就人類科學的發(fā)展來說，意識研究不可避免地成為當代科學最新的前沿，而攀登意識科學的高峰也必將是人類要完成的終極使命。為此，我們翻譯了賽斯(Anil K.Seth)這篇回顧意識研究過去五十年以及展望意識研究未來的極富參考價值的文章。

——譯序

一、導言

主觀的意識體驗與其生物物理基礎之間的關系，一直是心智和腦科學的決定性問題。但是，從神經科學成為一門學科開始，不同時期對意識的直接明確的研究要么被置于邊緣，要么完全被驅除在外?；仡欉^去50年，這些極端的態(tài)度十分明顯。羅杰·斯佩里①是裂腦人實驗的先驅，也是現(xiàn)在被稱為“意識科學”的先驅，他在1969年哀嘆道：“如今的大多數行為科學家，特別是腦研究人員，對意識研究幾乎沒什么貢獻?！盵1]在同一篇文章中，他強調，需要新技術來記錄“腦活動的模式動力學”，以闡明意識的神經基礎。實際上，現(xiàn)代神經影像學方法對意識科學產生了變革性影響，就像它們對認知神經科學產生的普遍影響一樣。

簡單說來，過去50年的意識科學的研究可被分為兩個階段。從20世紀60年代中期到20世紀90年代左右，這一時期是意識研究的邊緣階段，盡管有幾個明顯的例外(成果)；然后，從20世紀80年代末90年代初開始，由于一些德高望重的科學家(如諾貝爾獎得主弗朗西斯·克里克②和杰拉爾德·埃德爾曼③)的工作，以及正如斯佩里所預測的那樣，隨著神經影像學方法的成熟，意識研究經歷了一次催化轉變——最初的涓涓細流已經匯成了一股近來研究意識腦基礎的洪流。

今天，神經科學(領域)的學生很大程度上可以坦然地宣稱(或否認)研究意識是他們的首要興趣。目前(在意識研究領域)的一些學術協(xié)會和會議可以追溯至20多年前，此外，還出現(xiàn)了一些專門研究該主題的學術期刊。最重要的是，有越來越多的實證和理論工作在主觀體驗的屬性與密集復雜的神經回路的活動之間建立起越發(fā)緊密的聯(lián)系。(現(xiàn)在，我們知道，)神經回路具身在身體中，而身體又嵌入在環(huán)境中，而正是它們共同造就了意識這一顯見的奇跡。我們還不知道今天的學生是否會找到解決“意識問題”的方案，或者目前提出的這個問題(是否)不過是一個構想不當的問題。無論是哪一種情況，關于腦與意識之間的關系還有更多東西有待發(fā)現(xiàn)，并且這些發(fā)現(xiàn)將(發(fā)展)成為神經病學和精神病學的新臨床方法，這也讓我們重新認識到，我們是自然的一部分，而不是與之分離的部分。

二、意識研究：20世紀60年代到90年代

20世紀60年代中期，曾一度(尤其是在美國)主導心理學研究的行為主義正在退潮。一門新的認知科學正在興起，它認識到作為外在刺激與行為反應之中介的內在心智狀態(tài)的存在和重要性。但在當時，作為解釋目標的意識在很大程度上仍然是一個禁區(qū)，正如認知科學家喬治·米勒在1962年所說：“我們應該禁用‘意識’這個詞十幾年或二十年?！雹?989年，斯圖爾特·薩瑟蘭在《國際心理學詞典》(InternationalDictionaryofPsychology)中寫道：“意識是一個令人神往但又難以捉摸的現(xiàn)象。要詳細說明它是什么、它做什么或它為什么演化是不可能的。針對意識的言辭和著作完全不值得一讀?！盵2](P.47)。

不管薩瑟蘭的判斷在當時有什么優(yōu)點，但是回過頭來看似乎有些苛刻。事實上，盡管這一時期意識的神經科學缺乏連貫的組織和協(xié)調，但它還是取得了若干實實在在的進展。這些進展主要是在腦區(qū)或腦的活動模式與意識體驗的屬性之間建立起對應關系，而不是試圖去解決一些根本問題，諸如為什么意識一開始就是宇宙的一部分。在這方面，一些好的事例來自神經病學和神經心理學，其中外科手術以及對神經疾病和腦損傷的研究表明，意識的特定方面本質上依賴于腦的特定屬性。即使在今天，其中的一些早期研究仍然發(fā)人深省。

邁克爾·加扎尼加⑤和斯佩里的裂腦人研究(更準確說是胼胝體切除術)就是一個恰當的例子。他們在二戰(zhàn)老兵W.J.身上做的第一個實驗表明，每個腦半球都能獨立感知到視覺刺激，但只有(W.J.的)左半球能夠提供口頭報告[3]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，軀體感知系統(tǒng)、運動系統(tǒng)以及許多其他知覺和認知系統(tǒng)也存在相似的“分裂”，而其他系統(tǒng)——例如情緒——則仍然是完整的。[4]關于一個單獨的顱骨究竟能在多大程度上容納獨立的意識主體的問題，仍然處在激烈的爭論中。[4][5][6]可能是因為這一觀念挑戰(zhàn)了我們的一個最根深蒂固的假定：意識必然是統(tǒng)一的。

意識的統(tǒng)一性也受到內側顳葉心理外科損傷的更微妙的挑戰(zhàn)，對內側顳葉進行心理外科損傷是為了減輕頑固性癲癇。人所熟知的病例是亨利·莫里森(Henry Moliason)，即患者H.M.。1953年，在切除了兩側的中間顳葉，包括兩側海馬后，H.M.的癲癇被治愈了，但留下了嚴重的順行性健忘癥(anterograde amnesia)[和實質的逆行性健忘癥(retrograde amnesia)][7]。在一系列的研究中，神經心理學家蘇珊·科金(Suzanne Corkin)和布倫達·米爾納(Brenda Milner)發(fā)現(xiàn)，盡管H.M.生活在所謂的“永恒的當下時態(tài)”中[8](P.47)，但他卻仍然可以學習新的運動技能，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隱的(非意識)記憶，只是他獲得新的外顯的、有意識的記憶的能力受到影響。這些發(fā)現(xiàn)不僅描繪了有意識和無意識記憶的新地圖，而且還向我們展示了每個人所具有顯而易見的統(tǒng)一的有意識的自我感——其中情節(jié)記憶(episodic memories)起關鍵作用——是如何破裂的，以至于一些方面存留下來，然而另一些方面卻丟失了。

有意識自我的另一個核心特征是“自由意志”的體驗，或者更準確地說，是意愿(volition)(做這或做那的意圖)和自主性(agency)(作為事件的原因)的體驗。在這方面，20世紀80年代本杰明·里貝特⑥所做的一系列實驗仍然在持續(xù)激發(fā)新的研究，同時也在不斷引發(fā)爭議。他的研究基于一個非常簡單的范式[9][見圖1(a)]，目的是測量有意識決定去做隨意運動時的時間。參與者在做出自己選擇的時候按下一個按鈕，然后通過記錄示波器屏幕上一個點的位置，報告他感到要移動的“沖動”(urge)——即他們有意識的意圖(consciousintention)——的時間。

里貝特首先觀察到先前描述的在隨意運動之前的神經電活動的積累——即所謂的“準備電位”(readiness potential)[10]，見圖1(b)。他的關鍵創(chuàng)新在于表明，在參與者覺知到自己的運動意圖之前幾百毫秒，這種電活動積累就已經開始了，從而挑戰(zhàn)了有意識的“沖動”是隨意運動的原因的假定。從那時起，對這個實驗的解釋就一直備受爭議，并引發(fā)了許多引人入勝的新實驗研究[11][12]。里貝特本人對有意識的意圖是隨附現(xiàn)象這一觀點感到不舒服，相反，他認為，有意識的“沖動”與實際運動之間的時間足以讓有意識的“否決”(veto)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先兆——因此，這本身并沒有解決里貝特的形而上學困境[13]。也許對這些令人困惑的現(xiàn)象最具說服力的解釋是，意圖和自主性的體驗將特定行動——及其后果——標注為自我生成的，而非外部強加的，從而讓有機體學習，并可能在未來做出更好的(自愿的)決定[14]。

圖1.(a)里貝特范式。參與者做出一個自愿動作，并通過記錄屏幕上的點的位置報告他們感覺到要移動的“有意識的沖動”的時間。用腦電圖(EEG)測量腦信號，并通過連接在手腕上的肌電圖(EMG)記錄實際運動的時間。(b)頭皮腦電圖的準備電位。至關重要的是，在參與者覺知到他們的移動決定之前，準備電位就開始升起了。

三、意識研究：20世紀90年代到現(xiàn)在

弗朗西斯·克里克和合作者克里斯托弗·科赫⑦于1990年發(fā)表的一篇里程碑式的論文——《邁向意識的神經生物學理論》(Towardsaneurobiologicaltheoryofconsciousness)，這個時間點可以看作是意識研究在神經科學中復興的標志。這篇論文一開頭就寫道：“值得注意的是，無論是認知科學還是神經科學中的大部分工作都沒有提到意識(或‘覺知’)”。而這篇論文基于伽馬波段振蕩(約40Hz)，提出了一個專門的視覺意識理論。

盡管這個具體的想法現(xiàn)在已經不再受歡迎，但一個旨在揭示所謂“意識的神經相關物”(neural correlates of consciousness，NCCs)的新業(yè)態(tài)已迅速發(fā)展起來：“NCCs是足以產生任何一個有意識的知覺印象的最小神經機制”[15]。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類靈長類動物研究中的侵入性神經生理學)的出現(xiàn)，推動了對NCCs的研究，使意識研究更加務實。[16](P.214)神經科學家不用擔心所謂的“難問題”(hard problem)，即意識體驗如何從“單純的”物質中產生，從而可以繼續(xù)尋找與特定的意識體驗或與意識本身可靠相關的腦區(qū)或過程。

在過去四分之一世紀里，至少在視覺或聽覺覺知的具體情景中，在確定候選的NCCs方面取得了相當大的進展[17][18](P.48)[19]。其中一個經典的方法是，在保持感覺刺激(以及盡可能其他一切條件)不變的情況下，比較“有意識”與“無意識”狀況下的腦活動。例如，在雙眼競爭(binocular rivalry)中，即使感覺輸入(每只眼睛接收不同的圖像)保持不變，有意識的知覺也會發(fā)生交替。早期關于雙眼競爭的腦基礎的研究是在猴子身上植入電極，訓練它們報告兩種視覺感知中哪一種占主導地位。這些研究發(fā)現(xiàn)，初級視覺皮層區(qū)(特別是V1)的神經反應追蹤的是物理刺激而不是知覺印象，而“更高級”區(qū)的神經反應——如顳下皮層區(qū)(IT)——則追蹤知覺印象而不是物理刺激[20][21]。不過，隨后的人類神經影像學研究發(fā)現(xiàn)，初級視覺皮層的神經活動確實與知覺優(yōu)勢(perceptual dominance)有關[22]，而關于知覺轉換背后的神經機制是處于視覺信息流的早期還是位于諸如頂葉或額葉皮層這樣的高階區(qū)域，這個爭論目前仍在繼續(xù)[23]。與雙眼競爭實驗一樣，所謂的“掩蔽”(masking)范式也被廣泛應用于意識科學。這些研究范式能夠比較各種感知模式下的閾上和閾下刺激的不同表現(xiàn)。許多研究表明，可報告的有意識知覺激活了額頂網絡(fronto-parietal network)(圖2)[24]，這兩個例子可以代表許多其他例子，參見最近發(fā)表的Boly 等人和Odegaard等人相互沖突的綜述。[25][19]

圖2.對(a)單詞或(b)聲音的有意識知覺通常與腦的廣泛激活有關，而無意識知覺與專門加工區(qū)域的局部激活有關。數據顯示功能MRI反應對刺激呈現(xiàn)有時間鎖定。

與此同時，另一項研究聚焦于意識狀態(tài)的轉變，既包括可逆的(如睡眠和麻醉狀態(tài))[26]，也包括腦損傷后的(如昏迷和植物狀態(tài))[27]。這里的挑戰(zhàn)在于找出支持意識的神經機制，而不是那些與意識到這個或那個有關的神經機制。這里的一個困難是，這種全局性轉變會對腦和身體產生非常普遍的影響，以至于很難將意識本身(per se)的神經機制分離出來。此外在區(qū)分所謂的“使能”(enabling)條件與實際支持意識狀態(tài)的神經機制方面，還有額外的困難。例如，某些腦干損傷可以使意識永遠消失，但是許多人認為，腦干僅僅使意識狀態(tài)成為可能，而實際的意識“發(fā)生器”(generators)可能位于其他地方。[24][28]

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伯納德·巴爾斯⑧在1988年提出的“全局工作空間”(global workspace)理論。該理論提出，模塊化和專門化的處理器通過競爭進入“全局工作空間”。當它們在這個工作空間中進行“廣播”以至于它們可以影響其他過程(包括口頭報告和行動)時，心智狀態(tài)就變得有意識。[29](P.184)該理論最近的“神經”版本將全局工作空間與高度互聯(lián)的額葉-頂葉聯(lián)合網絡聯(lián)系起來，將有意識知覺與這些網絡活動中的非線性“點火”(ignition)聯(lián)系了起來，這一立場與許多神經影像研究結果一致。[24][28]

工作空間理論傾向于用“通達”來解釋有意識知覺，也就是說，只有當一個知覺印象可用于口頭的(或其他行為)報告，并且同樣可用于其它認知過程(如記憶、注意，等等)時，它才被定義為是有意識的。這種觀點的一個優(yōu)點是，意識狀態(tài)在實驗中很容易被評估，因為根據定義，意識內容是可報告的。然而，另一個常見的直覺是，知覺意識或“現(xiàn)象”(phenomenal)意識，在任何時候都比我們能報告的要“更豐富”，因為報告能力尤其受到記憶的約束?，F(xiàn)象意識與通達意識(access consciousness)之間的區(qū)別[30]仍然是滋生新實驗和爭議的來源[31]。

這些都是意識科學中令人興奮的時刻，而最后我在這里只能展示一些富有前景的研究方向。

四、未來展望

就意識水平(level)而言，基于“神經復雜性”(neuronal complexity)和“整合信息”(integrated information)[32][33]的新理論和新檢測已經出現(xiàn)了。這個基本觀念是，有意識的場景既是高度整合的(integrated)(每個意識體驗都是一個不可分割的整體)，又是富含信息的(informative)(每個有意識的場景都是眾多備選可能性的一個)的。這推動了結合相同屬性的數學度量的發(fā)展。令人興奮的是，這些測量的一些實際近似為不依賴于外顯行為來量化腦損傷后的“殘余”(residual)覺知帶來了希望[34]。

對意識內容(content)的研究，則繼續(xù)聚焦在區(qū)分有意識與無意識知覺的腦區(qū)或過程上。針對NCC進路的一個重復出現(xiàn)的問題，一些新的實驗范式正在改善我們對有意識知覺背后的神經機制與行為報告之間相互作用的理解。所謂“不報告”范式(“no report” paradigms)——也就是說，從(例如)自動眼動間接推斷知覺轉換——正在挑戰(zhàn)前額葉腦區(qū)與有意識的知覺存在本質相關的觀點[35]，盡管(有人)給出了相反的證據[36]。與此同時，信號檢測理論[37](P.197)等分析方法的進步也使得研究人員能夠在知覺的客觀與主觀方面之間做出更嚴格的區(qū)分，并且也能夠量化元認知(關于認知的認知)中可能與意識相關的個體差異[38][39]。

理論上，“預測編碼”(predictive coding)或“貝葉斯腦”(Bayesian brain)進路有助于促進我們對有意識知覺的神經基礎的理解。這些進路將感知建模為一個(可能是貝葉斯式的)推斷過程，即推斷施加于我們感官表面的模糊和嘈雜信號的隱藏原因[40]。這顛覆了一些關于知覺的經典觀點，自上而下的信號被認為是傳遞知覺預測，而自下而上的信號傳遞的只是或主要是“預測誤差”：腦期待的東西與腦在每一加工層次得到的東西之間的差異。這個框架也對一些過去的發(fā)現(xiàn)提供了更有力的解釋，這些過去的發(fā)現(xiàn)將有意識知覺與自上而下的信號發(fā)送的完整性聯(lián)系在一起[41]，并正在激發(fā)一些新的研究，這些研究操控知覺預期，審查預期如何改變有意識的知覺[42]。令人鼓舞的是，這些想法提供了對某些臨床環(huán)境中異常感知機制的理解，一個好的例子就是精神病的陽性癥狀(如幻覺)[43][44][45]。

對于自我(selfhood)體驗——包括對具身性和身體所有權的基本體驗[46]，意愿(volition)和自主性的體驗[14]，以及自我的“更高級”方面，諸如情景記憶和社會感知——的意識研究也越來越受到關注。在這方面，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實[47][48]，以及在描述內感受(來自“內部”的身體感)[49]方面的新發(fā)展，正預示著一些新見解，從而讓我們知道，我們作為“自我”的明顯統(tǒng)一的體驗是如何從許多潛在可區(qū)分的子過程中即時構建出來的，以及這種構建過程中的某些失敗是如何導致各種精神疾病的。

從英國神經科學協(xié)會(British Neuroscience Association)恰好誕生50周年這個有利的時間點來看，可以說，意識的科學研究已經重新獲得了在心智和腦科學中作為中心主題的應有地位。現(xiàn)在，我們已經廣泛深入地認識到，具身和嵌入的腦是如何塑造和引起意識水平、意識內容和有意識自我的方方面面。當然，還有更多的東西有待發(fā)現(xiàn)。激動人心的新理論、新實驗和新模型的結合，正有助于將單純的相關性轉變?yōu)榻忉?，完成從神經機制到現(xiàn)象學的映射。伴隨這些研究發(fā)展的是神經病理學和精神病學中的重要的臨床應用，以及在研究嬰兒、其他非人動物，甚至未來機器的意識時所面臨的深層挑戰(zhàn)。不論意識的“難問題”是否會屈從于這些或其他研究的進展，未來50年的發(fā)展肯定會令人無限神往。

注釋：

①羅杰·斯佩里(Roger Sperry，1913-1994)，美國心理生物學家、美國國家科學院院士、加利福尼亞理工學院心理生物學教授。1981年與人共獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

②弗蘭西斯·克里克(Francis Crick，1916-2004)，英國生物學家和神經科學家、英國皇家學會院士、法蘭西科學院院士。1962年與人共獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。20世紀70年代，他轉向意識的神經科學研究。

③杰拉爾德·埃德爾曼(Gerald Edelman，1929-2014)，美國生物學家、曾任美國神經科學研究所所長。1972年與人共獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。意識科學研究領域的主要開拓者之一。

④喬治·米勒(George Miller，1920-2012)，美國心理學家、普林斯頓大學教授、曾經擔任洛克斐勒大學、麻省理工學院心理學教授以及哈佛大學心理學系主任、美國心理學會會長。

⑤邁克爾·加扎尼加(Michael Gazzaniga，1939-)美國心理學家、美國國家科學院院士、美國加州大學圣塔芭芭拉分校的心理學教授。

⑥本杰明·里貝特(Benjamin Libet，1916-2007)，是人類意識和自由意志的實驗研究領域的一個先驅性神經科學家。他是舊金山加州大學生理學系的名譽退休教授和加州大學戴維斯分校神經科學中心的成員。2003年，因在意識和自由意志領域的開創(chuàng)性神經科學研究，里貝特成為克拉根福大學(University of Klagenfurt)頒發(fā)的“虛擬諾貝爾心理學獎”(Virtual Nobel Prize in Psychology)的首位獲得者。

⑦克里斯托弗·科赫(Christof Koch，1956-)加州理工學院的生物學和工程學教授、西雅圖艾倫腦科學研究院的首席科學家，意識神經生物學研究領域的著名學者。在意識科學研究中與弗朗西斯·克里克有過長達16年的合作。

⑧伯納德·巴爾斯(Bernard Baars，1946-)，美國心理學家、曾任加州圣地亞哥神經科學研究所理論高級研究員，與他人一起創(chuàng)辦了“意識科學研究協(xié)會”(Association for the Scientific Study of Consciousness)。