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格林菲爾德的觀點可以總結為「意識是由腦整體功能在量上的增大所產生的。」她說:「我的基本假設是,對意識來說,並不存在有哪種特定的腦區或是特定的神經元集群具有某些內在的奇妙特性……一種可能性更高的觀點是,意識並非由腦內某種特殊性質產生的,而是由腦整體功能在量上的增加所產生。當腦(的活動)增加時,意識也增強了。」她認為意識的程度隨時都在變化,而任一時刻神經元集群中活躍的神經元數也和意識程度相關。她以麻醉對意識的影響為例,來支持她的論點。
科赫用閃現遏制(flash suppression)非難格林菲爾德的觀點。他和學生讓受試者的一隻眼睛(例如右眼)看一張恆定的但不是那麼清楚的滿臉怒氣的灰色人臉,然後給另一隻眼睛投射不斷變化著的彩色馬賽克圖案,這時受試者對人臉的知覺就完全受到了遏制。此種遏制可以持續幾分鐘之久,不過要是讓受試者眨眨左眼,他還是可以看到這張臉的。初級視皮層中有大量神經元集群對來自左眼的刺激有猛烈發放,但它們對意識毫無貢獻。他認為這是格林菲爾德把大群神經元協調一致的活動作為NCC的理論所解釋不了的。
格林菲爾德對科赫的批評是:跟其他的腦區和神經元比較起來,科赫沒有說明他所謂同意識相關的特定腦區和神經元究竟有哪些特殊性質。她認為科赫把不同的意識覺知歸於特定的腦內連接是「21世紀的顱相學」。她還認為科赫過於強調大腦皮層對意識的重要性,但是某些鳥類也有意識,儘管它們根本沒有大腦皮層。她認為不能把意識分成許多不同的、彼此平行的體驗,各種感覺之間會相互影響。她認為科赫所舉的反駁她的例子,只能說明意識的內容而不是意識本身。
也許在這場爭論中,兩人強調的是意識的不同方面,科赫強調的是某個時刻意識的具體內容,而格林菲爾德則強調了整個意識狀態,這兩者是有區別的,儘管如何確切定義後者依然是個問題。
埃德爾曼也不同意把意識的神經相關機制限定於某個特定腦區或者具有某種特性的神經元活動。雖然他也用了類似NCC的概念,但是他認為,產生意識至少需要大腦皮層-丘腦系統和腦幹網狀結構的聯合活動,而不只是大腦皮層中的某些特定區域[4] 。他更強調意識的全局性質,認為把意識歸結到特定區域和特定神經元的特定模式活動,是犯了一種「範疇性錯誤」,也就是要事物具有它所不可能有的性質。他認為正確做法是研究所有的意識過程有什麼共同特性,意識在什麼條件下才會產生,然後研究什麼樣的神經過程也具有類似的特性,由此提出假設說明,什麼樣的神經過程對產生意識有貢獻。在他看來,意識的最顯著特性是整體性和信息性(高度的複雜性,也稱為分化性)。他甚至提出刻畫這兩個特性的定量指標,從而為定量研究意識程度提供了可能。科赫認為他的理論過於注重意識的全局性。
德阿納的「全局神經工作空間」理論認為,意識就是在整個皮層中廣泛擴播而被共享的全局信息。這種擴布發端於一些有長軸突的特殊大神經元,這些神經元的軸突散布到腦各處,從而把腦整合為一個整體。它們構成了他所謂的全局神經工作空間,並和感知覺系統、長時記憶系統、評估系統、注意系統以及運動系統息息相關,同時使這些系統得以通過這一平台隨時交換信息。腦內有許多局部處理器,每個局部處理器都專門執行某類操作。全局工作空間則是一種使局部處理器能夠靈活分享信息的通訊系統。在任何特定時刻,工作空間都選定由某些處理器組成的子集,建立它所編碼信息的協調一致的表徵,在內心保持一段時間,並擴布回幾乎所有的其他處理器。當它們的活動同步化成大規模的全局通信時,就會觸發一陣高強度活動,由此進入工作空間的信息就被意識到了。在他的這些想法中,有關全局神經工作空間的組成以及意識到的內容的動態變化,倒是跟科赫的看法不謀而合。因此,這些看似水火不容的觀點,在經過爭論之後說不定最終也會互相取長補短和達成共識。

德阿納的全局神經工作空間理論的圖解表示。圖中小圓表示局部處理器。(圖片引自參考文獻[2])
意識是否是物質的一種普遍性質,並可以度量
大家都肯定我們自己是有意識的,而且由於其他人在類似情況下表現出和我們自己類似的行為,因此相信別人也是有意識的,進而推斷我們的靈長類近親有某種程度意識。這樣就自然產生了一個問題:
動物界進化到什麼程度才開始有意識?
人們曾經認為只有靈長類才有意識,但是以後發現大象和海豚等動物也知道照鏡子除去自己身上不能直接看到之處的雜物,說明它們已經有了自我意識。許多人也相信貓、狗等寵物是有意識的,這樣就把有意識動物的界限劃到了哺乳動物。但是以後又發現,鴉類也能通過鏡子測試,儘管它們沒有大腦皮層。這樣有的人就把這種界限劃到了鳥類甚至爬行動物。然而如何判斷一個對象有沒有意識,除去測試自我意識的鏡子測試外,沒有其他的客觀測試方法。反之,通不過鏡子測試未必能說明受測試者沒有意識。因此,如何判斷動物是否有意識,及其意識的程度,甚至智能機器是否有意識,就成了爭論不休的問題。
托諾尼在他和埃德爾曼的合作基礎上,於2004年提出了一種「整合信息理論(integrated information theory)」且不斷加以修正[5] 。科赫對此表示認同,他把整合信息理論稱為「有關意識的唯一一個有希望的基本理論」。
托諾尼認為,要想形成主觀的感知覺體驗,腦必須把輸入的感覺信號和儲存在記憶里的信息整合起來,才能形成有關世界的協調一致的圖景。問題是怎樣把這種直觀的想法精密化,為此他提出了有關意識的五條基本性質作為不證自明的公理,不過其核心依然是他在和埃德爾曼長期合作中所形成的有關整體性和信息性的思想。關於如何評價意識程度等的理論研究就從這些公理出發,再通過實驗和觀察來檢驗這樣得到的研究成果是否與實際情況相符。
按這一思路,研究意識首先從承認意識的存在出發,然後總結大家公認由意識表現出來的基本特性作為不證自明的「公理」,接著就跟歐幾里得從幾條無需證明的公理出發研究歐氏幾何一樣。這些公理包括:存在性(existence)、結構性(composition)、信息性(information)、整體性(integration)、排他性(exclusion)。
存在性是說,意識確實存在,至少「我」可以絕對肯定「我」自己是有意識的。
結構性是說,意識的內容有一定結構,其中有許多不同方面。例如對眼前景物,我們可以同時意識到其中有許多不同顏色、不同形狀、處於空間不同部位的內容等。
信息性也就是埃德爾曼和托諾尼早就一再強調的分化性,即在任一時刻,意識所體驗到的都只是無數可能場景中的某一特定場景,而排除了所有其他與此不同的可能性。
整體性也是埃德爾曼和托諾尼一再強調的。每個體驗都是統一、協調一致的整體,而不能分解成許多相互獨立的成分。例如當看到一個紅色三角形時,「我」體驗到的就是一個紅色三角形,而不會同時體驗到一個沒有顏色(或灰色)的三角形和一種無所附著的紅色。意識的整體性源自腦內相關部分之間複雜的相互作用。
排他性是指意識無論就內容、時空尺度來說都是確定的,不會同時有多個體驗、或者以不同的速度展開內容多少有所不同的多個體驗。
站在這些公理的基礎之上,他們認為,如果一個系統要有意識的話,那麼這個系統就必須具備和上述公理相應的性質,它應該是一個有極大量可能狀態的統一整體,為此有關腦區之間必須有交互作用。一旦這些腦區之間開始失去連接,或者其組成部分失去特異性,意識就會消退,這就分別是在深睡或麻醉和癲癇發作時的情形。意識的程度可用該系統超越其各組成部分所含信息量的信息量來度量,他們把這稱為「整合信息(integrated information)」,並用符號Φ來表示,以度量一個系統不能被還原或簡約為其組成部分在互不相關時所具特性的程度。所以,有高Φ值的系統必定是由一些各具特異性的部分所組成、然而又高度整合在一起的系統。他們希望用這樣一個量來度量意識的程度。確實,它也能解釋一些問題,例如小腦雖然神經元比大腦皮層還多,卻沒有意識,這是因為小腦各個模塊之間缺少像大腦皮層各腦區之間的複雜雙向聯結,因而Φ值低。相反,丘腦-皮層系統內部有著大量雙向的相互聯結,因此被認為是NCC的可能所在地。不過當深睡和癲癇大發作時,大腦皮層各部分的活動高度同步,缺乏特異性和信息性,其Φ值也低,在這種情況下即使丘腦-皮層系統也沒有意識,或者說意識程度很低。
最近切魯洛(M. A. Cerullo)和科爾定(K. P. Kording)對托諾尼的理論提出了批評,尤其對他把整合信息與意識等同起來的說法不以為然。他們指出:
如果沒有進一步的論據,不能認為信息排他性是不證自明的,也沒有理由認為整合信息會產生(或者就是)意識(換句話說,整合信息對意識來說還不充分)。就算意識排他性是正確的,最多只能講整合信息對意識是必要的,但並不充分。
其他人也對托諾尼的理論提出過批評。在2014年的意識科學會議上,托諾尼做了相關報告,布洛克(N. Block)舉手發言說:「你提出了某種理論,我只是不太明白這講的究竟是什麼。」切魯洛認為這一理論其實是某種泛體驗論(即認為任何東西都有體驗的一種學說)。縱使這種理論是正確的,它對幫助我們認識或預測自己主觀體驗的那種意識也毫無用處。
在筆者看來,托諾尼的五條公理中,前兩條非常泛泛,對任何稍複雜一點的系統都成立,排他性和信息性很難區分,所以托諾尼的五條公理,其實核心部分還是埃德爾曼的整體性和分化性兩條。儘管意識表現出這兩個性質,但是許多別的系統也有這種性質。科赫曾經批評這可能淪為現代版的泛靈論,不知道他為什麼從這一立場後退了。因此,筆者也認為他們的五條「公理」只給出了存在意識的必要條件,他們所定義的Φ值只適合刻畫有意識程度的某些方面。上述指標完全沒有涉及意識的主觀性和私密性這樣最關鍵的特性,也看不出主觀性和私密性如何能從整體性和分化性里突現出來。如果他們提出的五條公理並不是存在意識的充分條件,那麼即使某個系統有非零的Φ值,它也未必具有某種程度的意識。筆者還以為,期望通過制定一些定量指標來全面描述意識的所有方面,這是一個不可能完成的任務。當然,Φ值可能給出了度量意識某方面的定量指標,這一理論嘗試用一種新的、嚴格的、同時採用數學和經驗的方法去探索心身問題的新途徑,這還是值得人們關注和深入探討的。其他人則曾試圖從意識的其他方面來定義測量意識程度的定量指標,例如格林菲爾德試圖用麻醉程度的深淺來度量意識程度。這存在同樣或甚至更大的問題,因為麻醉並非一種自然狀態。不管怎麼說,這些探索在我們開始進行意識研究的長征時都是有意義的,只不過對它們的局限性須保持清醒的認識。
推而廣之,埃德爾曼和托諾尼所遵循的通過研究意識一般性質以探明意識機制的研究路線,都存在著類似問題。尤其在迴避了意識主觀性和私密性問題的情況下,任何從現象中提取出來的「公理」體系都難以保證產生意識的充分條件得到滿足,儘管現在還不能排除:主觀性和私密性可能都只是高度有組織的、包括大量具高度特異性組成部分的系統之突現性質,而無須作為意識的前提條件。
小結
意識問題的關鍵獨特之處在於意識具有主觀性。這種主觀性能否以及能在何種程度上與生理的、行為的指征相聯繫,決定了實驗科學對意識可達到的探究程度。關於腦內信息怎樣整合才會產生意識,德阿納的全局神經工作空間理論是一個很有意義的嘗試,不過他的理論似乎仍難於解答意識的主觀性之謎。僅僅把意識的某些性質(即使是重要性質)當作意識的全部性質而加以公理化,恐怕難以從根本上解決問題。當然,這樣的做法對於從某個角度刻畫部分意識程度,尚有一定意義。某個時刻意識的具體內容和整個意識狀態之間的關係也是一個有待研究的問題。
總之,意識的科學研究正在發展之中,而上述爭論對這方面的研究是一種推動力量。也只有回答了上面三個問題,才可以說意識之謎最終被揭開了。
參考文獻
[1] Blackmore S. Conversations on consciousness. Oxford: Oxford University Press, 2005.
[2] Dehaene S. Consciousness and the brain: deciphering how the brain codes our thoughts. New York: Viking Press, 2014.
[3] Koch C, Greenfield S. How does consciousness happen? Scientific American, 2007, 297(4):76-83.
[4] 埃德爾曼 G M. 意識的宇宙. 顧凡及, 譯. 上海: 上海科學技術出版社, 2004.
[5] 托諾尼G. PHI:從腦到靈魂的旅行. 林旭文, 譯. 北京: 機械工業出版社, 2015.
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