关于“意识”的神经科学研究：历史回溯

关于“意识”的神经科学研究：历史回溯

意识是支撑我们每天醒来后进行的一切感觉、思考与行为的基础。然而，当我们尝试深究“到底什么是意识？”时，却可能得出截然不同的答案。作为一门研究大脑的科学，神经科学在探索意识的谜团中具有独特的地位。本文将带你穿越历史，了解神经科学家、哲学家和心理学家是如何一步步研究意识的。

哲学家们已经思考关于意识的问题有一段时间了

神经科学主要关注实际物质上的大脑和神经系统，但它研究的许多问题在这个学科诞生前就已经被思考了几个世纪。同样地，对意识的研究在许多方面都是“心灵研究(studying the mind)”的同义词。因此，心灵哲学——研究心灵是什么以及其与物质肉身的关系的学科——既是神经科学的祖先，也是现代的亲密同行。

图2: 笛卡尔认为大脑是精神 (spirit) 与身体之间的连接点。

早期研究心灵的哲学家包括亚里士多德（公元前384-322年）和伊本·西纳（也称阿维森纳Avicenna；980-1037年）。他们有许多关于心灵与身体关系的论著。然而，在十七世纪，勒内·笛卡尔（1596-1650年）引入了一个语言学上的变化，改变了我们对于“意识”一词的理解。在笛卡尔之后，“意识”一词开始代表和今天一样的向内的心理学概念（Jorgenson, 2020）。尽管笛卡尔支持二元论，即认为我们的身体和心灵是不同的，但他相信大脑是精神与身体间的连接点（图2）。

在接下来的几个世纪中，对身与心关系的研究主导了对意识的研究。巴鲁赫·斯宾诺莎（1632-1677年）认为身和心来自于同一实体；而哥特弗里德·莱布尼兹（1646-1716年）——也是第一个真正尝试去建立意识理论的人（Jorgenson, 2020）——认为身和心是分开的，但又紧密合作。然而，在十八世纪，朱利安·奥弗雷·德·拉梅特里（1709-1751年）在《人是机器》（L’homme machine）中明确主张意识来源于物质过程。尽管这个观点没能结束一元论和二元论之间的争论，但随着能够研究大脑的物质细节的新技术的出现，这个观点为神经科学对意识的研究奠定了基础（Frith and Rees, 2007）。

科学家找到了测量大脑活动的方法——现代神经科学开始

现代神经科学发端于19世纪。那时，科学家正在大量地用实验的方法来探究大脑的活动是否是可以被测量的。古斯塔夫·费希纳（1801-1887年）通过测定能够引起电信号反应的刺激量表明了大脑内的电活动与身体的感觉直接相关（图3）。赫尔曼·赫姆霍兹（1821-1894年）也证明了大脑能够对视觉刺激作出反应。戴维·费里尔（1842-1928年）刺激了动物大脑的顶叶和颞叶，并记录了这些刺激产生的身体感觉。与费里尔同时代的科学家约翰·休林斯·杰克逊（1835-1911年）注意到癫痫发作可能伴随着意识的改变。

图3: 费希纳使用“刚刚好能被察觉到的区别”这一方法测定了能感知到感觉的刺激水平。（注：费希纳一般在实验中比较两个球的重量，而不是戳眼睛）

这些早期的神经科学研究论证了大脑与我们的感知世界具有因果关联，因此颇具奠基意义。当时对大脑和意识理论的研究相互交织，不仅形成了现代神经科学的重要发端，也协力推动了神经科学意识理论的发展(Ledoux et al., 2020; Frith and Rees, 2007)。

沃森建议在关于“有意识还是无意识”的讨论中冷静下来

西格蒙德·弗洛伊德（1856-1939年）受费里尔和杰克逊研究的影响，因其心理学理论，即“我们的意识行为是由潜意识里的欲望所驱动的”，而变得既大名鼎鼎，又臭名昭著。这种对潜意识的过度关注，加之当时一些心理学家对动物思维了解程度的过度宣称，导致心理学家约翰·沃森（1878-1958年）呼吁研究者将研究限定于那些可以被定量测量的行为中（图4）。

图4: 沃森质疑了心理学家们在不能客观证明人类和其他动物的内心所想的情况下作出主观论断的做法。

这种行为主义的引入，尽管高度精炼和标准化了心理学研究，但也导致了对人们内在世界和体验的学术研究的减少。一些神经科学的亚学科仍然关注内在状态，如认知神经科学，它关注大脑如何处理信息、形成记忆和作出决策。然而，很多人都认为20世纪中期是神经科学对意识研究的“沉寂期”——对意识做出定义的艰巨性、主观性和意识无法测量的特点使得意识研究成为了太过不切实际的科学(Frith and Rees, 2007)。

而20世纪的临床医生们，由于没有受到心理学界这种行为主义革命的太大影响，且专注于对患有相关临床疾病的患者的研究，依然在对意识的理解上取得了一定进展。20世纪30和40年代，怀尔德·彭菲尔德（Wilder Penfield）刺激了癫痫患者的大脑，表明了大脑点刺激和患者当时的感知有直接的关联。其他研究人员研究了两个脑半球有不同体验的裂脑患者。他们也考虑了盲视：患者的眼睛功能正常，但是视觉中枢的损伤导致他们意识不到自己看到了什么。这些盲视患者可以针对视觉刺激做出反应，尽管他们在意识上是盲人。通过这些功能性实验，这些医生不仅加深了我们对于大脑的理解，也使我们更好地理解了意识体验的细微差别(Ledoux et al., 2020)。

现代意识研究的开端

1990年，弗朗西斯·克里克和克里斯托夫·科赫提出可以用神经生物学的方法定义意识，引领了现代意识研究(Crick and Koch, 1990) （图5）。在他们关于这一主题的开创性论文中，他们强调感知和短时记忆是理解意识的途径。这一提议将意识研究置于神经科学的研究范围之内。尽管仍然有批评者认为意识因其难以被定义和检测而不属于科学的范畴，这一领域仍在不断发展，全球各地都设有专门从事意识科学研究的中心（包括密歇根大学的意识科学中心Center for Consciousness Science）。

图5: 应用了现代神经科学技术的意识研究重新进入科学的范畴。

上世纪90年代以来，已有许多关于如何定义意识的理论涌现。可以说，当前最流行的两个意识理论是全局神经工作空间理论（Global Neuronal Workspace Theory – GNW）和整合信息理论（Integrated Information Theory – IIT）。GNW首次由沙让奥（Changeaux）和德哈恩（Dehaene）于1998年提出（Dehaene et al., 1998）。该理论认为，意识体验具有固有的可测量行为输出。当足够的意识关键脑区在全局神经工作空间中同步被激活时，意识体验就会发生（Mashour et al., 2020）。IIT由朱利奥·托诺尼（Giulio Tononi）、克里斯托夫·科赫（Christof Koch）和他们的同事推行，根植于对“具有意识是什么样的”的研究。他们努力为这种内聚、主观的感觉提供度量。IIT预测，当大脑中一组特定的反馈回路的整合信息达到足够高的水平时，意识就会产生。

对GNW和IIT的简单总结难以充分展现这些理论的深度。因此，在后续的两篇文章中，我将更相切地探讨如何理解和概念化它们的观点。感谢你与我在本文一同跨越若干世纪，回溯关于意识研究的历史。现在，就让我们一起来深入了解这两个理论吧！

参考文献

Crick, F., & Koch, C. (1990). Towards a neurobiological theory of consciousness. Seminars in the Neurosciences (Vol. 2). https://profiles.nlm.nih.gov/101584582X469

Dehaene, S., Kerszberg, M., & Changeux, J. P. (1998). A neuronal model of a global workspace in effortful cognitive tasks. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 95(24), 14529–14534. https://doi.org/10.1073/pnas.95.24.14529

Frith, C., Rees, G., Velmans, M., & Schneider, S. (2007). A brief history of the scientific approach to the study of consciousness. https://doi.org/10.1002/9781119132363.ch1

Jorgensen, Larry M., “Seventeenth-Century Theories of Consciousness”, The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Spring 2020 Edition), Edward N. Zalta (ed.), URL = <https://plato.stanford.edu/archives/spr2020/entries/consciousness-17th/>.

Ledoux, J. E., Michel, M., & Lau, H. (2020). A little history goes a long way toward understanding why we study consciousness the way we do today. PNAS. https://doi.org/10.1073/pnas.1921623117

Mashour, G. A., Roelfsema, P., Changeux, J. P., & Dehaene, S. (2020). Conscious Processing and the Global Neuronal Workspace Hypothesis. In Neuron (Vol. 105, Issue 5, pp. 776–798). Cell Press. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.01.026

中文拓展阅读

1-https://www.bbc.com/ukchina/simp/vert-fut-48370219

2-曹丙利, and 唐孝威. 意识神经相关活动的实验探索. Diss. 2005.

3-程邦胜, and 唐孝威. “意识问题的研究与展望.” 自然科学进展 14.3 (2004): 241-248.

本文原文来自misciwriters.com