麻醉药帮助我们理解什么是意识个人健康MAGGIE KOERTH-BAKER2014年01月18日 十多年前的一天，外科医生们正在对一名43岁的女性进行子宫切除术。患者在麻醉下失去了意识，所有的一切似乎都按部就班有条不紊——直到她身上的麻醉突然失效了一段时间，她无法睁开眼睛，无法动一动手指。她试图呼吸，可即使是这样最基本的反射也不能正常进行；一根管子卡在她的喉咙里。她的神智清醒着，知道自己正在手术台上，只是一动也不能动，不能向任何人诉说发生了多么可怕的事情。 在关于麻醉觉醒(anesthesia awareness)的研究里，充满了此类恐怖故事，这是由于给予麻醉的确是一项令麻醉医师如履薄冰的棘手任务。用药过量可以致人于死地。但药量不足却可能使患者在手术中醒来，而无法向其他人诉说自己的困境。每1000名接受全身麻醉的患者中，平均会有一或两人(0.13%)不幸并非如表面所见的那样不省人事——他们记得医生们的交谈，感觉得到外科医生的刀划过血肉，尽管此时他们的身体仍然毫无知觉，被动地任人摆弄。目前还没有什么真正有效的方法可以防止麻醉过程中出现这种岔子。因为，成功的麻醉需要实现完全无意识，而我们现有的技术还无法对意识加以衡量。 现在已经有一些工具可以帮助麻醉医师较好地把握自己所用药物的效力，但这些系统还不够完善。密歇根大学医学院(University of Michigan Medical School)的麻醉学教授乔治·马舒尔(George Mashour)表示，对于大多数接受吸入麻醉的患者而言，尚无比半个世纪前研发的用药剂量指标效果更好的知觉观察方法。马舒尔还告诉我，在麻醉工作中存在着两个相互交织的未解谜团：首先，我们并不完全了解麻醉的工作机制，至少在神经学基础的层面上是如此。其次，我们对意识也没有实现真正的理解——大脑如何创造了意识，以及，“意识”的确切定义究竟是什么。 由于无法直接对意识加以测量，麻醉师们只好退而求其次，监测意识的替代物——特定类型的脑电波、生理反应和疼痛敏感度的存在情况，并在上述指标升高时增加麻醉剂量。此外，为了改善这一方法，神经科学家正试图寻找“意识的神经机制”(neural correlates of consciousness)，即，人在从明显的意识知觉状态转变为明显无意识状态的过程中脑功能的改变。他们认为，对此了解得越深入，就越有希望解开意识之谜。 关于意识的神经机制的研究兴起于20世纪90年代。美国加州大学欧文分校(University of California, Irvine)的麻醉学副教授迈克尔·阿尔基尔(Michael Alkire)是最早参与此类研究的科学家之一。八月份由圣保罗大学(University of S?o Paulo)和威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin, Madison)的研究人员组成的国际研究团队发表了一项研究，令他格外兴奋。该研究比较了患者在整个意识谱系——醒觉、睡眠、接受麻醉剂后、昏迷或罹患“闭锁综合征”（此时，患者的躯体陷入类似昏迷的状态，但大脑仍在活动且醒觉）——的多种状态下大脑活动的异同。研究人员采用磁场来刺激受试者们的大脑，并使用脑电图(EEG)跟踪了脑电脉冲的路径。结果显示，在我们通常认定为有意识或无意识的大脑中，这些刺激引起的反应方式截然不同。“如果患者处于醒觉状态，电脉冲信号可以传遍整个大脑，”阿尔基尔说。“但是，如果他们失去了意识，脉冲信号往往只在局部短暂停留，然后便如昙花一现般消失无踪。” 
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这些研究结果令阿尔基尔十分振奋，因为它很好地支持了一个现有的意识运作理论。在马舒尔对意识的神经机制进行研究的过程中，与传统观点相背离的证据一再出现，这些证据表明，在无意识者的大脑中，感觉网络仍在局部地发挥作用，只是大脑内部的通信系统完全崩坏了。换句话说，邻近街区的灯照常亮着，可互联网和电话线都被切断了。 这项圣保罗-麦迪逊研究显示，无意识是大脑的不同部位间失去联系的外在表现：只是信号无法传递而已。它还表明，当麻醉剂恰好切断那些通信线路时，麻醉效果最好。更重要的是，该研究为我们探讨一个深奥的问题提供了启示：人类的体验作为一个整体，是如何从微小的电脉冲中诞生的？ 神经科学家已然确知，意识并不存在于大脑的任何一个特定部位——并没有一个脑区专司汇总所有的信息——但他们所知的也仅限于此。意识的本质使其难以进行直接研究，因此，在过去的一百年中这一领域的绝大部分都是哲学家们的舞台，可惜他们各执己见，没有达成多少一致意见。例如，哲学家约翰·塞尔(John Searle)将意识描述成了一种纯粹的主观体验——当你在早晨醒来时，你就获得了意识；等你在夜间入睡（或者死亡，这取决于你这一天过得怎么样）时它便消失了。而在哲学家丹尼尔·丹尼特(Daniel Dennett)撰写的名为《意识的解释》(Consciousness Explained)论著中，则大大贬低了意识的主观体验，以至有评论家戏称这本书“把意识给解释没了”。 在20世纪的绝大部分时间里，科学家们在很大程度上一直对这些争论视若无睹。但是，1994年美国亚利桑那大学(University of Arizona)举行的一场跨学科会议第一次将科学家和哲学家们聚在了一起。这次会议引发人们就麻醉和意识之间的联系展开了持续的研究。该校意识研究中心(Center for Consciousness Studies)的主任斯图尔特·哈姆鲁夫(Stuart Hameroff)是这次会议的组织者。他告诉我，麻醉是可解释科学家们为何需要思考意识问题的绝佳例子。他说，单凭患者无法对疼痛作出反应并不足以判定他已经失去了意识。 这是因为，虽然保持意识需要大脑，但感受痛苦却未必需要大脑的参与。20世纪90年代，科学家们在大鼠和山羊身上进行试验，他们故意损伤或去除了不同的大脑部位，然后研究麻醉剂的作用发生了怎样的改变。当皮层、丘脑和脑干受损后，要防止动物因疼痛而挣扎所需的药物剂量并没有发生改变。“事实证明，他们之前检测的只是脊髓反射，这是一种非常原始的反应，跟意识没有任何关系，”哈姆鲁夫说。意识的外在表现与真正的觉醒状态之间可能存在关联，也可能完全是两码事。 在日常生活中，想要确知某个人的意识状态几乎是不可能的，哈姆鲁夫说，尽管它似乎是如此显而易见。哲学家们很喜欢这样讲：你只知道你周围的人看起来都具有完整的意识，但没有一个人对此有任何主观体验。（他们经常在这些人面前炫耀所谓的“思想实验”，并称他们为“哲学僵尸”。）只是对于那些身在麻醉和手术刀下的患者而言，这样的诡辩起不到什么宽慰效果。 有越来越多关于麻醉状态下大脑功能的研究表明，对来自大脑多个不同部位的信息加以综合的能力是衡量意识的最佳指标。马舒尔指出，有些人甚至认为这种不同脑区之间的通讯交流就是意识本身。我们对世界的主观体验很可能是大脑试图拼凑不同的感觉输入信息时产生的副产物。 很容易看出，上述观点与脑电脉冲研究之间存在一定关联。当大脑陷入熟睡、昏迷或麻醉药物的影响之下时，虽然它并没有停止运作，但其综合信息的能力却消失了。找出一种可测定脑内通讯的方法对于防止患者在手术台上醒觉至关重要。 在2013年6月的《麻醉学》(Anesthesiology)杂志上，马舒尔建议：使用一台监测仪来专门监测大脑内部的通讯能力。这与脑电脉冲研究有点类似，但它们跟踪的是不同的信号。研究显示，在意识清醒的大脑中，感觉区（例如，大脑后部的视觉皮层）与信息加工相关的高级区域（比如位于耳后侧的颞叶）之间存在脑部活动环路。马舒尔等称其为“回返加工”：信号从感觉区进入加工区，然后再返回感觉区。在人失去意识后，这种“回返加工”也随之烟消云散。马舒尔的研究表明，在三种不同类别药物的麻醉下，人的大脑中都呈现了这种模式的存在和缺失。这并不是某一种药物的副作用。这项工作表明，如果麻醉监测器能够监测电信号如何在大脑之中传送，可能会比单纯测定大脑是否产生电波更为有效。 如果能够开发这样的设备，对于那0.13%的不幸患者以及启蒙哲学的粉丝们都是大好消息。马舒尔告诉我，意识的综合模式最早可以追溯到伊曼纽尔·康德(Immanuel Kant)——他的《纯粹理性批判》(Critique of Pure Reason)或可因神经科学的发展而获得平反。“康德认为，必有一定的过程将单独的信息整理加工，使其彼此联系并结合为一体，即成为经验，”马舒尔说。“多年来，我们已经逐步确定景象、色彩和运动的评鉴由大脑的不同区域所介导。然而，大脑是如何将它们整合为统一的感知印象的？”康德所处的时代远在脑电监测仪及麻醉剂的发明和使用之前，1781年，他写道，很明显，“如果没有这种综合作用，多姿多彩而散乱的感觉信息将不可能在一个意识中实现统一。”
Maggie Koerth-Baker是BoingBoing.net的科学编辑，以及关于未来能源生产和消费的著作《在灯火熄灭前》(Before the Lights Go Out)的作者。 本文最初发表于2013年12月15日。 翻译：任扶摇 |
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