文章來源：Marco Altamirano & Brian N. Mathur｜利維坦（ID: liweitan2014）
Richard Wilkinson
利維坦按：
主流學界目前對於人類意識在內的一切認知有種看法，即它們都只是一種算法/計算，當然，這種觀點遭到了克里斯多福·科赫等人的質疑——如果這種觀點成立的話，那麼我們很快就會造出複製了人類大腦大多數功能的聰明機器，這些機器無疑也會具有意識。
神經科學家們花費了數十年上百年來確定意識的誕生腦區，卻在研究過程中愈發糾正了一個思考假設：誰說意識必然是某一個區域造就的呢？克裡克對於屏狀核的研究無疑啟發了後續研究的方向——不論是全局工作空間論還是整合資訊理論。
1976年，弗朗西斯·克裡克（Francis Crick）初次來到位於加利福尼亞州南部拉霍亞的索爾克研究所，在這裡他可以隨時俯瞰窗外的美景，遠處是碧藍的大海、棉花糖一樣的雲彩，近處還有一座太平洋香格裡拉酒店。當時，他作為DNA雙螺旋結構的發現者之一已經獲得了諾貝爾獎，對他來說，揭示生命的本質是個腳踏實地的研究歷程，絕沒有半點神秘色彩。當時的他信心滿滿，打算在「什麼是意識」這一領域再攀高峰。他猜想，如果可以利用物質的奇特屬性解碼生命體的構成，那麼同理也可以利用物質的奇特屬性揭開意識的神秘面紗。
儘管每個人的行動坐臥都離不開意識，但看似常見的意識其實堪比宇宙的起源問題，二者同屬浩翰而巨大的未解之謎。分子、原子這樣的客觀實體之中竟然萌生出主觀體驗，再怎麼有想像力也很難填補二者中間的巨大空白。難怪人們在幾個世紀以來都相信意識是靈魂的功能之一，也相信這是個科學遠遠無法觸碰的領域。因此意識也就構成了活力論（Vitalism）最重要的論點之一，該學說認為生命之力來源於非物質以及無形之物。
當然，終生堅信唯物論的克裡克絕不會這樣想，當年他剛剛來到加利福尼亞州時雄心勃勃，相信自己已經準備好了驅趕長期瀰漫在意識問題上的迷霧，並在迷宮中點亮一條前進的道路。
在他人生最後的30年之間，克裡克在神經科學領域不斷推進改革，引入分子生物學的研究方法，挑戰該領域最光鮮的名字和他們的思想（通常都是其他國家的學者）。不僅如此，他還不斷發表論文闡述自己的「驚人猜想」，即意識來自大腦，且只來自大腦。
2005年，就在他去世的那張病床上，克裡克與他的同事、摯友克里斯多福·科赫（Christof Koch） 共同發表了他此生最後的一篇文章，《屏狀核的作用是什麼》。
（www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1569501/）
Wikipedia
本文重新燃起了學界的探索高峰，尋找大腦中到底哪裡能產生意識。這篇文章提出，意識就來自屏狀核，這是一組大腦中的神經元，恰好組成了吊床的形狀，就好像萌發意識的溫床。該文章之所以言之鑿鑿，是因為屏狀核「接受了幾乎來自所有皮質區域的輸入信號，又向幾乎所有的皮質區域投射輸出信號」。這篇文章還提出，大腦的複雜褶皺表面恰好解釋了為什麼意識有著多種特徵，既包括感知，又包括人格。無論是今天還是未來，這些聽起來不無道理的想法將持續激發越來越多的學者投身到類似的探索研究之中，無論是探索意識的本質，還是探索至今仍未解開的屏狀核之謎。
尋找意識的源頭：弗朗西斯·克裡克給神經科學注入了一種特殊的研究方法，即通過研究某個生物組織的結構判定該組織的功能。他曾經渴望在意識科學領域重現自己在生命科學領域的輝煌——正是他確定了DNA的結構，並證明我們的生命力來源於絕對的物質基礎。 Neuroanthropology
比起第一個被認為是意識源頭的特殊腦組織，屏狀核的位置與它的「前輩」相隔甚遠。早在17世紀中期，勒內·笛卡爾（René Descartes）就聲稱找到了產生意識的腦組織，他的猜想就是如今眾所周知的松果體（Pineal Gland），用他的原話說：「產生靈魂的主要器官就是位於大腦正中位置的一個細小腺體。」
當時笛卡爾想要解開的謎題是靈魂（或意識）到底是如何與身體相互影響的，但在他看來靈魂是完全孤立於身體的某種東西。人們總是很容易想像兩個有形個體之間如何互動，比如保齡球與圖釘，但是想法和思緒似乎並非物質。於是，人們很難想像思緒會佔據某一塊空間，或者施加某種力——那麼看似無形的物質是怎樣與有形物質互動的呢？這是個好問題，給自己灌一杯馬提尼為什麼就能影響我們的思路呢？
為了解決這一難題，笛卡爾借用了古希臘醫學家蓋倫提出的「動物精神」理論（希臘語：πνεε μαψυχικóv）。笛卡爾認為，所謂動物精神就是一種在心理與生理之間傳遞信息的信使，它們存在於血液中，因此可以記錄肉體的感官，同時還能產生各種信號並且被心靈解讀為意識、知覺。他認為松果體就是這些半精神、半物質精靈信使的核心，以此為中心它們可以輻射整個身體。
笛卡爾認為，產生意識的腦組織來自松果體。 Kit Hindin
雖然笛卡爾提出的假說有一個相當鋪張浪費的運作機制，但它確實是首次把意識帶入科學領域的假說。就是在科學的世界中，人們發現了人體的各種簡單運作機制，也正是在科學的世界中，人們解鎖了一扇又一扇大門，最終為克裡克的學說打通了鋪墊之路。
「曾經有那麼一瞬間，人們確信克裡克猜對了：
屏狀核就是意識的源頭。」
在其後的200年間沒有出現任何松果體的替代品，直到1835年，德國生理學家約翰尼斯·穆勒（Johannes Müller）提出意識之源是延髓（Medulla Oblongata）——這是腦幹的一部分，其作用是調節富氧血細胞在大腦各個區域的流量。不過以現代科技視角來看，雖然它是整個大腦的重要能量來源，但延髓似乎和更高層級的意識功能並無關係。（人們現在已經知道延髓的作用屬於人體的非自主功能，比如嘔吐與打噴嚏，這種功能幾乎不會反映個體的主觀期望。）
到了19世紀，英國生理學家威廉·B·卡彭特（William B. Carpenter）提出了一個新的猜想，大腦中的意識源頭一定是某種神經活動的中心區域。因此他提出意識的源頭就在位於大腦正中間的丘腦（Thalamus）。直至今日，丘腦的真正作用仍然是個謎，但卡彭特在這一課題上的貢獻在於：他認識到意識是一種經驗的集合體，而非大量無關知覺一起發出的噪音，因此，神經科學中所謂的意識必定也有能力生產出經驗的集合，它一定能把高級的功能（比如思想、情感、主導感）與低級感知所得信息整合在一起。
（譯註：此處的「主導感」原文是單詞「Agency」，可能指代神經科學相關概念「Sense of Agency」——個體在客觀世界中的一種主觀知覺能力，即發起、處理、控制自身的各種自主行為。）
（en.wikipedia.org/wiki/Sense_of_agency）
1937年，彭菲爾德依照患者腦內電極刺激回應的腦區編號。 Mo Costandi
一個世紀之後，卡彭特的研究成果被另一位學者證實了，此人名叫懷爾德·彭菲爾德（Wilder Penfield），是一位頗具開創精神的美國、加拿大雙國籍神經外科醫生。當時彭菲爾德正在用一種冒險療法醫治病情嚴重的癲癇病人，治療時需破壞掉引起病人癲癇的腦組織。在此過程中他發現自己可以通過一一映射的研究法得到一份「大腦功能圖」，只需把特定的動作、感知對應到特定的腦皮層區域即可，而腦皮質恰恰就是覆蓋整個大腦表面的組織。這不僅這驗證了卡彭特的猜想，彭菲爾德的研究還在前人的基礎上提出了一個更深遠的問題：這些感知處理分區不僅相互分離，有些甚至似乎並不相通，但它們為什麼能作為一個整體給人有意識的體驗呢？這個問題一直都無法被破解。
彭菲爾德的大腦映射功能圖。 PBS
直到我們最早提到的那位學者——弗朗西斯·克裡克的出現。他有一種很特別的研究方式，通過觀察生物個體某個系統的結構來預測其功能。在研究中，克裡克曾經試圖尋找一種特殊的神經結構，它能整合來自各部分皮質層的信息，哪怕這些區域相隔很遠。經過幾十年的細粒度神經解剖研究，他逐漸順藤摸瓜找到了大腦中一個滿足了他所有設想的結構：屏狀核。
它與大腦皮層中的每一個區域都建立有雙向連接，看起來屏狀核就好像大腦中的中央車站。對此克裡克也做了一個比喻，既然皮質不同區域可以處理不同形式的感官（視覺、聽覺、觸覺等等），那麼可以把不同的皮質區域看作交響樂團中的不同演奏家，當然，屏狀核就像是那位指揮家，時刻確保每個人都準時演奏出恰到好處的音符。他的這一論點很簡單，但也很優雅、令人信服。不僅如此，關於意識的源頭問題，這還是史上第一個科學合理而且可驗證的假說。
在克裡克研究屏狀核之後的這幾十年裡，科學家們爭先恐後地發表各種關於這一神奇腦區的研究數據。2014年，針對喬治華盛頓大學一位癲癇病人的研究表明，在屏狀核附近施加電刺激即可瞬間導致病人喪失意識，而且當電刺激停止後，病人馬上又重新獲得了意識。2017年，艾倫腦科學研究所的學者發現，屏狀核中可以連接整個大腦皮質的神經元結構形似「荊棘頭冠」，這一發現可以支持針對它的猜想，表明屏障核是一個強有力的大腦活動整合、指揮部門。曾經有那麼一瞬間，人們確信克裡克猜對了：屏狀核就是意識的源頭。
（www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24967698）
（www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28252090）
然而，2019年發布的兩份研究報告卻終結了這個屬於屏狀核的高光時刻。史丹福大學一項針對5名癲癇患者的研究發現，摘除這些病患大腦左右兩個半球中的屏狀核並沒有對他們的主觀體驗帶來任何影響。為了確定這一點，馬裡蘭大學的學者針對老鼠展開了另一項研究，實驗發現將老鼠大腦中的屏狀核無效化後，並沒有對老鼠的意識帶來明顯的影響。這些實驗數據表明，也許屏狀核是尋找大腦中意識源頭九九八十一難中的又一難罷了。
（www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31196825）
（www.biorxiv.org/content/10.1101/390443v1）
「如今這一領域又面臨著新的挑戰：
更多可驗證的、關於意識之源的新理論層出不窮。」
Medium
但是屏狀核還有更多研究價值——如果它並沒有產生意識，那麼它到底起到了什麼作用呢？根據2010年德國科學家發起的一項針對猴子的研究，屏狀核會被出現於其感官環境中的顯著變化所激發，並且被猛烈喚起，就好像一隻猴子用尖叫刺激到另一隻猴子。基於這一項研究結果，2019年馬裡蘭大學開展了一項全腦成像研究，該研究發現，一旦人們開始處理需要複雜注意力的任務，屏狀核就會被喚起。而這兩項研究似乎表明尋找意識之源的研究不應過早地拋棄屏狀核，因為它雖然不負責產生基本的意識，但它也許在深度認知任務中扮演者協作者的角色——這一點至少可以部分支持克裡克最初的猜想。
（www.jneurosci.org/content/30/39/12902）
（www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30954711）
的確，雖然屏狀核並不是產生意識的溫床，但它很可能是引導意識的司機。對於靈長類動物來說，特別是人類，我們在生活中恍惚走神的嚴重程度往往超乎想像：比如，在每天上班的途中，我們其實是對「通勤」這件事並沒有多少察覺的，除非我們走錯了一個路口，才會突然間被某個感官抓住注意力。
也許是因為遷徙的習性幫助靈長類獲得了一種有效的「自動駕駛」能力，而這種能力在處理遷徙以外的其他多種任務時也同樣有效——因此，除非我們遇到了某種不符合預期的變化，突然之間刺激了引發深度認知的需求，才能進一步喚起屏狀核。雖然屏狀核極有可能擁有某種類似於認知控制的功能，但至於這種功能與意識的關係尚不清楚，這一點今天仍然被科學家反覆爭論著。
2019年10月，科學家們在芝加哥召開了屏狀核學會交流會（Society for Claustrum Research），來自艾倫腦科學研究所的科赫以及本文的共同作者之一，布萊恩·N·馬修（Brian N. Mathur）主持了一場雖然尚無結論、但是對一切理論都包容開放的討論會。最終，科學家們一致同意屏狀核至少可以部分促進意識的產生。在隨後召開的神經科學學會（Society for Neuroscience）上，科學家們展示了一些新的研究數據，並建議重新考慮丘腦與意識具有強關聯的可能性。雖然這些新的研究數據似乎把萌發意識的搖籃指向了另一個神經元結構，但今天的神經學家已經跳出了這種尋找個別結構作為意識源頭的思路。站在卡彭特和克裡克的研究基礎上，目前科學家們極大地懷疑：任何特定的神經元結構與特定的意識功能之間的關聯其實都只是一個側面，意識一定是來自於一種更廣泛、更活躍的神經網絡。
比如伯納德·巴爾（Bernard Baars）提出的全局工作空間論（Global Workspace Theory），該理論認為，意識並不來自於某種在解剖學意義上存在的神經元核心結構。恰恰相反，萌發意識的溫床不是一個神經元結構，而是多個結構共同創造出來的，而且所有這些神經元結構一定是以某種類似「雲計算」的模式在協同工作。
來自威斯康星大學麥迪遜分校的朱利奧·託尼尼（Giulio Tonini）提出了另一個有趣的猜想。這位義大利神經科學家提出的整合資訊理論（Integrated Information Theory）假設：所有生物個體的特定神經活動都與某個特定的有意識經歷相關，比如讀報，或者走過自家附近的街道，在這些經歷中，被同時激發的大腦區域越廣泛，那麼被整合在一起的感官、情緒、認知信息也就越多，因此，該生物個體產生的意識也就越多。
「雖然屏狀核並不是產生意識的溫床，
但它很可能是引導意識的司機。」
2013年，託尼尼和他的同事馬西米尼（Massimini）提出的一種研究方法不僅可以支持整合資訊理論，還可以將它量化，得出一種被稱為擾動複雜性指數（Pertubational Complexity Index）的數據。在獲得該指數的過程中將會刺激特定區域的腦皮質，幹擾器功能，並引發其他區域腦皮質的反饋，從而幫助研究人員建立映射關係並測量數值。當受試者處於睡眠狀態中時，神經反應活躍度將受到很大限制，但是在清醒受試者的大腦中，神經活動則更廣泛、更複雜。託尼尼解釋說，測量這些神經活動的數值，就是在量化意識本身，該研究方法可以幫助人們了解一名沒有反應的病患到底是處於植物人狀態，還是處於有意識狀態，只不過被限制了溝通交流的能力。
（www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23946194）
雖然整合資訊理論的量化研究方法相當出色，但仍需指出，當這種研究方法把神經活動等同於意識本身時，就是在偷換概念。雖然我們可以量化神經活動，並把數據與特定的有意識體驗進行關聯分析，但在邏輯上這並不足以說明該研究方法就是在量化意識本身，這太過於簡單粗暴了。但從這個概念上打一個比方，把神經活動模式等同於意識本身，就好像是遠遠地指著一幅貼在牆上的世界地圖宣布：「喏，那個就是哥本哈根。」
Pharmaceutical Technology
不管怎麼說，今天的研究者們仍然在致力於通過整合信息理論來建立神經活動與意識之間的關係，但是目前對於該理論的應用主要是通過人工智慧算法糾正測量擾動複雜性指數時出現的誤差，這有益於發現意識在這些神經活動中留下的蛛絲馬跡。總之，如今這一領域又面臨著新的挑戰，更多可驗證的、關於意識之源的新理論層出不窮。但是科學家們仍然要和那個幾百年前就懸而未決的問題繼續抗衡，自從笛卡爾的時代科學家們就百思不得其解：意識到底是什麼？我們該如何通過研究大腦來研究意識？
一些哲學家想像意識就是由大腦自然產生的，就好像腸胃分泌消化酶，膽囊分泌膽汁。（事實當然並非如此。）但這恰好說明一點，科學家們期待用機械化的機制來描述意識的產生過程，而這種樸實的盼望本身很可能就是阻礙這項科學進步的問題所在。把特定的有意識體驗聯繫到某個特定的神經結構區域，想做到這一點其實並非難事，比如晚餐散發的味道、桌子產生的距離感、廣播中的歌聲，但是要知道：意識本身並不是一塊塊鏡子的碎片，各自反映著某一個特定的有意識體驗。正相反，意識是某種內部互相關聯、整體完整合一的體驗，其中既包含有意識個體的全部身體，也包括個體所處的環境——比如大腦和消化系統之間的聯繫，對於形成有意識情緒來說就至關重要。
也許有一天，科技將實現科幻電影中的想像，在計算機中複製一種能夠比擬意識系統及其活力的東西。或者，就像科赫對意識做出的驚人評論那樣：當今這種在意識與物質之間非黑即白的二元認知極限才是阻擋我們在大腦中尋找意識來源的最大障礙；如果真的存在一個有形的意識物質源頭，那麼那個物質源頭也許就在體驗著自己的存在感。當然，這種結合了活力論、唯物主義、泛靈論思想（即這種物質源頭本身就擁有意識元素）的評論聽起來相當奇怪，但是別忘了，意識本來就不是平凡之物。不僅如此，這種玄幻的說法甚至還能支持唯物論者克裡克最初對意識與物質的猜想——物質本身就是奇妙而特殊的，完全有資格用來破解意識之謎。
文/Marco Altamirano & Brian N. Mathur
譯/奈落&悟心鬼
校對/齊木楠雄
原文/nautil.us/issue/79/catalysts/where-is-my-mind
本文基於創作共同協議（BY-NC），由奈落&悟心鬼在利維坦發布
文章僅為作者觀點，未必代表利維坦立場
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