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追踪大脑的活动,揭开“意识”的奥秘

来源:解放日报
2021-03-20 09:24:16

  原标题:追踪大脑的活动,揭开“意识”的奥秘

  ■梅剑华

  每个人都拥有自己独特的、无法与他人直接分享的主观意识世界。我们的物理大脑究竟是如何产生如此丰富多样的意识的?英国神经科学家、牛津大学林肯学院高级研究员苏珊·格林菲尔德,通过追踪大脑一天的活动,讲述了科学界关于意识的发现之旅,向读者揭示了“意识”的科学奥秘。

  从早上醒来、外出遛狗,到办公室工作、夜里做梦,格林菲尔德探索了我们的日常经验是如何被转化为细胞、分子和化学信号的,并由此探究了大脑如何塑造我们的独特自我这一永恒的谜题。

  答案就在她的新著《大脑的一天》里。

《大脑的一天》 [英]苏珊·格林菲尔德 著 韩萌 范穹宇 译 上海文艺出版社

  以日常意识经验为研究起点

  英国神经科学家苏珊·格林菲尔德的新著《大脑的一天》,在解释亿万年演化的大脑机制时,采用了一天的日常视角来解释大脑意识经验。毕竟,最开始让我们困惑的并非学院的专业问题,而是生活中与周遭世界打交道时带来的实实在在的感受。大脑意识研究尽可以有概念思辨,尽可以在实验室中重复验证,但最终还是要能帮助我们理解日常感知的种种现象:为什么我在美术馆看不出某幅现代派作品的奥妙之处,而专家就能看得出?为什么有的人总会被干扰,而有的人却能保持专注?诸如此类。从日常感知开始探究意识,作者拉近了科学家和普通人之间的距离。

  神经科学的意识研究分两类:第一类研究意识的产生和演化,例如达马西奥、迪肯等;第二类研究意识的神经相关物,例如DNA双螺旋结构的发现者克里克和他的合作者科赫、迪昂和格林菲尔德等。克里克和科赫长期从事意识的生物学研究,他们认为意识经验(尤其是视觉经验)可以被还原为大脑的生理机制,将具体的视觉经验定位在关键性的大脑区域,甚至是特定的神经元细胞群。格林菲尔德也聚焦于意识的生物学研究。但和克里克不同,她认为意识研究应该以日常意识经验为起点,而不是以实验室中的控制实验为基础。《大脑的一天》“通过经历生活中一个个‘跌宕起伏’的事件——醒来、吃饭、工作、玩耍、遭遇困难以及做梦等——来看一下我们何以可能在大脑中(更确切地说),将特定的主观状态与一种截然相对立的客观事件的量化描述建立联系”。

  脑袋里住着“麻脑壳”吗

  格林菲尔德关心意识研究的根本困难:科学研究是第三人称的、客观的、量化的;意识经验是第一人称的、主观的、定性的。如何用客观的科学理论去解释主观的意识经验?科学理论和意识经验二者之间存在一道解释鸿沟。自20世纪80年代以来,解释鸿沟问题一直是心智哲学中头等重要的话题,也是当代哲学-科学的重大问题。

  她在书中提出了神经元集合假说,试图对解释鸿沟做出回应:“这一描述框架可以将主观的、现象学术语和客观的、生理学术语对应起来。”格林菲尔德认为,当神经元的个数结合具有一定数量的时候,就具有相应程度的意识。因此,意识既不是全局性的(整体的大脑),如迪昂和巴尔斯认为的那样,也不是完全地方性的(某个脑区),如克里克和科赫认为的那样,而是处在地方和全局之间的中观层次。她选择中道,坚持中间层级的不同脑区之间的神经元联结而成的神经元集合假说。

  书的第一章“在黑暗中”,具有双重含义。一方面,人的一天从黎明前的黑暗开始;另一方面,作者指出当前的意识研究尚处在黑暗之中。神经科学和哲学缺乏共同认可的假设,甚至哲学家之间关于意识的基本预设都是互相冲突的。作者自觉到这一基本困难:即便我们可以了解到大脑的神经状态,我们也很难将这些剧烈的神经生物活动与我们每天生活中体验到的、日用而不知的意识特征相联系。

  在作者看来,意识并不能完全通过定义来得到理解,觉醒、觉知、潜意识、自我意识、无意识都和意识难分难解,每一种心理现象都只是意识的一个面向。有人能喝出青岛啤酒和百威啤酒的不同,有人能沉浸在美好的音乐中忘记自我,有人灯下读诗浮想联翩,有人江舟独坐心境寂寥,凡此种种都是有意识的经验,但并没有一个意识的定义满足所有实际的意识现象。日常感知的经验并非量化标准可以穷尽。作者列举了种种神经科学、哲学的意识理论,一一加以批评。

  作者关心的大脑研究进路乃是意识的神经关联研究(NCC)。如前所述,克里克和科赫聚焦意识的神经生物学,尤其是视觉体验。问题在于,将意识简化为单一感觉,可能对意识状态无法做出很好的理解。即便在实验室里,也无法孤立研究某一种感觉。实验研究表明,气味能影响人的理性判断。五种感觉之间的互通,也会导致感觉之间的互相影响。看到了红色的辣椒,你就感觉到有点辣,望梅能止渴。你尝到的食物味道,不是单纯的感觉,而是一种综合了不同感官经验的感知。钱锺书先生在《论通感》中对此有过阐论。绘画研究也关注到诸如绘画中的听觉效应。克里克、科赫的还原论思路无助于理解意识。更何况,他们还搁置了对于人类生活最为重要的感情、自我意识等的探究。

  心理现象同样存在只能描述、不能解释的困难。但是,科学家不能主张理解的“寂静”,仅仅描述意识现象,还需要回答何以如此。毕竟,求理解是人的天性。

  当还原论行不通的时候,有科学家诉诸“小人”隐喻,即大脑内有无数的小人(迷你大脑)。当我们谈到大脑的“中枢”时,假设大脑中有一些特定部分,这部分负责视觉,那部分负责推理,另外部分负责运动控制……就像《麻脑壳》连环画中,有一群叫“麻脑壳”的小人儿生活在一个人的脑袋里,每个人有每个人的工作。但谁负责指挥这些“麻脑壳”呢?难道“麻脑壳”里还住着“小麻脑壳”,“小麻脑壳”里住着“小小麻脑壳”吗?在作者看来,这不过是将问题变得越来越“小”,但并没有解决它。

  时而平静时而汹涌的“大海”

  很多意识研究的大脑定位理论也许有助于一些实际的医学治疗,但对于理解意识经验则收效甚微。在经验层面,不管是找到了哈莉·贝瑞神经元还是祖母细胞抑或是像彭罗斯的“微管”,都不能直面意识问题。在理论层面,无论是全局工作空间理论还是丹尼特的多重草稿模型抑或是托诺尼的信息整合理论,种种理论和大脑的经验探究并无根本差异。一言以蔽之,都在使用量化标准(大脑扫描图、数学公式)去寻找非量化的意识。执有以驭无,似乎是个“不可能完成的任务”。

  不妨从日常感知开始,看看物理大脑之“水”是如何酿成主观经验之“酒”的。书中第二章首先分析了睡眠和麻醉这样的无意识状态。通常来说,睡眠具有五个不同阶段,从意识模糊到快速眼动睡眠,每一个阶段都有意识的参与。美国医生古德拉描述了麻醉的四个阶段:失去痛觉经验、意识状态不受控制、失去基本反射能力(瞳孔放大),最后处于深度无意识状态。研究表明,意识经验的增强依赖于各个脑区之间的联系;联系越弱,意识越少,但并不等于虚无。清醒、睡眠、麻醉,无论你处于何种状态,意识经验永远在场。这也是为什么笛卡儿从“我思”来定义“自我”的缘由。格林菲尔德和笛卡儿的理解有所不同,在她看来,身体活动和意识经验之间的关系难分难解,须臾不可分离。

  身体活动伴随意识经验,身体的活动需要时间。理解意识不要从某一刻的意识状态出发,最好从具有时间历程的意识过程出发。“发生在介于宏观脑区和微观单个神经元之间的层面:这是瞬间的、集体的脑细胞活动形成的一个中层组织,为了适应各种意识深度,它每时每刻都在不断扩大或缩小。”大脑不是一个僵化规整的建筑,而是时而风平浪静时而波涛汹涌的大海。作者提出的神经元集合假说就是对大海这种形象说法的理论抽象,这源起于1949年加拿大心理学家赫布提出的神经元理论:相邻的神经元往往同步,像一个密切联系的团体,突然一起开始活跃。单个孤立的脑区与意识没有一一对应的关系,而是神经元集合以某种方式对意识的产生和丧失产生联系。作者利用光学成像技术——一种可以观察大脑过程而非大脑切片的技术——获得了实验上的证据支持。这就是格林菲尔德在意识研究领域的独特贡献。大海的隐喻表明意识经验和物理活动之间的关系并非截然二分,而是“体用一源,显微无间”。

  不同感觉间的通达与补偿

  一天的旅程始于遛狗:遛狗就是散步,牵的是狗,遛的是人。尼采说:“所有真正伟大的想法都产生于行走之中。”守时的康德,每天下午四时出来散步。海德堡至今有一条哲学小道。散步对于思考颇为重要。研究表明,按照自己的节奏散步,有利于改善工作记忆。尤其在自然环境中散步,优于在嘈杂的城市中散步。哲学家、艺术家喜欢乡间田野生活,并非完全是时代观念使然,也是因为这对启发思考有帮助。散步及散步时周边环境不仅对人类感知产生影响,对动物感知亦是如此。动物在充满刺激的环境中进行互动,会提升其认知能力。研究表明,把老鼠放在丰富可互动的环境中三周后,与处于枯燥环境中的老鼠相比,它们在行为上表现出了显著的差异。大脑对周边环境的反应会改善脑细胞,就像锻炼肌肉一样。大脑运动会改善大脑,无论是学习语言还是做数学题、弹钢琴,都会对大脑的发展做出贡献。

  生活不仅需要思考,还需感受生活本身。五官感觉就是日常感知的基本接收器,不同感觉之间互相通达补偿。听音乐,脑海里会浮出画面;读诗歌,耳边似有音乐响起。钱锺书解“红杏枝头春意闹”,“把事物无声的姿态说成好像有声音的波动,仿佛在视觉里获得了听觉的感受”。他引培根说,音乐的声调摇曳和光芒在水中荡漾,那不仅是比方,而是大自然在不同事物上所印下的足迹。五种不同的感觉互相影响,或加强或削弱,最终形成整体感知。

  作者引用大量的案例,细致地讨论了感觉的种种细微差别和关联。视觉最重,其次是味觉、触觉和听觉,最后是嗅觉。感冒会让很多人觉得食物索然无味,因为鼻塞会让你闻不到食物的味道,从而影响你舌头的味觉。登高望远,山川俊秀,碧空如洗,让你产生一种开阔宏大的感受。你的所见、所闻、所嗅、所触,形成了一种整体感知。这些感知凝成了语词,表达了此刻的感受:“江流天地外,山色有无中”“无边落木萧萧下,不尽长江滚滚来”。说的是自然地理,传达的是人类情怀。

  感受不仅是人类生活的重要一面,人们在工作中,对环境的不同感受也会导致不同的工作状态。例如,蓝色促进情绪和记忆,绿色让人感到平静,红色让人警惕。因此,红色常常被用为警戒色。

  另外,老年人的记忆减退,年轻人的情感紊乱,在格林菲尔德看来,都是神经元集合活动的减弱。她建议用音乐治疗、记忆训练等来克服此类生理疾患,她的建议虽无新意,但值得信赖。

  无法跨越的鸿沟

  俗语说“日有所思,夜有所梦”。实验表明,大多数梦都与日常生活相关。作者运用神经元集合假说做了区分:个体感受到的主观疼痛感的级别与异常大的神经元集合有关,而做梦则可能与异常小的神经元集合有关。这就解释了为什么疼痛在做梦时会被抑制。梦中的神经元集合越大,人就越清醒,越可能梦见清醒时体验到的现实。

  梦中醒来,新的一天到来。神经元集合假说似乎为大脑的一天或大脑的无数天提供了好的解释。让我们回顾一下格林菲尔德提出的这一模型:“在活跃的脑细胞形成神经元集合的过程中,不同的因素以不同的方式决定集合最终的大小(涟漪的范围),而这有时由感官刺激的程度(投掷石头的力度)、认知关联的程度(石头)、调节因子的可用性(水潭的黏性),以及与之竞争的新集合周转率(随后投掷石头的次数)所决定的。如我们在一天中的许多不同场景中反复看到的,所有这些因素都会时刻定义某个独特集合的范围。”

  格林菲尔德同时也意识到了神经元集合假说的局限性,因为即便我们找到了模拟神经元的合适的数学工具,也找到了对意识产生关键作用的“元集合”,我们依然很难在客观物理现象和主观个人意识之间建立因果联系。统计学有句行话,“相关不蕴含因果”,即便用最抽象的数学也无法跨越从“相关性”到“因果性”的鸿沟。但无论如何,一天的大脑旅行,还是可以让我们对意识问题有了较为深入的理解。

  在结束本文之前,我想对作者的立场提出一个质疑:即便找到了客观物理现象和主观感受之间的因果联系,我们依然不能跨越意识的卢比孔河。因为用完全客观的语言去解释完全主观的意识,用量化手段去追寻质性经验,是犯了基本的范畴错误。缘木求鱼,终不可得。也许我们需要扭转谈论意识的基本框架,乃至要改变自牛顿力学以来的因果观念,如迪肯在《不完备的自然》中所主张的那样。

  (作者系首都师范大学哲学系教授)

责任编辑:韩瑞敏

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