怎样科学地研究“意识”?这里为你梳理了一条探索路径-集智俱乐部


导语

意识是一个十分重要而复杂的问题,近年来,意识科学和意识心理学取得了许多重要的实质性研究成果。本文通过研究裂脑人实验、自由意志等实验,带你入门并展望这一研究领域。


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什么是意识科学


有关意识的研究可以分为三个层面:形而上学层面、现象学层面、以及实证科学层面。

  • 形而上学:关注意识的解释性问题(Why),主要由心灵哲学进行探讨;

  • 现象学:关注的意识的描述性问题(What),主要由现象学、语言学、主观体验描述进行探讨;

  • 实证科学:主要关注意识的功能性问题(How),即意识科学在综合形而上框架和现象学界定基础上,结合不同研究方法进行实验,通过脑神经科学、认知心理学、生物学、物理学、信息论、复杂系统科学等实证科学进行探讨。


从认知神经科学视角,意识可以分为三个水平或维度的研究(Stanislas Dehaene,2017),这种区分有利于划定人与机器的智能水平。
论文题目:
What is consciousness, and could machines have it? 
论文地址:
https://science.sciencemag.org/content/358/6362/486

C0:无意识加工 (Unconscious processing),包括知觉恒常,意义提取,无意识控制、决策、学习等
C1:总体可用性 (Global availability),对无意识模块整合,通过注意力筛选,进入意识的全局工作空间
C2:自我监控 (Self-monitoring),反身表征自我,包括元认知、信念推理、误差检测、元记忆和现实监控等

以上 C0、C1、C2级的意识大体对应心灵哲学中的取用意识(Access consciousness)、现象意识(Phenomenal consciousness)和自我意识(Self-consciousness)或叙事意识(Narrative consciousness)。注意后面层级的意识往往会包含前者。

本入门路径会忽略诸多心灵哲学探讨,主要基于神经科学和认知心理学介绍意识的科学实证研究情况。


综述


尽管现代心理学先驱之一的威廉·詹姆斯(William James)在《心理学原理》中曾经将意识作为心智研究的核心问题,并阐述了大量有价值的研究见解。但限于 20 世纪的科学发展水平和人们对意识的认知水平,意识科学研究在相当长一段时期都被视为禁区。

例如,在 20世纪60年代中期,虽然主导心理学研究的行为主义正在退潮,全新范式的认知科学正在兴起,科学家们得以研究在外在刺激和行为反应之间作为中介的内在精神状态。但是试图解释意识依然在很大程度被视为禁区。其中包括认知科学发起者之一、短时记忆的发现者乔治·米勒(George Miller,1962)。英国心理学家 Stuart Sutherland 看法最为典型:「意识是一种难以捉摸的现象,不可能说明它是什么,能做什么,从哪里来。在它上面没有写着任何能值得读出来的东西」(Stuart Sutherland,International Dictionary of Psychology,1989)。



裂脑人实验


第一次对意识实证研究的突破,是认知神经科学之父迈克尔·加扎尼加(Michael Gazzaniga)和 R. W. Sperry 在 1950 年代做的有关裂脑人研究。他们的第一次实验是新泽西州进行,对一些受伤的二战老兵进行了胼胝体切除术。实验表明,被切开后每个大脑半球都能独立感到视觉刺激,但只有左半球大脑能够提供口头报告。

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图1:裂脑人研究

论文题目:
Some functional effects of sectioning the cerebral commissures in man
论文地址:
https://www.pnas.org/content/48/10/1765

后续研究显示,躯体感知系统、运动系统以及许多其他感知和认知系统都可以被类似进行分割,但除此之外的系统——例如情绪,则保持不变。
论文题目:
The split-brain: Rooting consciousness in biology
论文地址:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28122878

单一大脑能容纳独立意识主体的程度仍在激烈争论中,(Gazzaniga,2014;Pinto,2017;Sasai,2016)。可能是因为这一观念挑战了我们最深的认知信念之一:意识必然是统一的。

论文题目:

Split brain: divided perception but undivided consciousness.

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28122878

论文题目:
Functional split brain in a driving/listening paradigm
论文地址:
https://www.pnas.org/content/113/50/14444



病人H.M. 、

遗忘症与情节记忆


意识的统一性在另外的研究中也受到了微妙的挑战,例如内侧颞叶的精神外科损伤治疗,这是为了减轻顽固性癫痫的一种方法。其中最著名的例子就是对 Henry Moliason,即简称 H.M. 病人的治疗。1953年,在包括中间颞叶在内的双侧海马都被切除后,H.M. 治愈了癫痫,但留下了严重的顺行性遗忘以及逆行遗忘症。

论文题目:

LOSS OF RECENT MEMORY AFTER BILATERAL HIPPOCAMPAL LESIONS

论文地址:

https://jnnp.bmj.com/content/20/1/11

在一系列的研究中,神经心理学家 Suzanne Corkin 和 Brenda Milner 发现,尽管 H.M. 生活在所谓的「永久的当下状态」中(Corkin,2013)中,他却仍可以学习新的运动技能,拥有完整的工作记忆和语义记忆,并且通常能够获得一系列内隐的(无意识)记忆。他受到影响的只是获得新的外显的、有意识的记忆的能力。

论文题目:

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

论文地址:

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

这些发现不仅描绘了有意识和无意识记忆的新地图,还展示了我们表面的自我意识是怎样统一的——其中起关键作用的情节记忆(episodic memories)——是如何分裂的,以及为什么一部分持续存在,另一些部分却丢失了。



自由意志实验


自我意识的另一个中心特征是自由意志体验,或者更准确地说,是意志(去做这或那的意图)和主体感(是事件的起因)的体验。

在这方面,Benjamin Libet 在20世纪80年代做了一系列直到今天仍富有争议、并持续激发新研究的实验。在研究中为了测出志愿者从意识到决定到行动的神经活动时间,他设计了一个非常简单的示范装置。

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图2:志愿者从意识到决定到行动的神经活动时间示范装置

论文题目:

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

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6640273

Libet 首先在前面描述的实验中观察到,在进行运动前神经放电活动会有一个预先积累阶段——即所谓的「准备电位」

论文题目:

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

论文地址:

https://link.springer.com/article/10.1007/BF00412364


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图3:意识电位图

他的关键发现在于,这种放电积累活动是在参与者意识到他们的移动意图之前几百毫秒就开始了,从而挑战了有意识的「意图」是驱使手指运动原因的假设。

从那时起,对这个实验的解释就一直争论不断,并引发了许多引人入胜的新实验研究:

论文题目:

Voluntary action and conscious awareness

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11896397

论文题目:

An accumulator model for spontaneous neural activity prior to self-initiated movement 

论文地址:

https://www.pnas.org/content/109/42/E2904

Libet 本人对有意识的意图是随附现象(Epiphenomenalism,即精神现象只是大脑事件副产品,没有反向因果能力)这一观点感到不舒服,并解释为这表明在有意识的「意图」和实际行动之间的时间里,足以让此时的意识行使某种「否决」生效。

然而,任何有意识的「否决」也可能具有某些可识别的神经先兆——因此,这个解释本身并不能解决 Libet 所遇到的形而上困境。

论文题目:

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

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17715350

而在神经实证研究之外,理论神经科学家埃里克·霍尔(Erik Hoel)从复杂系统和信息论方面进行研究,认为宏观系统状态(如大脑的心理状态)可以涌现出新的因果能力,从而作用于系统的未来。这种否定意识作为随附现象的还原论解释的观点虽然尚有争议,但至少支持了法国著名神经科学家对意识的研究,即意识是有相当大作用的,例如抽样解释、延续思维、社会分享等(Consciousness and the Brain,ch3)。

论文题目:

Uncertainty and causal emergence in complex networks

论文地址:

https://arxiv.org/abs/1907.03902


克里克和科赫:

最小神经关联物


标志意识研究在神经科学真正复兴的事件,是发现 DNA 双螺旋结构的著名生物学家弗朗西斯·克里克(Francis Crick)和合作者克里斯托夫·科赫(Christof Koch)于 1990 年发表的一篇里程碑式的论文:《迈向意识的神经生物学理论(Towards a neurobiological theory of consciousness)》。该论文以这样一句话「令人惊讶的是,绝大多数意识研究的认知和神经科学工作都和意识毫不相干」开始。在这篇论文中,他们基于伽马波约40Hz波段振荡,提出了视觉意识的专门理论。

尽管这一特定理论现在已不再被关注,但一个新的研究思路从此迅速发展:旨在揭示所谓的「意识神经关联物」(NCCs):「足以产生一个有意识感知的最小神经元机制集合」。

论文题目:

Towards a neurobiological theory of consciousness

论文地址:

https://authors.library.caltech.edu/40352/

如今无处不在的磁共振成像(MRI)扫描仪,以及老式脑电图和非人灵长类动物研究中的侵入性神经设备的出现,使得对 NCC 的研究产生了实质性进展。神经科学家们不用担心所谓的「困难问题」,即意识体验是如何从「单纯的」物质中产生的(Chalmers,1996),而是可以继续寻找与特定意识体验可靠相关的大脑区域进程。

论文题目:

The Conscious Mind: In Search of a Fundamental Theory

论文地址:

https://philpapers.org/rec/CHATCM

在过去四分之一世纪里,至少在视觉或听觉意识的研究背景下,在确定候选 NCC 方面取得了相当大的进展:

论文题目:

Neural correlates of consciousness: progress and problems

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27094080

论文题目:

Neural Correlates of Consciousness

论文地址:

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

论文题目:

Should a Few Null Findings Falsify Prefrontal Theories of Conscious Perception

论文地址:

https://www.jneurosci.org/content/37/40/9593

其中一个典型的方法是,在保持感觉刺激以及尽可能其他一切条件的恒定前提下,比较「有意识」和「无意识」情况下的大脑活动。例如,在双眼竞争实验中,每只眼睛看不同的图像,即使这样感觉输入保持不变,有意识的感知到的图像也是交替出现的。

这些研究发现,初级视觉皮层区域的神经元反应——特别是 V1 ——跟踪的是视觉的物理刺激而不是视知觉,而在更高级区域的神经元反应——如颞下皮层(IT)——则跟踪知觉而不是物理刺激

论文题目:

Activity changes in early visual cortex reflect monkeys' percepts during binocular rivalry 

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8596635

论文题目:

Neuronal correlates of subjective visual perception

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2772635

不过,随后的人类神经影像学研究发现,初级视觉皮层的神经元活动确实与知觉控制有关。

论文题目:

Neuronal activity in human primary visual cortex correlates with perception during binocular rivalry

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11036274

关于知觉转变背后的神经机制,是在视觉信息流初期,还是在更高阶的区域,如顶叶或额叶皮层,目前争论仍在继续。

论文题目:

Can binocular rivalry reveal neural correlates of consciousness?

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24639582

除了竞争实验之外,被称为「掩蔽」(masking)的思路也被广泛应用于意识科学研究中。这些研究范式能够通过各种感知方式比较超阈刺激和阈下刺激的不同呈现。许多研究表明,可报告的意识知觉中激活了额顶网络

论文题目:

Experimental and theoretical approaches to conscious processing

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21521609

这两个例子代表了许多研究结果;如 Boly 等(2017)Odegaard 等(2017),以及最近结果相互冲突的研究综述。

论文题目:

Should a Few Null Findings Falsify Prefrontal Theories of Conscious Perception 

论文地址:

https://www.jneurosci.org/content/37/40/9593

与此同时,另一方面研究集中于意识状态的转变,包括可逆的(如睡眠和麻醉状态)(Masmini,2005) 和脑损伤后(例如昏迷和植物状态)(Owen,2009)。在这方面研究的挑战在于识别支持产生意识的神经机制,而不是与意识相关的神经区域。

论文题目:

A new era of coma and consciousness science

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19818917

论文题目:

Breakdown of cortical effective connectivity during sleep

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16195466

主要困难就在于,这种全局性的变化会对大脑和身体产生非常普遍的影响,因此很难将意识本身的神经机制隔离开来。此外在区分意识的「启动」条件和实际支持意识状态的神经机制方面,还有额外的困难。例如,某些脑干损伤可以永远消除意识,但是许多人认为脑干仅仅是能促使意识状态出现,而真正的意识「发生器」可能位于其他地方。(Dehaene & Changeux,2011;Merker,2007)。

论文题目:

Consciousness without a cerebral cortex: a challenge for neuroscience and medicine

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17475053


意识开关:屏状核


弗朗西斯·克里克和科赫在很早就认为,大脑的意识状态转换很可能和屏状体(Claustrum)有关。因这个区域和与大脑皮层多个区域有双向连接。

论文题目:

What is the function of the claustrum? 

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16147522

在 2014年,有研究人员意外发现,对屏状体进行电脉冲刺激,似乎能够开/关意识,一名女子癫痫女患者失去了意识。

论文题目:

Electrical stimulation of a small brain area reversibly disrupts consciousness

论文地址:

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

2015年的另一项实验,也支持屏状核是意识开关。科学家们检查了171位有创伤性脑损伤的退伍军人,查看了他们的屏状体损伤对意识的影响,发现屏状体的损伤与意识丧失的持续时间有关,而与频率无关。因此认为屏状体在意识恢复中扮演重要的角色,而与意识的维持关系不大。

论文题目:

The effect of claustrum lesions on human consciousness and recovery of function 

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26186439

在 2017 年,美国艾伦脑科学研究院 (Allen Institute for Brain Science)的科学家们在小鼠大脑的屏状核中发现了3个巨大神经元(Giant Neuron),这种神经元的轴突环绕了整个大脑的外周。使得屏状核更加可能成为大脑意识开关候选

论文题目:

A giant neuron found wrapped around entire mouse brain

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28252090


全局空间理论


一些新的理论伴随着这些研究发展起来。最有影响力的理论之一是 Bernard Baars 在1988提出的「全局工作空间」(global workspace)理论。

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图4:全局空间理论

该理论提出,在大脑中有模块化和特定的处理进程竞争访问「全局工作空间」,当他们在这个工作空间中进行广播时,精神状态就变得有意识,这样他们就可以影响其他过程,包括口头报告和行动。

最近,该理论的「神经元」版本,将全局工作空间与高度互联的额叶-顶叶联合网络联系了起来,将有意识的感知与这些网络活动中的非线性「点燃」联系了起来。这一立场与许多神经影像研究结果一致(Dehaene & Changeux,2011;Dehaene,2003)。

论文题目:

A neuronal network model linking subjective reports and objective physiological data during conscious perception

论文地址:

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

工作空间理论倾向于用「访问」来解释有意识的感知,也就是说,只有当某种感知可用于口头报告或以其他行为呈现,以及抵达其它认知过程(如记忆、注意力等)时,这种感知才被定义为是有意识的。这种观点的一个优点是,意识状态在实验中很容易评估,因为根据定义,意识内容是可报告的。

然而,人们另一种常见的直觉是,知觉或现象意识,在任何时候都比我们能报告的都「更丰富」,因为报告能力受到尤其是记忆瓶颈的限制。有关现象意识和取用意识之间的区别(Block,2005)仍然是新实验展开和各种争议的主要来源(Tsuchiya,2015)。

论文题目:

Two neural correlates of consciousness 

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15668096

论文题目:

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

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26585549


意识测量


认知科学家与心理学家 Tam Hunt 和 Jonathan Schooler 提出了一个意识测试框架,将各种可行的测定方法分为三大类,并命名为意识的可测量相关性,简称 MCC(Measurable Correlates of Consciousness)。

论文题目:

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

论文地址:

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

MCC 包括意识的神经相关性、意识的行为相关性、意识的创造力相关性

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图5:MCC

对意识的神经相关性测量,着眼于意识的神经基础即意识神经关联物(NCCs),可以通过脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)、功能性磁共振成像(fMRI)以及经颅磁刺激等技术进行测量。在这方面法国神经科学家Stanislas Dehaene 做出了重要贡献,他基于全局空间理论,找到了四个意识相关显著标志:

论文题目:

Consciousness and the Brain

论文地址:

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

  • 激活(Ignition):刺激达到觉知阈值,脑激活强烈放大,拓展到多脑区
  • P3 脑波:意识通达表现为在刺激约 13 秒时出现的脑电波
  • 高频振荡:在有意识加工时,电极测量到突然爆发的高频振荡
  • 同步化:在有意识加工时,远距离脑区之间有信息交换的同步化现象

其中来自前额叶背外侧皮质的“P3脑波”,是人类意识最重要的神经学特征,可以用于研究植物人意识程度测量以及对新生儿意识程度测量。Stanislas Dehaene 已经成功预测哪些植物人更容易恢复意识状态。

论文题目:

Large scale screening of neural signatures of consciousness in patients in a vegetative or minimally conscious state

论文地址:

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

另一方面,基于 Tononi 的整合信息理论, 意大利米兰大学的西尔维亚·卡萨洛托(Silvia Casarotto)和同事对102名健康受试者和48名脑损伤但有基本反应能力和清醒的患者也进行了意识测量,分别在受试者有意识和无意识状态下,用磁脉冲刺激大脑、并用脑电图记录脑电活动,接着再用“zip”压缩算法,将脑电反应转换成一个确定的数字,即扰动复杂度指数(PCI)的值。在参考参与者面谈了解心理状态后,研究人员确定,要断定一个人有意识,PCI值至少应在 0.31 以上,而无意识受试者的PCI得分应低于0.31。

以这个值为参考,研究人员又对严重意识障碍患者进行了大脑刺激-压缩测试(结果未显示),结果发现,有一些个体其实是存在意识的:

论文题目:

Stratification of unresponsive patients by an independently validated index of brain complexity.

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27717082


意识的行为相关性


对测定意识程度的对象无法直接与人进行交流,或者无法应用专用测试仪器设备,甚至没有通常意义的头部的情况,可以通过观察意识的行为相关性找到某些线索,并推断测试对象的意识程度,判断它们具备哪一种意识。比较著名的测试方法有镜子测试(The mirror test)

论文题目:

Reflections of Consciousness: The Mirror Test

论文地址:

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


意识的创造力相关性


在无法直接观测对象的神经活动,又无法观察其行为特征,那么就只能观察测量对象创造的产物,即意识的创造力相关性。把被测定对象完成的创造性产物视为某种信息,则可以根据这些信息评估对象的意识程度。可以通过对对象造物进行类似图灵测试(Turing Test)。



当前研究进展


现在是意识科学中最令人兴奋的时代,最后这里展望一下前景光明的研究方向。
就意识水平研究而言,基于「神经复杂性」(neuronal complexity)和「整合信息论」(integrated information)等一系列新理论给出了测量方案。

论文题目:

Causal density and integrated information as measures of conscious level 

论文地址:

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.2011.0079

论文题目:

A theoretically based index of consciousness independent of sensory processing and behavior

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23946194

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图6:整合信息理论

其基本思想是,有意识的场景既是高度整合(每种意识体验都是一个不可分割的整体)的,又是高度信息化(每一个有意识的体验都是从众多备选可能场景中选择出的一种)的。这推动了归纳出相同属性,对意识进行数学度量研究的发展。令人惊异的是,一些实际测量结果的数值显示,在脑损伤后依然有可量化的「残余」意识,它不依赖于患者明显的行为。

论文题目:

A theoretically based index of consciousness independent of sensory processing and behavior

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23946194

对意识内容的研究,则继续集中在区分意识和非意识感知的大脑区域或过程上。针对 NCC 方法的重复改进,新的实验范式正在完善我们对意识感知背后的神经机制与行为报告之间相互作用的理解。

例如所谓的「无报告范式」(‘no report’ paradigms),可以从自动眼球转动中间接推断出意识知觉之间的转换。尽管有相反证据,「无报告范式」依然挑战了大脑前额叶脑区与意识感知本质相关的观点:

论文题目:

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

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24478356

论文题目:

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

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29567809

与此同时,信号检测理论(Green & Sweets,1966)等分析方法的进步也使得研究人员能够在感知的客观和主观方面之间做出更严格的区分,并量化元认知(关于认知的认知)中可能与意识相关的个体差异(Barrett,2013;Fleming & Dolan,2012)。

论文题目:

Signal detection theory and psychophysics / David M. Green, John A. Swets

论文地址:

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

论文题目:

Measures of metacognition on signal-detection theoretic models. 

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24079931

论文题目:

The neural basis of metacognitive ability

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22492751

在理论进展上,「预测编码」(predictive coding)或「贝叶斯大脑」(Bayesian brain)方法有助于促进我们对意识感知的神经基础的理解。这些方法,将感知建模为:对在附着在我们感官表面上模糊和嘈杂信号的隐藏原因进行推断(可能是贝叶斯式)的一个过程(Frston,2009)。这颠覆了一些关于感知的经典观点,认为是大脑自上而下的信号被提出来传达真实的预测,而自下而上的信号只传达主要是「预测误差」——大脑在每一级处理中所预期的和得到的之间的差异。这个理论基于一个更广阔而普遍的生物-物理学框架,被称为自由能量原理(Free energy principle)。

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图7:自由能量原理

论文题目:

Causal Modelling and Brain Connectivity in Functional Magnetic Resonance Imaging 

论文地址:

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1000033

论文题目:

The free-energy principle: a unified brain theory? 

论文地址:

https://www.nature.com/articles/nrn2787

这个框架也对一些过去的发现提供了更有力的解释,将意识知觉与自上而下信号的完整性联系在一起(Pascual-Leon & Walsh,2001);并激发了进一步研究,如明确刻画了晚期知觉预期情况,并研究是如何改变认知的(DeLange,2018)。令人鼓舞的是,这些想法提供了对某些临床环境中异常感知的机制理解,其中精神病的积极症状(如幻觉)就是一个很好的例子(Fletcher & Frith,2009;Powers et al,2017;Teufel,2015)。

论文题目:

How Do Expectations Shape Perception? 

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30122170

论文题目:

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

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19050712

论文题目:

Pavlovian conditioning-induced hallucinations result from overweighting of perceptual priors

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28798131

论文题目:

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

论文地址:

https://www.pnas.org/content/112/43/13401

自我体验的意识研究也越来越受到关注,包括身体和身体所有权的基本体验(Blanke等人,2015),行使意志和主体感的经验(Haggard,2008),以及在「更高」的自我的方面,如情景记忆和社会感知。在这方面,虚拟现实和增强现实的发展(Legenhager,2007;Seth,2013),以及表征内在感觉(来自身体内部的感觉)(Critchley,2004)的研究,正在预示着我们明显的「自我」统一的体验是如何从许多潜在可区分的子过程即时中构建出来的,以及这种构建过程中的失败是如何导致各种精神疾病的。

论文题目:

Behavioral, Neural, and Computational Principles of Bodily Self-Consciousness

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26447578

论文题目:

Interoceptive inference, emotion, and the embodied self

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24126130

论文题目:

Neural systems supporting interoceptive awareness

论文地址:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14730305


意识的跨学科研究


意识科学是一门经验实证科学,对意识的科学解释最佳层级是意识的神经理论,然而正如心灵哲学意识的认知理论(心理学和认知科学)都对意识实证研究都有极大促进一样,从物理学、信息论、数学和复杂系统科学等领域对意识的研究,也产生了对整个意识研究的更底层的新框架和新方法。例如包括前面卓有成效的意识的信息理论-整合信息论,正在发展的自由能量原理、以及饱受争议的意识的量子理论等。

最近,从复杂网络角度对意识研究,以纽约城市学院 Francesca Arese Lucini 为首的四名科学家在arXiv发表了一篇预印本论文,得出了有关意识网络的一系列重要结论。
研究者使用复杂网络中k-核渗透方法(k-core percolation)进行数学建模,观察了大脑由意识状态向无意识状态转变时功能网络的变化情况,发现意识状态下大脑功能网络有最多连接的核心部分(如视觉皮层和左额中回),与潜意识状态时保持活跃的区域重合。

意识与潜意识的功能网络内核是完全一致的,核心网络Kmax包括左视觉皮层、右视觉皮层以及和左额中回。

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图8:意识与潜意识的功能网络


论文题目:

How the Brain Transitions from Conscious to Subliminal Perception

论文地址:

https://arxiv.org/abs/1903.09630

这项研究还表明,意识激活的核心外壳可能并不是一组固定的神经元,而是在给定时间根据特定意识知觉的功能需求而变化状态的神经网络。这和 Edelman 的“动态核心理论”(The Dynamic Core)一致的。

论文题目:

Biology of Consciousness

论文地址:

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

也就是可以初步得出结论,意识网络有两个核心,一个是三个脑区潜意识网络,另一个是多脑区的外围动态核心,后者是意识科学迫切关注并正在寻求的圣杯。


结语与展望


从英国神经科学协会恰好诞生50周年的今天来看,可以说对意识的科学研究已经重新获得了应有的地位。

作为思维和脑科学的中心主题,一个很大进展是我们现在已经知道了具身化和和嵌入式大脑是如何形成的,并产生多种意识水平、意识内容和意识自我的。当然,更多方面还有待发现。总之,激动人心的种种新理论、新实验、新模型的结合,正在帮助对意识科学纯粹相关性研究,转为包括从神经机制到现象学的全景解释。

伴随这些研究展开,在神经病理学和精神病学中的临床应用,以及在婴儿时期、其他非人动物、甚至在未来机器中意识探索依然还存在深刻挑战。

不管所谓的困难问题(Hard problem of consciousness)是否会影响到这些研究的发展,未来意识研究 50 年的依然将会令人无限神往。


参考文献


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(参考文献可上下滑动)

作者:十三维
编辑:张爽

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