由粒子(物质)组成的大脑为什么会产生意识?

曾维浪


意识之谜一直困扰人类,但最新的一些研究已经带来了一些曙光。在这里我介绍一下科学家Giulio Tononi提出的「信息综合论」(IIT理论)。

我们想象一个大脑被切成了两块,之间没有任何关联。同时它们各自又通过特殊的手段维持机能。这个时候,原先的「一个意识」,现在是否是「两个意识」了?我们稍微思考就会觉得,它们应该是两个意识。因为如果两者没有任何关联,那这两个大脑之间的关系,与陌生人之间的关系有什么差别呢?

所以,关联会使得意识组合为一个独立的意识。我们进一步思考,这种关联是什么?是物质吗?确实有物质的成分。但有没有比物质更基础的东西呢?有,那就是信息。信息通常需要物质或场作为载体,但通过信息来思考问题会更便捷。

信息的交流使得意识综合为一个整体。那我们再考虑一个情形:两个人聊天。在这个过程中,两个人一直在交换信息。那他们的意识有没有合一呢?当然没有,所以信息交流的量也很重要。有的心理学研究表明,在亲密关系中,两个人会有合一的感觉,这可能是因为信息交流的量很大造成的。

上面的思想就是信息综合论的基本思想,当然严格的描述需要数学工具。但基本的逻辑是差不多的。在Tononi论文中,他给出了一个测量信息综合程度的指标,可以用来衡量意识的强度。而如果在未来我们可以动态的、高分辨率的测量大量的神经,我们或许就能检验这个理论是否正确了。


章彦博


先说一下我对意识的全新理解:意识就是“感应”,是各种尺度下物质对微观量子的感应,而且这种感应是双向的,只有双向的才叫意识。宇宙万物都有这种能力,可以从物质尺度上分成三大类:1、微观尺度上的感应,即量子之间的感应;2、亚宏观尺度物质对量子的感应,这就是生命的意识;3、整个宇观尺度对微观量子的感应,即整个宇宙就是一个“意识主体”。

微观量子波函数在没有观测前,对于观测者没有任何“信息”,只有观测才会出现波函数塌缩,从而观测者得到信息,这种信息是双向的。在这里,观测者可以认为是微观量子、也可以认为是亚宏观尺度下的物质,还可以认为就是宇观尺度下的宇宙本身。对于微观量子层面上,这种感应可以认为就是量子相干到退相干的过程,这种感应是双向的,也就是量子的自旋是对应的,量子相干性,也就是“态之间的关联性”,感应就是出现了这种关联性。

对于亚宏观尺度下的大分子物质产生的“意识”,是它对微观量子产生双向性的感应(以下假设是光量子,其实电子也一样):一方面影响光量子自旋,另一方面大分子物质也会受光量子影响,这两种影响我们会看上去感到很神奇,其实早就有实验的。特别需要再次说明的是,大分子物质在复制时,是吸收外界物质和能量,更是因为信息的双向性,外界的物质按照其内部的信息重新组合排列,产生了对原有大分子物质对应的新的大分子物质,这就是复制。即在意识的作用下进行了基因复制。俄罗斯量子生物学家普普宁和格瑞尔菲曾经做了一个实验,发现DNA可以影响光量子,也就是说DNA不仅可以接受光量子,还可以影响光量子。另外一项由以色列与德国研究所共同进行的研究却发现,体积远远超出微观层面且通常在常温下运作的DNA,竟然有着分辨基本粒子的量子自旋状态的能力。这项研究的论文发表在去年的《科学》杂志上。据化学教授Ron Naaman介绍:DNA与一类电子会有激烈的反应,而对另一组电子则几乎毫无反应。可以说完整、长段的DNA是优良的自旋过滤器。

对于宇观尺度的“意识”,整个宇宙就是一个“意识主体”。我想如果能证明宇宙对一个光子的自旋产生影响,而一个光子还能影响宇宙,那可能宇宙本身真的有意识了。当然前提是假设意识的本质就是对微观量子的双向感应。

三个不同尺度下的物质对微观量子的双向感应,就是不同的意识。而我们常说的意识,是第2种亚宏观尺度物质对量子的感应。而这种尺度下物质对微观量子的感应,又进化出了三种不同形态。人类认知,可以认为是基因信息的升级版。

再说一下目前几种目前主流的意识理论:

当今比较知名的量子意识理论是与霍金一起创立现代时空理论的英国著名物理学家、牛津大学数学系名誉教授罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)在20世纪90年代,与美国亚利桑那大学麻醉学和心理学系荣誉教授、意识研究中心负责人斯图亚特·哈梅洛夫(Stuart Hameroff)共同提出了一种量子意识模型:编制的客观还原模型(Orchestrated Objective Reduction Model,以下简称Orch OR模型),指出意识是微管中量子引力效应的结果,从而将意识研究的触角延伸到量子力学领域,大大拓宽了意识研究的疆域。

Orch OR模型是指客观还原(Objective Reduction,OR)发生在神经细胞微管(microtubule)中并由此产生意识的一种量子意识模型,其核心思想是:意识是微管中量子引力效应的结果。彭罗斯认为,微管中存在着“精心编制”的量子计算,微管蛋白(tubulin)的自身振荡会使得其表面形成量子效应的叠加态(superposition state)。而当各态的质量和能量分布不均时,会影响各自的时空几何曲率,在量子引力达到一定的临界值时,叠加态的波函数就会坍塌。在坍塌的那一时刻,微管中就产生了意识瞬间。而连续不断的意识瞬间则汇集成了我们所称之为的意识流(stream of consciousness)。不同于正统的哥本哈根诠释中认为波函数坍塌是外界观察所引起的(主观还原),彭罗斯则认为量子波函数的坍塌是量子引力所导致的,是自行坍塌,所以是客观还原。

假设意识体验就是屏幕上放映的内容,而产生意识体验的主体或你的意识主体就是这个屏幕。很多学者认同的泛灵论认为所有物质都有现象属性,而现象属性都可产生意识体验,因此它们都有可能成为意识主体。只不过认为普通物质的意识或许是碎片化的,等效于无意识。即所有物质都可用于做“屏幕”,但普通物质做“屏幕”的“分辨率”太低了,或“屏幕”尺寸太小了。学术界给出两种解决方案:第一种是将这些小“屏幕”拼接成大“屏幕”,或将普通物质的现象属性组合成我们的意识。第二种是直接找一块大“屏幕”,这样就不用组合了。

有关意识的物理主义(physicalism)认为意识是能够在特定物理系统中发生的过程。它们的存在将表明意识是一种“涌现现象”(emergent phenomenon),其复杂行为是从很多简单的相互作用中涌现出来的。阿兰·图灵(Alan Turing)有过一个著名的证明:所有足够先进的计算机都能相互模仿。

神经学家朱利奥·托诺尼(Giulio Tononi)把这个想法推向了具体和实用,得出了一个令人信服的论点:信息处理系统若要有意识,它的信息必须被整合为一个统一的整体。换句话说,系统必须不可能被分解为几乎独立的部分才行,否则那些部分感觉起来就会像是彼此分离的意识实体。托诺尼及其同事将这一思想融入了一个复杂的数学理论,称之为整合信息理论(integrated information theory,缩写为IIT)。

然而,最近荷兰科学家的裂脑人实验发现,即便左右脑基本分开,之间几乎无任何信息交流,但左右脑仍可表现为同一个意识整体,如果这个实验正确的话,对信息整体论及其它几个意识理论将是个致命打击,因为根据信息整体论这里应有两个独立的意识才对。

就像彭罗斯一样,许多物理学家认同意识是种浮现现象,不过美国心理学之父威廉-詹姆斯通过严密的论证认为物质的现象属性无法组合,或意识不可分。这就是意识科学里著名的“组合问题”。即小的“屏幕”根本无法组成大的“屏幕”;除非“屏幕”一开始就足够大。目前,没有人能够从严格的逻辑上驳倒他,但大多学者只是认为实在无法想象自然界存在如此大的“整屏”,也无法想象如何将这个“整屏”稳定于我们大脑中。因此,许多人认为“屏幕”拼合而成或许更符合常识。

零点场(Zero-Point-Field)理论认同詹姆斯关于意识不可组合的观点,认为意识主体不可分,且认为所有意识主体为同一意识主体,为同一个零点场,即不同人的“屏幕”本质上是同一块“屏幕”,只是投射的内容或体验的内容不同而已。

意识粒子理论,也认为意识主体不可分,认为意识主体是一个内在自由度极大的基本粒子。该理论认为你大脑里存在大量与你的意识主体粒子全同的小系统,你的意识主体可通过不断与它们交换从而获得对外面世界的体验。


探索猫


我们在生活中遇到的许多问题,往往是自己给自己“出难题”,自找麻烦。因为,我们的思维习惯,总是大而化之,不愿意细究,结果是概念不清、区间不明,讨论了半天,其实是画地为牢,稀里糊涂地原地打圈,什么结论也不可能产生。

现在的话题就是如此。我们连“意识”是什么都还没有定义,就做出了“产生意识”的判断。关键问题是物质所产生的真的是“意识”吗?我们其实是想说什么?

现代心理学告诉我们,“人”的“精神”层面,是由两个部分构成的。一个是“感应”,属于主体与外沟通的途径。此外还有一个东西,超脱于“感应”,是比“潜意识”更“潜”的存在,名词是什么其实无关紧要,关键是我们在说“意识”的时候,我们实在是没有区分是“精神”层面的哪一个方面,或者二者兼而有之。

古易关于“精神”,与“感应”是有区别的,因为“感应”与“日用而不知”是矛盾的。所以,在传统文化的背景下,如果讨论“意识”,至少主要是指那些“仁者见之谓之仁,智者见之谓之智,百姓日用而不知。”的东西,《易经》是说

——“人”并不知道什么是“精神”。

量子理论是不是揭示了物质与精神的关系?是不是为宗教找到了证据?许多人匆匆忙忙下结论,是因为现在不说,将来人们会嗤之以鼻,就拿不出手,说不出口了。现在提出来,才有吸引眼球的效果,晚了就是胡说八道。比如“佛”就是“大智慧的人”,所以“佛教”里面的“意识”,应该主要由“智慧”组成。所以丢开“知识”来讨论“感应”,是张冠李戴。

因此,大脑是不是产生“精神”,我不知道。但是在“精神”的主体部分是“知识”的前提下,“粒子”(物质)肯定不可能产生“精神”。


陈芝麻吧


在细节上,意识和智能是相似的。借助智能来理解,意识不再捉摸不定。

人工智能是0和1组成的电子信息;意识是脑电波携带的信息。人工智能把世界的信息转化为电子信息才可以处理;意识接收到的也都是脑电波信息:不论是触觉还是视觉通过神经传递到脑细胞后都是脑电波的形式。

人工智能用软件处理电子信息就会输出结果;脑细胞以特定的规律处理脑电波就形成了我们的意识。所以意识只是脑细胞对脑电波的解读,即使眼前没有大海,只要有相应的脑电波刺激脑细胞,一样可以看见大海。这就表明我们对这个世界的感受全都是脑电波的形式,而不是世界本身

到这里,我想大家就会豁然开朗:意识处理一张桌子之前,这张桌子已经被我们的视觉和触觉转化为脑电波,意识处理的其实是以脑电波形式存在的一张桌子。意识本身就是脑电波,那么处理同为脑电波的桌子就没有什么好神奇的。就像PS无法处理一张画,但是如果把画以0和1的电子信息表达,它就处理的666,因为PS也是0和1的电子信息。


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