你真的明白自己的大脑在想什么吗

尼尔·K·赛斯

理解意识的最佳方法是什么？宇宙是否应如勒内·笛卡尔所称被划分为“精神存在”和“物质存在”？在哲学领域，对此的争论几个世纪以来从未休止。但现代神经科学的兴起已验证了一种更为务实的方法：一种由哲学指导但不依赖哲学研究提供答案的方法。其关键在于认识到为什么解释意识的存在对揭示其物质基础的进展——开始建立从主观及现象到客观及可衡量的解释性桥梁——并非必要。

在布莱顿萨塞克斯大学萨克勒意识科学中心工作时，我与认知科学家、神经科学家、精神病学家、数学家以及哲学家合作，在脑成像仪及虚拟现实向导仪器的辅助下，致力此项研究。与其他实验室一起，我们逐渐意识到这个领域获得了令人兴奋的新见解，这种见解会给医学带来巨大的变化，反过来又给智能和伦理带来新挑战。在我的研究中，一个新的景象正在形成，其中意识体验被视为研究大脑和身体如何一起工作、以维持生理完整性（保持生命）的基础。按照这个理论，人是有意识的“野兽机器”。我来解释一下其中的原因。

让我们从大卫·查尔默斯继承自笛卡尔的、很有影响力的“容易问题”和“疑难问题”的区分开始。“容易问题”是理解大脑（和身体）如何产生感知、认知、学习及行为的。“疑难问题”是理解它们为何如此运行以及如何与意识相关联的：为什么我们不仅仅是没有任何内在的机器人或哲学僵尸？人们很容易认为解决“容易问题”（无论这可能意味着什么）会对解决“疑难问题”毫无帮助，使得大脑的意识基础成为奥秘。

这里有一个替代方案，我喜欢称之为现实的问题：如何解释意识在生物机制方面的各种属性;不用假装它不存在（容易问题），也不用过于担心解释它的存在（疑难问题）。（熟悉神经内科学的人会看到一些相似之处，但也有差异，下文将会提到。）

这种方法在历史上曾有过类似的运用，例如它曾被用在生命的研究中。生物化学家曾经怀疑生物机制是否可以解释生命的特质。今天，虽然我们的理解仍然不完整，但最初的神秘感已经在很大程度上消失。生物学家只是掌握了解释生命系统各种性质的基础机制：新陈代谢、体内平衡、繁殖等。从中得到的一个重要的经验是：生命不是“一件事”。相反，它有许多潜在可分离的方面。

以同样的方式解决意识的现实问题依赖于区分意识的不同方面，并将它们的现象学属性（对意识经验是什么这个问题的主观第一人称描述）映射到底层的生物机制（客观第三人称描述）。从区分意识水平、意识内容和意识自我开始是个不错的选择。意识水平必须与有意识相关——无梦的睡眠（或全身麻醉） 与完全清醒并有意识之间的区别。意识内容是当你有意识时构成你内心世界、填充你意识经验的事物：风景、声音、气味、情绪、思想和信念等。作为自我的独特体验就包含在这些意识内容中。这是意识自我，可能是与我们关系最密切的意识的一方面。

构成我们意识能力基础的基本大脑机制是什么？值得一提的是，意识水平与觉醒并非完全一致。当你做梦时，即使是在睡眠中，也会产生意识经验。在一些病理情况下，如植物人状态（有时称为“觉醒无意识”），病人完全没有意识，但仍然经历睡眠和清醒的循环。

那么，明确有意识（相对只是清醒而言） 的基础是什么？涉及其中的并非只是神经元的数量。小脑（位于大脑皮层后部）具有的神经元数量是大脑其余部分的约4倍，但几乎与维持意识水平无关，甚至不是神经活动的整体水平。无梦的睡眠中，人的大脑几乎与在有意识的清醒时一样活跃。可以这样说，意识似乎取决于大脑不同部位如何以特定的方式彼此交流。

米蘭大学神经科学家马塞洛·马西米尼的一系列研究为这一观点提供了有力的证据。在这些研究中，大脑受到短暂的能量脉冲刺激（使用被称为经颅磁刺激的技术，并且其电“回波”使用EEG 记录）。在无梦的睡眠和全身麻醉期间，这些回声非常简单，如同将石头投入静水中产生的波纹一般。但在有意识状态期间，典型的回波广泛分布在大脑皮层表面，并以复杂的方式消失、重现。令人兴奋的是，我们现在可以通过弄明白如何压缩这些回波（类似于使用简单的算法将数

字照片压缩为JPEG文件），来量化它们的复杂性。能够做到这一点意味着向兼具实用性和理论激励性的“意识测量仪”迈出了第一步。

意识的复杂性测量已经被用来跟踪睡眠和麻醉状态下意识的变化水平。它们甚至可用于检查脑损伤后的任何意识持续性，而基于患者行为的诊断有时是误导性的。在萨克勒中心，我们正致力不依赖大脑刺激，而是通过在自发神经活动——大脑的持续“回声”——基础上计算“大脑复

杂性”，改进这些测量的实用性。有望测量意识，量化其有无的能力，将转变我们的科学理念，正如我们对热量的身体感知（作为平均分子动能）依赖于1 8世纪出现的第一个可靠的温度计一样。开尔文爵士这样说：“在物理科学中，学习任何学科的第一步必须是找到数字推算原理和测量与之相关特性的可行方法。”简单地说就是：“测量即知晓。”

但是，大脑复杂性测量中测量的“特性”是指什么？这就是关于意识的新理论发挥作用之处。20世纪90年代末，杰拉尔德·埃德尔曼（我在圣地亚哥神经科学研究所的导师）和现在在麦迪逊威斯康星大学工作的朱利奥·托诺尼开始认为，意识经验具有独特的高度“信息性”和高度“集成性”。

捕获信息和集成共存的数学映射到新兴的大脑复杂性测量

“意识是信息性的”是指每个经验都不同于曾经有的或可能有的每一个其他经验。看着面前的桌子和窗外，我从来没有经历过现在的情景：咖啡杯、电脑和云朵。当与所有其他的感知、情绪和思想同时存在时，这种体验变得更加独特。每种意识经验都涉及大量不确定性的减少，任何时候我们都有许多可能经验中的一种。这里的“不确定性的减少”指的是数学上的“信息”。

意识被集成是指每个意识经验表现为一个统一的场景。我们不能独立于形状来体验颜色，也不能独立于背景来体验对象。我现在意识到，经验的许多不同元素——计算机和咖啡杯、巴赫的舒缓音乐以及我对接下来写什么的担心——似乎作为意识这个完整状态的各个方面被深深捆绑在一起。

事实证明，捕获信息和集成共存的数学映射到上面描述的新兴大脑复杂性测量。这并非偶然，它是“现实问题”策略的应用。我们在主观经验的层面上描述意识，并将其映射到大脑机制的客观描述。

一些研究人员进一步分析这些想法，以解决疑难问题本身。该方法的先驱托诺尼认为，意识只是集成的信息。这是一个有趣且大胆的提议，但它是以承认意识可以存在于任何地方和一切事物（泛心论的哲学观点）为代价的。所需的附加数学曲解也意味着，在实践中，对于任何现实的复杂系统，测量集成信息变得不可能。对于说明将疑难而非现实问题作为目标如何减缓甚至停止实验进展，这是一个有说服力的例子。

有意识是指我们意识到了某些东西。大脑中是什么在决定意识的内容？寻找所谓的“神经关联意识”（NCCs）一直都是解答该问题的标准方法。20世纪90年代，弗朗西斯·克里克和克里斯托夫·科赫将NCC定义为“对于特定意识感知足够的神经元事件和机制的最小集合”。这个定义在过去的25年里一直适用，因为它直接通向实验。我们可以使用（例如）EEG和功能性MRI将意识感知与无意识感知进行比较，寻找脑活动的差异。方法有很多。最流行的一种是双眼竞争：向每只眼睛呈现不同的图像，使得有意识感知从一个转换到另一个（同时感觉输入保持不变）。另一个是掩蔽：短暂瞬间图像迅速跟随无意义的图案。第一图像是否被有意识地感知取决于图像和掩模之间的延迟。

诸如此类的实验已经识别始终与意识知觉相关联的脑区域，并且与该知觉是否是视觉、听觉，还是其他一些感觉形态无关。这个理论的最新进展涉及实验，尝试将参与产生有意识感知的脑区域与参与产生意识知觉本身的脑区域区分开。虽然这些实验很强大，但它们并不真正解决意识的“现实”问题。例如，后脑皮质“热点”在有意识感知期间被可靠地激活并不能解释为何该区域的活动应该与意识相关联。为此，我们需要一个感知的普遍理论来描述大脑在做什么，而不只是哪个部位在做。

19世纪，德国博学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹提出，大脑是一个预测机，我们看到的、听到的和感觉到的都只不过是大脑对其感觉输入成因的最佳猜测。这样来想一下。大脑被锁在头盖骨内，它接收到的是间接与世界上的物体相关、模糊且嘈杂的感觉信号。因此，感知必须是推理的过程，其中不确定的感觉信号与先前的期望或对世界的“信念”结合，形成大脑对这些感觉信号成因的最佳假设——咖啡杯、计算机和云朵。我们看到的是大脑关于那里是什么的“最佳猜测”。

在实验室和日常生活中，很容易找到预测感知的例子。走在一个迷雾的早晨，如果我们期待在公交站遇到某位朋友，我们就可能会觉得她在那里，直到仔细辨别发现是一个陌生人。如果期待，我们也可以听到无聊噪音中的言语。即便是非常基本的感知元素也是由我们视觉系统中编码的无意识信念塑造的。例如，我们的大脑已经进化为相信光从上面来，这就影响了我们在阴影中感知形状的方式。

人们有意识地看到他们期望的， 而不是违反他们的期待

经典的感知观是，大脑以自下而上或由外到内的顺序处理感觉信息：感觉信号通过接收器（例如视网膜）进入，然后深入大脑，每个阶段越来越多地进行复杂和抽象的处理。依照该观点，感知的“重任”是通过这些自下而上的连接完成的。亥姆霍兹的观点颠倒了这个框架，认为从外部世界进入大脑的信号只传达预测错误：大脑期望和它接收之间的差异。感知内容由反方向（自上而下） 上流动的感知预测承载，从大脑内部向外到感觉表层。感知涉及通过不断更新大脑的预测，在大脑感觉系统内的许多处理水平上同时最小化预测误差。在这种经常被称为“预测编码”或“预测处理”的观点中，感知是受控的幻觉，其中大脑的假设通过来自世界和身体的感觉信号不断地被抑制。“这是一个与现实相符的幻想。”心理学家克里斯·弗里斯在《制造心灵》（2007）中如是说。

凭借该感知理论，我们可以重新探讨意识。现在，不是询问哪些脑区域与有意识（或无意识）的感知相关，而是要问：预测知觉的哪些方面与意识相关联？现在的许多实验表明意识更多地取决于感知预测，而不是预测误差。2001年，哈佛医学院的阿尔瓦罗·帕斯卡·莱昂内和文森特·沃尔什要求被测试者报告漂移点云的运动方向（所谓的“随机点运动”）。他们使用TMS专门中断视觉皮层的自上而下的信号，发现这样做消除了运动的有意识感知，即使自下而上的信号保持完好。

最近，在我的实验室，我们在更详细地探讨意识知觉的预测机制。在几个实验——使用前面提到的双眼竞争法的变体——中我们发现，人们有意识地看到他们期望的，而不是违反他们的期待。我们还发现，大脑在所谓的阿尔法节律——在大约10赫兹的EEG信号中的振荡（大脑视觉区域尤其突出）——的优选点（或阶段）施加其感知预测。这是令人兴奋的，因为它让我们看到了大脑如何实现类似预测知觉，并且对一个众所周知的大脑活动现象——阿尔法节律——带来了新的曙光。

预测处理还可以帮助我们理解视觉体验不寻常的形式，例如伴随精神病或迷幻行为的幻觉。基本观点是，当大脑对进入的感觉信号注意太少时产生幻觉，使得感知变得异常地由大脑先前的期望控制。不同种类的幻觉（从线条、图案和纹理的简单的几何经验到充满物体和人的丰富幻觉叙述）可以通过大脑的过度渴望来解释，以确认其在皮质层级中不同水平的预测。这项研究有重要的临床前景，因为它得到了精神病症状的基础机制。这类似于抗生素能解决感染的根源，而止痛药不能。

在我们内心世界的许多独特经验中，有一个是非常特别的。这便是作为自我的体验。因为它们似乎总是存在，我們也经常在主观存在中感觉到它们的连续性，因此我们通常把自我体验当成理所当然的。（当然，在全身麻醉情况下出现的除外。）但正如意识不仅仅是一个事物，意识自我也应该被理解为由大脑产生的复杂结构。

身体自我指的是身体的体验以及拥有独一无二身体的体验。透视自我是指从特定的第一人称观点感知世界的体验。意志自我包括意向、代理（做事情的欲望）以及作为事情发生成因的体验。在更高的层次，有叙事和社会自我。叙事自我是“我”作为一个连续和独特的人随着时间的经验，建立丰富的自传体记忆。社会自我是由独特社会环境塑造的，通过感知他人思想被映射的自我体验的一部分。

日常生活中，很难区分这些维度的自我。我们作为看似统一的整体存在，身体自我的体验似乎与过去的回忆以及我们的意志和代理的经验无缝融合。内省可能不是一个好方法。许多实验和神经心理学案例研究都得出，大脑主动且连续地生成和协调自我体验的这些不同方面。

我们作为和拥有身体的体验是一种非常独特的“控制幻觉”

让我们以身体自我为例。在著名的“橡胶手错觉”中，我要求被测试者把注意力集中在一只假手上，而他真正的手不在视线内。如果我同时用一个软的画笔抚摸他真正的手和假手，他可能会产生不可思议的感觉：假手不知何故已成为他身体的一部分。这揭示了我们如何体验“拥有”我们的身体，并且引发了一个问题：大脑如何确定世界的哪些部分是其身体，而哪些部分不是？

为了回答這个问题，我们可以采取与构成其他形式感知基础同样的过程。大脑根据先前的信念或期望以及可用的感觉数据做出“最佳猜测”。在这种情况下，相关的感觉数据包括身体特有的信号，以及诸如视觉和触觉的一般感觉。这些身体感觉包括本体感受，其标志身体在空间中的位置以及内感受，涉及从身体内部传递信息的一大批输入，诸如血压、胃张力、心跳等。体现自我的体验取决于跨内感受器和本体感觉通道以及跨越一般感觉的感觉信号与身体相关成因的预测。我们作为和拥有身体的体验是一种非常独特的“控制幻觉”。

我们的实验研究支持这个想法。在一个实验中，我们使用所谓的增强现实来开发一个新版本的橡胶手错觉，旨在检查内感受器信号对身体所有权的影响。被测试者通过头戴式显示器观看周围环境，专注于出现在面前的自己手的虚拟现实版本。这个虚拟手被编程为温和闪烁的红色，时而与心跳保持一致，时而不同。我们预测当与心跳同步发出脉冲时，人们会体验到对虚拟手更强的认同感，而这正是我们发现的。其他实验室发现类似的原则适用于有意识自我的其他方面。例如，当传入的感觉数据与行动的预期后果相匹配时，我们经历代理事件，并且追溯到该预测过程中的异常。

这些发现让我们再次回过头来看笛卡尔的理论。取代“我思故我在”，我们可以说“我预测（自我）故我存在”。作为你（或我）的独特体验只是大脑对自我相关感官信号成因的最佳猜测。

这是最后一个转折点。预测模型不仅有助于弄清楚感觉信号的成因，而且还允许大脑通过改变感觉数据以符合现有预测来控制或调节这些原因（这有时被称为“主动推断”）。当涉及自我，特别是其深刻体现的方面时，有效的监管可能比准确感知更重要。只要我们的心跳、血压和其他生理数据保持在可行范围内，缺乏细节的知觉表征可能就没有关系。这可能与“作为身体”体

验的独特性有关。

最后一次回到笛卡尔的理论。在将心灵与身体分离时，他认为非人类的动物只不过是没有任何内心世界的“野兽机器”。在他看来，生理调节的基本过程与心理或意识相关很少或无关。我的看法刚好相反。在我看来，我们对意识自我体验的基本方面可能取决于对我们凌乱的生理、我们的动物血液和内脏的控制导向的预测知觉。我们是有意识的自我，因为我们也是野兽机器——关心自身生存，自立的肉体。