什么是意识科学

什么是意识科学

有关意识的研究可以分为三个层面：形而上学层面、现象学层面、以及实证科学层面。

形而上学：关注意识的解释性问题（Why），主要由心灵哲学进行探讨；

现象学：关注的意识的描述性问题（What），主要由现象学、语言学、主观体验描述进行探讨；

实证科学：主要关注意识的功能性问题（How），即意识科学在综合形而上框架和现象学界定基础上，结合不同研究方法进行实验，通过脑神经科学、认知心理学、生物学、物理学、信息论、复杂系统科学等实证科学进行探讨。

从认知神经科学视角，意识可以分为三个水平或维度的研究（Stanislas Dehaene, 2017），这种区分有利于划定人与机器的智能水平。

C0：无意识加工 (Unconscious processing)，包括知觉恒常，意义提取，无意识控制、决策、学习等；

C1：总体可用性 (Global availability)，对无意识模块整合，通过注意力筛选，进入意识的全局工作空间；

C2：自我监控 (Self-monitoring)，反身表征自我，包括元认知、信念推理、误差检测、元记忆和现实监控等；

以上C0、C1、C2级的意识大体对应心灵哲学中的取用意识（Access consciousness）、现象意识（Phenomenal consciousness）和自我意识（Self-consciousness）或叙事意识（Narrative consciousness）。注意后面层级的意识往往会包含前者。

最小神经关联物

标志意识研究在神经科学真正复兴的事件，是发现DNA双螺旋结构的著名生物学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和合作者克里斯托夫·科赫（Christof Koch）于 1990 年发表的一篇里程碑式的论文：《迈向意识的神经生物学理论（Towards a neurobiological theory of consciousness）》。该论文以这样一句话——“令人惊讶的是，绝大多数意识研究的认知和神经科学工作都和意识毫不相干”——开始。在这篇论文中，他们基于伽马波约40Hz波段振荡，提出了视觉意识的专门理论。

尽管这一特定理论现在已不再被关注，但一个新的研究思路从此迅速发展：旨在揭示所谓的“意识神经关联物”（NCCs）：“足以产生一个有意识感知的最小神经元机制集合”。

如今无处不在的磁共振成像（MRI）扫描仪，以及老式脑电图和非人灵长类动物研究中的侵入性神经设备的出现，使得对NCC的研究产生了实质性进展。神经科学家们不用担心所谓的“困难问题”，即意识体验是如何从“单纯的”物质中产生的（Chalmers，1996），而是可以继续寻找与特定意识体验可靠相关的大脑区域进程。

其中一个典型的方法是，在保持感觉刺激以及尽可能其他一切条件的恒定前提下，比较“有意识”和“无意识”情况下的大脑活动。这些研究发现，初级视觉皮层区域的神经元反应——特别是 V1 ——跟踪的是视觉的物理刺激而不是视知觉，而在更高级区域的神经元反应——如颞下皮层（IT）——则跟踪知觉而不是物理刺激。不过，随后的人类神经影像学研究发现，初级视觉皮层的神经元活动确实与知觉控制有关。

关于知觉转变背后的神经机制，是在视觉信息流初期，还是在更高阶的区域，如顶叶或额叶皮层，目前争论仍在继续。

被称为“掩蔽”（masking）的思路也被广泛应用于意识科学研究中。这些研究范式能够通过各种感知方式比较超阈刺激和阈下刺激的不同呈现。许多研究表明，可报告的意识知觉中激活了额顶网络。

与此同时，另一方面研究集中于意识状态的转变，包括可逆的（如睡眠和麻醉状态）（Masmini，2005） 和脑损伤后（例如昏迷和植物状态）（Owen，2009）。在这方面研究的挑战在于识别支持产生意识的神经机制，这种全局性的变化会对大脑和身体产生非常普遍的影响，因此很难将意识本身的神经机制隔离开来。此外在区分意识的“启动”条件和实际支持意识状态的神经机制方面，还有额外的困难。例如，某些脑干损伤可以永远消除意识，但是许多人认为脑干仅仅是能促使意识状态出现，而真正的意识“发生器”可能位于其他地方。（Dehaene & Changeux，2011；Merker，2007）。

意识开关：屏状核

弗朗西斯·克里克和科赫在很早就认为，大脑的意识状态转换很可能和屏状体（Claustrum）有关。因这个区域和与大脑皮层多个区域有双向连接。

在 2014年，有研究人员意外发现，对屏状体进行电脉冲刺激，似乎能够开/关意识，一名女子癫痫女患者失去了意识。2015年的另一项实验，也支持屏状核是意识开关。科学家们检查了171位有创伤性脑损伤的退伍军人，查看了他们的屏状体损伤对意识的影响，发现屏状体的损伤与意识丧失的持续时间有关，而与频率无关。因此认为屏状体在意识恢复中扮演重要的角色，而与意识的维持关系不大。

全局空间理论

一些新的理论伴随着这些研究发展起来。最有影响力的理论之一是Bernard Baars在1988提出的“全局工作空间”（global workspace）理论。

关于意识，神经科学准备摊牌了

神经科学家们正准备检验他们的意识起源理论：意识即体验到自我存在的认知状态。

将全局工作空间与高度互联的额叶-顶叶联合网络联系了起来，将有意识的感知与这些网络活动中的非线性“点燃”联系了起来。这一立场与许多神经影像研究结果一致（Dehaene & Changeux，2011；Dehaene，2003）。

意识测量

认知科学家与心理学家Tam Hunt和Jonathan Schooler提出了一个意识测试框架，将各种可行的测定方法分为三大类，并命名为意识的可测量相关性，简称 MCC（Measurable Correlates of Consciousness）。

MCC 包括意识的神经相关性、意识的行为相关性、意识的创造力相关性。

对意识的神经相关性测量，着眼于意识的神经基础即意识神经关联物（NCCs），可以通过脑电图（EEG）、脑磁图（MEG）、功能性磁共振成像（fMRI）以及经颅磁刺激等技术进行测量。在这方面法国神经科学家Stanislas Dehaene做出了重要贡献，他基于全局空间理论，找到了四个意识相关显著标志：

激活（Ignition）：刺激达到觉知阈值，脑激活强烈放大，拓展到多脑区；

P3 脑波：意识通达表现为在刺激约 13 秒时出现的脑电波；

高频振荡：在有意识加工时，电极测量到突然爆发的高频振荡；

同步化：在有意识加工时，远距离脑区之间有信息交换的同步化现象。

其中来自前额叶背外侧皮质的“P3脑波”，是人类意识最重要的神经学特征，可以用于研究植物人意识程度测量以及对新生儿意识程度测量。Stanislas Dehaene已经成功预测哪些植物人更容易恢复意识状态。

另一方面，基于Tononi的整合信息理论， 意大利米兰大学的西尔维亚·卡萨洛托（Silvia Casarotto）和同事对102名健康受试者和48名脑损伤但有基本反应能力和清醒的患者也进行了意识测量，分别在受试者有意识和无意识状态下，用磁脉冲刺激大脑、并用脑电图记录脑电活动，接着再用“zip”压缩算法，将脑电反应转换成一个确定的数字，即扰动复杂度指数（PCI）的值。在参考参与者面谈了解心理状态后，研究人员确定，要断定一个人有意识，PCI值至少应在 0.31 以上，而无意识受试者的PCI得分应低于0.31。

以这个值为参考，研究人员又对严重意识障碍患者进行了大脑刺激-压缩测试（结果未显示），结果发现，有一些个体其实是存在意识的：

一个充满争议的理论认为，感知、运动控制、记忆等大脑功能，都是大脑通过模拟预期未来，并与当下的实际体验进行比较，才得以实现的。

自我体验的意识研究也越来越受到关注，包括身体和身体所有权的基本体验（Blanke等人，2015），行使意志和主体感的经验（Haggard，2008），以及在“更高”的自我的方面，如情景记忆和社会感知。在这方面，虚拟现实和增强现实的发展（Legenhager，2007；Seth，2013），以及表征内在感觉（来自身体内部的感觉）（Critchley，2004）的研究，正在预示着我们明显的“自我”统一的体验是如何从许多潜在可区分的子过程即时中构建出来的，以及这种构建过程中的失败是如何导致各种精神疾病的。

意识的跨学科研究

意识科学是一门经验实证科学，对意识的科学解释最佳层级是意识的神经理论，然而正如心灵哲学和意识的认知理论（心理学和认知科学）都对意识实证研究都有极大促进一样，从物理学、信息论、数学和复杂系统科学等领域对意识的研究，也产生了对整个意识研究的更底层的新框架和新方法。例如包括前面卓有成效的意识的信息理论-整合信息论，正在发展的自由能量原理、以及饱受争议的意识的量子理论等。

神经学层面的量子认知研究可以解释人类决策吗？

研究者使用复杂网络中k-核渗透方法（k-core percolation）进行数学建模，观察了大脑由意识状态向无意识状态转变时功能网络的变化情况，发现意识状态下大脑功能网络有最多连接的核心部分（如视觉皮层和左额中回），与潜意识状态时保持活跃的区域重合。

即意识与潜意识的功能网络内核是完全一致的，核心网络Kmax包括左视觉皮层、右视觉皮层以及和左额中回。

这项研究还表明，意识激活的核心外壳可能并不是一组固定的神经元，而是在给定时间根据特定意识知觉的功能需求而变化状态的神经网络。这和Edelman的“动态核心理论”（The Dynamic Core）一致的。

初步得出结论，意识网络有两个核心，一个是三个脑区潜意识网络，另一个是多脑区的外围动态核心，后者是意识科学迫切关注并正在寻求的圣杯。

作为思维和脑科学的中心主题，一个很大进展是我们现在已经知道了具身化和和嵌入式大脑是如何形成的，并产生多种意识水平、意识内容和意识自我的。当然，更多方面还有待发现。总之，激动人心的种种新理论、新实验、新模型的结合，正在帮助对意识科学纯粹相关性研究，转为包括从神经机制到现象学的全景解释。