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智能

意识是什么,它有什么功能,和大脑又有什么关系?

曾梦龙2018-12-19 19:02:20

迪昂这部杰作是迄今为止我读过的关于意识的极佳的现代论述之一。迪昂是一位知名的科学家,他设计了一系列研究意识的实验,这些实验彻底改变了这一领域的现状,并带来了直接研究意识的生物学机制方法。——埃里克·坎德尔 2000 年诺贝尔生理学或医学奖获得者

作者简介:

斯坦尼斯拉斯·迪昂:全世界极具影响力的认知神经科学家之一,欧洲脑科学研究领域的领头人。虽然本科主修数学专业,但对神经科学抱有极大兴趣,继而跟随认知神经科学创始人乔治·米勒、转换生成语法理论创始人乔姆斯基、认知发展理论创始人皮亚杰三位大师的学生杰柯·梅勒学习。

2014 年,与其他两位科学家共同获得有“神经科学界诺贝尔奖”之称的大脑奖(The Brain Prize)。他已在《自然》《科学》等权威杂志上发表 300 多篇文章;是数学认知领域公认的专家,作品《数感》被哈佛大学等用作专业教材。除此之外,他还著有《脑与阅读》《脑与意识》等书。

译者简介

章熠:毕业于美国伊利诺伊大学心理学系。多年来一直参与斯坦尼斯拉斯·迪昂的国际合作项目研究。 2016 年,在法国国家健康与医学研究院认知神经影像组迪昂实验室实习,学习神经影像数据分析技术。他在学术期刊发表了多篇论文,并在美国教育研究学会年会(AERA)、第 31 届世界心理学大会(ICP)等国际顶级会议上做过口头报告。

书籍摘录:

引言  寻找思维的物质基础(节选)

在拉斯科洞穴深处,穿过世界著名的拉斯科洞穴壁画,映入眼帘的是一个并不太出名的走廊——艾普斯(Apse)。在这些壁画中,由旧石器时代艺术家所创作的多彩的马群、鹿和公牛等跃然于上。在洞穴约 20 米深的底端,一头受伤的水牛和一头犀牛旁躺着一个在古代艺术作品中少见的人类形象。画中的人平躺在地上,手心朝上,手臂伸展。在他旁边有一只鸟站在树枝上,旁边还有一把断了的矛,可能是用来给水牛开膛破肚的,因为水牛的肠子都流出来了。

显然,画作中的人是一名男性,因为他的阴茎勃起了。根据睡眠学家米歇尔·茹韦(Michel Jouvet)的说法,这幅图画的是一个做梦人和他正在做的梦。正如茹韦和他的团队发现的那样,梦主要在睡眠的特定阶段中产生。然而,他们认为这是“矛盾”的:因为这个阶段并不像睡眠,大脑在这一阶段几乎和清醒时同样活跃,而且眼球不断地转动。这一阶段也永远伴随着男性勃起的现象,即使梦境中没有任何关于性的内容。尽管这种怪异的生理现象直到 20 世纪才被科学家知晓,但茹韦机敏地洞见到,我们的祖先很轻易地注意到了这件事。那只鸟似乎是对于做梦者灵魂的极为自然的比喻:在梦中,思想像鸟一样自由地飞向远方和远古。

如果不是因为各种形式文化的艺术作品和文字符号中都反复出现睡眠、鸟、灵魂和勃起等物象,这个想法可能会显得很荒谬。在古埃及,一个人头鸟,经常画着一个勃起的阴茎,象征着非物质灵魂巴(Ba)。据说,在每个人身体里都存在着永生的巴,在人死后就升天寻找极乐世界。对奥西里斯神(Osiris)惯常的描述内容和艾普斯走廊里的画像惊人地相似,也是一个人躺在地上,阴茎勃起,猫头鹰伊西斯(Isis)在此人身体上方盘旋,并用他的精子产生荷鲁斯(Horus)。在印度圣文《奥义书》(Upanishads)中,灵魂也被描述为一只鸽子,在死的时候飞走,并能以灵魂的形态飞回来。几个世纪之后,这些鸽子和其他白翅膀的鸟被看作基督教中灵魂的象征,也就是圣灵和来访的天使。从埃及文化中象征着重生的凤凰,到将灵魂注入新生儿并且在人死后将灵魂带走的芬兰灵魂鸟(Finnish Sielulintu),这些飞翔的灵魂都是个体心智的普遍隐喻。

在关于鸟的寓言背后隐含着一种直觉判断,即承载思维的物质与组成身体的普通物质迥然不同。在梦中,当身体静止时,思想却飞到遥远的记忆与想象王国。会不会有一种更好的证据能证明心智活动不能还原为物质世界的活动?能否证明心智是由不同的物质组成的?自由飞翔的意识是如何从我们质朴的脑中产生的呢?

界定“意识通达”

在过去的 20 年里,认知科学、神经生理学和脑成像领域对意识发起了一次有力的实证进攻。结果,关于意识的问题不再仅止步于推测,而转变成为新颖的实验问题。

在这本书中,我会详细地介绍那些使这个哲学之谜变成实验现象的方法。有三个基本元素促成了这个转变:对意识更精确的定义;可以对意识进行实验操作的发现;重新重视对主观现象的研究。

正如我们每天所使用的那样,“意识”一词承载了不清晰的意义,包含了许许多多复杂的现象。我们先要做的就是要厘清这种状态。我们必须将这一主题缩小到确定的一点,这样才可以进行精确的实验。正如我们所看到的,当代意识科学区分了三个最小化概念:警觉——觉醒的状态,在清醒或睡着时发生变化;注意——将大脑的资源集中在特定信息上;意识通达——有一些受到关注的信息会进入意识,并且可以向他人传达。

在本书中,我将证明,真正可以算作意识的是意识通达,因为一般而言,醒着的时候,我们决定要关注的点都可能成为意识,所以仅仅有警觉或注意都是不够的。当我们完全清醒专注时,有的情况下能够向他人描述对所看到物体的知觉,有的情况下却不能,可能是因为物体太暗或者一闪而过而无法辨别。前一种情况下,可以说我们完成了“意识通达”,而后一种情况下则不能。但我们也注意到,大脑可能无意识地对信息进行了加工。

在新的意识科学中,意识通达是一个明确界定的现象,区别于警觉和注意,而且也很容易在实验中进行研究。现在,我们知道许多种方法,能够使刺激在察觉与未察觉以及看得见与看不见之间变化,以探索这种变化是如何在大脑中发生的。

意识通达也是通往形式更复杂的意识体验的途径。在日常语言中,经常将意识和自我感觉融合:大脑是如何形成观点的?是通过一个“我”从某一有利的视角来观察周围的环境吗?意识也具有递归性:“我”可以审视自己,评价自己的表现,甚至意识到自己不知道某些东西。令人欣喜的是,即使是意识的这种高级含义也可以通过实验来验证。在我们的实验室里,我们学会了如何量化“我”关于外部环境以及自身的感觉和报告。我们甚至可以操纵自我的感觉,使人们可以躺在磁共振成像仪中产生出体体验。

一些哲学家仍然认为,以上这些观点还不足以解决意识这个问题。他们认为问题的核心在于意识的另一种感觉,即“现象意识”。这是在每个人身上都存在的一种直观感受,是我们的内部体验所独有的属性,比如我们可以感受牙的剧烈疼痛,或者新鲜绿叶无可比拟的绿。这些哲学家强调,这种内部属性永远不会还原为神经元层面的科学描述。本质上,他们的这种观点是个人的,带有强烈的主观性,所以他们拒绝和其他人进行详细的交流。我否认他们的这种做法,并且认为“现象意识”不同于“意识通达”这个观点具有强烈的误导性,会滑向二元论。为了证明这一点,我们应该从简单的开始,先研究“意识通达”。一旦我们能辨别任何感觉信息是如何进入大脑并被报告出来的,那么因无法形容内部体验所带来的无法解决的问题就消失了。

看得见 VS 看不见

意识通达从表面上看很平常:我们看着一个物体,似乎立刻就知道了它的形状、颜色和性质。然而,在意识知觉的背后却蕴含着涉及数十亿神经元的精致而复杂的大脑活动,当这些活动持续半秒后意识才会涌现出来。我们该如何解析这一长串的连锁反应?我们该如何辨别哪一部分是纯粹的无意识和自动程序,哪一部分又使我们产生了看见物体的有意识的感觉?

这就是现代意识科学的第二个元素介入的地方,我们现在可以通过实验的方法来探究意识知觉的机制。在过去的 20 年中,认知科学家找到了非常多的方法来操纵意识。即使实验设计中的微小改动也会使我们看得见或看不见某一物体。我们可以非常容易地让词语一闪而过,使得被试根本不会注意到。我们也可以创造一个精心布置的视觉场景,其中有一样东西使被试始终看不见,因为别的东西总比这一件更能够赢得你意识知觉的关注。我们也可以像所有魔术师都知道的那样干扰你的注意:如果将观察者的注意转移到别处,即使特别明显的手势也不会被察觉。我们甚至可以让你的大脑变魔术:两张不同的图像同时展现给你的双眼,但大脑会自发地让你先看一幅图,然后再看另一幅图,而不是两幅图同时看。

可以看到的图像会进入意识,而没有看到的图像则消失在无意识的虚无中。它们两者可能只是在输入时有微小的差别,但是在大脑内部,这种差别一定会被放大,因为你总是只能说出其中一种图像,却说不出另一种。要确切地探明这些放大过程发生在大脑的何处以及何时,是新的意识科学的目标。

打开原来认为无法达到的意识神殿大门的关键,是创设一个能最小程度地对比意识知觉和无意识知觉的实验策略。这些年来,我们发现了许多匹配得很好的对比实验,其中一种实验条件导致产生意识知觉,另一种条件却没有。令人畏惧的意识问题也就这样简化为实验问题——破解大脑能够分辨两种实验刺激的机制,这就变成了一个更容易驾驭的问题。

寻找意识思维的标志

关注意识通达、操纵意识知觉、仔细记录内省这三个要素将意识的研究转化为普通的实验科学。我们可以深入地探讨,对于一张有人说没看到的图像,大脑在多大程度上已经对它进行了加工。正如我们将会了解到的,在我们有意识的头脑中,发生了大量的无意识加工。使用阈下图片的研究提供了一个研究大脑意识体验机制的强大平台。现代脑成像技术提供了研究无意识刺激能在脑中传递多远、在哪儿停止的手段,于是定义了什么样的神经活动仅仅与意识加工有关。

15 年来,我的研究团队几乎运用了每一种可利用的工具,从功能性磁共振成像到脑磁图,甚至在人脑中植入电极,来试图弄清意识的基础。像世界上许多其他实验室那样,我们的实验室从事这项系统的实验研究,目的是探寻只有在人有意识体验的时候才产生的脑活动模式,也就是我所声称的“意识标志”。我们的研究很成功。在一次又一次的实验中,反复出现这些标志,在人意识到一张图片、一个单词、一个数字或者一种声音后,脑的几个标志性的区域活动发生了巨大的变化。这些标志相对很稳定,而且能够从多种视觉、听觉、触觉和意识刺激中观测到。

通过实验发现人脑中可被重复观测到的意识标志只是开始。我们也需要理论依据,需要弄清这些标志是如何产生的,它们为什么标志了意识的存在,为什么脑只有在某些状态下才会产生内在的意识体验。迄今,还没有一个科学家能说自己解决了这些问题,但是我们确实拥有了一些比较好的而且能够验证的假说。我和同事阐述了一个被我们称为“全脑神经工作空间”的理论。我们提出,意识是全脑皮层内部的信息传递,即意识从神经网络中产生,而神经网络存在的原因就是脑中有大量分享相关信息的活动。哲学家丹尼尔·丹尼特(Daniel Dennett)贴切地把这个思想称为“脑中的声望”(fame in the brain)。由于全脑神经工作空间的存在,我们可以长时间地保留那些给我们留下深刻印象的想法,并能够在未来计划中运用它们,不论我们想保留多久,也不管未来计划是什么。于是,意识在脑的计算经济中有了准确的定位,它选择、放大并传播重要的想法。

那么哪些回路与意识的传播功能有关呢?我们认为,一组特殊的神经元负责在脑中传递意识信息,这些细胞身型巨大,很长的轴突在大脑皮层上纵横交错,将皮层连为一个整体。对这个结构的计算机模拟重复了我们的主要实验成果。当足够多的脑区一致认为刚收到的感觉信息很重要时,它们就会同步形成一个大尺度的全脑交流系统。一大片神经网络瞬间被高度激活,而这种激活的本质则解释了我们实验中所得到的意识标志。

尽管无意识加工也能够进行得很深入,但是意识通达则增加了另外一层功能。意识的传播功能使我们能够执行独特而强大的活动。全脑神经工作空间打开了一个内部的思维实验空间站,纯粹的思维运算可以完全与外部世界脱离。所以,脑中可以长期储存重要的信息。我们可以将信息传给其他思维过程,于是就有了笛卡尔所寻找的“灵活的脑”。当信息变成有意识的时候,脑就能对其进行一系列任意长度的运算。虽然不再以本能的方式来加工这些信息,却能够随心所欲地反复斟酌和调整。多亏了与语言区的连接,我们能够将思想告诉他人。

与全脑神经工作空间同样重要的就是其自主性。近期的研究表明,脑是强烈的自发性活动的根源。脑中一直充斥着各种脑内部而不是外部产生的全脑活动模式,一部分由神经元的独特性能产生,另一部分则是随机形式的自我激活。结果恰恰与笛卡尔将人的身体和脑比作风琴的类比相反,我们的全脑神经工作空间并不是以一种“输入- 输出”的形式来运作的,在刺激的作用下才会产生结果。相反,即使在完全的黑暗中,大脑也在不断地传递全脑的神经活动模式,产生威廉·詹姆斯所说的“意识流”。这是一种不间断的、没有什么联系的思绪,主要由我们当前的目标所塑造,只偶尔从感觉中寻找信息。笛卡尔无法想象出这样一种机器—它不断产生意图、思维和计划来塑造我们的行为。我认为,这种理论的结果是将脑看作一台拥有自由意志的机器,这种机器解决了笛卡尔的挑战,并开始看起来好像是一个很好的意识模型了。


题图为日剧《脑神探》剧照,来自:豆瓣

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