意識就是你的一切體驗。她是在你腦中揮之不去的那個旋律，是巧克力慕斯的香甜，是牙齒的一陣陣疼痛，是你對孩子深切的愛，也是因明白這一切感覺終將消逝而產(chǎn)生的痛苦。

這些感受來源和本質(zhì)有時候被稱為感質(zhì)（qualia），從古至今一直困擾著人類。以塔夫斯大學(xué)（Tufts University）的丹尼爾·丹尼特（Daniel Dennett）為代表的很多現(xiàn)代分析哲學(xué)家聲稱，意識只是一種幻覺，因為他們認為，意識的存在與他們所堅信的機械的物質(zhì)宇宙完全無法兼容。換句話說，他們或是認為感質(zhì)不存在，或是認為這從根本上不是一個可以被科學(xué)系統(tǒng)研究的話題。

假如這種說法是正確的，我就沒必要在這里長篇累牘了。我唯一需要做的就是，解釋為何你、我以及幾乎所有人都如此確信自己擁有感情?？墒羌偃缥椰F(xiàn)在牙腫了，就算有一個無懈可擊的論述能說服我相信我的所有感覺都只是一種臆想，也無法減輕我的半分痛苦。所以，對這種放棄理解意識的態(tài)度，我個人實在難以接受，下面我會繼續(xù)聊聊我的看法。

大部分學(xué)者均認可意識的存在，并嘗試去理解意識和能被科學(xué)描述的客觀世界之間的聯(lián)系。數(shù)十年前，我和弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主）決定，先把從亞里士多德時代就開始的關(guān)于意識問題的哲學(xué)討論放在一邊，而是去尋找意識的物理證據(jù)。在高度活躍的大腦中，到底是什么產(chǎn)生了意識？一旦我們能夠理解這一點，我們離終極答案就會更近一步。

我們特別關(guān)注的是意識相關(guān)神經(jīng)區(qū)（neuronal correlates of consciousness，簡稱NCC），即可以產(chǎn)生任何意識體驗的最小神經(jīng)機制。例如，牙疼的感覺出現(xiàn)時，你的大腦里有哪些過程是必然要發(fā)生的？是不是一定有某些神經(jīng)細胞要以特殊的頻率放電？是否存在一群特殊的“意識神經(jīng)元”必定會被激活？這些細胞位于大腦的哪些區(qū)域？

意識相關(guān)神經(jīng)區(qū)

定義意識相關(guān)神經(jīng)區(qū)——NCC時，修飾詞“最小”十分重要。畢竟大腦整體就可以視為一個NCC，她每天都產(chǎn)生各種感受。但意識的所在地或許可以被更精確地定位。比如說脊髓，她是脊柱內(nèi)一束一英尺半（約0.5米）長的神經(jīng)組織，包含了約10億個神經(jīng)細胞。當(dāng)一個人頸部受傷導(dǎo)致脊髓嚴重損壞后，傷者的腿部、手臂和軀干將完全癱瘓，無法控制自己的腸道和膀胱，并失去身體感覺。然而這些癱瘓病人依然能夠體驗生活的方方面面——他們能看、能聽、能聞，擁有情緒和記憶，和受傷之前并沒有區(qū)別。

我們再來看看腦干，即大腦后下方的“小腦”。從演化角度來看，腦干是最古老的腦結(jié)構(gòu)之一，在運動控制、姿態(tài)調(diào)整、產(chǎn)生連貫動作等方面扮演重要角色。不管是彈鋼琴、打字、滑冰，還是攀巖，這些行為都需要腦干參與其中。腦干中有大腦里最復(fù)雜的神經(jīng)元——浦肯野細胞（Purkinje cell），這種細胞的樹突數(shù)量豐富，像扇形珊瑚一樣，而且有著復(fù)雜的電活動。小腦也是神經(jīng)元數(shù)量最多的腦結(jié)構(gòu)，約有690億個神經(jīng)元（以星形的小腦顆粒細胞為主），是大腦其他區(qū)域總和的4倍。

假如腦干由于中風(fēng)或手術(shù)意外遭到部分損毀，人的意識會發(fā)生什么變化呢？幾乎沒有變化！盡管腦干受損的患者在生活上有諸多不便，如無法連貫演奏鋼琴或敲鍵盤等，但他們從沒有抱怨過意識受到影響。他們依然可以聽、看和感受一切，擁有自我意識，能回憶和形成記憶。就算是出生時就缺少腦干的殘疾人，其意識體驗和正常人也沒有顯著區(qū)別。

也就是說，腦干的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但她的功能和主觀體驗無關(guān)。為什么呢？從腦干的回路結(jié)構(gòu)，我們可以得到重要的線索。腦干的回路極度均一和并行，就像一節(jié)節(jié)并聯(lián)的電池一樣。整個腦干幾乎是一個嚴格的前饋回路（feed-forward circuit），一組神經(jīng)元連向下一組神經(jīng)元，然后是再下一組神經(jīng)元。腦干內(nèi)沒有可讓神經(jīng)信號來回傳遞的復(fù)雜環(huán)路（由于意識的產(chǎn)生需要一定時間，大部分理論學(xué)家都推斷這與大腦回路中復(fù)雜的反饋環(huán)路有關(guān)）。而且根據(jù)功能，腦干可被劃分為數(shù)百個甚至更多的獨立計算模塊。所有模塊并行處理信號，各自的輸入和輸出互不影響，控制著對應(yīng)的不同運動或認知系統(tǒng)。腦干的不同系統(tǒng)之間幾乎沒有交互，而信息交互卻是意識產(chǎn)生必不可少的另一個特征。

回顧對脊髓和腦干的分析，我們認識到，有神經(jīng)活動的部位并不一定就是意識的“棲息地”。除了神經(jīng)活動，要產(chǎn)生意識還需要滿足其他條件。構(gòu)成大腦皮層的灰質(zhì)就滿足這些條件?；屹|(zhì)是擁有層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜神經(jīng)組織，展開后面積與一張14寸的比薩餅（直徑約0.36米）相當(dāng)。兩片這樣的層狀組織在高度折疊后，與她們的“通信纖維”——白質(zhì)一起，被包裹在顱骨內(nèi)。所有已知的證據(jù)均顯示，新皮層是感受的源頭。

我們甚至還能進一步定位。例如，有的實驗讓受試者的左右眼看向不同的圖像。假如你的左眼只能看到唐納德·特朗普（Donald Trump）的照片，而右眼只能看到希拉里·克林頓（Hillary Clinton）的照片，你會看到什么呢？一種猜測是，你會看到特朗普和克林頓的某種奇怪疊加。但事實上，你會看到特朗普幾秒鐘，然后這幅圖像會消失，克林頓的圖像取而代之，再過幾秒，視覺感受又會再次切換。兩張照片會永不停息地相互交替，這個現(xiàn)象被神經(jīng)科學(xué)家稱為“雙眼競爭”（binocular rivalry）。由于你的大腦接受的視覺輸入模棱兩可，她無法判斷這到底是特朗普，還是克林頓？

假如在做這個實驗的同時，也用磁共振成像儀掃描腦部活動，你會發(fā)現(xiàn)此時有一系列腦區(qū)被激活了，這些區(qū)域統(tǒng)稱為后側(cè)熱區(qū)（posterior hot zone）。這些腦區(qū)位于皮層后側(cè)的頂葉、枕葉和顳葉區(qū)域，我們最終看到的是什么，與這些腦區(qū)的活動顯著相關(guān)。有趣的是，接受并傳遞從眼睛而來的視覺信息的視覺初皮層，卻并不體現(xiàn)受試者的主觀所見。類似的結(jié)論可以拓展到聽覺和觸覺：聽覺初皮層和觸覺初皮層與聽覺及觸覺感受并不直接相關(guān)。反而是這些腦區(qū)的下游系統(tǒng)——那些后側(cè)熱區(qū)，與意識感知對應(yīng)，例如你看到的是特朗普還是克林頓。

更有啟發(fā)意義的是兩類來自臨床的證據(jù)：一類是對皮層組織施以電刺激，另一類是對因受傷或患病而使特定腦區(qū)受損的病人的研究。比如，在摘除腦腫瘤或是癲癇病灶之前，神經(jīng)外科醫(yī)生會直接對附近的皮層組織施行電刺激，以探測她們的功能。刺激后側(cè)熱區(qū)，會引起一系列感覺和感受，例如閃光、幾何圖形、變形的面孔、幻聽或幻視、熟悉感或不真實感、移動身體某部分的沖動，等等。刺激前側(cè)皮層則不會出現(xiàn)這些現(xiàn)象：大致來說，前側(cè)皮層不會誘發(fā)直接感受。

另外一些線索來自20世紀前葉的神經(jīng)疾病患者。當(dāng)時的外科醫(yī)師為了摘除腫瘤或治療癲癇，有時不得不切掉患者的一大片前額葉皮層。令人稱奇的是，術(shù)后，這些患者的生活居然沒有大的變化。雖然缺失一部分前額葉對患者造成了一些不良影響：他們無法抑制一些不好的情感或行為，運動出現(xiàn)障礙，無法自控地重復(fù)一些動作或話語。但是一段時間后，他們的性格和智商都慢慢得到了恢復(fù)，并且安然地生活了很多年，沒有任何跡象表明，前額葉組織缺失對他們的意識體驗有顯著影響。相反，假如后側(cè)熱區(qū)被移除，即使面積很小，也會導(dǎo)致患者喪失一些意識功能，如無法辨識人臉，或者無法感知運動、顏色或空間。

所以，似乎視覺、聽覺等主觀感覺和體驗是后側(cè)皮層產(chǎn)生的。事實上，就我們目前所知，所有意識體驗均產(chǎn)自后側(cè)皮層。那么，這個區(qū)域和前額皮層到底有哪些不同？答案我們還不知道。不過讓人興奮的是，最近的一項發(fā)現(xiàn)似乎暗示，神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)接近答案了。

意識測量儀

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域需要一種能可靠檢測受傷或者無行為能力的病人是否擁有意識的儀器。例如，在手術(shù)過程中，需要對病人施以麻醉，讓他們無法運動，保持血壓穩(wěn)定，沒有痛覺和相關(guān)記憶。不幸的是，這一目標(biāo)并不總能實現(xiàn)，在外國，每年都有數(shù)百個病人在麻醉時依然有一定程度的知覺。

另一類對象是那些因事故、感染或中毒導(dǎo)致嚴重腦損傷的患者，他們中的很多人可以生存很多年，但無法說話或是對外界的聲音做出回應(yīng)。在臨床研究中，探測這些病人的知覺極具挑戰(zhàn)性。想象一個宇航員漂浮在太空中，雖然能聽到發(fā)射中心不斷嘗試與自己建立通信，但由于通話系統(tǒng)故障，他卻無法做出回應(yīng)，仿佛已經(jīng)不存在于這個世界一般。這種絕望正是那些因大腦受損而無法與外界交流的患者的體驗，像是在孤獨無助的深淵里掙扎。

21世紀初，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的朱利奧·托諾尼（Giulio Tononi）和馬爾切洛·馬西米尼（Marcello Massimini，現(xiàn)任職于米蘭大學(xué)）開發(fā)了一種叫做“刺激-壓縮”（zap and zip）的技術(shù)，用來探測一個人是否有意識。他們把一個裹有保護套的線圈放置在病人頭皮上，穿透顱骨向大腦內(nèi)輸入一個磁脈沖信號，在所刺激區(qū)域的神經(jīng)元中誘導(dǎo)出電信號。這個擾動信號會影響到所有相連的其他神經(jīng)元——可能是激活也可能是抑制，并在整個皮層內(nèi)反復(fù)回蕩直到逐漸衰退。研究人員可以在病人顱骨外部用腦電圖（electroencephalogram，簡稱EEG）記錄這個過程中的大腦活動。記錄到不同位置的信號變化后，我們便得到了大腦活動的動態(tài)影像。

這些影像既非有固定模式，也非完全隨機。有趣的是，這些忽高忽低的大腦活動越是單調(diào)簡單，大腦就越可能處在無意識狀態(tài)。于是研究人員沿著這條思路，嘗試把大腦活動像普通影片一樣通過算法進行“壓縮”，檢驗是否能夠量化對應(yīng)的“意識程度”。壓縮后得到的“擾動復(fù)雜指數(shù)”（perturbational complexity index，PCI）能夠?qū)Υ竽X活動整體的復(fù)雜程度給出一個估計。研究發(fā)現(xiàn)，受試者在清醒狀態(tài)下的擾動復(fù)雜指數(shù)一般在0.31到0.70之間，但是在深度睡眠或者麻醉狀態(tài)下，會降至0.31以下。馬西米尼和托諾尼對48名大腦受損但意識清醒，且能對外界作出反應(yīng)的病人做了同樣的測試，發(fā)現(xiàn)每個病人的得分都在清醒狀態(tài)的范圍內(nèi)，與行為觀察一致。

研究者接著測量了81名處于最小意識狀態(tài)或植物人狀態(tài)的病人。最小意識狀態(tài)的這組病人仍有一些非條件反射的行為。研究顯示，38名最小意識狀態(tài)病人中有36名存在意識，另外2名被誤診為無意識。對于43名處于植物人狀態(tài)的病人，之前的臨床觀察已經(jīng)確認無法與他們建立溝通，但是測試結(jié)果顯示，只有34名無意識，另外9名患者是有意識的。他們的大腦對擾動刺激的響應(yīng)模式與清醒對照組相似，這或許說明他們依然存在意識，只是無法和親人交流。

研究人員正在努力改進這套設(shè)備，使之能應(yīng)用到臨床，并且可以拓展到精神疾病患者和兒童患者?？茖W(xué)家遲早能夠找到所有主觀體驗對應(yīng)的特定神經(jīng)機制。盡管這些進展有重要的臨床意義，或許可以幫到患者的家人和朋友，但她并無法回答一些更根本的問題：為什么是這些神經(jīng)元而非另一些神經(jīng)元產(chǎn)生了意識？為什么放電頻率是這個值而非其他數(shù)值？實際上，真正的謎團在于，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組織為什么能夠產(chǎn)生意識感覺，以及她是如何做到的？畢竟大腦和心臟、肝臟等器官一樣，也受物理定律支配。那大腦的特殊之處在哪里呢？大腦究竟是通過什么生物物理過程，讓一堆灰質(zhì)產(chǎn)生美妙旋律和繽紛圖像的？

一個令人滿意的終極意識理論需要指出，任何一個物理系統(tǒng)（可以是神經(jīng)元組成的復(fù)雜回路，也可以是一塊芯片上的電路）在什么條件下可以產(chǎn)生意識。還要能夠回答，為什么不同的感覺之間存在差異？為什么藍色的天空和音調(diào)不準(zhǔn)的小提琴給人的感覺不同？不同感覺之間存在差異有意義嗎？如果有的話，意義是什么？終極意識理論應(yīng)該能夠推斷，哪類系統(tǒng)可以擁有感受。假如理論不能給出可驗證的預(yù)測，那任何關(guān)于機器意識的討論只能停留在直覺層面，而科學(xué)史告訴我們，這通常是不可靠的。

兩種意識理論

目前有兩種最主流的意識理論，科學(xué)家圍繞著她們展開了激烈的辯論。一個是全局神經(jīng)工作區(qū)（global neuronal workspace，簡稱GNW）理論，由心理學(xué)家伯納德·J·巴爾斯（Bernard J. Baars）和神經(jīng)科學(xué)家斯坦尼斯拉斯·德阿納（Stanislas Dehaene）與讓-皮埃爾·尚熱（Jean-Pierre Changeux）提出。該理論是基于這樣一些實驗觀察，當(dāng)人對某事物有意識時，大腦中多個不同的區(qū)域均會調(diào)用該信息。相反，假如人無意識地做一些事，這些信息只會被特定的感官和運動系統(tǒng)調(diào)用。例如，當(dāng)你打字速度很快時，你的手指會無意識地按下不同的鍵。假如有人問你是怎么做到的，你很難回答，因為你幾乎沒有意識到這些信息，她們只存在于從你的眼睛到手指的大腦回路中。

GNW理論認為，意識源自一類特殊的信息處理過程，其思路與早期的人工智能研究相似，認為不同功能的程序可以共享一個小的信息庫。不管這塊“黑板”上新添了什么數(shù)據(jù)，后續(xù)的一些子過程——如工作記憶、語言、計劃模塊等都可以使用。大腦記錄的感官信息會被多個認知系統(tǒng)使用，如語言、形成或調(diào)取記憶、執(zhí)行動作等。GNW理論認為，就是在數(shù)據(jù)被廣播至整個大腦的多個認知系統(tǒng)時，意識出現(xiàn)了。

由于記錄感官信息的“黑板”空間有限，在任意時刻，我們只能意識到很少量信息。該理論猜測，負責(zé)傳播信息的神經(jīng)回路位于額葉和頂葉。當(dāng)被這個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣播后，感官信息就能被全腦的各個系統(tǒng)訪問，進入人的“意識”，即能被主體意識到。盡管現(xiàn)在的計算機還沒有如此復(fù)雜的機制，但這僅僅是個時間問題。GNW理論認為，未來的電腦將會擁有意識。

而由托諾尼和他的同事——包括我在內(nèi)——提出的信息整合理論（Integrated information theory ，簡稱IIT）有著完全不同的出發(fā)點——體驗本身。每個體驗都有一些重要的屬性。首先她是內(nèi)在的，只對擁有者本人存在；她有一定結(jié)構(gòu)，例如“黃色出租車因棕狗穿越街道而剎車”；而且她還是獨一無二的，與任何其他意識體驗都不同，就像電影里不同幀的畫面一樣。更重要的是，她是統(tǒng)一且具體的。當(dāng)你在一個陽光明媚的日子，坐在公園的長椅上看孩子們玩耍時，這種體驗的不同部分——吹過頭發(fā)的微風(fēng)，聽到孩子笑聲時的喜悅——都無法被單獨分開。體驗若被拆分，便也不復(fù)存在。

托諾尼猜測，任何擁有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包含一系列因果關(guān)系且相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)都具有上述特點，也都具備一定程度的意識。感覺是從系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的某種東西。但假如是像腦干一樣的結(jié)構(gòu)，不具備復(fù)雜的整合技能，就不能算是有知覺。IIT理論聲稱，意識是任何復(fù)雜系統(tǒng)都擁有的內(nèi)在因果力（intrinsic causal power），人腦只是一個例子。

根據(jù)內(nèi)部相互作用結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，IIT理論還導(dǎo)出了一個非負數(shù)Φ，用于衡量意識水平的高低。Φ為0代表系統(tǒng)不存在任何自我意識。而Φ越大，則意味著系統(tǒng)的內(nèi)在因果力越強，意識水平也越高。大腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，擁有數(shù)目巨大的特異性連接，因此Φ值很大，具有比較高的意識水平。IIT能解釋很多觀測到的現(xiàn)象，例如，為何腦干對意識影響很小，以及為何“刺激-壓縮”測量是有效的（該方法計算出的數(shù)值可以認為是對Φ的粗略估計）。

IIT理論還預(yù)測，用電腦模擬人腦活動是無法產(chǎn)生意識的，即使程序能騙過我們，以無法和真人區(qū)分的形式與我們用語言交流。就像用電腦模擬黑洞附近的巨大引力場，并不會真的扭曲電腦周圍的時空一樣，用程序模擬意識并不能產(chǎn)生一臺擁有意識的電腦。意識無法被計算出來，她是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自身的一種屬性。

未來仍有兩個挑戰(zhàn)需要解決。其一是利用日新月異的新工具，對大腦中數(shù)量巨大且功能各異的神經(jīng)元進行測量，這樣我們才能真正找到意識的神經(jīng)機制。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)十分復(fù)雜，這可能需要數(shù)十年的努力。另一個挑戰(zhàn)是，證明或證偽目前最主流的兩種理論，或者根據(jù)兩者各自的合理部分，提出更好的新理論，解釋關(guān)于自我存在的最重要問題：為什么一塊像豆腐一樣的三磅重的器官，可以產(chǎn)生意識，讓我們感受到生命的存在？