從神經科學來說一下什麼是意識 (consciousness)

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知友 | 趙思家

從神經科學來說一下什麼是意識 (consciousness)。

我告訴我媽我要學神經科學的時候，她問，神經病嗦？不是？那為什麼要學？

我故作深沉地說：「我思故我在。那麼我是怎麼思的？」

我媽肯定覺得我已回頭無望，故沒說什麼就恩准了。

大三學意識這門課的時候，老師專門說，要先把意識當成一個哲學的問題來思考，然後再來從神經科學的角度來研究。

1996 年，哲學家 David Chalmers 將意識相關的問題，總結壓縮成一個概念，叫 the Hard Problem （對的，你沒看錯），精確的定義為:「How to explain a state of consciousness in terms of its neurological basis」 (Block 2004) （「如何從神經科學角度來解釋意識的形態」）而 state 是指 「an arrangement of things in space over a period of time」。

但因為 space 空間、time 時間 和 things 事物 這三個的概念本身在科學和哲學領域就很難準確定義和解釋，這個問題 the Hard problem 很可能是無解的。

我木有學過哲學…這裡我就不再深入意識在哲學上的討論了。神經科學和哲學有非常多的交接領域，感興趣的可以去查 neurophilosophy。

而對於神經科學家來說，這麼多年來，最有趣的一個發現（至少對我來說也是）就是很多很多大腦功能是在我們無意識的時候進行的，譬如每一刻你在呼吸、心臟在跳動，但很多時候你可能並沒有意識到，但大腦一直在控制調節這些生存的基本功能；當你做夢的時候，可能出現自我意識扭曲，譬如你是從一個第三者的角度來觀察自己的，而對這種毛骨悚然的情況並無意識…等等等。

對於我所研究的聽覺來說，即使人在高強度地做其他事情，並沒有意識到自己環境中的聲音，但大腦聽到了並可以下意識地做出很多反應甚至重述。

說到這裡，我們就很好奇，那「意識」這種認知功能，是由哪些神經細胞，或是在大腦的哪些區域形成的呢？

這裡就不得不提，Crick (1994) 和他與同事 Koch (1998) 提出我們在尋找的不會是一個地方，也不會僅僅是一小撮神經，科學家應該尋找一個能夠產生某種特定意識感的最小集合的大腦區域 / 神經元，這個集合叫做意識相關神經區 (neural correlates of consciousness, NCC) （可參見維基百科的對應頁面：Neural correlates of consciousness）。

雖然那個 hard problem 的理論很可能對於現在的人類來說是無解的，但是了解了 NCC，我們就能向答案更進一步。

很多神經科學家認為，NCC 應該處於細胞級別，也就是說我們應該尋找的是大腦中最小的單位的集合，並由經典力學為理念。

細節別問我了…我也不太理解…不過之前也有聽說一些基於量子力學形成的量子意識理論(quantum consciousness)，相信這個理論的科學家主要持有的觀點是，經典力學不能解釋意識的「整全觀(holism)」的特性。

要麼是有特別的神經細胞負責這個，要麼某種特定的細胞散布在各處，要麼就是各種神經細胞已經被發現負責其他認知功能的，在某種情況一下起著產生意識的作用…

那神經科學家該怎麼研究這個看不見摸不著，我們人類又不容易控制的認知能力呢？首先，睡眠，是關鍵。

要是想「意識到什麼」，大腦必須在一個比較高的興奮狀態（或說覺醒狀態，arousal），無論是當醒著的時候還是在 REM 睡眠（快速動眼睡眠，最深的睡眠階段，大多數經歷的栩栩如生的夢境都是在 REM 期間發生）中。

通過一些睡眠和清醒時的腦成像比較，發現多個位於丘腦 (thalamus)、中腦 (midbrain) 和橋腦(pons)的神經核，是在任何有清醒意識的狀態下都會激活的區域。

不過，過去的二三十年，意識神經科學的研究還是主要針對視覺意識的。

比較經典也最著名的這方面的實驗例子為多穩態知覺 multistable perception, 在視覺上特定的例子為 Necker cube，如下圖：

左邊的簡筆畫，會給人錯覺，不知哪一面才是立方體的正面，或說，我們看它的角度是略微俯視（右上）還是略仰視（右下）。

同時，通過對很多少見的「腦殘」患者（就是曾有大腦創傷導致一些認知功能出現問題的情況，把一些事物放在桌面上，患者卻說看不見，但如果朝他眼睛來一拳頭，患者卻很靈敏地避開了，說明他能看到，但沒有意識）的腦成像研究，也有很多發現，並推測出了形成意識的大腦連接是怎樣的，如下圖（來自維基百科）：

字標出來的區域都是形成意識的必須區域。如果兩個腦半球在任何一個這些標出的區域出現了損傷，就會導致完全喪失某一方面的意識。

另外一個比較廣為所知的有趣實驗就是由心理學家 Gordon Gallup 在 1970 年設計提出的鏡子測試，專門用來測試嬰兒和動物的自我意識（或說「自知」）。

結果發現 8 個月大的嬰兒就有了自知，而在動物之中，成年的黑猩猩、海豚以及章魚（啊我最喜歡的動物~么么噠~）也有自知。

當然，還有各種各樣複雜的實驗來測試意識，而且我們對意識的理解和探索之路漫漫兮…

所以我們常常感嘆，our brain is smarter than us。

嘖嘖，這麼一說，感覺意識這個話題沒有那麼高大上了呢...也就是一種認知功能而已嘛~

References：

1. Consciousness Studies/Neuroscience 1 - Wikibooks, open books for an open world [WWW Document], n.d. URL Consciousness Studies/Neuroscience 1 (accessed 1.23.15).

2. Dehaene, S., Naccache, L., 2000. Towards a cognitive neuroscience of consciousness: basic evidence and a workspace framework. Cognition 1–37.

3. Lewis, T., n.d. Will We Ever Understand Consciousness? Scientists & Philosophers Debate [WWW Document]. LiveScience.com. URL Consciousness: What Neuroscience Can Teach Us (accessed 1.23.15).

4. Min, B.-K., 2010. A thalamic reticular networking model of consciousness. Theoretical Biology and Medical Modelling 7, 10. doi:10.1186/1742-4682-7-10

5. Neural correlates of consciousness, 2014. . Wikipedia, the free encyclopedia.

6. Rees, G., Kreiman, G., Koch, C., 2002. Neural correlates of consciousness in humans. Nat Rev Neurosci 3, 261–270. doi:10.1038/nrn783

7. Revonsuo, A., Kamppinen, M., 2013. Consciousness in Philosophy and Cognitive Neuroscience. Psychology Press.

8. Smith, B., 2012. Neuroscience and philosophy must work together. The Guardian.

9. The Neuroscience of Consciousness, 2012.

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