关于意识进化的全新理论

迈克尔·格拉齐亚诺（Michael Graziano）

魏尚新/译

关于意识进化的全新理论

迈克尔·格拉齐亚诺（Michael Graziano）

魏尚新/译

神经系统科学家讲述我们如何对自己产生意识。

自查尔斯·达尔文（Charles Darwin）于1859年发表《物种起源》（On the Origin of Species）之后，进化论就成了生物学界的大一统理论。但在进化论的大背景下，人类最重要的生物学特征之一——意识，却很少有人研究。很多有关意识的理论来源于宗教、哲学、认知科学，却鲜有来源于进化生物学的。这同时也解释了为何只有很少的理论能够用来处理一些基础性问题，比如：意识的适应值是多少？意识自什么时候开始进化？哪些动物拥有意识？

过去五年里刚刚发展起来的注意图式理论（Attention Schema Theory，AST）或许能解答这些问题。这个理论表明，意识是作为一种解决方案出现的，处理的是任何神经系统都会面临的一个相当重要的基本问题：太多信息源源不断地流入神经系统，导致神经系统很难对这些信息进行充分处理。大脑日渐形成一些复杂的机制，可以以放弃其他信号为代价，深度处理一些精选出的信号；在注意图式理论中，意识是进化序列的最终一环。如果这项理论是正确的（是否正确还有待商榷），那么意识在过去的5亿年里已经在逐渐进化，如今存在于一些脊椎动物之中。

大脑中枢进化之前，神经系统就已经使用了一个简单的处理技巧：竞争。神经细胞的行为类似于选举活动中的候选人，每一个神经细胞都在不断喊叫，试图压制住自己的对手。在任何时候，都只有少许神经细胞能够赢得这场激烈角逐的胜利，这些神经细胞的信号从嘈杂的神经细胞中脱颖而出，从而影响动物的行为。这个过程叫做“选择性信号增强”；如果没有这个过程，神经系统几乎什么也做不了。

进化生物学中有一个常用的方法——对不同的生物物种进行比较，利用这个方法，我们可以对选择性信号增强的最初进化时间进行合理的推测。水螅是水母的小型近亲，可以说它拥有最简单的已知神经系统——神经网。不管你戳水母的哪个部位，它都会给出一种全身性的反应。并没有证据可以表明，水母是选择性地处理一些刺激，因而策略性地忽略其他刺激。依据基因分析，水母的原型和其他动物原型之间的分化或许早在7亿年前就已经发生了。选择性信号增强或许就是在此之后逐步形成的。

另一方面，节肢动物的眼睛是最好的选择性增强信号案例之一。它可以增强与视觉边缘相关的信号，压制其他的视觉信号，产生世界的缩略图。因此，选择性增强也许是在水螅和节肢动物形成之间的某个时间不断演化形成的——也就是大约7亿年前到6亿年前之间的某个时间，接近多细胞复杂生命的出现时间。选择性信号增强非常简单、原始，甚至不需要大脑中枢的协助。眼睛、身体上的触碰感应器网络，以及听觉系统，各自都有自身的注意变体，以将焦点集中在少数精选出的信号上。

下一个进化方面的进展是可以协调所有感觉的注意力中央控制器。在大多数动物身上，中央控制器是一片叫做“顶盖”的大脑区域（“顶盖”在拉丁语中的意思是“屋顶”，顶盖通常覆盖着大脑的顶部）。顶盖协调一些叫做“外显注意”的东西，引导眼睛、耳朵、鼻子的“卫星天线”指向任何重要的东西。

鱼类、爬行动物、鸟类、哺乳动物等所有脊椎动物都有顶盖。即便是七鳃鳗，也有顶盖；七鳃鳗在进化上出现得很早，所以连下颌都没有。但众所周知的是，无脊椎动物是没有顶盖的。脊椎动物有顶盖，但是无脊椎动物没有，这一事实给了我们界定其进化时间的机会。来自化石及基因方面的证据表明，脊椎动物大约在5.2亿年前开始进化。顶盖以及注意力的中央控制系统可能也是在那个时间左右开始进化的，也就是在所谓的“寒武纪大爆发”（Cambrian Explosion）期间，这时候的脊椎动物还只是小型的蠕动生物，与海洋中大量的无脊椎动物进行竞争。

顶盖是一项异常精美的工程。为了高效控制头部和眼睛，顶盖构建了一种叫做“内部模型”的东西，这一特征为工程师们所熟知。内部模型是一种模拟结果，可追踪任何被控制的东西，可以进行预测和计划。顶盖的内部模型是一组信息，编码在神经细胞活动的复杂模式之中。这组信息可以模拟眼睛、头部及其他主要身体部位的现行状态，就这些部位的下一步活动及其活动后果做出预测。举例来说，如果你将眼睛向右转，那么你的视野就会以一种可预测的方式，越过视网膜转向左边。顶盖将预测的视觉信号与真实的视觉信息进行比较，以确保你的动作与计划一致。这些计算过程非常复杂，但为了获得活动控制所能赢得的益处，也依然值得更多的努力。在鱼类和两栖动物身上，顶盖达到了复杂精细的顶峰，占据了大脑中最多的部位。青蛙能够很好地对自己进行模仿。

伴随约3.5亿～3亿年前爬行动物的进化，一种新型的大脑结构应运而生，这就是“视丘结构”（wulst，德语）。鸟类从自己的爬行类先祖身上继承“视丘”。哺乳动物也是如此，但是在我们身上通常被叫做“大脑皮层”，并得到了极大的扩展。截止到目前为止，这是人脑中所发现的最大结构。有时候，你会听别人提到爬行动物的脑子是没有意识的，是去除大脑皮层后剩余的无意识的那部分，但这种说法是不正确的。大脑皮层在某种程度上起源于爬行动物的“视丘”，而且，爬行动物可能比我们所想象的还要聪明。

大脑皮层就像是升级版的顶盖。在我们的大脑皮层之下，依然埋藏着一个顶盖，这个顶盖执行的功能与鱼类和两栖动物类似。如果你突然听到一阵声响，或是在眼角看到什么动静，那就是顶盖快速且精准地将你的注意力指向那边的。大脑皮层也吸收感知信号并协调活动，但是它有更为灵活的指令。依据背景环境的不同，你可以向前看，向别处看，发出声响，跳一支舞，或是仅仅将感知事件存储在记忆里，以备将来使用。

大脑皮层和顶盖之间最重要的不同或许就在于它们所控制的注意力的不同。顶盖控制的是外显注意，将感知器官指向任何重要的事物。大脑皮层对某种叫做“内隐注意”的东西提出了更高的要求。你无需直接去看，进而注视某事物。就算你背对某物体，你的大脑皮层也依然会持续处理该物体的信息。有时候，科学家会将内隐注意比作聚光灯［该类比最初由遗传学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）提出］。大脑皮层可以将内隐注意从你面前的文本转向旁边的人、后院的声响、一种想法或记忆。内隐注意是深度处理的虚拟移动，从一件事物转向另一件事物。

大脑皮层需要对该虚拟移动进行控制，因此，就像其他有效控制器一样，大脑皮层也需要一种内部模型。与顶盖不同，顶盖塑造的是具体事物的模型，比如眼睛、头部，但大脑皮层必须塑造一些更为抽象的事物的模型。依据注意图式理论，它会构建一种注意图式，即一组持续不断更新的信息，实时描述内隐注意的行为及其后果。

考虑一下一种不太可能的思维试验。如果你能以某种方式将一种外部演讲机制安装在鳄鱼身上，并且该演讲机制能够获取鳄鱼“视丘”中的注意图式的信息，那么，这条具有科技支撑的鳄鱼或许就能进行这样的报告，“有一些无形的东西存在于我。不是眼球，不是脑袋，也不是手臂。那是一种非物质的存在。是我对事物的精神占有。它从一组事物移到另一组事物。当存在于我的这一神秘过程抓住了某种东西，我就可以进行理解、记忆、回应。”

当然，鳄鱼或许会出错。内隐注意并非是无形的。它有物理基础，但是这种物理基础存在于神经细胞、突触和信号的微观细节之中。大脑没有必要知道这些细节。正因如此，该注意图式在策略上就会很模糊。该图式以一种物理上的非逻辑方式，将内隐注意描述为一种非物理本质。根据相关理论，这就是意识的源头。我们认为自己拥有意识，是因为在头脑深处，一些非常原始的东西在计算着那半魔术般的自我描述。可惜鳄鱼不能真的开口说话。但在该理论中，它们至少拥有一种简单的注意图式形式。

当我对进化进行思考时，我想到了泰迪·罗斯福（Teddy Roosevelt）的著名话语，“在你所在之处，利用你所拥有的资源，做你力所能及的事。”进化是这种机会主义的主宰者。鳍变成脚，鳃弓变成下颌，自我模式转变为他物模式。在注意图式理论中，注意图式最早是作为一个人自身的内隐注意模型进行进化的。但是，根据该理论，一旦基础机制到位，就会发生进一步改进，以塑造其他生物的注意状态模型，从而容许群体预测的存在。大脑不仅可以将意识归于自身，还可以将意识归于其他生物。

当心理学家研究社会认知的时候，他们通常会将注意力集中在某些叫做“心理理论”（theory of mind）的事物上，这是一种可以理解他人大脑中可能的想法的能力。更复杂的案例只局限于人类和猿类身上。但实验表明，一只狗可以一边看着另一只狗，同时猜测这样一个问题，“它是否注意到了我？”乌鸦也展示出了不同反响的心理理论。如果它们在另一只鸟的注视下隐藏食物，就会等到那只鸟离开，把之前的食物再去藏一次，仿佛它们能推断出别的鸟注意到了一个藏匿之地，而没有注意到另一个。如果注意和识别其他生物的基本能力存在于哺乳动物和鸟类身上，那么，这种基本能力在某种程度上就可能起源于它们共同的祖先——爬行动物。在注意图式理论的进化历程中，爬行动物的视丘进化形成后不久，社会认知很快就开始呈现出增强趋势。鳄鱼或许不是地球上最具社会复杂性的生物，但它们居住在大型群体之中，照料下一代，在被视作是有些危险的宠物时，就会表现出对人类的忠诚。

如果注意图式理论是正确的，3亿年的爬行动物、鸟类、哺乳动物进化就会容许自我模式和社会模式协力进行演化，并对彼此施加影响。我们将自己投射到他人身上，来获取对他人的理解。但是，通过思考别人看待我们的方式，我们也可以获取对自身的了解。来源于我自己的实验室的数据表明，人脑中容许我们将意识归于他人的大脑皮层网络，与构建我们自身意识感的网络有大范围的重叠。

在意识的进化过程中，语言或许是离我们最近的一次飞跃。没有人知道人类语言最初的进化发生在什么时候。但是可以确定的是，早在7万年前，人类散布在世界各地之时，我们就已经拥有语言了，分散的族群都有一门复杂的语言。人们经常对语言和意识之间的关系进行争论，但我们至少可以确信以下几点：一旦我们开发了语言，我们就可以谈论意识，区别不同的标记。我们可以大声说出：“我对事物是有意识的，她是如此，他也是如此，那条试图摧毁我们村庄的该死的河流也是如此。”

在某种程度上，或许是由于语言和文化的存在，人类有一种一触即发的倾向，总会将意识归于我们周遭的一切。我们将意识归于故事中的角色、木偶和玩具娃娃、风暴、河流、虚空、鬼魂和神灵。贾斯汀·巴雷特（Justin Barrett）称之为“超活跃代理检测装置”（Hyperactive Agency Detection Device）。有一种思辨方法说的是：安全总好过遗憾，须防患于未然。如果是风吹草动，而你却误认为那是一头狮子，便不会产生什么伤害。但如果你未能察觉出一头真正的狮子的存在，你就会从基因库里被淘汰出去。然而，对我来说，“超活跃代理检测装置”能做的远不止探测食肉动物那么简单。它是我们超社会属性的结果。进化可以将我们与其他生物的模式调整到共振状态；我们已经非常适应彼此的心理状态。它给了我们自适应性优势。其无法避免的副作用是难以检测到误报率或形骸细胞的存在。

于是，进化历程一直将我们带到了今天，带到了人类意识中，我们将其归于自身，归于其他生物，归于我们周遭虚空中鬼魂和神灵的丰富精神世界。注意图式理论涵盖了很多内容，从简单的神经系统到对自身和他物的模拟。除此之外，注意图式理论还为我们提供了一个总体框架，以协助对意识、意识的自适应性用途、意识的渐进及持续进化的探索。

原文标题：A New Theory Explains How Consciousness Evolved