意识之谜即将揭开？
利维坦按：并非人人都可以接受开水煮活龙虾的这一举动，但如果是开水煮油菜，想必没有人会认为这有什么不妥——因为这往往没有杀生的不适感，人们通常会认为油菜并不具备意识。
有趣的是，这种对待事物区别的感受也正是源于我们主观的意识。千百年来，围绕着“我之所以为我/我知道这是我”的意识问题，人们一直在争论不休，不论是全局工作空间理论（GWT）还是整合信息理论（IIT），其理论构成在很大程度上都还处在臆测阶段，因此，势必需要一套双方都能接受的检测方式来验证其理论的正确与谬误。
文/Philip Ball
译/苦山
校对/莎椤双鼠
原文/www.quantamagazine.org/neuroscience-readies-for-a-showdown-over-consciousness-ideas-20190306/
本文基于创作共同协议（BY-NC），由苦山在利维坦发布
文章仅为作者观点，未必代表利维坦立场
神经科学家正准备检验各自关于意识起源的理论是否正确——所谓“意识”，也就是体验自我存在的认知状态。图源：Ryan Garcia
科学界中，有些问题难于登天，我们都没真正弄明白提出怎样的初步疑问才算对攻克这个问题有意义——我们甚至不确定它们能否用科学来解决。意识问题无疑是其中之一：有些研究人员认为意识是种幻觉，另一些则称它无处不在。有的人希望将它倒推回神经元激发的生理基础，别的人则认为这是一种不可约简的整体现象。
德克萨斯州大学奥斯汀分校的计算机科学家斯科特·阿伦森（Scott Aaronson）写道，何种物质系统具有意识这个问题是“整个科学领域最深奥、最令人着迷的问题之一”。“我觉得没有什么哲学层面的理由能说明它是天然就无法解决的”，“但似乎人类离这个问题的答案还远着呢。”
眼下，一个新项目正在审查中，它有望得出一些答案。该项目计划制订一套实验，将各色意识理论暴露在无情的聚光灯下，以期至少排除掉其中一部分。
如果审批通过，一切按计划实行，实验会在今年秋天启动。初步目标是让两种主流理论的支持者商定实验方案，该方案将检验双方对各自观点的预测是否准确。对其他理论的类似检验会在之后跟上。
“如果意识之谜原本要用一百年来解决，我希望我们能把这段时间减少到五十年。”——戴维·波特希特，邓普顿世界慈善基金会
无论这个由邓普顿世界慈善基金会（Templeton World Charity Foundation）资助的项目是否能缩小意识产生方式的理论范围，它期望建立起一种新的科学研究方式，以解决疑难和争议问题。研究人员不会各自为营，只支持自己阵营、驳斥其他阵营的观点，而是会互相合作，提前将区别性实验的设计和步骤发表出来——并尊重实验结果。
戴维·波特希特（Dawid Potgieter）是邓普顿世界慈善基金会的一位高级项目官员，负责协调此次项目，他说这只是筛选意识理论这场持久战的开端。他计划在接下来的五年内建立起更多这样的“有组织对抗合作”。
他对于前景持现实态度。“我不觉得我们能找到一种单一的理论来告诉我们有关意识的一切，”他说，“但如果意识之谜原本要用一百年来解决，我希望我们能把这段时间减少到五十年。”
图源：Emmanuel Lafont
未被完全意识到的工作空间
数千年来，哲学家们一直在争论意识的本质是什么、意识能否存在于人类之外的事物中，但到了现代，这些问题所隐含的实用性和道德意义变得愈发真切，也让人们更加迫切地寻求答案。随着人工智能（AI）进化得越来越精巧复杂，仅仅通过与对方交互，可能无法判断它是机器还是人类——这正是经典的图灵测试。但这是否意味着人工智能值得被纳入道德体系考量呢？
理解了意识，同样会影响到动物权利和动物福利的发展，以及一系列有关精神损伤的医疗和法律问题。近来，一个由50多位杰出的神经科学家、心理学家、认知科学家等人组成的小组呼吁业内外对围绕这一疑难课题展开的研究的重要性给予更大的认可。“意识理论需要在积累经验证据的长期过程中经过严格的检验和反复修正，”联名作者们这样说道，他们还补充说，“也只有经过这些程序，才能分辨出其中哪些是被普遍认同的错误观念和臆测。”
来自巴黎法兰西公学院的认知科学家斯坦尼斯拉斯·迪昂是全局工作空间理论的支持者之一。该理论强调，当收集到认知“工作空间”的感官信息被广播到大脑其他区域中心时，意识也就随之产生。图源：Per Henning/挪威科技大学
要想做意识实验，首先得对意识下定义。但光是这一步就已十分困难，因为这个词有好几种用法。人类是有意识的生物，但我们也有可能失去意识，比如处于麻醉状态的时候。我们可以说自己意识到了某种事物——例如，我们意识到自己的笔记本电脑发出了噪音。但宽泛地讲，意识这种性质指的是体验自我存在的能力，而非单纯地记录存在，或是像机器人一样对刺激作出反应。心灵哲学家时常依据此定义得出这样的原则：人们可以有意义地谈论“像”一个有意识的存在是什么样子的——哪怕我们永远都不可能在自身之外获得这种体验。
认知的很大一部分发生在有意识的意识之外——也就是说，我们对于某些信号和刺激的回应是“无意识的”。然而，我们思维的一个独特特征在于，我们能够牢牢抓住一段信息、一个念头或一种意图，以此为动机做出之后的决定和行为。假使我们饿了，我们会分泌唾液，这是条件反射，但我们也可能选择吃东西，然后去厨房橱柜里拿出我们想吃的食物。
有些研究者，比如巴黎法兰西公学院（Collège de France）的认知科学家斯坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）提出，当我们在大脑中的一块“全局工作空间”里留下一段信息，它会被广播到与实现特定任务相关的大脑模块中去，由此产生了这种有意识的行为。他说，这个工作空间强行制造了一种信息瓶颈：只有当前一个有意识的念头溜走，后一个才能取而代之。据迪昂说，脑成像研究表明，这种“意识瓶颈”是大脑前额叶皮质中的分散式神经元网络。
图源：Emmanuel Lafont
这种对意识的理解模式被称为全局工作空间理论（GWT）。在这一理论中，意识由工作空间自身创造——因此任何能够将信息广播到其他处理中心的信息处理系统都应当具有这种特质。这使得意识成为了一种促动和引导行动的计算过程。“只要你有了一段信息，并让该信息广泛传播，意识就在这个过程中产生了。”克里斯托夫·科赫（Christof Koch）如是说道，他是西雅图艾伦脑科学研究所（Allen Institute for Brain Science）的所长兼首席科学家。
【全局工作空间理论：左：前额叶皮质；右：感官数据输入→全局工作空间→数据被广播到大脑其他区域中心（意识产生）】根据某种理论，意识是一种信息处理过程。当一次体验的感官数据进入“全局工作空间”并被散布到其他区域中心时，意识随之产生。实现这一过程的大脑结构可能是前额叶皮质。
图源：Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine
但在科赫看来，包括意识在内的一切认知都只是一种计算的观点“代表了当代主流的错误观念，即认知不过是一种算法，一种睿智的破解程序”。他说，按照这种看法，“我们很快就会造出复制了人类大脑大多数功能的聪明机器，这些机器无疑也会具有意识。”
如今，他正和威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）的神经科学家朱利奥·托诺尼（Giulio Tononi）合作开发一种竞争理论，该理论由托诺尼首先提出。他们说，意识并非输入数据转化为输出数据时产生的东西，而是特定的认知网络固有的一种属性，拥有这种属性的认知网络结构中具有特定的特征。托诺尼将这一理论命名为整合信息理论（IIT）。
全局工作空间理论以研究大脑创造意识体验的过程为起点，整合信息理论则与之相反，以体验本身为起点。“有意识也就意味着有了一段体验。”托诺尼说。这不必是关于某个事物的体验，尽管是也无妨；梦境或是某种通过冥想达到的“大脑空白”状态也可以算作意识体验。托诺尼试图确定这类体验的根本特征，即，它们是主观的（只存在于意识实体中）、结构性的（其内容彼此关联：“蓝色的书在桌子上”）、具体的（这本书是蓝色而非红色的）、统一的（同一时间只能有一种体验），以及明确的（体验所包含的内容有边界）。托诺尼和科赫声称，他们根据这些公理推导出了拥有一定程度意识的物质系统必须具备的性质。
（整合信息理论：感官数据输入→自我影响的网络产生意识）整合信息理论认为意识是认知网络固有的，该网络将一种“因果力量”加诸自身。这种能力可能借助大脑后部结构实现。
图源：Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine
整合信息理论并不将意识描述为处理中的信息，而是解释为系统“改变”自身的因果力量。科赫说，意识是“系统以自身过去的状态影响未来状态的能力。系统所具有的因果关系力量越强大，它的意识就越清晰”。
这一看法与17世纪笛卡尔的名言“我思故我在”遥相呼应。“只有一件事是确定的，唯一确定的事实就是我的体验，”科赫说，“这就是笛卡尔的核心思想。”
图源：Emmanuel Lafont
对托诺尼和科赫来说，像数字计算机那样仅仅把信息“前馈”，将输入转化为输出的系统只能称为“僵尸”，它看起来像是有意识，但无法真正拥有这种属性。硅谷的许多人可能都相信计算机最终会拥有意识，但在科赫看来，除非那些机器能获得产生意识所需的正确硬件，否则它们只会构建一种“深层假象”。
“数字计算机可以模拟意识，但这种模拟没有因果力量，因此它没有真正的意识。”科赫说。这就像是在电子游戏里模拟重力一样：你并未真的制造出重力。
“包围沉浸”于意识之中
整合信息理论最引人注目的特点之一在于，它让意识变成了一个程度问题。只要包含所需的网络结构，任何系统都可能或多或少地拥有意识。在他2012年的著作《意识：一个还原论者的浪漫自白》（Consciousness: Confessions of a Romantic Reductionist）中，科赫写道：“不论这是个来自古老动物王国的有机体，还是人类最近创造发明的硅制品，不论这个东西靠腿走路、凭翼飞行，还是用轮子滚动前进，只要它同时具有分化和整合的信息状态，就基本能算作一个符合条件的系统。”
这一观点引起了许多怀疑。来自加州大学伯克利分校的约翰·塞尔（John Searle）是一位影响深远的美国哲学家，他将这一理论斥为某种形式的泛心论：粗略地讲，这种信仰认为思想和意识贯穿整个宇宙。在一篇尖锐批评整合信息理论的文章中，塞尔强调：“泛心论的问题不在于它是错的，它甚至连错都算不上。严格地说，泛心论是无意义的，因为这一主张没有给出清晰的概念。”他写道，意识“不可能像一层薄薄的果酱一样铺满整个宇宙”——它“以一个一个单元的形式存在，但泛心论无法明确解释这种单元”。
对艾伦脑科学研究所的所长兼首席科学家克里斯托夫·科赫来说，包括意识在内的一切认知都只是一种计算的观点“代表了当代主流的错误观念，即认知不过是一种算法，一种睿智的破解程序。”他说，除非人工智能能够获得产生意识所需的正确的结构特征，否则它们至多只能是“深层假象”。图源：Erik Dinnel
然而，“我们被包围沉浸”于意识之中，这个想法让科赫完全乐意接受。他相信“意识是生命体的基本属性。它不可能来自其他任何东西”。
但这不意味着意识均匀地散布在每个角落。科赫和托诺尼强调，尽管许多事物都可以拥有意识这种属性，但高度的意识只能存在于特定的事物，尤其是人脑（更确切地说，是人脑的特定部位）中。为了将整合信息理论转化为一个定量的、可检验的理论，科赫和托诺尼制定了一套标准，来判断这些特定事物具体是什么。
为了反映一个信息处理网络的意识程度，科赫和托诺尼定义了“信息整合程度”的计量单位，用Φ（希腊字母Phi）来表示。它代表“不可约简的因果关系结构”的量，也就是某网络作为一个整体对自身产生影响的程度。这个量的值取决于反馈的互联性。假使一个网络能被分割成数个更小的网络，彼此之间不产生因果关系，那么不论这个网络有多少处理节点，它相应的Φ值都会偏低。
图源：Evolving Science
“意识是生命体的基本属性。它不可能来自其他任何东西。”——克里斯托夫·科赫，艾伦脑科学研究所
同样地，科赫说：“任何系统，只要它的功能互联性和结构能产生一个大于零的Φ值，就或多或少有意识体验。”这类系统包括每个活细胞含有的生化调节网络，以及拥有正确反馈结构的电路。由于原子可以互相影响，“连简单物质都有一个正的Φ值。”但像我们一样Φ值高到足以“知道”自身存在的系统是很少的（尽管该理论推测较高等的动物也会在一定程度上体验到自己的存在）。
因为科赫和托诺尼将整合信息理论转化为了定量、可检验的理论，阿伦森称其“可以归入所有数学意识理论里前2%的位置”。他认为这个理论是有缺陷的——但不同于塞尔，他说，“几乎所有的意识理论都是如此模糊、松散、边界不清，这导致它们必然会以错误告终。”
图源：New Statesman
寻找神经关联
科赫对此表示赞同。“好像每个人都有自己中意的意识理论，但其中很少是定量或者有预测性的。”他说。他相信全局工作空间理论和整合信息理论都可以检验对错。“逻辑上讲，它们可能是错的，也可能两者都在一定程度上捕捉到了真相。”但我们怎么检验它们呢？
让我们走进邓普顿世界慈善基金会，该机构已经拨款2000万美元以供彻底检验意识理论。这一项目以波特希特所谓的涉及IIT和GWT的“有组织对抗合作”为开端，因为这两种理论能做出可检验但又截然相反的预测。计划是，两种理论各自的拥护者事前商定一套实验方案，它将能辨别两种理论是否错误。“条件是，两种理论的带头人要同意这套方案，这意味着他们承认各自理论作出的预测准确地代表了该理论（的精髓）。”波特希特说。（他对迪昂和托诺尼表示了赞扬，他们乐于“承担风险挑战自己的理论”，这是让全局工作空间理论和整合信息理论被选为第一批接受检验的理论的理由之一。）
邓普顿世界慈善基金会的戴维·波特希特负责协调即将落地的实验项目，该项目将同时检验两种意识理论。图源：邓普顿世界慈善基金会
不论期间发生什么情况，此次合作的实验结果都将由一份顶级期刊发表。本研究还会包括重复实验。“这个项目基本就是开放科学，”波特希特说，“如果我们能用开放科学中最佳的实践手段在一个少有人涉足的领域取得进展，就能说明开放科学是种有用的方法。”
他说，研究人员已经有了最终的实验设计，可以面对面地检验全局工作空间理论和整合信息理论互不兼容的预测。虽然细节还未公布，但已知他们会部署一系列大脑监测技术，如功能性磁共振成像（fMRI）、皮层脑电图和脑磁图技术。波特希特补充说，本实验似乎是“首次在神经科学领域内确定并开展如此大胆的对抗性合作”。如果项目得到批准，他希望实验工作能在夏季之后开始，持续约三年，涉及10~12个实验室。
这些实验会检验不同理论之间的哪些区别呢？其中之一是大脑中产生意识的位置。根据全局工作空间理论，“意识的神经关联”——反映意识状态的神经元活动模式——应该位于大脑皮层顶叶和额叶区域。顶叶处理触觉和空间感等感官数据。额叶则与“高级”功能的认知处理有关，例如记忆、解决问题、决策和情感表达等。
但科赫说，那些切除了大部分额叶的人——这是治疗癫痫常见的神经外科手段——看起来非常正常。根据整合信息理论，意识的所在地则很可能位于大脑后部的感觉呈现区域，该处的神经连接结构和特征似乎很符合理论。“我敢打赌，总的来说，大脑后部的神经连接产生了高的Φ值，而大脑前部的大部分区域和它无关。”托诺尼说。
“几乎所有的意识理论都是如此模糊、松散、边界不清，这导致它们必然会以错误告终。”——斯科特·阿伦森，德克萨斯州大学奥斯汀分校
托诺尼说，我们可以比较有意识和被麻醉失去意识的人大脑产生活动的位置。他承认，假如这类测试能够证明大脑后部的Φ值确实较高，但和意识无关，“那么整合信息理论就有大麻烦了。”
最近，包括迪昂在内的一组研究者对清醒或全身麻醉的志愿者的大脑活动进行了功能性磁共振成像研究，两种状态下各自显示出明确的脑活动模式，且彼此截然不同。在无意识阶段，脑活动只存在于解剖构造上有着直接连接的区域，但在有意识活动时，复杂的远距离互动似乎不受大脑“线路”的限制。
（advances.sciencemag.org/content/5/2/eaat7603）
图源：Wikipedia
然而，这项研究的发表作者之一，物理学家出身的神经科学家恩佐·塔利亚祖基（Enzo Tagliazucchi）强调说，这些发现还没有明确支持任何特定的意识理论；塔利亚祖基任职于布宜诺斯艾利斯大学和巴黎皮提耶-萨尔佩特尔医院（Pitié-Salpêtrière Hospital）。“将我们的研究成果框定到某种理论里还为时过早，”他说，“它不会打破任何平衡，我们也无意用它打破平衡。”
全局工作空间理论的另一项预测是，大脑在受到刺激后300-400毫秒间会产生一个特征性电信号，它应该就是信息“广播”的过程，正是它让我们对信息产生意识；之后信号很快就会消失。但根据整合信息理论的预测，只要体验持续存在，意识体验的神经关联就会持续存在。科赫说，要检验这一区别，可能会让志愿者看着某种刺激物，比如屏幕上一个持续几秒的场景，然后看看这一体验的神经关联是否和体验本身一样持续存在于意识中。
“有意识也就意味着有了一段体验。”威斯康星大学麦迪逊分校的神经科学家朱利奥·托诺尼说。因此，他建立的意识整合信息理论的模型以询问能产生意识体验的系统必须具备何种特征为开端。图源：John Maniaci/UW Health
对于能否找到严格、明确的方法来检验、判断这两种理论的真伪，并非所有人都抱持乐观态度。“眼下这个项目是相信这条路走得通的前提下的一次尝试。”心灵哲学家弗朗西斯·法伦（Francis Fallon）如是说道，他任职于纽约皇后区的圣约翰大学，也参与了邓普顿项目。但他指出，由于两种理论都是在现有的经验证据基础上确立的，不太可能发现和两者都产生根本性矛盾的新数据。
刘克顽（Hakwan Lau）是一名心理学家，在加州大学洛杉矶分校研究行为神经科学，他甚至不认同整合信息理论是一个真正的科学理论。“整合信息理论是纸上谈兵的理论。”他说。他觉得整合信息理论的拥护者所认为的“意识可能的存在位置”并不见得必然是从理论本身推断而来，而可能只是他们自己的主观臆断。“要想让该理论的经验预测能够用现有手段来检验，”他说，“还需要做许多额外的假设和估算。”
刘说，在他看来，整合信息理论和全局工作空间理论“截然不同，我都不知道从哪里开始比较二者”。塔利亚祖基却持相反观点，他认为这两者可能本质上是同一种理论，但“分别从第三人称和第一人称视角生发而来”。
图源：Gfycat
英国萨塞克斯大学的认知科学家阿尼尔·塞思（Anil Seth）同样认为邓普顿计划距离成功可能还有一段路要走。他说，要得到“明确的驳斥或证实”似乎不太可能，因为这些理论“做出了太多不同的假设，可验证性各不相同，甚至可能连试图解释的事情都不一样。全局工作空间理论似乎主要是关于功能和认知途经，但整合信息理论主要基于现象学而非功能，因此难以验证。”
托诺尼和他的合作者会反驳说，他们多年来一直在开发整合信息理论的实验测试——并已开发出一种用于评估脑损伤患者意识的工具，它虽然粗糙但很有效。但就连托诺尼也承认，因为两种理论都尚未完成，且至今“相距甚远”，要想得到一个明确的结果可能是个奢望。“它们做出的预测不像物理学那样精确。”他说。
尽管如此，他认为“要想取得进步，你就得从手头现有的开始”。不仅如此，这一过程“逼迫理论给出一些明确结论”。不论结果如何，托诺尼确信这些测试会教给我们一些有关大脑的有用新知识。
其他理论
没人觉得排除了全局工作空间理论或整合信息理论就能揭开意识之谜。因为首先，还有其他的严肃理论。
其中，两个常见的类别被称为一阶理论和高阶理论（HOTs）。刘解释道：“一阶理论认为，对大脑来说最重要的是感官信息的基本认知处理。”一阶理论的拥趸说，虽然还不确定是什么将感官信息带入意识中，但它一定是意识在脑中的表现形式本身所固有的某种东西——比如大脑神经网络的各个元素之间的互动动态。
【另外两类意识理论：左—一阶理论：感官数据输入→感官数据的认知处理（意识）；右—高阶理论：感官数据输入→额外处理（意识）】一阶理论认为意识只是感官信息认知处理的产物。高阶理论则提出意识要通过在感官体验的认知呈现上再进行额外加工才能获得。图源：Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine
刘说，与之相反的是，“高阶理论的支持者称，大脑要对认知的呈现进行加工才能生成意识。”在高阶理论中，意识体验不仅仅是记录下相关的感知，还涉及某些依赖于此种呈现的额外机制。不同于全局工作空间理论的观点，这种高阶状态不一定在信息处理过程中起到了什么作用，它只是存在于脑中。
“和其他现有理论相比，高阶理论能更容易地解释复杂的日常体验，如情感和片段记忆等。”最近，刘和他的同事——拉瓜迪亚社区学院（LaGuardia Community College）的哲学家理查德·布朗（Richard Brown）和纽约大学的神经科学家约瑟夫·勒杜（Joseph LeDoux）——如是写道。
邓普顿世界慈善基金会已经提供了更多拨款，以像检验全局工作空间理论和整合信息理论一样检验这些理论。“我希望能在未来五年里主持召开大约九次会议，汇集两种或更多互不相容的理论，并尝试在这些理论之间找到解决办法。”波特希特说。他承认，“有可能所有现有理论都是错的。”
事实也有可能证明，对于这样一个问题，没有任何科学实验能够成为唯一和最终的仲裁者。“哪怕只有神经科学家能够给出这个问题的答案，这场辩论也会是哲学性的，”法伦说，“当（对问题的）解释变得如此棘手时，让哲学家参与进来是有意义的。 这个领域内有许多神经科学家已经在引入哲学，其中一些进行得相当出色。”
图源：Ecosia
波特希特希望其他重大问题也能通过这种对抗性的方法取得进展，比如意识最初是如何产生的，又或者生命本身是如何产生的。他说：“对于任何一个重大问题，只要出现一大堆各自都很有说服力、但彼此对立的理论来解释它，我们就会试图通过打破它们之间的壁垒来取得进展。”
“我认为这是一个极好的创举，应该更加频繁地应用在科学领域，”托诺尼说，“它迫使各方理论的支持者集中精力，取得一些共识。 我相信我们都会或多或少地取得收获。”
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