原創 Patoine 神經現實 來自專輯深度 | Deep-diving
意識的謎底是否可以在大腦的褶皺中得到揭曉？能否將「有意識」這種完全自由的狀態定位在大腦某一位置，將其屬性解構為精確的神經發放的時間模式？有一項耗資2000萬美元的國際研究計劃，其目標就是要尋找這些問題的答案，也就是尋找意識的神經足跡。
鄧普頓世界慈善基金會資助了這項名為「加速意識研究」（ARC）的內容廣泛的多年期創新研究計劃。在第一階段中，兩項其假設截然相反的領先的有關意識的腦理論，將共同獲得5百萬美元的資助進行對抗，以檢驗他們的假說。「加速意識研究」計劃讓整合信息理論（IIT）和全局神經工作空間（GNW）理論直接對抗，以鄧普頓基金會聲稱的「對抗性合作」的方式，解決腦如何、何時、何處處理有關我們自己和周圍世界的主觀覺知的一些基本問題。
這兩種理論模型形成了鮮明的對比：它們對意識構成要素的定義和假設都不相同，它們對此的整個研究方法也有本質上的不同。兩者的共同點在於，它們都研究意識的神經相關機制（neural correlates of consciousness）。
整合信息理論是威斯康星睡眠與意識研究所教授兼主任朱利奧·託諾尼（Giulio Tononi）提出來的。全局神經工作空間理論則是由法國神經科學家斯坦尼斯拉斯·德阿納（Stanislas Dehaene，一譯迪昂）與利昂內爾·納卡什（Lionel Naccache）和讓-皮埃爾·尚熱（Jean-Pierre Changeux）等人共同精心建立起來的。這兩個理論是由克裡斯託夫·科赫（Christof Koch）挑選出來的，科赫是一位頂尖的意識研究者，也是艾倫腦科學研究所的負責人。他擔任了鄧普頓項目的顧問。他說，這兩個理論在科學家中都有一批著名的追隨者，並且有「大量的證據」支持它們。
為什麼採用這種方法？
「加速意識研究」計劃不僅就其方法和主題來說是大膽的，而且它承諾要成為開放科學最佳實踐模式的樣板也雄心勃勃。他們之所以這樣做是基於下列認識，即像意識這樣的大問題上要想取得有意義的進展，需要有針對性的、結構化的合作，這不是任何一個孤立的研究小組所能做到的。
鄧普頓基金會的高級項目主任戴維·波特希特（Dawid Potgieter）說道：「單獨一位天才科學家，在實驗室裡解決大問題的日子已經過去了，有必要以不同的方式來進行科學研究。」鄧普頓基金會資助這個項目是因為認識到，孤立的科學是進步的敵人。
科赫說道：「過去50年來，在生物醫學科學中，一般來說，沒有哪個單一實驗同時檢驗兩種相互競爭的理論，（對抗性合作）需要人們以富有成效的方式一起工作，這樣就能對分歧之處進行檢驗。」他指出，1919年的實驗直接檢驗了愛因斯坦剛提出的廣義相對論與當時盛行的牛頓宇宙觀之間的矛盾，在很大程度上支持了愛因斯坦而平息了這場爭論。在當代科學界，科赫說：「還很少這樣做。」
- Mark Smith -
法國神經學家納卡什是全局神經工作空間理論的共同提出者之一，他認為意識問題的本質要求我們採取大膽的方法。他說道：「我們還沒有一個完整的意識理論。我們還只有草圖，也就是法語中所說的esquisses。」他接著又說道：「超越我們現有知識的最好方法就是引發這些理論之間的碰撞，以檢驗各自的核心思想，並以新的思想繼續前進。」
「加速意識研究」計劃引發碰撞的方法，是將相反意見的雙方領導者請到同一張桌子旁，具體地說也就是在為期多天的研討會上，對可能駁倒對方理論的關鍵想法進行討論並達成一致意見。然後，工作就轉向六個一流的獨立實驗室，對這些預測進行實證檢驗，找出誰是正確的，或者至少，誰可能更接近正確。設計該科學方案的目的是為了儘可能透明地確保科學的客觀性和嚴謹性，並始終著眼於推動該領域的發展。一個由獨立研究人員組成的團隊將指導該科學計劃，並由馬克斯·普朗克研究所和紐約大學的首席研究員露西亞·梅洛尼（Lucia Melloni）以及特拉維夫大學的共同首席研究員利亞德·穆德裡克（Liad Mudrik）和裡德學院的麥可·皮茨（Michael Pitts）共同領導。
為什麼是現在？
鄧普頓倡議反映了這個領域的成熟程度，而這個領域曾經是年輕科學家的禁區。託諾尼在青少年時期曾深入思考倫理兩難問題（ethical dilemmas），當時他就對意識這一主題產生了興趣，他回憶說，當時人們竭力勸阻年輕人進入這一研究領域。「我當時問過神經科學家，他們簡直就是叫我『閉嘴。根本就不應該問這個問題。走開別問了。』」他說這種研究當時被認為只有「年邁的諾貝爾獎獲得者」才能做，而所謂「年邁的諾貝爾獎獲得者」意指弗朗西斯·克裡克（Francis Crick）和傑拉爾德·埃德爾曼（Gerald Edelman），他們都是成為資深的、世界公認的科學家之後才研究意識。
科赫與克裡克在1990年合作發表了一篇開創性論文，提出了嚴格研究意識的神經相關機制（舊譯意識的神經相關物）的路線圖。他半開玩笑地說道：「克裡克可以這樣做，因為他是個半神，」他繼續往下說：「退休的人可以這樣做，但明智的一線科學家卻不從事意識研究。這是事業殺手。」
- Mark Smith -
在科赫和克裡克那篇影響深遠的論文發表十年後，梅洛尼作為博士進入這個領域，她說這篇論文重新激發了人們對意識的思考，並為意識研究制定了具體的步驟。她說道：「從那一刻起，意識又重回研究。」
關於意識的科學理論現在已經無處不在，而且層出不窮。託諾尼指著大量關於這個問題的書籍說道：「我們已經從『你不能談論它』變成了『每個人都可以談論它』，"然後他又狡黠地補充道：「這不一定會讓事情就變得容易些。」
不同的方法
在試圖認識意識方面，整合信息理論和全局神經工作空間理論採取了根本不同的方法。納卡什認為，全局神經工作空間理論由變成有意識的心理屬性的知識中得到啟發。這一理論認為，只要你意識到某件事情，例如一張臉、一個聲音、一段記憶、一種感受，你就不僅可以自我報告它（例如，我看到了X、聽到了X、記起了X、感受到X），而且還可以將所有的認知能力運用到它身上，可以對此進行思考，可以記起與之相關的某種東西，或者由此做出某種行動計劃。這種認知可用性（cognitive availability）是這一模型的核心，這個術語是全局工作空間理論（Global Workplace theory）的提出者、心理學家貝爾納·巴爾斯（Bernard Baars）創造的。因此，全局神經工作空間理論採取的是功能主義的方法。這種理論聲稱，意識是腦的一種功能，所以讓我們來尋找這種功能究竟發生在腦中的哪些地方。
相比之下，整合信息理論從意識本身出發，意識是對存在的主觀體驗，而非做什麼。這種理論不是把意識看成是一種特定的腦功能，繼而尋找其神經相關機制，而是描述了意識的基本屬性，其中的核心概念是如何把信息整合起來以覺知到世界和自我。然後，整合信息理論假設，意識的物理基質（physical substrate）也將共享這些基本屬性，從而提供了一種可能支持意識存在的神經環境的藏寶圖。
後腦區還是前腦區？
整合信息理論的方法使託諾尼和其他人關注腦後部的皮層組織，在腦後部初級感覺區形成了一種神經連接非常密集的「超級網」，這些連接在縱向和橫向都整合了起來。腦的這個特殊部分，以非凡的複雜性為標誌，符合整合信息理論中列舉出的意識的基本屬性。
託諾尼指出：「如果我們能夠把腦後部的結構充分顯示出來，那麼那裡的複雜性異常巨大，它使人困惑不已，讓你充滿了某種謙卑和敬畏……」
相比之下，全局神經工作空間理論認為，腦前部和後部都參與其中的網絡是行動的地方。按照納卡什的說法，作為意識特徵的認知可用性應該與神經可用性密切相關，後者是腦中的一種特殊的功能築構。納卡什說道，全局神經工作空間理論預測這種神經印記（neural signature）是從事高級神經處理的腦區之間的某種長程、協調、複雜的交流，這些腦區主要位於新皮層的額葉和頂葉區域。
科赫說道：「這是這兩種理論的分歧之處。」這種不同看法特別重要，因為對於發生意識的基本線路大致說起來究竟是在大腦皮層的後部還是前部，並沒有普遍的共識。
- Mark Smith -
這兩種理論在如何看待神經處理的時序（timing）問題上也存在分歧。整合信息理論認為，只要一個人保持著對某件事情的意識，那麼代表該「某件事情」的神經相關機制在腦中就應該是明顯的。全局神經工作空間理論假設，「進入意識（conscious access，一譯意識通達）」的時刻應該與某個特定的神經表徵相關聯，而這個神經表徵與這個時刻之前和之後的活動是不一樣的。全局神經工作空間理論的一個核心問題在於，如何將進入意識的實際神經印記與其前或其後發生的事件區分開來。
這兩個研究團隊選擇的實驗方案和方法是為了弄清楚兩方面的問題，即定位和時序。給受試者布置任務使其確定有意識識別的時刻，而研究人員將查看相應神經印記的數據。將使用三種不同的神經科學技術：功能磁共振成像（fMRI），這種技術以高空間解析度跟蹤腦中的活動模式；腦磁圖和腦電圖（MEG/EEG），這兩種方法都是非侵入性和高時間解析度地記錄神經元群中的電活動；以及皮層電圖（ECoG），從植入的電極直接記錄。最後一種方法，提供了最佳的空間和時間解析度，是作為治療的一部分在難治性癲癇患者身上進行的，以定位癲癇病灶，從而確定在哪裡進行幹預。
在這一計劃的初始階段，數據收集和分析預計需要三年時間。其後續階段也早已啟動，將和其他理論進行比較，並在嚙齒類動物和非人靈長類動物中補充進行動物研究，以考察用人類受試者做實驗回答不了的問題。在每個階段結束時，所有的數據都將在一個開放的科學協議中公開發表，目的是推動更全面地了解腦是如何湧現出意識的。
為什麼要這樣做？
尋找意識的神經基礎不僅僅是學術性的，它的意義即使不是馬上就能看出來，也是廣泛而多樣的。改善對無反應患者意識的檢測是這類研究的一個明顯應用，託諾尼已經在開發一種客觀的意識測量方法，並取得了有希望的結果。還不那麼現實，但完全有可能的應用包括治療慢性疼痛或治療抑鬱症等精神疾病；其想法是，如果我們了解了腦如何處理主觀覺知，那麼就有可能通過調整系統來改變一個人對疼痛或疾病的體驗。在醫學領域之外，目前的一個熱門話題是，模仿腦處理的複雜的機器學習系統何時以及是否真的可能在某種程度上具有 「意識」，以及這對新興的人工智慧領域意味著什麼。
鄧普頓基金會的波特希特說道：「我們認為意識是一個大概念，在期望解決社會上的其他大問題之前，需要先解決意識問題。」
對科赫而言，他認為意識是科學不能忽視的問題。他說道：「如果科學不能解釋我的意識心智是如何來到這個世界上的，那麼它就會在我們日常存在的中心留下一個巨大的洞。」他接著指出，「這對科學來說是一個不折不扣的挑戰。到目前為止，科學還未能做到這一點。現在是時候了，我們應該這樣做了。」
譯者點評
本刊去年發表過一篇，對「加速意識研究」計劃的背景、託諾尼的整合信息理論和德阿納的全局神經工作空間理論的概況做了介紹，本文可以說是上文的姐妹篇，對這一重大事件的後續發展作了介紹，值得一切關心意識問題的人一讀。但是譯者對本文中所表達的觀點也並不完全贊同，除了讚賞之處之外，筆者也願意簡單說幾句自己的看法，希望引起讀者的思考，並作出自己的判斷。
筆者最讚賞之處是計劃把兩個針鋒相對的學派組織在同一個計劃中，就共同關心而又有截然不同見解的問題進行研究，以分清孰是孰非，甚至把兩者都駁倒，而催生新理論。雖然筆者想不起神經科學歷史上有這樣研究組織的先例，但是兩個對立學派自發的就共同關心而又針鋒相對的問題，不斷進行辯論而共同取得進步卻確實有例在先。這就是大家都知道的有關突觸機制究竟是電還是化學的所謂「火花」和「湯」之爭。激烈的爭論發生在「火花」學說的領軍人物埃克爾斯和「湯」學說的領軍人物戴爾之間，他們兩人經常互贈論文的予印本徵求意見，也當面辯論，其激烈程度使第一次看到這種場面的卡茨以為他們都要打起來了。儘管如此，兩人成了要好的諍友，彼此都感到從對方的「攻擊」中獲益良多，迫使他們自己在做實驗時更為嚴謹，當然也抓對方的軟肋。當然這場學派大戰的結果，大家都知道了，「湯」學說大獲全勝，連埃克爾斯本人都改弦易轍，接受了「湯」學說，並在這方面做出重大貢獻而最終贏得了諾貝爾獎。這一歷史佳話是對立學派聚焦在某個重大科學問題上，以不同觀點和方法進行研究，並互相反駁，最後達成一致並做出重大貢獻的經典例子。當然這場爭論並非由科研計劃的有意識組織，恐怕也不好說是大科學或團隊科學的成功，雖然也許可以說是公開科學。當然"加速意識研究"計劃有意識地把對立雙方組織在同一科研計劃中，把此從自發提高到了自覺，是非常有意義的。不過從「湯」學說與「火花」學說之爭中，也可以看到由學術爭論導致解決科學中的重大問題，並非一定要把對立雙方組織在同一個研究計劃中，而且「湯」學說的發軔者勒維是在夢中想到證實「湯」學說的第一個可靠的實驗，也說明「單獨一位天才科學家，在實驗室裡解決大問題的日子已經過去了，」的結論未免言之過早。從目前的情況來看，大科學和團隊科學主要適用於已有堅實的理論基礎，但是需要巨大人力物力，帶有工程技術性質的課題，例如大規模搜集數據，系統制定圖譜，研發基本原理已清楚的高技術裝備等。但是真正需要突破性創新思維的新發現可能依然依賴於「天才」科學家的靈感和頓悟。這兩種研究方式具有互補性，不能偏廢。
且不說這些一般性的科學組織問題。對於「加速意識研究」計劃是否能如波特希特所說：「如果解決意識之謎原本需要一百年的話，我希望我們能縮短到五十年。」筆者也深表懷疑。其理由如下：
最為重要的是，這兩個理論都在實質上迴避了意識的主觀性問題。在全局神經工作空間理論的研究中唯一牽涉到主觀性的是把受試者的主訴用作數據，也就是根據主訴「意識到」或「沒意識到」時分別測量到的腦內活動進行對照研究，而得出當「進入意識」時腦活動的變化，以後的理論研究都是基於這些客觀印記來進行的，不再牽涉到主觀性。而在整合信息理論的五大「公理」或基本「假設」中根本就沒有主觀性這一條。在筆者看來主觀性正是意識最核心的性質，由於研究主觀性的困難性而暫時迴避是可以的，但是如果始終迴避這一核心性質不談，那麼意識問題就不可能徹底解決。當然筆者也猜測主觀性可能是意識的某種不可還原的湧現性質，不可能問腦是如何湧現主觀性的，但是科學應該能夠回答湧現主觀性的條件是什麼？其神經相關機制是什麼？
本文指出了兩大學派在意識研究上可以聚焦的一個具體問題：意識的神經相關機制究竟是在腦後部還是在腦前部。筆者以為這是有可能取得進展的，但是這個問題與其說是這兩大理論的差別，不如說是他們不同實驗方法及對實驗結果上的差別。提出意識的全局神經工作空間理論所據的實驗事實都是有關當受試者接受到一個刺激，從未意識到該刺激到意識到該刺激時腦內的活動發生了些什麼變化，也就是文中所說的「進入意識」的「印記」。而該理論真正能解釋的其實也就是「進入意識」的「印記」的產生機制。但是首先印記並非「進入意識」本身，就像我的籤名並非我本人一樣。其次，即使是進入意識也只是意識的一個特殊的方面。即使這一理論能夠解釋「進入意識，也不能以偏概全說這就是普遍的意識理論了。所以這種理論其實還只能說是一種假說。整合信息理論則是託諾尼根據他和埃德爾曼所總結的意識所具有的性質，提出了5條「公理」，以後的理論則完全是基於這些公理之上。但是這些公理是否就概括了意識的所有性質是個大問題，比如說，在這些公理中就不包括主觀性。而且由這些公理得出的推論是凡是稍複雜一點的系統都在不同程度上具有意識，就被很多人（包括科赫早年）批評為泛心論，這也是他們所解釋不了的，所以這一理論也只能說是一種假說。因此即使關於腦後部和腦前部之爭得到解決（如果解決，這確實是意識研究上的一個裡程碑事件），也並不意味著解決了這兩個理論哪個正確，更談不上徹底揭開意識之謎。
總之，在筆者看來「加速意識研究」計劃是意識研究上的重要事件，值得關注和追蹤，但是也不能估計過高，抱有不切實際的幻想。
最後，筆者要對幾個譯名作一點說明。Neural correlates of consciousness在本文中譯為「意識的神經相關機制」，而不是通常所用的「意識的神經相關物」，這是因為按照這一概念的共同提出者科赫的定義，Neural correlates of consciousness是「足以引起任何特定意識體驗的最小神經機制」，其內涵既包括相應神經迴路或腦區（物），也包括其中的神經活動模式（事件）。而「意識的神經相關物」容易使人誤解為「物」，也就是神經迴路或腦區。另外人名筆者都按照新華通訊社譯名室編的《世界人名翻譯大詞典》（中國對外翻譯出版公司， 1993）。按其祖籍國譯出，使譯名的發音儘可能接近真實的發音，以資規範。所以Dehaene就按法語讀音譯成德阿納，而不是迪昂。此外conscious access有譯為「意識通達的」，筆者覺得不是很好理解，故譯為「進入意識」，當然這倒並非什麼原則性的問題。
作者：Brenda Patoine | 封面：Rita
譯者：顧凡及
排版：北方
本文原作首先發表在《大腦》（Cerebrum）雜誌2020年春季刊上。
https://dana.org/article/tracking-the-neural-footprints-of-consciousness/
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