探尋意識(shí)的源頭（上）

楊冬

什么是意識(shí)？從哲學(xué)上講，意識(shí)是人的一種主觀體驗(yàn)。由此，產(chǎn)生了一個(gè)科學(xué)界的“困難問題”，即如何通過客觀的觀察結(jié)果解釋主觀層面的意識(shí)。

目前，經(jīng)過各領(lǐng)域科學(xué)家的共同努力，科學(xué)界對(duì)人腦的功能已經(jīng)有了比較深入的了解，如電生理研究可以精確測(cè)定神經(jīng)元產(chǎn)生的電信號(hào)，分子生物學(xué)領(lǐng)域的研究則可以理解這些電信號(hào)的基礎(chǔ)，即神經(jīng)元細(xì)胞膜上的離子通道。目前，結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)的結(jié)合還能讓我們理解這些離子通道的三維結(jié)構(gòu)，知道什么情況會(huì)導(dǎo)致離子通道開放，從而產(chǎn)生電流。在細(xì)胞層面上，科學(xué)家可以研究某些細(xì)胞的缺失與某些神經(jīng)功能缺陷之間的關(guān)系，還能利用核磁共振設(shè)備觀察認(rèn)知過程中人腦的哪個(gè)區(qū)域比較活躍，甚至可以通過控制神經(jīng)細(xì)胞的功能來控制動(dòng)物個(gè)體的行為。

然而，這些都是“客觀層面”的科學(xué)觀察。既然意識(shí)是指某種主觀感受，那么本質(zhì)上它就是主觀的?？茖W(xué)家如何測(cè)量研究對(duì)象目前產(chǎn)生了什么意識(shí)呢？如果無法測(cè)量，又怎樣從科學(xué)的角度解釋意識(shí)產(chǎn)生的機(jī)理呢？現(xiàn)在科學(xué)家還無法給出合理的解釋。不過，在探尋意識(shí)起源這一研究領(lǐng)域，研究者已經(jīng)有了較多積累，對(duì)于“意識(shí)在動(dòng)物進(jìn)化史中的起源”問題，科學(xué)家們已經(jīng)可以給出比較合理、有科學(xué)依據(jù)的推斷。

如何判斷動(dòng)物是否有意識(shí)

目前關(guān)于意識(shí)的一些基本屬性，科學(xué)家們已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。比如，意識(shí)是人腦對(duì)周邊環(huán)境建立的一個(gè)“內(nèi)在”的圖景，即人腦給外界客觀世界建立的“模型”。根據(jù)這個(gè)“模型”，人腦還可以對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)估，比如產(chǎn)生高興、悲傷、憤怒等各種情緒。人腦之所以需要產(chǎn)生這樣的“模型”，顯然是自然選擇的結(jié)果。由于擁有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大腦，人可以詳細(xì)描述外部世界，并對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行細(xì)致的分析，做出合適的判斷，因此有利于人的生存。那么，除了人以外，動(dòng)物也有意識(shí)嗎？如果動(dòng)物也有意識(shí)，那么它們的意識(shí)產(chǎn)生于何時(shí)呢？

美國(guó)科學(xué)家芬伯格在《意識(shí)的古老起源》一書中詳細(xì)探討了意識(shí)的起源問題。他提出了一個(gè)獨(dú)創(chuàng)性觀點(diǎn)，認(rèn)為意識(shí)廣泛分布在所有脊椎動(dòng)物中，甚至節(jié)肢動(dòng)物及章魚、烏賊等頭足動(dòng)物也有意識(shí)。根據(jù)這個(gè)論點(diǎn)，他認(rèn)為意識(shí)起源于5億多年前的寒武紀(jì)。那么，有什么證據(jù)能支持芬伯格的觀點(diǎn)呢？目前，最重要的證據(jù)有兩點(diǎn)：一個(gè)來自神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的研究，另一個(gè)是動(dòng)物行為學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

什么樣的神經(jīng)系統(tǒng)可能產(chǎn)生意識(shí)？通常認(rèn)為，有意識(shí)的動(dòng)物至少需要有腦。然而，僅僅有腦就可以產(chǎn)生意識(shí)嗎？其實(shí)，想要產(chǎn)生意識(shí)，只有腦是不夠的。能產(chǎn)生意識(shí)的腦需要有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，即應(yīng)該包含大量的、多種類型的神經(jīng)細(xì)胞，神經(jīng)細(xì)胞之間能夠形成復(fù)雜的連接。另外，含有多個(gè)層次的感覺通路也是意識(shí)產(chǎn)生的必要條件。感覺通路內(nèi)的每一層都會(huì)對(duì)外來信息進(jìn)行處理，并將其抽象化。以人類的視覺為例，視網(wǎng)膜是一個(gè)層次，視網(wǎng)膜后的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞是另一個(gè)層次，之后還有丘腦、視覺皮層等更多層次。根據(jù)“復(fù)雜性科學(xué)”的研究觀點(diǎn)，復(fù)雜性往往與層次結(jié)構(gòu)相關(guān)，即如果一個(gè)體系有很多層次，那么就可能從中涌現(xiàn)出新的性質(zhì)。從局部中產(chǎn)生具有新特性的整體的過程可稱為“涌現(xiàn)”。在腦科學(xué)領(lǐng)域，意識(shí)一般被認(rèn)為是從腦中大量神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)中“涌現(xiàn)”出來的，因此復(fù)雜的大腦結(jié)構(gòu)是意識(shí)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。

動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)是為了部分解決前面提到的“意識(shí)屬于主觀感受，因此無法直接測(cè)量”的問題。雖然無法測(cè)量一個(gè)人心中所想，但是我們可以根據(jù)其行為推斷他可能想什么。根據(jù)這個(gè)假設(shè)，行為學(xué)實(shí)驗(yàn)被廣泛運(yùn)用于關(guān)于意識(shí)的科學(xué)研究之中，其中有兩個(gè)比較重要的實(shí)驗(yàn)。一個(gè)是“操作性條件反射實(shí)驗(yàn)”。比如，動(dòng)物按一下按鈕可以吃到香蕉，動(dòng)物發(fā)現(xiàn)這點(diǎn)后，就會(huì)不斷按這個(gè)按鈕以獲得香蕉。具有操作性條件反射至少證明該動(dòng)物具備某些與學(xué)習(xí)有關(guān)的意識(shí)。另一個(gè)實(shí)驗(yàn)是“失望及負(fù)面對(duì)比”實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)象是已經(jīng)完成了操作性條件反射實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物，但是在新的實(shí)驗(yàn)中，不再給它食物獎(jiǎng)勵(lì)，然后看實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是否會(huì)有體現(xiàn)失望情緒的行為。比如，動(dòng)物學(xué)會(huì)了按按鈕可以得到香蕉，現(xiàn)在取消獎(jiǎng)勵(lì)，即使按按鈕也不會(huì)獲得香蕉。然后，研究者可以觀察實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的行為，比如動(dòng)物嘗試了幾次后就再也不按按鈕了，而且還顯得很憤怒。心理學(xué)家認(rèn)為，這個(gè)行為展現(xiàn)了動(dòng)物失望的心理活動(dòng)，也證明了它具備一定的意識(shí)。

通過分析這兩個(gè)研究領(lǐng)域的證據(jù)，目前有些科學(xué)家認(rèn)為所有脊椎動(dòng)物都具備意識(shí)。因?yàn)榧棺祫?dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)符合有關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)復(fù)雜性的證據(jù)，而它們的行為很大程度上符合動(dòng)物行為學(xué)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。從動(dòng)物分類學(xué)上講，脊椎動(dòng)物并不是一個(gè)門，它是從屬于脊索動(dòng)物門下面的一個(gè)亞門。在脊索動(dòng)物中，比較原始的種類并沒有脊椎骨，在脊椎骨的位置上有一根具有一定硬度和彈性的脊索。通過附著在脊索上的肌肉的收縮，動(dòng)物就可以擺動(dòng)身體，快速游動(dòng)。從動(dòng)物演化的角度看，脊索動(dòng)物的出現(xiàn)早于脊椎動(dòng)物，一些脊索動(dòng)物的后代演變成了脊椎動(dòng)物。

文昌魚有意識(shí)嗎

今天，仍然有少數(shù)原始的脊索動(dòng)物生存在地球上，其中一個(gè)典型例子就是文昌魚。長(zhǎng)期以來，生物學(xué)家認(rèn)為文昌魚只有脊髓而沒有腦，主要原因是其中樞神經(jīng)系統(tǒng)為管狀結(jié)構(gòu)，看不出脊髓和腦的分化。但是，近期有研究證明，文昌魚不僅具有腦，而且結(jié)構(gòu)與脊椎動(dòng)物類似。文昌魚的腦也分為前腦、中腦、后腦，有些部分甚至可以與脊椎動(dòng)物的腦結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)起來。不過，文昌魚的腦部構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，缺乏大腦、小腦、視頂蓋等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。由于這些結(jié)構(gòu)是整合復(fù)雜信息所必需的，因此可以推測(cè)文昌魚的腦只能處理比較簡(jiǎn)單的信息。文昌魚的眼睛只能感光，沒有成像功能，這點(diǎn)也從側(cè)面反映了它的腦所能處理的信息不會(huì)特別復(fù)雜，動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也無法證明文昌魚具有意識(shí)。所以，以目前的證據(jù)來看，文昌魚似乎不具備意識(shí)，只能夠執(zhí)行一些固定的運(yùn)動(dòng)程序，如逃避捕食者，或者在水層中上升下降從而獲得食物等。

所以，有研究者提出了一個(gè)假說—意識(shí)起源于原始脊索動(dòng)物向脊椎動(dòng)物演化的過程中。為了佐證這一點(diǎn)，在《意識(shí)的古老起源》一書中，芬伯格還將目前已知的最原始的脊椎動(dòng)物七鰓鰻與文昌魚進(jìn)行了對(duì)比。七鰓鰻有可以成像的眼睛，有比文昌魚更復(fù)雜的腦（如有視頂蓋結(jié)構(gòu)）。此外，七鰓鰻的感覺通路包含多個(gè)層次，比如，其視覺系統(tǒng)從視網(wǎng)膜到視頂蓋至少涉及4層神經(jīng)元。這個(gè)觀察也支持前文中“脊椎動(dòng)物都具有意識(shí)”的假說。

（未完待續(xù)）