基于实验建立起的关于意识的认知

作者简介：邱德钧，兰州大学哲学社会学院副教授，主要从事逻辑学、科学技术哲学研究。

文章来源：《科学·经济·社会》2021年第39卷第1期

摘   要：依据大量的实验讨论20世纪90年代以来人类关于意识逐步建立起来的认知，探讨重要的概念如感知、无意识、意识、记忆、直觉、大脑之间的关系，最后讨论意识的客观标记和阻断意识的可行性，为脑机接口做理论准备。并第一次提出意识不是神秘的也不是涌现的，而是人脑部分神经元整体活动表现出的性质，类似的性质普遍存在于身边，不需要建立更复杂的概念系统进行解释。

关键词：无意识；意识；涌现；意识阻断

复杂系统中由自我组织产生出新的、清晰的结构和特征的涌现理论被引入意识科学之后，拉近了公众与曾经神秘的意识的距离，有关意识的讨论不再是禁区①。尤其20世纪90年代以来的一系列实验更将对意识的讨论方向导向科学，基于这些实验结果，使我们得以科学认知意识，并探讨从人脑读取信息从而由外部进行控制或反向从外部输入信号到大脑的方法。关于意识的系统假设性理论并不统一，分为神经元全局工作空间和整合信息理论。本文不讨论这些假设性的理论及其可能推导出的不同结论和因此引发的认识论上的不同观点，而仅从已成功的实验、同时也是可重复性的实验出发进行研究；关注新的技术手段和利用这些手段进行的实验，向人们呈现了怎样的关于意识的已知且确实的事实。人类在某认知一领域的进步，虽然总是表现为对概念的更细致的分类或者划分，但若没有所依托的新技术与精妙的实验，新的概念不可能凭空想产生，即便前瞻性地碰巧有了新的概念，也因缺乏事实支撑不会令人信服。

① 最早由亚里斯多德在其《形而上学》著作里提出，后来有许多知名学者进行阐述和研究。

一、感知、意识、大脑与“我”

特克斯勒消逝实验②（Troxler’s fading）中讨论Troxler的衰落现象，是一种大家熟悉的视觉误差，它可能会在周围视觉中视网膜图像没有任何异常且稳定的情况下发生。视杆和视锥以外的视觉系统中的神经元具有较大的感受野，当视觉固定在某物上时，眼睛进行的很小的非自愿运动无法将刺激移至新细胞的感受野上，造成了视觉内的对象不受控地出现或消失，客观对象不变时，我们看见的图像却在变化：消失或出现，变浓或变淡[1]3-6。实验表明，客观的图像可能随机进出我们的意识，或从主观角度看，大脑会意识或意识不到一个客观的存在。一个客体，在我们面前，理应为我们所感知，但该实验清楚地说明，不一定。后续实验进一步发现，一部分感知是消失于大脑中，而不是眼睛里。感知到与意识到显然并不总是完全相同的，但这一切却都发生于我们的大脑之中。客体的信息真实存在，被感知之后却不为大脑所意识，客体、感知、意识、大脑之间的不为我们深究的关系被该实验揭示出来。

一个特克斯勒消逝实验的示例

这四者之间的关系引起了后续的研究，Posner①于1994年进一步讨论“注意”（attention）：当人们执行简单任务时，活跃的大脑区域成像网络里神经元的激活程度和进展，可能会为区分有意识和无意识信息处理提供有用的证明[2]398。这又引入第五个概念“注意”。“注意”由许多神经元参与形成一个网络，其中包括涉及定向感官刺激、从记忆中激活想法以及维持警报状态的三部分网络，这从解剖学和物理角度解释了注意力施加的影响导致大脑有意识和无意识状态的出现。

但这五者都共同指向同一个关键，“我”；并且哲学家也与神经和脑科学家一般，认同意识是主观的，与自我的感觉紧密相关，“我”成了解决问题的关键。盖洛普镜子测试对此进行了研究。

盖洛普在1970年受达尔文影响设计了动物自我认知实验，实验者在动物身上标上两个无味的颜料斑点[3]86。测试斑点被置于动物身体上在镜中可见的部分，而对照斑点则放在动物身体上可触及但不可见的地方。通过观察可以知道，动物的许多反应可以显示它意识到测试斑点是在自己身上，而同时忽视对照斑点。被测试的多种动物会有转身和调整身体姿势以便更好地观察镜中的标记，或在看镜子的时候用肢体试图触碰自己身上的标记的反应。进一步实验知道，幼儿以及恢复视力的先天盲人最初会对他们在镜中的像作出仿佛是对待另一个人的反应。据此得出结论，动物存在对自我的感知。镜子测试结果的诠释，存在着一些争论。例如鸽子也可以通过条件反射训练完成这个测试，只需要足够多的训练，就可以基本把它们变成会用镜子的“机器”[4]695。

由此可知一个重要的事实，这个实验及其变体和推广不必然证明动物有了自我意识，也可能只是关注到了自己的身体。仅对自己的身体的关注与对自我意识的关注显然存在不同，这导致了哲学家更深度的思考。因为“自我”的一般意义上，包括“我”的身体、“我”的行为、“我”的感受或者“我”的思想。意识到自我必然包括一个有趣的循环，当我想自己的时候，“我”出现了两次，一次是感受者，一次是被感受的对象。奥古斯特·孔德（Auguste Comte）认为，这在逻辑上是不可能的，“一个在思考的个体，不能分成两个，让其中一个思考，另一个看着他思考。在这种情况下，被观察的器官和进行观察的器官是相同的，那么观察如何进行呢？”。孔德指出的表面的逻辑矛盾很容易消解，如果大脑本身分为不同区域，由一个区域感受对象，而另外一个区域负责感受大脑此时感受对象这一事件；或者是大脑运行时间上存在间隔，即使这个间隔很短，那么这个表面的悖论就会消失[5]86。

今天大脑存在多种用途的不同分区早成脑科学界的共识，孔德的问题部分被化解。但随着研究的深入和实验不断改进，人类从前不重视的无意识问题却凸显出来，成为首先要探索的目标，其涉及范围之广，远超人类以前用直觉、潜意识描述出来的认知。意外地，在关于无意识的众多不得不关注的现象的研究中，使我们掌握了从无意识角度研究意识的全新的思路。

① Michael Posner 1994年在《心灵影像》著作中研究认知活动，主要是注意和记忆中，大脑的激活和定位。邱德钧 基于实验建立起的关于意识的认知

② 当一个人的目光聚焦在某个固定点上20秒或者更长时间之后，在该固定点周围，也就是在观察者余光中的其他视觉刺激源将会在观察者的视野中慢慢淡化直至最后消失。稍微移动目光，余光中的视觉刺激又会出现。

二、实验中发现无意识

研究的起因是在20世纪90年代认知心理学家突然意识到可以通过对比有意识和无意识状态来干涉意识。

最小差别实验第一次使意识可作为变量来研究。1989年，心理学家伯纳德·巴尔斯（Bernard Baars）有一个重要的发现：许多实验提供了一种“最小差别”，即两个只有最小差别的实验情境，其中只有一个被有意识地感知了。以之为变量进行处理，在刺激几乎没变的前提下，得到的结果却千差万别。只要关注这微小的差别，并理解脑中发生了什么变化，研究者进一步就能分辨意识和无意识在大脑中的加工过程，并且专注于标志无意识到有意识间转化的脑活动[6]77-96。这类似于被证明十分有效的逻辑经验主义中确定相关性的差异法，人们初学打字的时候，很慢，很专注，并且知道自己正在做的一举一动。熟练后打字就变得很顺畅，就像自动的一样。我们可以一边说话一边想别的问题，同时还在打字，而不需要刻意去想每个按键的位置。在同一个体上研究类似行为的自动化可以为有意识到无意识的转化带来启示。这个简单的差异还让科学家定位了一个主要的皮质网络，包含前额叶中在意识行为时表现出有激烈活动的被激活的脑区，尤其观察到眼睛本身遍布毛细血管的生理结构的缺陷形成盲点，人类意识欲要填补这个盲点，也激活了大脑中的上述区域。

双目竞争实验是不同的图像进入左眼和右眼中造成它们在我们感觉中交替呈现的一种视觉现象。虽然两个刺激物保持不变，但是观看者却报告自己的视觉发生了改变，这一视错觉被查尔斯·惠斯通在1838年发现，并设计出立视镜使人类第一次窥探意识体验与神经元活动之间的相关性。双目竞争这种窥探意识体验的神经机制的专用手段由于其典型性，各种变式实验发展出几百种。还产生了一个意外结果，利用它成功追踪到单个神经元的活动，确定了初始神经元放电和看见认同图像时强烈放电之间的不同。

双目竞争依赖于注意力，在没有意识关注的情况下，两张不同图片会同时得到处理而且不发生竞争。竞争效应必须是在观察者主动而且注意集中的情况下才能显现。同时给两眼呈现看得见的图片，则最后只有一张图片被看见。意识无法同时理解两个物体，大脑是无数潜在的感觉针对意识的注意激烈竞争的场所。虽然我们不知道，但是每时每刻不只有两个，而是有无数潜在的感觉在竞争意识的注意力，但在某一时刻，只有一个能进入有意识的脑，其它未被注意到的感觉却也潜伏进了我们的大脑。如果说最小差别实验告诉我们无意识到有意识之间的转化，双目竞争实验则进一步展示这种转化的直观实例，并定位了单个神经元的活动在其中的影响，使人类第一次发现了视觉、注意与单个神经元之间的相关。

没被注意到的对象在大脑中会不会留下痕迹，或者如一些哲学流派认为的那样世界只是脑中具象？还是说，客观呈现的对象即便不被意识注意也一定存于我们大脑？注意瞬脱（Attentional Blink，AB）实验回答了这一问题。它是Raymond，Shapiro和Arnell在1992首次通过快速系列视觉呈现（Rapid Serial Visual Presentation，RSVP）范式命名的现象[7-8]。依据这一范式的实验中，快速呈现一系列视觉刺激（如数字、字母），呈现的刺激之间通常只有极小的时间间隔，约100ms。在一系列的视觉刺激中有两个被试需要报告的目标T1和T2，其余的刺激均为无关干扰子。T1与T2之间可能间隔0-7个干扰子。“眨眼”，会消除掉对第二个字母的知觉。这也证明同时做两件事是困难的。

注意瞬脱和不应期是紧密相连的心理学现象。当意识脑被占据的时候，其他信息必须在一个无意识的缓存中等待。等待中由于内在的杂音、干扰的想法和别的外来刺激，缓存中的信息可能从意识中被完全地清除掉，即瞬脱了。尤其在一个双重任务中，不响应和瞬脱现象都会出现。意识知觉到的第二个事物总是滞后的，而且随着延迟时间的增加，完全被忘记的概率也增加了。

更著名的是丹·西蒙斯（Dan Simons）和克里斯托弗·查布利斯（Christopher Chabris）的“看不见的大猩猩”实验[9]1064：一部影片展示了两个球队在练习篮球，一队穿白衣服，一队穿黑衣服，观看者被要求数清楚白队传了几次球。影片一共30秒，影片结束后实验者会问：“你们看见大猩猩了吗？”当然没有！回放影片会发现，一个身穿黑色大猩猩服装的演员登场并用拳头捶了几下胸口。大部分观察者在第一次观看时都没有注意到大猩猩，甚至在第二次放映时由于观看到了而怀疑换了一部影片。观察者仅关注白衣球员使得大猩猩似乎完全消失了。视觉注意力分散以及动态场景中复杂对象和事件的疏忽盲目性在现实中存在着，注意力会“眨眼”，或称为瞬脱，而且注意到意外对象的可能性还取决于该对象与其他对象的相似性以及大脑启动监控任务的难度。

从大猩猩的盲视实验结果可以发现大脑的非注意盲视和变化盲视行为，这种盲视发生时能依赖被试者的主观报告吗？心理学家设计了一种“掩蔽”图，也称之为“阈下图片”（subliminal image），它能较好地解决这个看似麻烦的问题。阈下图片是呈现在意识阈值之下的图片，没有人可以看见阈下图片，即便多次反复努力尝试并加以注意也不行。看得见和看不见之间有着较为明显的界限：将一张图片展示40毫秒肯定看不见，但是展示60毫秒在大多数情况下都能很容易地看见。以此为标准就可定义“阈下”和“阈上”这两个词。掩蔽图可以让我们在时间高度精确和参数完全可控的情况下研究无意识的视觉刺激，给出一个目标刺激后紧跟一个掩蔽图片，这样一来，在某一精确时刻，在被试的大脑中“植入”了一个信息量严格控制的视觉信息，例如一个单词。原则上来讲，这个量应该能够让被试有意识地看到单词，当我们将后面的掩蔽图去掉时，他们总能够看到单词。但是当呈现掩蔽图后，出于某种原因，前面的那张图被覆盖了，只能看到后面的图[10]763。因此，盲视以前被用遗忘来解释，但实际上更深层的因素在于阈下的非注意到的信息的干扰，至少在视觉上是如此。其他知觉是否存在类似情况，显然不能被阈下图片实验证实。确信的是存在着一些不被注意的信息影响了我们的意识。

但被试者一般都不能说出阈下图片中的单词，强制要求回答正确的概率仅仅略高于偶然猜中的水平，这表明掩蔽的单词没有在大脑的记忆中留下痕迹，记忆显然需要更多的神经机制[11]34。据此可进一步指向一个重要的结论：正在被试者的主观报告，是可信的，他们记忆里没有阈下图片，主观感受应该被研究者相信作为研究的证据。也就是说，与一个世纪以来行为主义者和认知学者的质疑相反，人的自身内省是一个可靠的信息来源。它能够提供宝贵的资料，这些资料往往可以通过行为或者脑成像等客观手段进行确认。怀疑主观报告，有悖于意识科学的精髓。因为意识最重要的性质就是主观性，脑中正在发生的过程，其信息的大部分目前只有这个人能告诉研究者。目前的技术不足以让外部测试和精心设计的实验完全替代主观报告。但主观报告这种内省作为方法在心理学中站不住脚，因为无论多少内省也不能告诉我们脑是如何工作的，我们自己主观不能洞察许多神经元的整体行为过程，只能报告结果。但是内省作为一种研究意识科学的手段，仍然不失为完美且仅有效的一手资料，因为它提供了被试对于某些体验的感受，不论被试对实际情况有多少误解。感知到、记住、意识到并能用语言描述，在大脑中存在可见的差异，大量的感知信息影响大脑却不为我们所知，记忆里毫无痕迹，更谈不上描述给他人，这一切都是因为我们的大脑很多时候处于无意识下的工作状态。

三、无意识的影响

对无意识的探讨最早可追溯到希波克拉底和他的理论在古罗马时期的继承者公元1世纪的盖伦，他们注意到一部分身体活动如呼吸和走路不需要注意就可以发生。在11世纪，阿拉伯的科学家阿尔哈曾（Alhazen）第一个提出了无意识推理是自动过程这一假设：大脑以我们所不知道的方式超越已有的感官数据直接下定论，有时候使我们看到并不存在的东西。奥古斯丁、托马斯·阿奎那、笛卡尔、斯宾诺莎以及莱布尼兹，都论述过人类的行动过程基于广泛的身体上的机制，其中很多不能通过内省来获得，如感官运动反射、无意识动机以及隐藏的欲望等[12]2。

但取得标志性成果的事件是18-19世纪神经科学家一系列实验，尤其是马歇尔·霍尔（Marshal Hall）通过实验认为“反射弧”将特定的感觉信息输入和特定的运动信息输出联系起来，并且他强调无法自主控制的基础动作都源于脊髓。在马歇尔之后，约翰·休林斯·杰克逊（John Hughlings Jackson）指出来神经系统的层级组织结构；泰奥迪勒·里博（Théodule Ribot）、加布里埃尔·塔尔德（Gabriel Tarde）和皮埃尔·让内（Pierre Janet）等心理学家和社会学家强调人类具有一系列广泛的自动化活动，使我们可以从储存在动作记忆中的实践知识实现自动行为或模仿行为，甚至童年早期的决定我们人格的潜意识也会导致自动行为。这些大量研究结果说明，无意识的活动驱动我们大部分生活。

20世纪90年代通过大脑成像技术，将脑损伤病人的无意识行为直接定位在大脑的皮质部分，较为著名的实验有两个。在20世纪早期，瑞士的神经学家爱德华·克拉帕雷德（Édouard Claparède）发现并研究了无意识的情绪记忆：他在与一位失忆症患者握手的同时用一根针刺她。第二天，患者虽因失忆症而不能记起这位神经学家，却断然拒绝与他握手[13]21-23。这证明复杂的情绪处理可以在意识水平之下进行，通过技术观察发现，通常是由一系列专门加工情绪的皮质下核团引发的。

以上的例子是针对脑受伤被试者的，结论也是在此基础上得出。接下来的问题是，正常未受损的脑，也会无意识地在视觉的深层加工图像吗？阅读或者算术之类的复杂功能，也可以无意识地执行吗？

于是有了第二个实验：阈下启动效应（subliminal priming）。一个单词如果先前呈现过，即使是在无意识状态下呈现的，当相同单词再次在意识层面出现时，加工过程会变快。而且无论大小写一致（radio-radio）或者不一致（radio-RADIO），阈下启动效应都同样强烈[14]362-369。这说明大脑皮质能进行抽象处理，因为a与A在外形上差异很大，大脑皮质能将外形不同的信息比较归类，概括出更一般的特征。正常人脑内的梭状回是实现这一功能的物理基础，梭状回在该实验出现以前曾经被广泛认定为只会参与意识活动。阈下反应还具有很高的灵敏度，它不仅仅会对字母的出现做出反应，还能判断字母的排列顺序，当单词range出现在RANGE之前时，会产生阈下重复启动效应，而当anger出现在RANGE之前就不会产生这种效应。据此得出，人们感受到的信息其实早经过了早期的深度加工，它必然与我们眼睛接收到的客观信息不同，视错觉的根源在此，同样的客体在不同大脑中以不同的特征出现，也许正是这点促使人类交流时为达成一致看法而进一步借助于语言沟通，确定是否对同一问题达成了共同的理解。逻辑规则在语言的基础上才可能构建，因此那种主张人类思维必然遵循逻辑的观点，应该是人类交流尤其是科学的要求，它忽略了感知与意识先于语言在人脑中出现这一基本事实。在漫长的进化中，我们经历过没有逻辑规则的时代。关于阈下启动无意识加工行为，生活中也能找到例证，国际象棋大师常常只需一眼就足以评估一盘棋，并且记住棋子布局的全部细节，很多时候这个过程对专业棋手甚至是无意识的：将一个简化的棋局闪现20毫秒，并在棋局前后呈现两张掩蔽图片，使对方看不见闪现的棋局，结果是：简化了的棋局仍能够影响象棋大师的决策。

无意识行为也存在于人类听觉中，有两个著名实验证实这个观点。第一是麦格克效应（McGurk effect），1976年哈里·麦格克（Harry McGurk）和约翰·麦克唐纳（John MacDonald）制作了一个视频，视频中的一个人正在演讲，明显看出视频中人正在说“da-da-da-da”。但如果你闭上眼睛才会意识到真正听到的音节是“ba-ba-ba”。再仔细分辨口型，从视觉上看，这个人是在说“ga”，但是因为你的耳朵接收到了音节“ba”，你的大脑便因此面对一个听觉与视觉不一致的冲突。由于大脑的串行处理机制，无意识地将两条信息进行整合。当听觉与视觉同步输入时，大脑就将这些信息结合成一个处于中间状态的知觉：音节da，这样一个听觉上的ba和视觉上的ga的一个折中音节[15]781-787。日常表现为听错了、听岔了等误会他人话语的行为。例如由于“王”姓居多，新认识一个姓“范”的朋友，在别人初次介绍时，很容易误听为对方姓“王”。另外一个听觉无意识行为是“鸡尾酒会效应”。该效应研究在一个喧闹聚会环境、周围混杂着数十个对话时候，我们能设法只关注其中的一个对话的现象。难道是注意力起到过滤器的作用？设想在聚会上，其中一个站在你身后的客人突然不经意间提到了你的名字，即使声音很轻，你的注意也会很快地从当前关注的对象快速转移向叫你名字的说话者。真相是你的大脑确实加工了那些没有被关注的说话声，从而最终将它们的含义表征成一个恰当的姓名，表现出的反应是“刚才仿佛有人提到我的名字”。每个人对自己的姓名总是无意识关注的，严格的实验证明了这个效应，甚至表明，没有受到关注的单词会影响听者对他们正关注的对话的判断，可能由此造成不理解或误解。

无意识与直觉之间的深刻关系最为令人吃惊。“看不见的大猩猩”说明没有注意就可能完全意识不到外界刺激，注意是通往意识的必经之路，意识需要注意的参与。但必须重视的是，它的逆命题，即注意需要意识参与，却是错误的，我们的注意也可以在无意识中进行。不需要任何实验，可做以下推理，如果说注意必须经过意识监管的话，这事实上不合常理。注意所扮演的角色就是从几个潜在的思考对象中挑选一个。如果我们的思维不断被几十个甚至上百个潜在思维分心，不得不有意识地检验每一个想法，以此决定哪个是值得进一步关注的，那么最终结果将会是我们的思维变得异常低效。要决定哪些事物是有相关性的，应该被进一步关注，最好大规模地并行加工且悄悄地自动处理。注意这个大脑中的行为是由相关神经元系统无意识地操纵的，它们按至今未明的机制运行，不为意识察觉，在大脑中默默运行，直到因某种原因激活，立即调动大量神经元关注。

这一推理结论也已被实验证实，假设在你的视野边缘快速闪过一个刺激信号，尽管这个刺激没有被意识到，但它仍然会吸引你的注意，虽然你完全不知道有一个被掩蔽的线索已经吸引了你的注意，但是你的注意力会变得更集中，因此会对在同样位置出现的其他刺激有更快更准确的反应。相反，一个与当下任务无关的掩蔽图片会降低你的反应速度。令人费解却又是事实的是，相比干扰刺激可以被意识到时，干扰物处于无意识层面时产生的影响更为显著，一个有意识的干扰能被意识自主消除，而无意识却能保留所有烦人的内容，因为我们无法学会控制它。一些记忆术正是在这一特点上展开工作，针对特定的领域取得了进展。

一个词汇或者数字能够在保持不被看到的情况下穿行于大脑中，左右我们的决定，这些决定再通过一定的语言表达出来，以语言网络传递至他人的意识。无意识的巨大能力被我们低估，如此可见，直觉可能是不可信的，我们无法得知到底是什么样的感知在什么时候加工了我们的意识，直觉的结果，可能早在不知不觉中就被无意识影响甚至加工过了。心理学家安东尼·马塞尔（Anthony Marcel）更进一步地探索了这个现象[16]1-23。在意识知觉的阈限下闪现单词，在实验中每一位被试都否认看到了单词。即使告诉他们有隐藏的单词呈现了，他们也察觉不到。让他们大胆猜测这个词，他们也不能说出这个词是英语单词还是随机的字母串。若闪现了一个描述颜色的单词，比如blue（蓝色）或者red（红色）。被试否认看到了这个单词，但是随后要求他们选择一块对应颜色的布时，相比于前面呈现的是和颜色不相关的单词的时候，他们的反应要快0.05秒。因此，一个没有看到的单词可以启动他们选择相应的颜色。这表明，大脑无意识地登记了隐藏单词。所谓的直觉其实是在人的大脑中由无意识的刺激培养出的，在条件合适时被调用，只是调用到底需要什么条件还不太清楚。

无意识甚至能进行概念组合，这更会影响概念的语言表现，并最终影响我们的判断，表现于直觉之中。

西蒙·范加尔（Simon van Gaal）等在实验中发现N400①可以反映词语的无意识组合。

挑选四个词，如“不开心”“非常开心”“不悲伤”“非常悲伤”，构成具有积极或消极意义两组组合，让其被掩蔽在意识阈限下，并每次两个单词连续出现，随即令被试立即看到一个积极的或者消极的可的阈上词语，例如“战争”或者“爱情”，发现由这个看得见的词语引起的N400波形会受到整个无意识语境的调控。“战争”不协调地出现在“开心”之后时会引起强烈的N400波，而且这种效应的增大或减小会大大受到程度词“非常”和否定词“不”的调控。大脑在无意识中注意到了“非常开心的战争”这种不符合常理的说法，并认为“不开心的战争”和“非常悲伤的战争”才是更合理的[17]1-11。这个实验近乎证明了大脑可以无意识地加工符合语法的词汇短语的句法和含义。

无意识下的解决问题的例子，在数学家的生活中多见。雅克·阿达马（Jacques Hadamard）是一名数学家，著有一本描述数学家思维的书[18]13，其中报道了两件关于此的记录：“我离开了我生活的地方卡昂，在矿业学院的资助下进行了一次地质考察。这次旅行让我忘记了自己的数学研究。到达库坦塞斯之后，我们坐公交车去一些地方。当一只脚踩在台阶上的时候，我突然产生了一个想法——我曾经用来定义福克斯函数的变形与非欧几何所使用的完全一样，而在此之前并没有任何想法为此做铺垫。我没有验证这个想法，我也没有时间，因为从我坐上公交车后，就继续与人对话了，但是我却对那个结论无比确定。在我回卡昂的路上，为了良心上过得去，我就在闲暇的时间里证明了这个结论。”再看看下面的这个片段：“我把注意力转向了一些算数问题的研究，我没有什么进展，也没怀疑过这些问题与前面的研究有任何关联。我对自己的失败心灰意冷，便去海边待了几天想些其他事情。一天早晨，我在断崖边散步的时候，一个想法冒了出来——不定三元二次型的算数转化与非欧几何是一样的，这与之前的想法一样，简洁、突如其来且令我确定不疑。”

①N400是与语言加工相关的一种事件相关大脑的电位波形。N代表负波，400代表潜伏期为400毫秒。N400波常在以下研究情境中出现：1.句尾歧义词；2.相关词与无关词；3.词与非词；4.新词与旧词；5.图片命名。

四、作用巨大的意识

不是进化的副产品

达尔文的进化论从生物学上让乔治·居维叶（Georges Cuvier）在解释身体器官的作用时倡导的目的论被越来越多的人抛弃，因为目的论认为爪子是“用来”捕获猎物的，肺是“用来”呼吸的，他把进化的最终结果描述为一个生物体作为完整个体所需的生存条件。达尔文选择论则主张生物器官的形成并非标志了某个功能，即使是笨拙的器官，也在随进化不断修补，从而为它们的拥有者带来了竞争优势，同理，进化的过程也不需要神的最终决定作用。进化论今天已经发展为庞大的进化发育生物学，提出了新的详细的理论，比如自发图案①的生成、异速生长关系②、拱肩理论③。

这些理论直接导致亚历山大·维亚拉特（Alexandre Vialatte）、马克斯·威尔曼斯（Max Velmans）、陶·诺瑞钱德（Tor Nørretranders）等认为意识只是附属现象，像阑尾，它让人有了“用户错觉”（user illusion），使我们觉得一切尽在掌控之中，现实可能是这感觉很有可能靠不住。这些理论主张大多基于想象与类推，但更多人却主张一种被哲学家称为意识的“功能主义”的观点，这种观点认为意识是有用的。意识知觉将传入大脑的信息转换为一个能以独特方式加工的内部代码，然后对之进行复杂而独特的处理，不仅只限于运算，很有可能就是因此之故，意识才在数百万年的进化过程中被选择保留下来。这些主张有什么事实或实验作为支撑？

首先，生物生存和进化需要决断机制。如果一个生物想要在这个世界上发展，那么它就必须给自己强加一个分工机制，即将神经元分成一大群无意识的统计者和一个有意识的决策者。没有人可以仅仅按照概率行动——在某些时刻，需要一个专断的处理来瓦解所有的不确定性并做出决定。凯撒穿过卢比孔河，从庞培手中夺取罗马，需要的是决断而不是犹豫，才留下他的名言：“木已成舟”为后人记住④。任何自发的行为都需要一个不可逆的趋势才能执行。而意识可能是在大脑中起决策作用的装置——它将所有无意识的可能性转变成一个确定的意识，以利于我们进一步决策。传统寓言故事“布里丹之驴”暗示了对复杂情况当机立断的重要性。在这个虚构的故事中，又渴又饿的驴子处在一桶水和一堆干草之间。因为无法在两者间做出决定，它最终因又渴又饿而死。这个问题似乎很荒谬却常常必须面对，世界带给我们的只有没标好标签的机遇，其结果是不确定的、随机的，但意识只让我们注意到关于这个世界成千上万种解释中的一个，以一个确定的选择来解决问题，且不能回头。

其次，决策有没有可能仅依据概率？亚历山大·普热（Alexandre Pouget）和其合作者们的研究发现，当速度和间隔时间等参数变化时，我们的意识视觉会从接收到的感觉信息中搜集证据，在对信息的多种解释上的一种解释上停留，停留的时间与这种解释出现的概率是直接相关的[19]12491-12496。在任何时候，我们所看到的都是最有可能的解释，但是其他可能情况偶尔也会突然出现，并在意识视觉中停留一段时间，这段时间长度与该解释的统计概率成正比。无意识知觉计算出这种可能性，然后意识从中随机取样。在前面的双目竞争中，同时给双眼呈现两张不同图片会导致不稳定的知觉感受，两张图片会不断交替地出现在我们的意识中。即使感官输入的信息是固定且没有歧义的，但由于我们一次只能意识到一张图片，因而当同时看到两张图片时，会把它们理解为是在不断变化。

当我们将注意转向别处时，这种竞争就会停止。离散采样似乎只在有意识注意时才发生。因此，无意识的加工过程比有意识更为客观。大量无意识神经元估算着世界现状的真实概率分布，而意识却直接将其简化成全或无的样本，每次只能二选一。

也正是因为这种状况的存在，使意识的量子解释在一定程度上被许多人接受。量子物理学表明物理现实存在于波函数的叠加中，这种叠加决定了在某一状态下能够发现粒子的可能性。然而，当我们想要测量时，这些可能性就会坍塌至一个确定的全或无状态。我们从来观测不到波粒混合状态，例如著名的“薛定谔的猫”指的是一种处于半死半活的叠加态。根据量子理论，正是物理测量的行为迫使所有的可能情况坍塌成单一离散的结果。在我们的脑中，也发生了类似的事件，对某个物体有意识的注意瓦解了其他多种解释的概率分布，从而使大脑只知觉到一种可能性。决策会依据概率，但意识必须瓦解概率，只选定其中一个确定值，才能实施决策。在幕后，无意识在不断地计算概率分布，有意识却只会看到一个样本。以视觉为例，视觉不是一个复杂的数学运算，让我们的大脑清楚知道其从前提建立到推出结论的每一步过程，它是突然呈现在我们脑中的。我们睁开眼，然后意识脑直接就让眼前看到一幅景象。由此造成一种矛盾的情况，意识视觉所用的取样方式使我们永远无法探究曾经经历过的大脑内的复杂取样过程，如果技术能使我们记录和还原视觉、决策全过程，那将是大脑的秘密真正公诸于众之时。但至少据目前已知的知识，也绝对不会导致意识是不可知的结论。

第三，没有意识，大脑就没有记忆。研究显示短时记忆的细胞机制存在于从人类到猴子、猫、大鼠以及小鼠等在内的所有哺乳动物中。在对人脑研究中，一般称短时记忆为“工作记忆”，它是背外侧前额叶皮质和其相连区域的主要功能之一，这些区域存储功能使我们得以因记忆而拓展意识的作用。拉里·斯夸尔（Larry Squire）设计了一项极其简单的时间分析测试，用于测试眼睑反射的延时条件作用[20]524-531。在一个确定的时间点，一个充气机对着眼睛喷出空气。此时，眼睑在一瞬间发生反应，无论是实验对象是兔子还是人，都会立刻合上眼睑加以保护。现在构造两个有明显区别的实验场合，延迟条件作用（Delayed Conditioning）场合里加入警告音且一直持续到喷气吹到眼睛。痕迹条件作用（Trace Conditioning）场合中，警告音比较短，且与接下来的喷气有一段时间间隔。实验中的生物体必须对过去的提示音保持主动记忆，以便发现它与接下来的喷气之间存在的系统性联系。第一个场合中刺激持续时间足够长，长到可以使其与第二个刺激重合，这样就排除了对记忆的要求；第二个中被试必须记住声音的记忆痕迹，以便能跨过时间差在声音和喷气之间建立联系。第一个场合实验表明根本不需要任何大脑皮质的参与，一只兔子被切除了大脑，它的大脑皮质、基底神经节、边缘系统、丘脑和下丘脑都没有了，但仍能在声音刺激和喷气同时出现的情况下及时产生眼睑条件反射。然而，只有当海马体及其相关结构，包括前额叶皮质保持完整时，记忆过程才会发生。在人类被试中，记忆学习似乎仅在被试报告他们已经意识到了声音和喷气之间预测性的系统联系时发生。老年人、健忘症患者以及因为过度分心而没有注意到这种时间关系的人，都完全没有表现出条件反射。脑成像显示，在记忆过程中有意识的实验者，他们的额叶皮质和海马都被激活了。条件反射范式说明意识在进化中扮演了一个特定的角色，它使人们随着时间推移不断记忆学习，而不只是简单地活在当下。意识为我们提供了一个“被记住的现在”，使我们能将过去经验的一部分投射到未来并且和当前的感官数据联系起来。

第四，人脑不是计算图灵机，离开意识不可能进行计算。我们可以心算12乘以13，如果在你的阈下闪现12乘以13这个问题，你还能无意识地计算出来吗？不，绝不可能。

物理学家马里亚诺·西格曼（Mariano Sigman）、阿里尔·齐尔贝伯格（Ariel Zylberberg）研究一种非常简单的“产生式系统”①，系统很简单却有能力执行任何有效的程序——任何你能想到的计算。这种能力等价于图灵机。如果换一种说法就是：拥有着灵活转接信息能力的意识脑是一台生物图灵机。它使我们可以缓慢地产生大量的系列性计算。由于每一步的中间结果必须在意识中保留一小段时间才能被传递到下一个阶段，所以这种计算速度十分缓慢。人脑与计算机完全不同，只是部分过程与计算机类似。因为人脑具有大量平行的、可自我调节的组织结构，能够计算整体的概率分布，而不是一个个单独的符号。神经科学也一直拒绝将大脑比喻成计算机，但是当大脑进行长计算时，它的行为大体上和一系列产生式系统或图灵机是类似的。例如，我们计算一个像145+527这种长加法运算所花费的时间，是每个基本运算所需时间的总和，包括5+7、进位、4+2+1，最后1+5。这和按顺序连续执行每个步骤的时间一样。

运算的连续过程并没有在时间上整齐地分隔，而是上个阶段与下个阶段之间稍有重叠，并且不会相互干扰。在心算时，第二步运算可能在第一步彻底结束之前就开始了。选取一个数字n，加上2，然后判断结果是大于5还是小于5。通过实验观察到干扰运算过程中的思维过程：被试开始无意识地比较原始数字n和5的大小，甚至在他们得到中间结果n+2之前就开始了。在计算机中永远不会发生这样的事，计算机里有一个主时钟控制着每一步。如果意识的功能之一是担任脑中的一种通用语言，是灵活地在不同处理器之间派送信息的中介，那么我们就会自然得出一个简单的预测：单独的日常思考过程可以无意识地进行，但是除非信息被意识到了，否则大脑不可能将几个这样的步骤连在一起。比如，在数学领域，我们的脑可以很好地在无意识条件下计算5+2，但是不可能算出（5+2）÷2，（5+2）÷17。进行多级运算需要意识的作用。

第五，不同的大脑之间分享意识，让人脑进一步进化。通过语言把思想表达出来的能力是判断大脑具备意识知觉的关键标准，大脑从当前的感官细节中提取并创造出意识，这样做有利于和他人分享信息。对于现代人类，意识信息不只在个体的脑中传播。由于语言的存在，意识可以在不同的脑之间跳跃。在人类进化的过程中，分享社会信息可能是意识最核心的功能之一。

反对这个观点的人认为语言只是一条维持社会关系的纽带，伊朗心理学家巴哈德·巴赫拉米（Bahador Bahrami）用一个非常巧妙的实验证实语言存在远超维系社会关系的作用[21]1081-1085。他让几对被试做一个简单的知觉任务，首先呈现给被试两个画面，他们需要在每次实验中决定是两个画面中的哪一个包含一个接近阈值的目标图像。实验要求两个被试先独立作答，然后计算机显示出他们的选择，如果两人的决定不一致，就会要求他们进行一个简短的讨论以解决这一冲突。这个实验的巧妙之处在于，每当实验进行到最后，每对被试都表现得像同一个人一样：他们总是提供同样的答案。结果明显地说明了，只要两个被试的能力相当，将他们组队后就可以显著提升答案的正确率。小组总体上的表现比其中任何个体的最佳表现要更好，这在于他们用语言沟通了意识。推广这个实验发现，多脑决策也会使得不同的单脑因语言交流趋于相同。尤其有趣的是实验中人们要传达给他人一个明确的答案时，多会表明自己在做出判断时如何充满自信。为了使意识想法对自己以及他人有用，我们必须给它们贴上标记自信程度的标签。这也符合贝叶斯推理理论，不管思想来自他人还是自己，不论是内部还是外部信息，在全部思想进入到同一个决策空间前，我们需要通过估计每种思想的可信度，越精确越好，这样才能进行最佳决策。

① 数学家艾伦·图灵首次描述了化学反应如何导致像斑马条纹和甜瓜条纹一样有组织的特征。在某些海螺上，复杂精致的彩色图案会在不透明层下自发组织形成，且现已明确证明这些图案本质上没有用途——它们仅仅是化学反应的衍生物。

② 生物体整体大小的增长可能导致其某些器官成比例地变化。这种整体增长可能对其自身有利，但造成的器官变化则未必有利。爱尔兰麋鹿奇异的鹿角可能就是因这样的一种异速生长变化造成的。 

③ 已故的哈佛大学古生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德（Stephen Jay Gould）创造了“拱肩”（spandrel）这一术语，用于表示某些生物结构所必有的副产物带来的特征，这些特征后来也可能被转用于或扩展到其他用途了。如雄性的乳头是一个与生物体身体结构无关但却必需的产物，它是为了建构更发达的雌性乳房而形成的。 

④“渡过卢比孔河”（Crossing the Rubicon）是一句西方的成语，意为“破釜沉舟”。这个习语源自公元前49年，凯撒破除将领不得带兵渡过卢比孔河的禁忌，带兵进军罗马与格奈乌斯·庞培展开内战，并最终获胜的典故。

五、找到意识客观标志，

以期阻断进而影响和控制意识

意识影响我们决策，找到意识的客观标记对于认识它、影响它就十分重要。人脑中有一套神经结构专门令我们对社会知识认知，同时，大脑网络也建立了一个关于我们自己的心理表象，将自己看作一个独特的角色，这样一来，我们的意识就可以同时认知外界和认知自我，每个人都是“作为他者的自我”①。我们的一生都与自我在一起，我们对于自己性格、知识和自信心的认识，只比对于别人的认识精确一点，有时甚至认识自我更加不易，因内省虽然使我们可以看到自己的有意识的动机和策略，但相对于竭力解读他人的内心的欲望，意识会有意干扰我们认知自己或隐藏自己。但不论是意识到外物还是自我，客观上总能发现一些痕迹。

一般而言，意识发生会出现四种标志：首先，虽然阈下刺激可以被传送到大脑皮质深处，但是当超越意识的阈限时，这些脑活动会大大增强。随后，大脑活动就会扩散到其他许多脑区，导致顶叶和前额叶回路突然激活，这是标志之一。其次，从脑电图上可以发现，意识发生是以一种叫作P3的晚期慢波的形式出现，这是标志之二。外部给出刺激，这个事件在脑中的电位在刺激出现1/3秒后才发生，滞后于外部的世界。最后，通过插入大脑深处的电极来追踪脑活动，可以观察到另外两个标志：一个在意识出现的后期突然出现的高频振荡，为标志之三，以及在与P3出现处相距较远的脑区之间信息交换的同步化，这是标志之四。所有这些事件都为意识加工提供了可靠的标识，得以窥探这一秘密是因为小川诚二的功能性磁共振成像技术（fMRI）②。它是脑科学和神经科学领域的重大进展，但是不能精确地测量意识活动发生的时间。当意识到刺激时，我们不能利用磁共振来测量各个脑区迅速激活的速度和顺序，但这一问题被脑电图和脑磁图完美解决③。焦点电极以及它对单个神经元的活动的记录，再加上格兰杰因果分析法④对两个信号的因果解释，这些为我们阻断和操纵意识提供了技术上可实现的可行性。

率先出现的是经颅磁刺激⑤技术可以被用来干扰人脑的活动，引起意识体验上的变化，产生幻像。利用短暂磁场产生的电流会干扰正在进行的知觉体验，甚至引起错觉，比如看见一道不存在的闪光。这实验证明脑活动和意识体验之间存在因果关系。在视觉皮质的腹侧人脸区域放置电极加以刺激，会立刻产生人脸的主观知觉。而将刺激移至前颞叶，则会唤起大脑过去复杂的体验记忆。试验者是脑部有过损伤的患者，每人的体验不同，一名患者闻到了烧焦的吐司的味道，另一名患者看到并听到了管弦乐队的演奏，还有人经历了更加复杂和生动的梦境般的意识状态：看了一场恐怖电影，或进入对童年逝去的场景的回忆。加拿大神经学家怀尔德·潘菲尔德（Wilder Penfield）是这些实验的先驱，通过诸多实验证实，人们脑内的微神经回路保存着生活中详尽的大大小小的事件，随时可以被脑电刺激唤醒[22]178-198。例如刺激脑岛会引起一系列不愉快的感觉，包括疼痛、烧灼感、钉刺感、酥麻、灼热、恶心或坠落感。将电极刺激移至底丘脑核，可能会引起抑郁，包括哭泣、单调的语音、压抑的身体姿势和阴郁的想法，刺激顶叶部分可以引起眩晕。虽然这些实验不能直接说明意识产生机制中的因果关系，但的确为我们提供了操纵意识的思路。

到目前为止，阻断意识最出色的实验是“θ轰击”（Thetaburst）①，实验将前额叶完全抑制，被试仍然可以准确地区分在意识知觉阈值附近呈现的菱形或正方形的形状，但在几分钟内，就对自己的主观判断失去了信心，感觉到自己的视觉变得不可靠了。如同哲学家说的僵尸状态一样，他们的知觉和行为表现都良好，但丧失了判断自己究竟在识别测试中表现效果的能力。在给试验者施加刺激之前，他们对刺激物可视度的打分与他们的客观表现有很高的相关度，如同我们所有人一样，当他们感觉自己可以看清刺激物时，就能以近乎完美的正确地判断其形状，而当他们感觉自己没有看到刺激物时，其回答就接近随机猜测了。而在短暂的前额叶抑制期间，这种相关性消失了。

① production system，这是一种在20世纪60年代被引入的程序，用于执行人工智能任务。产生式系统包含一个数据库，也叫“工作记忆”，以及大量的条件规则，例如，若工作记忆中存在一个A，则将其变为序列BC。系统在每一步都会对一条规则进行检查，看它是否与工作记忆的当前状态相匹配。如果有多个规则符合条件，那么它们会在随机优先排列系统的支持下互相竞争。最后，能够获胜的规则被激活，并且可以在整个系统继续运行前改变工作记忆的内容。于是，这些有序的步骤变成了一系列包含无意识竞争、意识激活和传播的反复循环。

六、结语

认识和了解意识是近期有可能从外部增强人类部分能力的基础，它不能建立在思辨与想象上，不能纯依据概念到概念的推演，必须以科学的、可重复的实验为基础。应该从实验出发推理概念，而不是思辨地想象出关于意识的新概念。在此基础上，我们梳理人类关于意识的基于目前已知实验而得出的新知，作为下一步探究脑机接口中理解意识并控制外置设备的理论基础。

感知依赖于我们感官和大脑，它从外界获得的信息远比我们的意识知觉到的要多；对主体、客体的感知共存于主体的大脑，并被该大脑的不同功能区监控；客体可能会与主观感觉到的存在差距，但这种差距会因为其他感官的更多信息输入或者更多个体共性的报告得以纠正，以符合客观的实际。极端夸大个体感觉的差异性并从狭隘的个体感知出发认识世界的世界观不但抛弃了亚里士多德，也在抛弃除他自己之外的整个世界。

意识发生之前还存在无意识状态，广泛地影响我们很多行为；将无意识转为意识状态，依赖于注意力机制。直觉其实是在人的大脑中由无意识的刺激培养出的，在条件合适时被调用，不长期致力于某一领域的研究，那些惊才绝艳的解决问题的直觉不可能凭空出现。

两个个体之间的意识沟通可借助简单的动作，但许多个体沟通必然催生语言的产生，准确地说，语言是意识社会化的必然产物，而后才在规则化需求下出现各种规则和被科学研究认可的规则—逻辑。规则与大脑、意识无关，规则是人类社会化的需求的产物。

意识产生过程能被技术捕捉，借助于外置手段，也一定程度会被技术手段干预甚至操纵。

关于意识如何产生而提出的涌现理论，认为许多脑细胞在注意力作用下，突然大规模激活，于是有了意识。该理论尽管发展了很多更精致的概念，来化解不能如物理学一般能从分子结构解释同样的粒子有着不同的宏观呈现这一暂时的不足。但这种比喻式的理论明显离科学有距离，因为许多个神经元一旦形成一个统一的整体后，如同许多棵单独的树木形成的森林，整体表现出了能够调节气候这种单独的树木不具有的性质，那么神经元整体活动出现个体神经元不具备的性质-意识，就变得可理解和可接受。我们从来不试图把整个森林调节气候的功能归于一棵单独的树木，为什么一定要假设每个神经元里必然需要产生主观的意识？并进而假设意识这一属性也必须依附于微小的生物单元。这一类比提醒我们，该科学地探究意识而不是陷于怀疑之中，意识不是神秘的，它是我们醒着的时候、或者在梦中，发生着的大脑神经元的行为的一种整体性质。

① 出自法国哲学家保罗·里科后期著作《作为他者的自身》，他主张个人的同一性既不是笛卡尔的“我思”，也不是尼采的“对自我的瓦解”，而是“自身与他者的交织”。 

② 功能性磁共振成像的最大本领在于可以远距离探测血红蛋白分子的物理性质，没有携带氧气的血红蛋白相当于一个小磁铁，然而携带了氧气的血红蛋白则不一样。磁共振机器是一个巨大的磁体，经过调整能够探测到磁场中的这些微小变化，因此，可以间接地反映每一块脑组织即时的神经活动。 

③ 技术上已经实现只要将一些电极黏在皮肤上或者在头上戴上磁传感器，就能让我们以毫秒级别的精确度追踪脑活动。 

④ Granger causality analysis，1969年英国经济学家克莱夫·格兰杰（Clive Granger）发明了这种方法，用来决定两个有时间先后的数据——比如两个经济指标，它们的关系是否为其中一个“导致”了另一个。对于给定的两个时间信号，如果需要探寻其中一个是否先于另外一个，并预测其未来值，使用这个数学工具将发现，如果用信号A过去的状态解释信号B现在的状态，要比单独用信号B过去的状态解释现在的状态更好的话，那么信号A就被认为是信号B的“原因”。但在这个定义中，没有排除双向的因果关系，当B影响A时，A可能也在影响着B。 

⑤ 这项技术由 S. P.汤普森（S. P. Thompson，1910）、C. E.马格努森（C. E. Magnusson，1911）和H. C.史蒂文斯（H. C. Stevens，1911）发明。

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