導語

意識是一個十分重要而複雜的問題，近年來，意識科學和意識心理學取得了許多重要的實質性研究成果。本文通過研究裂腦人實驗、自由意志等實驗，帶你入門並展望這一研究領域。

如果你希望入門或深入研究複雜系統、人工智能、計算社會科學等跨學科前沿領域，請登錄集智斑圖網站，這裡有豐富的探索路徑：

https://pattern.swarma.org/

本文首發於集智斑圖：https://pattern.swarma.org/path?id=13

什麼是意識科學

有關意識的研究可以分為三個層面：形而上學層面、現象學層面、以及實證科學層面。

• 形而上學：關注意識的解釋性問題（Why），主要由心靈哲學進行探討；
• 現象學：關注的意識的描述性問題（What），主要由現象學、語言學、主觀體驗描述進行探討；
• 實證科學：主要關注意識的功能性問題（How），即意識科學在綜合形而上框架和現象學界定基礎上，結合不同研究方法進行實驗，通過腦神經科學、認知心理學、生物學、物理學、信息論、複雜系統科學等實證科學進行探討。

從認知神經科學視角，意識可以分為三個水平或維度的研究（Stanislas Dehaene,2017），這種區分有利於劃定人與機器的智能水平。

論文題目：What is consciousness, and could machines have it?

論文地址：https://science.sciencemag.org/content/358/6362/486

C0：無意識加工 (Unconscious processing)，包括知覺恆常，意義提取，無意識控制、決策、學習等C1：總體可用性 (Global availability)，對無意識模塊整合，通過注意力篩選，進入意識的全局工作空間

C2：自我監控 (Self-monitoring)，反身表徵自我，包括元認知、信念推理、誤差檢測、元記憶和現實監控等

以上 C0、C1、C2級的意識大體對應心靈哲學中的取用意識（Access consciousness）、現象意識（Phenomenal consciousness）和自我意識（Self-consciousness）或敘事意識（Narrative consciousness）。注意後面層級的意識往往會包含前者。

本入門路徑會忽略諸多心靈哲學探討，主要基於神經科學和認知心理學介紹意識的科學實證研究情況。

綜述

儘管現代心理學先驅之一的威廉·詹姆斯（William James）在《心理學原理》中曾經將意識作為心智研究的核心問題，並闡述了大量有價值的研究見解。但限於 20 世紀的科學發展水平和人們對意識的認知水平，意識科學研究在相當長一段時期都被視為禁區。

例如，在 20世紀60年代中期，雖然主導心理學研究的行為主義正在退潮，全新範式的認知科學正在興起，科學家們得以研究在外在刺激和行為反應之間作為中介的內在精神狀態。但是試圖解釋意識依然在很大程度被視為禁區。其中包括認知科學發起者之一、短時記憶的發現者喬治·米勒（George Miller，1962）。英國心理學家 Stuart Sutherland 看法最為典型：「意識是一種難以捉摸的現象，不可能說明它是什麼，能做什麼，從哪裡來。在它上面沒有寫著任何能值得讀出來的東西」（Stuart Sutherland，International Dictionary of Psychology，1989）。

裂腦人實驗

第一次對意識實證研究的突破，是認知神經科學之父邁克爾·加扎尼加（Michael Gazzaniga）和 R. W. Sperry 在 1950 年代做的有關裂腦人研究。他們的第一次實驗是新澤西州進行，對一些受傷的二戰老兵進行了胼胝體切除術。實驗表明，被切開後每個大腦半球都能獨立感到視覺刺激，但只有左半球大腦能夠提供口頭報告。

圖1：裂腦人研究

論文題目：Some functional effects of sectioning the cerebral commissures in man

論文地址：https://www.pnas.org/content/48/10/1765

後續研究顯示，軀體感知系統、運動系統以及許多其他感知和認知系統都可以被類似進行分割，但除此之外的系統——例如情緒，則保持不變。

論文題目：The split-brain: Rooting consciousness in biology

論文地址：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28122878

單一大腦能容納獨立意識主體的程度仍在激烈爭論中，（Gazzaniga,2014；Pinto,2017；Sasai,2016）。可能是因為這一觀念挑戰了我們最深的認知信念之一：意識必然是統一的。

論文題目： Split brain: divided perception but undivided consciousness.

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28122878

論文題目：Functional split brain in a driving/listening paradigm

論文地址：https://www.pnas.org/content/113/50/14444

病人H.M. 、遺忘症與情節記憶

意識的統一性在另外的研究中也受到了微妙的挑戰，例如內側顳葉的精神外科損傷治療，這是為了減輕頑固性癲癇的一種方法。其中最著名的例子就是對 Henry Moliason，即簡稱 H.M. 病人的治療。1953年，在包括中間顳葉在內的雙側海馬都被切除後，H.M. 治癒了癲癇，但留下了嚴重的順行性遺忘以及逆行遺忘症。

論文題目： LOSS OF RECENT MEMORY AFTER BILATERAL HIPPOCAMPAL LESIONS

論文地址： https://jnnp.bmj.com/content/20/1/11

在一系列的研究中，神經心理學家 Suzanne Corkin 和 Brenda Milner 發現，儘管 H.M. 生活在所謂的「永久的當下狀態」中（Corkin，2013）中，他卻仍可以學習新的運動技能，擁有完整的工作記憶和語義記憶，並且通常能夠獲得一系列內隱的（無意識）記憶。他受到影響的只是獲得新的外顯的、有意識的記憶的能力。

論文題目： Permanent present tense: The unforgettable life of the amnesic patient, H. M.

論文地址： https://psycnet.apa.org/record/2013-15290-000

這些發現不僅描繪了有意識和無意識記憶的新地圖，還展示了我們表面的自我意識是怎樣統一的——其中起關鍵作用的情節記憶（episodic memories）——是如何分裂的，以及為什麼一部分持續存在，另一些部分卻丟失了。

自由意志實驗

自我意識的另一箇中心特徵是自由意志體驗，或者更準確地說，是意志（去做這或那的意圖）和主體感（是事件的起因）的體驗。

在這方面，Benjamin Libet 在20世紀80年代做了一系列直到今天仍富有爭議、並持續激發新研究的實驗。在研究中為了測出志願者從意識到決定到行動的神經活動時間，他設計了一個非常簡單的示範裝置。

圖2：志願者從意識到決定到行動的神經活動時間示範裝置

論文題目： Time of conscious intention to act in relation to onset of cerebral activity (readiness-potential). The unconscious initiation of a freely voluntary act

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6640273

Libet 首先在前面描述的實驗中觀察到，在進行運動前神經放電活動會有一個預先積累階段——即所謂的「準備電位」

論文題目： Hirnpotentialänderungen bei Willkürbewegungen und passiven Bewegungen des Menschen: Bereitschaftspotential und reafferente Potentiale

論文地址： https://link.springer.com/article/10.1007/BF00412364

圖3：意識電位圖

他的關鍵發現在於，這種放電積累活動是在參與者意識到他們的移動意圖之前幾百毫秒就開始了，從而挑戰了有意識的「意圖」是驅使手指運動原因的假設。

從那時起，對這個實驗的解釋就一直爭論不斷，並引發了許多引人入勝的新實驗研究：

論文題目： Voluntary action and conscious awareness

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11896397

論文題目： An accumulator model for spontaneous neural activity prior to self-initiated movement

論文地址： https://www.pnas.org/content/109/42/E2904

Libet 本人對有意識的意圖是隨附現象（Epiphenomenalism，即精神現象只是大腦事件副產品，沒有反向因果能力）這一觀點感到不舒服，並解釋為這表明在有意識的「意圖」和實際行動之間的時間裡，足以讓此時的意識行使某種「否決」生效。

然而，任何有意識的「否決」也可能具有某些可識別的神經先兆——因此，這個解釋本身並不能解決 Libet 所遇到的形而上困境。

論文題目： To do or not to do: the neural signature of self-control

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17715350

而在神經實證研究之外，理論神經科學家埃裡克·霍爾（Erik Hoel）從複雜系統和信息論方面進行研究，認為宏觀系統狀態（如大腦的心理狀態）可以湧現出新的因果能力，從而作用於系統的未來。這種否定意識作為隨附現象的還原論解釋的觀點雖然尚有爭議，但至少支持了法國著名神經科學家對意識的研究，即意識是有相當大作用的，例如抽樣解釋、延續思維、社會分享等（Consciousness and the Brain，ch3）。

論文題目： Uncertainty and causal emergence in complex networks

論文地址： https://arxiv.org/abs/1907.03902

克里克和科赫：最小神經關聯物

標誌意識研究在神經科學真正復興的事件，是發現 DNA 雙螺旋結構的著名生物學家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和合作者克里斯托夫·科赫（Christof Koch）於 1990 年發表的一篇里程碑式的論文：《邁向意識的神經生物學理論（Towards a neurobiological theory of consciousness）》。該論文以這樣一句話「令人驚訝的是，絕大多數意識研究的認知和神經科學工作都和意識毫不相干」開始。在這篇論文中，他們基於伽馬波約40Hz波段振盪，提出了視覺意識的專門理論。

儘管這一特定理論現在已不再被關注，但一個新的研究思路從此迅速發展：旨在揭示所謂的「意識神經關聯物」（NCCs）:「足以產生一個有意識感知的最小神經元機制集合」。

論文題目： Towards a neurobiological theory of consciousness

論文地址： https://authors.library.caltech.edu/40352/

如今無處不在的磁共振成像（MRI）掃描儀，以及老式腦電圖和非人靈長類動物研究中的侵入性神經設備的出現，使得對 NCC 的研究產生了實質性進展。神經科學家們不用擔心所謂的「困難問題」，即意識體驗是如何從「單純的」物質中產生的（Chalmers，1996），而是可以繼續尋找與特定意識體驗可靠相關的大腦區域進程。

論文題目： The Conscious Mind: In Search of a Fundamental Theory

論文地址： https://philpapers.org/rec/CHATCM

在過去四分之一世紀裡，至少在視覺或聽覺意識的研究背景下，在確定候選 NCC 方面取得了相當大的進展：

論文題目： Neural correlates of consciousness: progress and problems

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27094080

論文題目： Neural Correlates of Consciousness

論文地址： https://mitpress.mit.edu/books/neural-correlates-consciousness

論文題目： Should a Few Null Findings Falsify Prefrontal Theories of Conscious Perception

論文地址： https://www.jneurosci.org/content/37/40/9593

其中一個典型的方法是，在保持感覺刺激以及儘可能其他一切條件的恆定前提下，比較「有意識」和「無意識」情況下的大腦活動。例如，在雙眼競爭實驗中，每隻眼睛看不同的圖像，即使這樣感覺輸入保持不變，有意識的感知到的圖像也是交替出現的。

這些研究發現，初級視覺皮層區域的神經元反應——特別是 V1 ——跟蹤的是視覺的物理刺激而不是視知覺，而在更高級區域的神經元反應——如顳下皮層（IT）——則跟蹤知覺而不是物理刺激

論文題目： Activity changes in early visual cortex reflect monkeys' percepts during binocular rivalry

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8596635

論文題目： Neuronal correlates of subjective visual perception

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2772635

不過，隨後的人類神經影像學研究發現，初級視覺皮層的神經元活動確實與知覺控制有關。

論文題目： Neuronal activity in human primary visual cortex correlates with perception during binocular rivalry

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11036274

關於知覺轉變背後的神經機制，是在視覺信息流初期，還是在更高階的區域，如頂葉或額葉皮層，目前爭論仍在繼續。

論文題目： Can binocular rivalry reveal neural correlates of consciousness?

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24639582

除了競爭實驗之外，被稱為「掩蔽」（masking）的思路也被廣泛應用於意識科學研究中。這些研究範式能夠通過各種感知方式比較超閾刺激和閾下刺激的不同呈現。許多研究表明，可報告的意識知覺中激活了額頂網絡

論文題目： Experimental and theoretical approaches to conscious processing

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21521609

這兩個例子代表了許多研究結果；如 Boly 等（2017）Odegaard 等（2017），以及最近結果相互衝突的研究綜述。

論文題目： Should a Few Null Findings Falsify Prefrontal Theories of Conscious Perception 論文地址： https://www.jneurosci.org/content/37/40/9593

與此同時，另一方面研究集中於意識狀態的轉變，包括可逆的（如睡眠和麻醉狀態）（Masmini，2005） 和腦損傷後（例如昏迷和植物狀態）（Owen，2009）。在這方面研究的挑戰在於識別支持產生意識的神經機制，而不是與意識相關的神經區域。

論文題目： A new era of coma and consciousness science

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19818917

論文題目： Breakdown of cortical effective connectivity during sleep

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16195466

主要困難就在於，這種全局性的變化會對大腦和身體產生非常普遍的影響，因此很難將意識本身的神經機制隔離開來。此外在區分意識的「啟動」條件和實際支持意識狀態的神經機制方面，還有額外的困難。例如，某些腦幹損傷可以永遠消除意識，但是許多人認為腦幹僅僅是能促使意識狀態出現，而真正的意識「發生器」可能位於其他地方。（Dehaene & Changeux，2011；Merker，2007）。

論文題目： Consciousness without a cerebral cortex: a challenge for neuroscience and medicine 論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17475053

意識開關：屏狀核

弗朗西斯·克里克和科赫在很早就認為，大腦的意識狀態轉換很可能和屏狀體（Claustrum）有關。因這個區域和與大腦皮層多個區域有雙向連接。

論文題目： What is the function of the claustrum?

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16147522

在 2014年，有研究人員意外發現，對屏狀體進行電脈衝刺激，似乎能夠開/關意識，一名女子癲癇女患者失去了意識。

論文題目： Electrical stimulation of a small brain area reversibly disrupts consciousness

論文地址： https://www.epilepsybehavior.com/article/S1525-5050(14)00201-7/fulltext

2015年的另一項實驗，也支持屏狀核是意識開關。科學家們檢查了171位有創傷性腦損傷的退伍軍人，查看了他們的屏狀體損傷對意識的影響，發現屏狀體的損傷與意識喪失的持續時間有關，而與頻率無關。因此認為屏狀體在意識恢復中扮演重要的角色，而與意識的維持關係不大。

論文題目： The effect of claustrum lesions on human consciousness and recovery of function

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26186439

在 2017 年，美國艾倫腦科學研究院 （Allen Institute for Brain Science）的科學家們在小鼠大腦的屏狀核中發現了3個巨大神經元（Giant Neuron），這種神經元的軸突環繞了整個大腦的外周。使得屏狀核更加可能成為大腦意識開關候選

論文題目： A giant neuron found wrapped around entire mouse brain

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28252090

全局空間理論

一些新的理論伴隨著這些研究發展起來。最有影響力的理論之一是 Bernard Baars 在1988提出的「全局工作空間」（global workspace）理論。

該理論提出，在大腦中有模塊化和特定的處理進程競爭訪問「全局工作空間」，當他們在這個工作空間中進行廣播時，精神狀態就變得有意識，這樣他們就可以影響其他過程，包括口頭報告和行動。

最近，該理論的「神經元」版本，將全局工作空間與高度互聯的額葉-頂葉聯合網絡聯繫了起來，將有意識的感知與這些網絡活動中的非線性「點燃」聯繫了起來。這一立場與許多神經影像研究結果一致（Dehaene & Changeux，2011；Dehaene，2003）。

論文題目： A neuronal network model linking subjective reports and objective physiological data during conscious perception

論文地址： https://www.pnas.org/content/100/14/8520.short

工作空間理論傾向於用「訪問」來解釋有意識的感知，也就是說，只有當某種感知可用於口頭報告或以其他行為呈現，以及抵達其它認知過程（如記憶、注意力等）時，這種感知才被定義為是有意識的。這種觀點的一個優點是，意識狀態在實驗中很容易評估，因為根據定義，意識內容是可報告的。

然而，人們另一種常見的直覺是，知覺或現象意識，在任何時候都比我們能報告的都「更豐富」，因為報告能力受到尤其是記憶瓶頸的限制。有關現象意識和

論文題目： Two neural correlates of consciousness

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15668096

論文題目： No-Report Paradigms: Extracting the True Neural Correlates of Consciousness

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26585549

意識測量

認知科學家與心理學家 Tam Hunt 和 Jonathan Schooler 提出了一個意識測試框架，將各種可行的測定方法分為三大類，並命名為意識的可測量相關性，簡稱 MCC（Measurable Correlates of Consciousness）。

論文題目： The Easy Part of the Hard Problem: A Resonance Theory of Consciousness

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6834646/

MCC 包括意識的神經相關性、意識的行為相關性、意識的創造力相關性。

圖5：MCC

對意識的神經相關性測量，著眼於意識的神經基礎即意識神經關聯物（NCCs），可以通過腦電圖（EEG）、腦磁圖（MEG）、功能性磁共振成像（fMRI）以及經顱磁刺激等技術進行測量。在這方面法國神經科學家Stanislas Dehaene 做出了重要貢獻，他基於全局空間理論，找到了四個意識相關顯著標志：

論文題目： Consciousness and the Brain

論文地址： https://www.penguinrandomhouse.com/books/308282/consciousness-and-the-brain-by-stanislas-dehaene/9780143126263/

• 激活（Ignition）：刺激達到覺知閾值，腦激活強烈放大，拓展到多腦區
• P3 腦波：意識通達表現為在刺激約 13 秒時出現的腦電波
• 高頻振盪：在有意識加工時，電極測量到突然爆發的高頻振盪
• 同步化：在有意識加工時，遠距離腦區之間有信息交換的同步化現象 其中來自前額葉背外側皮質的“P3腦波”，是人類意識最重要的神經學特徵，可以用於研究植物人意識程度測量以及對新生兒意識程度測量。Stanislas Dehaene 已經成功預測哪些植物人更容易恢復意識狀態。

論文題目： Large scale screening of neural signatures of consciousness in patients in a vegetative or minimally conscious state

論文地址： https://academic.oup.com/brain/article/137/8/2258/2848092

另一方面，基於 Tononi 的整合信息理論， 意大利米蘭大學的西爾維亞·卡薩洛託（Silvia Casarotto）和同事對102名健康受試者和48名腦損傷但有基本反應能力和清醒的患者也進行了意識測量，分別在受試者有意識和無意識狀態下，用磁脈衝刺激大腦、並用腦電圖記錄腦電活動，接著再用“zip”壓縮算法，將腦電反應轉換成一個確定的數字，即擾動複雜度指數（PCI）的值。在參考參與者面談瞭解心理狀態後，研究人員確定，要斷定一個人有意識，PCI值至少應在 0.31 以上，而無意識受試者的PCI得分應低於0.31。

以這個值為參考，研究人員又對嚴重意識障礙患者進行了大腦刺激-壓縮測試（結果未顯示），結果發現，有一些個體其實是存在意識的：

論文題目： Stratification of unresponsive patients by an independently validated index of brain complexity.

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27717082

意識的行為相關性

對測定意識程度的對象無法直接與人進行交流，或者無法應用專用測試儀器設備，甚至沒有通常意義的頭部的情況，可以通過觀察意識的行為相關性找到某些線索，並推斷測試對象的意識程度，判斷它們具備哪一種意識。比較著名的測試方法有鏡子測試（The mirror test）：

論文題目： Reflections of Consciousness: The Mirror Test

論文地址： https://www.aaai.org/Papers/Symposia/Fall/2007/FS-07-01/FS07-01-012.pdf

意識的創造力相關性

在無法直接觀測對象的神經活動，又無法觀察其行為特徵，那麼就只能觀察測量對象創造的產物，即意識的創造力相關性。把被測定對象完成的創造性產物視為某種信息，則可以根據這些信息評估對象的意識程度。可以通過對對象造物進行類似圖靈測試（Turing Test）。

當前研究進展

現在是意識科學中最令人興奮的時代，最後這裡展望一下前景光明的研究方向。

就意識水平研究而言，基於「神經複雜性」（neuronal complexity）和「整合信息論」（integrated information）等一系列新理論給出了測量方案。

論文題目： Causal density and integrated information as measures of conscious level

論文地址： https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.2011.0079

論文題目： A theoretically based index of consciousness independent of sensory processing and behavior

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23946194

圖6：整合信息理論

其基本思想是，有意識的場景既是高度整合（每種意識體驗都是一個不可分割的整體）的，又是高度信息化（每一個有意識的體驗都是從眾多備選可能場景中選擇出的一種）的。這推動了歸納出相同屬性，對意識進行數學度量研究的發展。令人驚異的是，一些實際測量結果的數值顯示，在腦損傷後依然有可量化的「殘餘」意識，它不依賴於患者明顯的行為。

論文題目： A theoretically based index of consciousness independent of sensory processing and behavior

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23946194

對意識內容的研究，則繼續集中在區分意識和非意識感知的大腦區域或過程上。針對 NCC 方法的重複改進，新的實驗範式正在完善我們對意識感知背後的神經機制與行為報告之間相互作用的理解。

例如所謂的「無報告範式」（‘no report’ paradigms），可以從自動眼球轉動中間接推斷出意識知覺之間的轉換。儘管有相反證據，「無報告範式」依然挑戰了大腦前額葉腦區與意識感知本質相關的觀點：

論文題目： Binocular rivalry: frontal activity relates to introspection and action but not to perception

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24478356

論文題目： The threshold for conscious report: Signal loss and response bias in visual and frontal cortex

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29567809

與此同時，信號檢測理論（Green & Sweets，1966）等分析方法的進步也使得研究人員能夠在感知的客觀和主觀方面之間做出更嚴格的區分，並量化元認知（關於認知的認知）中可能與意識相關的個體差異（Barrett，2013；Fleming & Dolan，2012）。

論文題目： Signal detection theory and psychophysics / David M. Green, John A. Swets

論文地址： https://trove.nla.gov.au/work/7432279?selectedversion=NBD13637051

論文題目： Measures of metacognition on signal-detection theoretic models.

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24079931

論文題目： The neural basis of metacognitive ability

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22492751

在理論進展上，「預測編碼」（predictive coding）或「貝葉斯大腦」（Bayesian brain）方法有助於促進我們對意識感知的神經基礎的理解。這些方法，將感知建模為：對在附著在我們感官表面上模糊和嘈雜信號的隱藏原因進行推斷（可能是貝葉斯式）的一個過程（Frston，2009）。這顛覆了一些關於感知的經典觀點，認為是大腦自上而下的信號被提出來傳達真實的預測，而自下而上的信號只傳達主要是「預測誤差」——大腦在每一級處理中所預期的和得到的之間的差異。這個理論基於一個更廣闊而普遍的生物-物理學框架，被稱為

圖7：自由能量原理

論文題目： Causal Modelling and Brain Connectivity in Functional Magnetic Resonance Imaging 論文地址： https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1000033 論文題目： The free-energy principle: a unified brain theory? 論文地址： https://www.nature.com/articles/nrn2787

這個框架也對一些過去的發現提供了更有力的解釋，將意識知覺與自上而下信號的完整性聯繫在一起（Pascual-Leon & Walsh，2001）；並激發了進一步研究，如明確刻畫了晚期知覺預期情況，並研究是如何改變認知的（DeLange，2018）。令人鼓舞的是，這些想法提供了對某些臨床環境中異常感知的機制理解，其中精神病的積極症狀（如幻覺）就是一個很好的例子（Fletcher & Frith，2009；Powers et al，2017；Teufel，2015）。

論文題目： How Do Expectations Shape Perception?

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30122170

論文題目： Perceiving is believing: a Bayesian approach to explaining the positive symptoms of schizophrenia

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19050712

論文題目： Pavlovian conditioning-induced hallucinations result from overweighting of perceptual priors

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28798131

論文題目： Shift toward prior knowledge confers a perceptual advantage in early psychosis and psychosis-prone healthy individuals

論文地址： https://www.pnas.org/content/112/43/13401

自我體驗的意識研究也越來越受到關注，包括身體和身體所有權的基本體驗（Blanke等人，2015），行使意志和主體感的經驗（Haggard，2008），以及在「更高」的自我的方面，如情景記憶和社會感知。在這方面，虛擬現實和增強現實的發展（Legenhager，2007；Seth，2013），以及表徵內在感覺（來自身體內部的感覺）（Critchley，2004）的研究，正在預示著我們明顯的「自我」統一的體驗是如何從許多潛在可區分的子過程即時中構建出來的，以及這種構建過程中的失敗是如何導致各種精神疾病的。

論文題目： Behavioral, Neural, and Computational Principles of Bodily Self-Consciousness

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26447578

論文題目： Interoceptive inference, emotion, and the embodied self

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24126130

論文題目： Neural systems supporting interoceptive awareness

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14730305

意識的跨學科研究

意識科學是一門經驗實證科學，對意識的科學解釋最佳層級是意識的神經理論，然而正如心靈哲學和意識的認知理論（心理學和認知科學）都對意識實證研究都有極大促進一樣，從物理學、信息論、數學和複雜系統科學等領域對意識的研究，也產生了對整個意識研究的更底層的新框架和新方法。例如包括前面卓有成效的意識的信息理論-整合信息論，正在發展的自由能量原理、以及飽受爭議的意識的量子理論等。

最近，從複雜網絡角度對意識研究，以紐約城市學院 Francesca Arese Lucini 為首的四名科學家在arXiv發表了一篇預印本論文，得出了有關意識網絡的一系列重要結論。

研究者使用複雜網絡中k-核滲透方法（k-core percolation）進行數學建模，觀察了大腦由意識狀態向無意識狀態轉變時功能網絡的變化情況，發現意識狀態下大腦功能網絡有最多連接的核心部分（如視覺皮層和左額中回），與潛意識狀態時保持活躍的區域重合。

即意識與潛意識的功能網絡內核是完全一致的，核心網絡Kmax包括左視覺皮層、右視覺皮層以及和左額中回。

圖8：意識與潛意識的功能網絡

論文題目： How the Brain Transitions from Conscious to Subliminal Perception

論文地址： https://arxiv.org/abs/1903.09630

這項研究還表明，意識激活的核心外殼可能並不是一組固定的神經元，而是在給定時間根據特定意識知覺的功能需求而變化狀態的神經網絡。這和 Edelman 的“動態核心理論”（The Dynamic Core）一致的。

論文題目： Biology of Consciousness

論文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3111444/

也就是可以初步得出結論，意識網絡有兩個核心，一個是三個腦區潛意識網絡，另一個是多腦區的外圍動態核心，後者是意識科學迫切關注並正在尋求的聖盃。

結語與展望

從英國神經科學協會恰好誕生50週年的今天來看，可以說對意識的科學研究已經重新獲得了應有的地位。

作為思維和腦科學的中心主題，一個很大進展是我們現在已經知道了具身化和和嵌入式大腦是如何形成的，併產生多種意識水平、意識內容和意識自我的。當然，更多方面還有待發現。總之，激動人心的種種新理論、新實驗、新模型的結合，正在幫助對意識科學純粹相關性研究，轉為包括從神經機制到現象學的全景解釋。

伴隨這些研究展開，在神經病理學和精神病學中的臨床應用，以及在嬰兒時期、其他非人動物、甚至在未來機器中意識探索依然還存在深刻挑戰。

不管所謂的困難問題（Hard problem of consciousness）是否會影響到這些研究的發展，未來意識研究 50 年的依然將會令人無限神往。

參考文獻

[1] Stanislas Dehaene; Hakwan Lau;Sid Kouider;What is consciousness, and could machines have it? ,Science,2017

[2] M. S. Gazzaniga; J. E. Bogen; and R. W. Sperry;Some functional effects of sectioning the cerebral commissures in man ,PNAS,1962

[3] Michael S. Gazzaniga;The split-brain: Rooting consciousness in biology ,PNAS,2014

[4] Pinto Y; Neville DA; Otten M;Split brain: divided perception but undivided consciousness. ,2017

[5] Shuntaro Sasai; Melanie Boly; Armand Mensen;Functional split brain in a driving/listening paradigm ,PNAS,2016

[6] William Beecher Scoville;Brenda Milner;LOSS OF RECENT MEMORY AFTER BILATERAL HIPPOCAMPAL LESIONS ,1957

[7] Corkin; Suzanne;Permanent present tense: The unforgettable life of the amnesic patient, H. M. ,2013

[8] Libet B; Gleason CA; Wright EW;Time of conscious intention to act in relation to onset of cerebral activity (readiness-potential). The unconscious initiation of a freely voluntary act ,1983

[9] Hans H. Kornhube， Lüder Deecke;Hirnpotentialänderungen bei Willkürbewegungen und passiven Bewegungen des Menschen: Bereitschaftspotential und reafferente Potentiale ,1965

[10] Haggard P，Clark S，Kalogeras J;Voluntary action and conscious awareness. ,2002

[11] Aaron Schurger; Jacobo D. Sitt; Stanislas Dehaene;An accumulator model for spontaneous neural activity prior to self-initiated movement ,PNAS,2012

[12] Brass M;Haggard P;To do or not to do: the neural signature of self-control ,2007

[13] Haggard P;Human volition: towards a neuroscience of will ,2008

[14] Crick; Francis;Koch;Towards a neurobiological theory of consciousness ,1990

[15] David Chalmers;The Conscious Mind: In Search of a Fundamental Theory ,1996

[16] Koch C;Massimini M;Boly M;Neural correlates of consciousness: progress and problems ,2016

[17] Thomas Metzinger;Neural Correlates of Consciousness ,2000

[18] Brian Odegaard;Robert T. Knight;Hakwan Lau;Should a Few Null Findings Falsify Prefrontal Theories of Conscious Perception ,2017

[19] Leopold DA;Logothetis NK;Activity changes in early visual cortex reflect monkeys' percepts during binocular rivalry ,1996

[20] Logothetis NK;Schall JD;Neuronal correlates of subjective visual perception ,1989

[21] Polonsky A;Blake R;Braun J;Neuronal activity in human primary visual cortex correlates with perception during binocular rivalry ,2000

[22] Blake R;Brascamp J;Heeger DJ;Can binocular rivalry reveal neural correlates of consciousness? ,2014

[23] Dehaene S;Changeux JP;Experimental and theoretical approaches to conscious processing ,2011

[24] Brian Odegaard;Robert T. Knight;Hakwan Lau;Should a Few Null Findings Falsify Prefrontal Theories of Conscious Perception ,2017

[25] Owen AM1;Schiff ND;Laureys S;A new era of coma and consciousness science ,2009

[26] Massimini M1;Ferrarelli F;Huber R;Breakdown of cortical effective connectivity during sleep ,2005

[27] Merker B;Consciousness without a cerebral cortex: a challenge for neuroscience and medicine ,2007

[28] Crick FC1;Koch C;What is the function of the claustrum? ,2005

[29] Mohamad Z. Koubeissi;Fabrice Bartolomei;Abdelrahman Beltagy;Electrical stimulation of a small brain area reversibly disrupts consciousness ,2014

[30] Chau A;Salazar AM;Krueger F;The effect of claustrum lesions on human consciousness and recovery of function ,2015

[31] Sara Reardon;A giant neuron found wrapped around entire mouse brain ,2017

[32] Stanislas Dehaene;Claire Sergent;Jean-Pierre Changeux;A neuronal network model linking subjective reports and objective physiological data during conscious perception ,PNAS,2003

[33] Block N;Two neural correlates of consciousness ,2005

[34] Tsuchiya N;Wilke M;Frässle S;No-Report Paradigms: Extracting the True Neural Correlates of Consciousness ,2015

[35] Tam Hunt;Jonathan W. Schooler;The Easy Part of the Hard Problem: A Resonance Theory of Consciousness ,2019

[36] stanislas dehaene;Consciousness and the Brain ,2014

[37] Jacobo Diego Sitt; Jean-Remi King; Imen El Karoui;Large scale screening of neural signatures of consciousness in patients in a vegetative or minimally conscious state ,2014

[38] Casarotto S;Comanducci A;Rosanova M;Stratification of unresponsive patients by an independently validated index of brain complexity. ,2016

[39] Pentti O A Haikonen;Reflections of Consciousness: The Mirror Test ,2015

[40] Anil K. Seth;Adam B. Barrett;Lionel Barnett;Causal density and integrated information as measures of conscious level ,2011

[41] Casali AG;Gosseries O;Rosanova M;A theoretically based index of consciousness independent of sensory processing and behavior ,2013

[42] Casali AG;Gosseries O;Rosanova M;A theoretically based index of consciousness independent of sensory processing and behavior ,2013

[43] Frässle S;Sommer J;Jansen A;Binocular rivalry: frontal activity relates to introspection and action but not to perception ,2014

[44] van Vugt B;Dagnino B;Vartak D;The threshold for conscious report: Signal loss and response bias in visual and frontal cortex ,2018

[45] Barrett AB;Dienes Z;Seth AK;Measures of metacognition on signal-detection theoretic models. ,2013

[46] Fleming SM;Dolan RJ;The neural basis of metacognitive ability ,2012

[47] Karl Friston;Causal Modelling and Brain Connectivity in Functional Magnetic Resonance Imaging ,2009

[48] Karl Friston;The free-energy principle: a unified brain theory? ,Nature,2010

[49] de Lange FP;Heilbron M;Kok P;How Do Expectations Shape Perception? ,2018

[50] Fletcher PC;Frith CD;Perceiving is believing: a Bayesian approach to explaining the positive symptoms of schizophrenia ,2009

[51] Powers AR;Mathys C;Corlett PR;Pavlovian conditioning-induced hallucinations result from overweighting of perceptual priors ,2011

[52] Christoph Teufel;Naresh Subramaniam;Veronika Dobler;Shift toward prior knowledge confers a perceptual advantage in early psychosis and psychosis-prone healthy individuals ,PNAS,2015

[53] Blanke O;Slater M;Serino A;Behavioral, Neural, and Computational Principles of Bodily Self-Consciousness ,2015

[54] Seth AK;Interoceptive inference, emotion, and the embodied self ,2013

[55] Critchley HD;Wiens S;Rotshtein P;Neural systems supporting interoceptive awareness ,2004

[56] Francesca Arese Lucini;Gino Del Ferraro;Mariano Sigman;How the Brain Transitions from Conscious to Subliminal Perception ,arxiv,2019

[57] Gerald M. Edelman;Joseph A. Gally;Bernard J. Baars;Biology of Consciousness ,2011

閱讀更多 集智俱樂部 的文章

關鍵字: 路徑 人工智能 威廉·詹姆士