意识可以用科学来解释吗？

利维坦按：我们的大脑有着不可思议的复杂网络结构，它拥有860亿个神经元，从漫长而黑暗的130亿年的宇宙演化中聚集起来：形成了那个被我们称之为“自我”的东西，而这个“自我”散布在由胼胝体连接的两个脑半球中。当然，有一种观点认为，所谓的“自我”并不存在，那只是一种幻觉；另外也有人认定，传统的二元论（心灵/肉体）是站不住脚的，因为我们的意识和感受仅仅就是人脑中的物理过程而已。

在红绿色盲的眼中，就算我们知道光子进入视网膜的物理过程，我们还是明白其表述“我看到了红色”是可疑的；更何况，“看到红色”是一回事儿，“看到红色感到了什么情绪”是另外一回事儿。这就好比甲说“我牙疼”，可能是独一无二的本体性的疼痛——这和乙说牙疼并非一种疼痛。所以，谈论人和其行为最好还是要把他们内心的精神状态作为重要参考。

文/Todd E. Feinberg、Jon Mallat

译/夏夜夜夜

校对/一粒宸

原文/blogs.scientificamerican.com/observations/unlocking-the-mystery-of-consciousness/

本文基于创作共同协议（BY-NC），由夏夜夜夜在利维坦发布

“意识”似乎充满了神秘色彩。物理、化学和生物可以解开大部分关于生命的谜题，但却无法阐明大脑和“感觉”这种主观感受之间的关系，哲学家通常将后者称为感受质（qualia）。

大脑和主观感受之间的界限十分清晰——哲学家约瑟芬·莱文（Joseph Levine）给它起了个广为人知的名字：解释鸿沟（explanatory gap），同为哲学家的大卫·查默斯（David Chalmers）将如何跨越这道鸿沟称为意识难题（hard problem of consciousness）。

图源：Peter Sjöstedt-H

原始意识是最基本的感官体验。在1974年发表的著名论文《当一只蝙蝠是怎样的体验》（What is it like to be a bat?）中，哲学家托马斯·内格尔（Thomas Nagel）称，拥有原始意识说明主体能进行体验或感受，即意识到“作为某种生物是什么感觉”（something it is like to be）。

过去几年里，我们想结合神经科学和哲学知识，从自然生物学的角度统一解读感受产生的过程，进而揭开原始意识的神秘面纱。分析表明，我们可以从本体论和认识论这两个紧密相连的角度来理解意识之谜和解释鸿沟，而且在科学上都说得通。

从本体论角度跨越解释鸿沟

我们先从本体论的角度入手分析。这就不得不提到意识的本体主体性（ontological subjectivity），该特征由哲学家约翰·塞尔（John Searle）提出，他认为究其根本，意识拥有第一人称本体论地位，其存在形式独一无二——只有主体察觉到自己的感受，意识才能存在。因此，无论科学解释是多么严谨客观，都无法将主观感受这一独特的神经生物学产物与特定的脑功能状态联系起来。难点在于，如何用完全科学的世界观来解释感受的独特之处，而不引入任何全新或超自然的“基本定理”。

从本体论的角度入手，有两个要素能帮我们跨越解释鸿沟。第一，从生命和感受的基本共性中不难看出，究其根本，基本的生命功能是意识和感受产生的基础。就比如，生命和感受都以复杂而有序的化学生理反应为依托，且二者都无法脱离躯体独立存在。生物要想生存，就必须有一具界限明确的身体，将其与外部世界隔绝开来。同理，如果没有第一人称视角为基础，意识也就无从诞生【参见埃文·汤普森（Evan Thompson）著作《生命中的心智》（Mind in Life）】。

图源： Reprinted with permission from ©Mount Sinai Health System

除了基本的生命功能，意识感受还离不开躯体——众多细胞、一个神经系统和一个最基本的核心大脑。尽管这些条件尚不足以让意识诞生。

想要利用本体论跨越解释鸿沟，第二个要点在于，意识的诞生不光需要维持生命的基本功能，还需要复杂的神经系统，尤其是大脑提供独特的神经生物学特质。它们共同创造了意识。这里的神经生物学特质包括多种感官（视觉、良好的听觉和敏锐的嗅觉）和很多全新的神经处理子系统。来自不同感官的信息进一步汇合，颅顶的信息处理层次更丰富，脑层次之间的沟通更加频繁，记忆也越来越丰富。这些神经活动孕育了意识，正如随着化学成分与细胞组分发生反应，复杂的身体机能也随之诞生。

图源：The Costa Rican Times

但怎样才能确定这些特征就是意识的体现呢？首先，我们假设，动物只要能利用复杂的感官建立自身与世界之间的映射，就能创造出精神意象。这里的映射一般指同构映射，包括躯体的体表映射、视觉系统的视网膜映射、听觉系统的频率映射（见下图）。杰拉德·埃尔德曼（Gerald Edelman）和安东尼奥·达马西奥（Antonio Damasio）等众多研究者都认为，由此产生的感受就是感官意识的标志。第二，我们假设能根据奖惩从经验中学习，完成复杂操作性条件反射的动物，都能产生积极和消极两类感觉，或者说情感。

图为基于映像的意识感受，它源于感官世界在大脑中的映射体现。图中央为人脑和脊髓。大脑皮层负责处理来自多种感官的映射信号：视觉对视野的映射——视网膜映射、来自触觉，遍布全身的体感映射、来自嗅觉的气味映射、听觉以声调为依据形成的频率映射。图右描绘了各种感官信号经过一系列神经细胞，最终到达大脑皮层的过程。不管经由哪条通路，信号全程都要经过点对点映射才能到达终点。某些动物虽然没有大脑皮层，但也能用其他的高级脑中枢生成类似的映射。【选自麻省理工大学出版社《解密意识》（Consciousness Demystified），2018】。

图源：Reprinted with permission from ©Mount Sinai Health System

通过分析，我们发现，同时满足这两个条件的只有脊椎动物（包括鱼类），昆虫、螃蟹等节肢动物和章鱼、乌贼等头足类动物。进一步观察表明，这些动物均有上述所有特征。

重点在于，在自然界中，这些特征均为意识清醒的大脑所独有。这样一来，大脑独特的神经生物学构造能孕育出感受这种自然界中的罕有之物也就不足为奇了。

从本体论的角度跨越解释鸿沟的关键在于，感受以为主体的生理反应为基础，因此具有独一无二的私密性，再加上特殊的神经生理学特质。二者共同构成了意识感受的独特之处。注意，本体论解释既不涉及超自然元素，也没有提出任何全新的“基本属性”和物理学原理。

进化与意识的诞生

为了解释原始意识的本体主观性，我们在自然界中寻找答案，发现始于生命，终于意识的演化序列中并无断层。仔细检查化石记录后，我们发现，从无眼无脑的虫子，到最早出现在古海中的节肢动物和脊椎动物鱼类，意识和大脑的进化可以追溯到约5亿2000万到5亿4000万年前。当时正值寒武纪生命大爆发，动物之间的捕食行为促使生物快速进化（见下图）。

图中的几个阶段展现了意识流畅的进化过程。最中间分别是以海胆、柱头虫和文昌鱼（类鱼无脊椎动物）为原型还原的远古生物，三者均有原始神经系统。右一和右二分别为鲨鱼和无翅昆虫蠹鱼【选自麻省理工大学出版社《解密意识》（Consciousness Demystified），2018】。

图源：Reprinted with permission from ©Mount Sinai Health System

虽然意识经历了顺畅无阻的自然演化，但我们发现感受及其神经基础极为多样，且分布广泛。比如，在哺乳动物的大脑中，大脑皮层就与皮质下区域有很大不同，前者负责感知各类图像，后者控制多种感情和情绪。进化生物学家理查德·诺斯卡特（Richard Northcutt）的研究成果明确表明，除了人类，脊椎动物、节肢动物和头足类动物身上也有这种多样性，这些生物的大脑都经历了独立的进化过程，和意识相关的脑区均分布在脑内相应位置。因此，意识感受可能源于截然不同的脑内神经机制。对我们的解释来说，最重要的是，意识感受的神经生物学多样性不仅存在于物种内，还遍布物种间。这说明感受产生的途径多种多样，背后的神经生物学机制也不能一概而论。

通过认识论解读解释鸿沟

解释鸿沟还有另外一面，它源于我们已经讨论过的感受本体主观性。这道认识鸿沟的一边是第一人称的主观感受，另一边是第三人称视角对脑部活动的客观解读。听起来是不是有点耳熟？但这和本体论问题并不是一回事。我们认为，认识鸿沟的第二方面根植于主体不可还原性和客体不可还原性（见下图）。

从认识论的角度来看，解释鸿沟源于主客体的不可还原性，即缺乏相关知识。图源：Reprinted with permission from ©Mount Sinai Health System

主体不可还原性指的是，意识感受一旦产生，创造这些感受的神经过程就已经结束，研究也就无从下手。换句话说，我们无法直接研究神经元，只能通过其产物，即感受，来进行研究。最先指出这一难题的是心理学家兼哲学家高登·哥伦布斯（Gordon Globus），他将其视为“世界之结”（world knot）的一部分。该术语为叔本华首创，意为解密大脑与意识之间的关系时遇到的重重障碍。

话虽如此，其实主体不可还原性无甚神秘。哥伦布斯指出，解释鸿沟之所以存在，是因为没有感觉器官和神经系统结构直接相连。因此主体不可还原性也就得到了明确的科学解释：想要真正认识神经连结困难重重。但和本体论鸿沟不同，认识论鸿沟是由知识匮乏造成的：我们对制造感受的神经元知之甚少。

客体不可还原性指个体间的双向认识隔阂，即我们站在第三人称的客观角度时，就无法直接体会他人的意识感受，因为意识感受属于个体的主观体验。这样一来，观察大脑的第一人称和第三人称视角之间又形成了一道认识鸿沟，但这道鸿沟依然可以通过科学解释——毕竟相互独立的大脑之间没有任何物理连结。

图源：Izhar Cohen

揭开主体性的神秘面纱

可以断定，意识的“神秘之处”、“解释鸿沟”和“难题”都有相应的科学解释。本文理论立足于这样一个命题：意识和主观感受虽然都有神经生物学特殊性和本体主观性，但依然可以用科学来解释。此外，关于大脑的第一人称知识和第三人称知识之间也形成了一道鸿沟，它虽然难以逾越，但在科学上却说得通。同时，该理论并未借助任何物理或非物理的未知力量，就阐明了主观感受在自然界中的独特地位。