克里克和科赫的意识神经关联物探寻

罗岩超

摘 要：随着科学技术的发展，20世纪90年代克里克（Francis Crick）和科赫（Christof Koch）等神经生物学家开始关注意识问题研究，反对传统意识研究中的语言分析和现象学方法，主张应当用神经元活动对意识现象进行还原，利用神经生物学方法进行意识研究，寻找意识的神经关联物。克里克和科赫作为合作者对意识的神经关联物进行了数十年的探寻，本文梳理了他们研究的发展轨迹，考察了他们的NCC理论对于意识的“困难问题”的解答。

关键词：克里克;科赫;还原论;意识神经关联物

中图分类号：B1   文献标志码：A   文章编号：1002-2589（2019）03-0060-03

从古至今，意识问题一直是哲学研究的核心问题之一。随着科学技术的发展，20世纪90年代克里克（Francis Crick）和科赫（Christof Koch）等神经生物学家开始关注意识问题研究，反对传统意识研究中的语言分析和现象学方法，主张应当用神经元活动对意识现象进行还原，利用神经生物学方法进行意识研究，寻找意识的神经关联物（neuronal correlates of consciousness，以下简称NCC）。NCC理论最早就是由克里克和科赫提出的，“某种感觉、思想或行为的神经关联物是神经细胞的本质和行为，它的活动紧密相关于这些脑的活动”[1]317。后来，科赫为NCC进行了更加准确的定义：“所谓意识的神经相关物，就是指足以产生某些特异性的、有意识的感受（conscious feeling）所必需的脑机制和脑事件”[2]2。克里克和科赫作为合作者对意识的神经关联物进行了数十年的探寻，本文梳理了他们研究的发展轨迹，考察了他们的NCC理论对于意识的“困难问题”的解答。

一、意识的神经生物学研究何以可能

在西方，对于意识的研究从苏格拉底起，至今从未间断过。古往今来，无数的哲学家都试图用各种方法、提出各种理论来解释意识是什么，但是一直都没有一个定论，所有理论都存在着这样或者那样的问题。特别是对于物理主义者来说，将意识融入自然界或者说物理世界似乎是不可能的事。这样的困难在查默斯（David J.Chalmers）将意识问题划分为“容易问题”和“困难问题”以后达到了前所未有的高度。“容易问题”是指可以直接用认知科学的标准方法进行处理的问题，而“意识真正困难的问题就是关于经验（experience）的问题”[3]，关于经验的问题也就是感受性质（qualia）或者主观体验特性问题。

与传统的哲学家局限于语言分析和现象学方法不同，克里克和科赫作为神经生物学家试图从神经生物学路径解决意识难题。随着20世纪80年代EEG（脑电图）、MEG（脑磁图）、FMRI（功能性磁共振成像）和PET（正电子发射断层扫描成像）等无创伤脑功能成像技术的出现，运用科学手段分析人的神经元活动与意识的关系成为可能。克里克和科赫作为神经生物学领域的权威，试图发起一场方法论的转向，也就是从过去的语言分析方法和现象学方法转为神经生物学方法，对意识研究进行实证化转向。

相较于传统哲学家对意识概念进行复杂的语言分析，克里克认为先不要下精确定义，“因为过早下定义是危险的”[1]24。他指出“关于什么是意识，每个人都有一个粗略的想法”[1]24，而科赫认为“如果我问你看到了什么，而你能用适当的方式做出回应，那么我就会认为此时你是有意识的”[2]14。他们也常用另外一个词“觉知”（awareness）来代替“意识”（consciousness），因为许多神经科学家都觉得“意识”这个词哲学味道太浓，想尽量回避使用这个词。而在他们的神经科学研究中，他实际上采用的是维特根斯坦和马尔科姆所说的意识的“及物用法”，也就是每当我们经历一种被我们觉知到的心理现象时，我们都可以说“我们意识到……”

接下来，为了便于对意识进行神经科学研究，他们首先提出了兩条研究假设：其一，不同的意识活动使用了相同的神经机制，如果我们探明了其中的一种或几种神经机制，那么我们就能够了解所有的意识活动机制;其二，某些动物，尤其是灵长类动物与人类具有相似的意识活动，如果我们弄清了这些动物的意识活动机制，那么我们也就弄清了人类的意识活动机制。基于这两条研究假设，他们选择了视觉觉知（visual awareness）作为研究的切入点，试图找到视觉觉知的神经关联是什么，一方面，对于视觉觉知的神经学研究已经有了相当的基础，另一方面，在动物身上进行视觉实验相对来说更加容易。

那么，最关键的问题来了，意识的神经生物学研究到底何以可能？当一个人看到一片美丽的风景，我们打开这个人的大脑，并不能看到他所看到的风景。给一个人看一幅图片，同时对他的大脑进行扫描，我们可能会看到大脑的某些区域被激活，一些神经元进行发放，但是我们并不知道在哪个时刻他真的“看到”了这幅图片。你可能会说，可以让这个人报告，他说看到了他就看到了啊。我们应当考虑到这其中的时间差，当他“看到”了图片，然后他可能需要将这个信息转换成语言，接着说出来，那么此时他的大脑可能就是语言区域在激活了。

克里克和科赫的意识研究想要解决的问题实际上就是“如何从神经元活动的角度来解释我们所看见的事物”[1]234，或者说“视觉觉知的‘神经关联是什么”[1]234。在NCC研究的早期，克里克对此进行了问题转换，即将“视觉觉知的神经关联物是什么”等同为了“捆绑问题”（binding problem）。“由于每个物体具有不同的特征，如形状、颜色、运动等，这些特征由若干不同的视觉区域处理，因而有理由假设，看每一个物体时经常有许多不同视觉区域的神经元参与。这些神经元如何暂时地变成一个整体同时兴奋呢？”[1]235这个问题就是捆绑问题。当视觉刺激通过视网膜转换成电信号以后，不同的视觉刺激，例如不同朝向的线条、不同位置的点会激活不同的神经元，而此时我们尚没有产生视觉觉知。直到这些视觉刺激被大脑统一起来，不同的线条被组合成物体，我们才产生了对这个物体的意识。因此，克里克认为大脑如何“捆绑”或者说统一这些视觉刺激就是视觉意识产生的关键步骤，“视觉觉知的神经关联物是什么”可以转换为“捆绑问题”。而这样的问题转换，使得对意识进行认知神经科学研究成为一个具有可操作性的事。他认为，如果我们能够解决捆绑问题，我们也就能够找到视觉觉知的神经关联位置。

而在NCC研究的中后期，克里克和科赫发现，这种问题转换是存在问题的。因为，我们有时候可能并不需要对外界刺激进行“捆绑”，但是我们依然拥有意识。我们可以设想一个没有重力的干净空房间，这个房间一片漆黑，隔音做得也非常好，人飘在里面看不见，听不见，闻不到，也碰不到东西，他不需要“捆绑”任何东西，那么他有意识吗？毫无疑问，他意识到了一片漆黑。所以“捆绑”在某些时候可能是必需的，但是并不是产生意识的充分条件。因此，科赫吸收了功能主义的观点，提出需要制定一套标准来筛选视觉觉知的神经关联物是什么。这其实就是为NCC进行了功能定义，确定NCC具有哪些功能，然后从大脑中进行筛选。

他指出神经活动要成为NCC的一部分就必须满足以下条件：“1.外显表征，此属性应该在某种柱状组织中得到外显表征;2.主节点，当包含NCC的脑区受到损伤或失活时，个体就感知不到这种属性;3.人工刺激，给予该脑区适当的电刺激或磁刺激，可以引起具有相应属性的知觉;4.知觉和神经活动之间的相关性，在每次测试中，有关神经“活动”的起始时间、持续时间和强度，都应该和相应属性的觉知相关;5.知觉的稳定性，眨眼和眼动会干扰感觉输入，但是对知觉没有影响，因而NCC也应该不受到眨眼和眼动的影响;6.和计划阶段有直接联系，NCC的神经元应该投射到计划和执行阶段”[2]153。

二、意识神经关联物的定位

在NCC研究的早期，他们将“视觉觉知的神经关联物是什么”等同为了“捆绑问题”，因此，视觉神经元同步发放的区域可能就是视觉觉知产生的关键位置。此时，来自德国的研究小组观察到，当视野内出现视觉刺激时，视皮质的部分神经元会以一定的节律形式进行发放，这种振荡频率为35-75赫兹，常被称为“γ”振荡（也常被不精确地称为40赫兹振荡）。他们认为这可能就是捆绑问题的答案所在[1]280。克里克将这一观点推广了一步，认为“这种与γ震荡合拍的同步发放可能是视觉觉知的神经关联”[1]280。此外，克里克指出，意识活动发生在大脑皮层的较低层次，因为对于大脑中的大部分活动，人实际上是意识不到的。人的大脑就像是一台计算机，人能够意识到的就只有屏幕上的内容，除此以外，CPU的运算、硬盘中内容的调取、排风扇的转动等等活动都是不会出现在屏幕上的，你也不能直接在屏幕上控制这些活动。意识活动也是如此，人的有意识的活动只是大脑活动的一部分，是整个大脑系统的中间层次。

另一方面，受实验心理学的影响，在这一时期，他们认为注意是意识活动的关键，他们将注意比作是“探照灯”，探照灯照亮的地方，人就会看到那里的东西，同样的道理，视觉注意选取了对象，就会帮助部分神经元进行同步发放，这些同步发放的神经元对应于此对象，人就产生了关于这个对象的视觉觉知。而确定对象的这一同步过程可能依靠的是一种“胜者为王”（winner-take-all）机制：觉知神经元的发放可能是神经元集群相互竞争的结果，众多神经元相互竞争，但只有一个或极少数几个能够获胜，获胜的神经元能够剧烈发放，并抑制其他神经元的发放，此时，我们将觉知到获胜神经元所表征的内容[4]。他们还猜测，丘脑可能是控制注意的关键器官，也是意识形成的关键。

在NCC研究的中后期，他们转换了思路，确定了NCC所必须拥有的功能，制定了定位NCC的标准，并对大脑视觉区域进行了筛选。首先，他们排除了作为视觉感受器的视网膜，视网膜内存在盲点，并且在眨眼时会失去视觉信息，上文中提到的1-6条标准无一满足，很容易就排除了。然后是初级视觉皮层，即V1区，尽管V1区具备1-3条件，但是牛津大学卡明（Bruce Cumming）和帕克（Andrew Parker）对清醒猴进行的实验表明，V1区的神经活动与知觉并不一定具有相关性。另一方面，亚拉巴马大学伯明翰分校的高恩（Timothy Gawne）和马丁（Julie Martin）的实验表明，眨眼和眼动对V1细胞会产生影响。并且，由于V1神经元的输出无法直达皮层前部，而这一部分与大脑的计划有关。因此V1区不满足4-6条，也被排除。

经过筛选以后，科赫认为，“往返于下颞叶（IT）或内侧颞叶皮层与前额叶皮层中某些神经元集群之间的持续发放活动，可能就构成了物体知觉的NCC”[2]338，而“MT区和前眼视区之间的回响活动（reverberant activity），可能正是‘看到运动这一意识的NCC”[2]338。

三、对意识的“困难问题”的解答

查默斯曾经将意识问题划分为“容易问题”和“困难问题”，前者是指可以直接用认知科学的标准方法进行处理的问题，而“意识真正困难的问题就是关于经验（experience）的问题”[3]。关于经验的问题也就是感受性质或者主观体验特性问题。在NCC研究的早期，克里克和科赫实际上是在回避对于哲学问题的讨论，他们希望能为意识研究祛魅，进行方法论转向，也就是摆脱传统的语言哲学和现象学分析，从神经生物学路径对意识问题进行科学、客观的研究。这就表现为在早期研究中，他们的问题域转换，从过去的语言问题和现象学问题转换为了神经生物学问题，只关注于意识活动与具体神经元活动的关系，而不是抽象的意识现象与物理现象的关系。他们试图用具体的神经元活动还原具体的意识活动，并想找出与意识活动直接相关的神经机制。在这一阶段，克里克就指出，如果我们大脑中对于某个事件的神经相关物是严格相同的，那么就可以认为我们在体验此事的过程中具有相同的感受。问题在于如何理解“严格”一词，如果只是神经相关物的活动状态相同我们就具有相同的感受性质，那么我们好像很容易就能实现这一点。但是如果还要考虑个人的过去经历、基因甚至神经元的结构形态，那么我们好像就不可能具有相同的感受性质了。他们对感受性质的回答到此为止，并没有做出更加详细的解答。

而在研究后期，他们发现意识的“困难问题”是他们无法回避，也绕不过去的坎，因为我们难以否定我们的感受性质，不得不承认我们体验的特殊性。在这一阶段，他们开始关心意识的“困难问题”，科赫就指出，感受性质的作用是方便大脑处理大量信息。任何一种知觉其实都包含有大量的信息，为了能够迅速有效地处理这些信息，大脑就必须对之进行符号化，“主观体验特性就是一种强有力的符号表征，它表征了和任何一种知觉有关的信息……这些信息数量极大而且同时到达”[2]336。也就是说，我们的每一个知觉所具有的信息都被用一种感受性质所表征，就像大量文件被压缩进一个压缩文件包，这样更便于在神经回路之间进行传输，也便于大脑进行处理。而感受性质的私密性则是由于每个人基因和生活经历的不同，以及知覺在输入大脑和输出为语言描述的过程中，信息编码的误差所导致的，这就像大脑在解压文件时产生的误差。

克里克和科赫的NCC理論基于的是突现论，也就是对于复杂系统的研究理论，他们以对大脑这个复杂系统中神经元的相互作用研究为基础，考察了神经元的整体和部分活动，对意识活动进行了系统还原。他们在面临感受性质问题时，并不是对感受性质进行简单的还原，而是试图还原人类的体验过程，从系统和过程的角度来还原感受性质。感受性质并不简单地只是某种东西，也不是某种简单的神经元活动，感受性质是伴随着人的体验所产生的，因此，必须分析人在某种体验过程中的神经元活动，在这样的分析中找到对感受性质的合理解释。

四、结语

克里克和科赫的意识神经关联物理论对于心灵哲学研究来说是具有重大意义的。他们早年发起的这场意识研究的神经生物学转向，为心灵哲学研究提供了新的方法、开辟了新的研究领域。他们从神经生物学角度为物理主义还原论提供了新的科学论据，让还原论从过去单纯的理论假设转为了科学研究，对意识研究进行了实证化转向。他们以视觉觉知为切入点，探寻了意识活动的神经关联物，并提出假设认为，“往返于下颞叶（IT）或内侧颞叶皮层与前额叶皮层中某些神经元集群之间的持续发放活动，可能就构成了物体知觉的NCC”[2]338，而“MT区和前眼视区之间的回响活动（reverberant activity），可能正是‘看到运动这一意识的NCC”[2]338。他们的这种研究方法和理论研究是极具启发性的，但是，我们也应当看到他们研究中的问题。

笔者认为，克里克和科赫的NCC理论有一个最大的问题，就是并没有完全覆盖意识的所有方面。他们提出神经生物学的方法转向、提出寻找NCC，实际上暗含着将意识活动等同为了我们的感官活动。因为，不进行这种等同的话就无法进行神经生物学研究了，我们无法从第三人称角度研究第一人称现象。他们以视觉觉知为突破点，寻找视觉觉知的神经关联物，这正是因为视觉现象易于做实验，无论是人或者是动物，对于视觉刺激都极为敏感，也容易表达。以此类推，嗅觉、听觉、味觉、触觉的实验可能会比视觉实验要难一点，但是似乎也是可能的。然而，这就是意识的全部了吗？假如让一个人五感尽失，那么他还有意识吗？毫无疑问，他可能依然具有意识。那么，这种脱离五感的心理现象的神经关联物是什么呢？我们能够对这种意识活动进行研究吗？这可能是他们研究中存在的问题之一。

参考文献：

[1]弗朗西斯·克里克.惊人的假说[M].汪云九，等，译.长沙：湖南科学技术出版社，2007.

[2]克里斯托弗·科赫.意识探秘：意识的神经生物学研究[M].顾凡及，侯晓迪，译.上海：上海科学技术出版社，2012.

[3]Chalmers D J. Facing up to the problem of consciousness[J]. Journal of Consciousness Studies， 1995， 2（1）：200-219（20）.

[4]CrickF，KochC. Towards a neurobiological theory of consciousness[J]. Seminars in the Neurosciences， 1990， 2：263-275.

[5]TononiG， KochC. The Neural Correlates of Consciousness - An Update[J]. Annals of the New York Academy of Sciences， 2008， 1225（1）：239-261.