本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
蜜蜂喜歡花蜜的味道嗎?當螞蟻找到麵包屑時,會感覺好點嗎?昆蟲僅僅是微小的機器人嗎?或者,用哲學家託馬斯·內格爾的話來說,作為一隻蜜蜂有什麼感覺嗎?
不只是大多數科學家和哲學家會嘲笑這個問題,當我們被問到這個問題時也覺得稍顯愚蠢。但是現在,研究正在挑戰對無脊椎動物意識的輕視態度。
當我們談論昆蟲的意識時,有必要澄清我們的意思,因為意識這個術語有很多層意思。從生理學上講,意識是指生物由其物理感知系統能夠感知的特徵總和以及相關的感知處理活動,簡單來說,意識就是對內外環境的感知及反應,長久以來,意識為人類獨有,但隨著科學研究的展開,意識已拓展至動物界,作為蜜蜂的一種,蜜蜂存在意識成為共識,每個人也都同意蜜蜂可以接收環境信息並對其經過分析計算後做出反應。
但對於未知的好奇使我們提出另一個問題:昆蟲是否能以第一人稱的角度感受和感知環境?在心理學中,這被稱為「現象意識」。
很明顯,巖石和機器人沒有現象意識,因為他們內心黑暗、沒有自主感知環境的能力。相反,我們大多數人認為跑到某個地方吃飯不僅僅是條件反射,它嗅著食物的氣味,邊跑邊觀察周圍的環境並隨時調整路線,直到找到食物。
意識有時被用來指一種更複雜的能力:自我反省的能力。這是一項罕見的成就,它使得人區別於動物。人類很可能是唯一擁有自我意識的動物。即便如此,我們大多只是在較小層面有意識,很少停下來進行真正的自我反思。
意識的結構與神經基礎
我們對意識的典型處理是通過觀察行為。我們認為嬰兒和狗會感到飢餓,部分原因是當他們感到飢餓時,會產生某些特定行為,比如啼哭、叫。
當我們觀察昆蟲這樣的動物時,行為類比變得更加困難,因為它們的外表和行為都不像我們。我們可以說,當我們打擾蜜蜂的蜂房時,它很生氣,但是一隻憤怒的蜜蜂全然不像一個憤怒的蹣跚學步的孩子,所以沒有經驗的人很難進行正確的判斷。行為本身當然不能證明任何動物都是有意識的。
一種新興的動物意識方法提供了一條前進的道路,這種新方法不是從行為轉向經驗,而是直接轉向意識的神經基礎。
即使昆蟲的行為與我們非常不同,它們的大腦和我們的大腦也可能有重要的相似之處。在這種新方法中,我們可以判斷昆蟲的大腦是否具有支持任何意識形式的基本能力的結構。
人類的感知能力取決於中腦的結構,中腦是進化的神經核心,新皮層像厚厚的外殼一樣包圍著它。自我意識需要我們進化出複雜的大腦皮層,但是意識是由更簡單和進化上更老的中腦支持的。
為什麼中腦如此重要?
一旦動物開始在環境中移動,它們必須決定下一步去哪裡。有效的決策需要將許多不同的信息來源結合成一個單一的神經模型,對世界有一個單一的視角。
在這種整合中將知識、欲望和感知聯繫在一起,是對世界的第一人稱視角的開始,因此也是有意識體驗的起源。
儘管昆蟲的大腦很小——最大的比一粒米還要小得多,但研究表明,它們和人類的具有相同的古老功能。
昆蟲中樞複合體以相同的整合方式將記憶、穩態需求和感知聯繫在一起,這種集成也有相同的功能:實現有效的動作選擇。
在蜜蜂身上,中樞複合體使它能夠完成非凡的壯舉。因此,儘管昆蟲大腦和人類大腦看起來沒有什麼不同,但它們的結構出於同樣的原因做著同樣的事情,因此支持同樣的第一人稱視角。
這是認為昆蟲和其他無脊椎動物是有意識的有力理由,但它們對世界的體驗沒有我們人類的豐富和詳細罷了,因為我們的大腦皮層為意識增添了一些東西!
一百萬個神經元,腦神經研究的不二之選
如果這個論點是正確的,研究昆蟲是研究意識基本形式的一個極其有效的方法。蜜蜂的大腦只有不到一百萬個神經元,大約比人類少五個數量級。這對於繪製出完整的昆蟲神經系統的圖像當屬一大福音,而且已有幾個實驗室在研究之中了。
一旦我們繪製出昆蟲神經系統的圖像,我們就可以模擬它來測試計算功能的理論。像「綠色大腦項目」這樣的倡議已經利用現有的知識,開始建造一種生物激發的無人機,可以在複雜環境中表現得像蜜蜂一樣。
研究無脊椎動物的經驗也開啟了研究意識經驗如何以及為什麼進化的可能性,這一過程的一個重要驅動因素是環境中的移動性。失去自由導航能力的寄生蠕蟲也失去了負責第一人稱視角的大腦結構。
這表明意識和環遊世界的需求之間有著密切的關係,通過闡明迫使動物進化意識能力的環境要求,我們或許可以闡明主觀性和外部世界之間的關係。