意識之謎和神經關聯物的“尋訪”

劉靚+劉明海

摘要：許多當代神經生物學家主張把心身問題轉換為“像腦這樣的物理系統如何會產生主觀體驗”的問題，直接探求意識的神經關聯物以解決意識之謎。不同于其他科學家的研究策略，科赫認為意識的神經關聯物應當定位于大腦皮層一丘腦系統中臨時形成的神經元子集，并經同步發放形成人類的意識。他還嘗試用此神經關聯物回答意向性、感受性和自我問題。然而囿于所隱含的本質主義和內在主義傾向，我們對于科赫的意識神經關聯物研究策略仍然需持謹慎態度。

關鍵詞：科赫；神經關聯物；突現論；主觀體驗；心身問題

在心靈哲學中，意識的主觀性、第一人稱性一直是哲學家長期爭論不休的問題。盡管他們企圖用同一論、功能主義、解釋主義、副現象論等各種哲學理論來加以解釋，但是并沒有因此平息爭論，甚至還出現了取消意識的反實在論。當代的神經科學家反對哲學家無謂的爭論，認為邏輯推理和直覺內省等方法無助于解決意識之謎。以克里克、科赫為代表的神經生物學家提出，任何意識理論都應當建筑在對于大腦神經元的了解之上，確定意識神經關聯物（neuronal correlates of consciousness，以下簡寫為NCC）的分子機制和生物物理學、神經生理學特性。才有可能幫助我們解決意識之謎。

一、尋找NCC策略

對于意識現象，特別是意識的主觀體驗或第一人稱特性，以克里克（F.Crick）、科赫（c.Koch）、博根（J.E.Bogen）、埃德爾曼（G.M.Edelman）為代表的神經生物學家反對某些哲學家的反實在論觀點，如丹尼特（D.C.Dennett）把意識作為一種人類的解釋性產物，他們堅信，意識是一種客觀的自然現象，“這些真實的現象是從某些特別的腦活動中產生出來的”，因此他們致力于尋找并確定哪些意識的分子和神經相關物及其機制（即NCC）會產生特定的意識知覺，“如果有朝一日，我們能夠找到產生某個特定知覺的神經組織的具體位置，辨明它們的輸入和輸出，了解它們的發放模式，并知道它們從出生到成年的發育過程，如此等等，這很可能會像DNA之于遺傳學一樣，為研究完整的意識理論帶來飛躍”。

由于早期受到科學技術和倫理道德的限制，尋找NCC的活動直到1980以后才由克里克和科赫得以展開。所謂NCC是指產生某些特異性、有意識感受所必需的腦機制、腦事件，它是“足夠產生特定有意識的可感知狀態所需的神經活動的最小集合”。查默斯（David J.Chalmers）指出，近來尋找NCC是意識科學復蘇的主要基石，并且取得了明顯的進展。當代許多神經生物家紛紛發表有關NCC的本質和位置的看法，這其中包括克里克和科赫提出的“神經皮層的40赫茲發放”、博根提出的“丘腦的層間核”、埃德爾曼提出的“丘腦皮層的再進入環”，弗洛爾（Flohr）提出的“天門冬氨酸（NM-DA）所綁定的神經集群”，霍布森（Hobson）提出的“特定激活的神經化學層次”，等等。但是，由于這些觀點要么堅持還原論，要么是整體論，因而都存在著一定的問題。科赫認為，還原論忽略了意識的神經關聯物的復雜性和多因素性；整體論又過于強調意識的復雜性而無法解釋為什么有些腦中分布的活動能產生與意識相關的行為，而另一些則不能。

科赫后來拋棄了原來與克里克在《驚人的假說》一書中所堅持意識的還原論觀點，同時吸取整體論的思想，提出了意識的突現論觀點，即“意識是從腦的神經元特性中突現出來的”。要論證這一觀點不僅要“深入理解由大量形形色色的神經元構成的、高度互聯的網絡是如何工作的”，還要尋找產生主觀性體驗的神經元。為此科赫提出要采取恰當的科學研究方法，避免犯先入為主的錯誤。

（1）不可先妄下定義。科赫發現，許多哲學家甚至科學家在研究意識之前，總是先提出一個意識的定義，然后再去研究意識，這就導致我們常見的意識難題.即先設定意識具有主觀性、私人性，然后再去研究具有這種特性的意識如何從客觀性的物質中產生出來。“在我們對意識有更深入的認識之前，過于追求定義要么會產生誤導，要么會有很大局限.或兩者皆是。”正如科學史上的“基因”“電流”這樣的概念都是在科學取得進展以后才得出的，同樣，我們要在對意識的神經關聯物的詳細研究之后再確定意識的定義。

（2）局部與整體相結合的策略。科赫認為研究意識需要從突觸、神經元的特異性，以及它們之間的特定組織結構入手，因此，研究意識的局部特征與整體特征是必不可少的。他首先剔除與意識沒有必然關聯的因素，重點尋找和區分NCC的共性因素，即產生任何形式意識都必須具有的條件和系統等（例如，膽堿能神經元、非特異性丘腦核團等），和特異性因素，即產生某種特殊意識所需要的特異性要素。特異性因素是尋找NCC的主要目標。其次.確定具體特異性的神經元或集群。他采用在實驗中設置自變量和因變量的方法，先把每次測試的神經元的感受野特性、發放模式與對刺激的覺知聯系起來，然后通過操控NCC以影響相應的知覺。

（3）“有限馬虎”原則。有限馬虎原則是由生物學家德爾布呂克（Max Delbrack）提出而被科赫用于研究神經關聯物的原則，即先用粗糙但容易人手的方法進行研究。對于意識神經關聯物而言，不同的意識形式可能有不同的神經關聯物，但是不同的神經關聯物應當有著共同的機制。“作為自然選擇的產物，不同的主張感覺很可能都是由相似的神經活動和神經回路產生的。”故而，科赫先從已經取得大量研究成果的視覺意識人手，探討意識的共同機制，進而研究其他意識。

二、定位意識神經關聯物

現有科學表明，意識離不開大腦，但是把整個大腦作為NCC是沒有意義的。面對著復雜的大腦，我們如何去定位NCC呢？科赫認為，確定NCC首先需要了解意識的功能是什么，或者說為什么我們非要有意識.這樣就可以區分哪些神經元與意識有關，哪些神經元與意識無關。

大量證據表明，人類是由大量高度特異化的感覺一運動體（sensory-motor agents）構成的。像許多病例所表明的那樣，人的許多行為是在無意識狀態下進行的.如視覺失認癥者雖然看不到物體，但是可以來回走動；盲視病人的部分視野是盲的，但是硬要他們說出，他們也可以“猜測”出物體的顏色；癲癇和夢游病人也可以在無意識狀態下完成自己的熟悉的運動。既然人類行為可以由這些無意識的功能完成，為什么還需要意識呢？科赫從進化論觀點出發，指出意識是某些高度進化的生物器官的屬性。和沒有意識的大腦相比，有意識的生物必定要比無意識的僵尸有某種優越性。他說，意識對于生物體所具有優越性體現在：“根據自身或祖先的體驗（體現在我們的基因之中），對視覺場景適時做出最好的解釋，并能把這種解釋不斷提供給腦中主司思考、計劃和執行某種類型隨意運動的區域。”也就是說，意識和NCC之所以有用，是因為它使得有機體在面對外在世界海量信息的涌入時.可以對各種事件的當前狀態做出總結，并把這一總結送至大腦計劃中樞，而這個中樞主要在大腦的額葉層。

既然NCC與思考、計劃以及執行某些隨意運動的額葉有關，那么我們就可以循著這個思路來探討視覺意識的神經關聯物是什么。視覺意識是目前科學成果較多，而且易于驗證的領域。科赫先檢查了視覺意識的第一站即視網膜。視網膜的神經編碼是內隱表征，與知覺意識存在著很大差異，如盲點、眼動時圖像模糊、眨眼瞬間會失去視覺輸入，等等，因此科赫推斷視網膜內沒有NCC。接下來就是視覺皮層（以下簡稱V1），它是典型的新皮層區域，有些人認為它是視覺意識的終點站。科赫認為，離開v1不能有意識，它包含對視覺刺激的位置和朝向的外顯表征，也是視覺刺激的主節點所在地，并且電刺激也會產生光幻視，然而，V1細胞和感知到的視覺內容無關。牛津大學生理學實驗室卡明（Bruce Cumming）和帕克（Andrew Parkcr）通過一系列設計精巧的實驗，發現清醒猴雙眼V1細胞只對局部的深度線索做出有意義的反應，但是并不會引發整體上的深度知覺。也就是說，這些細胞只是編碼局部的視差信息，并不產生相應的深度知覺。同時亞拉巴馬大學伯明翰分校的高恩（TimothyGawne）和馬丁（Julie Martin）研究發現，獼猴V1上層的細胞在反射性眨眼時沒有活動。因此，V1中的信息被記錄于隨后的視覺區域中，并不直接向額葉傳輸，所以V1與視覺意識沒有直接關聯。

如果NCC不在v1，那么它是否位于大腦高級皮層呢？有人認為，“意識就在知覺信息處理金字塔的頂點”，這個金字塔以眼、耳、鼻及其他感覺作為最底層的基礎，而在所謂知覺記憶的最高峰則有“知覺的自我”.因此意識的神經關聯物應當在大腦最高層的部分，即緊貼在顱骨之下的大腦皮層，它負責思考等任務。科赫反對這種帶有常識心理學觀點的“意識高層論”，因為這容易導致“小人假謬”的結論.即我們設想在大腦深處存在著一個“小人”在控制著人類的行為。事實上，思維，即對概念、感覺數據或抽象模式的運算，在很大程度上都是意識不到的。科赫推斷，NCC雖然與人類的思維、決策有關系，但是“高層認知的許多方面，諸如決策、規劃以及創造性等，都超出覺知（awareness）的范圍。這些操作都是由位于前腦前端的無意識微型人所完成的。微型人會接收到來自腦后部感覺區域的輸入，并將自己的輸出轉到運動系統”，我們不能直接意識到對象，所意識到的只是它引起的感覺和觸覺在皮層中的表達。由此，科赫認為，NCC應當位于表征外部世界的區域與負責思維和概念的區域之間，對于視覺意識來說，它處在初級視覺皮層與前額皮層之間。同時，通過觀察對額葉損傷病人以及正常受試者所做的fMRI實驗。證明前運動皮層、前額葉皮層和前扣帶皮層都主動地保持感覺或記憶信息。幫助從長時記憶中提取信息。并對這些信息進行處理以制定計劃。因此，NCC就是“皮層一丘腦系統中一組臨時形成的神經元子集，這些神經元同步發放”。

接下來的問題就是，這些NCC如何產生意識呢？科赫認識到前腦是一個高度互聯、高度復雜的神經網絡，雖然他同意埃德爾曼和托諾尼提出的“動態核心”理論，即丘腦和皮層中的大量神經元組成一個高度復雜的統一神經處理過程，但是他認為這種整體論的方式難以用實驗驗證，無法解釋為什么大量的腦活動和行為需要感知。科赫引入了分子生物學家尚熱（Jean-Pierre Changeux）的理論，相信NCC是一種突然增加的神經活動.這些活動可以通過前額葉、扣帶回以及頂葉的反饋信號維持。具體來說，NCC是（1）一種神經元集群活動。不論一個知覺是真實的還是想象出來的.它總對應于某個神經元集群。神經元集群會增強神經元的發放活動，這個過程是靠鋒電位發放的同步化來完成的，同時該神經元集群之間通過“贏者全取”的競爭削弱參與競爭的其他集群并從中獲勝。獲勝的集群持續存在，代表著當時的意識內容。而短暫出現的集群對應著轉瞬即逝的意識。（2）這些神經元具有外顯表征屬性。從神經解剖學來看。“任何直接、有意識的知覺都有賴于某種外顯表征，且其神經元以某種特定方式發放”。科赫稱NCC的神經元集群的外顯表征為NCC的“活動原則”（activityof principle）。（3）這些神經元存在著各種主節點。雖然神經元都具有共性，但是作為NCC應當具有特異性，指向某種特定功能。比如，枕葉和顳葉表面部分梭狀回和顏色知覺有關，中顳葉區（MT）與運動知覺有關。每個節點都是整個神經網絡的一部分，它們表達某個知覺的某個方面，只有有了這樣的主節點，屬性才能被意識感知到。（4）NCC活動是調制性聯結。神經元聯結主要分成驅動.1生和調制性聯結。在皮層和丘腦中沒有強驅動性的聯結，因此視覺意識受到反饋通路的調制，主要位于前額皮層向初級視覺皮層反饋的腹側通路和背側通路。由于視覺意識從高層向低層反饋是調制性的.因此知覺意識是一系列的靜態快照，是一種離散的信息表達。那么為什么我們會感覺到意識是統一的呢？因為（5）NCC與注意機制密切關聯。注意機制分成自上而下的注意（意向控制）和自下而上的注意（顯著性驅動）。當面對主節點外顯表征不同的離散信息時，自上而下的選擇性注意會把這些主節點的活動綁定起來，并產生連續性的意識。另外注意機制可通過調整一個集群內的神經元的同步率，來增強該集群的突觸后作用，從而實現左右集群競爭的效果。科赫說：“在4-12Hz頻段的發放節律，可能對應于離散的快照處理機制。”

三、意向性、主觀體驗和自我問題

按照科赫對視覺NCC的研究，意識是一定的神經元活動和神經回路突現出來的，那么這種意識理論如何回答心靈哲學所提出的難題呢？例如神經元如何會產生意義（或意向性）？主觀體驗如何從大腦神經元產生出來？大腦中有沒有自我？

科赫指出。要回答后面兩個問題需要從意義問題開始談起。在心靈哲學中，意義問題又稱為意向性問題.它是指心靈如何關于或指向對象的問題。美國哲學家塞爾（John Searle）曾經指出，一個機器無論在加工句法方面能力有多大，它都不可能理解字句的意義。同樣，科赫認為，要理解一個由磷脂和蛋白質構成的神經元如何表征事物，不能僅從邏輯和語言角度進行研究，而應當關注神經語義學，即關注意義怎樣從腦這一進化產物中產生出來。在神經元層次上，科赫認為意義發生在獲勝集群向其外神經元投射的突觸后連接處。例如，加州大學洛杉磯分校神經外科醫生弗里德（ItzhakFried）實驗表明，被試者腦中存在著一個“克林頓神經元”，此神經元所在的集群負責產生“看見前總統克林頓”這一知覺。

“任何與意識屬性有關的意義都是NCC后活動的一部分，它們都來自于獲勝的神經元集群。”當然這些神經元集群彼此緊密聯系，而且同外部非成員集群之間相接觸，例如，克林頓神經元之類的細胞也促使表征“總統”或者“萊溫斯基”概念的細胞產生興奮。這些相關神經元構成了NCC的意識背景，而意識背景同時又為知覺到的屬性賦予意義，其中包括過去的聯想、對NCC結果的預期、認知背景，以及和NCC的神經元有關的活動，它們給大腦提供了有關主節點的意義。

科赫強調，就從知覺意識來看，任何一種知覺都和大量的信息或意義有關。在產生一種知覺時，這些大部分信息或意義都不是外顯的，而是內隱于意識背景中。例如，當我看到日思夜盼的人時，她的微笑、聲音、舉止等信息都由神經元內隱編碼構成了意識背景。這些信息“以更為被動的形式，表達為突觸前或突觸后末稍中鈣濃度的升高或是樹突去極化，這可能引起突觸后放電，但是也可能不會”。因此，要想有效地處理這一信息，腦就必須使之符號化。這正是主觀體驗特性的作用。科赫說，主觀體驗特性就是這樣一些符號，“它們是高度并行網絡的一種特別屬性，用以表達大量的顯式或隱式信息。其中，顯式信息在不同主節點處以NCC表達，而隱式信息則分布于構成NCC意識背景的大量神經元中”。對于大量無法用語言形容，但在某段時間要用到的信息，主觀體驗特性可以通過符號輕易地編碼這些同時而來的信息，并以概要的形式報送給大腦中樞。不同類的主觀體驗特性所包含的神經符號不同，不僅內容不同，而且時長、強度以及是簡單還是復合均可能不同。真實的感官感受所帶來的主觀體驗要比想象相關聯的主觀體驗更為強烈一些，細節更豐富，這取決于表示的NCC的集群分布程度。

然而，對于心靈哲學來說，困難在于主觀體驗為什么是第一人稱的、私密的。科赫認為：首先，任何感覺的意義都有賴于一個人的基因組成，以及他先前的經歷和生活歷史，因而不同的人會有不同類型的神經元表征集群，一個腦中的感受很難在另一個腦中復制。其次，任何一種主觀知覺都是由多個位置的主節點共同編碼的。例如，我想告訴你關于紫色的主觀體驗，就得把有關信息從這些節點傳輸到腦中的相關語言中樞，然后再反饋回到聲帶與舌頭。由于皮層中總有大量的反饋聯結，因此在傳輸過程中必然對信息進行重新編碼。因此，控制我語言的運動神經元所表征的外顯信息與顏色主節點的外顯信息相關，但不完全一致。

既然我們的意識和主觀體驗是一群神經元集群的發放活動。那么我們為什么會有一種自我意識呢？或者說為什么我們總是感覺到意識在控制我們的行為呢？科赫指出。這是一種常識的、錯誤的“小人假謬”觀點，是一種荒誕的幻想，它是我們祖先或普通民眾由于缺乏大腦神經解剖學的知識，而根據體驗把大腦額葉皮層神經網絡接收后皮層的感覺輸入并做出決策、傳達決策于相應的運動處理單元的過程看作一種“自我的監控”的結果。然而，前額葉皮層的神經網絡是一群高度程序化、復雜化的神經元，它們聯系著一連串的感覺一運動結合而成的精巧的運動程序。就其活動來說，它們是無意識的，因為激活NCC需要動用大量的計算和記憶資源，這在自然界生存競爭中幾分之一秒就關系到生死的情況下，無疑是不可能的。意識的作用或功能就在于可以訓練這些感覺—運動單元，慢慢地把有意識的活動變成無意識的活動。特別是當這些無意識的活動目標產生沖突的時候，意識可以對它們的運動進行協調。科赫說，我們實際上是僵尸和有意識的自我的統一體，取長補短，協同工作，這是自然選擇的雙重策略。

四、結語：大膽假設小心求證

科赫通過尋訪NCC來探討意識之謎，自然引起了當代心靈哲學家的關注。但塞爾認為，這種策略本身就值得討論。從這個策略來看，第一，找到NCC：第二，通過測試研究意識與NCC真正的因果關系；第三，建立一個意識理論，使因果關系系統化。塞爾說，假若第一步如科赫所說NCC是皮層一丘腦中間一系列神經元集群的同步發放活動，那么第二步就要操控有關現象，測試有關NCC對于意識的存在是否充要。這樣，我們就需要解釋大量的神經病理學、分子生物學等例子，然而這些例子的解釋需要我們的背景預設或者說相關的意識理論。而且現在的研究工具（正電子發射層析成像掃描、CAT掃描、功能性磁共振成像技術）也不能識別NCC，因為很難說清大腦活動哪些與意識有關聯。接下去.塞爾認為科赫提出的意識理論也只是假說，它可以概括為“積木理論”。即任何意識都是由其各部分所組成的。把這些積木拆開，我們就有了關于整個意識結構的鑰匙。言下之意，科赫的意識理論就是一種還原論。

筆者不完全同意塞爾的批評，贊同科赫通過吸收自然科學的成果來解決意識之謎。當然，科赫的意識理論確實是有問題的。從整體來看，科赫的意識理論并不是塞爾所說的還原論或“積木理論”.而是建立在整體論和還原論基礎上的突現論。正是由于這一突現論色彩，科赫的假說中包含著本質主義和內在主義的傾向，因此存在許多問題：（1）意義問題：神經元表征的意義究竟是內在還是外在的？科赫說，在NCC中主節點都有內隱的信息，是內在的表征，那么為什么眾多神經元集群在一起的時候就有了外顯的表征信息？如果它是突現的屬性，那么它是不是與內在神經元屬性不同？（2）主觀經驗特性問題：科赫認為主觀經驗是一組神經元符號表征，同時又具有私人性，這在邏輯上是矛盾的。因為，假如我們能夠復制這些神經元符號，就可以制造出主觀經驗來。它可以為第三者所體驗，那么如何說具有私人性呢？科赫認為這涉及到復雜的運算或處理過程，甚至是先天的因素，實際上是無法復制出相同的主觀體驗的。但是，經驗研究存在著困難，并不能代表著沒有邏輯上的可能性。（3）自我問題難以自圓其說。科赫認為人是由無意識的自主體與有意識的自主體構成的，它們是自然選擇的雙重策略，而且有意識的自主體并不是直接作用于人類的行為。它只是為執行思考、計劃及其相關的活動的額葉皮層輸送相關概要信息，這實際上解構了常識的“自我”。沿此思路，我們可以得出，人類存在著兩個不同的“自我”。正如英國當代心理學家埃文斯（Jonathan St.B.Evans）的“一腦兩心”理論，即人類的心靈中存在兩個不同的獨立的認知系統或過程：“第一種過程（類型1）被描述為即快速的、自動地加工大部分信息的過程；第二種過程（類型2）被描述為緩慢、序列和有限地加工過程，但明顯受到有意識控制。”因此人類大腦之中應當存在著兩個心靈.對應著兩個不同的自我：一個是直覺性的自我，一個是反思性的自我。那么接下去，科赫就要回答哪個“自我”對行為負責。他說，真正的自我實際上是無意識的自主體，而有意識的自我只是為了處理復雜的信息而訓練感覺一運動行為以加工成無意識的活動而存在的。如果無意識自我是人類活動的原因，那么我們還有沒有自由意志？有意識的自我又如何與無意識的自我共處一室？筆者認為，當科赫把意識作為一種突現的屬性時，自我也就突現了。人類也就開始了與生物屬性的自我的斗爭。而如果他回到原來的無意識自我，那么他就與其他神經生物學家的還原論策略沒有什么區別了。

意識是由大腦神經元、身體結構和環境共同構成的，尋找意識不能僅限制在大腦神經關聯物之上，它應當延展到自然、社會環境之中。正是由于我們的心靈或意識是這樣一種復雜的結構性產物，因此，在研究尋找意識的關聯物之前，我們還是要持謹慎態度，堅持大膽假設，小心求證。這才是科學家和哲學家在探討意識問題上的應有立場。