意識的層級性和豐富性：解讀意識的兩條路徑

摘" 要" 意識的層級性指意識加工模式究竟是遵循“全或無”還是“漸變”機制; 意識的豐富性指意識的表征內容究竟是“豐富的”還是“貧乏的”。層級性和豐富性分別從加工質量和加工范圍兩個角度對意識體驗加以探索。它們是解讀意識這一人類基本科學問題的兩條重要路徑——任何有關意識形成機制的理論， 都必須對這兩個問題做出全面、準確、合理的解釋。全面梳理和分析這兩個問題的最新研究進展， 有助于厘清相關研究問題中不同觀點的爭論， 并能夠揭示出兩個問題之間的內在關聯， 即二者都涉及意識的形成是否必須依賴認知取用的爭論。未來相關研究可以通過改進實驗范式及方法， 積極探索新的理論假說， 為不同情景中意識層級性和豐富性的復雜性表現提供統合解釋。

關鍵詞" 意識， 層級性， 豐富性， 認知神經機制， 意識形成機制理論

分類號" B842

1" 引言

意識被認為是心智和心靈狀態的核心特征（Kim， 2011）， 也是哲學、心理學和認知科學長期關注的一個研究領域（Seth amp; Bayne， 2022）。然而在日常生活以及不同的研究領域中， “意識”概念卻有著豐富的外延（extension）， 它既可以指伴隨著認知活動、一般也稱為“覺醒” （wakefulness）的整體意識狀態， 也用于指稱自我意識、形而上學中作為心靈實體（entity）的意識（van Gulick， 2022）。本文則主要聚焦于認知心理學研究中的“意識”， 即特定認知加工任務中， 基于特定刺激所產生的意識內容和相應的局部意識狀態。

當看到外界刺激（如看到一個紅點）時， 一方面我們會對它形成一種主觀體驗（如對紅色的主觀體驗）， 這種第一人稱的“what-it-is-like”體驗被認為是意識狀態的判斷標準（Kim， 2011; Nagel， 1974）; 但另一方面我們也會針對這個刺激做出各種反應， 比如會對它形成記憶（記住出現了一個紅點）， 說出這個刺激的存在（“有一個紅點”）， 根據它做出相應的判斷和決策（如判斷出那是NOGO指令并決定不反應）等等。那么我們對刺激形成的主觀意識體驗， 它與那些被認知系統（包括記憶、語言、決策、注意選擇和反應控制等子系統）進一步獲取、利用的信息， 即得到認知取用（cognitive access）的信息（Block， 2011; Dehaene et al.， 2017）， 是否具有內容上的一致性？二者的形成機制是否相同？主觀意識體驗與認知取用加工的關系以及意識的形成機制， 是意識研究的一個重要方向（Fazekas amp; Overgaard， 2018; van Gulick， 2022）。

雖然目前關于意識還沒有一個公認的定義， 但意識的最大特點就是個體對內外環境的主觀體驗， 這種主觀體驗具有不同的側重面：從意識內容的加工質量角度， 意識表征存在不同的清晰度和穩定性——即意識體驗的層級性（The Gradedness of Consciousness） （如Jimenez et al.， 2021; Kim amp; Chong， 2021; Mashour et al.， 2020）; 從意識內容的加工范圍角度， 意識表征存在不同的廣泛程度和復雜程度——即意識體驗的豐富性（The Richness of Consciousness） （如Fu et al.， 2021; Howe amp; Lee， 2021; Xu et al.， 2020）。

不同的實驗范式可以從不同角度入手對意識體驗加以測量。近年來， 一些實驗范式從加工質量——清晰度和穩定性入手， 對意識層級性問題——即意識的形成與加工到底是遵循“全或無” （all-or-none）、二分（dichotomous）模式， 還是從低到高連續變化的“漸變” （gradual）、層級（graded）模式， 開展了探討。例如， 研究者通過知覺意識量表（perceptual awareness scale， PAS; 1點至4點或1點至21點， 1點對應無感知， 4點和21點對應完全清楚感知， 中間點對應不同程度的感知水平）來測量被試對刺激的視覺意識水平（Rams?y amp; Overgaard， 2004; Sergent amp; Dehaene， 2004）。同時， 另一些實驗范式則從加工范圍——廣泛程度和復雜程度入手， 對意識豐富性問題——即個體對外來刺激所形成的意識表征是豐富的（rich）， 還是貧乏的（sparse/impoverished）， 開展了探討。例如， 研究者采用大量報告范式（massive report paradigm， MRP）測量個體對刺激的意識加工的廣泛程度， 即在被試觀看完某張圖片后， 多次呈現該圖片或其他圖片的部分內容， 要求被試判斷呈現的這些部分內容是否屬于原始圖片（Liang et al.， 2022）。在研究者采用不同的范式對意識主觀體驗進行探究的過程中， 研究者提出了各種學說和理論來解釋不同甚至相互矛盾的實驗結果， 因此， 當前對意識層級性和意識豐富性的探索， 正分別從意識體驗質量和意識體驗范圍兩個角度來豐富和發展意識的形成機制研究。

從研究方法角度需要特別注意的一點是， 過往關于意識和無意識加工的實驗研究發現， 個體的意識閾限可以分為兩類：客觀閾限和主觀閾限（Cheesman amp; Merikle， 1984， 1986; Stein et al.， 2021）， 通常后者要高于前者?？陀^閾限主要體現在被試的客觀行為反應上， 如刺激辨別任務中被試判斷的正確率， 客觀閾限以下對應被試的迫選正確率等于或低于猜測概率/隨機概率; 主觀閾限則是由被試的主觀匯報（即有無觀察到刺激呈現）測得， 主觀閾限以下則對應被試匯報未覺察到刺激的情況， 此時主觀匯報與被試反應之間可能出現分離——即被試的迫選正確率可能顯著高于， 也可能等于或低于猜測概率/隨機概率。意識的層級性和豐富性的研究方法中， 存在兩種方法的混合使用， 兩者相輔相成。例如， 在典型的意識層級性研究（Kim amp; Chong， 2021）和意識豐富性研究（Del Pin et al.， 2020）中， 以PAS測量為代表的主觀意識指標和以迫選正確率為代表的客觀意識指標均被同時使用; 但是無論使用哪種指標， 研究重點都是在同一意識測量類型（主觀或客觀指標）內部， 對不同實驗條件之間意識體驗的可能差異加以比較。

意識的層級性和豐富性雖然從兩組不同范式的研究發展而來， 但它們卻存在密不可分的內在聯系：二者從不同角度折射出意識加工和表征形成機制的特性， 反映出主觀意識體驗在不同方面的特征; 并且二者的核心都涉及到主觀意識體驗的形成是否必須依賴于認知取用加工的爭論。特別是， 近年來， 意識研究領域提出的新理論， 例如建立在自我監控和記憶基礎上的高階記憶理論（higher-order mnemonic theory， HOMT， Lau et al.， 2022）和意識形成的雙神經網絡理論（Graziano， 2022）， 均以理論構想的方式， 對如何在意識形成機制中同時實現意識體驗的加工質量和加工范圍有所涉及（詳見“總結、討論與展望”）。因此， 對這兩個問題的聯合思考， 不但有助于解決每個問題中不同觀點的碰撞; 更為重要的是， 有助于回答意識形成機制——即“意識到底是什么， 意識如何產生？”這一人類基本科學問題（Koch， 2018）。

本文將首先對意識層級性和豐富性的最新研究進展進行全面梳理和分析， 借以厘清相關研究問題中不同觀點的爭論; 其次將對這兩個問題與意識形成機制的內在關聯進行討論; 最后， 對如何更好地推進意識層級性和豐富性研究， 以及如何為兩問題及其中對立的觀點與實驗現象提供統合的解釋進行了述評和研究展望。

2" 意識加工模式的層級性問題

基于實證發現， 研究者們對意識的加工模式， 特別是意識加工的層級性問題提出了四種理論假說。第一種假說主張意識加工遵循“全或無”模式（all-or-none access to conscious perception; 如Baars， 1988; Dehaene et al.， 2017）， 即只有當信息加工符合一定條件時， 個體才會形成關于該信息的意識， 否則不形成意識。第二種假說則認為意識形成所需要滿足的條件較低， 當所涉及腦區活動逐步增加時， 所形成意識表征的質量也會逐步提升， 即意識加工遵循“漸變”模式（graded visual awareness; Lamme， 2006; Zeki， 2003）。第三種假說采用“全或無”模式的理論內核， 但將意識表征進行不同維度的分解， 并通過多個獨立維度意識表征的疊加（summation）來解釋意識為何具有層級性的外在表現（即基于“全或無”的層級意識， all-or-none-based Gradedness of Consciousness） （如部分意識假說; Kim amp; Chong， 2021; Kouider et al.， 2010）。近期還有研究者將“全或無”及“漸變”兩種加工模式進行條件整合， 形成具有復合特征的第四種假說（即整合說， integrated view） （如加工水平假說; Jimenez et al.， 2021; Windey amp; Cleeremans， 2015）。下面分述這四種假說及相應的研究進展。

2.1" “全或無”加工模式

在主張意識加工遵循“全或無”機制的理論中， 全局工作空間理論（global workspace theory， GWT） （Baars， 1988）由于得到較多實證支持而廣為流傳。GWT理論認為人腦中有一個聯結感覺輸入、注意、記憶、語言報告、行動計劃等多個腦功能的“工作空間”， 感官信息只有在該空間內“廣播” （broadcast）并被多個腦區接收、加工時， 個體才會對該信息產生意識。因此， 信息得到工作空間內認知（子）系統的獲取和利用， 是意識形成的必備條件——“先有取用， 才有意識”。在GWT基礎上， 有研究者（Dehaene et al.， 1998， 2006， 2017）進一步完善了該理論的神經機制， 提出全局神經工作空間理論（global neural workspace theory， GNWT）。GNWT認為， 工作空間內信息的“廣播”受一種廣泛分布的長軸突錐體神經元（即GNW神經元）調控。該神經元與前額葉、頂葉等負責運動、記憶、注意功能的多個腦區內的神經元形成雙向聯結， 從而能夠同時接收和傳遞自下而上與自上而下的信息， 以實現對不同腦區信息加工的激活或抑制。當大量GNW神經元被同步激活時， 就會在工作空間內產生所謂“點燃” （ignition）的非線性神經活動（Gelbard-Sagiv et al.， 2018）， 使感官信息得到廣播并形成意識。GWT和GNWT認為意識只存在“全或無”兩種加工模式（類似“閾限”的概念）而沒有中間狀態——即要么表征得到“廣播”形成完全意識， 要么不形成意識。

意識的“全或無”加工模式得到了許多實證研究的支持（見綜述：Mashour et al.， 2020）。例如， Sergent和Dehaene （2004）利用注意瞬脫（attentional blink， AB）為意識的“全或無”加工提供了行為證據。Dehaene和Changeux （2011）則通過比較被試有無意識條件下的神經活動， 發現刺激呈現200～ 300 ms后的時間窗內， 神經活動會突然出現非線性差異性變化， 從而為GNWT的非線性“點燃”提供了神經證據。此外， Sanchez等（2020）通過比較視覺、聽覺、觸覺等通道的知覺意識加工， 進一步證實了“點燃”神經活動具有跨通道（cross-modality）普遍性。

但是， GNWT對于意識產生的神經機制的論述受到了研究者的質疑（如F?rster et al.， 2020）。如上段所述， GNWT認為在刺激呈現200～300 ms后， “點燃”發生進而產生意識， 因此GNWT預測腦電成分P3可能是意識產生的標志物（見本文4.2）。 但是， Koivisto等（2016）通過對比GO和NOGO兩種任務條件下的P3波幅， 發現在有意識條件下， P3波幅的增強依賴于GO條件中的主觀報告。有研究者進一步采用無報告范式（no-report paradigm）發現， 在不需要報告刺激類別（動物、物體或無）的情況下， 即便被試能夠清晰感知到刺激， 也并不能產生顯著的P3成分（Cohen et al.， 2020）。這些結果提示P3的出現可能不是意識產生的標志， 而是與個體是否執行匯報有關。雖然這些結果并不能完全推翻GNWT的理論建構， 但從一定程度上削弱了其對意識層級性的解釋效力。

2.2" “漸變”加工模式

此類理論主張局部神經皮層內的信息加工即可形成意識， 并且所形成意識的質量（如表征的清晰度和穩定性）會隨著信息加工所涉及腦區的差異而變化（Eiserbeck et al.， 2021; Lamme， 2006; Zeki， 2003）。與GWT/GNWT不同， “漸變”觀點主張信息的廣播和認知取用并非意識形成的必要條件; 相反， 局部神經加工就可以形成不可報告的低質量意識; 而在高級皮層的進一步參與下， 意識表征的質量得到提升， 并部分地得到認知取用加工——即“意識無需取用， 可先有意識后部分取用”。其中， 最小意識理論（micro-consciousness theory， MCT）認為， 在加工特定屬性的皮層區域內就可以形成針對該屬性的意識， 而當信息在更多皮層區域間傳播時， 則可以進一步將多個屬性意識加以綁定（binding）而形成宏觀意識（macro- consciousness）， 直至個人的整體意識（unified- consciousness） （Zeki， 2003）。另一更具有代表性的循環加工理論（recurrent processing theory， RPT）則認為， 僅憑低級感覺皮層中的快速前饋掃描（feedforward sweep）尚不足以產生意識， 但感覺皮層中不同高低加工水平模塊間的循環加工， 即皮層區域間信息的互相流通， 使前饋和反饋的信號形成閉合環路， 就是形成不同質量的意識表征的充分條件， 且基于局部循環加工所形成的意識無需注意參與（attention-free）; 只有當額頂葉神經網絡和語言相關的更高級皮層也參與循環加工時， 才形成可通過語言或行為進行主觀報告的高質量意識表征（Lamme， 2006）。由于MCT和RPT都認為意識能以較低質量的樣態（僅針對特定屬性， 且無法語言報告）產生， 并且可以隨著加工所涉及腦區的增加而形成更高質量的樣態（如涉及多個屬性， 且能主觀報告）， 因此可以將MCT和RPT的主張概括為意識表征的質量從低到高的“漸變”性意識加工模式。

與“全或無”模式相比， “漸變”模式的一項優勢在于可以與層級意識現象相融洽并為其提供合理解釋。層級意識現象最早由Zeki和Ffytche （1998）在對盲視（blindsight）患者的研究中發現。盲視是因負責視覺加工的腦區受損所導致的視力缺陷， 患者對其視野內某一區域缺乏主觀視覺體驗， 卻能在客觀迫選任務中對呈現在該區域內的刺激做出高于概率水平的表現（Mazzi et al.， 2019）。先前研究往往將盲視癥狀歸因于無意識加工， 但Zeki和Ffytche卻發現患者并沒有完全喪失其盲視區域內的視覺意識， 而是仍然具有一定程度的模糊視覺（即患者對該區域的視覺意識水平高于蒙眼條件）。而Rams?y和Overgaard （2004）向健康被試呈現閾值水平的刺激， 并使用改進的四點知覺意識量表（1～4分別對應：無感知， 大致感知， 幾乎清楚感知， 完全清楚感知）來測量視覺意識水平。其結果發現， 隨著刺激呈現時間的增長， 被試的PAS評分也發生“漸變”式變化， 表明個體的意識水平可能介于無意識和完全意識水平之間， 因而為“漸變”加工模式提供了直接實驗證據。

但“漸變”意識加工模式也受到了一定質疑， 例如有觀點認為MCT、RPT等理論雖然提出局部區域內的加工可以產生意識， 卻沒有對意識形成所需要的條件進行嚴格定義， 這可能導致對意識概念的泛化——“即使在其報告沒有意識時， 被試可能也產生了意識”， 進而造成意識存在與否的判斷難題（Cohen amp; Dennett， 2011）。另外， 近期也有研究者（Michel amp; Doerig， 2021）指出， 這類理論無法為發生在300～400 ms時間尺度上的長時程后測（long-lasting postdiction）現象（Drissi-Daoudi et al.， 2019）提供合理解釋。

2.3" 升級“全或無”以解釋層級意識

早期的“全或無”加工模式研究對層級意識現象提出了否定， 例如Sergent和Dehaene （2004）在AB實驗中令被試使用21點PAS量表評估其對第二個目標的意識水平， 結果發現意識評估情況可以完全由無意識和最高水平的完全意識兩個預測因子來解釋， 而無需借助中間水平的意識評分。然而， 近年來的研究發現， 層級意識現象是否出現與所使用量表的長度、實驗范式等都存在相關。過長的量表可能造成被試對意識中間狀態的主動放棄（如21點的中間部分對被試而言意義不明確）; 而當使用3點或4點量表， 以及使用掩蔽等范式時， 層級意識變得非常顯著（Pretorius et al.， 2016）。因此近年來， “全或無”加工模式的支持者（如Kim amp; Chong， 2021; Kouider et al.， 2010）試圖以該模式為核心， 通過將意識表征在多維度加以分解， 來解釋為什么在“全或無”加工內核的基礎上可以產生層級意識現象， 而不必訴諸“漸變”的加工模式。

此類理論的典型代表為Kouider等（2010）提出的部分意識假說（partial awareness hypothesis， PAH）， 該假說認為個體對客體對象的意識加工可以被細分為對客體不同屬性維度（如物理能量、視覺特征、客體名稱、客體語義等）的彼此獨立的一系列“全或無”意識加工。在某個特定時刻， 有些維度的表征經過“全或無”機制達到意識狀態， 另一些維度的表征則未達到意識狀態， 而個體對整個客體的意識就等于多個基于“全或無”機制的意識狀態的疊加， 因此能夠形成介于整體無意識和整體完全意識之間的某個中間意識狀態。

近年來， 多種實驗范式均證實了不同屬性間獨立的意識加工， 從而為PAH提供了支持。例如， Elliott等（2016）利用AB范式， 發現與只需要報告目標刺激的一種屬性信息相比， 被試在需要同時報告有色字母刺激的顏色和字母身份的任務中表現更差。特別是， 當被試無法報告字母身份時， 卻能對其顏色進行正確報告， 說明個體對目標顏色和身份的意識加工彼此獨立。利用連續閃光抑制范式（continuous flash suppression）的研究也發現， 被試在目標刺激的定位和分類任務中表現不一致， 反映出位置和類別意識加工的分離與差異（Kobylka et al.， 2017）。而最近的一項研究（Kim amp; Chong， 2021）將PAH中垂直 （例如從低級的物理屬性到高級的語義加工）的維度分解擴展到了單一特征平行水平（例如不同空間頻率水平）的維度分解， 發現意識表征的分解和獨立加工不但有縱向的等級（hierarchical）結構機制， 也有橫向的平行（parallel）結構機制。具體來講， Kim和Chong （2021）采用重復刺激的時間疊加范式， 發現隨著刺激間隔時長增加， 相對于低空間頻率刺激（低頻率光柵、整體Navon字母朝向、景象的粗略分類）， 被試對高空間頻率刺激（高頻率光柵、局部Navon字母朝向、景象的細致分類）的意識加工水平衰退得更快; 并且在特定時間間隔條件下， 會出現被試對低空間頻率刺激有意識， 而對高空間頻率刺激無意識的分離現象?？傮w來說， 升級后的“全或無”加工模式通過借助意識內容的垂直和（或）平行分解， 可以解釋許多實驗中發現的意識加工的層級表現。

2.4" “全或無”與“漸變”模式的整合

此外， 近期有研究者（Jimenez et al.， 2021; Thiruvasagam amp; Srinivasan， 2021; Windey amp; Cleeremans， 2015）將“全或無”加工模式和“漸變”加工模式加以整合， 提出意識的加工水平假說（level of processing hypothesis， LoP）。該假說認為刺激的屬性特征或任務要求決定了意識加工采用何種模式。具體而言， 對顏色、形狀等低水平物理屬性的意識加工遵循“漸變”模式， 而對單詞、數字和類別等包含語義或概念信息的高水平特征的加工則遵循“全或無”模式。與PAH不同， LoP認為意識表征是不可分割的。

LoP對不同的屬性特征賦予了不同的意識加工模式， 這一主張與不同特征的認知加工水平相匹配：一方面， 物理屬性的差異與變化往往是漸變的、可量化的——如顏色隨光的波長發生連續、線性的變化， 并且對色塊中任一點的顏色識別即可推廣為對整體色塊的識別， 因此相應的低水平意識加工也遵循連續的“漸變”模式; 另一方面， 與概念和語義相關的屬性特征， 其彼此間的差異往往是質性上的——可類比于不同標簽的切換， 例如對單詞“BIG”進行意識加工時， 對中間字母“I”的加工偏差會導致截然不同的結果， 將其加工為“A”則產生“BAG （包）”， 加工為“E”則產生“BEG （乞求）”， 并且對單個字母的識別也不能決定對整個單詞的識別， 因此相應的高水平意識加工遵循二分的“全或無”模式。

LoP也在多項研究中得到了證實：例如， 將視覺掩蔽范式與PAS相結合， 研究者們（Jimenez et al.， 2021; Windey et al.， 2013）發現， 在分辨低水平特征（如刺激顏色）的任務中， 被試選擇PAS中間評分的比例更高， PAS評分與客觀反應正確率的關系更趨線性; 而在高水平任務， 如數字大?。╓indey et al.， 2013）、圖像類別（Jimenez et al.， 2021）的分辨中， 被試選擇PAS中間評分的比例更低， 并且PAS評分與客觀反應正確率的關系更趨向非線性與二分性。此外， 有研究者（Thiruvasagam amp; Srinivasan， 2021）通過比較不同任務下心理物理曲線的斜率和閾值， 也發現意識水平的變化在低水平任務（整體字母分辨任務）中更具層級性。

3" 意識表征內容的豐富性問題

意識不但有加工質量的層級性問題， 還有加工范圍的豐富性問題（Fu et al.， 2021; Howe amp; Lee， 2021; Xu et al.， 2020）——當一幅圖像在我們面前快速呈現時， 我們會感到自己看見了整幅圖， 并對整幅圖里的內容或多或少形成了一定的視覺意識; 但這時若有人詢問我們圖里到底都有哪些具體內容， 我們卻可能說不上來， 或只能對部分內容進行模糊描述。在這種情況下， “看見了整幅圖”的意識體驗是否可信？這種意識體驗到底是基于真實認知加工的外在表現， 還是一種虛假的幻覺？

對于這一問題， 學界內主要存在兩種聲音：一方觀點（Block， 2011; Howe amp; Lee， 2021）認為， “看見了整幅圖”的感覺是真實可信的， 在該情況下我們確實對整幅圖的內容進行了加工， 并形成了相應的意識表征， 但這些只經過初步加工的表征很快就消失了， 只有其中一部分表征得到了認知取用的進一步加工， 比如在工作記憶中得到保留并被語言皮層處理， 從而能夠被我們報告出來。另一方觀點（Cohen et al.， 2016; Dehaene et al.， 2006; Gibbs et al.， 2016）則認為， “看見了整幅圖”的感覺只是一種幻覺， 我們實際上只對一小部分可報告的內容形成了意識表征。簡言之， 前者認為意識表征內容是豐富的， 意識加工的范圍寬廣， 超過工作記憶等認知取用的能力（即意識表征內容的“豐富觀”）; 而后者則認為意識表征內容是貧乏的， 認知取用加工是意識表征形成的必要條件， 因此意識的加工范圍和表征內容也受到該能力的限制（即意識表征內容的“貧乏觀”）。過往研究為兩種觀點都提供了豐富的支持證據。

3.1" 意識表征內容的“豐富觀”

意識表征內容的“豐富觀”起源于Block （2011）對Sperling （1960）圖像記憶（iconic memory）實驗的解讀。該實驗中， 研究者向被試同時呈現3行12個字母， 并要求被試對短暫呈現（50 ms）的字母進行報告， 結果發現被試雖然聲稱看見了所有字母， 卻僅能準確報告其中的3或4個。但對實驗程序進行略微調整， 即在字母呈現結束后采用不同音高的聲音提示被試需要對哪一行字母進行報告時， 卻發現被試能準確報告經過提示的每一行字母中的3或4個。Block認為該現象產生的原因在于：在短暫的呈現時間內， 被試雖然能廣泛地對呈現的字母進行意識加工， 形成遠遠超過工作記憶容量的意識表征， 并產生“看見了所有字母”的意識體驗， 但只有成功在工作記憶中得到儲存的意識表征才能受到語言等高級皮層的進一步加工而被準確報告出來， 這導致了提示與無提示條件間的差異。而根據RPT理論（Lamme， 2010）， 意識在不依賴于注意的局部信息循環中即可形成， 因此意識加工的范圍很廣， 能形成大量的意識表征， 但由于其中大部分表征無法通過注意選擇到達額—頂葉及語言中樞， 故而“豐富”的意識表征僅能被有限地取用。

近期研究為表征“豐富觀”以及Block （2011）所提出的“溢出” （overflow）主張（即意識表征超出認知取用的能力）提供了實證支持。研究者們相繼發現意識表征對記憶、注意、主觀報告等認知取用能力都存在“溢出”現象（見綜述， Fu et al.， 2021）。例如Sligte等（2008）通過將Sperling （1960）的圖像記憶范式與變化覺察（change detection）范式相結合， 向被試呈現多個位于記憶幀中的不同朝向的矩形刺激， 經過一段空屏期后再出現測試幀， 并要求被試判斷提示（cue）所指向的測試幀中的矩形是否發生朝向變化。結果發現， 當提示在空屏期內某個時間點呈現時——此時測量介于圖像記憶和工作記憶之間的 “脆弱視覺短時記憶” （fragile-visual short term memory）， 被試的反應表現明顯優于提示緊隨測試幀出現， 即測量工作記憶時的情況， 兩條件的差異反映出意識表征加工可突破工作記憶的容量限制。也有研究（Bronfman et al.， 2014）將圖像記憶范式與顏色分辨任務相結合， 即通過向被試呈現有色字母并對需要報告字母所在行加以提示， 發現被試不僅能正確報告提示行字母的顏色， 并且能在任務表現不受損的情況下對非提示行字母的顏色多樣性（color diversity）進行準確評估。這兩項研究表明意識表征的加工能夠超出工作記憶和中心注意的局限， 即存在“意識表征對工作記憶和中心注意的溢出” （Consciousness overflows working memory and focused attention）。而其他研究者（Agarwal et al.， 2020; Matthews et al.， 2018）通過采用分散注意任務（divided attention task）， 也發現被試對注意中心的核心客體和注意邊緣的非核心客體都能形成意識表征， 進一步證實了意識表征的加工能夠超出中心注意。此外， 有研究者（Chen amp; Wyble， 2015）通過在目標字母位置報告任務中加入偶爾出現的字母身份報告任務， 發現被試無法正確報告字母的身份屬性， 盡管對身份屬性的加工是完成字母位置報告任務的必要條件， 即出現了“意識表征對可報告性的溢出” （Consciousness overflows reportability）。而后續采用類似范式的研究也進一步發現， 被試對單詞或方塊的填充顏色（Chen et al.， 2018）、同時或序列呈現的面孔或單詞中所表達的情緒（Xu et al.， 2020）， 以及聲音位置和音調數量（Howe amp; Lee， 2021）等理論上獲得完全意識加工的屬性均存在屬性遺忘（attribute amnesia）現象， 進一步證實了意識表征加工對工作記憶或主觀報告能力的“溢出”。以上研究均通過“溢出”現象， 支持意識表征內容具有“豐富性”屬性。

3.2" 意識表征內容的“貧乏觀”

意識表征內容的“貧乏觀”則認為：意識表征的形成需要以信息受到認知取用加工而能被主觀報告為必要條件， 因此個體只能形成有限的意識表征（Cohen et al.， 2016; Dehaene et al.， 2006; Gibbs et al.， 2016）。支持這一觀點的研究者（Dehaene et al.， 2006）認為， 當無法對其所見內容進行報告時， 個體對“看見了整幅圖”或“看見了所有刺激客體”的感覺是與“冰箱燈幻覺” （refrigerator-light illusion）相類似的虛假體驗。后者指由于打開冰箱門時燈就會亮而導致的“即使在關著門時， 冰箱燈也常亮”的幻覺。

“貧乏觀”的支持者們指出， Sperling （1960）等研究中所發現的實驗現象能夠在不訴諸表征“溢出”認知取用的條件下得到合理解釋。如有研究者（Cohen amp; Dennett， 2011; Kouider et al.， 2010）認為， 在Sperling的實驗中， 提示能使被試正確報告出其在無提示條件下無法報告的字母， 是因為無提示條件下多數字母沒有得到認知取用的加工， 而只是被暫存在無意識當中， 而提示的加入使得無意識中的一些字母得到了注意、語言等高級認知皮層的加工， 因此形成了對提示字母的意識表征。類似， Sligte等（2008）發現的超出工作記憶容量的“脆弱視覺短時記憶”現象同樣可以訴諸無意識加工來進行解釋。此外， 分散注意任務中的實驗現象對“豐富觀”的支持力也遭到了質疑：被試能夠對注意邊緣的客體形成意識表征， 并不能表明意識表征對注意的“溢出”——該現象也可能是由于中心客體加工的難度不足、中心加工只需要較少的注意資源等原因造成的。例如， 有研究發現， 當核心任務的加工對注意的要求提升時， 被試就不再能對其他外周客體產生意識（Mack amp; Clarke， 2012）。

另一方面， 其他實證研究也對表征“豐富觀”提出了質疑。例如有關變化視盲（change blindness） （Gibbs et al.， 2016）和非注意視盲 （inattentional blindness） （Ward amp; Scholl， 2015）的研究都揭示出， 個體可能無法對呈現在視域內的顯著刺激形成意識表征， 從而反映出意識加工范圍的局限性。此外， de Gardelle等（2009）在Sperling范式基礎上， 對原范式中的字母刺激進行變更， 使每一行的字母組合成完整英文單詞， 但同時偶爾向被試呈現無真實含義的假單詞。其結果發現， 即使呈現的是假單詞， 被試也會不自覺地對假詞中的部分字母進行“替換”， 并仍報告看見了真單詞。這一發現表明， 被試可能并沒有真正對字母刺激形成清晰的意識， 而個體的意識體驗也可能不是對外界的真實反映， 所謂 “看見了整幅圖/所有刺激客體”的意識體驗只不過是一種基于預期和先前經驗的后期建構（Kouider et al.， 2010）。

4" 層級性和豐富性問題對意識形成機制的貢獻

4.1" 兩問題與認知取用加工的關聯

層級性問題考察了意識加工的質量和所形成表征的穩定清晰程度， 而豐富性問題考察了意識加工的范圍和表征的豐富復雜程度， 二者從不同角度折射出意識加工及表征形成的機制， 反映出主觀意識體驗在不同實驗范式中所呈現的特征。而兩個問題中不同觀點的爭論， 都可以追溯到對主觀意識體驗和認知取用的關系問題上——即主觀意識體驗的形成是否必須依賴于認知取用加工， 或者說認知取用加工的機制是否是意識形成的唯一機制， 而這一問題也被認為是意識形成機制的核心問題（Fazekas amp; Overgaard， 2018）。

針對這一核心問題， 一種觀點認為認知取用加工是意識形成的唯一機制（Naccache， 2018）。這種觀點在意識加工層級性問題上就反映為對“全或無”加工模式的主張， 即只有得到認知取用加工才能形成完全的意識表征， 否則就不形成意識（如Baars， 1988; Dehaene et al.， 2006， 2017）; 在豐富性問題上， 則認為意識表征的形成要以認知取用加工為前提， 因而受到認知能力的限制， 只能形成貧乏而有限的意識表征（如Cohen et al.， 2016; Ward et al.， 2016）。

另一種觀點則認為主觀體驗的形成不依賴于認知取用， 意識的形成機制獨立于認知取用的加工機制。這一觀點在層級性問題中反映為對“漸變”模式的支持， 即局部區域內的加工就足以產生意識， 而所涉區域增加以及高級皮層的加入會使意識的質量逐漸提升（如Lamme， 2006; Zeki， 2003）; 而在豐富性問題上， 該觀點則主張意識加工范圍廣泛并能形成豐富的意識表征， 不受認知取用能力的限制（如Block， 2011; Bronfman et al.， 2014; Howe amp; Lee， 2021）。

4.2" 兩問題與意識神經機制的關聯

意識的層級性和豐富性兩個熱點問題也與意識的神經機制存在密切關聯（如Eiserbeck et al.， 2021; Filimonov et al.， 2022; Mashour et al.， 2020）：一方面， 這兩個問題的實證研究涉及到對相應問題的神經機制的考察; 另一方面， 對意識神經機制的探明也有助于厘清兩問題中的觀點爭論。因此下面將對相應問題中不同觀點對神經機制的主張和解釋， 以及借助腦成像和腦電技術所發現的意識的神經關聯物（neural correlates of consciousness， NCCs）加以介紹。

GNWT強調信息通過GNW神經元的“點燃”活動， 實現向多個腦區廣播的意識形成機制， 并發現“點燃”和“廣播”活動與錐體神經元產生的gamma振蕩高度相關（Mashour et al.， 2020）， 故認為錐體神經元高密度聚集的前額葉皮層（prefrontal cortex， PFC）在意識的形成， 尤其是在信息的全局廣播方面扮演重要角色。在腦電成分方面， “全或無”加工模式和表征內容“貧乏觀”由于主張意識的形成以信息受到注意等高級認知皮層的取用為必要條件， 因此主要聚焦于具有較晚時間窗（在刺激呈現后300 ms左右達到峰值）并起源于額頂葉皮層的P3成分， 該成分也被稱為P300或晚期正成分（late positivity， LP）?！叭驘o”加工模式和表征內容“貧乏觀”對PFC和P3成分的強調， 得到了一些相關研究的支持。例如， 在清醒恒河猴細胞電記錄（van Vugt et al.， 2018）和功能性核磁共振成像（Dehaene amp; Changeux， 2011）的研究中均發現PFC等皮層的神經活動參與了意識加工。腦電研究也證實了P3成分與意識形成的關聯， 如在雙任務水平實驗中發現P3波幅與意識評分水平和客觀反應正確率都存在顯著相關（Jimenez et al.， 2018）; 而采用變化視盲范式的研究也發現P3成分能夠反映意識的加工與形成（Scrivener et al.， 2019）。

然而， PFC和P3與意識形成的關聯也受到了來自各方面的質疑（F?rster et al.， 2020）。首先， 對于意識產生的腦區， 信息整合理論（Integrated Information Theory， IIT）持不同的觀點。IIT理論（Tononi et al.， 2016）認為， 意識是具有特定組織形式的物質系統的內在屬性——具備不可還原的內在因果力（影響自身或他者的能力）的系統才有意識; 因此， 意識不局限于生命體， 任何具有特定組織形式和內在屬性的物質系統都能夠產生意識。對于人腦這個特定的生命體系， 意識與腦整合信息的方式和能力有關， 因此相比于PFC， 大腦后端皮層區域（包括頂葉、顳葉和枕葉）的活動可能與形成特定意識內容之間的關聯性更強（Boly et al.， 2017; Koch et al.， 2016; Tononi et al.， 2016）， 其原因在于這些區域擁有的神經解剖學特性更適合產生高水平的整合信息。有研究者也采用顱內電刺激（intracranial electrical stimulation）技術， 發現前額葉并沒有普遍參與意識形成（Raccah et al.， 2021）。此外， P3成分也被質疑為是對知覺后加工而非對意識形成的反映。例如， 在上文層級性部分2.1論述的Koivisto等（2016）和Cohen等（2020）的研究都發現P3成分依賴于實驗中被試的主觀報告， 表明P3反映的可能是有關主觀報告的知覺后加工。采用非注意視盲（Pitts et al.， 2014）和無注意失聰（inattentional deafness; Schlossmacher et.al.， 2021）等范式的研究則發現， 任務無關刺激無論是否被意識到， 都不會引起顯著的P3波幅變化， 表明P3反映的可能是有關任務相關性的知覺后加工?？傊?以上研究均挑戰了P3與意識形成的關聯性。

另一方面， 支持“漸變”加工模式的理論認為僅憑局部區域內的信息流通就可以形成意識， 因此將NCCs定位于早期感知覺皮層， 例如將視覺意識形成腦區定位于V5區等枕葉皮層（Lamme， 2010; Zeki， 2003）。對于意識相關的腦電成分， “漸變”模式和表征內容“豐富觀”的支持者們也相應地關注具有較早時間窗的N2成分， 在視覺意識研究中則尤其關注起源于枕顳葉皮層的視覺意識負成分（visual awareness negativity， VAN）。VAN與意識形成加工的關聯在多項實證研究中也得到了證實：例如， 在將AB范式與PAS評估相結合的實驗中發現， 被試在N2時間窗內的腦電平均波幅都隨PAS評分的增加呈階梯狀向負方向偏移（Eiserbeck et al.， 2021）。而在采用高低兩種任務水平與PAS評估相結合的實驗中也發現， 在低水平任務（Jimenez et al.， 2018， 2021）或高低兩水平任務（Derda et al.， 2019）中， 被試的VAN波幅都受到意識水平的有效調控， 并呈現出與PAS評分相關的顯著負向偏移。此外， 有研究者（Dembski et al.， 2021; Filimonov et al.， 2022）通過對視、聽和體感等知覺意識的研究進行綜合回顧， 發現N2時間窗內存在與特定知覺模態（modality）相對應的、源于不同知覺加工腦區的早期負波成分， 表明針對不同知覺模態的意識加工均可能存在知覺意識負波（perceptual awareness negativity， PAN）。而在對VAN的溯源中， 研究者們通過使用腦磁圖（Liu et al.， 2012）將VAN定位到枕顳葉視覺皮層。

但VAN或PAN與知覺意識的關聯也受到了一定質疑， 例如， 有研究在被試對刺激產生視覺意識的情況下， 未能檢測到顯著的VAN波幅變化， 進而認為VAN所反映的可能只是意識形成前的加工過程（Salti et al.， 2012）， 或者VAN并非意識形成的必要條件（Koivisto et al.， 2009）。另外， 也有研究者（Bola et al.， 2021）認為， VAN或PAN所反映的只是某種特定的注意加工， 而并非意識的形成。

5" 總結、討論與展望

綜上所述， 近年來對意識加工模式的層級性和表征內容的豐富性兩個熱點問題的研究已取得了諸多進展。層級性和豐富性分別從加工質量和加工范圍兩個角度對意識體驗加以探索。針對意識加工模式究竟是遵循“全或無”還是“漸變”機制， 目前尚無定論， 但最新研究為我們認識該問題提供了兩個新的維度：一是將意識表征進行平行或垂直維度的分解（如Kim amp; Chong， 2021; Kouider et al.， 2010）， 二是將意識加工的層級性問題放到刺激屬性或任務要求的背景中加以考慮（如Jimenez et al.， 2021; Thiruvasagam amp; Srinivasan， 2021）。針對意識表征內容的豐富性問題， 一方面， 近期研究通過眾多發生在注意、記憶、可報告性等認知加工水平的“溢出”現象， 為意識表征內容的“豐富性”提供支持（如Fu et al.， 2021; Howe amp; Lee， 2021; Xu et al.， 2020）; 但另一方面， 也存在大量實驗事實支持意識表征可能是“貧乏的”， 所謂“豐富性”只不過是一種基于預期和先前經驗的后期建構（如Cohen et al.， 2016; Gibbs et al.， 2016）。更為重要的是， 意識加工模式的層級性和表征內容的豐富性這兩個問題之間存在內在關聯， 兩者都可以追溯到對意識的形成是否必須依賴認知取用加工的爭論上（Fazekas amp; Overgaard， 2018; Fu et al.， 2021; Naccache， 2018）。此外， 近年來取得重要進展的意識神經關聯物研究（Eiserbeck et al.， 2021; Filimonov et al.， 2022; Mashour et al.， 2020）， 一方面直接為意識層級性和豐富性的認知神經機制提供了實驗證據， 另一方面也有助于厘清對層級性和豐富性加以解釋的不同觀點之間的爭論， 并對探索這兩個問題與意識形成機制這一基本科學問題做出貢獻。

然而， 當前關于意識層級性和豐富性問題的研究仍然存在進一步發展的空間， 未來相關研究可在若干可能研究切入點和理論解釋方向上進行更深入的探索， 包括：

第一， 結合精細化實驗操縱， 更深入地探索層級性和豐富性表現的影響因素及其作用機制。隨著相關研究的不斷深入， 越來越多的因素被發現會對意識加工質量的層級性和意識表征內容的豐富性表現產生影響。在層級性問題上， 客體的不同屬性（Kouider et al.， 2010）、屬性的不同維度（Kim amp; Chong， 2021）， 以及任務要求的加工水平 （Jimenez et al.， 2021; Windey amp; Cleeremans， 2015）等都會影響意識加工的質量、意識表征的穩定清晰程度。而在豐富性問題上， 如分散注意任務中核心任務的加工難度及其所需注意資源的大小， 均決定了對注意邊緣客體的加工能否實現（Agarwal et al.， 2020; Mack amp; Clarke， 2012; Matthews et al.， 2018）。這些因素對主觀意識體驗的影響機制， 還需要更細致的探索。

第二， 采用“意識分離”范式與認知神經科學技術的結合， 解決層級性和豐富性相關神經機制的爭論。盡管研究者們已經通過腦成像、腦電與行為實驗相結合的方式， 將層級性和豐富性問題相關的NCCs定位于早期感知覺皮層（Lamme， 2010）和（或）額頂葉皮層（Mashour et al.， 2020）， 將相關腦電成分鎖定為VAN/N2 （Eiserbeck et al.， 2021）和（或）P3 （Scrivener et al.， 2019）， 但雙方觀點的對立亟待進一步的關鍵性證據來加以解決。而為了排除前意識的注意加工， 以及報告、反應等認知后加工的混淆， 未來研究需要進行實驗范式的改進， 以實現將意識加工的神經對應物與其他認知加工的神經對應物相區分。例如， Cohen等（2020）采用視覺掩蔽范式與無報告范式結合的腦電記錄實驗， 分離出主觀報告加工所對應的腦電成分。

第三， 通過實驗范式和測量方法的創新， 對層級性和豐富性現象在知覺意識中的所涉范圍進行拓展。目前有關層級性和豐富性的研究大多基于視覺意識的實驗發現， 這可能是由于視覺實驗的操縱較為成熟、測量更易進行。但層級性和豐富性的現象在其他知覺意識中是否也存在， 以及該現象在不同的知覺意識中的表現形式是否有所差異， 需要未來研究在視覺實驗范式和PAS等測量方法的基礎上進行改進。例如， 有研究者（Schlossmacher et.al.， 2021）采用無注意失聰范式與事件相關電位（ERP）技術的結合， 對聽覺通道中意識相關腦電成分進行了考察。通過考察不同感覺通道中， 意識層級性和豐富性現象的規律， 有助于比較視覺意識與聽覺等其他知覺意識的異同， 從而推進通道普遍性和通道特異性意識加工機制的研究。

第四， 在深化與完善當前的理論框架之外， 未來研究也可以積極探索新的理論假說， 為意識的層級性和豐富性以及兩問題中對立的觀點與實驗現象提供統合的解釋。意識的層級性和豐富性問題是對主觀意識體驗在不同實驗范式中所呈現特征的反映， 并且都聚焦于意識和認知取用的關系問題， 二者存在密切聯系。但目前的理論解釋無法為層級性和豐富性提供一個統一的解釋框架， 并且都難以對不同的情境中意識層級性和豐富性為何出現眾多差異性實驗結果做出完整和全面的解釋。而未來一個可能的發展思路就是將多個認知模塊和多種加工機制引入意識形成機制的理論中， 通過不同模塊和機制間的交互作用， 來為意識的層級性和豐富性以及其中的對立觀點和實驗現象提供統一的解釋框架。

一方面， Graziano （2022）在近期新提出的意識形成的雙神經網絡理論， 可能為意識的層級性和豐富性提供一個統合的解釋框架。該理論主張意識和認知信息分別由兩個獨立的神經網絡進行加工， 兩個網絡間存在雙向交互作用：主觀意識體驗的形成依賴于意識的心靈理論網絡（theory-of- mind network）對認知網絡加工信息的再建構， 而生成的主觀意識體驗又會反過來影響認知網絡中信息的加工。由于這種交互過程并不是兩個網絡間信息的精確復制， 而是存在一定的偏差， 因此我們的意識體驗并不總能如實反映刺激的認知信息， 這就導致了錯覺、視盲等現象的產生。而本文所關注的層級性和豐富性也可能是在不同實驗范式中， 意識網絡對認知網絡加工的信息從不同角度加以建構的產物。

另一方面， 高階記憶理論（HOMT， Lau et al.， 2022）將基于關系編碼的心理感受空間（mental quality space）、基于內隱記憶的自我監控（self- monitoring）， 以及基于外顯記憶的記憶重放（memory replay）三個元素有機結合， 可能為層級性和豐富性問題在不同情景中的復雜性表現提供兼容統合的解釋。根據HOMT的理論框架， 我們推測在意識層級性問題中， 意識加工模式的不同層級水平可能一方面源于自我監控對知覺信息加工質量的量化評估， 另一方面源于心理感受空間的編碼特征（Morton amp; Preston， 2021）; 而部分研究所發現的高加工水平下意識加工的“全或無”二分性（Windey amp; Cleeremans， 2015）則可能源于當外顯記憶積極參與意識表征時， 記憶回放（Dasgupta et al.， 2018）以一種符號化（symbolic）和分類化（categorical）的方式（Wittkuhn et al.， 2021）與心理感受空間相結合。此外， 基于對HOMT的分析， 我們認為， 在意識豐富性問題中， 意識體驗的“豐富觀”和“貧乏觀”都在一定條件下具有合理性， 二者可能是對基于心理感受空間和（內隱及外顯）記憶的意識形成機制的不同體現。一方面， “豐富的”意識主觀體驗可能有三個來源：心理感受空間內的關系編碼使得單一刺激的加工同時會引發空間的整體激活; 自我監控在心理感受空間內操作的內隱性和程序化導致了豐富感受對語言報告能力的“溢出”; 多個信息渠道的輸入與信息整合， 以及多個認知加工過程的操作與交互作用， 也對意識“豐富性”體驗有貢獻。另一方面， “貧乏觀”則刻畫了當外顯記憶參與意識加工時， 它所引入的復雜分類、圖示、情緒等信息渠道造成被試對意識表征的后期建構（Kouider et al.， 2010）。雙神經網絡理論（Graziano， 2022）和HOMT （Lau et al.， 2022）目前都主要局限于理論構想， 二者能否為意識的層級性和豐富性提供更為全面、準確的解釋， 尚待進一步實證檢驗。但新的意識形成機制理論對意識的層級性和豐富性問題的適用性可能是一個值得未來研究持續關注的方向。

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Abstract： The gradedness of consciousness refers to whether conscious processing follows an “all-or-none” or “gradual” mode. The richness of consciousness refers to whether conscious representations are “rich” or “sparse”. Our consciousness experience is explored from these two perspectives， i.e.， the quality and the scope of processing， respectively. These two topics represent two important pathways toward decoding one of the basic scientific inquiries of mankind， i.e.， consciousness， in that any theory of consciousness formation must provide comprehensive， accurate， and reasonable explanations to them. A thorough analysis of recent research progress for these two topics could help to clarify existing contradictions and ongoing debates between different explanatory views， and to show that these two research topics are intrinsically connected since each can be traced back to the long-standing disputations on whether cognitive access is necessary for the formation of consciousness. Future empirical researches are expected to explore new theories about the gradedness and richness of consciousness， and to provide an integrated interpretation of the complex performance of the two under different experimental situations.

Keywords： consciousness， gradedness， richness， cognitive and neural mechanisms， theory of consciousness formation