名家論戰(zhàn)：意識如何產(chǎn)生？
柯霍與格林菲爾德這兩位重要的神經(jīng)科學(xué)家，對主觀經(jīng)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的腦活性，有著不同的看法。
撰文柯霍（Christof Koch）、格林菲爾德（Susan Greenfield）
翻譯黃榮棋
柯霍是美國加州理工學(xué)院的認(rèn)知與行為生物學(xué)教授。20多年來他都在該校教書，并從事視覺注意力與意識的神經(jīng)基礎(chǔ)方面研究。他酷愛健行與攀巖，攀登過幾座著名的山峰。柯霍的理論：每一個(gè)意識經(jīng)驗(yàn)，都是特定腦區(qū)里的一群獨(dú)特神經(jīng)元以特定方式產(chǎn)生的活性所造成的。
腦中進(jìn)行的活動過程如何轉(zhuǎn)換成意識，是重要的科學(xué)問題之一，目前尚待解決。雖然用科學(xué)方法可以厘清大霹靂后幾秒鐘內(nèi)發(fā)生的事件，也可以找出人腦的生化要素，但對意識經(jīng)驗(yàn)如何產(chǎn)生卻完全無法提供令人滿意的答案。
我們兩人都是神經(jīng)科學(xué)家，而共同的人生目標(biāo)就是想解決這個(gè)問題。我們有許多共通的看法，例如我們都承認(rèn)，意識不是單一個(gè)問題而已。我們必須要能解釋許多現(xiàn)象，尤其是自我意識（審視自己欲望與思想的能力）、意識內(nèi)容（任何時(shí)刻真正意識到的東西），以及腦中進(jìn)行的過程與意識及非意識之間的關(guān)系。
要從何處著手？科學(xué)家還不是很清楚腦的內(nèi)部運(yùn)作，所以無法真正解釋意識如何從神經(jīng)元的電化活性「迸」出來？因此重要的第一步，是要找出最能代表和產(chǎn)生意識有關(guān)的神經(jīng)元組合（NCC），也就是與特定意識經(jīng)驗(yàn)吻合的腦部活性。當(dāng)你「知道」你正看著一只狗時(shí)，你腦里的哪些神經(jīng)元發(fā)生了哪些事？當(dāng)你突然「感到」哀傷時(shí)，你的腦又發(fā)生了什么事？我們都試圖找出每個(gè)人可能產(chǎn)生的每個(gè)主觀經(jīng)驗(yàn)在神經(jīng)元上的關(guān)聯(lián)。除此之外，我們兩人的看法就不一樣了。
格林菲爾德是英國牛津大學(xué)藥理學(xué)教授、英國皇家學(xué)院院長、英國國會上議院議員。她的研究重心是新的腦部機(jī)制，包括神經(jīng)退化疾病的機(jī)制。她喜愛的消遣是回力球與跳舞格林菲爾德的理論：每一個(gè)意識經(jīng)驗(yàn)，都是許多腦區(qū)域神經(jīng)元同步活化成和諧的組合，然后消散。
2006年夏天，心智科學(xué)基金會在英國牛津大學(xué)舉辦的一場熱烈辯論中，我們對最佳運(yùn)作的NCC內(nèi)涵有不同的見解。此后我們繼續(xù)研究，并且挑戰(zhàn)對方的看法，往來的對話結(jié)果就成了這篇文章。但我們有個(gè)共同原則：我們的看法，主要來自神經(jīng)科學(xué)，而不只是哲學(xué)。我們都參考了非常多來自神經(jīng)科學(xué)、臨床與心理學(xué)的資料，我們的論點(diǎn)都是根據(jù)這些觀察結(jié)果得來的。
—柯霍與格林菲爾德
基本論點(diǎn)意識的解釋看到狗、聽到聲音、突然感到哀傷或經(jīng)驗(yàn)到其他主觀經(jīng)驗(yàn)時(shí)，腦里發(fā)生了什么事？
柯霍的理論
連結(jié)腦背與前面皮質(zhì)的錐體神經(jīng)元聯(lián)盟以獨(dú)特方式活化。不同聯(lián)盟的活化，代表感官的不同刺激（左）。這些錐體細(xì)胞（綠色）位在小鼠大腦皮質(zhì)（右）的第五層，四周圍繞著非神經(jīng)元的細(xì)胞（藍(lán)色）。
格林菲爾德的理論
跨腦區(qū)神經(jīng)元同步活化（綠色），直到第二個(gè)刺激形成不同的組合（黃色）。各種不同組合時(shí)聚時(shí)散，整合身體輸入的訊息。在電刺激大鼠腦中視丘（下）之后的0.35秒，組合在大腦皮質(zhì)中形成（a,b）、達(dá)到顛峰（c），然后消散（d）。
柯霍如是說︰特定神經(jīng)元群是特定意識經(jīng)驗(yàn)的媒介
我與格林菲爾德都在找尋能最貼切代表意識的神經(jīng)元組合（NCC）。如果我們能夠找到正確的NCC，也許就可以找到直接「創(chuàng)造」意識的神經(jīng)機(jī)制。
1988年我與克里克（Francis Crick）開始研究意識以來，我逐漸產(chǎn)生的看法，是每個(gè)意識知覺（感官刺激于大腦的呈現(xiàn)）都與「以特定方式運(yùn)作的特定神經(jīng)元組合」有關(guān)。像是看見紅色方塊的意識就有其獨(dú)特的神經(jīng)元意識關(guān)聯(lián)，看見自己的祖母則另有一種關(guān)聯(lián)，而感到憤怒則有第三種關(guān)聯(lián)。干擾或是終止任何一個(gè)意識的神經(jīng)關(guān)聯(lián)，就會改變相關(guān)的知覺，或讓這個(gè)知覺消失。
從生理的角度而言，NCC的基礎(chǔ)可能是大腦皮質(zhì)內(nèi)錐體神經(jīng)元組成的聯(lián)盟，這種神經(jīng)元可以長距離溝通。人腦有500~1000億個(gè)神經(jīng)元，或許只要百萬個(gè)神經(jīng)元就足以形成一個(gè)這樣的聯(lián)盟。譬如說，我在很多人的房間，蘇珊進(jìn)來，我看到她的臉，一個(gè)神經(jīng)元聯(lián)盟突然就彼此交談個(gè)半秒鐘不到或是更長。神經(jīng)元聯(lián)盟從腦背的皮質(zhì)開始發(fā)起，因?yàn)檫@里是視覺刺激最先被處理的地方，再傳到前額的皮質(zhì)，該處執(zhí)行產(chǎn)生看法與計(jì)畫的功能。這種神經(jīng)元聯(lián)盟關(guān)系，會因?yàn)槲易⒁獾揭暰W(wǎng)膜上她的影像刺激而強(qiáng)化，因而增加了相關(guān)神經(jīng)元間活性的強(qiáng)度或同步性。如果突然有人叫我的名字，聽覺皮質(zhì)中神經(jīng)元會形成另一個(gè)聯(lián)盟，這個(gè)新聯(lián)盟與前腦建立起雙向溝通，將意識集中在聲音上，而壓制先前代表蘇珊臉孔的神經(jīng)元聯(lián)盟，她的臉孔就從我的知覺中淡出。
從生物學(xué)中得到的共通知識，是生物會演化出獨(dú)特精密的小技巧，腦也不例外。神經(jīng)細(xì)胞發(fā)展出多種不同形狀與功能，彼此也以獨(dú)特的樣式連結(jié)，這種異質(zhì)性反映在組成NCC的神經(jīng)元上。這正是我與格林菲爾德看法相異之處。格林菲爾德認(rèn)為，意識是由一大群身處神經(jīng)傳遞物溶液的活化細(xì)胞所表現(xiàn)出來的整體特性。我的看法不同，我認(rèn)為是特定神經(jīng)元群在媒介，或甚至創(chuàng)造不同的意識經(jīng)驗(yàn)。
神經(jīng)科學(xué)需要一個(gè)理論，可以用來預(yù)測果蠅、狗、或?qū)Υ碳o法回應(yīng)的阿茲海默癥患者，以及全球資訊系統(tǒng)是否具有意識的理論。
神經(jīng)科學(xué)家操控神經(jīng)元群的能力與日俱增，很快就會讓我們從觀察特定意識狀態(tài)與某些神經(jīng)元活性的關(guān)聯(lián)，進(jìn)步到可以指出這兩者之間的因果關(guān)系：觀察某神經(jīng)元群部份參與或完全決定某種意識狀態(tài)。
但我們?nèi)绾沃澜M成意識知覺的是哪些神經(jīng)元？以及這些神經(jīng)元之間的活動？NCC是否牽涉到某特定時(shí)間中大腦皮質(zhì)里所有的錐體神經(jīng)元？或者只牽涉到溝通前葉與腦背感覺皮質(zhì)的那群遠(yuǎn)距離投射細(xì)胞？或是NCC牽涉到腦中所有同步活化的神經(jīng)元？
現(xiàn)在許多有關(guān)NCC的研究，重心都擺在視覺。視覺心理學(xué)家發(fā)展了完美的技術(shù)，可以讓事情隱藏在我們意識知覺的背后，就像魔術(shù)師可以誤導(dǎo)觀眾，讓他們對眼前發(fā)生的事情視而不見一樣。一個(gè)例子是閃光抑制，這個(gè)現(xiàn)象是2005年我與當(dāng)時(shí)的研究生土屋（Naotsugu Tsuchiya）發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)一只眼睛感受到靜止的小影像（譬如投射到右眼的模糊蒼白的生氣臉孔），會被投射到另一只眼睛持續(xù)改變顏色的方塊所抑制掉。這種抑制現(xiàn)象可以持續(xù)數(shù)分鐘，然而只要觀看者眨眨左眼，馬上就又可以看到猙獰的臉孔。雖說主要視覺皮質(zhì)的許多神經(jīng)元受左眼的刺激而奮力活動，卻不會形成意識。這個(gè)結(jié)果很難符合格林菲爾德的理論（任何大群神經(jīng)元的協(xié)同式活化都是一種意識關(guān)聯(lián)）。研究人員正利用這種錯(cuò)覺，在受訓(xùn)過的猴子與人腦中尋找NCC。
克里克在世時(shí)，我與他根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了幾個(gè)想法來解釋意識的運(yùn)作。其中一個(gè)想法是，NCC包含安排位于上大腦皮質(zhì)負(fù)責(zé)訊號輸出層（稱為第五層）的錐體神經(jīng)元。這些細(xì)胞將訊號送到不同區(qū)域的錐體細(xì)胞，也直接接收這些細(xì)胞強(qiáng)烈的興奮輸入。這種安排可以形成正回饋，一旦受到刺激，神經(jīng)元聯(lián)盟就會持續(xù)活化，直到被另一個(gè)神經(jīng)元聯(lián)盟壓抑。這些神經(jīng)細(xì)胞群活化的時(shí)間也超過幾分之一秒鐘，遠(yuǎn)比單一神經(jīng)元的活化時(shí)間，要更靠近意識能夠察覺的時(shí)間尺度。
有關(guān)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的這種想法，因?yàn)槊绹髂紊结t(yī)學(xué)院、哥倫比亞大學(xué)以及紐約州精神醫(yī)學(xué)研究所等人員的最新研究結(jié)果，而大受鼓舞。這個(gè)由西奈山醫(yī)學(xué)院的希爾豐（Stuart C. Sealfon）以及哥倫比亞大學(xué)的金瑞契（Jay A. Gingrich）所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，利用基因改造小鼠證實(shí)，幻覺劑──像是迷幼藥（LSD）、裸蓋菇堿（psilocybin，魔菇的一種成份）以及麥斯卡林（mescaline）之類的迷幼藥，作用在叢聚于第五層的錐體細(xì)胞的一種分子（血清張力素受體）。也就是說，幻覺劑扭曲心智的效應(yīng)來自于活化某些特定神經(jīng)元群中如上述一類的受體，而不是因?yàn)槟X中線路發(fā)生一些整體性的「錯(cuò)亂」。這個(gè)假說也還可以進(jìn)一步加以檢驗(yàn)，利用分子技術(shù)來控制第五層皮質(zhì)錐體細(xì)胞的活性，直到找到真正受到影響的神經(jīng)元。
NCC如何引起意識的第二個(gè)想法，牽涉到屏狀核（claustrum），那是大腦皮質(zhì)里的一個(gè)片狀構(gòu)造。值得注意的是，該處的神經(jīng)元接受來自幾乎所有皮質(zhì)區(qū)的輸入，同時(shí)也幾乎投射到所有的皮質(zhì)區(qū)。這個(gè)構(gòu)造也許剛好可以將感覺皮質(zhì)的活性結(jié)合成單一統(tǒng)整的知覺。
要進(jìn)一步推展這些想法，神經(jīng)科學(xué)家必須在許多區(qū)域記錄龐大數(shù)目神經(jīng)元彼此交談產(chǎn)生的電活性。這項(xiàng)任務(wù)雖然細(xì)瑣而且困難，但是可以用微小的電極來執(zhí)行。初步努力的結(jié)果證實(shí)，特定神經(jīng)元群表現(xiàn)出的知覺類型，進(jìn)而形成了日常經(jīng)驗(yàn)。
以上這些見解并不是說，培養(yǎng)皿中的1個(gè)、100個(gè)或什至100萬個(gè)神經(jīng)元是有意識的。神經(jīng)元屬于龐大網(wǎng)絡(luò)的一部份，而且也只有在網(wǎng)絡(luò)中才能產(chǎn)生意識。打個(gè)比方或許有助于說明：細(xì)胞里的DNA雖然可以下指令制造出身體里所有的蛋白質(zhì)，但細(xì)胞也要有許多其他分子才有辦法建造與維持這些蛋白質(zhì)。
鬧鐘為何可以在睡覺（無意識）的人身上引發(fā)意識？
柯霍：腦干里有一個(gè)叫藍(lán)斑核（locus coeruleus）的腦區(qū)，該處的神經(jīng)元會對聽神經(jīng)突發(fā)的強(qiáng)烈刺激產(chǎn)生反應(yīng)，于是馬上采取行動，將一種化學(xué)訊息散布到視丘與大腦皮質(zhì)，最后的結(jié)果就是大腦皮質(zhì)與周邊構(gòu)造醒了起來。一旦如此，聽覺皮質(zhì)散布甚廣卻又緊密連結(jié)的神經(jīng)元群，以及前腦與內(nèi)側(cè)顳葉中負(fù)責(zé)計(jì)畫與記憶的相對應(yīng)部份，就利用重復(fù)刺激回饋建立起穩(wěn)定的神經(jīng)元聯(lián)盟。這種神經(jīng)活動只需花幾分之一秒的時(shí)間，并且讓你意識到鬧鐘響。
格林菲爾德：任何強(qiáng)烈的感覺刺激（像是強(qiáng)光），都會引發(fā)意識，因此腦子沒有任何一個(gè)特定區(qū)域負(fù)責(zé)把人叫醒。鬧鐘鈴聲喚起意識，不是因?yàn)榇碳さ馁|(zhì)（這里的例子是聽覺）不同，而是量（大小聲）的不同。短暫的神經(jīng)元組合（許多神經(jīng)元的協(xié)同運(yùn)作）與不同程度的意識有關(guān)：這一刻到下一刻時(shí)神經(jīng)元組合的大小變化，決定于神經(jīng)元匯入短暫同步組合的難易程度。一個(gè)關(guān)鍵因素是感覺刺激的強(qiáng)度，其效應(yīng)就像投入池子的石頭。石頭越大，水面漣漪就越大。鬧鐘越響（光線越強(qiáng)），越有可能匯集出更大的神經(jīng)元組合，而神經(jīng)元組合越大，叫醒你的機(jī)會也就越大了。
神經(jīng)元聯(lián)盟會有的不同大小與起源，也可以解釋嬰兒、成人與動物的意識內(nèi)容差異。神經(jīng)元聯(lián)盟之所以存在，是因?yàn)槟X干與視丘（感覺輸入皮質(zhì)的中繼站）有著清醒回路。這些回路持續(xù)活化，并透過神經(jīng)傳遞物及其他物質(zhì)，灌溉大腦皮質(zhì)與其周邊構(gòu)造。清醒回路一旦安靜下來，例如人在深睡、受到麻醉或遭受重創(chuàng)變成植物人時(shí)，就無法形成穩(wěn)定的皮質(zhì)神經(jīng)元聯(lián)盟，也就喪失了意識。
這個(gè)模型雖然可以透過生理實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，但把它說成并非由一組原則建構(gòu)成的理論也無妨；也就是說，這個(gè)模型無法預(yù)測哪種系統(tǒng)具有意識經(jīng)驗(yàn)。神經(jīng)科學(xué)需要的理論是能夠透過物理測量來預(yù)測以下哪種生物具有意識：果蠅、狗、五個(gè)月大的胎兒、對刺激無法回應(yīng)的阿茲海默癥患者，以及全球資訊系統(tǒng)。
包括威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校的托諾尼（GiulioTononi）在內(nèi)的某些專家，正在研究這個(gè)理論。但我們對大腦了解得太少了，因此也僅止于推測?？梢杂僧?dāng)代技術(shù)來檢視的特定假說，會有幫助。就像克里克常說的，讓他與華生在1953年發(fā)現(xiàn)DNA雙股螺旋構(gòu)造的是實(shí)驗(yàn)，而不是遺傳訊息如何編碼于分子的理論。
我的基本解釋是，意識來自神經(jīng)元活性的性質(zhì)差異，而非數(shù)量差異。真正重要的是神經(jīng)元所代表訊息的復(fù)雜度，而非格林菲爾德強(qiáng)調(diào)的參與數(shù)目。特定知覺需要特定的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，而非極度活化神經(jīng)元的隨機(jī)組合。而且，完整意識需要的神經(jīng)元聯(lián)盟，必須包括腦背皮質(zhì)的感覺呈現(xiàn)，以及牽扯到記憶、規(guī)劃與語言的前腦構(gòu)造。腦的運(yùn)作靠的不是它的大小，而是神經(jīng)元極其專一與特殊的連線模式。這些模式所反映出來的是生物一生當(dāng)中經(jīng)由學(xué)習(xí)累積而來的訊息，以及來自祖先、儲存于基因的訊息。真正的關(guān)鍵，不在于同時(shí)有夠多神經(jīng)元的活化，而是該活化的神經(jīng)元活化起來。
格林菲爾德如是說︰腦整體功能在「量」的增加，產(chǎn)生了意識。
意識的神經(jīng)元關(guān)聯(lián)若像柯霍認(rèn)為的不過是某些特定（而非其他）神經(jīng)元的放電，那么意識就存在于神經(jīng)元本身。那么，柯霍跟其他人一樣，都沒有解釋這些神經(jīng)元或腦區(qū)的特質(zhì)。而且，如果連百萬個(gè)神經(jīng)元都一定要處于「龐大的網(wǎng)絡(luò)」中才能產(chǎn)生意識，那么尋找NCC的重大工作，就變成是在描述這些網(wǎng)絡(luò)?？禄舻腻e(cuò)誤在于用特定腦連線來解釋不同的意識，這等于是21世紀(jì)的顱相學(xué)：不同功能與不同腦區(qū)（尤其是皮質(zhì)）直接相關(guān)。像鳥類等許多動物雖沒有大腦皮質(zhì)，還是被認(rèn)為有意識，這個(gè)事實(shí)應(yīng)該可以稍減柯霍對皮質(zhì)的熱情才對。即便腦可能會有這種功能上的分隔，但還是無法解釋意識如何產(chǎn)生。
我認(rèn)為，意識無法分割成不同的平行經(jīng)驗(yàn)。的確，我們知道視覺刺激可以改變聽覺，反之亦然。不同感覺的混合現(xiàn)象駁斥獨(dú)立視覺意識這種觀念。最重要的，你不是有意識，就是沒有意識。在柯霍的實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)受測者的神經(jīng)元正在接受實(shí)驗(yàn)時(shí)，受測者都還是有意識的；因此，實(shí)驗(yàn)操控的不是意識，而是意識的內(nèi)容。任何后續(xù)的解釋，其實(shí)都偶然地涉及到「注意力為何？」的問題。這個(gè)問題是合理的，但卻與「意識是什么？」這個(gè)問題不同。我主張，要界定什么是最佳NCC，我們必須厘清意識與無意識之間的差異。
我的原始假設(shè)是，沒有任何特定腦區(qū)或神經(jīng)元群，天生有著神秘的特質(zhì)可以解釋意識。我們必須找出腦中的特殊過程。而且，要成為穩(wěn)定的意識關(guān)聯(lián)，這個(gè)神經(jīng)過程必須要能解釋許多日常經(jīng)驗(yàn)，包括鬧鐘的鈴聲為何能吵醒人、麻醉劑的作用、做夢與清醒的差異、自我意識的存在、人類與動物意識的可能差別，以及胎兒意識的可能性。比較可行的理論是，意識的產(chǎn)生不是因?yàn)槟X的特性不同，而是腦整體功能在量上面的增加。腦成長之后，意識也跟著成長。
麻醉劑如何作用？
柯霍：現(xiàn)在的麻醉醫(yī)師使用許多不同的化學(xué)藥劑，都可以讓人喪失意識，科學(xué)家一度認(rèn)為麻醉劑干擾所有神經(jīng)元細(xì)胞膜上的脂質(zhì)。但我們現(xiàn)在知道，麻醉劑與某些膜蛋白結(jié)合，因而干擾各種神經(jīng)過程，沒有任何單一機(jī)制會讓意識停止運(yùn)作。不過，最重要的一個(gè)原因是，麻醉劑會在大部份腦區(qū)中使突觸的抑制作用增強(qiáng)，或降低突觸的興奮，神經(jīng)元的活性并沒有完全中止，但是形成聯(lián)盟的能力嚴(yán)重受損，包含大腦皮質(zhì)背側(cè)與額面的神經(jīng)元，一旦無法建立起同步溝通，意識就無法產(chǎn)生。
格林菲爾德：麻醉劑不會關(guān)閉任何一個(gè)腦區(qū)，而是抑制整個(gè)腦中不同腦區(qū)的神經(jīng)元活動。麻醉劑會有效，是因?yàn)樗淖兞四X中一個(gè)突現(xiàn)的性質(zhì)：神經(jīng)元組合。麻醉劑縮減神經(jīng)元組合的大小，因而降低意識的程度，直到麻藥消退為止。這也可以解釋麻醉過程中不同的意識階段，像是過度興奮以及譫妄。我曾在其他地方提議過，神經(jīng)元連線功能不彰的人，因?yàn)樯窠?jīng)元組合比較小，經(jīng)常會出現(xiàn)強(qiáng)烈的情緒與欠缺理智，這正是麻醉過程中神經(jīng)元組合縮小時(shí)，許多患者會出現(xiàn)的意識狀態(tài)。
但這個(gè)過程的關(guān)鍵神經(jīng)機(jī)制是什么？包括德國神經(jīng)生理學(xué)家辛格（Wolf Singer）等人的各種發(fā)現(xiàn)，激勵(lì)人們找出與過程相關(guān)的意識關(guān)聯(lián)。辛格證實(shí)，視丘與大腦皮質(zhì)之間為數(shù)極多的神經(jīng)元，會以每秒鐘40赫茲的頻率短暫同步發(fā)出電訊。但培養(yǎng)皿中的組織也能出現(xiàn)相同的活動，要產(chǎn)生意識必然還需要其他條件。
美國紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的神經(jīng)科學(xué)家里納斯（Rodolfo Llinas）最近認(rèn)為，這種短暫的同步放電，會在視丘與大腦皮質(zhì)建立起兩個(gè)互補(bǔ)回路，共同運(yùn)作以維持意識。一個(gè)是與意識內(nèi)容有關(guān)的「特定」系統(tǒng)，另一個(gè)是與意識的醒覺與知覺相關(guān)的「非特定」系統(tǒng)。這種說法的確可以解釋鬧鐘鈴聲的強(qiáng)烈感覺輸入會引發(fā)完全的意識。而且，里納斯的模型可以區(qū)分夢中與清醒狀況下的意識。做夢時(shí)，沒有感覺輸入進(jìn)入醒覺回路，因此只有內(nèi)容回路有作用。
重點(diǎn)是里納斯與其他人發(fā)展出的模型，將意識看成是全有或全無的狀態(tài)。但他們沒有描述實(shí)體的腦如何安排意識狀態(tài)持續(xù)改變的起起落落。我有另一種看法。10多年來，科學(xué)家已經(jīng)知道，數(shù)千萬神經(jīng)元的活性可以同步活化幾百毫秒，然后又在不到一秒鐘之內(nèi)解散。這些協(xié)同細(xì)胞的「組合」可以隨時(shí)持續(xù)變化，適時(shí)適地產(chǎn)生當(dāng)下的意識。神經(jīng)元的廣泛網(wǎng)絡(luò)，以時(shí)時(shí)不同的方式組合、解散與產(chǎn)生新的組合。我的模型是，意識程度與時(shí)俱變，而組合中活化神經(jīng)元的數(shù)目則與當(dāng)時(shí)的意識程度相關(guān)。
意識這種神經(jīng)關(guān)聯(lián)（短暫組合）滿足上述現(xiàn)象所需要的要件。鬧鐘鈴聲之所以有效，可以解釋成一個(gè)非常強(qiáng)大的感覺輸入，引發(fā)一個(gè)大的同步組合。做夢與清醒不同，因?yàn)閴羝鹪从趦?nèi)部發(fā)生的弱刺激所引發(fā)的較小組合，而清醒則是較強(qiáng)的外界刺激引發(fā)的較大組合。麻醉劑限制了組合的大小，因而造成意識的喪失。自我意識能夠產(chǎn)生，是因?yàn)橹挥袎虼蠖覂?nèi)部互連緊密的腦，才有辦法衍生出規(guī)模廣大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。動物或胎兒的意識程度，也與其神經(jīng)元組合大小有關(guān)。
記得我與柯霍都無意于解釋意識「如何」顯現(xiàn)的，我們也沒有想要回答澳洲哲學(xué)家查默茲（David Chalmers）所指出的「困難問題」：確定腦中的生理事件如何轉(zhuǎn)變成經(jīng)驗(yàn)到的意識。我們尋找的是一種關(guān)聯(lián)，一種指出腦現(xiàn)象與主觀經(jīng)驗(yàn)吻合的方法，而非找出「現(xiàn)象如何引起經(jīng)驗(yàn)」這個(gè)非常重要的中間步驟。神經(jīng)元組合不會「創(chuàng)造」意識，而是指出意識的程度。因?yàn)榻M合的大小及其對應(yīng)的意識程度來自各種生理因子，像是連結(jié)強(qiáng)度、刺激強(qiáng)度以及與其他組合的競爭，每一個(gè)因子可能最后都可以透過實(shí)驗(yàn)來操控。神經(jīng)元組合模型因?yàn)榭梢援a(chǎn)生能夠否證的假說，且可解釋意識相關(guān)的許多不同現(xiàn)象，想必會變得格外有用。
針對組合模型的一個(gè)明顯批判，是柯霍和我在牛津研討會的辯論中他所提出的。他認(rèn)為這個(gè)模型「只是」大小決定一切。不過科學(xué)的確多半都與「測量」有關(guān)，也就是要客觀地量化觀察。就科學(xué)而言，大小「就是」一切。其他的懷疑者說，組合的概念太過模糊，但一些研究人員已經(jīng)針對持續(xù)不到一秒鐘組合的產(chǎn)生，詳細(xì)描述了神經(jīng)機(jī)制，包括以色列魏茲曼科學(xué)院的格林弗德（AmiramGrinvald）、英國牛津大學(xué)的鮑辛（OlePaulsen）以及伯明罕大學(xué)的杰弗瑞斯（John G. Jefferys）。
決定性的人體測試，有待更好的非侵入性成像技術(shù)，讓時(shí)間的解析度可以到達(dá)神經(jīng)元組合形成與解散的毫秒尺度。一旦有了這些技術(shù)，我們應(yīng)該可以觀察到與主觀經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的神經(jīng)元組合，像是神經(jīng)性疼痛、憂郁以及精神分裂癥。不過，研究人員已經(jīng)觀察到組合模型的實(shí)際運(yùn)作。2006年，牛津大學(xué)我的團(tuán)隊(duì)成員柯林斯（Toby Collins）等人指出，大鼠神經(jīng)元組合的形成、活性及持續(xù)的時(shí)間，與麻醉劑作用有選擇性的關(guān)聯(lián)。我們實(shí)驗(yàn)室尚未發(fā)表的先期實(shí)驗(yàn)也指出，被麻醉的大鼠其感覺皮質(zhì)中組合里活化神經(jīng)元的數(shù)量，與麻醉的程度有關(guān)。今年初，我實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)成員查卡拉柏帝（Subhojit Chakraborty）證實(shí)，大鼠視覺與聽覺系統(tǒng)的神經(jīng)元組合，或許可以做為良好基礎(chǔ)，用來分辨視與聽的主觀性。
各自表述何以做夢與清醒有主觀上的不同？
柯霍：睡眠中的快速動眼期（REM）最常出現(xiàn)生動的夢境，此時(shí)腦活動雖然旺盛，但各區(qū)域的樣式卻與清醒時(shí)不同，尤其是邊緣系統(tǒng)（約可說成是情緒與記憶的系統(tǒng)）非?；钴S，而參與理性思考的部份前額區(qū)域則安靜了下來。夢中或清醒時(shí)，神經(jīng)元聯(lián)盟都會形成，但包含不同腦區(qū)的神經(jīng)元。清醒時(shí)，聯(lián)盟中的前額皮質(zhì)神經(jīng)元數(shù)量要高出許多，該腦區(qū)賦予知覺理性與邏輯敘事性質(zhì)，但做夢時(shí)該處的活動明顯著減少，這些特征反映出夢境的詭異與強(qiáng)烈情緒。
格林菲爾德：做夢最可能是因?yàn)樯窠?jīng)元的組合要比清醒狀態(tài)的小得多。組合受到限制，是因?yàn)闆]有強(qiáng)大的外界刺激來誘發(fā)大量的神經(jīng)元。因此，做夢時(shí)短暫征召來的神經(jīng)元，純粹是針對內(nèi)生自發(fā)的腦活性來產(chǎn)生反應(yīng)。而且因?yàn)榻M合不是由外界相繼發(fā)生的事件所引發(fā)，因此組合之間的連接是隨性、獨(dú)特的，或根本沒有連結(jié)存在，夢境也因而變成隨機(jī)的影像與事件。由于缺乏大規(guī)模運(yùn)作的神經(jīng)連線，因此也喪失了最能代表清醒成年人認(rèn)知時(shí)的制衡能力。
其他的批評則與時(shí)空因素有關(guān)。例如癲癇發(fā)作時(shí)，神經(jīng)元組合在一起的時(shí)間增加，讓發(fā)作持續(xù)著，這等同于意識的喪失。組合要能成為恰當(dāng)?shù)腘CC，重點(diǎn)在于組合的時(shí)間極度短暫，癲癇發(fā)作可視為干擾這種性質(zhì)的機(jī)制，因而讓某種單一組合延續(xù)百千萬倍?？铝炙?、希爾（Michael Hill）、多麥特（Eleanor Dommett）與我也在最近一篇論文提議，麻醉劑也可能做為干擾機(jī)制。
另一個(gè)反對的意見是組合模型沒有任何空間性質(zhì)，也就是說沒有確切的解剖位置。只是我們常賦予解剖位置太多的意義，甚至還以此為目的。任何腦功能不一定都非有個(gè)「中心」不可，意識就更不用說了。
任何腦功能不一定都非有個(gè)「中心」不可，意識就更不用說了。
比較可能的情形是，腦中許多不同的區(qū)域在極短暫組合時(shí)，會聚成一個(gè)時(shí)空流形（manifold），目前的困難在于我們無法利用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)來描述這種流形。也許這個(gè)流形終究可以演變成數(shù)學(xué)模型。建立這類模型以及研究模型間的互動，也許是將來努力的方向。
最終的問題是NCC最根本的問題，就是要如何運(yùn)用NCC來探討腦的生理事件怎樣轉(zhuǎn)換成我們經(jīng)驗(yàn)到的意識。除非我們知道哪種證據(jù)可以滿足我們：腦部掃描、會表演的大鼠、機(jī)器人或方程式，否則我們不會太快找到答案。誘發(fā)個(gè)人主觀狀態(tài)的變化或許可行，像是操弄柯霍的腦，讓他經(jīng)驗(yàn)到我的經(jīng)驗(yàn)，甚至同意我的看法。
黃榮棋長庚大學(xué)醫(yī)學(xué)系生理暨藥理學(xué)科副教授，主要研究題目為哺乳動物生物時(shí)鐘與細(xì)胞離子通道表現(xiàn)。
延伸閱讀
The Private Life of the Brain. Susan Greenfield. John Wiley & Sons, 2000.
A Framework for Consciousness. Francis Crick and Christof Koch in Nature Neuroscience , Vol. 6, pages 119–126; February 2003.
The Quest for Consciousness: A Neurobiological Approach.Christof Koch. Roberts & Company Publishers, 2004.
A Neuroscientific Approach to Consciousness. Susan A. Greenfield and TFT Collins in Progress in Brain Research, Vol. 150, pages 11–23; 2005.
The authors would like to thank Joseph Dial of the Mind Science Foundation for his support. Susan Greenfield thanks Michael Hill, Nicholas Shea and Kathleen Taylor for their insights.
空白地帶有上帝？
來源:環(huán)球科學(xué)（huanqiukexue.com）
大腦的死亡證明主觀體驗(yàn)依賴神經(jīng)化學(xué)。
3月3日，在美國加利福尼亞州卡爾斯巴德，迪帕克·喬普拉（Deepak Chopra）舉辦了一場智者和科學(xué)家座談會，會上他向我提出了一個(gè)問題：“紅色”這個(gè)體驗(yàn)位于大腦中的什么部位？與會的一眾發(fā)言人認(rèn)為，神經(jīng)科學(xué)家還沒能提出一個(gè)完整理論，來解釋神經(jīng)活動如何轉(zhuǎn)化為意識體驗(yàn)（比如“紅色”），因此在意識的問題上，采取物理主義的立場是不夠的，甚至錯(cuò)誤的。后來，喬普拉又在一封電子郵件里詳細(xì)闡述道：“所謂‘主觀體驗(yàn)是電化學(xué)活動的結(jié)果’，只是一個(gè)假說而已。它并不比‘意識才是根本，意識引起大腦活動，并造就物質(zhì)世界中的性質(zhì)和物體’的說法牢靠多少。”
“當(dāng)米莉阿姨的大腦因阿爾茨海默病而死亡，她的意識又在哪里？”我這樣回復(fù)了喬普拉。喬普拉回應(yīng)道：“米莉阿姨是宇宙中一個(gè)暫時(shí)的行為模式，當(dāng)她死亡，她就回到了生前的潛在狀態(tài)。以東方哲學(xué)的眼光來看，人的自我是一種錯(cuò)覺，悟道的目的就是升華到一種更加普遍的、不局限于一時(shí)一地、不局限于物質(zhì)的自我?！?/b>
不過，與意識創(chuàng)造大腦這一假說相比，支持大腦產(chǎn)生意識這一假說的證據(jù)要多得多。比如，大腦顳葉的梭狀回一旦損壞，就會導(dǎo)致臉盲癥；而對這個(gè)腦區(qū)實(shí)施刺激，就能使人不由自主地看到人臉。視皮層上有個(gè)叫做V1的區(qū)域，一旦被中風(fēng)破壞，就會讓人喪失有意識的視知覺。意識體驗(yàn)的種種變化，都可以由功能性磁共振、腦電圖和單個(gè)神經(jīng)元的記錄來測量。通過觀察受試者在作出選擇時(shí)的大腦掃描圖像，神經(jīng)科學(xué)家能夠在受試者意識到自己的選擇之前就知道他選了什么。只須憑借大腦掃描結(jié)果，神經(jīng)科學(xué)家就能在電腦屏幕上再現(xiàn)受試者看見的圖像。
數(shù)以千計(jì)的實(shí)驗(yàn)都證明了“神經(jīng)化學(xué)過程產(chǎn)生主觀體驗(yàn)”這一假說。雖然神經(jīng)科學(xué)家對哪個(gè)物理主義的理論能最好地描述心靈尚無共識，但這并不能說明“意識創(chuàng)造物質(zhì)”的假說就能夠成立。為了反駁我的這個(gè)觀點(diǎn)，喬普拉給我寄來了2008年發(fā)表在《心與物》（Mind and Matter）雜志上的一篇論文，作者是美國加利福尼亞大學(xué)歐文分校的認(rèn)知科學(xué)家唐納德·霍夫曼（Donald Hoffman），論文題目是《意識實(shí)在論和身心問題》（Conscious Realism and the Mind-Body Problem）。文中的意識實(shí)在論認(rèn)為：“客觀世界——即不依賴于某個(gè)特定觀察者的知覺而存在的世界——是完全由意識的主體所構(gòu)成的。”意識是宇宙的根本，意識創(chuàng)造了粒子和場?；舴蚵€寫道：“意識并不是宇宙演化史中的后來者，不是從無意識的物質(zhì)和場之間的復(fù)雜相互作用中產(chǎn)生的。意識是第一性的，物質(zhì)和場的存在都依賴于它?！?/b>
這種認(rèn)為意識是宇宙之根本的理論，它的證據(jù)何在呢？霍夫曼解釋說：“物體的形狀、色彩、質(zhì)地和運(yùn)動，都是觀察者的視覺建構(gòu)?！彼J(rèn)為，我們的感覺并不是在大腦中建構(gòu)出物理實(shí)在的近似，感覺的運(yùn)作方式更像是圖形用戶界面，它和計(jì)算機(jī)內(nèi)部的物理過程沒有多少相似之處，甚至截然不同。在霍夫曼看來，我們的感覺是在創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)，而不是再造現(xiàn)實(shí)，也就是說，它“并不需要假設(shè)獨(dú)立存在的物理實(shí)體”。
那么，意識是怎么創(chuàng)造出物質(zhì)的呢？霍夫曼的文章里沒說。在物質(zhì)產(chǎn)生之前，意識又在什么地方，以何種形式存在呢？同樣不得而知。在我看來，所有的證據(jù)都表明是大腦產(chǎn)生了意識，而沒有證據(jù)支持相反的因果關(guān)系。實(shí)際上，霍夫曼的整個(gè)論證，看起來很像是那個(gè)叫做“空白處的上帝”的理論（God of the gaps，即用神力來解釋科學(xué)暫時(shí)無法解釋的現(xiàn)象，比如認(rèn)為“現(xiàn)在，科學(xué)無法解釋生命的起源，因此生命一定是上帝創(chuàng)造的”），它在物理主義的空白領(lǐng)域填充非物理主義的實(shí)體，無論那實(shí)體是全知的神還是有意識的主體。
意識是一個(gè)難題，這一點(diǎn)沒人否認(rèn)。但是在把意識拔高為能夠創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)的獨(dú)立實(shí)體之前，還是先給“大腦產(chǎn)生意識”這一假說多留一點(diǎn)時(shí)間吧。因?yàn)槲覀冎?，?dāng)大腦死亡，能夠測量的意識也隨之消失， 除非另有證據(jù)，否則我們還是應(yīng)該默認(rèn)“大腦產(chǎn)生意識”的假說。我在，故我思。
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