心如何具有物理性？
——亨利·斯塔普的心理物理理論探析

陳向群

(南昌大學 人文學院，江西 南昌 330031)

在意識科學不斷發(fā)展的今天，意識的研究版圖發(fā)生了深刻的變革。進而言之，在以神經(jīng)生物學為主要研究方法的同時，量子力學在意識研究中扮演著越來越重要的角色，大多數(shù)物理學家都相信，意識同樣是物理學的研究對象。美國勞倫斯伯克利國家物理實驗室著名量子物理學家亨利·斯塔普(Henry Stapp)就認為，意識并非僅僅是心理活動的結(jié)果，它還離不開大腦的物理作用。在《心靈、物質(zhì)和量子力學》一書中，斯塔普提出了一種量子意識理論——心理物理理論(psychophysical theory)，該理論認為，意識行為就是對大腦頂層神經(jīng)編碼選擇的結(jié)果，從而為我們看待意識問題提供了一種全新的物理學視角。由于國內(nèi)對這方面的研究還不充分，本文首先介紹心理物理理論的主要內(nèi)容，然后對該理論分別作實在論、二元論的分析和解讀，最后對其所存在的幾點爭議作一番檢討。

一、關(guān)于心理物理理論

心理物理理論是斯塔普基于量子理論來解釋意識如何產(chǎn)生于人腦神經(jīng)活動過程的意識理論。斯塔普認為，與經(jīng)典物理學只對自然界作物理意義上的解釋不同，量子力學不僅可以對微觀世界作物理描述，而且還可以對人類心靈問題給予解釋，量子力學與人類心智之間是存在關(guān)聯(lián)的。“究竟意識過程是如何與大腦過程相關(guān)聯(lián)的？我對此的理解與其他量子物理學家對于心腦問題的解釋是不一樣的，在我看來，每種意識經(jīng)驗如何與相應的腦神經(jīng)過程的描述還包括心理學術(shù)語，而不僅僅是以物理學的語言來描述?！?1)Henry H. Stapp. Mind, Matter and Quantum Mechanics, Springer, 3rd ed.,2009, p.x.斯塔普將人腦視為具有量子行為的復雜生物系統(tǒng)，認為意識極大地依賴于其中的量子過程。

(一)理論基礎(chǔ)：大腦中的量子不確定性

我們都知道，不確定性是量子一個很重要的特征，對于量子的位置、動量、速度和時間，我們不可能同時測量出各自的精確數(shù)值，而只能測量它們的近似值或概率。海森堡(Werner Karl Heisenberg)將量子的不確定物理態(tài)稱之為量子系統(tǒng)中的“客觀傾向性”(objective tendencies)，將確定的物理態(tài)稱之為量子系統(tǒng)中的“事實事件”(actual events)。根據(jù)量子力學的哥本哈根解釋，一旦量子系統(tǒng)受到測量儀器的干擾，不確定性就會坍縮為確定性，“傾向性”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆聦嵭浴?。而海森堡所提出的量子不確定性原理成為了斯塔普解釋意識產(chǎn)生于人腦的理論基礎(chǔ)。斯塔普相信，量子不確定性特征同樣存在我們的大腦內(nèi)。這是因為，我們大腦是個極為復雜的動態(tài)系統(tǒng)，其內(nèi)部的神經(jīng)元分子、神經(jīng)傳遞質(zhì)離子(Na+, Ca+)就如量子系統(tǒng)中的量子，它們在活動規(guī)律上與量子極為相似，神經(jīng)細胞之間的信息傳遞同樣遵循不確定性機制，從而導致大腦的神經(jīng)激發(fā)模式呈現(xiàn)多重性，即量子疊加態(tài)?！澳X過程涉及化學過程，因此必須在原則上用量子力學來處理。特別是，發(fā)生在突觸連接處的傳遞過程顯然是由少量鈣離子在適當位置的行為所觸發(fā)的。在量子力學中，這些鈣離子的位置必須用概率函數(shù)表示。在量子統(tǒng)計意義上，這有效地將這些粒子出現(xiàn)的概率在某些地方顯示出來。因此，一個突觸是否會傳遞信號必須從量子力學的規(guī)則來理解，即不確定性?！?2)Henry, H. Stapp. Mind, Matter and Quantum Mechanics, p.44.這樣，根據(jù)量子理論的動力學規(guī)律，物理大腦的動態(tài)演化在有意識的大腦中產(chǎn)生了許多相互排斥且具有不同統(tǒng)計權(quán)重的自我維持模式的疊加。在斯塔普看來，意識行為在物理世界中的圖景就是選擇這些模式的行為。

(二)核心假設(shè)：意識是對多重神經(jīng)激發(fā)模式的選擇的結(jié)果

究竟何為心理物理理論？其核心假設(shè)是什么？在《心、物質(zhì)和量子力學》一書中，斯塔普是這樣說的：“心理物理理論的核心觀點就是某種選擇行為，即，從多重相互獨立且自我維持的神經(jīng)激發(fā)模式中選擇其中的一種，以此作為物理世界圖景中量子理論關(guān)于意識的一種創(chuàng)造性行為?！?3)Henry, H. Stapp. Mind, Matter and Quantum Mechanics, p.103.從中我們可以看出，斯塔普將神經(jīng)系統(tǒng)的多重神經(jīng)發(fā)放比擬為量子的疊加態(tài)，而意識就是從多重神經(jīng)發(fā)放模式中進行選擇的結(jié)果，用量子力學的術(shù)語來說，意識是人腦內(nèi)波函數(shù)坍縮所引起的。然而，如果人腦內(nèi)存在多重神經(jīng)激發(fā)模式，那么，究竟選擇何種神經(jīng)激發(fā)模式才是意識狀態(tài)呢？斯塔普認為，只有那種最高興奮的神經(jīng)激發(fā)模式才代表意識狀態(tài)。就如電子計算機，它通過編碼符號來表征人類的智能行為，每種神經(jīng)編碼相當于一種量子態(tài)，而多重神經(jīng)編碼相當于量子疊加態(tài)，意識就是對最高水平神經(jīng)編碼(頂層神經(jīng)編碼)的選擇行為?！耙庾R行為的物理表現(xiàn)就是選擇一個最高水平的(神經(jīng))代碼，然后通過量子理論定律的自然作用，自動地對大腦中的神經(jīng)激發(fā)進行控制?！?4)Henry, H. Stapp. Mind, Matter and Quantum Mechanics, p.108.在此基礎(chǔ)上，斯塔普還從心理物理理論角度對被查爾莫斯A.F.Chalmers稱為的意識“困難問題”作了量子層面的解釋。在他看來，不同的主觀性經(jīng)驗意識(顏色、聲音和氣味等)是由大腦內(nèi)不同的神經(jīng)編碼所代表的，而對感受性的實際體驗事實上就是從中選取相應的頂層神經(jīng)編碼。“一種疼痛經(jīng)驗的物理解釋就是，選擇一種能夠啟動將身體損傷部位進行注冊行為的編碼?！?5)Henry, H. Stapp. Mind, Matter and Quantum Mechanics, p.109.

從上述心理物理理論的理論基礎(chǔ)和核心假設(shè)來看，心理物理理論是斯塔普基于量子力學而對意識所作的物理學解釋，其對意識的解釋包含著量子力學的基本特征：從多重神經(jīng)編碼中選取其中的一種，在量子理論的語言下，就是波函數(shù)從多重疊加態(tài)坍縮為其中的單一態(tài)。從這個意義上說，心靈不僅僅是神經(jīng)生物學層面的，它還具有物理性，因而斯塔普的心理物理理論是從量子理論的視角對心靈問題所作的解釋。

二、心理物理理論的實在性分析

在科學哲學內(nèi)，“實在”的概念和內(nèi)涵不斷發(fā)生著變化。起初，人們只將自然界中客觀存在的物體，如樹木、山丘、桌子和石頭等視為具有實在性的東西。后來，隨著量子理論、弦論的影響力越來越大，“實在”的內(nèi)涵也有了進一步的深化和擴展，它也包括能從效應上反映客觀事實的現(xiàn)象，即便它不可以時刻被觀察到?！皩嵲凇眱?nèi)涵的變化導致了科學實在論的新發(fā)展。當代科學實在論者認為，科學理論所描述的對象無論是否客觀存在，只要理論陳述能如實反映對象的客觀運動規(guī)律，與觀察數(shù)據(jù)相符合，我們就可以說這樣的理論具有實在性。就如查爾莫斯所說：“科學實在論中的科學為我們提供了完全超出世界表面所呈現(xiàn)出來的現(xiàn)象，不僅描述了可觀察的世界，而且描述了隱藏在現(xiàn)象背后的世界?！?6)A.F.查爾莫斯：《科學究竟是什么？》，魯旭東譯，商務(wù)印書館，2007年版，第264頁。

科學實在論者主張科學理論的實在性，包括觀察實在、語義實在以及因果效應實在，只要理論符合其中任一標準，就可以說該理論具有實在性。那么，心理物理理論是具有實在性的意識理論嗎？分析心理物理理論對意識的解釋，我們認為，作為一種物理學意義上的意識理論，它所描述的對象雖然難以直接被觀察到，但符合科學實在論的因果效應實在標準。所謂的因果效應實在就是說，雖然我們無法透過直接觀察看到理論所描述的客觀實在，但卻可以根據(jù)相關(guān)效應或特征推導出這種實在。從這個意義上說，心理物理理論是對意識如何基于量子理論產(chǎn)生于人腦神經(jīng)過程的學說，它根據(jù)人腦內(nèi)的神經(jīng)元分子、離子的神經(jīng)信息傳遞不確定性的量子特征，認為意識是多重神經(jīng)激發(fā)模式坍縮為其中最高興奮水平的神經(jīng)激發(fā)狀態(tài)的結(jié)果。雖然，我們無法直接觀察到大腦內(nèi)的“神經(jīng)激發(fā)的多重模式”和“波函數(shù)坍縮”現(xiàn)象，但就如量子的實在性一樣，我們同樣可以通過其所表現(xiàn)的效應來證實。著名神經(jīng)科學家貝克(Friedrich Beck)和?？藸査?John Eccles)就透過相關(guān)的實驗證實，人腦內(nèi)神經(jīng)通道中的鈣離子(Ca+)在細胞突觸間隙中的傳遞是一種概率性的事件，遵循海森堡的不確定原理。單位時間內(nèi)同一個鈣離子的對細胞質(zhì)傳遞的概率總數(shù)值等于1，用公式表達就是：P1(t)+P2(t)+……+Pn(t)=1。(7)Friedrich Beck, John Eccles. “Quantum aspects of brain activity and the role of consciousness”, Proc. Nadl. Acad. Sci. USA, 1992, 89 (23)：11357- 11361.這樣，神經(jīng)信息的傳遞是不確定的，這必然會導致神經(jīng)激發(fā)呈現(xiàn)多重模式，而根據(jù)量子力學正統(tǒng)解釋(哥本哈根解釋)，坍縮現(xiàn)象就自然會發(fā)生，因為大腦無時無刻不受到來自外界的干擾。此外，在科學實在論看來，不僅科學理論所描述的客觀對象是不可觀察的實體的狀態(tài)、過程都是真的，而且這種情形還揭示了現(xiàn)象背后的本質(zhì)規(guī)律。同樣，心理物理理論是對人腦內(nèi)的神經(jīng)元離子真實狀態(tài)的描述，它揭示了意識產(chǎn)生所依賴的本質(zhì)特征，即，神經(jīng)元離子活動的疊加性、糾纏性和不確定性等量子機制。所以，我們認為，心理物理理論是具有實在性的意識理論。

然而，由于在科學哲學內(nèi)，科學實在論和反實在論長期爭論不休，心理物理理論作為具有實在意義的意識理論，必然也會遭受來自反實在論的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。例如，反實在論不充分論證說就認為，即便某些理論陳述能夠反映現(xiàn)象背后的規(guī)律，但如果沒有實驗的證實，這樣的“實在”是不充分的。的確，我們無法通過實驗去觀察人腦內(nèi)的“量子坍縮”過程，但這并不妨礙我們對心理物理理論實在性的理解。這是因為，雖然我們無法觀察到腦內(nèi)的“量子坍縮”現(xiàn)象，但是我們卻可以通過神經(jīng)元分子、離子的量子特征來推導出“量子坍縮”，而神經(jīng)元的量子行為是已經(jīng)在貝克和?？藸査沟热送ㄟ^實驗所證實了的。反實在論的不充分論證說恐怕過于夸大了“實在”的經(jīng)驗性，而忽視了“實在”的因果效應性。事實上，隨著科學的發(fā)展，經(jīng)驗性內(nèi)容在科學理論中所占的比重已經(jīng)越來越小，科學研究已經(jīng)越來越多地依賴于非經(jīng)驗性的內(nèi)容。對此，有學者已指出：“對統(tǒng)一進程和傳統(tǒng)科學方法論有著嚴格追求的物理學已經(jīng)超越了經(jīng)驗科學的語境，并進入到一種關(guān)于自然數(shù)學靈感的形而上學語境之中?！?8)桂起權(quán)、沈?。骸段锢韺W哲學研究》，武漢大學出版社，2013年版，第223頁。

三、心理物理理論的二元論解讀

眾所周知，在哲學方法論上，一元論和二元論對哲學的研究都產(chǎn)生了深遠的影響。一元論是認為世界的本源只有一個(物質(zhì)或精神)的學說；相反，二元論則認為世界的本源有兩個(物質(zhì)和精神)，其中唯物主義認為物質(zhì)決定意識，而唯心主義認為意識決定物質(zhì)。二元論在哲學中的理論形式多種多樣，如心身二元論、屬性二元論、自然主義二元論以及最近幾十年興起的新二元論等。無論是一元論還是二元論，從哲學上來說，它們都是一種方法論，對理論研究有著指導意義。

那么，從方法論上來看，心理物理理論又是如何的？它是一元還是二元的？我們不妨從其理論構(gòu)成來分析。心理物理理論是個復合性的理論，它主要包括心理和物理兩個層面。從心理層面來說，斯塔普指出意識極大地依賴于大腦，是神經(jīng)活動的產(chǎn)物。具體來說，大腦在受到外界刺激時，各個腦區(qū)的神經(jīng)激發(fā)頻率并不是相同的，直到它們相互協(xié)調(diào)形成統(tǒng)一的激發(fā)模式，或說最高水平的神經(jīng)激發(fā)模式。從物理層面來說，當大腦受到外界刺激時，不同頻率的神經(jīng)激發(fā)模式在人腦中出現(xiàn)，它們最后會形成統(tǒng)一的模式。用量子力學的術(shù)語來描述就是，多重神經(jīng)激發(fā)模式就如量子疊加態(tài)，它們在外界干擾時坍縮為最終的神經(jīng)激發(fā)模式，即單一態(tài)。這樣，心理物理理論從心理和物理兩個層面來構(gòu)建意識，它不僅指出了意識的神經(jīng)生物基礎(chǔ)，而且還指出了意識的物理活動過程。所以，我們認為，心理物理理論在方法論上仍然是一種典型的二元論。這樣的方法對于意識問題的解釋是積極的，因為它并非簡單地如傳統(tǒng)方法那樣只是將意識視為單一學科的議題，而是從物理學和神經(jīng)科學的綜合視角來看待意識問題，而這是根本上符合意識問題的實質(zhì)的，即，意識是包括了神經(jīng)科學、生物學和物理學以及哲學在內(nèi)的綜合研究議題。然而，斯塔普為何選擇二元論的方法來構(gòu)建對意識問題的解釋呢？這還要從量子測量理論談起。

在斯塔普看來，無論是被稱為正統(tǒng)解釋的哥本哈根解釋，還是馮·諾依曼解釋、多世界理論解釋等，它們都離不開“心”和“物質(zhì)”兩個要素的相互作用?！八械?量子力學)解釋都需要一種二元的本體，一方面是以量子為基礎(chǔ)的物質(zhì)，另一方面是相關(guān)的經(jīng)驗。因而量子理論家們對量子力學的爭論事實上都是圍繞著心和物之間的關(guān)聯(lián)性來進行的?！?9)Henry, H. Stapp. “The Hard Problem: A Quantum Approach”, Journal of Consciousness Studies, 1995, 3(17)：4.例如，哥本哈根學派代表人物之一的尼爾·玻爾(N. Bohr)就認為，量子測量中的主觀性(經(jīng)驗)與我們的大腦相關(guān)聯(lián)，而客觀性(物質(zhì))與科學家在量子系統(tǒng)中所操作的客觀對象相關(guān)聯(lián)?！拔覀儗ψ匀幻枋龅哪康牟⒉皇且ソ沂粳F(xiàn)象的本質(zhì)，而是為了盡可能地在各種經(jīng)驗中找到它們的聯(lián)系?！?10)Niels Bohr. Atomic Physics and Human Knowledge, Cambridge University Press, 1934, p.18.不僅如此，哥本哈根學派另一代表人物馬克斯·波恩(M. Born)也指出，量子測量過程中需要觀察者的參與，觀察者的心靈是導致波函數(shù)坍縮的主要原因。這樣，在哥本哈根解釋中，既存在觀察者“心”的主觀因素，也存在著被測客體的“身”的客觀因素，它同樣是一種特殊意義上的心身二元論。同樣，馮·諾依曼的心理物理平行主義也將心理和物理視為量子系統(tǒng)中兩個分離的實體，也是一種典型的身心二元論?！斑@是一個基本的科學觀點，所謂的心理物理平行原則，它必須能夠描述主觀感知的額外物理過程，就好像它在物理世界中是現(xiàn)實的，即在普通空間內(nèi)將相應的物理部分分配至主觀的環(huán)境中?！?11)John von Neumann. Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, New Jersey: Princeton University Press, 1955, p.418.在斯塔普看來，多世界解釋理論從根本上來說，也是一種具有身心二元論性質(zhì)的量子理論，其中的“心”即“意識”，而“身”則是“被測系統(tǒng)”，不同世界分支就是觀察者心靈作用的結(jié)果，由此形成了觀察者和被觀察對象之間的二元關(guān)系。“在埃弗雷特的解釋中，除了波函數(shù)之外所唯一存在的因素就是我們的經(jīng)驗，而且，不同分支世界中也存在著不同的經(jīng)驗”。(12)Henry, H. Stapp. “The Hard Problem: A Quantum Approach”, Journal of Consciousness Studies, 1995，3(17)：10.

四、心理物理理論所面臨的挑戰(zhàn)

如上所述，心理物理理論將心理和物理兩個部分作為解釋意識的基本單元，在解釋意識問題上具有獨特的意義。但與其他意識理論一樣，心理物理理論在解釋意識問題上也遭受不少質(zhì)疑，既有對其意識解釋的模糊性和難以解釋“現(xiàn)象心靈”的質(zhì)疑，也面臨延展心靈和具身認知等第二代認知科學理論的挑戰(zhàn)，它們都認為其結(jié)論難以得到相關(guān)實驗的證實。具體有如下四點：

第一，對意識的解釋顯得過于模糊，缺乏普遍意義。在心理物理理論中，斯塔普將每種神經(jīng)編碼視為一種量子態(tài)，多重神經(jīng)編碼的同時運行則理解為量子疊加效應，意識就是從多種編碼中選取其中的一種。然而，這個過程中，大腦中量子坍縮是什么所引起的？為何波函數(shù)坍縮為單一態(tài)會導致意識的產(chǎn)生？由此所形成的意識又具有何種特點？斯塔普并沒有對這些問題作相應的解答。而且，對于大腦的多重神經(jīng)編碼是否就直接可以比擬為量子疊加態(tài)，似乎還需從方法論上作更進一步的討論。這些都表明，斯塔普對意識的解釋并不具有普遍意義，只能是作為其從自身研究角度而得出的一種解釋意識問題的意識理論。就如丹柯·喬吉夫(Danko Georgiev)所認為的那樣，“意識在斯塔普的模型中沒有真正意義上的波函數(shù)，但卻可以通過虛擬的觀察者來作用于大腦，其顯然是不符合標準量子力學解釋的。因為，在這個模型中，我們可以通過虛擬觀察者將心靈與腦中任何地方聯(lián)結(jié)起來共同作用于量子系統(tǒng)。因而斯塔普的模型并不是建立在普遍的物理原則基礎(chǔ)之上的，而是對普遍物理原則的否定”(13)Danko Georgiev. “Mind Efforts, Quantum Zeno Effect and Environmental Decoherence”, NeuroQuantology, 2012，10(3)：374-388.。

第二，難以解釋“現(xiàn)象心靈”。20世紀90年代以來，隨著現(xiàn)象學在解釋感受性等意識難問題上所具有的獨特性，它引起了越來越多心靈哲學家的關(guān)注，現(xiàn)象學也開始介入到心靈問題的研究中?，F(xiàn)象學的基本主張就是，放棄二元論、取消主義和還原主義等理論預設(shè)，而回歸主體體驗本身，以第一人稱的視角來體驗意識。加拉格爾(Shaun Gallagher)和扎哈維(Dan Zahavi)就說：“我們現(xiàn)在已經(jīng)逐漸意識到，如果我們不能清楚地認識我們想要表達什么，那么我們就不能深入地了解對意識和大腦的關(guān)系的科學解釋。換句話說，任何對于將意識還原為神經(jīng)元結(jié)構(gòu)可能性的評估，任何對于意識的自然化是否可能的評估，都將要求一種對意識體驗層面的詳細分析和描述。”(14)Shaun Gallagher, Dan Zahavi. The Phenomenological Mind: An Introduction to Philosophy of Mind and Cognitive Science， Routledge, 2008, p. 9.而對于這樣具有體驗性的“現(xiàn)象心靈”，心理物理理論如何能解釋呢？在心理物理理論中并沒有涉及主觀性的意識體驗，而只是對意識作第三人稱的客觀物理意義解釋，即，意識是神經(jīng)元細胞分子的量子效應的結(jié)果，它是不可能解釋清楚“現(xiàn)象心靈”的。

第三，心理物理理論所堅持的心靈腦內(nèi)主義還遭受來自以延展心靈和具身認知論為代表的第二代認知科學的挑戰(zhàn)。經(jīng)歷了以認知主義和聯(lián)結(jié)主義的表征計算為核心的第一代認知科學，第二代認知科學更加注重人身體在認知中的作用，它認為認知不僅是具體的、局域性和情境的，而且認知還嵌入到社會文化中，而這一點離不開與環(huán)境的相互作用。(15)劉曉力、孟偉：《認知科學前沿中的哲學問題：身體、認知與世界》，金城出版社，2014年版，第132頁。這樣，第二代認知科學不再只從腦功能角度來構(gòu)建心靈，而是認為大腦與身體之外的環(huán)境耦合成一個動態(tài)系統(tǒng)。例如，延展心靈論就認為，人類的認知還離不開其所處的環(huán)境和外在物，它能與大腦進行信息交換，認知不局限在身體和大腦內(nèi)，它可以延展到外在環(huán)境甚至是整個世界中。(16)Andy Clark, David Chalmers. “The Extended Mind”, Analysis, 1998(1)：7-19.與此同時，在具身認知理論看來，認知是與身體密切相關(guān)的，不可能離開身體來談?wù)J知。如此，心理物理理論既沒有將意識與大腦之外的環(huán)境聯(lián)系起來，也沒有從身體的角度來談?wù)撘庾R，這樣的意識理論顯然是難以從根本上說清楚意識問題的。

第四，難以從實驗上得到證實。從當前來看，神經(jīng)科學在意識研究中仍然是主流的研究路徑和方法，克里克(Francis Crick)和埃德爾曼(Gerald Edelman)等人所提出的意識理論在今天仍然非常具有參考意義。造成這種現(xiàn)象的主要原因在于，神經(jīng)科學對意識的解釋具有實驗的支撐，在相關(guān)的實驗儀器幫助下(fRMI, PET)，人腦內(nèi)各個腦區(qū)在受到外界刺激時的神經(jīng)激發(fā)狀態(tài)可以清楚得展現(xiàn)在人們面前，因而基于神經(jīng)科學的意識理論對意識的解釋非常具有說服力。但建立在量子力學基礎(chǔ)上的心理物理理論，雖然已經(jīng)有相關(guān)實驗證實了大腦中神經(jīng)元離子傳遞的量子不確定性機制，但對于其所描述的意識產(chǎn)生的量子機制卻仍然無法從實驗中得以證實，使得其理論的解釋力大打折扣。例如，它將意識的產(chǎn)生歸結(jié)為大腦內(nèi)多重神經(jīng)激發(fā)模式的坍縮的結(jié)果，可是，我們?nèi)绾文軓膶嶒炛杏^察到這樣的量子機制(波函數(shù)坍縮)呢？如果沒有實驗的證實，心理物理理論最多只是一種科學假說，而要成為真正的科學理論，還需在事實中得到更進一步的經(jīng)驗驗證。