意识与觉察

意识和知觉是人的经验（experience）或经历，是主体对客观世界的主观反映，都涉及脑（主体存在）与客观世界（主体以外的存在）的关系。这种看法是基于一个观点，即存在于客观世界的是客观物质，物质反映到脑，脑对它要有一个解释。所以在这里，既有脑科学本身的理论上的考虑，也有哲学上对于客体和主体关系的看法［1］。觉察是一种主观经验，某人觉察到什么，是要靠他本人来报告的。

自我意识是对本身状态的意识。近来的研究把自我意识与多感觉身体信号加工链接（link）起来，这样就形成了所谓“身体自我意识”（bodily self-consciousness，BSC）。所谓BSC是指以身体（手、脸、躯干）为中心的知觉。BSC的实现基于本体感觉、前庭感觉以及视觉和躯体输入的整合，也包括在个体周围空间（peripersonal space，PPS）整合多感觉躯体刺激的空间及时间机制。与此功能有关的脑区为大脑前部的额-顶皮层、较后的颞顶皮层［2］。

有关意识和无意识详见14.5。

正因为意识研究涉及主体与客观世界的关系，多数神经科学家对此持谨慎态度。他们认为研究意识就是研究意识的神经相关（NCC）［3,4］。NCC代表足够完成特异、有意识知觉拷贝（percept）的最少数量的一套神经事件和机制。神经科学家应用以观察实验为根据的方法来描绘此主观现象的神经相关［5］，只要脑已经能够产生一个已知的意识经验。因此，这里所讲的一套神经事件和机制，应该是最少的。

既然意识是主观经验，所以只能讲意识的NCC是什么，而难以讲意识到底是什么。意识虽然是人的主观经验，但可以找到一些客观的行为指标，这在下面还会谈到。意识研究在视觉领域做得特别多，因为研究它有诸多有利条件，也已经有了许多关于人体视觉觉察的实际例子，其中也包括错觉。这些实例很多属于原来心理学实验的范畴。觉察信息是由人报告的，但不仅是由某一个人所报告，而是多个人都有类似、相同的报告，所以可以信任这样的报告，这是一个真实。至于采用客观方法，例如电记录方法、脑成像方法，把人所报告的、觉察到的情景和脑的活动联系起来，这就是NCC。应用客观研究方法，这是特点也是长处，尤其是，如果某些觉察报告所提供的实例能够在动物身上复制、模拟，那么研究材料的客观性就更强了，向着客观描述觉察前进了一大步。意识的神经相关的解剖学脑区主要在后部脑的热点区，是在感觉区，而并非参与作业监控和报告的额-顶脑区［6］。

“整合信息理论”（integrated information theory，IIF）可以解释意识和脑关系的几个方面。IIF从现象经验的基本特征出发，由此导出意识的物理底物（physical substrate of consciousness，PSC）应该具备什么样的条件(1)。该理论认为，PSC一定是内源性因果关系的一个极大值。从原则上看，PSC可以提供经验的质和量。此理论有可能引出若干反直觉的预测，可能为检查某些不能交流的病人提供新的设计［7］。

寻找NCC，必须弄清楚两个重要区别：第一是要弄清意识水平与特定现象内涵的区别。所谓意识水平和程度的神经相关，是指清醒、睡着、注意或昏睡；所谓特定现象内涵是指，例如一只绿苹果、黄橘子。这种区别反映了我们日常生活经验中现象上的差别：前者是意识到了（它的对立面是不意识到、无意识），后者是意识到什么——X（它的对立面是没有意识到什么——X）。意识水平可以看成为一个授权因素（如同人的觉醒是由上行网状激活系统所介导的），即为了达到觉察所需要的因素，它不一定直接反映特定的意识经验［8］。

第二是要区分意识和贡献给感觉经验的无意识过程。前者是与意识经验相关联的，指直接与单个意识经验相关联的神经活性，这反映通常的一些实验观察，即许多支撑我们意识经验的认知过程。而从内省角度看，意识是难以接近的。后者是与反映经验、无意识知觉或动作相关的神经活性。一些绕开觉察的刺激可以影响行为，不仅在病理情况下（例如有一种病叫忽略症）有，在正常人也有。所以，为了确定NCC，研究者应该进行可以把意识和贡献给感觉经验的无意识过程两者区分开来的实验设计，典型的方法是要能够各自独立地操纵它们［8］。

任何一个物理过程，例如神经活动，如何能够产生主观现象，例如觉察，现在还是不清楚的。的确，在哲学家看来，就连那种因果关系的可能性是否存在也仍然是有争论的。因此，寻找NCC是一个经验式研究，这种研究试图寻找、鉴定和特征化关联到意识经验的特定神经活动形式，而不是关联到无意识的知觉或动作。在研究中，首先应该对因果关系问题保持中立态度［8］。

意识科学必须准确地解释主观神智状态与脑状态之间的相互关系，即意识性的神智和体内电化学相互作用之关系的性质。神经哲学的进展聚焦于身体方面而不在神智方面。从这一角度看，NCC可以视为因，而意识可以视为某些未明确规定而复杂和适应性的以及高度相互关联的生物学系统的状态相关特性。

发现而且特征化神经相关，并不能够提供意识理论。这个理论应该解释特定系统为什么能够完全体验任何一种物质，或者它们是如何关联于意识，这就是所谓“意识的硬问题”。但是，了解NCC可能是朝着这个理论向前走了一步。多数神经生物学家认为，引起意识的变量应该在神经元水平上给予，而此变量又是可以由经典物理学规定的；但有少数学者建议另一种理论，称为“量子意识”，认为意识基于量子力学理论。另有“脑神智场”的看法，见14.7.1。

神经网络有很大的表观冗余性（redundancy）及平行性。在某种情况下，一群神经元活动可能与知觉拷贝相关，但当这群神经元丢失或失活时，另一群神经元可能介导相关的知觉拷贝。有可能，每一现象的、主观的状态就有一个神经相关。当NCC可以被人为地诱导时，受试者将会体验相关的知觉拷贝，而扰乱相关于特异知觉拷贝的脑区或使之失活，将要影响此知觉拷贝，或者使它消失，这样就给出了特定脑区与知觉拷贝性质的因果关系。

是什么特征化了NCC？听觉的、视觉的NCC之间共同的东西是什么？在某个时间点上，NCC是包含了大脑皮层的所有锥体神经元，抑或仅有额叶皮层投射到感觉皮层的长投射细胞的一部分参与，抑或为节律形式放电的神经元？神经元放电是否采取同步化形式？为此在过去若干年里，已经提出了若干建议。

现在，神经科学家操控脑和神经元活动的能力日益增强，各种方法从分子生物学开始，一直到与光学技术相结合，还可以结合适当的行为学检测方法以及应用模式生物，更可以采用大规模基因组的分析和操控。正是这种动物实验中精细的神经元分析，再同更灵敏的人体心理物理学和脑成像技术相互结合与互补，再补充发展强大的理论性预测框架，把所有这些结合在一起，将可能有望合理地了解意识，而了解意识恰是生命奥秘的中心问题之一。

记录人和非人灵长类神经元电活性是用损伤性的方法。它需要把电极通过颅骨插到脑内，受试者有遭受损伤和感染的危险。这种电极可以用来记录单个神经元的细胞外电活动、多单位活动及局部场电位（LFP）。单个及多单位电活性反映动作电位，动作电位是由一个脑区的局部加工及局部输出产生的。记录神经元放电活动被视为旨在以定量和以还原论的方式，实现以意识组成元素为基础的、解释知觉和行为的金标准。相比之下，LFP代表其位置靠近电极的一群神经元的集群活性，它被认为主要反映了定位于树突和胞体的突触活性。这种活性既关联到输入，也关联到某个脑区内的加工［8］。

了解NCC，其中一个重要的问题是，这样一种侵入性的、神经元活性的电生理学测量，如何与非侵入性的脑活性测量联系起来，例如头皮记录的EEG或者功能性神经成像。最常用形式的功能性神经成像是血氧水平依赖的（BOLD）fMRI，它测量血液动力学反应的组成成分，而此反应是与局部神经活动相关联的。有数项研究显示，多单位电活性的非同时测定与fMRI信号之间基本上呈线性相关。最近的证据是在麻醉猴身上同时做细胞外电记录和BOLD对比fMRI，发现视觉皮层的多单位活性及LFP都是和BOLD对比相关联的。在研究中，LFP较之多单位电活性稍稍更好地预告了与BOLD的对比。事实表明，在一定时间内，当某些记录位点的多单位活性已经回到基线时，BOLD仍旧保持升高。这表明在某些情况下，如果与多单位活性（皮层区的输出或皮层内的加工）相比，BOLD对比可能更紧密地反映突触前和突触后的树突活性（故而包括了脑区的输入加工），因为这里还存在一个抑制。总起来看，这些证据表明，神经元群体放电活性一般与BOLD反应成比例关系。在有些情况下，锋电位活动和BOLD对比之间没有相关性。例如，从高级皮层脑区到低级脑区的反馈活性，它将在低级脑区产生代谢需要，因为存在相关的突触活性，所以会导致BOLD对比增强；但是它可能并不引起受影响神经元的锋电位活性。另一项常用的非侵入性技术是头颅表面EEG/事件相关电位（ERP），这两者也被认为与大群体神经元兴奋性突触传递的电效应重叠在一起。与BOLD对比fMRI和LFP关联这件事情相一致的是，视觉和初级躯体感觉皮层ERP的幅度和BOLD信号之间基本上呈线性关系。虽然在群体测量神经元活性和单细胞电测量之间有好的相关性，但重要的是我们应该知道，神经元群体中神经活性分布的变化可能引起单细胞放电频率的大的变化，但并不改变叠加的群体活性［8］。

其他人体研究显示，V1活性和视觉觉察的相关并不好。做梦时有强烈的视觉经验，它关联到V1活性的压抑。在右侧顶叶皮层损伤病人中看到有“视觉消失”（visual extinction）的情况，表现为没有觉察但有V1活性。视觉消失病人显示对于损伤对侧的视觉刺激存在视觉缺损，特别是当有一个竞争性刺激也在损伤同侧出现的时候。然而，不能被病人觉察到的、熄灭了的左侧视野刺激，却能引起V1区的活性。此活性非常类似于病人能够看到的、左侧视野刺激所诱发的情况（图14-1d）。这表明，初级视觉皮层活性的存在本身不足以支持视觉觉察，至少在损伤右侧顶叶皮层以后是如此［8］。

图14-1　初级视觉皮层活性并不与觉察相关联（彩图见图版此处）

（a）通过病人G.K．右脑半球的矢状切面，它包括了距状沟。此病人患有右顶叶中风，这导致他视觉丧失。此图像显示初级视觉皮层（V1区）的一个位点，该位点被一个没有看见而且消失了的左视野刺激所激活（测量是用BOLD fMRI成像，把它重叠到脑矢状切面上）。（b）BOLD对比活性的围刺激时间直方图。由3个不同形式的视觉刺激诱发，来自激活前面a图里的右侧V1位点。左视野刺激或者是看得到的（单侧左边的那几次试验），或者是看不到的（双侧消失的几次试验），这两次刺激都诱发类似型式的活性；而右侧视野的刺激，那是看得到的（单侧右边），导致较小的、右侧V1的阳性反应。（c）通过另一病人V1轴向的图像，病人患有右侧顶叶中风及视觉消失。叠加在图上面的、从右侧V1所诱发的BOLD对比活性，通过一个没有看到的、消失的左侧视野的刺激。（d）被四种类型视觉刺激所诱发的BOLD对比活性的围刺激时间折线图，取自c图激活的右侧V1位点。看到的双侧刺激、不看到的双侧消失的刺激、看到的左侧单侧的刺激，所有这些刺激都引起类似的激活型式。看到的右侧单侧刺激在同侧视觉皮层上仅诱发小的反应。（图引自［8］）