你真的明白自己的大腦在想什么嗎

尼爾·K·賽斯

理解意識的最佳方法是什么？宇宙是否應如勒內·笛卡爾所稱被劃分為“精神存在”和“物質存在”？在哲學領域，對此的爭論幾個世紀以來從未休止。但現代神經科學的興起已驗證了一種更為務實的方法：一種由哲學指導但不依賴哲學研究提供答案的方法。其關鍵在于認識到為什么解釋意識的存在對揭示其物質基礎的進展——開始建立從主觀及現象到客觀及可衡量的解釋性橋梁——并非必要。

在布萊頓薩塞克斯大學薩克勒意識科學中心工作時，我與認知科學家、神經科學家、精神病學家、數學家以及哲學家合作，在腦成像儀及虛擬現實向導儀器的輔助下，致力此項研究。與其他實驗室一起，我們逐漸意識到這個領域獲得了令人興奮的新見解，這種見解會給醫學帶來巨大的變化，反過來又給智能和倫理帶來新挑戰。在我的研究中，一個新的景象正在形成，其中意識體驗被視為研究大腦和身體如何一起工作、以維持生理完整性（保持生命）的基礎。按照這個理論，人是有意識的“野獸機器”。我來解釋一下其中的原因。

讓我們從大衛·查爾默斯繼承自笛卡爾的、很有影響力的“容易問題”和“疑難問題”的區分開始。“容易問題”是理解大腦（和身體）如何產生感知、認知、學習及行為的。“疑難問題”是理解它們為何如此運行以及如何與意識相關聯的：為什么我們不僅僅是沒有任何內在的機器人或哲學僵尸？人們很容易認為解決“容易問題”（無論這可能意味著什么）會對解決“疑難問題”毫無幫助，使得大腦的意識基礎成為奧秘。

這里有一個替代方案，我喜歡稱之為現實的問題：如何解釋意識在生物機制方面的各種屬性;不用假裝它不存在（容易問題），也不用過于擔心解釋它的存在（疑難問題）。（熟悉神經內科學的人會看到一些相似之處，但也有差異，下文將會提到。）

這種方法在歷史上曾有過類似的運用，例如它曾被用在生命的研究中。生物化學家曾經懷疑生物機制是否可以解釋生命的特質。今天，雖然我們的理解仍然不完整，但最初的神秘感已經在很大程度上消失。生物學家只是掌握了解釋生命系統各種性質的基礎機制：新陳代謝、體內平衡、繁殖等。從中得到的一個重要的經驗是：生命不是“一件事”。相反，它有許多潛在可分離的方面。

以同樣的方式解決意識的現實問題依賴于區分意識的不同方面，并將它們的現象學屬性（對意識經驗是什么這個問題的主觀第一人稱描述）映射到底層的生物機制（客觀第三人稱描述）。從區分意識水平、意識內容和意識自我開始是個不錯的選擇。意識水平必須與有意識相關——無夢的睡眠（或全身麻醉） 與完全清醒并有意識之間的區別。意識內容是當你有意識時構成你內心世界、填充你意識經驗的事物：風景、聲音、氣味、情緒、思想和信念等。作為自我的獨特體驗就包含在這些意識內容中。這是意識自我，可能是與我們關系最密切的意識的一方面。

構成我們意識能力基礎的基本大腦機制是什么？值得一提的是，意識水平與覺醒并非完全一致。當你做夢時，即使是在睡眠中，也會產生意識經驗。在一些病理情況下，如植物人狀態（有時稱為“覺醒無意識”），病人完全沒有意識，但仍然經歷睡眠和清醒的循環。

那么，明確有意識（相對只是清醒而言） 的基礎是什么？涉及其中的并非只是神經元的數量。小腦（位于大腦皮層后部）具有的神經元數量是大腦其余部分的約4倍，但幾乎與維持意識水平無關，甚至不是神經活動的整體水平。無夢的睡眠中，人的大腦幾乎與在有意識的清醒時一樣活躍。可以這樣說，意識似乎取決于大腦不同部位如何以特定的方式彼此交流。

米蘭大學神經科學家馬塞洛·馬西米尼的一系列研究為這一觀點提供了有力的證據。在這些研究中，大腦受到短暫的能量脈沖刺激（使用被稱為經顱磁刺激的技術，并且其電“回波”使用EEG 記錄）。在無夢的睡眠和全身麻醉期間，這些回聲非常簡單，如同將石頭投入靜水中產生的波紋一般。但在有意識狀態期間，典型的回波廣泛分布在大腦皮層表面，并以復雜的方式消失、重現。令人興奮的是，我們現在可以通過弄明白如何壓縮這些回波（類似于使用簡單的算法將數

字照片壓縮為JPEG文件），來量化它們的復雜性。能夠做到這一點意味著向兼具實用性和理論激勵性的“意識測量儀”邁出了第一步。

意識的復雜性測量已經被用來跟蹤睡眠和麻醉狀態下意識的變化水平。它們甚至可用于檢查腦損傷后的任何意識持續性，而基于患者行為的診斷有時是誤導性的。在薩克勒中心，我們正致力不依賴大腦刺激，而是通過在自發神經活動——大腦的持續“回聲”——基礎上計算“大腦復

雜性”，改進這些測量的實用性。有望測量意識，量化其有無的能力，將轉變我們的科學理念，正如我們對熱量的身體感知（作為平均分子動能）依賴于1 8世紀出現的第一個可靠的溫度計一樣。開爾文爵士這樣說：“在物理科學中，學習任何學科的第一步必須是找到數字推算原理和測量與之相關特性的可行方法。”簡單地說就是：“測量即知曉。”

但是，大腦復雜性測量中測量的“特性”是指什么？這就是關于意識的新理論發揮作用之處。20世紀90年代末，杰拉爾德·埃德爾曼（我在圣地亞哥神經科學研究所的導師）和現在在麥迪遜威斯康星大學工作的朱利奧·托諾尼開始認為，意識經驗具有獨特的高度“信息性”和高度“集成性”。

捕獲信息和集成共存的數學映射到新興的大腦復雜性測量

“意識是信息性的”是指每個經驗都不同于曾經有的或可能有的每一個其他經驗。看著面前的桌子和窗外，我從來沒有經歷過現在的情景：咖啡杯、電腦和云朵。當與所有其他的感知、情緒和思想同時存在時，這種體驗變得更加獨特。每種意識經驗都涉及大量不確定性的減少，任何時候我們都有許多可能經驗中的一種。這里的“不確定性的減少”指的是數學上的“信息”。

意識被集成是指每個意識經驗表現為一個統一的場景。我們不能獨立于形狀來體驗顏色，也不能獨立于背景來體驗對象。我現在意識到，經驗的許多不同元素——計算機和咖啡杯、巴赫的舒緩音樂以及我對接下來寫什么的擔心——似乎作為意識這個完整狀態的各個方面被深深捆綁在一起。

事實證明，捕獲信息和集成共存的數學映射到上面描述的新興大腦復雜性測量。這并非偶然，它是“現實問題”策略的應用。我們在主觀經驗的層面上描述意識，并將其映射到大腦機制的客觀描述。

一些研究人員進一步分析這些想法，以解決疑難問題本身。該方法的先驅托諾尼認為，意識只是集成的信息。這是一個有趣且大膽的提議，但它是以承認意識可以存在于任何地方和一切事物（泛心論的哲學觀點）為代價的。所需的附加數學曲解也意味著，在實踐中，對于任何現實的復雜系統，測量集成信息變得不可能。對于說明將疑難而非現實問題作為目標如何減緩甚至停止實驗進展，這是一個有說服力的例子。

有意識是指我們意識到了某些東西。大腦中是什么在決定意識的內容？尋找所謂的“神經關聯意識”（NCCs）一直都是解答該問題的標準方法。20世紀90年代，弗朗西斯·克里克和克里斯托夫·科赫將NCC定義為“對于特定意識感知足夠的神經元事件和機制的最小集合”。這個定義在過去的25年里一直適用，因為它直接通向實驗。我們可以使用（例如）EEG和功能性MRI將意識感知與無意識感知進行比較，尋找腦活動的差異。方法有很多。最流行的一種是雙眼競爭：向每只眼睛呈現不同的圖像，使得有意識感知從一個轉換到另一個（同時感覺輸入保持不變）。另一個是掩蔽：短暫瞬間圖像迅速跟隨無意義的圖案。第一圖像是否被有意識地感知取決于圖像和掩模之間的延遲。

諸如此類的實驗已經識別始終與意識知覺相關聯的腦區域，并且與該知覺是否是視覺、聽覺，還是其他一些感覺形態無關。這個理論的最新進展涉及實驗，嘗試將參與產生有意識感知的腦區域與參與產生意識知覺本身的腦區域區分開。雖然這些實驗很強大，但它們并不真正解決意識的“現實”問題。例如，后腦皮質“熱點”在有意識感知期間被可靠地激活并不能解釋為何該區域的活動應該與意識相關聯。為此，我們需要一個感知的普遍理論來描述大腦在做什么，而不只是哪個部位在做。

19世紀，德國博學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲提出，大腦是一個預測機，我們看到的、聽到的和感覺到的都只不過是大腦對其感覺輸入成因的最佳猜測。這樣來想一下。大腦被鎖在頭蓋骨內，它接收到的是間接與世界上的物體相關、模糊且嘈雜的感覺信號。因此，感知必須是推理的過程，其中不確定的感覺信號與先前的期望或對世界的“信念”結合，形成大腦對這些感覺信號成因的最佳假設——咖啡杯、計算機和云朵。我們看到的是大腦關于那里是什么的“最佳猜測”。

在實驗室和日常生活中，很容易找到預測感知的例子。走在一個迷霧的早晨，如果我們期待在公交站遇到某位朋友，我們就可能會覺得她在那里，直到仔細辨別發現是一個陌生人。如果期待，我們也可以聽到無聊噪音中的言語。即便是非常基本的感知元素也是由我們視覺系統中編碼的無意識信念塑造的。例如，我們的大腦已經進化為相信光從上面來，這就影響了我們在陰影中感知形狀的方式。

人們有意識地看到他們期望的， 而不是違反他們的期待

經典的感知觀是，大腦以自下而上或由外到內的順序處理感覺信息：感覺信號通過接收器（例如視網膜）進入，然后深入大腦，每個階段越來越多地進行復雜和抽象的處理。依照該觀點，感知的“重任”是通過這些自下而上的連接完成的。亥姆霍茲的觀點顛倒了這個框架，認為從外部世界進入大腦的信號只傳達預測錯誤：大腦期望和它接收之間的差異。感知內容由反方向（自上而下） 上流動的感知預測承載，從大腦內部向外到感覺表層。感知涉及通過不斷更新大腦的預測，在大腦感覺系統內的許多處理水平上同時最小化預測誤差。在這種經常被稱為“預測編碼”或“預測處理”的觀點中，感知是受控的幻覺，其中大腦的假設通過來自世界和身體的感覺信號不斷地被抑制。“這是一個與現實相符的幻想。”心理學家克里斯·弗里斯在《制造心靈》（2007）中如是說。

憑借該感知理論，我們可以重新探討意識。現在，不是詢問哪些腦區域與有意識（或無意識）的感知相關，而是要問：預測知覺的哪些方面與意識相關聯？現在的許多實驗表明意識更多地取決于感知預測，而不是預測誤差。2001年，哈佛醫學院的阿爾瓦羅·帕斯卡·萊昂內和文森特·沃爾什要求被測試者報告漂移點云的運動方向（所謂的“隨機點運動”）。他們使用TMS專門中斷視覺皮層的自上而下的信號，發現這樣做消除了運動的有意識感知，即使自下而上的信號保持完好。

最近，在我的實驗室，我們在更詳細地探討意識知覺的預測機制。在幾個實驗——使用前面提到的雙眼競爭法的變體——中我們發現，人們有意識地看到他們期望的，而不是違反他們的期待。我們還發現，大腦在所謂的阿爾法節律——在大約10赫茲的EEG信號中的振蕩（大腦視覺區域尤其突出）——的優選點（或階段）施加其感知預測。這是令人興奮的，因為它讓我們看到了大腦如何實現類似預測知覺，并且對一個眾所周知的大腦活動現象——阿爾法節律——帶來了新的曙光。

預測處理還可以幫助我們理解視覺體驗不尋常的形式，例如伴隨精神病或迷幻行為的幻覺。基本觀點是，當大腦對進入的感覺信號注意太少時產生幻覺，使得感知變得異常地由大腦先前的期望控制。不同種類的幻覺（從線條、圖案和紋理的簡單的幾何經驗到充滿物體和人的豐富幻覺敘述）可以通過大腦的過度渴望來解釋，以確認其在皮質層級中不同水平的預測。這項研究有重要的臨床前景，因為它得到了精神病癥狀的基礎機制。這類似于抗生素能解決感染的根源，而止痛藥不能。

在我們內心世界的許多獨特經驗中，有一個是非常特別的。這便是作為自我的體驗。因為它們似乎總是存在，我們也經常在主觀存在中感覺到它們的連續性，因此我們通常把自我體驗當成理所當然的。（當然，在全身麻醉情況下出現的除外。）但正如意識不僅僅是一個事物，意識自我也應該被理解為由大腦產生的復雜結構。

身體自我指的是身體的體驗以及擁有獨一無二身體的體驗。透視自我是指從特定的第一人稱觀點感知世界的體驗。意志自我包括意向、代理（做事情的欲望）以及作為事情發生成因的體驗。在更高的層次，有敘事和社會自我。敘事自我是“我”作為一個連續和獨特的人隨著時間的經驗，建立豐富的自傳體記憶。社會自我是由獨特社會環境塑造的，通過感知他人思想被映射的自我體驗的一部分。

日常生活中，很難區分這些維度的自我。我們作為看似統一的整體存在，身體自我的體驗似乎與過去的回憶以及我們的意志和代理的經驗無縫融合。內省可能不是一個好方法。許多實驗和神經心理學案例研究都得出，大腦主動且連續地生成和協調自我體驗的這些不同方面。

我們作為和擁有身體的體驗是一種非常獨特的“控制幻覺”

讓我們以身體自我為例。在著名的“橡膠手錯覺”中，我要求被測試者把注意力集中在一只假手上，而他真正的手不在視線內。如果我同時用一個軟的畫筆撫摸他真正的手和假手，他可能會產生不可思議的感覺：假手不知何故已成為他身體的一部分。這揭示了我們如何體驗“擁有”我們的身體，并且引發了一個問題：大腦如何確定世界的哪些部分是其身體，而哪些部分不是？

為了回答這個問題，我們可以采取與構成其他形式感知基礎同樣的過程。大腦根據先前的信念或期望以及可用的感覺數據做出“最佳猜測”。在這種情況下，相關的感覺數據包括身體特有的信號，以及諸如視覺和觸覺的一般感覺。這些身體感覺包括本體感受，其標志身體在空間中的位置以及內感受，涉及從身體內部傳遞信息的一大批輸入，諸如血壓、胃張力、心跳等。體現自我的體驗取決于跨內感受器和本體感覺通道以及跨越一般感覺的感覺信號與身體相關成因的預測。我們作為和擁有身體的體驗是一種非常獨特的“控制幻覺”。

我們的實驗研究支持這個想法。在一個實驗中，我們使用所謂的增強現實來開發一個新版本的橡膠手錯覺，旨在檢查內感受器信號對身體所有權的影響。被測試者通過頭戴式顯示器觀看周圍環境，專注于出現在面前的自己手的虛擬現實版本。這個虛擬手被編程為溫和閃爍的紅色，時而與心跳保持一致，時而不同。我們預測當與心跳同步發出脈沖時，人們會體驗到對虛擬手更強的認同感，而這正是我們發現的。其他實驗室發現類似的原則適用于有意識自我的其他方面。例如，當傳入的感覺數據與行動的預期后果相匹配時，我們經歷代理事件，并且追溯到該預測過程中的異常。

這些發現讓我們再次回過頭來看笛卡爾的理論。取代“我思故我在”，我們可以說“我預測（自我）故我存在”。作為你（或我）的獨特體驗只是大腦對自我相關感官信號成因的最佳猜測。

這是最后一個轉折點。預測模型不僅有助于弄清楚感覺信號的成因，而且還允許大腦通過改變感覺數據以符合現有預測來控制或調節這些原因（這有時被稱為“主動推斷”）。當涉及自我，特別是其深刻體現的方面時，有效的監管可能比準確感知更重要。只要我們的心跳、血壓和其他生理數據保持在可行范圍內，缺乏細節的知覺表征可能就沒有關系。這可能與“作為身體”體

驗的獨特性有關。

最后一次回到笛卡爾的理論。在將心靈與身體分離時，他認為非人類的動物只不過是沒有任何內心世界的“野獸機器”。在他看來，生理調節的基本過程與心理或意識相關很少或無關。我的看法剛好相反。在我看來，我們對意識自我體驗的基本方面可能取決于對我們凌亂的生理、我們的動物血液和內臟的控制導向的預測知覺。我們是有意識的自我，因為我們也是野獸機器——關心自身生存，自立的肉體。