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2020-02-04 15:46:37 周英勇

光彩奪目的物質本身已經足以解釋意識。

1976年，弗朗西斯·克里克（Francis Crick）來到了位於加州拉霍亞地區的索爾克研究所，那裡可以俯瞰波光粼粼、藍綠色的大海，頭頂棉花糖一般的天空，如同太平洋上的一片世外桃源。克里克和同事們共同發現了DNA的雙螺旋結構，從而揭開生命的神秘面紗，顯露出它物理的本質，他也因此獲得諾貝爾獎的殊榮。克里克希望能為意識相關的研究作出類似的貢獻。他認為，如果物質奇特到足以構成生物的生命密碼，也許它也是生物心智的謎底。

作為與我們朝夕共處、形影不離的東西，意識看似要比宇宙起源更容易解釋。基本的物理元素，比如原子和分子，可以產生主觀的體驗，這似乎沒有那麼難以想象。事情卻沒有這麼簡單。難怪，長久以來，人們堅信意識是靈魂的職能，科學對它束手無策。因此，意識成為了

生機論者（vitalism）最強有力的武器。他們聲稱生命依賴於非物質的、非物理的力量。身為唯物論的堅定捍衛者，克里克從抵達加州的那刻起便矢志不移地要破除對於意識的誤解，為破解意識之謎開闢出一條道路。

弗朗西斯·克里克（Francis Crick）

在克里克人生的最後30年裡，他藉助分子生物學在神經科學領域掀起了一場革命。他經常在茶話會上挑戰領域裡頂尖的精英，並且就他的“驚人假說”發表文章，主張意識完全是大腦的產物。2005年，生命垂危的克里克和他的朋友、同時也是同事的克里斯托弗·科赫（Christof Koch）發表了最後一篇文章——《屏狀體的功能是什麼？》。這篇文章重燃了科學家對大腦如何產生意識這一問題的興趣[1]。屏狀體由一系列神經元組成，形狀恰似一張吊床。文章提出，屏狀體是意識產生的關鍵區域，因為它接收“其他幾乎所有皮層區域的輸入信息，並向幾乎所有皮層區域發回信息”。皮層正是大腦多褶的表面，負責各種意識特徵，包括感覺和性格。這一前景無量的想法隨後將激勵對於意識本質、以及有趣的屏狀體作用的深入研究，直至今日。

意識在何處藏身

在克里克特別指出屏狀體之前，已經有很多大腦部位被認為是意識產生的中心。17世紀中葉，勒內·笛卡爾（René Descartes）率先提出他那臭名昭著的假說，即“靈魂的核心在大腦中心的一個小腺體中”，也就是松果體。笛卡爾認為靈魂與肉體是完全分離的，因此他想要解決的問題是兩者之間如何互動。我們很容易想象有形物體之間的相互作用，例如保齡球和球瓶，但是思維是看似無形的。我們很難想象無形的東西佔用空間，或是施加力量——看似非物質的東西究竟如何與物質相互作用？喝一杯馬天尼酒會如何影響我們的思考？

為了回答這些問題，笛卡爾借用了古希臘內科醫生蓋倫（Galen）提出的“動物本能”（animal spirits）的概念。笛卡爾認為，動物本能是血液中的心理生理信使，可以記錄肉體的感覺，同時發出信號，由大腦翻譯為有意識的感知。他提出，松果體正是這些半精神、半肉體的信使的中心，它們在身體各處互相連接、發光發熱。笛卡爾的假說聽起來不免誇張，但它使科學界認識到意識與生理機制的關係，為未來克里克的發現打開了一扇門。

直到200年後，才有人提出另一種假說。1835年，德國生理學家約翰內斯·穆勒（Johannes Müller）提名延髓為意識的中心。延髓是腦幹的一部分，負責將富氧血細胞輸送至大腦各處。雖然延髓好比大腦的動力源泉，但是從現代的眼光看來，它似乎和更高階的意識機能沒有關係。（我們現在知道，延髓負責非自主性功能，比如嘔吐和打噴嚏，對生而為人的體驗來說微不足道。）

意識中心是整個大腦中神經活動的樞紐——說到這個猜想，就不得不提到19世紀的英國生理學家威廉·卡彭特（William B。 Carpenter）。他認為大腦中央的丘腦掌管意識。即使到今天，我們仍然只能猜測丘腦對意識形成的作用，但是卡彭特的影響遠不止於此。他啟發我們認識到意識是一種完整的體驗，而不是一團亂糟糟的、互不相關的感受；並且，意識的源頭一定能夠將高階機能（比如思考、情感、能動性）與低階感官機能整合為一體，從而形成完整的體驗。

一個世紀後，神經外科先驅、加拿大籍美裔醫生懷爾德·潘菲爾德（Wilder Penfield）證實了卡彭特的猜想。潘菲爾德當時正在醫治罹患嚴重癲癇的患者，當他故意破壞導致癲癇發作的大腦區域時，他發現具體的動作或感知和大腦的特定區域之間存在一種功能性映射，遍佈整個大腦表面。但他的皮質圖帶來了一個關於大腦地形的新問題，是卡彭特始料未及的：相去甚遠、看似分離的感官處理區域之間是怎樣形成完整的意識體驗的？答案似乎並不明朗。

屏狀體是意識的棲身之處嗎

事情在弗朗西斯·克里克登場後出現了轉機。克里克有一種奇特的能力，僅靠觀察一個生物系統的結構就可以想象它的功能。他尋找的是一個可以整合來自皮質邊緣地帶的信息的神經結構。數十年細緻的神經生理學研究使他的目光投向了大腦中的這樣一處，這裡符合他的每一條標準：屏狀體。可以說，屏狀體和皮質的每個區域之間都有雙向連接，如同大腦的中央車站。克里克打比方說，如果皮質的不同區域是管絃樂隊中的樂師們，負責處理各種感官信息（視覺、聽覺、觸覺等等），屏狀體就好比是指揮，確保所有人在正確的時間演奏出正確的音符。他的論證簡潔、優美且令人信服。意識的一席之地究竟在哪，他的論證也提供了第一個科學合理的可驗證假說。

克里克將視線鎖定在屏狀體後的數十年間，科學家們前赴後繼地收集起大腦中這片神秘地帶的數據。2014年，喬治華盛頓大學一項關於癲癇患者的案例研究表明，電刺激屏狀體附近的區域可以使患者立刻失去意識，而一旦電刺激消失，患者又會馬上恢復意識[2]。2017年，艾倫人工智能研究所的研究員發現，屏狀體中的神經元像“荊棘皇冠”一樣延伸至整個大腦區域。這一發現支持了克里克的假說，表明屏狀體可能在整合和傳導全腦活動起到了重要作用[3]。一時間，屏狀體似乎和克里克的猜測別無二致：它就是意識的中心。

然而，2019年發表的兩項研究顯示，屏狀體已經風光不再。斯坦福大學一項研究表明，當五名癲癇患者大腦兩側的屏狀體均被故意破壞時，他們的主觀體驗並沒有產生變化[4]。為了證實這一結果，馬里蘭大學的研究人員在老鼠身上進行了試驗，發現停止屏狀體的活動沒有造成明顯的意識缺失[5]。意識的一席之地到底在哪裡？基於這些數據，屏狀體也許只是我們在搜尋答案的途中又一枚煙霧彈。

如果屏狀體不生產意識，它的功能到底是什麼？2010年，德國一項關於猴子的研究發現，屏狀體神經元會被周圍環境中顯著的感官變化激活，比如來自其他猴子突如其來的召喚[6]。基於這一結論，馬里蘭大學在2019年開展了一項人全腦成像的研究，並且發現，當一項任務需要複雜的注意力時，人的屏狀體便被激活[7]。這兩項研究似乎暗示著，雖然屏狀體和基本的自覺意識無關，但是它在完成對認知要

求較高的任務時有著不可或缺的作用。這一點至少間接支持了克里克的想法。

意識到底由何處產生

雖然屏狀體也許不是意識所在，但它仍然可能為意識開道。靈長類動物，尤其是人類，有時出乎意料地心不在焉。我們往往極少注意到通勤路上的事物；但是一旦拐錯彎，周遭的感官世界便吸引了我們的注意力。導航的習慣使得靈長類能夠有效且機械地完成很多工作，直到始料未及的變化對我們的認知需求提出更高的要求，從而激活屏狀體。至於屏狀體這種類似認知控制的機制與意識之間有什麼聯繫，這還是一個值得討論的問題。

2019年十月，屏狀體研究協會在芝加哥召開會議。會上，艾倫人工智能研究所的科赫和我們中的一位作者布萊恩·馬特爾（Brian N。 Mathur）展開了一場公開的對話，討論屏狀體究竟在何種程度上指引著意識，雖然最終答案依舊懸而未決。在之後的神經科學協會的會議上，又有新的初步數據鼓勵科學家重新審視丘腦在意識形成中可能的作用。這些數據看似將意識的位置移到了另一個神經結構，然而，多虧卡彭特和克里克，

神經科學家在很大程度上認為，任何負責意識機能的神經區都是一個寬廣且不斷變化的神經網絡的一部分。

— Stephan Schmitz

例如發明全局工作空間理論（Global Workspace theory）的伯納德·巴斯（Bernard Baars）就認為，意識不是由屏狀體之類單一的樞紐產生的。相反，它是一個由許多功能中心組成的複雜網絡的產物，這些功能中心用類似神經“雲計算”的形式實現合作。

關於意識，神經科學準備攤牌了

神經科學家們正準備檢驗他們的意識起源理論：意識即體驗到自我存在的認知狀態。

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威斯康辛大學麥迪遜分校的朱利奧·託諾尼（Giulio Tononi）提出了一種有趣的思考方式。這位意大利神經科學家的整合資訊理論（Integrated Information Theory，IIT）假設被試的神經活動與某種意識體驗有關，比如讀論文，或者步行穿過一個街區。這一理論的假說是，一次性被激活的大腦區域越多，感官、情感和認知的信息就越為完整統一，從而使生物體擁有更清晰的意識。

2013年，託諾尼和馬西米尼（Massimini）開發了一種能夠得到擾動複雜性指數（perturbational complexity index， PCI）的方法，從而證實並量化了IIT。PCI涉及刺激（即功能性地擾動）皮質的某些區域，致使皮質的其他部分作出反應，PCI則測量這些反應，並將它們繪製成圖。當被試熟睡時，這些反應活動較為侷限，但在清醒的被試中，這種活動的範圍和複雜度都要大得多。託諾尼表示，測量這種活動等同於測量意識本身，通過測量結果，我們也許可以判斷一位無法反應的病人究竟是處於植物人的狀態，還是處於清醒的狀態卻無法交流。

IIT的研究方法十分高明，但是用神經活動識別意識的方法有點像在概念上玩花招。雖然我們可以觀測神經活動的模式並將它們和某些意識體驗聯繫起來，但在邏輯層面上還不足以證明這種測量結果就是意識本身，僅此而已。至少從概念角度來看，聲稱活躍的神經模式就是意識，相當於指著貼在牆上的世界地圖說“這就是哥本哈根”。

意識是什麼

儘管如此，為了彌合神經活動和心智之間的鴻溝，使用IIT的研究人員下定決心，開始運用機器學習算法將PCI數據和意識的因果痕跡聯繫在一起。如今，這一領域處於可驗證的新興意識理論的前沿。但是，神經科學家仍必須解決那些從笛卡爾時代起就困擾意識科學的基本問題，也就是“究竟什麼是意識”，以及“我們如何通過研究大腦瞭解意識”？

一些哲學家猜測，大腦創造意識就像胃生產酶，或是膽囊分泌膽汁。（事實並非如此。）但是想要以這種機械的描述定義意識也是問題所在：雖然我們不難確定各種意識體驗對應的器官組織，比如晚餐的氣味和到桌子的距離，或是收音機裡流淌出的音樂，但是意識本身無法像這些體驗一樣被區分開來——它是連貫且不可分割的，是特定環境中的全身心體驗——例如“腦腸連接”就是有意識的情感中重要的一環。