意识之谜和神经关联物的“寻访”

刘靓+刘明海

摘要：许多当代神经生物学家主张把心身问题转换为“像脑这样的物理系统如何会产生主观体验”的问题，直接探求意识的神经关联物以解决意识之谜。不同于其他科学家的研究策略，科赫认为意识的神经关联物应当定位于大脑皮层一丘脑系统中临时形成的神经元子集，并经同步发放形成人类的意识。他还尝试用此神经关联物回答意向性、感受性和自我问题。然而囿于所隐含的本质主义和内在主义倾向，我们对于科赫的意识神经关联物研究策略仍然需持谨慎态度。

关键词：科赫；神经关联物；突现论；主观体验；心身问题

在心灵哲学中，意识的主观性、第一人称性一直是哲学家长期争论不休的问题。尽管他们企图用同一论、功能主义、解释主义、副现象论等各种哲学理论来加以解释，但是并没有因此平息争论，甚至还出现了取消意识的反实在论。当代的神经科学家反对哲学家无谓的争论，认为逻辑推理和直觉内省等方法无助于解决意识之谜。以克里克、科赫为代表的神经生物学家提出，任何意识理论都应当建筑在对于大脑神经元的了解之上，确定意识神经关联物（neuronal correlates of consciousness，以下简写为NCC）的分子机制和生物物理学、神经生理学特性。才有可能帮助我们解决意识之谜。

一、寻找NCC策略

对于意识现象，特别是意识的主观体验或第一人称特性，以克里克（F.Crick）、科赫（c.Koch）、博根（J.E.Bogen）、埃德尔曼（G.M.Edelman）为代表的神经生物学家反对某些哲学家的反实在论观点，如丹尼特（D.C.Dennett）把意识作为一种人类的解释性产物，他们坚信，意识是一种客观的自然现象，“这些真实的现象是从某些特别的脑活动中产生出来的”，因此他们致力于寻找并确定哪些意识的分子和神经相关物及其机制（即NCC）会产生特定的意识知觉，“如果有朝一日，我们能够找到产生某个特定知觉的神经组织的具体位置，辨明它们的输入和输出，了解它们的发放模式，并知道它们从出生到成年的发育过程，如此等等，这很可能会像DNA之于遗传学一样，为研究完整的意识理论带来飞跃”。

由于早期受到科学技术和伦理道德的限制，寻找NCC的活动直到1980以后才由克里克和科赫得以展开。所谓NCC是指产生某些特异性、有意识感受所必需的脑机制、脑事件，它是“足够产生特定有意识的可感知状态所需的神经活动的最小集合”。查默斯（David J.Chalmers）指出，近来寻找NCC是意识科学复苏的主要基石，并且取得了明显的进展。当代许多神经生物家纷纷发表有关NCC的本质和位置的看法，这其中包括克里克和科赫提出的“神经皮层的40赫兹发放”、博根提出的“丘脑的层间核”、埃德尔曼提出的“丘脑皮层的再进入环”，弗洛尔（Flohr）提出的“天门冬氨酸（NM-DA）所绑定的神经集群”，霍布森（Hobson）提出的“特定激活的神经化学层次”，等等。但是，由于这些观点要么坚持还原论，要么是整体论，因而都存在着一定的问题。科赫认为，还原论忽略了意识的神经关联物的复杂性和多因素性；整体论又过于强调意识的复杂性而无法解释为什么有些脑中分布的活动能产生与意识相关的行为，而另一些则不能。

科赫后来抛弃了原来与克里克在《惊人的假说》一书中所坚持意识的还原论观点，同时吸取整体论的思想，提出了意识的突现论观点，即“意识是从脑的神经元特性中突现出来的”。要论证这一观点不仅要“深入理解由大量形形色色的神经元构成的、高度互联的网络是如何工作的”，还要寻找产生主观性体验的神经元。为此科赫提出要采取恰当的科学研究方法，避免犯先入为主的错误。

（1）不可先妄下定义。科赫发现，许多哲学家甚至科学家在研究意识之前，总是先提出一个意识的定义，然后再去研究意识，这就导致我们常见的意识难题.即先设定意识具有主观性、私人性，然后再去研究具有这种特性的意识如何从客观性的物质中产生出来。“在我们对意识有更深入的认识之前，过于追求定义要么会产生误导，要么会有很大局限.或两者皆是。”正如科学史上的“基因”“电流”这样的概念都是在科学取得进展以后才得出的，同样，我们要在对意识的神经关联物的详细研究之后再确定意识的定义。

（2）局部与整体相结合的策略。科赫认为研究意识需要从突触、神经元的特异性，以及它们之间的特定组织结构入手，因此，研究意识的局部特征与整体特征是必不可少的。他首先剔除与意识没有必然关联的因素，重点寻找和区分NCC的共性因素，即产生任何形式意识都必须具有的条件和系统等（例如，胆碱能神经元、非特异性丘脑核团等），和特异性因素，即产生某种特殊意识所需要的特异性要素。特异性因素是寻找NCC的主要目标。其次.确定具体特异性的神经元或集群。他采用在实验中设置自变量和因变量的方法，先把每次测试的神经元的感受野特性、发放模式与对刺激的觉知联系起来，然后通过操控NCC以影响相应的知觉。

（3）“有限马虎”原则。有限马虎原则是由生物学家德尔布吕克（Max Delbrack）提出而被科赫用于研究神经关联物的原则，即先用粗糙但容易人手的方法进行研究。对于意识神经关联物而言，不同的意识形式可能有不同的神经关联物，但是不同的神经关联物应当有着共同的机制。“作为自然选择的产物，不同的主张感觉很可能都是由相似的神经活动和神经回路产生的。”故而，科赫先从已经取得大量研究成果的视觉意识人手，探讨意识的共同机制，进而研究其他意识。

二、定位意识神经关联物

现有科学表明，意识离不开大脑，但是把整个大脑作为NCC是没有意义的。面对着复杂的大脑，我们如何去定位NCC呢？科赫认为，确定NCC首先需要了解意识的功能是什么，或者说为什么我们非要有意识.这样就可以区分哪些神经元与意识有关，哪些神经元与意识无关。

大量证据表明，人类是由大量高度特异化的感觉一运动体（sensory-motor agents）构成的。像许多病例所表明的那样，人的许多行为是在无意识状态下进行的.如视觉失认症者虽然看不到物体，但是可以来回走动；盲视病人的部分视野是盲的，但是硬要他们说出，他们也可以“猜测”出物体的颜色；癫痫和梦游病人也可以在无意识状态下完成自己的熟悉的运动。既然人类行为可以由这些无意识的功能完成，为什么还需要意识呢？科赫从进化论观点出发，指出意识是某些高度进化的生物器官的属性。和没有意识的大脑相比，有意识的生物必定要比无意识的僵尸有某种优越性。他说，意识对于生物体所具有优越性体现在：“根据自身或祖先的体验（体现在我们的基因之中），对视觉场景适时做出最好的解释，并能把这种解释不断提供给脑中主司思考、计划和执行某种类型随意运动的区域。”也就是说，意识和NCC之所以有用，是因为它使得有机体在面对外在世界海量信息的涌入时.可以对各种事件的当前状态做出总结，并把这一总结送至大脑计划中枢，而这个中枢主要在大脑的额叶层。

既然NCC与思考、计划以及执行某些随意运动的额叶有关，那么我们就可以循着这个思路来探讨视觉意识的神经关联物是什么。视觉意识是目前科学成果较多，而且易于验证的领域。科赫先检查了视觉意识的第一站即视网膜。视网膜的神经编码是内隐表征，与知觉意识存在着很大差异，如盲点、眼动时图像模糊、眨眼瞬间会失去视觉输入，等等，因此科赫推断视网膜内没有NCC。接下来就是视觉皮层（以下简称V1），它是典型的新皮层区域，有些人认为它是视觉意识的终点站。科赫认为，离开v1不能有意识，它包含对视觉刺激的位置和朝向的外显表征，也是视觉刺激的主节点所在地，并且电刺激也会产生光幻视，然而，V1细胞和感知到的视觉内容无关。牛津大学生理学实验室卡明（Bruce Cumming）和帕克（Andrew Parkcr）通过一系列设计精巧的实验，发现清醒猴双眼V1细胞只对局部的深度线索做出有意义的反应，但是并不会引发整体上的深度知觉。也就是说，这些细胞只是编码局部的视差信息，并不产生相应的深度知觉。同时亚拉巴马大学伯明翰分校的高恩（TimothyGawne）和马丁（Julie Martin）研究发现，猕猴V1上层的细胞在反射性眨眼时没有活动。因此，V1中的信息被记录于随后的视觉区域中，并不直接向额叶传输，所以V1与视觉意识没有直接关联。

如果NCC不在v1，那么它是否位于大脑高级皮层呢？有人认为，“意识就在知觉信息处理金字塔的顶点”，这个金字塔以眼、耳、鼻及其他感觉作为最底层的基础，而在所谓知觉记忆的最高峰则有“知觉的自我”.因此意识的神经关联物应当在大脑最高层的部分，即紧贴在颅骨之下的大脑皮层，它负责思考等任务。科赫反对这种带有常识心理学观点的“意识高层论”，因为这容易导致“小人假谬”的结论.即我们设想在大脑深处存在着一个“小人”在控制着人类的行为。事实上，思维，即对概念、感觉数据或抽象模式的运算，在很大程度上都是意识不到的。科赫推断，NCC虽然与人类的思维、决策有关系，但是“高层认知的许多方面，诸如决策、规划以及创造性等，都超出觉知（awareness）的范围。这些操作都是由位于前脑前端的无意识微型人所完成的。微型人会接收到来自脑后部感觉区域的输入，并将自己的输出转到运动系统”，我们不能直接意识到对象，所意识到的只是它引起的感觉和触觉在皮层中的表达。由此，科赫认为，NCC应当位于表征外部世界的区域与负责思维和概念的区域之间，对于视觉意识来说，它处在初级视觉皮层与前额皮层之间。同时，通过观察对额叶损伤病人以及正常受试者所做的fMRI实验。证明前运动皮层、前额叶皮层和前扣带皮层都主动地保持感觉或记忆信息。帮助从长时记忆中提取信息。并对这些信息进行处理以制定计划。因此，NCC就是“皮层一丘脑系统中一组临时形成的神经元子集，这些神经元同步发放”。

接下来的问题就是，这些NCC如何产生意识呢？科赫认识到前脑是一个高度互联、高度复杂的神经网络，虽然他同意埃德尔曼和托诺尼提出的“动态核心”理论，即丘脑和皮层中的大量神经元组成一个高度复杂的统一神经处理过程，但是他认为这种整体论的方式难以用实验验证，无法解释为什么大量的脑活动和行为需要感知。科赫引入了分子生物学家尚热（Jean-Pierre Changeux）的理论，相信NCC是一种突然增加的神经活动.这些活动可以通过前额叶、扣带回以及顶叶的反馈信号维持。具体来说，NCC是（1）一种神经元集群活动。不论一个知觉是真实的还是想象出来的.它总对应于某个神经元集群。神经元集群会增强神经元的发放活动，这个过程是靠锋电位发放的同步化来完成的，同时该神经元集群之间通过“赢者全取”的竞争削弱参与竞争的其他集群并从中获胜。获胜的集群持续存在，代表着当时的意识内容。而短暂出现的集群对应着转瞬即逝的意识。（2）这些神经元具有外显表征属性。从神经解剖学来看。“任何直接、有意识的知觉都有赖于某种外显表征，且其神经元以某种特定方式发放”。科赫称NCC的神经元集群的外显表征为NCC的“活动原则”（activityof principle）。（3）这些神经元存在着各种主节点。虽然神经元都具有共性，但是作为NCC应当具有特异性，指向某种特定功能。比如，枕叶和颞叶表面部分梭状回和颜色知觉有关，中颞叶区（MT）与运动知觉有关。每个节点都是整个神经网络的一部分，它们表达某个知觉的某个方面，只有有了这样的主节点，属性才能被意识感知到。（4）NCC活动是调制性联结。神经元联结主要分成驱动.1生和调制性联结。在皮层和丘脑中没有强驱动性的联结，因此视觉意识受到反馈通路的调制，主要位于前额皮层向初级视觉皮层反馈的腹侧通路和背侧通路。由于视觉意识从高层向低层反馈是调制性的.因此知觉意识是一系列的静态快照，是一种离散的信息表达。那么为什么我们会感觉到意识是统一的呢？因为（5）NCC与注意机制密切关联。注意机制分成自上而下的注意（意向控制）和自下而上的注意（显著性驱动）。当面对主节点外显表征不同的离散信息时，自上而下的选择性注意会把这些主节点的活动绑定起来，并产生连续性的意识。另外注意机制可通过调整一个集群内的神经元的同步率，来增强该集群的突触后作用，从而实现左右集群竞争的效果。科赫说：“在4-12Hz频段的发放节律，可能对应于离散的快照处理机制。”

三、意向性、主观体验和自我问题

按照科赫对视觉NCC的研究，意识是一定的神经元活动和神经回路突现出来的，那么这种意识理论如何回答心灵哲学所提出的难题呢？例如神经元如何会产生意义（或意向性）？主观体验如何从大脑神经元产生出来？大脑中有没有自我？

科赫指出。要回答后面两个问题需要从意义问题开始谈起。在心灵哲学中，意义问题又称为意向性问题.它是指心灵如何关于或指向对象的问题。美国哲学家塞尔（John Searle）曾经指出，一个机器无论在加工句法方面能力有多大，它都不可能理解字句的意义。同样，科赫认为，要理解一个由磷脂和蛋白质构成的神经元如何表征事物，不能仅从逻辑和语言角度进行研究，而应当关注神经语义学，即关注意义怎样从脑这一进化产物中产生出来。在神经元层次上，科赫认为意义发生在获胜集群向其外神经元投射的突触后连接处。例如，加州大学洛杉矶分校神经外科医生弗里德（ItzhakFried）实验表明，被试者脑中存在着一个“克林顿神经元”，此神经元所在的集群负责产生“看见前总统克林顿”这一知觉。

“任何与意识属性有关的意义都是NCC后活动的一部分，它们都来自于获胜的神经元集群。”当然这些神经元集群彼此紧密联系，而且同外部非成员集群之间相接触，例如，克林顿神经元之类的细胞也促使表征“总统”或者“莱温斯基”概念的细胞产生兴奋。这些相关神经元构成了NCC的意识背景，而意识背景同时又为知觉到的属性赋予意义，其中包括过去的联想、对NCC结果的预期、认知背景，以及和NCC的神经元有关的活动，它们给大脑提供了有关主节点的意义。

科赫强调，就从知觉意识来看，任何一种知觉都和大量的信息或意义有关。在产生一种知觉时，这些大部分信息或意义都不是外显的，而是内隐于意识背景中。例如，当我看到日思夜盼的人时，她的微笑、声音、举止等信息都由神经元内隐编码构成了意识背景。这些信息“以更为被动的形式，表达为突触前或突触后末稍中钙浓度的升高或是树突去极化，这可能引起突触后放电，但是也可能不会”。因此，要想有效地处理这一信息，脑就必须使之符号化。这正是主观体验特性的作用。科赫说，主观体验特性就是这样一些符号，“它们是高度并行网络的一种特别属性，用以表达大量的显式或隐式信息。其中，显式信息在不同主节点处以NCC表达，而隐式信息则分布于构成NCC意识背景的大量神经元中”。对于大量无法用语言形容，但在某段时间要用到的信息，主观体验特性可以通过符号轻易地编码这些同时而来的信息，并以概要的形式报送给大脑中枢。不同类的主观体验特性所包含的神经符号不同，不仅内容不同，而且时长、强度以及是简单还是复合均可能不同。真实的感官感受所带来的主观体验要比想象相关联的主观体验更为强烈一些，细节更丰富，这取决于表示的NCC的集群分布程度。

然而，对于心灵哲学来说，困难在于主观体验为什么是第一人称的、私密的。科赫认为：首先，任何感觉的意义都有赖于一个人的基因组成，以及他先前的经历和生活历史，因而不同的人会有不同类型的神经元表征集群，一个脑中的感受很难在另一个脑中复制。其次，任何一种主观知觉都是由多个位置的主节点共同编码的。例如，我想告诉你关于紫色的主观体验，就得把有关信息从这些节点传输到脑中的相关语言中枢，然后再反馈回到声带与舌头。由于皮层中总有大量的反馈联结，因此在传输过程中必然对信息进行重新编码。因此，控制我语言的运动神经元所表征的外显信息与颜色主节点的外显信息相关，但不完全一致。

既然我们的意识和主观体验是一群神经元集群的发放活动。那么我们为什么会有一种自我意识呢？或者说为什么我们总是感觉到意识在控制我们的行为呢？科赫指出。这是一种常识的、错误的“小人假谬”观点，是一种荒诞的幻想，它是我们祖先或普通民众由于缺乏大脑神经解剖学的知识，而根据体验把大脑额叶皮层神经网络接收后皮层的感觉输入并做出决策、传达决策于相应的运动处理单元的过程看作一种“自我的监控”的结果。然而，前额叶皮层的神经网络是一群高度程序化、复杂化的神经元，它们联系着一连串的感觉一运动结合而成的精巧的运动程序。就其活动来说，它们是无意识的，因为激活NCC需要动用大量的计算和记忆资源，这在自然界生存竞争中几分之一秒就关系到生死的情况下，无疑是不可能的。意识的作用或功能就在于可以训练这些感觉—运动单元，慢慢地把有意识的活动变成无意识的活动。特别是当这些无意识的活动目标产生冲突的时候，意识可以对它们的运动进行协调。科赫说，我们实际上是僵尸和有意识的自我的统一体，取长补短，协同工作，这是自然选择的双重策略。

四、结语：大胆假设小心求证

科赫通过寻访NCC来探讨意识之谜，自然引起了当代心灵哲学家的关注。但塞尔认为，这种策略本身就值得讨论。从这个策略来看，第一，找到NCC：第二，通过测试研究意识与NCC真正的因果关系；第三，建立一个意识理论，使因果关系系统化。塞尔说，假若第一步如科赫所说NCC是皮层一丘脑中间一系列神经元集群的同步发放活动，那么第二步就要操控有关现象，测试有关NCC对于意识的存在是否充要。这样，我们就需要解释大量的神经病理学、分子生物学等例子，然而这些例子的解释需要我们的背景预设或者说相关的意识理论。而且现在的研究工具（正电子发射层析成像扫描、CAT扫描、功能性磁共振成像技术）也不能识别NCC，因为很难说清大脑活动哪些与意识有关联。接下去.塞尔认为科赫提出的意识理论也只是假说，它可以概括为“积木理论”。即任何意识都是由其各部分所组成的。把这些积木拆开，我们就有了关于整个意识结构的钥匙。言下之意，科赫的意识理论就是一种还原论。

笔者不完全同意塞尔的批评，赞同科赫通过吸收自然科学的成果来解决意识之谜。当然，科赫的意识理论确实是有问题的。从整体来看，科赫的意识理论并不是塞尔所说的还原论或“积木理论”.而是建立在整体论和还原论基础上的突现论。正是由于这一突现论色彩，科赫的假说中包含着本质主义和内在主义的倾向，因此存在许多问题：（1）意义问题：神经元表征的意义究竟是内在还是外在的？科赫说，在NCC中主节点都有内隐的信息，是内在的表征，那么为什么众多神经元集群在一起的时候就有了外显的表征信息？如果它是突现的属性，那么它是不是与内在神经元属性不同？（2）主观经验特性问题：科赫认为主观经验是一组神经元符号表征，同时又具有私人性，这在逻辑上是矛盾的。因为，假如我们能够复制这些神经元符号，就可以制造出主观经验来。它可以为第三者所体验，那么如何说具有私人性呢？科赫认为这涉及到复杂的运算或处理过程，甚至是先天的因素，实际上是无法复制出相同的主观体验的。但是，经验研究存在着困难，并不能代表着没有逻辑上的可能性。（3）自我问题难以自圆其说。科赫认为人是由无意识的自主体与有意识的自主体构成的，它们是自然选择的双重策略，而且有意识的自主体并不是直接作用于人类的行为。它只是为执行思考、计划及其相关的活动的额叶皮层输送相关概要信息，这实际上解构了常识的“自我”。沿此思路，我们可以得出，人类存在着两个不同的“自我”。正如英国当代心理学家埃文斯（Jonathan St.B.Evans）的“一脑两心”理论，即人类的心灵中存在两个不同的独立的认知系统或过程：“第一种过程（类型1）被描述为即快速的、自动地加工大部分信息的过程；第二种过程（类型2）被描述为缓慢、序列和有限地加工过程，但明显受到有意识控制。”因此人类大脑之中应当存在着两个心灵.对应着两个不同的自我：一个是直觉性的自我，一个是反思性的自我。那么接下去，科赫就要回答哪个“自我”对行为负责。他说，真正的自我实际上是无意识的自主体，而有意识的自我只是为了处理复杂的信息而训练感觉一运动行为以加工成无意识的活动而存在的。如果无意识自我是人类活动的原因，那么我们还有没有自由意志？有意识的自我又如何与无意识的自我共处一室？笔者认为，当科赫把意识作为一种突现的属性时，自我也就突现了。人类也就开始了与生物属性的自我的斗争。而如果他回到原来的无意识自我，那么他就与其他神经生物学家的还原论策略没有什么区别了。

意识是由大脑神经元、身体结构和环境共同构成的，寻找意识不能仅限制在大脑神经关联物之上，它应当延展到自然、社会环境之中。正是由于我们的心灵或意识是这样一种复杂的结构性产物，因此，在研究寻找意识的关联物之前，我们还是要持谨慎态度，坚持大胆假设，小心求证。这才是科学家和哲学家在探讨意识问题上的应有立场。