意识的起源与演化

方陵生

意识，它是人类和动物大脑的一切活动及结果，即作为具有自觉性的思维。人生中所经历过的一切体验形成的记忆，构成了独特的、唯一的和精神上的自我，这是我们能够拥有连续的、不曾间断的“自我一直存在”的感觉基础，也就是“经验自我”。脑科学的发展让我们认识到这些记忆、体验和感觉都存在于大脑之中。

意识从何时开始，科学家们有多种假说，意识可能源于人类、哺乳动物、鱼或细菌。例如，亚瑟·雷伯在他具有挑战性的新书中提出，细菌拥有意识，是意识诞生的起源。数十亿年前出现的最简单的单细胞生物中可发现意识的存在。以下各种意识起源假说，哪个才是最合理的呢？意识始于宇宙诞生之时（约137亿年前）：意识始于单细胞生命（约37亿年前）;意识始于多细胞植物（约8 5亿年前）;意识始于动物，如有数千神经元的水母（约5 8亿年前）：意识始于昆虫和鱼类，如拥有约100万个神经元的蜜蜂，或拥有约1000万个神经元的斑马鱼（约5 6亿年前）;意识始于拥有数以亿计神经元的更发达大脑的鸟类和哺乳动物（约2亿年前）：意识始于人类智人（约20万年前）：意识始于创造了先进文明的人类（约3000年前）。多数科学家认为，意识始于哺乳动物和鸟类，可能是目前较为合理的假设。

我们如何知道什么是有意识的？除了自省，意識非直接可见，只能通过现有证据推断。这种形式的推理在科学界是常见的，比如，科学家可通过推理接受宇宙大爆炸以及电子、力量、基因等不易实体观察的一些存在。

你知道自己拥有意识的一个证据是，你能感觉到自己是有意识的，幸运的是，还会有更多的证据可以表明你是有意识的，包括你意识体验的口头讲述，你与疼痛、情绪和想象力有关的复杂行为等，这些都可以解释为你的意识体验。此外，还有更深层次的神经系统上的解释，即意识来自于许多大脑区域的交互活动。

同样的推理方式还可用以支持其他人也有意识的结论。你虽然没有直接访问别人大脑意识的体验，但你可以观察其他人与疼痛、情感和想象力相关的行为，你也可以倾听他们有关意识体验的表述，其他人的大脑结构和大脑处理过程与你的是非常相似的。

非人类的动物是否拥有意识，这方面的证据不太容易获得，因为动物不会说话，不能告知它们的意识体验。但有关研究确信，恐惧、悲伤等情绪在如大象、黑猩猩和狗等哺乳动物中普遍存在，哺乳动物与痛苦、快乐等复杂情感有关的一些行为，正是它们拥有意识体验的表现。同样的，一些大脑较发达的鸟类，如乌鸦和鹦鹉，它们解决复杂问题的能力和学习能力也是拥有意识的证据。

一些大脑很小的动物，如蜜蜂和鱼，也有能证明存在意识的一些证据，但相关证据较少，如蜜蜂与大脑奖赏有关的行为，鱼的疼痛反应等，这些都需要基于意识体验的解释，但这一点目前仍然只是一种假设。

一些简单生物.如水母和植物也表现出某种感知行为。例如，对传递感觉的输入有反应，对环境影响会产生反应信号，但这些都可以解释为对刺激的简单反应，而不需要归因于意识。

那为什么有人认为细菌也是有意识的呢？论据是单细胞生物具有强大的环境感应能力，细菌可检测到食物源，单个或集体移动去接近食物源，细菌还可以检测环境毒性，并远离这些有毒物质。对于它们这种环境感知和反应能力、互相之间的沟通及移动行为最好的解释是：假设细菌有一定程度的意识。

但人工智能机器人也有能够感应环境、作出反应、进行沟通和采取行动的功能，如谷歌、优步、通用汽车等公司开发的无人驾驶汽车，虽然它们前没有、以后也不可能拥有意识。然人工智能机器人拥有学习能力，够与外界互动，但自动驾驶汽车不像鸟类和哺乳动物那样，表现出与痛、情感和想象力相关的意识行为。

另外，从单细胞生物进化而来植物，即使它们拥有传感、反应、发送号给其他植物，以及向着阳光调整生方向的能力，也并没有意识。

意识也会进化吗

进化学说最大的挑战之一是解释意识的进化，新的研究认为，进化可以是意识的进化，也一直包含意识的进化。

意识可被认为是一种对自我及环境作出回应的能力。当人类和非人类动物在反应能力大为降低时（如在睡眠或昏迷中），就处于一种“半清醒或半意识”或“无意识”的状态中。如果生命形式进化出更复杂的回应方式，例如感知能力或智力等有所提高，对于周围环境的意识就会变得更强。

没有任何进化特征在所有环境中都能成功，一切取决于环境。生物获取资源、繁殖和保护后代、避免被其他捕食动物猎食的特定生存方式，只适合于某种特定环境。如果环境有变化，本来有利于生存的某些特征就有可能会是致命的。

例如，渡渡鸟从不需要学会躲避其他大型动物，因为它们没有天敌。然而，当荷兰水手来到它们生活的岛上，从不知害怕为何物的渡渡鸟就成为这些外来水手很容易捕捉的目标，并迅速于17世纪灭绝。显然，一旦环境变化，某个不起眼的因素都有可能成为导致物种灭绝的致命一击。

拥有意识意味着对环境变化及其影响更加敏感，这是一个很大的进化优势。意识，不仅会进化，而且也是复杂动物的一个关键特征。

但进化本身是有意识的吗？想象一下，某种动物在进化中其视力得到进一步强化，发现捕食动物的能力会提高，就可以说这种动物敏感地意识到周围环境中捕食动物存在的能力在进化。但就这种情况而言，进化本身是有意识的吗？

视觉系统的遗传性变化能够帮助动物更好地躲避捕食者，但这种变化并非是有目的性的。为适应环境而调整的视觉系统需要的不仅仅是基因，而且还要有适合发育的条件。

如果小猫在视力发育的关键时期，将它的眼睑缝上几天，它将永远失去发育出正常视力的机会，即使这种视觉剥夺只有短短几天。事实上，小猫也有可能因为自己的行为而对自己造成伤害。例如，闭眼时间太多，或长时间躲在母猫腹下，这些因素都会干扰其视力的正常发育。当然，通常情况下，健康的小猫不会这么做，因为它有寻求适当视觉刺激的天然倾向，这是一种自然的强化刺激，是进化造就的感官倾向和奖励机制。

动物可以吸取以往的经验，改变行为以得到想要的结果。例如，狗在听到主人发出“坐”的指令后会坐下，因为它们知道只要这么做就可以从主人那里得到美味的食物。这种类型的行为被称为“操作性条件反射”，是意识的一种更复杂的形式，通过了解行为之间的联系和规律，预测所产生的结果，动物可产生有目的性的行动和反应。

这种行为对于进化至关重要，动物寻找选择合适的生存地，为自己修建洞穴等行为在5亿年前就已经开始了，寒武纪以来的所有生物都学会了这种生存方式。主流进化论者认为，寒武纪生物大爆发，突然出现大量新物种，是操作性学习的结果，在环境选择的压力下，动物需要不断寻找新的栖息环境，进化出新的功能甚至新的生命形式，最终导致大量新物种出现。

如果我们承认意识在进化，意识也在对进化产生影响，那么生物体的进化也是有意识的吗？一些科学家认为，至少就人类而言，可以说是的。例如，12到16个月的婴儿可以做到其他动物不能做到的事情，如学习能力。当家长指着橡皮鸭对婴儿说“鸭鸭”一词之后，只要婴儿听到“鸭鸭”一词时，就会很自然地将脸转向橡皮鸭的方向。

这看起来似乎没什么特别的意义，但实际上是意识进化的一个基本步骤。从一种简单的关系（从橡皮鸭到“鸭鸭”），婴儿已经可以推断出第二种关系（从“鸭鸭”到橡皮鸭），还没有其他动物被证明能够在这2个事件中可靠地创建这种“双向”关系。例如，训练狗在听到铃声后获得食物，很快它们便学会在听到铃声后开始分泌唾液。但它們不会在获得食物后，竖起耳朵去听铃声，这是不可能发生的事情。

关系学习却相反，是可以逆转和叠加的。如果我比你大，那你就是比我小。婴儿能够很快学会其他可逆关系，人类语言能力和认知能力的进化就基于这种关系学习能力。新生儿的语言和知识能力都很有限，但如果有人教他说话，婴儿这方面的能力就会迅速成长起来。

关系学习是意识进化的有力证据。例如，人类可以通过过去的经历去体验想象未来，通过“如果如此，那么如何”或“之前怎样…然后如何”，通过关系学习将以往的经验应用于新情况。

通过这种关系网络，人类有意识的决定和行为，对塑造未来产生影响，而这种影响是巨大的！当人们思考未来并将进化的科学概念应用于行动和策略的选择以改变未来时，人类也在有意识地进化。

大脑如何产生意识

人类学会了太空旅行，根除了某些疾病，并在微小基本粒子的水平上对大自然有了更深刻的了解。然而，我们仍然不知道意识——我们体验和了解世界并向他人述说这种体验的能力——是如何在大脑中产生的。

事实上，虽然几个世纪以来，科学家们一直致力于理解意识，但它仍然是现代神经科学中尚未解决的最重要的问题之一。

大脑是如何产生意识的，这不仅仅是一个哲学问题。例如，确定患者在遭受严重脑损伤后是否存有意识，这对医生和需要做出护理决定的家庭来说都是一个巨大的挑战，现代脑成像技术正在试图改变这种不确定性。我们知道作为复杂大脑区域的前额叶皮层或前丘脑，负责一系列高级认知功能并参与有意识的思考。然而，意识还需要更多大脑区域的参与。

研究有意识体验如此困难的原因之一，是因为它们完全是内在的，别人无法得知。例如，我们同时在屏幕上看同一张图片，但我无法判断所看到这张图片时的体验是否与你的相似，除非你告诉我。只有拥有意识的人才有主观体验，因此，判断一个人是否有意识的最直接的方法是让他们自己来说。

但如果患者失去了说话的能力会如何呢？在这种情况下，医生仍然可以问一些问题，也许患者可以用别的方式来作出回应，例如点点头或动动手指。当然，用这种方式获得的信息量没有语言表达那么丰富，但医生仍然可以知道患者确实有意识体验。如果患者不能作出任何反应，医生将无法判断患者是否存在意识，那么可能会假设他们没有意识存在。

2019年，发表在《科学进展》杂志上的一项七国合作的研究表明，目前已经可以通过大脑信号，而不依赖于自我报告或患者的反应，来区分脑损伤后的患者有无意识。

因交通事故等原因导致大脑严重受损的患者，最终可能会陷入昏迷。在这种状态下，患者失去了苏醒的能力，以及意识周围环境的能力，这就是所谓的“植物人状态”。另一种可能是，患者显示了一些非常微小的意识特征，即所谓的最低意识状态，这意味着他们的大脑仍然能感知外部事物。这些患者中有一小部分人虽然仍有意识，但无法产生任何行为反应。

研究人员使用了一种被称为“功能磁共振成像（ fMRI）”的技术来测量大脑活动和一些区域与其他区域“交流”的方式。具体来说，如果某个大脑区域更活跃，消耗的氧气更多，并需要更高的血液量来满足需求时，这些变化就表明了意识的存在。通过测量不同大脑区域之间的变化，创建整个大脑的连接模式，是可以检测到这些变化的。

研究人员对53名植物人、59名最低意识者和47名健康参与者进行了测试。这些被测试者分别是巴黎、纽约、伦敦等地的住院患者。研究人员利用标准化行为评估检查表对这些患者进行诊断，例如提出问题，要求他们通过动动手或眨眨眼来回答。而伦敦的患者则被要求调节大脑产生神经反应，而不是作出外部物理反应，例如在大脑中想象移动他们的手，而不是实际上作出动作。

据此，研究人员发现了跨大脑区域的2种主要交流模式。其中一种模式反映了大脑简单的物理联系，即有直接物理联系大脑区域之间的交流，这在几乎没有意识体验的患者身上可以发现。另一种模式跨越了42个大脑区域，代表一种非常复杂的全脑动态交互作用，复杂模式几乎只出现在有某种程度意识的人身上。重要的一点是，处于深度麻醉中的患者，这种复杂模式会消失，证实这种检测方法对患者的意识水平敏感，而不是对脑损伤或外部反应敏感。

这些研究有助于人们更多了解客观生物标志物在医学决策中所发挥的关键作用。未来有可能开发出从外部调节意识信号的方法，让无法发出这些信号的患者恢复某种程度的意识或反应能力。目前，美国伯明翰大学的研究小组己开始了这方面的探索。

令人兴奋的是，这项研究也使科学家更进一步了解了意识是如何在大脑中产生的。随着研究各种不同意识状态——从服用迷幻剂到清醒——发现的神经信号越来越多，相信我们也许有一天能够完全破解意识这一难解之谜。