關於意識，神經科學準備攤牌了

神經科學家們正準備檢驗他們的意識起源理論：意識即體驗到自我存在的認知狀態。

有些科學問題實在是太難了，難到我們不知道該如何對其提出有意義的問題，或是不知道謎底能否最終被科學揭示。意識問題就是其中之一：有的研究者認為意識是一種幻覺，還有人認為它無所不在；有些人覺得意識可以被還原為神經元發放的生理基礎，另一些人則聲稱意識是一種不可還原的整體現象。

德州大學奧斯丁分校的電腦科學家斯考特·阿倫森（Scott Aaronson）曾寫道，何種物理系統擁有意識「是一切科學問題中最深邃、最迷人的」。他還稱：「我找不到任何哲學上的理由，能說服我們這個問題本質上就是無解的」，但是「似乎人類解離決這個問題還十分遙遠」。

而現在，一個稽核中的新計畫有望 篩選出一些備選答案 。該計畫計劃透過一系列的實驗，把各種意識理論暴露在無情的聚光燈下，並希望 至少排除其中一部份錯誤理論 。

如果計劃一切順利的話，實驗將在今年秋天啟動。初步目標是要讓兩大主流意識理論的擁護者們在實驗計劃上達成一致，以便檢驗兩種理論做出的預測。隨後，研究者們也要用類似的方式檢驗其他理論。

無論這一由鄧普頓世界慈善基金會資助的計畫能否縮小「意識如何產生」的答案範圍，人們都希望借此 建立一種新方法來解決那些復雜而有爭議的科學難題 。研究者們將會同心協作，同意提前釋出判別性（discriminating）實驗的方案並尊重實驗結果，而不是像過去那樣只顧著黨同伐異。

基金會的資深計畫官戴維·波特吉特（Dawid Potgieter）正在協調各方努力，他說篩選意識理論的持續性工作這才剛剛開始。他計劃在接下來的五年裏建設更多此類「結構性對抗合作」計畫。

他對前景的期望很現實。「 我不認為我們可以得到一個關於意識的萬有理論 ，」他說，「 但如果解決意識之謎原本需要一百年的話，我希望我們能縮短到五十年 。」

覺知的工作空間

幾千年來，哲學家們一直爭論意識的本質，以及它是否能內在於人類之外的事物中；而到了現代，這些問題的實踐意義與道德意義讓我們更加迫切地尋找答案。鑒於人工智慧越來越復雜， 我們將來可能無法僅靠互動（比如經典的圖靈測試）來判斷對方是機器還是人類 。但這是否意味著我們應該給予人工智慧道德關懷呢？

我們對意識的理解還會影響動物權利與動物福利，以及一系列與精神障礙相關的醫療和法律層面的問題。近日，50多位神經科學家、心理學家及認知科學家等頂尖學者聯名呼籲稱，人們應該更加重視研究這一復雜問題的重要性。「不僅意識理論需要在長期積累的經驗證據中被嚴格地檢驗並反復地修正，」發起人們說，「那些錯誤觀念和無稽之談也應該被逐個揭穿。」

如果我們連意識（consciousness）的定義都不知道，就難以開展相關的實驗。可惜我們連第一步都做不好，因為 「意識」這個詞有好幾種意思 。人類是有意識的生物，但我們也可能失去意識，例如在麻醉狀態中。我們可以說我們意識到了（conscious of）什麽東西——比如膝上型電腦發出的奇怪雜訊。但總的來說，意識的性質指的是 一種能夠體驗自我存在的能力，而不僅僅是像機械裝置一樣記錄存在或響應刺激 。心靈哲學家們經常用這樣一條原則來描述這種能力，即能夠有意義地談論作為有意識的存在是什麽「感覺」——即使我們永遠不可能在自身之外體驗那種感覺。

許多認知過程在有意識的覺知（conscious awareness）的掌控之外發生——也就是說，我們「無意識地」（unconsciously）響應某些訊號和刺激。然而，人類心智最顯著的特征是，我們能夠將片刻的資訊、想法或意圖作為後續決策與行為的動機保存下來。如果我們覺得饑餓，會反射性地流口水，但我們也可以選擇去進食，去櫥櫃裏看看有什麽想吃的。

法蘭西公學院的認知科學家史坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）等研究者認為， 當我們在大腦的「全域工作空間」（global workspace）存有一段資訊，而且這段資訊可以被傳播到負責特定任務的模組時，有意識的行為就會產生 。他說這個工作空間就像是資訊的瓶頸：只有當上一個有意識的念頭消失後，下一個念頭才能取而代之。據迪昂所說，腦成像研究顯示 這個「意識瓶頸」是一個分布式神經網路，位於大腦前額葉皮層 。

如此解釋意識的理論被稱為 全域工作空間理論（GWT） 。按照這一觀點， 意識是由工作空間自己產生的 ——所以任何能夠把資訊散布到其他處理中心的資訊處理系統都應該具有意識特征。也就是說，意識是一種促發和指導行動的計算。「一旦你有了資訊，而且這一資訊可以被廣泛獲取，意識就在此中產生了。」西雅圖艾倫腦科學研究所的首席科學家兼所長凱瑞斯托弗·科赫（Christof Koch）說。

然而科赫認為，包括意識在內的所有認知僅僅是一種計算這一觀點「體現了當代最主流的錯誤觀念：不就是演算法嗎，寫段聰明的程式碼就能產生意識了」。假如這種觀點是對的，科赫說: 「我們馬上就會有可以模仿人腦絕大多數特征的聰明機器，並且這些機器會具有意識。」

威斯康辛麥迪遜分校的神經科學家朱利奧·托諾尼（Giulio Tononi）創立了一種與GWT相競爭的意識理論，而科赫一同合作發展了它。他們認為，意識不是當輸入轉換成輸出時產生的東西，而是 某種具有特殊結構的認知網路的固有性質 。托諾尼把這種觀點命名為 整合資訊理論 （IIT）。

GWT的起點是這樣一個問題：大腦需要做什麽才能產生意識體驗？IIT則反其道而行，從體驗本身入手。「 有體驗（experience）就有意識 。」托諾尼說。這裏的體驗不一定要有物件，雖然它的確可以有物件；做夢或者透過冥想達到放空的精神狀態同樣算作意識體驗。托諾尼試圖歸納這些體驗的本質特性：比如，它們是 主觀 的（只對於意識主體而言存在）、 結構化 的（它們的內容互相關聯，例如「藍色的書在桌子上」）、 具體 的（書是藍色的，而不是紅的）、 統一 的（在一個時刻只有一個體驗）、 受限 的（體驗內容不是任意的）。托諾尼和科赫聲稱已經基於這些公理推匯出一個物理系統必須具有哪些內容，才可能擁有一定程度的意識。

IIT 沒有把意識描繪成資訊處理過程，而是看作系統借以「改變」自身的因果效力（causal power）。科赫說意識是「 系統被自身過去的狀態影響，並影響自身未來狀態的能力 。一個系統的因果作用力越強，它就越具有意識」。

這種觀點可以追溯到17世紀笛卡爾的名言「我思故我在」。「唯一不容置疑的東西，是我的體驗。」科赫說，「這是笛卡爾最重要的洞見。」

在托諾尼和科赫看來，像電子電腦那樣單純地被「前饋控制」而把輸入轉為輸出的系統只能算是「僵屍」（zombies）。僵屍在行為上仿佛是有意識的，但他們絕對沒有真正的意識內容。在矽谷有許多人相信電腦最終會具有意識，但是科赫認為，除非那些機器擁有了 允許意識產生的恰當硬體 ，否則電腦不過是在「深度摸魚」（deep fake）。

「電腦可以模擬意識，但 不具有因果效力的模擬 是沒有意識的。」科赫說。這就好比電子遊戲中的模擬重力一樣：模擬重力並不會真正產生重力。

IIT最異乎尋常的特征之一是，它認為意識是有程度（degree）之分的。任何具有必要網路結構的系統都可能擁有一些意識。「無論是有機體還是人造物，無論是來自遠古的動物王國還是現代的矽基世界，無論它是用腿走路、用翅膀飛翔還是靠輪子捲動，」科赫在2012年的【意識：浪漫主義還原論的自白】一書中寫道，「只要它 兼具差異化和整合性的資訊狀態 ，這個系統都有所感受。」

這一觀點讓許多人難以置信。加州大學柏克萊分校的著名心靈哲學家約翰·塞爾（John Searle）嘲笑這種觀點是一種泛心論（pansychism）——簡單說來，泛心論認為 心靈和覺知充斥著整個宇宙 。在一篇尖銳批判IIT的文章中，他斷言「泛心論最大的問題不是它是錯的，它根本沒有資格被稱為錯的。嚴格地說，泛心論是無意義的，因為沒有人講清楚過它到底是什麽意思。」他寫道，意識「不能像一層果醬一樣塗遍整個宇宙」——意識「 必須以個體為載體，而泛心論無法解釋載體是什麽 」。

然而科赫愉快地認為意識「無處不在、無孔不入」。他相信「意識是任何活物的一種基礎性質，它不是從其他任何東西中衍生出來的」。

但這 並不意味著意識是在空間中均勻分布的 。科赫和托諾尼斷言，雖然我們可以把意識歸屬於許多東西，大量的意識僅可能存在於特定種類的事物中——最明顯的例子就是人類的大腦（或者說， 人腦的某些特定部份）。為了把IIT變成一個量化的、可檢驗的理論，科赫和托諾尼提出了一則標準來判斷何物具有大量意識。

為了反映資訊處理網路的意識程度，科赫和托諾尼定義了「資訊整合」的度量單位，他們稱之為Φ（希臘字母phi）。 Φ代表了「不可還原的因果結構」的量：網路作為一個整體對自身能產生多大的影響 。它取決於反饋的內部連線性。如果一個網路可以被分解為不具相互因果效力的小網路，那麽這個網路相應的Φ值就很低，不管它有多少處理節點。

同理，「當任何系統的功能連線性和結構能夠產生大於零的Φ值時，這個系統便至少具有一點意識體驗。」科赫說。這包括了所有活細胞的生化調節網路，以及具有特定反饋結構的電路。因為原子可以對其他原子產生作用，所以「連簡單的物質都有一些Φ值」。但是 像我們一樣具有足夠高的Φ值，以至於能夠「知道」自身存在的系統十分罕見 （盡管IIT推測高等動物也會有一定程度的「知道」體驗）。

鑒於科學家們努力量化IIT並使之成為可檢驗的，阿倫森把它列為「迄今為止提出的有關的意識的數學理論中最優秀的之一」。雖然他相信這個理論尚有缺陷——但與塞爾相反，阿倫森說：「幾乎所有關於意識的競爭性理論都過於模糊、粗糙和脆弱了，我們不該對它們的正確性抱有期望。」

探尋神經相關物

科赫的想法和阿倫森差不多。「每個人似乎都有一個鐘愛的意識理論，但這些理論幾乎都沒有被量化，也不具有預測性。」他說。他相信GWT和IIT都是可檢驗的。「邏輯上來說，它們可能都是錯的，或者各自在某些方面接近了真相。」即便如此，我們要如何去檢驗這些理論呢？

歡迎來到鄧普頓世界慈善基金會，我們撥款兩千萬美元來檢驗意識理論，不顧一切地刨根問底！這項任務從波特吉特所說的「結構性對抗合作」開始；IIT和GWT也參與其中，因為它們能夠提供可檢驗的預測，而且兩者的預測是明顯不同的。該任務計劃使兩個理論的支持者們提前對實驗計劃達成一致，這些實驗 應該能夠分辨這兩個理論誰錯了 （或者都錯了）。「前提是兩個理論的領導者要認可這項協定，確保計劃中的預測與他們的理論是一致的。」波特吉特說。（波特吉特稱迪昂和托諾尼很樂意「沖鋒陷陣」，這是選擇GWT和IIT作為第一批付諸檢驗的理論的原因之一。）

這項合作的實驗結果將會發表在頂級期刊上，無論是什麽結果。研究也會包括重復實驗（replication experiments）。「說到底就是開放科學（open science），」波特吉特說，「如果我們能夠利用開放科學最好的實踐，在一個尚未有實際產出的領域取得進步，就能證明開放科學的優勢。」

波特吉特稱，為了讓GWT和IIT這兩個理論互不相容的預測正面碰撞，研究者們已經確定了最終實驗方案。實驗的細節尚未披露，但目前我們知道會使用一系列大腦監測技術，包括功能性磁共振成像、皮層電描記術以及腦磁圖描記術。這項「無畏的」實驗似乎是「神經科學領域史上第一次籌備並成形的對抗性合作」，波特吉特補充道。如果這個計畫被批準，他希望實驗工作能在今年夏天過後開始並持續三年左右，計劃有10到12個實驗室參與其中。

那麽，這些實驗要檢測兩個理論的什麽差異呢？其一就是 意識在大腦中的位置 。根據GWT，「意識的神經相關物（neural correlates）」——即反映意識狀態的神經活動模式——應該會出現在皮層的額葉和頂葉等區域。頂葉負責處理觸覺和空間感知等感覺數據，而額葉則與記憶、問題解決、決策以及情感表達等「高級」功能的認知機制相關。

然而，被切除很大一部份額葉（這種切除手術曾經被用於治療癲癇）的人們可以表現得非常正常，科赫說。根據IIT，意識則可能位於大腦後端的感覺表征區域，此處神經聯結的特征似乎正合人意。「我敢打賭，後端的神經聯結正好能夠使它擁有很高的Φ值，而前端的大部份聯結不行——至少八九不離十。」托諾尼說。

迪昂等人近期進行了一項fMRI研究，他們監測了有意識和全身麻醉的誌願者的腦活動，發現兩種狀態下的活動模式截然不同。在無意識狀態下，只有那些直接具有解剖學聯結的腦區保持活動，而在有意識的活動中， 復雜的長距離作用似乎並沒有受到大腦「布線結構」的限制 。

然而，該研究的發起者之一恩佐·塔利亞祖基（Enzo Tagliazucchi，他在成為神經科學家之前從事物理研究，目前在布宜諾斯伊利斯大學以及巴黎 Pitié-Salpêtrière 醫院任職）強調，這些發現目前 並沒有明確支持 某個特定意識理論。「用任何特定理論去框定研究都是不成熟的做法，」他說，「我們的研究結果並沒有傾向哪種理論，實驗目的也不是要證明孰是孰非。」

另外一個來自GWT的預測是，在受到刺激後300-400毫秒左右出現的某個特征性電訊號，應該與使得我們有意識地覺知刺激的資訊「廣播」（broadcasting）相對應。訊號在那之後會迅速消失。IIT的預測則相反：只要意識體驗沒有消失，其神經相關物也會持續存在。為了進行判別，科赫說我們可以在實驗中讓被試觀看幾秒鐘螢幕上的影像，並檢測意識的神經相關物是否在有意識的狀態下持續存在。

也有人持悲觀態度，認為不太可能找到一種嚴謹而明確的方法來檢驗並裁決這兩個理論。「現在的計畫是這個方向上善意的嘗試。」聖約翰大學的心靈哲學家法蘭西斯·費倫（Francis Fallon）說。他本人也參與了鄧普頓計畫，但他指出：「這兩個理論本身就是 被現存的經驗證據塑造的 ；要是我們能發現與它們根本上矛盾的新數據，反倒不可思議。」

加州大學洛杉磯分校行為神經科學領域的心理學家劉克頑（Hakwan Lau）認為IIT甚至算不上一個科學理論。「IIT是紙上談兵的產物。」他說。他認為IIT所宣稱的意識的可能位置不是理論推導的必然結論，而只是他們的一家之言。「要讓IIT做出目前手段可檢驗的經驗預測，」他說，「我們還需要做出許多額外的假設和估算。」

劉克頑說，對他而言IIT和GWT「差異太大了，以至於無從比較兩者」。塔利亞祖基的觀點正相反，他認為這兩種理論可能在本質上是同一個理論，只不過「分別是從第一人稱和第三人稱視角發展出來的」。

英國薩塞克斯大學的認知科學家阿尼爾·塞斯（Anil Seth）也表達了鄧普頓計劃可能操之過急的疑慮。「明確的反駁或證明」似乎都不太可能得到，他說，因為這些理論「包含了太多不同的假設，擁有不同型別的可檢驗性，甚至可能在嘗試解釋不同的事物。GWT看起來主要是關於 功能 和 認知通達 （cognitive access）的，而IIT主要 基於現象而非功能 ，因而它很難被檢驗」。

托諾尼及其同僚會反駁說，他們研究IIT的檢驗方法已經很多年了，並成功地開發出一套粗略但有效的工具來評估腦損傷病人的意識水平。但托諾尼承認，因為這兩個理論都仍在開發中，而且彼此「天各一方」，我們可能無法期待得到一個明確的結果。「它們的預測不會像物理學中的那些預測一樣精準。」他說。

但托諾尼仍舊認為「為了取得進展，你必須從現有的東西入手」。此外，這種活動「迫使我們對理論做出一些明確的闡述」。不管結果如何，托諾尼確信透過這些實驗，我們會更加了解大腦。

其他競爭理論

沒有人認為淘汰IIT或GWT就等於解決了意識之謎。部份原因在於，正兒八經的理論可不止這兩個。

這些理論大致可分為兩類，分別是 一階理論和高階理論 （HOTs）。「一階理論認為心智只不過是感覺資訊的基礎認知處理過程。」劉克碩說。按照一階理論，把部份感覺資訊帶入意識的東西內在於資訊在腦中的 表征方式 ，雖然我們不確定具體是什麽——有人認為是神經網路中元素交互作用的動態過程。

與一階理論相反，劉克頑說，「高階理論的支持者認為只有認知還不夠，大腦還得做些別的事情才能擁有意識。」在高階理論中，意識體驗不僅僅是相關感知的記錄， 還牽涉到某些以那種表征為基礎的額外機制 。那種高階狀態並不一定要（像GWT所認為的那樣）發揮某種處理資訊的功能；高階狀態就是高階狀態。

「與其他現存的意識理論相比，高階理論更容易解釋一些 復雜的日常的體驗 ，比如情緒和情景記憶（episodic memories）。」劉克頑和他的同事們——拉瓜迪亞社群大學的哲學家理察·布朗（Richard Brown）和紐約大學的神經科學家約瑟夫·勒杜（Joseph LeDoux）——在近期發表的文章中寫道。

鄧普頓世界慈善基金會計劃在未來投入更多資金用於檢驗像GWT和IIT這樣的理論。波特吉特說：「我希望在未來五年裏能再主持九場會議，從而把兩個或更多不相容的理論捆綁起來，分組進行研究。」同時他也承認「現在的理論可能沒有一個是正確的」。

此外， 可能壓根不存在能夠單獨地對意識問題做出最終裁決的科學實驗 。「即使神經科學家們已經做出了判決，哲學上的爭論仍將繼續。」費倫說。「當理論闡釋碰到麻煩，就應該讓哲學家也參與到討論中。許多意識領域的神經科學家早已經開始參與哲學研究，而且其中一些人頗有建樹。」

波特吉特希望這樣的對抗性合作也能夠促進其他「大問題」的研究——比如意識最初是如何演化出來的，甚至包括生命起源之謎。「面對一些‘大問題’，許多同樣強大的理論之間一直有隔閡，我們的目標就是要打破隔閡、取得進展。」他說。

「我認為這是一個很好的倡議，科學正需要這樣的嘗試。」托諾尼說，「它督促 不同理論的支持者們聚焦於一個共同的框架 。我認為我們都很可能有所收獲，無論以何種方式。」

關於作者：Philip Ball是一名住在倫敦的科學作者和作家，他經常為【自然】、【新科學家】、【展望】、【如麗螺】和【大西洋月刊】等刊物供稿。他的書包括【明亮的泥土】、【隱形】和最新的【水之國度】。