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《贪婪的大脑:为何人类会无止境地寻求意义》读书笔记

96
xuwensheng
2017.12.21 15:51* 字数 82317
图片发自简书App

书名
贪婪的大脑:为何人类会无止境地寻求意义
作者
(英)丹尼尔·博尔(Daniel Bor)
译者
林旭文
豆瓣
http://douban.com/book/subject/25752076/
目录
前言
第1章 哲学视域下的意识难题
第2章 大脑进化简史:思维的科学
第3章 冰山一角:无意识的局限性
第4章 关注模式:意识的内容
第5章 意识神经科学
第6章 解读动物的意识
第7章 游走在脆弱的意识边缘:大脑严重损伤和意识障碍
第8章 意识异常导致的精神疾病
结语
致谢
参考文献


前言

意识当然是物质性的!

我认为最合理的观点是:意识是大脑的产物,而大脑就是一台计算机。
将意识纳入计算机大脑的框架中,表明意识与信息处理相关联,因为数据分析是神经元的首要目的;同时也暗示了我们的体验能力同神经机器一样,可能有一个进化的过程。

意识、信息、生物学之间关系匪浅。大自然的一个基本特性是具有存储信息和操控信息的能力。进化保证每一种生命形态在储存反映周围世界的有用“想法”(ideas)方面具有控制权。这种控制行为不是有意识地进行,而是通过生命体的化学结构信息表现出来。很多例子都证明了动物不是唯一聪明的生物。

任何一种学习形式——细菌学会抵制抗生素,小孩试着从爬行到走路——都存在张力:一种力量紧紧抓住熟悉的东西,如已有的信念、已知的生活方式;另一种力量则向前寻找新事物。新事物会引发一些混乱,使原先存在的、顽固的“想法”发生重大改变。这个过程磕磕碰碰,极不顺利,很可能使情况变得更糟糕。但重要的是:至少提供了改进的可能性。

DNA是一种储存稳定的内在信息的理想介质,这无疑也是它成为“生命奥秘”的普遍承载者的原因。但是仍然存在一些机制,能改变DNA的编码顺序,使生物的后代表现出一些新特征。当一个物种及其基于DNA的“信念”(beliefs)即将消亡时,产生新“概念”(concepts)对这一物种来说非常重要,而DNA重新编码能够使这一物种的少数成员存活下来(大部分成员被淘汰)。幸存者的DNA携带了新的有用信息,能使其度过逆境。换句话说,这一物种的部分成员历经几代演变,冲破重重阻碍,在摸索中学会了革新。
没有革新的能力,地球上就不会有生命,即使以一种随意、悲惨、低效的方式生存也不可能。因此,从某种意义上说,这种与时俱进、利用任何有利条件的能力是进化的本质。革新这种生命基本特性引发的一个必然结果是:原始DNA库变得过于拥挤,DNA开始涌入其他新领域,产生新物种。一个极佳例子是:进化过程中产生了一批特殊的计算细胞,构成了大脑。于是,一系列特别的、全面的革新活动以一种有目的、特定的方式在有机体内展开:探查环境,将与生存相关的新信息存贮到神经元上,而不是对这些信息进行DNA编码。

每一物种都试图控制自身的生存环境,但拥有非凡才智的人类为了自身的利益,让地球大为改观。

我认为革新是一种最聪明的信息处理才能,也是意识的主要目的。当然,并非所有类型的神经信息都能达到意识这一层次。很多基础的计算功能(如控制呼吸的能力),无须意识参与就能顺畅进行。统计学习理论很简单,在我们生活中被广泛应用,通常不需要意识的参与。还有一点很重要:
一旦我们掌握了某一技能(如走路),无意识就会接替意识运作。从上述例子看出,那些古板无趣的信息由无意识处理,而意识则处理新的、有难度的信息。在学习过程中碰到哪怕只包含极少量新的或复杂的内容,我们都要运用意识功能。
为了不浪费时间和充分利用能源密集的神经资源,大脑对进入这个重要场所的内容非常挑剔。注意(attention)是意识的守门人,只让那些我们感觉到的,或再三思量过的、具有生物学重要性且需马上处理的项目进入意识范围,尤其是那些具有让人意想不到的特性、能让我们获得深刻见解的项目。
遗憾的是,经验的储存空间过于狭窄。意识在同一时间只能充分处理4个项目。但是,我们可以通过无数方式操控意识内容,从而产生神奇的结果。正是这些不间断的精神活动,使我们深入了解世界。
我们丰富的经验反映了一个事实:意识关注的不仅仅是原始数据的零星片段。
人类一个明确的特性是对事实永不满足的追求。但是我们渴望的不是陈旧的信息,而是包含模式的那一小部分知识。找出智力游戏中隐藏的结构只是人类思想一个微不足道的癖好,与人类以生存为目的的进化驱动力无关。但是表象往往具有欺骗性。我们致力于对事实的追求,但偶尔也会玩玩智力游戏,就像一匹训练有素的纯种马会忽然快跑一阵,仅仅为了运动一下强壮的肌肉。然而更多的时候,我们受躁动不安的好奇心的驱使,渴求真正的智慧。这种智慧不是长者的谆谆教诲里包含的有限知识,而是广义的智慧,指任何让我们快速提高理解能力和控制能力的大胆的创新思想。由于人类的意识永不停息地追求智慧,我们发现了火,学会了耕作。实际上,所有延长我们寿命、让生活更轻松有趣的现代科技成果都要归功于意识。对个体而言,对创新的渴望在我们成长的过程中表现为热烈的躁动,引导我们学会语言,掌握各种知识,使我们在复杂的现代社会顺利过渡到成年期。
意识的精神空间是经过精心选择的,意识致力于创新,它的一个关键要素是发现信息的深层结构。掌握这种包含模式的、有意义的信息处理形式,能够使我们具备超强的学习能力,这也解释了为什么人类的意识使我们在每一个知识领域都取得了巨大成就。通过发现大自然的隐蔽规则,通过将两种完全不同的思想根据它们潜在的、共同的信息结构联系起来,我们的大脑创造了一个广阔的意义世界。事实上,当我们观看周围世界时,无意识可能忙着处理一些基本的感觉特性,但是在意识的大本营内,每一项内容都要经过我们掌握的知识结构的严密筛选。我们看到的任何物体,都会触发理解的意识波,即该物体不同层次的意义。
这种对知识及深层模式的不间断的追求,不仅是创新的机制,也是人类意识的特征。基于DNA的“想法”不可能是有意识的,部分原因在于这些信息仅仅表现事物最基本的特性。即使是黑猩猩也努力去了解意义的不同层次,但是人类的意识在这方面蓬勃发展,使我们以独特的方式深入理解并掌控世界。

意识只关注最有意义的精神建构,且急于在现有结构之外建构新的模式。为了达到这一目的,意识急切地组合、对比进入其范围内的任何物体。大脑的运作方式直接反映了这些组合与对比功能。

现在,我们清楚地知道意识是在大脑哪些区域产生的,以及这些区域是如何相互联结以形成意识的数学模型。这些模型建立在神经结构和信息特征的基础上。事实上,这些数学模型已经在理论层面得到解释。同时,出现了新的实验方法,以探究不同层次的意识。不断改进的实验方法有可能解决一些过去无法解答的难题。

意识赋予我们不可思议的理解能力,尽管为此我们要付出沉重代价。为了支持人类意识令人惊奇的创新能力,人类大脑变得如此发达、复杂。我们极其容易遭遇严重脑损伤,从而丧失意识。然而,幸运的是,不断发展的新技术能够诊断脑损伤患者是否仍然具有某种程度的意识。这项研究使我们通过分析患者的大脑信号“聆听”病人的心声,同时也为这些患者提供了与外界交流的机会。新兴的一些方法甚至可以恢复患者一部分意识(原先这些患者的意识已经完全丧失)。

第1章 哲学视域下的意识难题

技术层面的心电感应

我刚刚参加的实验有力地证明了,思想只不过是大脑的产物。

哲学与科学的对抗

两千多年来,心灵和身体的关系问题在哲学领域内一直存在激烈的争论。事实上,近20年才形成明确的意识研究领域。如果我在这本讨论意识的书中略去这一重要的哲学论争不提,似乎说不过去。这一哲学论争对意识科学产生了深远的影响。
然而我坚持认为这些哲学论点无视科学,靠抽象的逻辑进行论证,能提供给意识研究的真知灼见非常有限,甚至可能会产生误导作用。

笛卡尔与身心二元论

如果出现这样的情况:意识忽然改变了,但大脑活动没有变化,只有在这时,我们才能说意识是独立于大脑存在的。到目前为止,所有的大脑扫描实验都显示:即使是最细微的意识变化,都是由大脑活动的变化引起的。所以比起那种认为意识独立于物质世界的观点,另一种观点——认为意识是大脑活动的结果,是一种物质的处理过程——显然更有道理。

尽管当代批评家认为心灵仅仅只是大脑活动的产物(其中最著名的是英国哲学家托马斯·霍布斯(Thomas Hobbes)),但笛卡尔的身心二元论几个世纪以来一直被很多人(甚至包括一些哲学家)认可。

幽灵离去的现代

虽然笛卡尔声名卓著,但是从19世纪中期开始,医学和新兴的神经科学领域内越来越多的证据表明笛卡尔的二元论站不住脚。其中最有名的神经学案例是菲尼亚斯·盖奇(Phineas Gage)的案例。

赖尔认为,笛卡尔在精神与大脑的关系这一问题上犯了同样的范畴错误。笛卡尔可能认识到各个脑区负责处理不同的感觉,但同时他又认定大脑与精神活动无关。正如赖尔指出的,笛卡尔相信“机器中的幽灵”(the dogma of the Ghost in the Machine)这一教条。笛卡尔认为,一个人的思想是某个“神秘的幽灵”,生存在人这一生物机器的大脑里面。但是,机器是不需要幽灵的,意识的产生仅需要大脑这个机器就够了。

在很多领域,低一层次的错综复杂的思想集合可以产生令人惊讶的、深奥微妙的知识,而这些知识要大于低层次思想的总和。
突发特性并非生命体所特有。
以人类大脑这一已知世界中最复杂的物体为研究对象,很可能会出现各种突发特性。我并非赞同笛卡尔的非物质幽灵,反而对这个幽灵不科学的宗教内涵不寒而栗。但是在一个科学的、以物质为基础的框架中,我赞同这样的想法:大脑的功能比它各部分功能相加的总和要大得多,而意识可能是大脑最耀眼、最让人着迷的产物。

感觉的不可穿透性

直到20世纪中期,哲学家们逐渐认同神经科学家的观点,认为精神是大脑的产物,而思想和感觉是脑细胞不断运作的结果。实际上,随着计算机的出现,加上我们开始承认自己不过是生物机器,精神与大脑关系的方程式很快就转变为精神与计算机程序关系的方程式。由于进化的巧合,我们人类形成了这个内部沟回形状,外表像果冻的计算机(即大脑),用来证实我们的思想程序。但也不一定非得通过大脑才行,原则上说,装有硅片的“大脑”能产生同样的思想。
如今广泛讨论的关于思想的一个哲学观点是:“思想不过是一台计算机,碰巧等同于大脑。”神经科学家也默认这种论点。但现代哲学家们还是从各个角度攻击这个观点。

基于这个怀疑,杰克逊思想实验的评论者中,有少数几个人认为“知道看到红色会是什么感觉”更像是一种集合知识的能力,而非知识本身。事实上,杰克逊本人就持这种观点,他因认同这种说法而放弃了原先的观点。色觉让我们知道很多有用的信息,比如根据水果颜色判断是否成熟,交通信号灯变为红灯时表示要停车。这些信息都涉及知道某些东西是红色的,而“看到红色会是什么感觉”更抽象,可能更为准确的表述应该是“当我们再次看到红色时能够识别的能力”,即不需要借助像摄像机这样的工具而直接收集颜色信息的能力。
如今我们有多种方式获取颜色信息:自然的方式就是通过我们的眼睛看;人工技术的方式,例如通过数码相机拍摄。不管是通过眼睛还是卓越的现代技术,重要的是我们获取了信息,以何种方式获取并不重要。知道玫瑰是红色的这一信息,与得到这一信息所用的工具无关。而“看到红色会是什么感觉”则与获得这一信息的工具直接相关,在上述例子中,这个工具是玛丽的眼睛。所以,重要的不是我们知道某一信息,而是运用我们的眼睛这一特定的工具获取信息。玛丽走出那个黑白两色的囚室后见到玫瑰,此时她并没有获得任何新的知识——这种说法至少有其合理性。因此,我们仍然可以说意识仅仅是种物理现象。

程序有感觉吗

意识不仅是大脑运行的物理过程,还可以被计算出来,这是意识标准的另一方面。现代哲学家对此持反对意见,认为意识在生物学特性之外还有其独特之处,也就是说我们无法将意识等同于硅片。
“意识可以被计算出来”这一观点遭到攻击,其中一个突出的论据就是意识的不可穿透性——我们的情绪和感觉很难被他人理解。持这种观点的人认为,经验的不可穿透性证明了计算机不可能准确捕捉到我们的意识。
然而,如果从科学角度仔细考虑问题,就会发现下面的想法很荒谬:一个人对红色和蓝色的经验和他人相反,其他方面的思想和行为却没有改变。我们对红色的感知不仅来自眼睛接收到的波长,还包括色彩的鲜艳程度,与周围颜色的对比度,明亮度,色彩所包含的意义及所属的类别等。所有这些与我们的情绪、感觉在一个极其复杂的信息网络中相互作用,比如“蓝调”音乐表达的是黑人阶层的情感。这些都很好地反映了大脑的结构,它就像一张互相连接的高度密集的网,改变任何一个区域都会引起其他区域功能的变化。
由于不存在单一的关于红色的经验,就算我对红色和蓝色的经验与他人相反,我对红色的感觉也不可能是别人对蓝色的感觉。事实上我们对任何东西(如“紫红色”或“忧郁”)的感觉都包含了我们自身及外在世界的丰富信息,这些信息在这一刻是独一无二的。尤为重要的是,它们不是孤立的,而是一个由很多知识相连形成的网络,与我们其他各种各样的经验形式形成对比。我们的感觉与情绪尽管很复杂,但绝不是互不关联的。这些感觉与情绪帮助我们理解世界,并使我们与外界沟通。

计算机真的能懂中文吗

著名的“中文屋论证”(Chinese Room argument)的思想实验为以下观点辩护:意识在其生物机理之外还有某些特殊的、非程序化的东西。“中文屋论证”实验最初由约翰·塞尔(John Searle)在1980年提出,主要目的是为了证明意义的不可穿透性(不是感觉的不可穿透性)。塞尔急切地要证实人类的大脑不能被简化为一系列的计算机程序或规则。

仔细考察这个实验的具体细节,就会发现漏洞。塞尔在中文屋思想实验中对我们玩了两个把戏,以转移我们的注意力,就像一个出色的魔术师用敏捷的手法令我们看不出戏法的玄机。
首先,事实上在房间里的是一个完全具有意识的人,塞尔在这点上明显误导了我们。房间里的实验对象能够理解用英语书写的指令,除了对这个实验的关键要素(他接收和传递的中文字符的意义)一无所知外,他完全明白周围发生的其他事情。我们只是关注实验对象对中文一无所知,并将他对中文的无知夸大到整个房间内没有发生意识行为。事实上,这个实验对象无关紧要,他只是在执行一项任务,即感觉的输入与输出,而这项任务并不一定需要意识的参与。使中文字符具有意义的不是房间里的这个人,而是手册上的规则。这个人完全可以被一个不会说话、没有意识的机器人或计算机所取代,只要它们能够在手册上查找信息,并将结果从输出端口传递出去。我们暂时不再讨论房间里的这个人,接着说说塞尔的第二个把戏。

为了更好理解第二个把戏,首先提一个最基本的问题:手册懂中文吗?

已知世界中最为复杂的对象——人类大脑

上面这个问题的答案很简单。直觉告诉我们,在实验房间里不可能发生任何意识或意义,因为那本小手册只是一个物体。这么一本不起眼的平装书怎么可能具有意识?但是这个思想实验使用了一个狡猾的招数,就是让人相信这本几百页的手册包含了无比复杂的语言规则。事实上这是不可能的。一旦考虑到思想实验在现实中的可行性,我们就会发现这样一本手册(或者其他根据规则运行的设备,如计算机)无比复杂,而我们也会更加怀疑这些设备(手册、计算机等)是否能够理解中文。

尽管几乎所有的神经科学家都认为大脑类似于计算机,但他们都清楚大脑和计算机的运行方式是根本不同的。二者存在两大不同点,即一个事件或者只有一个原因和结果(基本上是串行结构),或者有很多原因和结果(平行结构);一个事件必然导致另一个事件(决定性框架),或是一个事件可能导致另一事件(可能性框架)。串行决定性结构的一个简单例子是排列紧密的一排多米诺骨牌,轻轻推一下第一张骨牌,第二张必定会倒下,然后一张接着一张,直到所有的骨牌都倒下。平行可能性结构则相反,假设地板上有一堆杂乱无序的多米诺骨牌,其中一张被推倒,可能会使旁边三张也倒下。还有一些骨牌的摆放位置使得它们倒下时只是碰到旁边另一张骨牌,这张骨牌摇晃着,可能会倒下并使旁边更多的骨牌也倒下,但这种情况并不是必然的。
虽然现代计算机慢慢开发出一些平行结构,但至少之前的计算机几乎都是以串行结构运作,一种运算推出另一种。另外关键的一点是,计算机的硅片是以决定性方式运行的:一个指令必定会导致一个结果。人类大脑则完全不同:神经元互相连接并以平行方式运行。而且神经元以可能性方式运作:一个神经元给其他多个神经元发送信息,使其他神经元更加容易(或者不容易)被激活或者“发射”。
为什么平行可能性结构的运行方式比串行决定性结构的运行方式优越?可能是因为串行决定性结构过于简单直接。计算机可以在一秒钟内运行无数的算术,而我们的大脑在同一时间内充其量只能思考几件主要事情。计算机在一瞬间就能计算出17 998 163.092 745 64的平方根,而我们会放弃这一棘手的任务。但是由于我们的大脑以平行可能性结构运作,我们的信息处理方式比现有的任何计算机更灵活、更微妙。我们更容易产生偏见、个人癖好,更容易受影响。如果你重复念同一个单词“洋蓟洋蓟洋蓟洋蓟洋蓟”,那么在当天接下来的时间里(可能更长的时间),你每次认出单词“洋蓟”的时间会比上一次更快(你甚至可能在下次经过超市时买一个洋蓟)。但计算机的文字处理程序只会显示红色下划线,表明重复“洋蓟”这个单词不符合句法。在重复五遍这个单词后,计算机在单词下加红色下划线的时间并不会比第一次出现重复时更快些。
我们大脑具有的这一持续的、微妙的更新功能,意味着我们可以高效率地学习任何事情。比如,我们会认为在一张图片中区分猫和狗是件很容易的事情,而这种区分能力却是计算机的一个严重缺陷。虽然辨认动物对我们来说是基本技能,但事实上这项技能非常复杂,隐藏在意识底下,需要运用大量的平行计算结构,而我们人类的大脑就具备这种结构。当然,使大脑准确计算出平方根对人类的进化来说没有多大意义。但是多方面的信息处理技能,在一瞬间就能分辨出是处于危险的情况抑或是有利的情况,然后做出准确的反馈,具备这种能力从生存角度考虑是非常有益的。
因此,串行决定性的处理方式适合在短时间内处理大量的简单任务,而平行可能性的处理方式在处理少数几个极其复杂的任务时很有效。

虽然人类大脑与计算机有诸多不同点,但本质上都是信息处理机器,两者的关系比乍看上去要亲密得多。所以,原则上计算机能运用与人类大脑相同的运算法则来处理信息。实际上,在神经科学领域已经出现一些杰出的计算机模型,其特性与人类大脑神经元的生物特性非常接近(最近的一项研究结果产生的模型具有100万个神经元,5亿个联结)。这些计算机模型表明人造神经元群体出现了很有意思的新趋势,如组织集群与活动波。

人造意识案例

现在回到中文屋思想实验。如果思想真的是一种程序,那么这一“软件”首先会在神经元层面运作。在一本书中体现错综复杂的人类大脑活动,这项任务太艰巨了,因为大脑内部相互作用形成的复杂性是惊人的。
如果使用人工设备记录大脑的运算活动,必须用到计算机。四百年后,计算机的速度完全有可能使其运行一套以平行方式运作的人类大脑活动的程序,这种计算机在一秒钟内能进行不计其数的运算。我们再给这台计算机装上一对摄像镜头和机器人手臂。手臂的职能是从输入端口获取纸质文件,并将答案从输出端口传递出去。如果这台计算机能够与一个中国人进行有效的交流,那么凭直觉我们会认为这台计算机内部是如何运行的呢?这台复杂无比的计算机由数十亿的芯片、数万亿的联结构成,运行着与人类大脑相同的运算法则。如果认为这样一台计算机没有意识,不明白它所读到并书写的每个字符的意思,恐怕需要很大的勇气才能下这种论断。

塞尔的中文屋实验反驳了计算机程序可以捕捉到意义的观点,但这个实验并不那么有说服力,主要原因是这个实验暗示语言交流所需要的程序设计比实际要简单很多。相反,我们至少要理解思想是大脑的产物这一观点,大脑的运作就如同计算机运行某一特定的(平行的)程序一样。因此,从原则上说,我们可以在某种程度上被转换成硅片计算机,同时仍具有意识和真正的意义。显然没有令人信服的论据可以反驳这种观点,而我恰好相信硅片计算机在将来完全有可能和人脑一样具有意识。

主观性地位的削弱

如果我们把意识看作一个科学无法测知的神秘体,那么意识必定是主观的。但是如果把意识看作大脑这一生物计算机的运作过程(像其他计算机一样,大脑的主要目的是信息处理),那么意识和主观性的神秘面纱就可能被揭开。顺着这一思路,如果我们相信与意识相关的科学技术会取得显著发展,说不定有一天主观性将不再是意识的必然特性,而只是个偶然因素,完全可能通过多种方式被穿透。
因此,总有一天主观性这个哲学谜题会被解开。主观性不再是意识科学探索中一个永恒的、无法跨越的障碍,而仅仅反映了这样一个事实:到目前为止我们还不能深入了解大脑处理信息的方式,还缺乏获取和操控信息的专门的知识和技能。

这一章对那些认为意识不是物质计算机大脑的产物的哲学观点做了概括介绍。从根本上说,这些哲学观点是站不住脚的(尽管貌似无懈可击),因为它们不仅忽视大脑的实际运作方式,而且建立在直觉的基础上。但由于许多论题都是以直觉作为起点,所以直觉依然有用。我认为基于直觉的初步设想能激发科学研究,而通过科学研究才能得出可靠的答案。

人类不屈不挠的精神

几个世纪以来,不同的研究领域都持同样的观点,即科学难以解释意识。这一章的论述也表明,许多现代哲学家仍赞同这种观点,并提供大量的论据试图证明用科学方法研究意识是毫无意义的。从心理学历史上看,在很长时间里,即使是科学家们也都追随失败主义的浪潮,避开与意识研究领域相关的论题,认为意识不能通过实验方法得到证实。比如,20世纪最著名的实验心理学家乔治·米勒(George Miller)在1962年建议:“我们应当在一二十年内禁止使用意识这个词。”
幸运的是大约30年前,一批有着与利明一样的进取精神的科学家,不顾同事们的反对(认为意识是世界上最难解的谜),以积极探索的态度开发意识领域,希望有所发现,就算是为了兴趣也好。这样的故事在科学史上重复了无数遍:由于怀疑我们的理解能力而做出了不科学的论断,这些论断最终演变为令人惊叹的科学进步。但这次的情况很独特,主题是关于人类的本质。

第2章 大脑进化简史:思维的科学

大自然的第一课是失败

这本书的主要论题是:意识只是一种信息处理过程,主要处理那些有用的、关于世界模式的信息。本章论述是为了说明,意识不是突然神秘地出现的,而是像自然界所有生物一样,有一个逐渐发展的过程,并与准确获取有用信息的、普遍的生物机制密切相关。因此,我们大脑及意识的运算信息,反映了进化过程中几乎所有的特性。

进化的本质

进化的基本理论极其简单:所有生命体共同的祖先经过几十亿年的时间进化产生了上百万种不同的生命形式,这些生命形式有些已经消亡,有些现今还存在。之所以出现这种情况,原因之一是资源有限,各种生物为获取资源而互相竞争。一些有机体将另一些有机体消灭了,竞争演变成激烈的战争(不管是在各物种之间还是在物种内部,都是如此)。那些有利于有机体生存与繁衍的特性被保存下来并进一步发展,而那些阻碍生存与繁衍的特性经过几代的演化逐渐消失。物种的特性经过一代代的变化,才产生新的物种。
物种的特性主要由基因决定,基因是决定有机体性状的独特指令。一种生物的基因会复制给后代,因此后代与先辈有相似性。但这些指令有时候会出错,从而使下一代出现一些新特性。这种错误不同于书本中的打印错误,后者是实实在在的错误,而基因代码的错误,或者称为“基因变异”,有时候反而对生命体有利。如果一种生命体繁衍后代的方式是有性繁殖,而不是简单的自我复制,那么其后代之间的相似性会越来越少,而且随着时间推移,生命体产生变异的可能性会增大。
以上概述了地球上的生命体是如何进化的,其中隐含着生命体的一种内在需求,即准确反映世界相关特性的需要。从某种角度上说,这种内在需求是进化的本质,可能有助于创造基因、DNA,甚至是生命体。

复制复杂的化学结构与叛逆的后代

虽然不能证明生命最初是如何产生的,但是不少关于生命起源的学说还是有价值的。不管生命最初是以何种方式产生,有一点是肯定的,就是存在大量的化学分子。这些化学分子中的小部分能够通过简单的化学反应进行自我复制(令人惊奇的是,我们确实发现了一些能进行自我复制的无生命分子,并对其加以技术利用)。

从某种意义上说,进化的第一步就是:碰巧有一两种化学分子特别擅长复制相似性很高的后代,尽管这时还是没有出现生命形式。
发展到这个阶段,化学分子的数量很可能会剧减:低效率的非生命体复制因子在争夺资源的竞争中失败,然后消失;而优秀的复制因子处于支配地位。接着新的竞争就在这些优秀的幸存者中展开。即使在这个生命形式还没有出现的早期,为争夺能源和化学成分而展开的激烈斗争也是一种进化过程,因为这种斗争具备了进化的主要因素——为有限的资源而激烈竞争。表面上看,是不同的化学物质在竞争;但从本质上讲,却是关于如何保存自身并进行复制的各种“想法”在竞争,这点可以从这些原初生物(proto-creatures)的化学信息中得到体现。
需要说明的是,我并不是说除了人类以外的其他有机体具有任何形式的意识,我用“信念”、“想法”这样的词汇只是为了表达方便,用来描述那些能够内在反映一定信息的生物,但并不表示这些生物具有意识。
在这场前生命体(pre-life)的“军备竞赛”中,有关周围环境的“微信念”(micro-beliefs)储存在具有自我复制功能的化学物质中,这些“微信念”对生存至关重要。这些化学物质在竞争中占有优势,因为它们能更准确地反映环境,承载着更为重要的信息。事实上,生命可能从简单的非生命体进化而来的一个关键是:非生命体不能产生复杂的物质结构,或者说不能进行大量的信息储存,而这些对生命体来说是很简单的。

生活在混乱边缘

复制真实的自我固然很重要,但在一个充满变数的环境中,随时会出现更高级的竞争者和新的危险,因此,过于专注表象是很危险的。在这种情况下,完美地复制原始的化学结构显得落伍,缺乏灵活性,因而注定要失败。那些确实能够激发创造性想法的机制,换句话说,那些具有“学习”能力的机制,将对进化极为有利。
在这个即将进入生命体的初始阶段,改变“信念”仅仅意味着不要进行完全一模一样的复制。换句话说,原初生物大家庭的成员需要在两种选择——保留有用知识与承认他们的构想可以被改进得更好——中保持良好的平衡。他们希望后代是自己忠实的翻版,但又不能太过忠实。复制的忠实性要求的降低带来惨重的代价:很多后代质量降低——或者出生时就不完整,或者缺少某一重要的化学信息而影响生存和复制。但也可能出现另外一种情况,即有些后代的质量得到改进。保持原有“信念”与激发新“想法”之间的张力对任何复杂的信息处理体系来说都意义深远,不管这些体系是原初生命体形式,还是人类大脑的神经活动,或者是整个科学研究。中间状态,即处于一片混乱与完全稳定的中间,对任何体系来说,都是处理信息的最佳状态,而学习新知识尤其需要这种状态。任何时候进行有效信息处理都需要这种半混乱的状态。中间状态很可能是神经元网络的默认状态,这也是人类大脑神经元的运作产生复杂思想的原因之一。

科学研究领域同样存在类似的处于秩序与混乱中间的平衡状态。维护秩序的现象在社会科学领域尤为突出。
最出色的科学家是这样一些人:不仅有让人尊敬的事业,而且留下了经得起考验的成果,还培养了一批新的高素质科研人员——之前指导的学生。这些声誉卓越的科学家能提出有见地的理论,而且他们的理论有实验证据的支持。但是一旦有足够的证据反驳他们的理论,他们会放弃自己的理论,然后以新的方法探究问题,总是能产生富于创见的思想。

对一般的前生命体生物来说,在稳定与混乱之间找到平衡点的要求可能过高了,因为它们缺乏复杂的结构。但是对那些最高级的、即将进入生命体状态的前生命体生物来说却不是不可能。具体来说,有效灵活的信息处理技能与生存及复制能力有关,首先需要一种方法来储存很多已经存在的“信念”——DNA可以胜任这一工作(关于DNA储存信息的过程将在下一节讨论),然后需要一些技巧来测试关于周围环境的新“设想”是否正确。对生命体来说,主要的方法是制造一批优秀的、与自己只有细微差异的后代,而后代身上的那些差异中有小部分是一种进步,反映了有用的革新特征。

因此,如果表现更多的不同类型“想法”的能力有利于进化,化学生物的形体就要变得更大,结构要变得更复杂。一些化学生物会比其他同等大小的生物更擅长储存信息,更擅长在稳定性和可变性之间找到平衡点。这些化学生物的结构及其本身的复杂性对进化的过程起了积极作用。
一旦达到某一程度的复杂性,生命体就迅速产生了,这几乎是必然的。希望成为生命体形式的竞争者们进入一个高效学习的阶段,与那些简单的、缺乏灵活性的对手相比具有绝对的优势。这些优秀的、试图成为原初生命体的化学生物需要具备很强的适应性,能最大限度地利用可用资源,并击败那些稳固不变、缺少灵活性的对手。
进化到了这一阶段,即将向更高一级迈进。与这一阶段的进化过程相类似的情况是人类科学的发展进程。人类历史上大约有99.5%的时间几乎没有什么科学成果,但在过去400年里,在印刷出版业、教育、科学爱好者、引起热烈争议的理论以及有文字记录的证据等因素的作用下,人类的学习能力得到提高,科学新发现也急剧增加。

RNA与DNA

原初生命体发展到某一阶段,很可能通过几个简单的小步骤就进化成由RNA(核糖核酸)构成的早期生命体。RNA是DNA的近亲,与已知的任何非生命体相比,RNA是更高效、更灵活的信息载体。
原始非生命体简单的分子结构只能反映有限的信息,与之相比,RNA所能反映的信息要多好几倍。RNA通过制造大量的蛋白质分子承载信息,一个细胞就可能包含上千个蛋白质分子,而每个蛋白质分子的化学结构都要比任何一个简单的非生命复制体复杂得多。
这是一个无比复杂、灵活的系统,尽管RNA编码的随意变动会引起内在信息的变化。之前讲到简单的非生命化学物质时,提到这些化学物质具有反映周围环境的“想法”,这样的说法显得有些牵强,因为这些化学物质形体太小,化学特性很少,所能反映的信息量也微乎其微(尽管这些早期的信息承载体在从非生命体进化到生命体的过程中起了关键作用)。而基于RNA的生命体形式是经过一个周密谨慎的进化过程形成的。RNA作为信息储存载体,像计算机一样具有特殊字符编码(计算机采用0和1二进制编码),而它的“软件程序”用来制造蛋白质。经过几代的进化,RNA很可能会发生一些改变。为了更新记录在RNA上的信息,使生命体具有更优秀的特性,RNA字母的序列会稍作改动,结果是淘汰那些不能准确反映信息的生物,而培养那些能够最准确地反映信息的生物。通过这种方式,基因不仅能储存信息,而且经过几代的演化逐渐学会最佳的生存方式。
与简单的自我复制的化学物质相比,RNA在向生命体的进化过程中迈进了一大步。即便如此,它还是有不少缺陷。RNA的分子结构不稳定,很容易被分解。RNA储存简单的信息没有问题(因为这些信息可以很快被复制),但很难储存那些由上千个字母组成的复杂信息。复杂信息的长序列结构会很快分解,导致有机体不能将经过自然选择而产生的有利特性传给下一代。
换句话说,想要增加信息储存量,RNA不是理想的选择。RNA无法增大信息储存量:储存的信息越多,成功传给下一代的信息会越少。对RNA来说,一旦信息量增加,稳定(维护一种“信念”)和混乱(创造性地开发新“想法”,包括好的“想法”和坏的“想法”)之间的平衡就会被打破,结果完全向混乱倾斜,而之前积累起来的有用信息会丢失,生命体也必然要消亡。
DNA解决了这一问题。细菌可以说是第一个真正的生命体。在我们看来,细菌极为简单,但是即使是体积最小、结构最简单的细菌,其生物结构都必须包含一个DNA链,而这个DNA链由超过100 000个字母编码组成。复制DNA需要更多的能量,但它要比RNA稳定得多,也就是说,DNA在复制时很少会出错。因此,DNA作为储存信息的主要分子形式,对生命进化来说是件好事(RNA只是作为DNA与蛋白质的信息中间载体)。DNA与RNA结构极其相似(主要区别是DNA是双股结构,而RNA是单股结构),可能在进化早期就出现了,而且DNA的产生可能会相对容易些。
回到复杂性和适应性的问题,我们可以用一种更为具体的方式讨论生命体,而不是简单的非生命体。与人类基因组(一个有机体的所有基因)30亿个字母编码相比,细菌具有的100 000个字母是个小数目。但从原则上看,这个数目已经能产生足够多的不同类型的蛋白质,数量超过宇宙中原子的数量。事实上,只需要几百个DNA字母的不同组合就能超过宇宙中的原子数量(1080个)。因此,经过DNA重新编码,细菌从原则上讲能够做任何事。例如,目前生物技术工程师正在研发一种新型细菌,能够从废品中提取柴油。

具有普遍性的基因语言

地球上的生命体在这一阶段的进化过程都是一样的:DNA储存与有机体结构和功能相关的指令;RNA临时复制DNA编码片段,将信息转化成不同类型的蛋白质;而蛋白质是所有有机体必备的生物分子。这一过程在最初形成时肯定很成功,击败了其他所有的竞争对手。科学家对这一点很肯定,因为所有的已知生命体——从最简单的细菌到包括人类在内的动物,在这一阶段的信息处理过程都是一样的。

生命体的DNA结构的一致性让人惊奇。
欧洲语言之间存在差异,但不同生命体的基因“语言”的情况则完全不同。人类与细菌早在10亿年前就按不同的方向进化,但是两者都通过4种类型的碱基经过三联体序列产生64种组合(氨基酸就是由三联体序列编码而形成的),且两者的基因中每种相对应的组合的意义相同。用一个比喻的说法,整个生物界使用的不仅是同一种语言,而且还是一种口音的方言!
很多例子都可以证明不同生命体基因令人惊异的同一性。

DNA-RNA-蛋白质体系能够在进化过程中迅速崛起并取得控制地位,部分原因在于这是生物储存和处理信息的理想体系。DNA是大量基因信息极其安全可靠的载体,而蛋白质能有效地检索和表达信息。另一种简单的复制有机体的方法是:将2股DNA编码解开,每1股各自进行自我复制,然后将4股合在一起,形成2个双股DNA,通过这种方式产生新的细胞。
这种基于DNA的机制具有很强的储存信息的能力,并且能轻易地转化成蛋白质。因此,在40亿年前,这种机制肯定轻松地战胜了其他竞争者,而且这种机制一旦控制了局面,就不可能退出。

逆境中的革新

虽然基于DNA的生命体在现阶段努力地想保存大量的“想法”,但是大量一成不变的信息处理过程变得越来越枯燥乏味,就算环境发生变化,DNA编码还是没有改变。
更糟糕的是,还存在各种生物机制尽一切努力保持有机体的稳定性,防止有机体发生混乱。
但是还有另一套生物机制与DNA的稳定性相对抗。
在稳定和混乱之间取得一个平衡点有助于有机体进行高效率的学习:一方面可以保持原有的DNA的“想法”;另一方面,经过几代的演化,DNA编码改变从而产生新的“概念”。但如果永不偏离这个信息平衡点,又会出现低效率、愚钝、顽固等缺点。一种极端的情况是:如果可以轻轻松松地生活在1 000年来都不会变化且没有敌人的环境中(这种情况可能适用于少数细菌),那么尽量使现有成功的“想法”保持不变是完全可以的。另一种极端的情况是:如果一个物种的基因的“想法”明显不成功,导致这个物种的很多生物因急剧变化的环境或过多的竞争者而大批死去,那么最大幅度的革新是该物种的生物生存下去的唯一途径。尽管混乱带来一些不好的“想法”,导致更多的死亡,但是只要出现新的、正确的“想法”,这个物种中的一些成员必定能存活下去。在这两种极端情况中,中间的平衡状态就不起作用了。
生命体在进化过程中一般都会经历顺境和逆境。最佳的解决办法是能够根据环境的变化调整已有的“信念”与新的“想法”的比例。所以,理想的情况是:有机体在处于顺境时,阻止DNA产生任何混乱的变动;但处于新的充满竞争威胁的时期,原有的“信念”不再起作用,就要积极鼓励冒险与创新。

墨守成规与创新也是人类经验中显著的心理特性。这种革新动力是意识的主要特性。相反,无意识及习惯的主要任务就是利用意识革新产生的丰盛成果。

像细菌这样基于DNA的简单的生命体,不具备任何形式的意识去指导它们进行各种程度的革新——从教条式的机械运动到孤注一掷的创新,但是细菌有一套了不起的机制,当它们觉察到周围出现危险时,会根据危险的不同程度做出相应的创新反应。这是一个令人吃惊的现象:即使是卑微的单细胞有机体也具有反映意识和无意识之间区别的复杂的学习策略。

保持基因活力的三种方式——基因突变、性繁殖与死亡

基因突变是向DNA编码中注入新“想法”的最明显的途径。
对所有有机体来说,为了获取更多的新“想法”来应付动荡的环境,其中一个办法就是控制基因突变的数量。
有趣的类似情况也发生在灵长类动物身上。社会地位较低的灵长类动物比地位高的同类更喜欢标新立异——希望通过这些举动获取高一级的地位。人类也不乏这样的例子,比如战争总是会带来技术的飞跃。

动物的基因突变率虽然和细菌相似,但是存在一个严重问题:由于动物基因的形体要比细菌大很多,结构也更为复杂,动物进行自我复制的速度比细菌慢50万倍,这就导致动物基因的创造力远远不如细菌基因。很多动物应对变化的能力非常差。
为了弥补复制速度缓慢带来的严重不足,动物开始进行性繁殖。从很多方面来看,性繁殖是一种新策略。尽管细菌主要通过简单的分裂方式繁殖,在繁殖过程中保存每个基因,但是细菌也可以进行类似的性繁殖:通过与另外一个细菌(甚至是其他种类的细菌)结合,替换对方的基因编码片段。但对动物来说,性繁殖是一种必须,而不是例外。
从“自私的基因”的观点看,沉溺于性繁殖而不是进行简单的自我复制会带来一些小祸患,因为只有一半动物基因的特性传给下一代。但是性繁殖会提高基因创造力,这证明性繁殖的方式是有价值的。动物两性的基因混合产生新的基因信息,能提高后代应付危险的能力。这种补偿复制速度慢的方式极为有效,所以大部分动物都进行性繁殖。

另一个保持基因创造力的方式是死亡。有一种观点认为,研究机构让那些脾气暴躁的老教授到一定年龄退休是明智之举,这使得顽固过时的理论和思维习惯不能长久地影响学术圈,也使年轻的、富于创新思想的科学家有机会展现才华。同样,在自然界,死亡很可能使生物体避免积累过时的信息。有机体在逐渐消亡,这是事实。生物成功生育后代后突然出现的致命的基因疾病不是进化关注的重点,这也是事实。但这些并非事实的全部。
在某些情况下,死亡也会陷入困境,似乎并不那么确定。在某种程度上,死亡像是事前设计好的,具有灵活机动的特性,而且很可能有充分的理由。
如果没有自然死亡,一个物种的基因创造力会受到过时的思想的损害,随着时间推移,这种损害会变得越来越严重。如果年老的一代不消亡,有着创新思想的后代很难得到发展,因为家庭内部就存在激烈的竞争。如果这种情况持续几代,那么优秀的思想会变得越来越少,而这一物种对外界变化的反应也会越来越迟缓。一旦出现危机(年老的生物是无法解决这些危机的),这个物种应对危机的能力会非常差。而如果正常更新换代,情况会好很多。
这也是我们通常不会全部记得所经历的事情的原因。牢记那些不断增多的不相关信息,会严重干扰我们的日常生活,最终使我们患上精神疾病。有着惊人记忆力的所罗门·舍雷舍夫斯基(Solomon Sherashevski)的例子可以说明这一点。
舍雷舍夫斯基的例子说明,有时候旧有信息的消亡反而能让人更成功。一个人适当地忘掉一些过去的事情,有助于准确、有条理地思考当下的事情。同样道理,老一代生命体的死亡能使一个家族或物种有更强的能力应对变化的环境。
进化的动力就是繁衍后代,生存居次要地位。死亡作为一种进化手段,展示了繁衍与生存之间的矛盾:为了使基因能够更准确地反映最新的相关信息,有利于繁衍后代,有机体会毫不犹豫地放弃生存。

激发基因活力的其他途径

要想获取有用的新思想以保持DNA序列的活力,或者调整学习速度以更准确地反映现有信息是否有误,方法不止基因突变、性繁殖和死亡三种。

简单的有机体可以利用很多方法使自身更好地生存与繁衍,其中最简单的方法就是将一段基因编码移到其他地方。毕竟,如果大部分编码能反映有用信息(很可能这些编码已经制造出了一个功能性蛋白质),那么它们转移到另一基因组就能够创造出更有利的蛋白质。这种方法比基因字母一个一个艰难地改变排列更有效,可以很快产生有用的思想。当然这种编码移动也可能导致灾难性的后果,但也有可能向有利革新的正确方向发展,如果成功,就向革新前进了一大步。
混合DNA编码信息的方式很多。转座子(transposons),或称作跳跃基因,是一整段基因编码,可以在基因组内从一个地方跳转到另一个地方。
越来越多的证据表明,这种DNA的变动和转移是一种常见过程,发生在包括人类在内的所有物种身上,是成功进化的关键。其他种间基因替换是吸收新的基因信息的一种有效而危险的方式,到目前为止,进化革新最主要的来源是病毒。
在细菌体内经常发生病毒的DNA编码导入,而人类基因组也充满了病毒残余物(人类有50%的基因组由原始病毒残余物组成)。但是一些病毒入侵对我们极为有利,可以将其他物种的有用信息转移到我们体内,或者重组我们的DNA编码而产生新特性,比如早期哺乳动物的胎盘的形成就与病毒残余物有关。
基因混合发生在相似物种间,或由于病毒入侵产生。由此可推想,生命体的DNA编码之所以具有普遍性,原因之一是DNA能够促进不同来源的新基因信息的导入。如果真是这样,那么我们会发现,尽管外部世界的斗争从不间断,而且很残酷,但整个生物圈为了优化内在的基于DNA的“想法”而进行奇怪的合作。

合作和不同层次的信息处理

科学家知道宇宙并不是由无数不相关的事实构成,他们努力探寻深层模式,即信息的组成要素与总体信息结构之间的关系。相互关联性具有普遍性,而且高度分层。
人类运用无与伦比的智慧探索、解释信息结构。信息处理是所有生命体的本质特性,其主要任务之一就是反映细胞的结构及不同层次的意义。

进化生物学家理查德·道金斯提出了著名的“自私的基因”学说。根据道金斯的理论,基因是进化的核心,宿主通过复制将基因传给下一代。这里的宿主指的是有机体,按照道金斯的说法,称为“生存机器”。有机体降级为基因的载体,每个基因在进化过程中都是一个自私的幸存者。这一学说有大量的事实支持,很有说服力和影响力。
但是,每个人看问题的视角不同。我总觉得,这种认为个体基因通过遗传给后代的方式而继续存活下来的观点,从进化的角度看遗漏了什么。关于进化的一种更简便的描述是,各种有关生存的“想法”之间存在激烈的竞争,那些能更准确反映事物的“概念”可能会继续存在(这种描述带有过度概括的倾向,同样适用于科学领域和资本主义)。这种观点与“自私的基因”理论有一点相同,即都认为有机体可能仅仅是某种更重要的东西借以存在的跳板。尽管如此,这种以“想法”为中心的定义适用于所有进化现象,也适用于存在不同“想法”之间竞争的任何情况,而这点对生物进化至关重要。
这两种观点的另一个区别是:“自私的基因”理论认为基因能够抵制任何形式的变化,而以“想法”为中心的观点则认为基因乐于改变自身编码,只要能获取更好的思想(包括一系列基因共同反映的思想)。道金斯认为,基因突变率的控制是单个引发突变的基因不希望其他基因改变身份的自私的表现。与之形成强烈对比的是,进化将内在的“想法”摆在首要位置,这表明所有的基因都愿意改变身份,如果它们自身的“想法”明显落伍了的话。这种对基因突变率的控制,方式直接,是对严峻压力的一种反应,也是一种增加革新机会的可靠策略。

少量的“想法”逐渐积累形成高一级的“概念”,是进化的一个重要特征。如果一个人不能将事物的各项基本特征综合起来,形成整体概念并进行归类(比如他的记忆中只是些诸如“黑色”、“一个圆点”之类的简单的想法,而不是诸如“计算机”、“水果”之类的整体概念),那么他对事物的了解是支离破碎的。同样道理,一些简单“想法”可能只需要简单的基因进行运作就能产生,另一些复杂的、更有用的“内在信念”(blind beliefs)需要几百个基因共同作用才能形成,而更高一层次的“概念”甚至需要很多有机体共同作用才能形成。有趣的是,这些由低层次的成分构成的较高级的“想法”也会有进化压力,因为那些复杂的“概念”更为准确、聪明、强大。
实际上,有用的“想法”是由一定数量的基因组合产生的。同样,人类大脑处理信息的一个基本特征就是进行大量的合作。大脑的一个神经元只负责一种记忆的极小部分。如对人的脸部记忆,一个神经元能记住一个人的脸部的某一小部分特征,但它也能记住几千个人的脸部的某一小部分特征。我们对一个人脸部的整体记忆,不是由一个神经元完成的,而是几千个神经元互相作用,综合产生一种突发特性才形成的。同样,一个复杂的多细胞生物会有几万个甚至更多的基因,其中每个基因都具有多种功能,负责形成一种特性的某一小方面。人类大脑就是一个极佳的例子,大脑的产生以及正常运作需要2万个基因和80%的基因组的共同作用。
即使是生命体出现之前的原初生物,其化学成分之间也会相互作用形成组合物,这种组合物能反映的信息胜过各个化学成分所反映的信息的总和。其实,化学成分具备的这种“洞察力”没有什么神奇的地方,只是各个组成部分的随机组合,而进化更倾向于选择那些稳定的、有利于复制的、高级别的信息。对于生命体来说,基因之间组合产生复杂“想法”的现象很普遍,因为每一种有机体都有几十亿相互作用的基因的“想法”,经过无数代的发展演化,产生大量复杂的思想。
动物之间也存在紧密的、聪明的合作,这样的例子很多,如一些群居昆虫。
很有意思的是,一些特别不受干扰的生态系统会自发形成某些结构特征。
这种高级的、“智慧型”的信息处理行为的根源在于DNA。但是这个高层次的、基于生态系统的“想法”与单独的DNA片段之间的关系很遥远:处于信息等级顶端的“概念”是由底下各个层次的“想法”集合起来形成的(这一信息等级结构为:生态系统、有机体集合、有机体的生理特性、基因的相互作用等)。两者之间的距离很可能和意识与单个神经元活动之间的距离一样遥远。
超出有机体的范围讨论进化问题会引起争议,但是我想说明的是:只要各种信息载体之间存在竞争的、变化的“想法”,就会产生类似进化的行为特征。
很可能某些特别复杂的“想法”确实要由一群有机体共同作用才能形成。如果出现一种“想法”使这群有机体都能存活下来,从原则上说,进化会倾向于选择这种“想法”。虽然需要通过基因将这一“想法”传到后代,但是进化主要关注“概念”层面的信息。在这个语境中,概念层面指这群有机体(而不是基因),将这群有机体看作一个系统。同理,不是因为主宰基本粒子的物理规则生效了,才使今天的股票市场涨了1%,虽然没有基本粒子的存在,股票市场也根本不可能存在。
从DNA片段开始,一级一级直到生态系统,甚至是生态系统的上一级,从原则上说,进化在各个级别都会舍弃那些与生存不相关的“想法”,而保留那些准确的、重要的“概念”。这一处理方式会促使低层次的“想法”综合形成高一级的“概念”。

天才的细胞

到目前为止,我只是讨论了DNA层面的信息管理。如果其他有机体也采用基因信息处理的方式,那么怎样才能在进化这场军事竞赛中胜出呢?一种方式是细胞运用其他工具进行信息储存和信息更换,建立新的级别,不仅涉及各种“想法”的结构和范围,还要能进行运算。
如果一种生物不仅在随机的基因突变中比其他生物优秀,而且具有很强的计算功能,那么这种生物在竞争中就具备了优势。

目前,基于DNA的“想法”只有通过进化才能更新。也就是说,通过有机体的更新换代,那些仍然能够继续生存的基因(或基因集合)被选中,而另外一些则被淘汰。这种了解周围环境的方式效率太低:在充分学到一些经验之前,上百万种生命形式已经消亡了。较为理想的一种方式是,在有机体的一个生命周期内就获取相关知识。
听起来似乎只有动物才能做到这一点。实际上,包括细菌在内的很多单细胞生物也以这种灵活的方式处理信息。
这一方式的主要机制是由基因编码形成的蛋白质。一些蛋白质之间相互作用,按照逻辑规则进行基本运算;另一些蛋白质则负责收集环境信息;还有一些蛋白质返回到制造它们的DNA分子上,通过调控不同基因从而改变其他蛋白质的功能。通过蛋白质的这种信息交流方式,大量复杂活动得以正常进行,还可获得高效的学习形式和有用信息。

同源异型基因的例子可以说明复杂概念的形成。大多数复杂的系统都受益于不同等级的知识和管理,包括单细胞生物。
但是更让人惊奇的是,一些微生物以蛋白质为基础进行运算,表现出了很强的学习能力。以细菌为例,细菌通过释放化学信号互相交流,如果化学信号暗示缺乏食物,每个细菌会分散到在一个区域内,最大限度地消费可用的一点食物。
原生动物和细菌在碰到不同类型的食物或潜在的危险时,甚至会运用一些基本的学习和记忆形式。例如,在直肠内的细菌如果发现合适的食物,它们会为消化附近可能出现的相关食物做准备。这就像在做某种预测,如果不能很快找到相关食物,它们就会放弃。

人类基因组大约有23 000个基因,这一数目与其他生物相比要少很多。作为有着地球上最为复杂的器官(人脑)的生物,这一数目也是极少的。然而,通过一些聪明的技巧(如一个基因可以参与多种蛋白质的编码,基因的不同控制等级,等等),我们可以最大限度地利用这些少量的基因。衡量有机体复杂性更理想的标准是蛋白质的数量,而不是基因的数量。在这方面,我们人类远远胜过其他生物。

内在进化

进化支持那些通过高效学习获得的准确的内部信息,但这一过程有不少重要的限制因素。首先,要提高内部信息的准确性,就需要更多的能量来维持知识增长,而一旦食物供应不足,有机体就变得很脆弱。而且,要产生大量的不断增加的“想法”,需要有机体变得越来越复杂,这样就会降低有机体的复制速度。不管此刻的“内部信念”如何准确,但是环境瞬息万变,如果有机体不勤于复制后代,那么“想法”——如果有任何“想法”的话,比如记忆——中包含的关键的DNA成分就不能很快更新以赶上变化,这样有机体很有可能会消亡。最后,要储存所有这些额外的“想法”,要求有机体的体积更大、结构更复杂,而如此庞大的生物机器更容易遭受失败。
细菌恰好符合这种要求。细菌具有一定的复杂性,但复杂的程度又不至于给生存带来压力。一方面,细菌处理信息的方式很聪明;另一方面,细菌结构简单,形体微小,因而能进行快速有效的复制。以任何一种标准进行衡量,细菌都是地球上最为成功的生物类型。
这样就产生了一个问题,动物最初是怎么出现的?一种解释是,动物的出现和发展是个意外。经过很长时间的进化探索,一旦条件成熟,生存的契机就会出现,或者说产生了“生物想法”(biological ideas)。所以,动物是生命体发展过程中一个偶然环节。
细菌对信息(不只是DNA上的信息,还包括整个细胞内的信息)进行编码,很快形成和改变“想法”。细菌主要通过蛋白质表现“想法”,另一种更为有效的方式是在DNA和蛋白质之间建立许多运算链接。这个处理系统虽然很独特,但存在很大局限性:只能一步一步获取最基本的信息。如果运算能力的增强符合进化的要求,那么要怎样做才能处理更多的信息呢?一个原始的例子是:细菌相互间联结在一起来表现有关食物的信息。按照逻辑推理,下一步应该突破细胞的范围。
多细胞生物的情况又如何呢?多细胞生物的每种细胞都有特定的功能,而无数神经细胞构成了大脑。按照一种进化“假说”,快速学习和储存更多的信息,在某种程度上可以弥补维持大脑运作所需投入的更多时间及资源。
非动物类生物(包括聪明绝顶的细菌)要花几代的时间,通过自然选择和DNA对周围环境的一些基本变化进行编码。然而,即使是结构最简单的动物,只需要几秒钟就能从环境中学到大量的知识。动物轻易就能掌握有关环境的一些复杂的特性,而仅仅靠DNA可能无法理解。由于非动物类生物处理信息的能力有限,如果碰到威胁,可能会导致个体甚至是整个物种的灭亡;而动物碰到同样的威胁,甚至不会受到任何伤害。

如果进化主要是“想法”之间的竞争,而最终获胜的是最佳的想法,那么从某种意义上说,动物为了获得更多生存机会,会紧紧抓住另一种进化形式,即内在进化。
因此,所有生物在进化过程中都要经历基因假说-测试阶段。有机体的“概念”正确与否通常由环境直接反馈,那些理想的“概念”被选中,遗传给后代,而那些糟糕的“概念”则不再存在。如果是复杂类型的细菌,有小部分重要的反馈来自蛋白质这一中间介质——蛋白质能快速地反映环境的粗略特征。
对动物来说,处理关乎生存与繁衍的重要“信念”需要有一个缓冲物。动物收到的反馈来自环境,但大部分反馈不需要经过DNA,因为DNA只能改变那些储存在大脑细胞内的“想法”。通过运动的方式,动物能够直接与环境产生互动,快速有效地检测“信念”正确与否。一个动物在一生中能产生无数的“想法”,其中一个重要的原因是,错误的“想法”不会威胁到动物的生命。而且,动物的精神世界越复杂,就越能够细致地反映外在世界。动物结构复杂的大脑能够进行大部分的环境反馈,而这些环境反馈是改变“信念”(不管这些“信念”是储存在基因里还是神经细胞中)所必需的。
有着复杂大脑的动物,不需要动一下就能检测许多互相竞争的想法。
这说明内在进化的形式已经产生,而且动物智力水平越高,这种内在进化表现得越明显。人类大脑很像一个内在进化的世界。我们的大脑能充分、准确地反映世界,我们几乎不需要浪费一点体力,就能产生各种想法以及做大量选择。这种方式还很安全,我们思考各种选择时不用冒任何风险,不会发生下面的任一情况:或者在基因优劣的竞争中失败而无法生存,或者因为一些失误而造成身体上的损伤。这种方式似乎与本章开头提到的原初生命的“想法”大相径庭。其实,两者并非看起来那样不相关。两者都属于相互关联的进化步骤,都是建立在一个理论基础上,即高效的信息处理占有优势。

事实上,大多数动物通过免疫系统进行积极的内在进化。动物身上有大量寄生物,这些入侵者很可能会导致宿主死亡,因此需要免疫系统来应付任何突发情况。免疫系统抵御入侵者的方式类似于自然选择的方式,或者说与大脑处理信息的方式相似。免疫系统创造性地产生很多可供选择的物质,让这些物质与病原体互相作用,当某一个物质找到一个匹配项(即这个物质学到了某些东西),形成附近存在危险的假设,抗体就会开始繁殖。这一方式是免疫系统的一个显著特征。

大脑的计算功能

在这一章的最后两小节,我要强调,动物在进化方面并不比其他生物更成功。

动物由于具有一系列强有力的优势,使其能进行复杂的信息处理,而动物的总体基因设想使它们具有的少数几个优越特性远远胜过其局限性。

动物神经系统最基本的功能是调控动物的基本状态,保持体内平衡(homeostasis)。神经系统就像大脑内部的一台计算机,多数动物的神经系统能控制重要的生物特性。
但是这种内部调节只是动物大脑的一小部分功能。大脑的主要任务是感知外在世界,获取信息数据,在此基础上做出反应。获取准确的外部信息对生存意义重大。一些细菌具有基本的感知能力,能够通过蛋白质转换觉察到什么时候食物缺乏,能做到这点其实很聪明。但是,如果食物在附近,却被化学物质掩盖,以致细菌觉察不到食物,这种情况下,细菌就会显得很笨。动物有多种感知能力,在寻找食物时,通过视觉很快发现哪个地点有什么食物,是否有其他动物已经在享用;通过嗅觉感知到食物所含的能量是否丰富;通过听觉判断是否有其他食肉动物埋伏在附近(如果有的话,等到自己开始尽情进食时,这些食肉动物会猛扑过来)。

我们对自身的感知能力太习以为常,很少去探究这些感知的本质。感知只是获取环境信息的渠道。各种感知能力给我们带来完全不同的感受,但关键的一点是,所有感知到的都是信息。
所有的感觉处理对大脑来说只是信息,大脑的每个区域都能处理各种类型的信息,即使该区域原本是处理某一特定类型的数据的指定区域。

重要的是,我们对世界的感知不仅仅是感官接收到的物理信息的拷贝——这点对复杂的神经系统尤其重要。一台无意识的统计机器在运作着,将我们接收到的基本信息转换成详细的即时信息,包括不久的将来可能会变成怎样,以及什么对我们很重要。
但是,仅仅让感觉器官装满信息是没有意义的。如果只是一味地囤积信息,而从来不运用这些好不容易得来的知识去做有意义的事情,那么储存信息会变得毫无意义。真正需要做的是将信息与行为联系起来。换句话说,要行动起来。对简单动物来说,这点很明确:它们的行动与感觉之间的关系通常很直接。以虫子为例,虫子感觉到有食物,就会马上接近食物;感觉到有威胁,会马上离开。但是动物越复杂,它们在感觉和行动之间就要进行更多的信息处理。
人类大脑的主要任务是控制身体的活动,与大脑内产生的无数想法相比,这一任务显得不那么重要了。在我们的感觉和行为之间纠缠着纷乱的想法。在既能协调身体、又能准确地反映信息的无数可能性中选择最理想的一种,这个处理和运算的过程占了主导地位。然而,从根本上说,即使是人类的大脑,其主要的任务还是以最佳的方式控制躯体的运动。认识到这一点很重要。

运动的首要机制是本能行为,这是所有动物都具备的。本能是一种先天遗传的大脑“程序”,能将感觉输入与特定的反应联系起来。本能有利于生存,并能使动物最大限度地进行繁衍。在本能行为中,基因的作用是利用大脑储存及处理信息的能力(这些信息太复杂,不能仅仅以直接的遗传方式解决)。例如,如果我不小心碰到刚刚从烤炉中拿出来的馅饼,在我意识到发生了什么之前,我的手已经从灼热的馅饼上快速移开了。过了一会我才反应过来,意识到刚刚差点烫到自己。在高级的大脑皮层感受到热或者要做出手臂猛抽回来的反应动作之前,大脑的原始区域就已经感觉到了热并设计好反应的程序。这种反应看起来很简单、很自然,意识似乎只是一个旁观者。但是这个反射动作是一个无比复杂的由神经细胞参与的处理过程:需要知道手臂抽回来的方向,由哪些肌肉参与,强度如何等。

对固定的感觉输入产生相应的反应,这种能力很重要,但仅仅靠本能并不能让人受益多少。本能很重要,但如果没有一些最基本的学习能力,本能发挥的作用并不大。
即使是最简单的学习形式,也能发挥很大的作用。动物能将事物与其效用相联系,聪明的动物还能区别效用的程度,如巧克力的味道比菠菜好。以这种复杂的方式学习,需要的脑细胞少得惊人。

学习当然是件好事,但如果被无数的事实包围着,那么该学习哪些呢?为什么要费劲去学习像“不要碰灼热的馅饼,直到馅饼冷下来再碰”这样的知识呢?为什么线虫要这么麻烦去避开有毒的食物呢?为什么不去搞清楚风使右边的树叶摆动的速度比左边的树叶快一点的原因呢?答案是:动物受一套价值体系的限制,价值体系规定了什么是好的、让人愉快的,什么是不好的、令人痛苦的。这一机制在进化过程中不断完善,规定什么有利于生存与繁衍,什么不利于生存与繁衍。
这套价值体系对任何相关的刺激物归类,归类的依据为刺激物是有利于动物发展还是使动物陷入危险,以及利益或危险有多大。简单的动物会遵照这套价值体系活动:接近有利的东西(如食物或性),远离有害的东西(如捕食性动物)。对很多动物来说,学习的速度和持久性与利益或危险的程度直接相关。例如,狗很快就能领会下面这种情况:如果主人开始朝它大声吼,那么紧接着就要挨打了。但是如果主人说“再喝点水”,需要重复多次,才能让狗明白又要喝水了。这是因为水的供应很充足,再加上口渴并不会威胁到生命。

简单的动物会区分周围环境中哪些是有利的,哪些是有害的,但它们并不知道为什么某些东西是有利的或有害的。秀丽隐杆线虫闻到有毒食物源会后退,而当它感觉到震动时会以同样的方式后退。事实上,线虫的大脑对两种情况的反应没什么区别。这时价值体系需要情感来扩充,情感解释了动物认为某些东西有利或有害的原因。原始的情感主要有三类:恐惧,厌恶和愤怒。如果我们害怕某种气味,我们会马上跑开。或者躲藏起来,但还是会对这一危险保持警惕,密切关注最细微的变动,如有必要,随时准备跑开。某种气味让我们想起恶心的食物,如果我们以最快的速度逃离这种气味的话,会显得很傻;相反,我们会慢慢后退,然后去找其他吃的东西。所以,面对不同类型的威胁,基本的情感会使我们的行为方式更复杂,而粗略的价值体系只有好的和差的两种分类。
一些心理学家认为,我们完全可以通过身体的反应判定我们的情感状态。生气时,心跳会加快,还会紧握拳头,等等。情感促使我们行动,去改变环境,从而有利于生存和繁衍。
当然,与简单动物相比,我们人类有着大量复杂的情感类型,如妒忌、幸灾乐祸、不公平感。人类比其他哺乳动物有更为丰富的情感类型,因为我们生活在庞大、复杂、等级制度的社会,要处理各种社会及政治问题,要与不同类型的人打交道。某些情感可能会毁了我们的生活,比如执着地爱一个不可能得到的女人,或沉溺于赌博。然而,我们所有的感情都有一个明显的进化基础。大脑为我们判断环境的优劣,但由于生活太复杂,有时候大脑也会计算失误。许多复杂微妙的情感是几种相对简单的情感的综合,每种情感都有明确的进化目的。例如,妒忌是两种情感的综合产生的,一种是对某种东西(如性伴侣)极度渴望,另一种是对存在的威胁感到愤怒,这种威胁妨碍我们占有渴望得到的东西。
仔细研究我们的近亲——黑猩猩就会发现,人类与黑猩猩有很多相同的情感,而这更清楚地表明我们众多的复杂情感是有进化基础的。

广阔的内在世界

到目前为止,我并没有说除了我们人类之外,其他的任何动物具有任何形式的意识。但同时我确信,我们与黑猩猩拥有相似的情感。

虽然所有的生命体都要获取关于周围环境的有用“想法”,但是另一种明显的倾向是:储存在一个层次的信息联合形成高一层次的、更为丰富的“概念”。在某些情况下,更多的层次在这些基础上建构,一层又一层,直到产生一种高效的体系。价值体系作为一种捷径,判定什么对动物有利或有害;除此之外,还产生一些简单的情感,然后在简单的情感基础上形成复杂情感;人类能进行分门别类,制订计划,使用语言,运用独特的策略调节、丰富我们的情感和动机。之所以产生这种情况,原因之一是:大自然确实是高度结构化、互相关联、具有不同的等级结构的。我们可以辨别每一个层次的复杂结构,其中一些结构井然有序,简单的数学方程式就能够对其进行透彻分析。

宇宙中的信息都包含着某种模式。科学家们试图发现这些模式,这样他们就能做出无比精确的预测。我们人类有着复杂的大脑,还有革新的压力,我们有必要发现有用的模式,而不只是简单的事实。我们越是能够准确地反映宇宙的结构,就越能更好地控制环境和自身。科学、研究、技术领域是如此,进化也不例外。所有这些都受益于模式这一强大无比的假想测试器。对人类来说,科学研究与我们智力之间关系紧密,我们人类是第一个拥有如此不可思议的智力的生物,因为从第一个原初生命体在海洋中出现开始,进化从根本上支持准确的信息处理。
充分运用模式的不只是动物。在大自然中,模式无处不在。虽然如此,但非动物类生物对这些规律进行编码的能力很有限。
很多动物一直在拼命地寻找模式,有时候会找错方向。我们一些非理性的信念(如宗教信仰,以及相信外星人劫持的说法)之所以很普遍,原因之一是我们坚持不懈地在信息的洪流中寻找结构和意义。
动物界迷信行为盛行,表明与迷信密切相关的一些深层次的东西对动物很有用。动物寻找有用模式的努力程度,类似于质量低劣的立体声音响的音量控制程度。音量太低听不清楚;音量适中,可以听到相当多的音乐,但是很难区分伴奏音乐;音量开到最大,听到的音乐会失真,几乎听不到主旋律。动物似乎喜欢将“信息音乐”的音量调大,这样能够听清楚音乐的每一个细节,包括低音和伴奏,为此可以忍受音乐的吵闹和失真。充分利用机会去了解有关世界的新的、有趣的信息,强过错失增长见识的机会,尽管有时候也会产生错误想法或形成不当的行为习惯。这与基因的混乱策略很相似,基因突变、性以及跳跃的基因可能产生一些新的致命的信息,但也可能产生一些真正有用的革新。
细菌进行的革新很了不起,而人类拥有大脑这一生物计算机,能够快速存储稳定的信息以及学习新信息,我们处理信息和控制生存环境的能力比起细菌要进步很多。
我们不断追求技巧和模式获得了回报,这种回报过于丰厚,以致我们几乎注意不到自己到底掌握了多少系统知识,以及这些知识在何种程度上影响我们。从我们与外界进行精神互动的角度看,我们都是费德勒式的人物,都在不断地练习。但是,在进化层面上的练习,我们花了5亿年的时间(不是几千个小时)磨炼我们的技术。

多数动物都有反复实践过的关于世界的模型,一些模型是由基因决定的,一些来自遗传,还有一些是经过后天学习和经验积累形成的。人类是一种独特的动物,尽管我们出生时形体已经齐全,但是有好几个月的时间,我们弱小无助(通常情况下要过一年我们才能够行走)。其中一个明显的原因是:如果出生时大脑就已经发育好,那么婴儿的脑袋就要大很多,这就要求母亲有足够大的骨盆,结果会使母亲几乎无法行走。在快速、易变、简单的本能与缓慢、稳定、复杂的计划这两种选择中,人类显然会选择后者。我们的生命以无知和无助开始,但是我们具有很强的学习能力、高超的运动技巧,能准确全面地反映世界,而这些正是我们一生在做的事情。
我们可能没有费德勒矫健的击球姿态,但是我们能轻而易举地做到下面的事情:在热闹的城市转转,与朋友聊会儿天。走路和聊天时,我们的肢体和嘴巴的动作十分协调,能够熟练灵活地一次性谈很多事情,还能马上看到路上的障碍物,等等。我们能做这些事情,从进化角度看是个奇迹。经过上亿年的进化,产生了人类大脑这一强大无比的生物计算机,大脑以正确的方式历经磨炼,这样我们才能理解世界,并能行动自如。但进化只是原因之一。我们在日常生活中能够进行各种极其复杂的活动,另一个原因是由于我们进入成年后进行大量的学习活动。
在很多领域内,我们很轻易就具备了思维和运动的才能,这使最先进的机器人都显得很白痴。尽管人类对机器人进行了多年研究,但是想要发明不是为了准确完成事先设定的、重复的动作,而是能够感知、行走、理解事物意义的机器人的尝试,都遭遇到可笑的失败。
尽管我们拥有强大的大脑,并且在人工智能方面取得了很大进步,我们制造出的机器人就像是醉酒的松鼠与新生的婴孩的结合体。几乎所有我们在不自觉中顺利完成的事情,都是无比复杂的,需要进行大量细致的生物运算,虽然我们平时可能没有意识到这点。

人类的大脑是极其复杂的统计工具,在不断完善关于世界现状与未来的模型。我们觉得任何事情都很容易,但这纯属错觉。例如,我们看费德勒打网球很轻松,其实这是具有欺骗性的表面现象。当我们自己拿起球拍模仿他的动作时,就会发现事实并非如此。我们的每一项精神活动都需要我们运用强大的预测统计,即贝叶斯推理。这种推理归结为一点,就是根据过去相关事件,调整目前和将来的模型。
大量的统计计算,以及对模式的不断探索,使我们能够准确地捕捉到世界瞬息变幻的特征,并且在众多现象中洞悉本质,从而在我们头脑中形成美丽无比的结构。因此,从某种意义上说,我们人类之所以受到很多保护,免于生物进化的残酷竞争,是因为众多的信息竞争发生在我们的精神领域。以专业的、科学的方式理解宇宙,是我们大脑活动的产物。我们已经驯服并控制了大自然,从大自然中获取足够的食物,还能保护自己免受风雨等恶劣天气的侵袭,而且医学的进步也提高了我们抵御疾病和抵抗衰老的能力。
同时,我们强大的学习能力——从信息流中发现规律性和意义,与意识以及在生活中不断累积的丰富的、深沉的经验密切相关。

第3章 冰山一角:无意识的局限性

一次失去意识的经历

大脑的进化过程

进化产生了大量的有机体,每一种有机体都经过不断磨炼,形成适应环境的特征。虽然进化是了不起的创造者,几乎为每一种有机体提供了所需要的一切,但是在有机体的特性形成后,进化却懒于清理,不去删除那些不再需要的特性。对细菌来说,如果生存受到威胁,为了高效地运作,它们会去除那些无用的特性。但是大多数动物体内都存在多余的、过时的特性,如我们体内每个细胞都有大量无用的DNA。而且,我们能够容忍很多残余物的存在。

从某些角度看,人类大脑处理信息的过程更具创造性,而非破坏性。我们的大脑有3个进化区域,就像一个有着悠久历史的城市。

我们大脑像城市一样,最古老的部分处于中心部位。大脑的中心主要是脑干(brain stem),这部分又称为“爬行动物脑”(reptilian brain),因为这是我们人类与爬行动物祖先共同拥有的唯一区域。脑干是联结大脑与躯体的通道,我们身体所有的感觉信号(如恋人轻轻抚摸脸部的感觉,针刺手臂的感觉等)都是通过脑干传给大脑的其他部分。相应地,较为复杂的大脑区域的命令(如跳探戈、踢足球)会经过脑干,传向脊髓,再传到身体的其他部分,以顺利执行运动命令。脑干还控制着其他基本功能,如呼吸和心率。
脑干是大脑的关键区域。如果因中风、肿瘤或意外导致脑干受损的话,后果会很严重,死亡的几率很高,就算还活着,也会永久地失去意识。由于所有的运动命令都要经过脑干,脑干受损还可能导致一种被称作“闭锁综合征”的病。这种病很罕见,却让人胆战心惊:病人的意识是清醒的,但却几乎全身瘫痪。

围绕脑干的部分是边缘系统(limbic system),这是人类与最早的哺乳动物共同拥有的区域。这一区域可以称作本能中心,决定了我们的性取向和性嗜好。边缘系统影响饥饿和口渴的感觉,能调节体温,而边缘系统神经元有节奏地运作使我们的生物钟具有规律。另外,像愤怒、恐惧这些原始的情绪,以及逃离危险或挺身而战的本能反应,都是由边缘系统决定的。有意思的是,我们感受到的恐惧的类型暗示着这一系统的老化程度。尽管每年车祸导致的死亡人数成千上万,但又有多少人会因此而害怕搭车呢?被蜘蛛咬伤不会致命,但还是有不少人(很可能你就是其中一个)害怕这种爬行的昆虫。这是因为几百万年前,蜘蛛对人类来说确实是一种致命的威胁,而因为进化具有惰性,没有更新这种恐惧的感觉。
在大脑的这一中间地带,有一个特殊的区域值得一提,那就是丘脑(thalamus)。丘脑是大脑的中转站,将大脑各个部位联结起来。如果丘脑的某些部分受到损伤,而其他部位完好无缺,患者也会变成植物人,几乎没有意识。丘脑是影响我们感觉的重要结构,能使信息在大脑内顺畅流通。

我们本能的恐惧没有及时更新的原因之一是,现代生活的许多方面太新了(如汽车的使用),以致自然选择还不能形成相应的反应。另一个原因与大脑的第三个区域,即大脑皮层(cortex)有关。大脑皮层最晚出现,是包裹在大脑其他部分的外壳(“大脑皮层”这个词源自拉丁语,原意是“树皮”的意思),只有高级哺乳动物才具有大脑皮层。进化不需要更新我们天生的恐惧情绪,因为我们有大脑皮层这一强大的信息处理机制。我们能够通过学习获得所需要的新的恐惧情绪,如果有必要,我们还能够压制已有的恐惧情绪。我们最为复杂、灵活的精神活动发生在大脑皮层这一区域。大脑皮层能够复制、甚至可能改变或控制大脑其他两个较为原始的区域的功能,但是同一种功能发生在大脑皮层会比发生在其他两个区域更为复杂。
大脑皮层也存在大量的冗余现象。大脑皮层由四部分(或者称为四叶)组成(见图4),大脑左右半球各有四叶,呈对称分布。枕叶(the occipital lobes)位于大脑皮层最后部,离眼睛最远,却负责处理视觉信息。颞叶(temporal lobes)位于大脑中间底端,处理听觉信息,并具有部分语言功能(尤其是左脑)和识别物体的高级视觉功能,还有长期记忆功能——存储我们见过的脸孔的信息,经历的事情以及对意义的感知。顶叶(parietal lobes)位于大脑后部顶端,处理空间信息和触觉信息。空间信息处理体现为:表现数目,以及通过记住一个空间的多种事物进行短期记忆。顶叶还具有集中注意力、关注细节的能力。顶叶的后部负责处理复杂的思想,如智商测试。
额叶(the frontal lobes)与枕叶、颞叶、顶叶相比,特别不一样。额叶不参与任何感觉信息处理(尽管额叶靠近位于大脑前部下端的嗅觉中枢)。移除一个大脑半球大部分的额叶,不会造成明显的损伤(除了主要运动区所在的额叶后部之外——我们暂且忽略这一部分)。失去大部分右半脑额叶的患者,可能还可以正常行动,感觉也没受任何影响,几乎没有丧失任何记忆。第1章里盖奇的例子表明,额叶的损伤会造成一些微妙的变化。盖奇失去额叶最前面的部分,导致性格大变。这一部分被称为眶额叶皮层(orbitofrontal cortex),是次级情感中心,对边缘系统——人类神经系统进化中第二古老的区域——较为原始的情感起补充作用。我们复杂的情感在这里被激活,如在社交场合如何应对,如何根据风险或回报的程度采取相应的行动。
额叶的其他部分负责处理我们最为抽象的思想。这一部分与智商直接相关,负责处理复杂或新奇的任务。
额叶外侧的中间部分称为外侧前额叶皮层(the lateral prefrontal cortex),与意识的关系最为密切,许多功能与后顶叶皮层(the posterior parietal cortex)相同。

这里,有几点需要说明。第一,谈到“爬行动物脑”时,我并不是暗示进化早期的动物(人类的祖先从这些动物中分化出来)太原始了,不能以复杂的方式进行学习。几亿年前人类的祖先从中脱离出来的那些动物,有充足的时间进化形成高级的神经系统。
第二点要说明的是,我们大脑的三个区域之间不是互相独立的。三个区域相互紧密联系,一起运作,共同的目的是使我们生存和繁衍。如果有必要,任何一个区域都可以负责指挥,有时候各等级之间还会产生竞争。例如,当我们发现草丛中有一条毒蛇时,边缘系统负责恐惧刺激的杏仁核(amygdala)会马上开始指挥工作。位于中间的边缘系统执行来自高级的大脑皮层发出的“赶紧逃离”的指令,同时执行脑干的指令——加快呼吸,以产生更多的能量快速逃离危险。但是过了一会儿,我们还可以根据大脑皮层的指令小心翼翼地回来,接近毒蛇。我们会压抑来自边缘系统的信息,并刻意平缓呼吸(通过大脑皮层传给脑干的信息),这样我们就可以在一个安全的距离内仔细观察这条毒蛇了。
如果我们失去意识,“爬行动物脑”的基本功能不受影响,由此可以肯定,意识与那些基本的、对我们的生存至关重要的信息处理(如呼吸)无关。也就是说,意识可能与脑干无关。
大脑的其他两个区域——边缘系统和大脑皮层,在麻醉时处于停滞状态,也不可能产生意识。

无意识状态下神经元的同步性

大部分麻醉剂发挥效用的机制是,不断产生一种称为Y-氨基丁酸(GABA)的神经递质,抑制大脑皮层的神经元活动。在这种抑制的状态,神经元发射变得比平时更加协调,没有差别性:大脑皮层的电波以缓慢的、强烈的节奏(δ节奏)每秒钟几次在波动。
无意识状态下(如全身麻醉后的状态)的神经元以整齐、缓慢、沉重的方式在运作,只能处理最低限度的大脑信息。这些神经元可能在努力传递比附近神经元更多的信息,但是由于太多的神经元在步调一致地运作,他们接收不到任何可以传递的原始信息。
只有神经系统内信息之间进行积极的转移与混合,才能产生意识。这就是我们具有意识,而细菌和植物不具备意识的一个重要因素。相比之下,细菌和植物的信息处理只是发生在蛋白质——DNA这一小范围内。

无意识状态下能学到什么

我将意识与复杂的信息处理相联系,这与全身麻醉后的无意识状态并不矛盾。在麻醉状态下,原先支持信息处理的机制不再起作用:脑电波变得缓慢而沉重,大脑皮层(大脑最晚发展的、最高级的部分)不再运作。是否能因此得出结论:在麻醉后的无意识状态下,我们不能进行任何复杂的学习?

确定患者处于无意识状态的主要方法是运用脑电图描记器:如果脑电波缓慢而深沉,表明大脑几乎没有任何神经活动。确定患者处于无意识状态后,我们能观察到什么结果呢?针对患者在麻醉后的学习情况进行了各种研究,结果是一致的:没有证据显示患者醒来后还能记起手术中的任何事情。
尽管如此,患者还是有可能进行一些学习,只是效果不明显。其实我们一直在学习,只是有时候不明显,因而没有意识到自己在学习。
每次我们接收到任何信息,神经元都会进行微调。
神经元不断做调整,产生一些预示信息。因此,无意识状态毫无疑问也在忙碌地进行各种运算。我们的感官知觉不能直接反映外界信息,需要经过一系列的运算步骤向意识提供可用的相关信息。我们身体的活动有一部分靠感觉的反馈,比如感觉会让我们知道,我们想要拿到的物体距离我们有多远。这些活动是在无意识的状态下顺利完成的,而我们很多低层次的经验是固有的。比如,我们一开始就知道太阳在天上,物体是有边沿的,等等。这些固有的经验是在几百万年的进化过程中形成的,非常有效。因此,我们人类以及智力较低的人类祖先能够从环境中获取危险或安全的信息,并且反应速度比掠夺者或竞争者更快。另外一些无意识的经验来自我们在婴孩时期有意识的探索,这些探索后来在我们的思想里根深蒂固,被无数有意义的信息掩盖,以致我们意识不到它们的存在。
从某种角度看,能够进行预测学习的无意识机器是很复杂的,但这仅仅指无意识能够进行大量简单的统计运算,不是指无意识能够揭示深层次的意义。神经元的微调只对我们的理解能力起辅助作用,而大量经验在意识领域内综合作用,使我们学到有趣的、深层次的模式。

在无意识状态下,神经元能进行简单的运算,这种功能是很有限的。
诸如此类的例子表明,至少在某个非常浅显的、无意识的层次,神经元会关注词汇。
但是一个词有很多特征,如发音、语法结构、与其他词汇的各种语言学关系以及词的意义。意义是我们大脑建构信息的第一步,因为意义的产生要求厘清在一个密集的网络中各种事物之间的关系、各种类别的等级关系,等等。从这个角度看,不仅信息处理需要意识,连信息建构都离不开意识。
当我们处于无意识状态(如全身麻醉后的状态)时,在意识的监测下,我们只能隐约听到某个词,仅此而已。稍微复杂一点的内容(如词的意义),至少需要一定层次的意识参与才能破解,而无意识是无能为力的。当然,我们有意识地进行学习的任何事情,如制订一个策略、记住一张清单、阅读一份说明书,或者是我们每天要处理的无数信息,都需要意识的参与才能完成。

无意识真的比意识优越吗

研究无意识的最佳的方法是:研究一个人在全身麻醉状态下的反应。因为在全身麻醉的情况下,尽管大脑完好无损,我们却意识不到任何事情。因此,上面提到的无意识的局限性是可信的。但是科学在不断进步,对同一问题可以采取不同的方法进行研究。实际上,通过其他方法也可以探究无意识学习。

但是对我来说,设计周密、以追求真理为目的的实验所具有的魅力,远远超过那些吸引媒体注意力的时髦论文,这些论文观点新颖,却无法通过可重复性测试。
迪克特赫斯的研究立即引起媒体关注的另一个原因可能是,它让人体验到“我发现了”的激动时刻,像变魔术似的,在我们无意识的黑暗深处忽然灵光一闪。但事实真的如此吗?如果无意识真的能够产生真知灼见,那么我们需要做的就是构思一个复杂的问题,然后准备一张白纸,手握着笔,等待无意识发生作用。如果我们真的这么做了,最后纸上出现的只是一些胡乱划出来的线条,当然我们不可能通过这种方式找到任何解决问题的方法。其实,只有经过有意识的思考才能形成深刻的见解。我们需要运用策略,探究各种可能性,仔细斟酌各种因素,最后要有足够的理解力才能做出决定。有时候转移一下注意力(如出去走走,或打个盹)确实有助于产生灵感。但这种灵感究竟是来自不受约束的无意识,还是由于大脑休息一下后能以一种新的角度思考问题呢?

仅仅是无意识参与运算的学习形式根本没有任何优越性。

在不知不觉中掌握知识

要证明无意识的力量,比上一节提到的实验更为可靠的论据是,我们完成某一项简单的任务时,在不知不觉中掌握了其中隐含的、深层次的信息。

一些实验可以证明:我们知道某一事情是否正确,却不清楚原因。
这些例子还远远不能够证明我们可以在没有意识参与的情况下学到相对复杂的信息,同样也不能证明上一节中迪克特赫斯提出的关于无意识的范式。
这种类型的实验不能证明无意识的优越性。

生活中有很多这样的例子。我们会半有意识半无意识地积累一些小规则,一些零星的知识。过后,我们不是有意识地记起这些规则,最多只是感到有些熟悉。在这种情况下,由于之前的基础,我们还是能熟练地完成任务。打网球是一个很好的例子。开始我们有意识地练习正手击球,等一个个分解的动作都练熟后,击球时就不会意识到各项规则,需要注意的只是整体的动作,即正手击球。事实上,我们可能都不记得之前的学习过程了,但这不会影响我们打球。因此,任何复杂的学习形式都需要意识的参与,但是在掌握了一种知识或技能后,只需自动执行就可以了;在下次执行这种任务时,意识的参与反而会碍事。
当然,如果某种信息集合的结构特别复杂,或者有很多等级,为了发现信息隐含的模式,就需要意识高度集中。研究表明,无意识无法处理大多数的逻辑运算,不能进行因果推导,无法识别几乎所有的序列。除了靠机械背诵记住的数学运算(如乘法表),其他任何数学运算,无意识都无能为力。无意识还不能掌握各种社会文化知识,而我们要想在社会上获得成功,则必须掌握这些知识。

那么,有什么任务,无意识可以做得远胜于意识呢?一些实验试图证明无意识的优越性,结果令人失望:我们在探究模式的过程中,只有在刻意越界的情况下,才能得到无意识优越性的结果。就像鸽子会有迷信行为(定期给鸽子喂食,下次进食前,如果不给鸽子任何暗示,鸽子就会跳一种舞蹈,希望以此获得食物),人类也一样有迷信思想。但是人类的迷信行为更独特,不仅包括类似占星术的信仰,而且存在于实验过程中,只是方式更为正规而已。
像老鼠这样的动物的做法就是如此,这些动物在实验中做出正确的行为,可以得到食物作为奖励。但是大部分人不会这么做。有时候我们人类聪明过头了,反而不是什么好事。当我们完成一项任务后,总是想要发现隐藏在这项任务中的模式,探寻杂乱无章的表象下隐藏的信息。如果由外侧前额叶皮层受损的患者来完成这项任务,初步证据表明,这些患者并不会有奇怪的、错误的想法。相反,他们的正确率跟老鼠一样高。所以,外侧前额叶皮层很可能与意识密切相关。
从很多方面来看,证明无意识优越性的实验都具有欺骗性,因为研究者能够很容易地向参加实验的志愿者说明统计资料和各种可能性,然后鼓励志愿者们改变行为方式,告诉他们只有这样才能在实验中有最佳的表现,才能使他们的意识赶上无意识。
对我来说,这些实验凸显了关键的一点:这些站不住脚的论点恰恰是意识的试金石。尽管这些错误的观点源于我们认知系统的失误,但这些观点同时反映了我们可以发现的不同模式的数量,让我们知道自己可以在多大程度上理解世界。鸽子希望通过旋转得到食物,这一行为体现了最低程度的意识;而人类对占星术的信仰则体现了意识的本质形式:其他动物不可能会有像占星术那样惊人的、非理性的信仰,而且我们简单的无意识无法产生如此复杂、想象力丰富的错误想法。像占星术这样的迷信行为,以及精神分裂症这样更为极端的例子,可能是我们要付出的代价:为我们拥有的独特的意识,对智慧的渴望,以及所具备的探寻深奥模式的不可思议的能力而付出的代价。同时,我们的意识、渴望及能力又极大地促进了科技的发展。

无意识掌控大局

我们已经得出结论:无意识就像是派对上的傻瓜。也许有些实验看起来好像是无意识占优势,但这不能排除意识在实验初期的积极参与作用,即从一系列的数据中找到意义。如果情况不是这样,那么无意识表面上的优越性很可能来源于意识偶尔过于活跃形成的一种特殊模式,而这种暂时的小差错是没有创造力的无意识无法做到的。
越来越多的证据表明,无意识只能处理相对简单的、几乎不具备任何结构的信息。相应地,意识处理复杂的信息(尤其是具有多层次意义或深层模式的信息)的作用也得到强化。我们思考任何复杂的事情,都需要将注意力集中到正确的方向,并且识别与这件事相关的各种特性。

但是,我们是通过有意识学习还是通过无意识学习,与到底是意识还是无意识决定我们的选择,是两个不同的问题。到底是哪一种支配了我们的决定,意识还是无意识?
一些早期的著名实验试图弄清楚这个问题,考查我们的决定是否轻易地受潜意识信息的支配。市场调查员詹姆斯·维卡里于1957年做了一个简单的实验,使得这一领域受到广泛关注,而维卡里本人也因这个实验受到诸多牵连。不幸的是,维卡里没有正式发表这个实验成果,而在5年后,他公开承认实验数据是他编造的!事实上,没有证据表明潜意识信息可以影响我们的行为,尽管不少人试图重做维卡里的实验。
但是,从某些角度看,维卡里在不知不觉中选择了正确的方向。其实,不需要科学论证我们就明白,自己的决定很少是理想的、有见识的。如果我们能绝对客观地做决定(如同我们代表一个完全陌生的人慎重考虑,做某个决定),那么我们会选择深思熟虑的、有建设性的意见,而不会选择欠考虑的、毁灭性的意见。我们不会吃得过多,会适当地做运动,不会被愤怒控制,会思考、分析各种可能性,避免冲动之下做出错误决定。我们会根据科学分析做出决定,而不是靠直觉,甚至是固执的、教条的猜想来做决定。我们会对自己的决定抱有一定怀疑,而不是轻率地相信一个完全不理想的建议。不幸的是,即使是最聪明的人都不能达到这样理想的境界。为什么我们这么不擅长做决定呢?
主要的原因在于,我们生命的轨迹(从琐碎的事到重大的事,无一例外)很大程度上是由进化决定的。我们无法逃脱生物学遗传,这种遗传是经过几百万年演变而被设定好了的,目的是为了让我们生存下去。我们吃得过多,是因为自然界通常缺少食物,一旦食物供应充足,将食物“囤积”起来的欲望会变得很强烈。即使我们的生命没有受到任何威胁,我们还是感到巨大的压力,那是因为我们是在一个危险的世界中为生存努力奋斗。我们总想出人头地,提高自己的社会地位,原因之一是为了获取更多资源,同时也是为了找到性伴侣。性对成年人来说是一个主要驱动力,毕竟,我们进化的“目的”在基因信息中遗传了下来(很可能,我们会犯影响自己一生的错误,如找错了结婚对象或婚外恋,等等)。通常我们会感到这些决定不是自己能控制的,我们只是在冲动下做的,好像自己只是消极地、被动地做决定。我们甚至会强烈质疑自己的决定,但又感到无能为力;有时候我们会以愚蠢的、事后的辩解取代质疑,让我们不安的心灵获得一些慰藉。
科学实验令人不满意的结果加深了这样的印象:我们的决定是由无意识控制的,往往产生一些让人不安的结果。
无数类似的实验都表明,无意识和非理性在很大程度上左右了我们的选择。
所有这些表明,意识的作用是进行重大革新,揭示深层的模式,但在做决定时只是起辅助作用,而不是起支配作用。从生物学上来说,人类的目的是为了生存和繁衍,无意识为这个目标尽一切努力,而意识是协助无意识达到目标的高级助手。

我们有选择的自由吗

上一节的观点让人觉得前景黯淡,但另外一些研究让人更为不安。其中一项研究认为我们做所有的决定都必然是无意识的,尽管我们自己认为做某些决定是有意识的。

有很多情况都表明,意识在我们做决定时起了关键作用,尤其是从全部的决定来看,而不只是关注那些简单的、任意的选择。重要的区别在于我们做的决定是习惯性的选择还是新的选择。那些习惯性的、重复的决定看起来是不自觉的、无意识的,但是在最初的时候,也是经过有意识的思考才形成的,只是我们已经忘了这个思考的过程(就像我们记不清楚当初是如何学习网球的正手反击,但现在仍能熟练做这个动作)。比如,我很少思考早餐吃什么,一般就那么几种选择,因为在过去某段时刻我确实仔细考虑过这个问题,并试验过几次,然后才选择几种健康的、自己喜欢的样式。就我个人而言,如果某些习惯在一开始的时候是根据直觉任意选择的,我会担心这种习惯是否健康,然后重新做选择。
但是如果是新的决定呢?运用意识来决定什么时候抬起手指头是种资源的浪费,但是如果是决定要攻读何种学位,选择何种职业呢?那就需要花几个小时来思考这些问题。如果把这些思考写入日记,就会更加清楚地看到意识在思考过程中的作用:分析各种符合逻辑的理由,衡量利弊,等等。无意识无法进行这些具有结构性的、高级的思考,因此在做这些重要的复杂决定时,意识起了不可忽视的作用。

奔向自由意志

虽然里贝特的实验是典型的驳斥自由意志的心理学实验,但他的实验只适用于简单的决定,而且实验结论的可靠性也要大打折扣。因为要在一片无序的喧闹中探测神经活动,需要谨慎地使用统计方法,而里贝特的方法过于简单。
抛开这些争论不谈,我认为自由意志很简单。如果我们不需要大脑这台机器与外界产生互动就能进行自由选择,那么我们就不能说自己具有自由意志。我们的大脑就是一台机器,我们怎么能够离开大脑而进行选择呢?如果有人认为机器是没有自由意志的,我们人类也是没有自由意志的,那么就没有争论的必要了。
然而,我们低估了处于危险情境下神经机器的能力。我们的大脑极其复杂,有600万亿个神经联结。大脑这台机器很特殊,是一个无比强大的信息处理装置,存有关于世界的无限丰富的内在模式,还能精确地复制过去经历的事件。这些神奇的特性让我们产生幻觉,以为离开外部世界、甚至离开神经系统的羁绊,我们也能做出决定。
我并不是说,大脑的复杂性使得自由意志成为可能。相反,我只是强调那种幻觉令人信服的一个原因。几乎没有什么可以动摇我们根深蒂固的关于自由意志的幻觉,那么我们就接受这一思路,只是需要重新定义自由意志,将它限定在一个范围之内,即正常情况下做的有意识的、理性的决定。比如,精神分裂症患者所具有的自由意志比正常人大为减弱,因为他不能做有意识的、理性的决定,而做这样的决定在正常人看来是理所当然的。
然而,即使在这一层面上,对自由意志的怀疑在很多情况下对很多人是有益的:我们开始可能会认为是那些人犯了错误,其实是他们的意志受到限制。日常生活中我们有很大部分的决定都具有无意识的倾向,无意识促使我们做出自私的、目光短浅的决定。而且,随着神经科学的发展,我们逐渐认识到以前我们将其归类为“性格问题”的思维模式和行为其实是种精神疾病,有其基因和神经生理学的根源。
一种较为极端的观点是,没有人具备任何自由意志,因为我们仅仅是机器。这种观点推导出的结论是,我们要原谅或者完全接受我们每个人所做的任何事情,如同我们要接受任何自然现象一样。这种观点可能不现实,但如果认同这种观点,却能使我们远离愤怒、偏狭与仇恨。

不幸的是,我们人类会做一些毁灭性的事情,部分原因是我们大脑中某些意识的成分过于活跃,这些成分富于革新精神,积极地争取达成非理性的无意识目标。同时,意识的分析能力让我们有可能克服这些缺陷,意识能分析选择的后果(尽管很多决定很少有意识参与)。问题的关键在于,要由意识来控制我们的选择。
一种简单的策略是经常运用我们的意识:如果我们的任何一种选择都是经过深思熟虑而做出的,那么我们的生活会得到很大程度的改善。如果我们信任成熟的意识,就可以充分利用大脑高效的运算功能,能够明确我们的目标,避开固有的偏见,然后做出明智的决定。
为了达到这个目的,一种办法是掌握与意识相关的心理学及神经学知识,从而更好地了解意识的范围及局限性。这一章探讨的是意识与无意识的区别,接下去两章我会解释关于意识的心理学及神经生理学知识。

第4章 关注模式:意识的内容

出神的危险性

当我专注于思考某件事时,我会对周围的事物视而不见,这不是第一次了。事实上,我会完全沉浸在自己的世界里,而忽视其他任何事情,即使是明明白白出现在我眼前的事物,我也注意不到。这种情况让我烦恼不安。
如果要为自己辩解的话,我会说这种出神的状态并不危险。只要发生任何突发事件(比如一辆车突然停在我的车子前面),我会马上回过神来,观察周围的情况,立刻决定该如何做,然后顺利地处理出现的状况。
这种心不在焉的状态并不只是发生在我身上。事实上,有些人情况比我还严重,很容易就沉浸在自己的世界里。

注意汇集原始数据以建构经验

论述到此,我们已经知道,意识是一个物质的、以大脑为基础的处理过程,可通过科学方法有效地研究意识。进化的核心是信息处理与“想法”的管理,而我们人类大脑是经过精心设计的生物计算机,它所具备的高级信息处理形式使意识的产生成为可能。但不是所有物种都具备意识,人类也不是每时每刻都具有意识。对具有意识的物种来说,一些低层次的信息处理和习惯性的行为由无意识执行。意识只处理那些重要、复杂、具有某种结构类型的数据。

我在上一节提到的心不在焉的例子说明,注意与意识密切相关。我关注的事情一定是我意识到的事,而在我注意范围之外的事,就算被处理,也是由无意识处理。

注意要处理的是几乎所有的计算机都要面对的问题,即基本的数据处理问题。植物和细菌的信息处理系统很简单,只是接收来自感觉的少量信息,而它们也只是具备最基本的信息处理能力,基本上会尽量处理接收到的所有信息。但是,一些复杂的系统接收的信息量很大,系统无法处理每一个信息。这时就需要有一个决定机制,在大量的信息中选择哪些信息需要做进一步分析,哪些信息最好不要理会。这种数据过滤与数据提炼的机制就是注意。
这种信息输入与分析在我们的大脑内进行,大脑皮层能进行深层次的分析,因此需要注意进行大量的过滤及提炼。注意在过滤的过程中太集中,以致我会傻乎乎地走30分钟而完全忽视周围的环境。
在动物界,像人类大脑那样接收大量数据的现象并不罕见,很多哺乳动物的感觉和我们一样灵敏。但是,人类的优势在于分析能力:相对于大脑的其他部分,大脑的神经系统相当丰富,具有各种功能,能进行各类数据处理。这使我们具有无限的学习能力。我们日常生活的经验以及科技成果都证明,深入的分析能力能带给我们丰厚的回报。
如果我们有无限的能量用来处理数字,如果我们的大脑可以飞快地进行计算,那就不会有任何问题了:我们可以充分分析每一个数据,不会错过任何机会或遭遇任何威胁。但事实不是如此,处理信息需要时间,而大脑耗掉了我们体内大部分的能量资源。所以,我们必须果断地过滤掉一些信息,而且对进入最高信息处理层次的数据非常挑剔。
虽然人类大脑的重量只占体重的2%,但是婴儿的大脑消耗了体内总能量的87%(这个数据很惊人);5岁孩子的大脑消耗了近1/2的总能量;即使是成年人的大脑,至少也要消耗1/4的总能量。对成年人来说,如果一天用脑量很大(如要准备考试),消耗的能量还要急剧上升。事实上,一些生物学家认为,人类大脑的能量需求及复杂性已经到了一个生命体所能承受的极限,如果还要在大脑内填充更多的神经元联结,那么势必会造成神经元更加微型化,这样的话,所有的大脑信号将会变得杂乱无章,从而使人类大脑这一已知宇宙中最为聪明的器官变成最蠢笨的器官。

问题的关键是,我们如何知道哪些信息具有生物学重要性。
这个例子说明,由各种情感信号与本能信号引导的注意系统很重要,这个系统能自动快速地观察到当前的威胁。在没有威胁的情况下,注意会集中在其他生理需求上,如食物、生育、社会地位等。如果能够更深入地了解情况,就可以通过更好的方式满足上述这些生理需求。
从广义上来说,为了达到最优化的目的,应该提供多种选择,因此,几乎所有的信息都可能很重要。如果大脑有足够的资源,为什么不进行广泛的信息考察呢?因此,我们不止关注局部的表面现象(如死了的蛇),也关注抽象的现象(如星球运动,使农作物生长的因素,一本书的构思)。虽然从表面上看,这些抽象的现象几乎与我们的生存无关,但我们还是会继续关注它们,以防出现下面情况:只要我们发现隐藏在这些现象里的些许智慧,经过深入分析就会发现它们对我们有帮助。毕竟,好奇的天性偶尔会让我们撞大运——我们取得的科技成果证明了这点,由于这些成果,我们基本的生存需求很轻易就可以得到满足。

视而不见的现象

这一章开头提到的那次让人尴尬的错过路牌的散步经历,让我体会到:注意是通往意识的门户,离开注意,就意识不到周围任何事物。这种感觉在心理学实验中一再得到证明。

当注意集中到别的事情上时,我们不仅注意不到变化,甚至连一些很反常的现象都注意不到。这种意识的黑洞被职业扒手和魔术师利用,他们通过操纵我们的意识,使我们注意不到他们玩把戏的窍门。

所有这些例子都表明,我们所注意到的内容就是我们所意识到的内容。能够进入我们的感觉范围的刺激物很多,与之相比,意识的范围很窄。我们真正能够意识到的只是小部分内容,这使我们看不出一个场景中的显著变化,注意不到发生在我们眼前的突发事件。但是,这种现象的另一个结果:使我们更深入地了解事物的某些特性,从而更出色地完成与这些特性相关的复杂任务。

一个更明亮、更富生气的世界

所以说,注意确实能提升意识。注意使我们有意识地看一些信号微弱的事物,离开注意,我们察觉不到这些事物。而且,注意确实使物体的颜色看起来更明亮。

思维的原子

关于注意在大脑内如何运作的问题,一些重要细节还有待研究。但是一种普遍认同的观点是:注意的产生是神经元之间相互竞争的结果。这种情况与生物界的自然选择很相似,只是这场适者生存战争的赢家和输家不是有机体,甚至不是神经元,因为没有神经元会在这场斗争中死亡。相反,斗争在高于神经元的层面进行,是信息源之间争夺有限的注意资源的斗争。

神经元在神经科学领域的地位相当于原子在物理学中的地位。假设我们将在一场大灾难中消亡,要传给后代的一句话,以神经科学的话语来说可能是:所有意识和无意识都是神经元集合的电活动,神经元是进行信息处理的大脑细胞,每个神经元与其他神经元有几千个输入和输出联结,因此,每个神经元会影响其他神经元的活动,同时,每个神经元的活动也会受到其他神经元的影响。
一个单独的神经元,在我们人体的生物计算机网络中只是一个节点。围绕神经元的胞体有很多分支(树突),每一个分支都有一个突触,可以接收来自与其相连接的另一个神经元的信息。神经元还有一条长长的尾巴(轴突),轴突末端有很多具有输出功能的突触(多达几千个),可将一个信号发送给很多别的神经元。神经元发送的信号是标准电压下的简单电信号,基本上采用二进制编码,以0和1表示。几乎所有神经元都采用二进制编码。还有一点很重要:不同神经元之间的突触一般不直接接触。一个神经元发射时,释放出一种称为神经递质的化学信号,这些化学信号在其他神经元突触之间传播并被接收。大脑内有多种不同类型的化学信号,一些抑制神经元活动,另一些则加强神经元活动。

神经元的工作是有弹性的。一个神经元只有在收到其他神经元发出的信号达到一定数量时,它才会发射信号。但是这个数量在短期内可增长,也可缩短,取决于神经元之间传递的化学信号的类型(在上面的类比中,夜晚的劳累与早上喝咖啡后精神焕发形成对比)。一般来说,这些化学信号无分别地被发送给大量神经元。如果两个神经元相互之间进行频繁的发射,就会加强这两个神经元之间的联结,在今后它们很可能会一起发射(就如同上面类比中的“我”与N.Uron的频繁通信)。神经科学有一句流行语形容这种现象:“一起发射的神经元联结在一起。”这句名言被称为“赫布定律”,以唐纳德·赫布(Donald Olding Hebb)的名字命名(赫布是计算学习理论的先驱,研究神经元网络如何影响学习)。这种有着相似行为的神经元之间轻松地进行信息传送的现象,被认为是学习和记忆的主要的微观机制。
信息实际上散布在神经元网络中;在由上百万个神经元组成的巨大网络里,神经元通过互相联结产生的力量进行编码;神经元的活动不是固定在某个地点的。这种与其他神经元建立联结的神经元学习系统,刚开始规模较小,慢慢地增大规模。那种认为大脑像一个个文件柜的想法是神创造的,不是进化的结果。线虫的神经元网络非常小,由302个神经元组成,线虫的生命周期只有几周时间,它在这点时间内只能学到一点东西。而我们人类有850亿个神经元,在我们几十年的生命里可以学到很多东西,但我们内在的神经元机制还要用来处理信息(线虫的神经递质释放的很多化学信号与人类相同)。
这个看起来简单的神经系统却有着不可思议的灵活性。就像地球上所有生命体的DNA语言都是相同的,大脑内神经元的二进制编码也是相同的。这使大脑各区域之间可以轻易地进行信息交换,同时也解释了下面这些现象:改变了视觉通路的雪貂,只要它的眼睛接收到信息,它的听觉皮层就能够看到东西;而盲人的视觉皮层可以轻易地处理盲文信息。

激烈的神经元战争

我们清醒的时候,大脑850亿个神经元处于半混乱的活动状态,每时每刻都在进行一种临时的自然选择。此时,注意在选择意识的内容。相互竞争的神经元同盟都希望自己的声音是最响亮的,从而被选中。那些具有强有力的声音的神经元能动员其他神经元支持自己的想法,同时抑制持不同意见的神经元的活动,直到几百万个神经元一起用同一种声音表达一种强烈的想法,如在人群中寻找黑头发恋人的想法。每次产生一个新想法,这个想法都要经过拥挤的、充满尖叫声的神经元部落之间的激烈战斗,才能成为思想中占统治地位的一个派系。
信息传到大脑皮层,经过过滤与组合,揭示出这个信息内在的、丰富的意义。
大脑内负责处理不同信息的神经元之间总是存在竞争。那些与当前信息关联性最强的神经元在活动中会得到帮助,具备有利条件,它们的影响很快传到大脑内其他区域,很多区域以各自的方式处理这个信息,使这种影响力不断扩大并且增强。当前信息在这个阶段的竞争中获胜,而其他负责处理竞争的信息的神经元不能广泛地传递数据,它们的活动被那些负责处理相关信息的神经元的活动抑制了。这场战争的获胜者是个暴君,抑制了任何不同意见者的活动。但是只有通过这种方式,我们才能集中注意,全神贯注地高效率地应对任何危险。
这种各个想法相互竞争、胜者通吃的系统貌似很简单,但是这个系统产生了无比灵活的机制,使大部分大脑皮层行动一致,完成当前任务,不管这项任务是避开被黄蜂螫一下的威胁,还是构思写作这样复杂的事情。大脑皮层能够以特定的方式,联合那些被激活的或被抑制的神经元同盟,反映当前任务的感觉、记忆、认知以及运动特性。

意识的形成

注意争夺战要进行到哪个阶段才能形成意识呢?根据里贝特的自由意志实验以及尼古罗夫关于神经元何时做决定的计算模式,在神经元做决定的初始阶段和注意争夺战的开始阶段,意识还没有产生。相反,神经元的活动很可能在战斗即将获胜时才变得有意识地进行。在那个时刻,大脑皮层的活动进行到白热化的程度,与当前任务相关的所有特性都结合在一起,所有不相关的信息都停止传递。
意识是各种处理过程相互合作产生的结果。
将一些基本信息结合起来以产生更有意义的信息,这一过程对学习和意识来说都很重要,也是人类经验的决定性特征之一。我们成年后,有几十年的时间进行密集型的学习,我们会发现不计其数的各种特性结合的现象,我们眼中的世界丰富多彩、层次分明。为了最有效地学习,我们有很多引导注意的策略。我们让注意在附近漫步,收集周围任何感兴趣的信息,将收集到的信息与我们已有的知识做比较,同时丰富我们的内在精神世界。

我们的注意系统受到具有生物学重要性的外在对象的控制,这种现象在动物界很常见,大部分动物的精神世界比我们人类要简单很多。但是如果你处理信息的能力更强,你的内在世界更丰富的话,那么经过仔细分析,你会发现自己有更多的选择,不仅仅是注意到迫在眉睫的明显的威胁,或是注意到满足生理需求的食物信息。
我们的注意系统在没有受到任何外在威胁的情况下,是如何在无数的可能性中做选择的呢?一方面,意识和复杂的思想以多种方式约束我们的选择。我们会理性地分析每个重要选择是否合理,然后在即将到来的神经元战争中倾向某一边。当然,我们并不只是靠本能进行注意过滤。我们可以产生任何形式的神经滤波器(neuronal filter),使注意获得极大提升,关注内部或外部世界的某个特性,而压制对其他特性的关注。通过这种方式,选择关注的事物,或者说选择意识到的事物。
另一方面,尽管我们在选择关注的事物时有所偏好,但是不管是看起来自愿的内部选择,还是受外部因素驱动而做的选择,神经元基本的竞争机制都是一样的。在互相竞争的很多声音中,只能选择一种,通常这种选择与盛气凌人的无意识欲望相对抗。只有一种声音胜出,这种声音号召大脑皮层其他相关的神经元共同完成一项任务,而压制那些与自己意见相左的神经元的活动。
我们可以将突现论(emergentism)应用到神经元之间的斗争。按照突现论的说法,简单的、低级的物体相互作用产生高级的想法。对意识来说,无数神经元互相作用,形成两种结果。一种是积极的结果——快速增强神经元活动,一种是消极的结果——快速抑制神经元活动。这两种对立的结果在神经元层面互相作用,激活大脑皮层的活动,使信息处理和意识更灵活、更全面、更有效。
这种情况适用于大多数(如果不是全部的话)突现论的例子(如蚂蚁的集体智慧,宏观经济学),积极和消极的结果在低层次相互作用,从而在高一层次产生更准确、更合适的解决办法。

对情感价值的过高评价

这一章到目前为止,讨论了注意如何成为意识的一个关键成分。注意是一种过滤和提炼机制,接收所有的感觉输入(包括一些不相关的感觉信息),然后将其转化成有限的、精炼的信息输出(只包含与当前目标有紧密关联性的事项)。我们意识到的就是这种信息输出,关于这点我将在这一章余下部分详细讨论。首先,我要分析意识的两种特殊形式:情感与自我意识。

一些理论家将情感看作意识的主要进化动力和意识的主要内容。对这种观点,我有足够的理由反对。
然而,如果我们一辈子都生活在这种没有情感的灰色状态,将会是怎样一种情况呢?我们有意识吗?安东尼奥·达马西奥(Antonio Damasio)在其著作《笛卡尔的错误》(Descartes' Error)中描述了一个叫艾略特的患者。从很多方面来看,艾略特都是现代版的菲尼亚斯·盖奇。艾略特由于眶额叶皮层受伤,精神状态发生急剧的变化——不能够感受到任何情感。但是他的意识几乎没有受到什么损伤,虽然他的社交行为和盖奇一样反常。只有在大脑损伤严重影响注意的情况下,意识才会受到损害,这点我将在下一章讨论。
同时,强烈的情感会给意识带来不良的影响。恐惧本来是一种可以挽救我们生命的情感,但却经常带来致命的后果,因为恐惧使意识减弱,从而影响智力。

意识的层次

自我意识是与意识密切相关的一个论题。一些理论家声称,只有在我们意识到自我的时候,才能说是真正具有意识;我们对自我的感觉是意识最重要的成分。这些科学家还认为,意识的产生与使自我变得更复杂的进化压力有很大关联。

自我意识这个术语让人费解,它至少有三种不同的意思。首先,一种较为朴实的定义是,自我意识只是一种状态,在这种状态里,一种动物意识到自己与周围其他有生命及无生命的物体是不同的,而且这种动物根据这个基本的想法进行思维与行动。从某种意义上说,所有的生物都必须会做这种概念区分(这种区分能力与意识无关),这样的话,一种生物如果恰好具有意识,就会自动拥有这种自我意识。这点对我们来说,好像不值一提。这说明,我们将自己与宇宙中其他东西明确区分开来,而这种区分在我们思想中已经根深蒂固了。根据这种定义,自我意识不是意识的必要成分;相反,具有遗传特性的、有意识的动物只是碰巧具有自我意识。
实际上,连体双胞胎塔蒂亚娜和克丽丝塔就可以拥有不属于她们自己的意识经验,这初步证明意识与自我意识并不是总是连在一起的。在某些特殊的情况下,我们偶尔可以感受到某些经验,但是这些经验不属于我们。
一些精神病案例也暗示意识与自我意识可以分开。
多重人格障碍是一种具有争议的病症,有一种说法,认为这些患者编造了另外的人格,目的是为了保护自己、免受过去创伤的影响。争议较少的一种类似病症是精神分裂症。精神分裂症的标志之一是确信自己头脑里的想法不是自己的。换句话说,很多精神分裂症患者相信,他们的某些经验至少有部分是属于别人的。
虽然这些证据都是间接的,但至少说明经验和自我意识不是那么密不可分,重申了一种可能性:经验和自我意识表面上看起来不可分离,可能只是出于偶然。

但是,很多人以一种更为抽象的方式使用“自我意识”这个术语。其中一种观点认为,自我意识指意识到自己这个人(有着特定身体、面孔、人格面具等)。对这种形式的自我意识进行测试的主要方法,是看能否认出镜子中的自己。但这个定义引出了一个重要问题:自我意识究竟是意识产生的原因,还是仅仅是意识的一个结果?
对动物来说,认出镜子中的自己是一种很强的本领,需要很高的智慧。
在镜像自我识别实验中,利用镜子中的视觉反馈(而不是利用动觉或直接的视觉)来识别自我,比起任何其他复杂的要求都更不自然,也更有难度。
动物由于很多因素不能通过镜像自我识别实验,即使它完全有能力可以通过测试。
因此,要证明认出镜子中的自己,需要符合很多复杂的条件。只有具备相当高的智力水平、高层次的意识、正确引导的动机,才能通过测试。从这个意义上讲,自我意识很可能是强大的智力与丰富的意识的副产品,而不是智力或意识产生的原因。

在我看来,自我意识的最后一层意义最有意思,指你意识到自己的意识。无论什么时候,当我们用语言表达情感和感觉的时候,我们都有自我意识,因为这个时候我们必须探究自己的体验,好像在一个更高的意识层面探查自己体验到的感觉。很多理论家,尤其是那些爱好哲学的理论家,认为这种高阶意识才是唯一重要的意识。
这一理论有不少地方让人困惑,但在讨论这个问题之前,我先要说明:符合这个标准的意识形式比我们认为的要少很多。毫无疑问,我们具有极其丰富的意识,但这种对自己的意识进行深入了解的意识形式是极不可靠的。
意识不到自己的情感和动机是几乎所有精神病的重要特性之一。
当然,这肯定不是自我意识的一种连贯的、高效的功能模式,至少在我们意识不到自己的情感的时候,我们不具备真正的自我意识。然而,我们有很多时间意识不到自己正在经历的情感,很可能是因为我们没有去注意这些情感。毕竟,情感引导我们转向某些物体或行为,我们很自然会关注这些物体或行为,而忽视了自己的感受。如果我们在行动的过程中,停下来关注自己的情感,并分析这种情感产生的原因,这种做法很不自然,尽管通常会很有用。
尽管我们有能力在一个高层次意识到自己的想法,并不等于说我们所有的人都擅长这么做。事实上,有些人在其他方面都很正常,也具有正常的意识,但却特别不擅长解读自己的想法。
这种高级别的自我意识,在不同的个体身上表现得很不一样,这点不足以反驳该理论。尽管我们觉得自己在清醒的时候完全具有意识,很可能我们的看法是错误的,我们真正具有高级别的意识的时间是很有限的。
我们认为自己清醒的时候都具有意识,这种想法很可能是错误的。
高阶意识理论的另一问题在于对意识功用的表述。据我所知,这个理论对意识机制的讨论在一种说法面前停滞不前了。按照这种说法,自反性认知(reflexive cognition)——如具有关于某种感知的想法——是意识产生的原因。这个说法没有从心理学角度或者根据大脑运作情况来解释“感知”与“想法”的意思,没有详细说明高阶意识与低阶意识如何交流的;没有解释意识是如何与自反性认知等同,以及等同的原因;没有说明高阶意识如何进行信息处理,高阶意识有何进化基础,以及高阶意识这个概念有何作用。

科学的方法应该更为具体、深刻。例如,我在这一章概述了注意如何成为意识的一个关键成分,尽管我有时会讨论意识的其他成分。不管是在心理学领域,还是生物学领域,注意都得到了深入的研究。对注意的研究让人怀疑高阶意识有无存在的必要,注意的过程表明,至少在某些情况下,意识可能在神经元战争中产生,神经元战争按胜者通吃的规则在无意识中进行。注意使信息处理成为意识的主要任务,并说明意识是大量数据过滤和提炼过程的产物。
所以,各种形式的自我意识只是高深的智力与丰富的意识生活的副产品,而不是意识产生的原因。我们的情感和感觉都很重要,使我们能够生存下去。从意识的角度看,它们只是我们能够意识到的另一种形式的信息,是我们意识到上百万种经验的一部分,有很多经验与我们的情感和感觉无关。

我不赞同那些将自我意识放在首要位置的理论,尤其是高阶意识理论,但是其中有一点我是赞成的。意识到自我,或自己的想法和感觉,可能是意识的副产品,然而这个副产品却有深刻意义。对自我的意识属于重要的意识现象,属于很高的概念层次,处于思想金字塔的顶端。在概念的分层中,意识处于顶端。这使我们体验到的不是一些枯燥的原始数据,而是具有各种模式的生动的信息,这些信息蕴含着意义,使我们能毫不费力地了解周围世界。

最多只有4个意识隔间

到目前为止,我讨论了注意作为过滤和提炼机制是如何运作的,但没有详细说明大脑如何大规模过滤输入信息,如何提炼某些输入信号。通常,几十亿条信息涌入我们的感觉器官,或者围绕无意识不停地跳跃,注意对这些信息进行过滤,最后保留3~4个意识项目。所以,注意的过滤过程规模非常大。但提炼过程能够弥补大规模过滤的缺陷:每个项目都是无比复杂的意识对象,虽然数量极其有限,但每个意识对象都要经过评估、比较与控制,过程无比复杂。
这个注意输出存储系统,体积很小但功能强大,被称为“工作记忆”(working memory)。工作记忆是短期记忆的容器,在这里可以对意识各个项目的信息进行记忆、重整、评估,即使这些信息来自不同的感觉器官或属于不同的类别。

过去20年,最流行的意识理论是由伯纳德·巴尔斯(Bernard Baars)提出的全局工作空间理论(global workspace theory)。巴尔斯的观点在很多方面与注意理论相似。巴尔斯最大胆、最有意思的观点是:意识差不多可以归结为在工作记忆里的信息。他认为,工作记忆只存在1~2秒钟,适用于大脑任何部分,而且工作记忆能引导无意识专门知识区域帮助我们完成最复杂的任务,如学习语言和制订计划。
虽然“工作记忆”这一定义还有不明确的地方,但我基本上赞同巴尔斯的观点,认为意识和工作记忆类似,而注意是选择进入意识范围项目的主要手段。

工作记忆的第一个特征就是它极其有限的存储能力,只能容纳少数几个意识对象。要想提高意识空间的容量,需要将当前项目与长期记忆存贮联结起来。很多实验都证实了意识空间的这种限制(每一个实验都做了严密的防范措施,以防实验被试作弊)。
很多类型的实验都证明了意识只能注意到4个项目。
人类的工作记忆只能储存少数几个项目,让人奇怪的是,在这点上我们跟猴子很相似,尽管猴子大脑的大小只有人类大脑的1/15。我们只能记住快速呈现给我们看的项目中的34个,而婴儿同样具有这样的能力。事实上,许多其他物种快速记住事物的数目上限和人类一样,也是34个。例如低级的蜜蜂,能够区分2个项目组成的模式与3个项目组成的模式,也会区分3个项目组成的模式与4个项目组成的模式,但是蜜蜂不能区分4个或4个以上项目组成的模式。因此,可能存在某种限制,使所有动物的短期记忆能够存储的项目数量有限。
目前,对产生这种局限性的原因,存在激烈的争论。一种解释是;注意重点关注34个项目已经足够应付任何情况了。然而,也有例外。如一个学生绞尽脑汁解一道数学题,或一个人想弄明白一个机械小装置的内部构造,他们可能会希望人类大脑能处理更多的项目。但是,在人类进化过程中,很少出现需要同时对付好多个想要吃掉我们的捕食性动物的情况,我们也很少追逐超过12个食物源或性伙伴。我们不需要更多的意识项目以应付危险或获取利益。换句话说,可能我们人类在进化过程中从来不需要同时关注好几个项目。
另一种解释根据神经元运作的计算模型得出,认为3个或4个项目实际上是我们大脑能够承受的最大容量。当注意加强某一特定项目的信号,大脑皮层上与这个项目的任何特性相关的神经元不仅要更频繁地进行发射,还要以一种特定节奏相互联系。如果同时关注1个以上项目,为了使每个项目的信号与其他项目信号区分开来,需要更多的大脑节奏。但是大脑只能保持3~4种节奏,超过这个数目,各种节奏会混杂在一起,最后变成不间断的吵闹声,各个项目一片混乱,或者干脆被忘记了。

每个意识隔间都能处理极其复杂的对象

意识的内容只有4个项目,如果不考虑一些补偿措施的话,这将是一大缺陷。但是,对我们人类而言,这些补偿措施尤其重要,不能被忽略。我们利用注意系统以及意识强大的分析能力,藐视工作记忆的界限,将大量的数据有规律地载入每个意识隔间。

先说说注意在增大每个工作记忆隔间的容量方面所起的作用。一旦注意选定某个对象,不管这个对象是什么,都是神经元战争的获胜者。大脑的多数活动是根据这个对象以及这个对象如何跟我们产生关联而展开的。
我们只有少数几个意识隔间,但是不管是最简单的对象,还是最复杂的对象,在意识隔间里都得到平等的对待。在这种语境下,“工作记忆对象”(working memory objects)这个术语通常指信息的集合。它可以指具体的对象,如安吉丽娜·朱莉;也可以指构思的计划,如在去格兰切斯特村路上,我的头脑里一直在构思的内容。
一个工作记忆对象能够包含多少信息量?也就是说,一个“组块”(chunking)可以反映多少有效信息?就目的而言,组块类似于注意机制:两者都是将庞大的数据库压缩成具有重要意义的一个个小块(nuggets)。组块对注意起了奇妙的补充作用,与注意的不同点在于:组块是根据意识信息的结构及其与先前记忆相联系的方式来关注意识信息的。
不少实验都证明组块可以扩展存贮在工作记忆里的信息量,其中一个著名的实验是安德斯·埃里克森(K.Anders Ericsson)和他的同事在1980年完成的。
面对一项艰巨的任务,我们会利用长期记忆(long-term memory),提高工作记忆中的各个项目的工作效率。这种方法很简单,效果显著,重新形成的信息块更稳定、更有效。
但是对我们人类来说,增加工作记忆的信息量并不仅仅靠一些记忆技巧。在上面的例子中,被试将新的数字与他原有的关于跑步时间的结构性知识相联系,因而记住很长的数字序列。实际上,他的做法是强行将某种模式加入到没有规律的数据中。然而,很多时候我们的感觉接收到的信息确实有某种清晰的模式或结构,在这些情况下,我们的意识会很警觉(很可能是由于这种新信息可以带来重大的进步),一旦觉察到,就会快速利用新发现的知识。
我们一发现某序列的结构,就会成功地加以利用,以帮助工作记忆。有规律可循的“组块”比仅仅靠记忆记住的“组块”有效得多。
经过反复训练提高工作记忆的一个典型例子是下棋。。下棋技巧充分说明记忆、逻辑和策略会以结构性信息为中心,互相交织在一起。
实际上,工作记忆的内容可以是任何东西,当记忆目标或记忆策略成为记忆内容时,意识能发挥最大的效用。如果将每种技巧看成构成意识的单独的材料,这些技巧与其他技巧联合起来,产生新的、更有效的策略,这时就能获得无与伦比的学习和理解能力。
虽然我们在几秒钟内只能存储有限的几个意识项目,但是我们可以运用各种技巧,极大增加每个意识项目的信息量。这可能包括一些相对普通的策略,如反复训练,记住某些数字。但是我们也可能很轻易地运用更高级的策略,如将大量新信息与之前的记忆组块联结起来,或者发现一些逻辑规律,这些规律可以将一些不相关的项目联结为一个连贯的整体。

贬低经验的丰富性?

意识相当于经过注意选择后形成的工作记忆,只有4个组块构成了意识的内容。论述到这里,有必要讨论一种反对意见。如果意识的内容仅仅限于经过严格处理的少数项目,那么有人会问,为什么我们在同一时刻能够看到很多事物呢?如果我仰望天空,我能够看到的物体超过4种,还可能一次看到上百种物体,而且我能看得清清楚楚。

我们看到的物体越多,得到关于每个物体的信息就会越少,实验证明了这一点。就像我说过的,不管我们以何种方式感受周围世界(通过任何感觉或感受任何对象),我们完全意识到的对象只有4个。任何觉得我们意识的项目超过4个的印象都是幻觉。产生这种幻觉的原因之一是:我们总是倾向于将几个项目组合起来占据一个工作记忆空间,比如,将我们视野范围内的星座当作一个整体来看。

如果不将处在一片混乱中的项目分组或进行充分处理,那么我们通常只能有一种模糊的印象。
注意对刺激物产生反应时,神经元的发射模式有两个阶段:第一阶段是对物体有个大致印象,第二阶段是执行任务——通过神经元的活动反映哪些信息是重要的,哪些信息是不重要的。
我们获取某一场景的大致印象的过程几乎不存在第二个阶段,或者说,由于信号输入很微弱、很短暂,第二阶段只是第一阶段的重复,因此只有最低限度或随意的印象。在匆匆一瞥后,我们的意识没有集中关注某些事物,只能勉强认出少数几个对象。
注意参与了获取大致印象的过程,虽然这种印象不完美。注意从迅速一瞥的事物上转移时出现的情况可以证明注意参与了这个过程。事实上,不管意识的内容(包括最简单的特性:如一个彩色圆点,或小块灰色补丁)是什么,如果我们将注意完全从这些内容上转移开去,它们就不会被意识到。
因此,注意显然是意识的守门人;对某一内容具有完全的意识意味着,这一内容在进入有限的工作记忆空间时备受注意青睐,而这个工作记忆空间同时能够存储我们模糊地意识到的一组项目。偶尔,工作记忆会接到任务,对某一场景匆匆瞥上一眼,但是由于缺乏仔细的分析或注意的关注,我们不清楚这个场景的具体特性。

组块与意识

组块极大提高了工作记忆储存信息的能力,它不只是工作记忆一个忠实的仆人,相反,是工作记忆背后的操纵者,同时也是意识的主要目的。

注意是意识的守门人。注意选择某些内容进入意识,有时候是因为这些内容关系到迫在眉睫的生存问题(如一个潜在的危险),有时候是由于我们为自己设定了一些目标。不管进入意识的内容是什么,都表明这项内容通过初步分析,目前对我们很重要,能满足我们的某项需求。而注意输出的信息就存贮在工作记忆中,这也是意识活动的场所,工作记忆的最大容量是4个项目。但重要的是,每个项目都经过大脑透彻的分析,使项目包含的每个信息都可用。然后我们可以自由地运用各种策略重新审视这些项目,发现它们之间的相似点和不同点,将它们组合起来,或者互相替换,等等。我在这本书中一再强调,意识与信息处理有关,尤其是那些有用的、具有结构性的信息。组块是工作记忆这个沸腾的大锅炉里面的主要催化剂,在这个工作记忆空间,我们将原始数据融化为金子,我们将感觉接收到的基本信息加入到这座精心打造的、具有等级制度的意义大厦,这所大厦我们从一出生就开始建构了。

关于组块,分析下面三点:寻找组块,注意到并记住这些组块,运用我们已经建构起来的组块。意识的主要目的是在工作记忆内部寻找这些具有结构性的信息组块,有效并自动地利用这些组块,达到以最少量的意识完成任务的效果。

首先讨论寻找组块的过程。工作记忆空间只能存贮4项内容,很奇怪,这种观念一直到21世纪初期才被接受。在这之前的半个世纪,心理学家们认为我们的工作记忆大约可以容纳8个项目的内容。之所以有这个想法,主要是因为他们不能深刻认识人类的大脑会运用很多策略来提高记忆的工作效率。
找到解决问题(不管是大问题还是小问题)的有效策略,是意识的一个特有标志。
我们人类与其他动物最大的区别可能在于,我们渴望发现接收到的任何信息的结构。我们总是积极寻求模式——任何能够提高我们的实践及理解能力的数据信息。我们总是不断寻找生活各个方面的规律,如果发现了这些规律,就能学习到更多的东西,获得更大的进步。我们还想出各种对自己有利的策略(这些策略本身也是模式),有助于我们发现另外的模式。如前面举过的例子,一个业余跑步运动员会在实验中将各种比赛的跑步时间与他要记住的数字联系起来。
人类追求模式导致的一个必然结果是:我们很多时候苦心经营,却只会让事情变糟糕。我们经常妄下论断,如信仰占星术和某种宗教。我们急切地寻找模式,一旦发现模式,就感到很满足,不会刻意重新审视自己的一些肤浅的见解。
人类确实是一个奇怪的物种,总是积极寻求游戏里的模式,而这些游戏对我们的生存没什么作用,至少没有直接的作用。似乎我们沉迷于发现信息的结构,如果我们不能在日常生活中让自己的渴望得到满足,我们会人为地制造机会发现模式,并从中获得乐趣。纵横字谜游戏和数独游戏就是很明显的例子,还有很多其他类型的游戏,如问答竞赛、智力游戏。这些游戏为我们的生活增添乐趣,因为当我们发现游戏中美妙的规律,我们就会感到满足。
还有些人更疯狂(我自己也是其中之一),这些人将在信息中寻找模式作为终身追求的事业。一些科学家的动机很可能是运用他们的研究发现,促进社会进步。但大多数科学家是在好奇心的驱使下做研究的,他们渴望从一堆杂乱的实验数据中得到清晰的、简练的见解。我发现对学术圈外的朋友解释我的工作,最贴切的类比是将科学研究比作试图找到一个很难的填字游戏的答案。
但是寻求模式的爱好不仅仅局限在科学领域内。在艺术领域,对模式的追求不但丰富了艺术的内容,而且产生了某些审美观。音乐中存在的结构更是令人着迷,音符的重复,升高一个调或换调都会产生让人陶醉的效果。音乐的这种魅力来自音符与总体规律性之间的数学关系。一些作曲家(如巴赫)在某些作品中将两者之间的关系表达得很清晰,这些音乐作品就像数学游戏或逻辑游戏那样美妙。
当然,不管是视觉艺术还是音乐,模式都很重要。在不同的事物中间找到有意思的联系,这是艺术具有迷人魅力的原因,因为这让我们思索一种新的、更高层次的模式,这种模式是将低层次的模式联结在一起形成的。而文学采取同样的技巧,产生的魅力会更大。
人类和其他动物不同,我们一直追寻模式。而且,不管是在富于创造性的活动中还是在某些爱好中发现模式,都成为我们快乐的源泉。

关于组块,第二点要讲的是:组块对意识范围内的具有结构性的信息的觉察功能,这也是意识的主要功能。
换句话说,发现模式就是发现信息中的冗余现象。我们可以发现信息中重复的部分,然后最好能够将这种重复归纳成一条规律,通过这种方式将信息压缩成容量更小却更有用的形式。
如果我们能够将数据转换成一种模式或规则,那么会产生近乎神奇的效果。首先,我们不再需要记住大量数据,只要记住一条规律就行了。而且,我们得到的益处不仅仅限于记忆,还可以根据数据进行预测,从而有效地控制周围的环境。这些规则还能够揭示数据的某些机制,使我们对数据有深刻的理解。
我需要记住的不是发生这两件事情时的天气,或者当时生火的地方,或者当时我的孩子对我说过的话。我只要记住一点,那就是火可以使土豆变得好吃。既然我已经发现了一种模式,我就要合并记忆中的一些关键因素,从而减轻记忆的负担;我可以将这个记忆组块应用到有关火与土豆的其他情况;我会想到通过这种方式可以吃其他类似的东西,如红薯和南瓜。通过压缩及明确我要记住的东西,我对环境拥有了一定的控制权,家人挨饿的可能性也降低了。

我们有些见识的获得是通过向上提高一个层次,发现与其他模式相关的模式,这两种模式乍一看好像没什么关联性(如发现模式的模式,类比就属于这种情况)。

通过组块可以在很大程度上提高学习能力。我们有意识地运用组块,将任何新模式转化成记忆的一部分,几乎所有的学习过程都包括这一过程。长期记忆通常无意识地存储几千个相关项目,随时等待意识抽取其中的项目。这些项目在过去某个时刻也包含新的内容,被意识标识为重要项目,因为与先前存在的知识相关而被存放到记忆里。学习的第一步往往是最难的,但是一旦第一步的基础建立起来,我们可以将新的项目与之前记住的项目联系起来。当知识积累得越来越多,学习一项新内容就会变得很容易,因为这一内容与过去的记忆有很多关联。关系密切的项目之间会形成组块,组块再组合起来,形成更大的记忆对象。通过这种方式,我们可以运用意识和组块,产生具有各种功能、各种等级、相互关联的知识。这样,进入成年期后,我们遇到大部分的新事物与记忆中已经存在的事物存在关联。而过去通过大量学习掌握的新知识反过来会指导我们选择进入工作记忆的内容,让我们发现记忆里新的或重要的内容,从而不断改进我们对世界的认识。
所以,工作记忆里的组块,不仅决定长期记忆的内容,还能为长期记忆提供索引,使我们很快得到那些重要信息,并将看起来独立的不同项目依据模式组合起来。组块和意识使我们生活中那些枯燥独立的事件形成一张密集的、闪亮的网。这张网根据我们发现的各种模式相联结,还具有积极的反馈作用,使我们更容易发现新的联系,并使我们觉察到事物的机制,从而更深入了解这些事物的运作情况。同时,我们的记忆系统变得更高效、更聪明。而如果没有这种从原始数据中提取有用结构的方法,记忆系统就无法做到这点。

语言仅仅只是一种意识组块吗

语言的情况很特殊:通过学习一种语言,我们能够极大地提高学习能力。我们可以通过书本、教师、互联网以及其他任何传递组块信息的交流形式,提高学习能力。其他动物能否学习具有语法结构的语言,是个有争议的问题。但有一点是没有争议的:就算其他动物能够学到一鳞半爪的语言,但是人类的语言能力使其他一切动物都黯然失色——我们可以掌握成千上万的单词和复杂的语法结构,而所有这些都要归功于组块。

很多心理学家相信“语言本能”(language instinct)的说法。按照这一理论,人类大脑有些专门为语言而设的独特区域,并且我们具有独特的语言技能。我的观点是:语言与我们具有的形成意识组块的综合能力相关。当意识和组块能力提高,小孩子就会根据他听到的内容形成语言组块,如同学习其他具有结构的信息一样,如学习走路,学习处理复杂的社会问题,或是学习玩复杂的玩具。而成年人学习语法,类似于掌握一门新语言的规则,两者都不能激活某个特殊的语言区域。相反,这两种活动激活的大脑区域与执行其他组块任务(如弄清楚某些空间序列)激活的大脑区域是相同的。有人期望我们拥有某些专门负责语言本能的基因,这些基因能在我们很小的时候就发挥作用,帮助我们学习语言。到目前为止,没有充分的证据可以证明这一点,这是个有争议的论点。相反,我们却有足够先进的意识形式,热切地追寻包含模式、等级的信息,并且为了操控这些信息而积极地寻求强大的、结构性的认知工具,在这些工具里面,最有用的可能就是语言了。毕竟,语言使另一层面的信息处理成为可能,即人与人之间可以进行交流。而且,团队合作能产生富于创见的新思想。

组块的作用及自我意识的尴尬处境

关于组块,要探讨的最后一点是:当我们获得组块以后,我们该怎么做呢?最好的方法是不要理会它们,至少不要理会所有其他组块,而只关注那些我们目前急需处理的高层次的组块。

意识的主要目的,一是处理某些很新或很复杂的任务中,这些任务是简单的无意识无法处理的;另一个目的是革新,在工作记忆里发现模式,这样才能优化重要的目标。但当这些任务大量进入意识空间时,情况就不大妙了。首先,由于我们要同时分析每一项任务,工作效率很可能比通过习惯完成任务的效率低。其次,还有一个能源利用的问题:运行意识需要大脑皮层参与大量积极的活动,需要的能量比运用无意识的习惯多很多。所以,运用意识处理那些不属于意识主要目的的任务,是一种浪费。意识的主要任务是发现一些潜在的重要机会,从而使我们的精神世界更高效地运作。

这就好像我们有两种方式:一种是缓慢的、慎重的意识系统,这个系统的任务是觉察新的或复杂的、包含模式的信息形式,并发现信息结构,以此建立组块;另一种是快速、自动、几乎无意识的系统,这个系统利用意识之前形成的组块进行运作。
这两种方式让人想起自然界的一个现象:在稳定的基因特性与混乱的革新之间找到平衡点。如果一个有机体能很好地应付环境,那么基因突变的可能性就很低。在这个稳定时期,像线虫这样的有机体就会更多依赖忠实的复制。它们实际上寄希望于之前建立在DNA基础上的“信念”,而抵制任何改变。但是如果生存压力加大,需要革新来保证后代的生存,这时基因突变的几率会增大,或者有机体会选择性繁殖的方式,期望在下一代身上产生新的成功的基因特性。换句话说,为了找到一个解决当前难题的间接的方法,需要采用一种更灵活、更大胆的方式。
基因与意识处理方式的相似性不只是表面上的。它们面对的是同一个问题:该如何在信息处理过程中出现的稳定与混乱两种情况中做选择?理想的对策是:在一切顺利的情况下,力求稳定;但生命受到威胁时,则倾向混乱、革新。
意识组块与无意识自动处理过程相互作用,目的是同时利用信息处理的两种方式。一种方式将意识看作革新机器,当面临绝境、需要新思想改变状况时,选择混乱的一边。但是,与基因的方法不同,意识是以相对安全的、经过引导的方式,实行半混乱的探查,只接受那些明显有益于有机体的深刻见解,这些见解或是提高有机体对世界的认知能力,或是提高有机体的行为能力。一旦这些革新组块被发现,就会逐渐添加到认知体系相对稳定的那部分中(大多属于无意识范围)。
这种观点强调了意识的进化优势。不可否认,意识很耗资源,因为意识需要大脑中最耗能源的区域参与运作。然而,由此产生的能源的节省远远超过了最初消耗掉的能源,因为我们可以更高效地完成任务,并发现一些新的聪明的技巧,能使我们避开威胁,获得回报。

从整体上看,意识与无意识的劳动分工很有效,但是如果我们将这两种方式混淆起来,就会把事情弄得一团糟。当我们刻意地去注意那些已经熟练掌握的技能或记忆时,就会发生糟糕的结果。然而,偶尔以这种方式运作意识对我们很重要,因为我们可以通过这种方式发现一些习惯的错误并加以改正。但很多时候,将意识和无意识混淆会导致失败,这就是我们通常所说的过于关注“自我意识”。
有足够的实验证据证明这种双模式的存在:意识在开始的时候对复杂的学习来说是必需的,但是在经验获取后,意识反而会阻碍自动的处理过程。
但是,除去意识系统的这些不同寻常的小毛病,组块的作用确实使我们在各个领域取得了成绩,只要我们肯花时间的话。以正确的方式进行几个小时的训练,能使我们的工作记忆发现与任务相关的微妙而复杂的模式。
我们能够有意识地运用组块,在灵光一闪中发现重要规则;或者经过几个月甚至几年的时间,耐心地积累各种层次的知识。这两种情况在人类历史上都给我们带来进步和成就。
人类的好奇心,加上发现模式的才能,给我们带来了不可思议的科学技术成果。我认为,如果不具备发现隐藏结构的能力,最有才华的艺术家、作家、音乐家都不可能取得任何成就。这些领域的天才不仅靠天生的能力,还通过多年集中注意、刻苦训练,发现并建立比其他人更为深刻的意识组块。

第5章 意识神经科学

扎加尼加的一次经历

大脑产生意识

我们每天都在操控自己的意识,我们消费的含咖啡因或酒精的东西会影响大脑的运作,从而影响意识。不仅如此,很多医学例子都证明大脑和意识之间关系密切,如很多类型的大脑损伤会引起意识深刻、永久的改变。

如果我们假定,意识仅仅是大脑活动产生的一种物理过程,那么意识就更具神秘性;同时,也给了我们一个临时的观察平台,使我们以此为基础去探寻答案。不可否认,将意识与大脑联系在一起会引发一系列的问题,但是科学研究正在试图解决这些问题。

不相关联的两派人都在研究大脑如何产生意识。一派研究人员试图发现产生意识的大脑区域及神经机制。同时,另外一派科学家研究与经验相关的神经系统的运作,同样取得了卓越的成就。这派人很少提到意识,他们的研究主题包括工作记忆,注意以及组块。

打开意识的闸门

意识的产生究竟与整个大脑有关还是仅与大脑中少数几个关键区域相关联?对意识神经科学来说,这恐怕是最为简单,也是最重要的一个问题。这个问题的答案有大量数据支撑,这些数据建立在对不同部位脑损伤的病人的研究之上,而这些病人的局部损伤部位涵盖了大脑的每一个区域。研究发现,属于人类大脑最原始的爬行动物脑的一部分的小脑(cerebellum),与意识的产生关系甚少。小脑缺失不会对意识造成明显损害。例如,一个天生几乎没有小脑的女人,照样能在电器厂干活,过正常人的生活。
由此可见,并非所有的大脑区域都对意识的产生起作用。上面的例子也间接回答了另一个问题,即意识是否与神经元的数量有关。如果神经元的数量与觉知水平成正比,那么拥有大脑近80%神经元的小脑应该是意识活动最为活跃的区域。然而,事实并非如此。

实际上,意识产生最为关键的区域是脑干网状结构(the reticular formation)。虽说如此,它很不起眼,也不是本书的重点。脑干网状结构属于大脑最为原始的区域——脑干的一部分,即爬行动物脑的组成部分。网状结构通过一系列复杂的分区控制着睡眠与觉醒周期,这些分区分别参与化学活动和神经元活动。通过这些活动,我们进入不同模式的睡眠或是从睡梦中醒来。例如,当我们做梦时,网状结构发出信号,传递给脊髓神经,从而抑制身体其他部位的功能,这样我们梦到自己在到处跑,却不会真的撞到墙上去。网状神经一旦受损,后果严重,不是死亡就是深度昏迷——完全失去意识,永远无法醒来。
网状结构对意识的形成不可或缺,并不等于说意识是在网状结构这一原始的部位发生。打个比方,没有电源,电脑无法开机,但是电源是功能最为单一的部分,与操作系统程序毫不相关。

丘脑是与意识形成关联更为密切的区域。丘脑是脑干网状结构的主要输出区,位于脑干上方,处在大脑的中间,地位特殊,是大脑的中枢,其神经元可以从其他脑区接收信息,也可以向所有脑区发送信息。近来,丘脑的作用日益受重视,人们意识到它不再只是消极的中转站,而具有成熟的信息过滤和组织功能,对意识的产生发挥着至关重要的作用。
丘脑大面积受损就会成为植物人。与处于昏迷状态的病人不同,植物人有醒着的迹象,如在白天可能会睁开眼睛。这听起来好像植物人大脑的网状结构仍然部分运行着觉醒的功能,其实由于没有足够的神经联结,他们即使醒着也不能意识到任何事情。丘脑是意识产生的关键部位,有两方面主要功能:信息处理和分配注意。除了在大脑各区域传输信息外,丘脑还负责将注意分配到不同的方向。这点也能说明丘脑损坏的植物人看似醒着,却没有任何定向的意识。试想一下,一个还存有某些感知的生命体,其注意却不能关注任何物体,不能确定任何目标或想法,这种状态能被称为有意识吗?
回到电子邮件这一类比,丘脑相当于承担着一个大公司IT部门的职能。外界所有电子邮件(感觉输入)首先经过IT部门服务器过滤,然后才分发到相应的其他部门。大部分内部电子邮件也要经过办公大楼的IT服务器才能送达接收者。但是这个IT部门特别具有前瞻性,会过滤掉垃圾邮件。如果有需要,IT部门经理会毫不犹豫地延缓某类特定邮件的送达时间,比如流行音乐,而在那些与公司当前主要项目密切相关的邮件的主题前添加“优先处理”标签。
丘脑损伤会变成植物人,那么一个公司IT部门的服务器出故障又会如何呢?这座办公大楼地下室的发电机很有可能还在照常运作,晚上继续供电,而公司职员也照常用着电脑,还时不时与隔壁同事交流上几句闲话。但是,这座办公楼里,不再有畅通高效的工作交流,处于决策层的经理们对自己公司发生的事情知之甚少,自然也就做不了什么正事。

盲视——意识神经科学的死胡同

如果说大脑产生意识的唯一区域是丘脑,这似乎让人难以置信。因为丘脑属于较为原始的脑区,任何脊椎动物都有丘脑。尽管丘脑是产生意识的重要器官,且直接参与经验的建构,但是其他脑区也至关重要。

盲视是一种矛盾的、令人困惑的神经学现象。一个人的初级视皮层(位于大脑后部)受损,会导致失明,至少会有部分视域不可见。虽说如此,“失明”一词在这个语境中还是有歧义的。
以往的说法还暗含着一个观点,即人的体验来自大脑的主要感觉区,一旦丧失这些感觉区,我们对刺激物的体验将不复存在。
上述只是传统的观点,这种观点往往有过于简化问题之嫌。
综上所述,现实情况远比传统、简单的看法要模糊复杂很多:感觉体验是不确定的、变化的,与感觉相关的可用信息也要比预想的少很多。
实际上,信息与体验之间并无严重分裂。对盲视患者而言,信息和体验都在减弱,只是各自有其独特的、变幻不定的减弱方式。这种情况就如同一所房子,电路出了故障,十多个灯泡只有一个能亮,而这个灯泡发出的光又闪烁不定,一会儿明一会儿暗,产生一种昏暗、摇曳的视觉效果。在这个供电不足的地方,你能做的就是祈望这点微弱的电流不要中断。也许能如你所愿,但你还是希望能够正常供电,看清楚周围的事物。
关于盲视这个话题,最后还有一点要说明。一些人可能会认为,不管怎样,盲视患者的视觉体验还是严重受阻,由此至少可以得出结论:视觉是在初级视皮层上产生的。即便如此,此论断还是有些过头了。较为合理的一种说法是:初级视皮层只是某类信息的一个早期输出通道,大脑要过些时候才能意识到这些信息。例如,一个人因眼睛受损导致失明,就此断定所有与视觉相关的感觉都产生于眼部,这种结论未免武断。
通过上述说明,我们明白了虽然盲视是一种很奇特的现象,但它对研究意识并没有多大意义。

通往意识的视觉通道

尽管盲视对研究大脑如何产生意识所起的作用不大,但对相近领域的研究者们却颇有启迪。

与其说初级视皮层是视觉产生的区域,不如说它是眼睛看到的事物经过滤后的复制品所在的位置。没有初级视皮层,我们会失去大部分视觉,但这仅仅是因为初级视皮层是大脑皮层第一个、同时也是主要的一个视觉信息中转站,而与它是否有意识无关。
你有没有想过,为什么每次眨眼并未感到眼前变黑?在你眨眼时,初级视皮层的神经元活动大幅度减少,神经元反映的是一片黑暗。然而,高级的视觉区域能够在眨眼的瞬间,延长我们对周围事物的感知,从而产生一种视觉连贯性,因为这些区域的主要任务不是反映看见的事物,而是解释、预示所看见的事物。
初级视皮层对视觉产生所起的作用不大,但却承担着从外界挑选天然原材料进行处理加工的任务,它将眼睛所见到的外部世界条理化。
事实上,初级视皮层的功能也不是如此单一。它还可以作为大脑高级区域的灵活的辅助系统。例如,注意力可以提高我们对某一部分空间的感知,部分原因是:视觉皮层的高级区域控制初级视皮层的活动,使初级视皮层的一些分区(如负责处理右上方信息的分区)的活动更为活跃,能敏锐地发觉任何变化。
位于大脑后部的初级视皮层有各种神经元,这些神经元在各自小小的领域内编码,综合处理这些初级视觉神经元传来的信息,就能形成眼睛所看到的图像。这些视觉神经元再向稍高一级的、位置稍靠前的视觉区发送信息,从而使原始数据相连接,进而开始提取重要的、有特色的信息。大致规则如下:在视觉系统中越是靠前、越是远离初级视皮层的神经元,就越能在更广的空间提供更精炼的信息,因为它们有着更高的数据组合水平与意义提取水平。这就像一个视觉组块识别工厂。

一些信息从初级视皮层出发,经过V4视觉区(V4区负责处理颜色,处于这一区域的神经元进行编码的区域略大于初级视皮层),再经过几个步骤到达颞下皮层(这一区域比枕叶靠前很多,属于颞叶),在这里进行物体识别。举例来说,如果左边空间的任何一个区域出现了一张椅子,负责物体识别的神经元就会被激活。
颞下皮层的神经元是如何表现“黄蜂”这一概念的呢?这需要几千个颞下皮层的神经元共同工作,除此之外,这些高级的神经元还要通过与级别低一些的视觉区域发生联系才能储存信息。颞下皮层表现黄蜂的概念,可能需要与处于V4视觉区域负责黄色和黑色的神经元建立联系,还要与V3视觉区域负责辨别毛茸茸的质地的神经元建立联系,等等。

前额叶-顶叶网络与意识的关系

对人类大脑进行功能性磁共振成像实验表明,当我们看到的图像发生切换时,比初级视皮层高级的视觉区域的活动会被激活。但是另外两个区域也同时亮起来,即外侧前额叶皮层和后顶叶皮层。
之前我很少讨论后顶叶皮层,这个区域总是与外侧前额叶皮层同时被激活,与外侧前额叶皮层形成一个网络,功能也与之相似。事实上,这两个区域如此频繁地共同被激活,以致被认为是一个大网络,用以处理高级、灵活的思想。尽管两者在功能上有细微差别,但是在这一章我假定它们是一个统一体,称其为前额叶-顶叶网络(prefrontal parietal network)。
在触觉、听觉甚至是几种感觉综合的实验中,高级感觉区域与“前额叶-顶叶网络”的活动都会被激活。

除了扫描的方法,进化与比较分析研究也提供了确凿的证据。通过研究不同的灵长类动物的初级视皮层占整个大脑皮层的比例,发现比起其他灵长类动物,人类初级视皮层占大脑皮层的比例最小。而且,人类视觉的敏锐性也不如其他灵长类动物。我们的其他感觉以及主要感觉区域的大小,比起其他灵长类动物,也同样没什么值得炫耀的,而我们的嗅觉尤其弱。但是,进化使我们学到了一个重要的经验:拥有什么并不是最重要的,关键在于如何运用拥有的东西。我们通过感觉接收到的原始数据相对较少,但是我们能进行出色的、深入的分析,不断地从中提炼出深刻的见解。与我们相对狭小的感觉区域形成鲜明对比的是,我们的前额叶皮层的面积比黑猩猩及其他灵长类动物大很多,正因为如此,我们才能从稀少的感觉输入中获取深刻的理解。随着知识的不断丰富,我们的意识水平也不断提高:不管其他动物是否具有意识,我们人类的意识毫无疑问是最丰富的,而这离不开我们面积较大又善于分析的前额叶皮层,尽管我们的感觉区域相对较小。

所以结论是,尽管最晚出现的、更为先进的感觉区域参与了经验的方方面面,但是这些区域必须与“前额叶-顶叶网络”联合运作,才能使我们具有真正的意识。目前,很多研究者专注于将不同大脑区域与意识联系起来,但大多数的研究到此为止,不能深入研究这些大脑区域的机制以及如何对意识产生作用。当然,并不是非要通过这种方式,一个简单的方法是借鉴意识研究领域之外的一些研究者的丰盛成果,如研究“前额叶-顶叶网络”对认知所起的作用。我将在下一节论述这些研究者的成果,进一步阐明意识的形成问题。

前额叶-顶叶网络受损的患者的情况

露丝在面对多种选择时,变得不知所措。这个例子让人想起前面提到的一种情况:当我们运用一项已经熟练掌握的技能(如网球的击球技巧)的时候,自我意识的参与反而让事情变糟糕。要执行一系列新的、没有形成组块的运动命令,我们的工作记忆空间马上会不够用,结果使动作很笨拙。同样,露丝之所以出现上面的问题,很可能是由于她的工作记忆空间变小了,即使是形成组块的序列她也无法处理,导致她不能应付平常的情况。这种情况会时不时地带给她麻烦,因为她不能处理任何费力的、新的、复杂的事情。
这个报告只是个人经历的陈述,然而有更可靠的证据显示,前额叶皮层受损的患者确实存在工作记忆缺陷。

忽视现象

注意是意识的一个关键成分,起着指定方向的守门人的作用。
为了强调半边空间的忽视现象不是纯粹的视觉障碍问题,玛格丽塔·萨里(Margarita Sarri)和她的同事对忽视患者做了一个测试:当患者在功能性磁共振成像扫描仪中的时候,她会去触碰患者左边或右边的食指。有一半的时间,患者没有感觉到左边食指的触碰。不管患者有没有感觉到触碰,患者大脑皮层中负责手指感觉的区域都会被激活,但是如果患者感觉到触碰,那么未受伤的那个半脑的前额叶-顶叶网络会亮起来。

前额叶-顶叶网络受损导致意识水平下降

这些“前额叶-顶叶网络”受到不同程度损伤的患者的情况充分说明,这些区域与注意和工作记忆密切相关,一旦严重受损,意识就会下降到很低的水平。

前额叶-顶叶网络的功能

实际上,前额叶-顶叶网络是大脑内最抽象、最高级的部分。研究发现,我们完成任何一件复杂的或新的任务,不管这项任务涉及短期记忆、长期记忆、心算还是其他高难度的认知活动,前额叶-顶叶网络都会被激活。因此,这个区域与智商关系最为密切。
这种活动模式反映了我们思想和意识的两个主要特性。第一,我们的认知活动是相互影响的。第二,这些高级的精神活动与意识密不可分。
即使是现在的心理学教材,都将工作记忆、注意、长期记忆、心算、推理等分门别类,好像它们都是各自独立的过程。然而,越来越多的研究表明,各类思维、记忆类型之间相互影响,存在广泛的关联性。

任何思想活动都会激活前额叶-顶叶网络,除此之外,还存在其他联系。例如,工作记忆与注意密切相关,工作记忆是注意过滤后高效的输出存储系统。控制工作记忆的信息量,尤其是当前任务的信息量,会影响注意的过滤过程。如果工作记忆的信息量已经满了,那么注意就会大为减弱。

传统的观点认为,大脑各个区域互相独立,一个区域负责某一类型的思维。比如,一个区域负责注意,一个区域负责工作记忆,一个区域负责长期记忆,甚至还有一个区域负责意识。现在,随着实验证据不断增多,这些传统的观念都被淘汰了。其实,如果要做最细的划分,应该是静止、自动、无意识的处理过程对应动态、灵活、有意识的处理过程。自动化处理的是那些已经被我们存储到专门的记忆区域和运动区域的作为习惯和目标的内容,这些内容通常是各种意识的产物。意识是一系列紧密联系的处理过程的集合,其主要活动区域是前额叶-顶叶网络,注意和工作记忆是其两大显著功能。本能或无意识的习惯不能完成的任务,就由意识来完成。意识以合理的方式分析和控制工作记忆的内容;如果有必要,可以从一些专门系统获取更多信息;利用多功能的重要的大脑皮层完成复杂的或新的任务,产生新的习惯,下次再出现同样的任务时就不需要由意识来完成了。

前额叶-顶叶网络、意识及组块的关系

事实上,比起没有结构的、难度大的序列,有模式可循的、更容易的顺序能够使被试的前额叶-顶叶网络的活动更强烈。因此,在某些情况下(至少在有组块的情况下),任务的难度与前额叶-顶叶网络活动强度不是成正比。

让一个科学家列出能最大程度激活前额叶-顶叶网络的任务,答案很可能会是工作记忆、长期记忆、心算。但是这个实验表明,包含数学组块的任务能够使前额叶-顶叶网络的活动最活跃,即使与建立在记忆基础上的组块的任务相比也是如此。换句话说,这个实验证明了很多复杂的任务都能够激活前额叶-顶叶网络,但是当被试积极寻找新模式时,前额叶-顶叶网络的活动最活跃。

意识与前额叶-顶叶网络密切相关。前额叶-顶叶网络不仅支持注意与工作记忆,而且支持任何新的或复杂的任务。但是要想最大限度地激活这一区域,或者说要想使意识发挥最大的功效,必须探寻某种有用的模式。我们高级的认知系统包含了组块功能。也许组块功能也是意识的核心。这种组块机制使我们跨过障碍,找到富于创新的解决办法,使我们从经常犯错过渡到熟练地掌握一种技巧,最后形成习惯。

和谐的经验

不可否认,上述内容只是粗略地描述了大脑如何产生意识。如果深入分析这个问题,就要弄清楚神经元是如何交流,从而使我们产生经验的。虽然我在前面分析了注意形成的过程,相当于神经元同盟之间为支配权而进行斗争的过程,但是神经元之间的交流还有另外一个特性,那就是使大脑细胞互相联系的活动波。观察活动波的主要工具是脑电图仪,虽然它没有功能性磁共振扫描仪这么高的空间分辨率,但是它能在每毫秒记录大脑活动,而功能性磁共振扫描仪记录大脑活动要花一两秒钟。

为了使意识能执行复杂的任务,产生深刻见解,需要有两种方式的联结。第一,注意不仅要挑选合适的对象存到工作记忆中,还要将这个对象各方面的特征都综合为一个连贯统一的整体。
朱莉衣服的红色会呈现在位于我的大脑后部的视觉皮层上,她的脸会呈现在位于我的大脑皮层底部的梭状回面孔区(fusiform face area),她的名字和其他特征会呈现在颞叶前方的语义存贮区(semantic store),等等。很多专门的大脑皮层区域与前额叶-顶叶网络一起参与了对安吉丽娜·朱莉的辨识过程,而前额叶-顶叶网络的作用相当于工作记忆中信息管理部门的一个临时聘用的经理。如果所有这些不同的区域都需要联合起来,共同反映安吉丽娜·朱莉这个对象,那么缓慢的神经元频率(如几个赫兹)显然不能完成这个任务,因为一时间要处理太多的数据信息。缓慢的频率(δ波)一般是全身麻醉的状态下的频率,意识的频率则完全不同,要越快越好。高速γ波产生于大脑的中心站——丘脑,然后在大脑皮层的相关区域传递,将一个意识对象的所有成分都联结起来。

产生意识的第二种联结是工作记忆各个项目的联结,目的是为了发现模式或组块,或仅仅是为了维持各个项目的序列。大脑皮层神经元的快节律能维持不同对象之间的联结,使我们在工作记忆中对这些对象进行分析和控制。
脑电图仪的精确度达到毫秒,能为意识提供精确的时间表。高速的γ波节律不是立刻反映刺激物,相反,这个时间有点延迟,因为大部分脑区要协调活动,至少需要300毫秒的时间才能完成。这个时间接近注意过滤当前目标的感觉信息所需的时间。

各种意识理论

现在,我可以在实验的基础上,对意识产生的经过做一个完整的描述。如果我看到一朵红色玫瑰,我对玫瑰的体验在1/3秒内就形成了:首先是神经元之间展开激烈竞争,结果使我的注意转向玫瑰。超快速的、和谐的神经元节律从丘脑出发向各个方向传递,使储存在大脑皮层各个专门区域的与红玫瑰有关的神经元各种信息相互融合。这个高频率、统一的意识组块同样会向前额叶-顶叶网络传递,于是经验就形成了。
但是,如果面对一项复杂的或新的任务,意识会表现出它真正的潜能。前额叶-顶叶网络的活动反映了各种活动,如忙碌的工作记忆、集中的注意和对模式的贪婪追求,这些活动的目的是为了战胜任何心理障碍。同时,大脑皮层的专门区域(如位于颞叶前端的区域)会提供具体内容,支持意识。

当前各种著名理论有一个突出特征,即这些理论的基本立场都是一致的。
当今最流行的三种理论都认为,意识的产生过程是信息在大脑皮层传递的过程。但每一种理论视角不同,存在细微区别。

维克托·拉米(Victor Lamme)的“循环过程模型”(recurrent processing model)一开始就提出一个让人不快的论点:我们以为自己知道什么时候具有意识,但这种想法是完全错误的。根据拉米的观点,很多时候我们具有意识,但我们根本不知道。
拉米认为意识层次的信息传递需要“循环过程”,这是一个很合理的观点。但是,拉米坚持认为,当我们确信自己没有意识到什么的时候,我们仍然是有意识的。为了建立一种连贯的理论,怀疑经验的可信性固然是可以的,但是完全忽视了自己试图解释的事情是不理智的。经验的复杂性决定了我们感受周围世界的方式,拉米拒绝承认这点,因此他的模型不能深入解释意识的本质和目的。

最符合现有数据的模型,也是我在这本书中一直讨论的意识观点,是由斯坦尼斯拉斯·迪昂与让·皮埃尔·尚则(Jean-Pierre Changeux)提出的神经元全局工作空间模型(the global neuronal workspace model)。这个模型在很大程度上是伯纳德·巴尔斯提出的全局工作理论在神经元领域的应用。根据巴尔斯的理论,意识相当于工作记忆,类似于舞台上的聚光灯,或者类似于画在具有多种功能的认知白板上的涂鸦,它只存在一两秒的时间,但是意识能够从庞大的无意识知识储备中提取工作记忆项目,并对其进行控制。
因为迪昂的模型与实验神经科学证据关系密切,所以很多人都指责他没有进一步挖掘意识的本质。

第三个理论是由朱利欧·托诺尼(Giulio Tononi)提出的“信息整合理论”(information integration theory)。这个理论的研究方向与其他两个相反,只讨论意识机制,而不谈大脑运作的具体情况。信息整合理论是目前最抽象、目标最为远大的理论。作为一种数学理论,信息整合理论试图将意识与信息本质联系起来。前面两种模型都是以大脑皮层网络的活动为基础,而托诺尼的理论能应用到任何具有节点(nodes)的网络,不管是相互联结的神经元,还是计算机晶体管,或者是任何你能想到的载有信息的对象。在托诺尼看来,意识网络的容量与它能反映的不同类型的信息量以及这些信息能否有效联结直接相关。在一个网络中,节点越多(只要这些节点与其他节点密切相连),信息相互联结的形式就越多,这个网络产生意识的能力就越强。
在这个模型中,联结越多,连通性越强,越理想。关键是,这个网络有多少种不同的状态。通过对称结构可以较好地说明这个问题。例如有27个节点,按3×3×3排列,形成一个立方体。如果每个节点都与其他任何一个节点联结(或没有任何一个节点与其他节点联结),那么角落里的一个节点发亮的程度与其他节点是一样的。但是如果换种情况,每个节点与其他26个节点中的5~20个节点联结,那么角落里那个节点发亮的程度就是独一无二,因为没有其他任何一个角落里的节点的结构与这个节点相同,因此它的信息状态是独特的。由于这个立方体的联结不是对称的,因此能反映最多的信息。
这个模型很简单,却很有说服力,清楚地解释了注意的运作原理:将一个对象的各项信息相互联结,形成统一的整体。这个模型也能解释前面提到的神经元全局工作空间模型,神经元全局工作模型也关注集中相互关联的各类信息的、密集的中心网。
根据信息整合理论,像小脑这样的区域对意识的产生没有多少作用,因为小脑只有少数的神经元联结。而像初级视皮层这样专门的大脑区域对意识的产生只起到了很小的作用,同样是由于初级视皮层处在网络边缘的原因。相反,前额叶-顶叶网络由于内部联结紧密以及与很多专门区域密切相连,能够产生高层次的意识。

事实上,所有意识理论存在一个普遍的不足之处:过于关注数学或神经生理学数据,而忽略了意识的心理学成分。在我看来,将来的理论要将注意作为意识研究的关键因素,而不是像现在一些科学家那样,将注意看作一个独立的过程。如果能够将工作记忆也包含到意识研究中(目前只有神经元全局工作空间理论做到这一点),那么结果将更可信,例如组块过程作为意识的基本成分,能够解释我们的意识为何能产生如此富于创见的思想。
最后,检验这三种模型的正确性的方法是:这些模型是否能预示意识的心理特性及相应的神经活动情况,而这些内容在将来的实验中会得到证明。目前的理论,尽管有远大的目标而且方向一致,但只是处于意识研究的起步阶段。

解释经验

意识理论即使还存在一些重要分歧,但已经为我们展现了一副令人兴奋的画面。意识理论第一次完整地解释了意识的起源和作用,以及经验的精神构架和神经学基础。
我们上学时都学过,生命存在需要一整套的化合物,这些化合物的比例要恰当,像水、碳的比例。这些成分很重要。但是,更为重要的是,在为生存和繁殖进行的斗争中,在基因不断调整以适应环境的过程中,生命体还有收集信息的压力。所有生命体都是生物计算机,通过不断获取各种有用的知识从而在世界上获得立足之地。所有成功的生命体通过储存在DNA上“想法”,获取重要信息。
在所有生命体中,动物的学习能力最灵活。它们收集重要的新信息,使自身生存并适应环境的变化。它们不仅将信息传给下一代,而且在自己的生命周期里不断更新信息。我们人类刚出生时很脆弱,只有少数几种本能和感觉,但是人的思想是开放的。在我们的一生中,我们吸收了无数的信息。一些简单的特性不需要意识就能被觉察到,但是通过注意,我们在十分有限却非常灵活的意识工作空间汇集了最有用、最新、最复杂的信息。在这个充满经验和思想的空间,我们获取见解,发现世界上隐藏的规律,从而了解世界并征服世界。我们的意识做到了这一点,意识存储了无数我们可以检索和控制的信息。我们的大脑巧妙地紧密相连,信息可以很容易地从存储各种专门知识的区域传递到其他区域,这些区域没有某一特定的功能,但与大脑其他部分紧密相连,因此通过神经活动的高频波,信息可以在大脑内流通。通过丘脑以及前额叶-顶叶网络内的神经元忙碌工作,我们不仅将红色与某个简单的形状相联系,我们看到的是一朵鲜艳的红玫瑰,我们闻到玫瑰的香味,还将玫瑰与某个浪漫的恋人相联系(我们刚将一朵玫瑰送给这个恋人,并希望与她共度今后的人生)。
弄清楚意识的心理学特性和神经学特性后,我将论述如何运用我们的经验。首先,我将分析一些患者的意识,这些患者不能通过语言叙述自己的感受。然后我将论述有关经验的新的科学观点。

第6章 解读动物的意识

温柔的黑猩猩与反复无常的倭黑猩猩

在这一章中,我将阐述我们在判断没有语言表达能力的生物是否具有意识方面取得的进展(主要以动物为例)。人们凭直觉认为,就算其他动物确实具有意识,但是人类的意识有其独特之处。关于这个问题,我也会在这一章中讨论。
我将从两个主要角度进行论述。第一,动物的哪些行为最能体现它们具有意识,而这些行为在人类身上也可见到。第二,对所有生命体而言,大脑哪些结构和功能与意识关系最密切。

狡猾的乌鸦

动物无法用语言告诉我们它们是否有意识,这一显而易见的重要事实意味着,怀疑论者的观点从理论上说是完全成立的。
与动物受折磨时的反应相比,动物的另一种行为更能证明它们具有意识,即很多动物都会感到无聊。在探讨动物意识问题时,这一点常常被忽视。人类贪婪地追求信息,而很多其他物种同样渴望掌握一些必要的知识。把动物关在乏味的实验室笼子里,或黑乎乎的、简陋的农场围栏中,或空荡荡的动物园中,很多动物很快就会感到有压力。
很难判断这些例子中动物感受到的痛苦程度,因为这些痛苦不包含智力因素。要证明动物具有意识,更直接的方法是证明动物具备一定的智力水平。
根据它们的行为,我们可以肯定,鸦科动物和类人猿在非人类动物中是最聪明的,它们的创新才能表明它们应该是有意识的。但这还不够,我们无法知道它们的内心世界,因此不能确定它们具有意识。

动物有自我意识吗

另一种判断意识的办法,就是提高意识的标准。一般来说,自我意识达到一定程度,就能够认出镜子中的自己。因此,如果一种动物能够通过镜像识别测验,那么这种动物毫无疑问是有意识的。
但是,如果要有确凿无疑的证据才能证明意识的存在,那么我们除了能证明自己的意识以外,无法证明其他任何人的意识。因此,我认为在判断动物有无意识这个问题上,还是实际些比较好。虽然有限的证据不足以确定动物是有意识的,但我们可以将通过镜像识别测验作为具有意识的有力证据。
动物不能告诉我们它们的意识水平,非人类生物怎么能告诉我们它们具有意识呢?事实上,一些有创意的研究者设计的实验能够证明其他动物具有意识,甚至表明这些动物的意识水平超出了纯意识,它们能够意识到自己是有意识的。换句话说,它们具有元意识(meta-awareness)。这些动物不但具有意识,而且它们的意识相当复杂。

根据赌博性选择判断有无意识

还有更有说服力的证据,证明猴子能表达自己内心的想法。
事实上,猴子能够认识到自身的能力,并能正确地运用这种能力(当对自己的认识很有把握时,就冒险赌一把;对自己的决定没有把握时,则选择保险的做法),在这点上与人类不相上下。我们将完成这样高级的任务作为自己具有意识的标志,而猴子也同样具有这方面的能力。
观察猴子在完成赌博性选择任务的过程时大脑的运作情况,能进一步证明猴子与人类有某些相似性。
通过这些实验,我认为猴子以及其他一些通过这个测验的动物都具有一定程度的意识。猴子完成赌博性选择实验表现出来的能力跟我们人类相差无几。因此,要想证明我们人类具有丰富的意识,而其他物种的意识相对要弱很多,我们必须找到其他证据。

动物的组块能力

到目前为止,这些行为研究都试图证明其他动物具有某种形式的意识,但这些研究实验都回避意识的质量问题,即动物是如何运用它们的意识的?一个与本书观点相关的问题是:其他动物运用组块的能力如何?人类不是唯一能进行结构化学习的动物,连老鼠都具有简单的组块能力。甚至连鸽子也具有基本的组块能力。
但是,具有组块的能力,与发现并有条理地运用组块的能力完全是两回事。其他动物或许能够认出镜中的影像,能够筹划未来,能够记住过去的事情,甚至能够意识到自己是有意识的,但人类(即使是蹒跚学步的婴孩)让其他动物黯然失色的一个关键因素,是我们具有强大的组块能力。具体来说,我们组块的能力越强,表明我们建构的意义层次越高。这一点连我们的灵长类近亲——黑猩猩也难以企及。
观察其他动物如何玩耍也可以证明这一点。
如果只是玩耍单个物品,人类的婴孩和同龄的灵长类动物在这方面的能力不相上下。然而,一旦提高难度,进化的差异就显现出来了。
最初做这项研究的帕特里夏·格林菲尔德(Patricia Greenfield)证明,这种组块能力反映出儿童学习语言的能力。例如,将简单的词组合起来,形成复杂的单词,再将多个单词按照语法结构组合起来。这个任务也证明了一点:我们的语言能力可以归结为组块能力,尤其是分层组块能力。
人类的婴幼儿在完成需要分层组块的任务时,胜过成年黑猩猩、倭黑猩猩及猴子。虽然这些动物的意识水平可能也很高,但是人类无比丰富的意识主要体现在我们具有发现并组合结构化信息的能力上面。
当然,叠杯子游戏虽然复杂,对人类孩子来说,却是最简单的。随着年龄增长,孩子们的玩具会包含越来越多的意义,玩具组成部分间的关系也会越来越复杂。随着游戏级别的提高,人类孩子与同龄的灵长类动物在认知和意识方面的差距会越来越明显。
和其他很多物种一样,人类的意识只能存贮3~4个工作记忆对象。而人类意识之所以如此丰富,是因为我们能够控制和组合这些有限的工作记忆对象,尤其是以分层的方式进行组合。上述实验证明,人类与其他物种在组块能力上刚开始似乎差别不大,但经过几年差距会骤增。

婴儿的意识

这是否意味着,婴孩直到20个月大的时候才具有意识,才能将对象或行为进行分层组合?当然不是。20个月大的时候是意识发展的重要阶段,人类的经验开始变得丰富、复杂,学习能力也剧增。
实际上,胎儿在出生之前一直处于睡梦状态,虽然胎儿受到的刺激很少,他们的梦和我们的梦不一样,他们的梦里几乎没什么具体内容。胎儿只有在出生的那一刹那才真正苏醒过来。
在观察女儿成长的过程中,我不禁产生一种直觉,人在出生后不久就会有强烈的意识。诚然,这没有科学依据,但我还是觉得她的反应是有意识的表现。而且我很肯定,此时我女儿已经意识到这个世界的存在了。
然而,还有一种完全不考虑行为因素的方法,可能会给这个问题提供明确的答案。

以大脑生理特征衡量动物的意识水平

以这种迂回的行为观察法来判断其他生物的意识非常有趣,但这种方法有局限性。
如果动物不配合,我们便不知道它到底有没有能力通过测试。也许它能够轻易地通过测试,但就是不愿去试。换句话说,在多项心理学测试中,如果有一项没有通过,并不能说明动物不具备某种能力。行为评估法的另一个局限性是:无法准确测量动物的意识水平。目前只研究了几个明确的意识水平层次,对意识水平连续体(a continuum of conscious level)来说,还远远不够。而意识水平连续体的说法比那种简单地判断有无意识的做法要有意思得多。

有一种方法可以绕过行为评估法的弊端,那就是不去理会行为特征,而仅仅观察大脑的结构和功能或任何可计算的对象,以此来判断有无意识。首先,最粗略的方法是根据动物大脑的大小进行评估。
很多科学家认为,更合理的方法是根据动物大脑与身体的比例来判断意识水平。其逻辑是:如果某种动物的大脑相对于它的身体来说太大了,那么,那些它大脑内的神经元除了处理一些常规活动(如控制身体移动、调节状态等),很可能还会处理一些更为复杂的活动,如意识活动。
计算大脑与身体的比例很复杂,在所有动物中,人类的大脑与身体的比例居于首位。不过,现在只有间接证据表明,我们的大脑占身体的比例较大,才使我们拥有丰富的意识。我们也不清楚意识与大脑占身体比例之间的关系。如果意识有一个起点的话,这个起点也许只是一根头发丝的宽度,也许还是头发丝宽度的十亿分之一。因此,以生理特征衡量意识水平只具有参考价值。
事实上,判断大脑与身体的比例是否合适,要考虑到很多因素。例如,最近有研究表明,有些物种一个重量单位内包含的神经元比其他物种要多很多。因此,仅大脑重量一项数据不足以说明什么问题。

章鱼的意识水平

一种更可行的方法是结构比较法,即先弄清楚人类大脑哪些区域和哪些处理过程对意识的形成至关重要,然后将其他动物在这些方面的特征与人类作比较,最后根据相似程度判断其他动物是否具有意识。
这种方法有其合理性,但只能提供间接的证据。而且,这种方法排除了一种可能性,即大脑结构与我们人类完全不同的动物也可能会有意识。

对大脑而言,平行结构从来都具有优势。章鱼的大部分神经元不是存在于大脑中,而是在腕足上。考虑到章鱼腕足上具有神经元这个事实,我们可以说章鱼其实有9个半独立的大脑,这点在动物界独一无二。章鱼还是海洋生物中的天才,有高度发达的记忆力和注意系统。
如果章鱼具有意识这个结论是真的,通过比较大脑结构的方法是得不出这个结论的,因为章鱼的大脑和人类的大脑,甚至是所有哺乳动物的大脑完全不同。

量化意识

综合上述提到的方法,虽然有助于动物意识问题的探讨,但有一个理论却声称可以彻底解决这个问题,那就是朱利欧·托诺尼的信息整合理论。这是一个广受好评的现代意识理论,通过研究大脑神经元的数量,神经元之间如何联结以及如何作用,得到一个意识水平的准确数值。根据这个理论,清醒的人有100个单位意识,昏迷患者有2个单位意识,黑猩猩有50个单位意识,老鼠有10个单位意识,等等。
该理论一个明确的结论是:每一种动物的意识水平都有一个数值。虽然这个理论还需要进一步论证,但是结果很可能证明,对这个理论的怀疑是错的。事实可能是:任何大脑都会产生不同水平的意识,不管某物种的大脑是多么小、多么简单。

托诺尼的信息整合理论与另一个观念相符,即计算机和机器人具有一定程度的意识。人造生物具有某些网络结构,功能相当于人类大脑,从原则上讲,我们可以根据人造生物网络的性能来评估它们的意识水平。
然而,这个理论以及目前所有将意识与网络信息相联系的理论,都把细菌和植物排除在外。其实,细菌和植物具有基本的计算处理能力,只是它们不具备信息网络,也不能将低级的信息组合起来,形成有意义的组块。
事实上,事情不是那么简单。计算出意识水平数值需要进行极其复杂的运算,随着节点或神经元数量的增加,运算的难度会大幅增加。不管这个理论有何优点,但它无法应用到实际中,不能用来测量动物的意识水平,更别提测量人类的意识水平了。
然而,仍然有一些研究人员在修正这个理论,希望将其应用于计算人类大脑的意识水平。在托诺尼的理论基础上,未来10年内很可能会出现计算生物意识水平的有效方法,我们要做的只是将一种运算法则应用于计算大脑内神经元(或人造节点)的数量,以及神经元或节点之间的联结,而我们已经具有很多物种这方面的数据。
可能很快会出现一项能够测量意识水平的技术。量化意识水平的方法可以用来测量任何清醒或睡着的正常人、患者及很多动物的意识。将来类似的方法还可以用来激活人造生物。因此,在未来10年内,我们可能会想出切实可行的方法,测量和比较人类与其他动物的意识。

伦理学意义

伦理学有两大框架:一是基于权利的体系,最明显的例子是针对谋杀和盗窃的法律;二是伦理机制,主要是评估哪些行为给人们带来纯粹的快乐或痛苦。经济学因其与金钱关系密切,大体上可归入第二种框架。

谈到权利体系,如生存权、免受可以避免的痛苦的自由权,任何具有一定程度意识的动物都有体验痛苦的能力,也应该受到这些权利的保护,最好能形成相应的法律。就我个人而言,为了使无辜的生物尽量少地遭受人类的折磨,我宁愿生活在一个过分谨慎的社会。

说到伦理体系的第二大框架,暂且不谈权利问题,只谈纯粹的快乐和痛苦的问题。
这个伦理体系需要我们量化意识水平,这样才能知道动物实际感受到的痛苦的数值。我们正在努力运用各种理论和技术来量化意识,但还不能科学地计算出意识水平。在未来10年内,我们一定会有所进展。一旦找到切实可行的计算方法,我们会毫不犹豫地将这种技术应用于任何有动物遭受痛苦的领域,以确保我们人类不会给有意识的生物造成过度伤害。同时,我们也不会一方面自私地夸大自身的痛苦,另一方面却不去理会其他动物也有意识,也会体会到痛苦这个事实。
其他伦理问题,如堕胎、生存权、人造意识等,都能够采用量化意识水平的方法进行评估。但有一点值得注意:胎儿在出生前极有可能是没有意识的,尽管我们凭直觉认为它们是有意识的。至于人工智能,目前世界上的计算机和机器人不具备产生最低水平意识的结构,遭受痛苦就更无从谈起了。这点甚至是人造生物的一个显著特性。我们或许可以设计出一个有意识的人造生物,但这种人造生物感受不到任何痛苦,因为我们没有为它设定这种程序。

经验的质量与数量

这一章运用两种方法测量动物的意识:一是观察动物的行为特征,一是考察动物的生理结构特征。当然,这两种方法有显著的差异。行为方法撇开动物大脑的大小、神经元系统的复杂性等因素不谈,提供了有趣的间接证据,证明很多物种具有意识,甚至像低级的果蝇都有基本的注意系统。但是更可靠的证据只有在那些拥有较大、较复杂大脑的动物身上才能找到,这些动物能够辨识出自己在镜子中的影像,表现出自我怀疑的能力。这些能力表明,这些动物拥有高级的意识。有点出人意料的是:以行为方法判断出有意识的动物不仅限于我们的近亲——类人猿,还包括一些关系更为疏远的动物,如另外一些灵长类动物以及某些高级哺乳动物。
考察生理结构的方法可以避免行为观察法不可靠的弊端,但也有其不利的方面。用这种方法测量意识水平不如行为观察法直接。而且,科学界对哪种生理评估方法更准确还未能达成一致意见,但信息整合理论或许是最有前途的一个理论。根据信息整合理论,任何一个复杂的系统,不管它在结构上与人类的相似性是多少,都有一个意识水平的数值。由此形成一个意识的连续体,处在这个连续体顶端的是人类,因为人类的大脑最复杂;而一些最简单的动物也有一定程度的意识,即使是最小限度的意识。
这两种方法都表明,那些拥有最复杂的神经系统、最有思想的动物,它们的意识水平也最高。这两种测量非人类意识的方法各有其侧重点。将两种方法结合起来的最简便的方式是:承认确实存在一个意识的连续体,从人类到最小、最简单的生物,都包含在这个连续体中;根据各种生物的意识水平层次高低,连续体有各种不同的、有意义的层次。这些层次包括自我意识、怀疑意识,以及建构不同意义层次的能力。
建构不同意义层次的能力只有人类才具备,这可能是我们拥有的语言天赋的基础。这种能力是我们独特的、灵活的工作记忆的反映。也正因为如此,很多人认为,与其他物种相比,我们人类确实拥有更高层次的意识。
现代社会大量的技术成果进一步证实了,人类与其他动物之间的本质区别在于我们拥有较高的意识水平。这些技术成果不断提醒我们,人类与其他动物之间的差距有多大。我们具有独特意识的观点,与人类进化的过程相一致。智人(Homo sapiens)的前身可能会运用他们仅有的那点能力,发现模式,产生巨大效果,发明让部落成员惊叹的原始技术,生产出大量不同品种的食物。技术与进化的发展最终产生了人类大脑。我们的大脑拥有丰富多样的意识,有独特的信息组块能力,能够发现自然界的深层模式,创造技术成果,使我们的生活更丰富、更方便。
然而,这种由强大的神经系统所支撑的如此独特而丰富的意识,同时又是极其脆弱的。这也是我们为拥有这种意识所付出的代价。我们复杂的大脑极易受到不可修复的损伤,有时候仅仅被撞了一下也会造成伤害。这样的意外会使我们的意识水平降低,严重的话甚至会完全失去意识。神经系统脆弱性的另一种更微妙、更普遍的形式是:大脑内的基因变异或化学物质异常很容易造成精神紊乱,造成各种潜在的精神疾病。我将在最后两章论述,我们的创新能力经常会带来悲剧性的结果。首先,我将详述为何我们的大脑如此容易遭受损伤,以及当前的意识理论如何帮助我们检测大脑受伤后意识的情况。然后,我将论述,为何多数精神疾病都与意识障碍有关。最后,探讨本书提出的意识模式如何帮助我们逃出精神困扰的囚牢。

第7章 游走在脆弱的意识边缘:大脑严重损伤和意识障碍

只是太复杂?

人类的大脑特别容易受伤。脑浆是黏稠的胶状物,所以,如果我们的头部遭受猛烈撞击,脑浆就会在颅骨内来回跳动,不断地扭曲和断裂开来。神经元之间的联结会被拉伸、绷紧,很容易被拉伤。大脑的外缘,尤其是外缘的前部,可能会刮擦到颅骨内侧锋利的部分而受到损伤。而其他的物种都不像人类这么容易遭受脑震荡,因为它们的大脑比人脑小得多,所以不会像人脑那么容易受到这种弹跳和撕扯的影响。
除了脑震荡,我们因头部遭受重击(或其他原因)而导致脑损伤的风险也比其他物种要大得多。这些撞击往往会让人昏迷、变成植物人甚至死亡。

目前,对意识障碍这一分支学科的研究已经取得了一些成果,其中最突出的例子就是对植物人状态的研究。20年前,对于植物人,医学界除了让他活着,几乎什么也做不了。评估病人到底有多少意识几乎是靠猜测。同样,对于康复的预断多半也是凭猜测。如今,至少从病情的诊断和预断方面来看,情况已经大有改观。一个大规模、活跃的研究团体正致力于用日渐成熟的意识模型对这些病人进行量化研究,看看他们到底失去了多少意识。对于这些病人是否能够复原的预测也开始变得精准起来。尽管治疗手段的发展还稍嫌缓慢,但无论如何也算是取得了初步的进展。在本章中,我将阐述人们在认识和治疗严重的意识障碍方面所取得的进展。我还将阐述,植物人状态的研究可以更正和扩充我们目前对于意识问题的看法。

一场不确定的曲折战斗

在这场漫长而痛苦的公开激辩中,有两个令人心碎的关键问题。第一,虽然特里的外形发生了变化,但以个性特征而言,她还是昏倒前的那个人吗?第二,如果脑损伤确实令她丧失了一切恢复正常意识的机会,是否有可能出现一种治疗方法让她恢复正常呢?特里·夏沃的案例绝不是一个独一无二的案例,全世界有10万多例类似的事件,每一位病人的家属肯定都会反复问自己上述两个问题。

生与死之间的薄纱

要区分昏迷状态和植物人状态相当简单,只要看他的眼睛是否会睁开和闭上即可。但是,要区分植物人状态和微意识状态则要困难得多。虽然植物人状态与昏迷状态相比,病情似乎有所好转,但问题在于,处于植物人状态的病人的意识可能仍是一片空白。因此,要让家属确信病人还有意识,而且有恢复的可能性,关键是要能进一步诊断出病人处于微意识状态。
病人的某些外在迹象,如哭泣、微笑或者磨牙,很容易让家属误以为他们有希望恢复意识。但事实上,这些其实都是反射动作,不管有没有意识都会出现。尽管医生在解释这些令人惊讶的原始动作时会非常谨慎,但实际上他们往往也会觉得很难分清这些只是随意的声音和动作,还是不易察觉的真正的意识迹象。临床医生通过寻找那些暗示病人存在意识的行为,来区分永久性植物人状态和微意识状态。随着各种精心设计的评定量表的使用,行为评估的方法也会慢慢变得合理起来,因为这些评定量表可以用一定的标准来检验和量化各种诊断指标,以此确定该将病人归入哪一类。但是,即便这种改进过的方法有时也会将人引入歧途。

从内部观察意识

欧文将大脑扫描仪作为一个强大的工具来探测处于植物人状态的病人的意识水平。已经证实的是,对于某些病人来说,这些新兴的技术比行为观察要灵敏得多。

通过大脑活动进行沟通

尽管病人无法移动任何一块肌肉,但我们仍然可以采用一种常规的大脑测试方法让他们表达自己的想法和愿望,由此帮助他们传出他们急需发出的声音,也为焦虑不安的家属带来希望和信心。

检查意识神经通路的完整性

这些方法尽管乏味,却比那些全靠病人听从指令的方法更为有效,而且还能提供更加可靠的康复预测。
此外,鉴于今天的意识科学已经发展得较为成熟,人们完全可以利用有关意识和大脑的现有知识,来对永久性植物人状态进行准确的诊断测试。

首先,我们都知道,作为大脑重要中转站的丘脑在意识活动中起着关键作用。尽管在维持我们丰富多彩的体验方面,丘脑可能不如前额叶-顶叶网络重要,但整个大脑皮层中信息的自由传递与组合都要经由丘脑,因此丘脑的正常运转对于意识的产生是必不可少的。

直接研究前额叶-顶叶网络的通路也是一个明确的研究目标,因为有大量证据表明这些通路是大脑产生意识的最关键部分。

还有一个有理论依据的方法——这回是源自信息整合理论——运用了第6章提及的经颅磁刺激脑电图技术,先是用经颅磁刺激仪对大脑皮层进行一小阵的刺激,然后用脑电图仪来监测皮层刺激的蔓延范围和持续时间。在那些醒着和有意识的被试的整个大脑皮层中,可以发现持久而活跃的活动,而当他们处于熟睡时,监测到的活动就只是局部的,而且持续时间很短。尽管这项研究目前仍处于早期阶段,但已被用来测量植物人患者残余的意识水平。

修复并非易事

对于患者的亲人来说,找到方法准确地判断处于植物人状态的患者是否还有意识,这意味着一半的工作。他们还想知道,患者是否能够康复,是否有什么治疗手段有助于康复过程。目前,尽管有一些可能的治疗方法,但这些方法都不足以令人振奋。

第8章 意识异常导致的精神疾病

破碎的意识

官方对精神疾病的忽视部分源于传统观念,认为精神疾病不是真正的疾病;另外一个原因是认为精神疾病太复杂了,很难得到有效治疗。第一个观点不正确,而且危害性很大,但第二个观点有其正确的一面。我们研究了几十年,还未能触及精神疾病最浅层次的东西。这点我和妻子感受颇深。原因之一是,很多精神疾病是由于基因和环境以极其复杂的方式相互作用而产生的。虽然如此,还是有一些新的观点揭示了精神疾病产生的深层原因。在治疗精神疾病方面,即使是小小的进步,都会对社会产生巨大作用,不仅减轻了患者的痛苦,还为经济发展提供了可能性。
在这一章,我将所有精神疾病重新定义为意识障碍。这种做法将有助于产生新的、有用的观点及治疗精神疾病的新方法。我还会在结语中建议,对意识的本质和作用的深入了解,有助于阐明和减轻我们每日面对的精神痛苦。

自闭症与意识过度

从意识和精神病学的角度看,自闭症是一种特殊的、让人捉摸不透的综合征。过去将自闭症看作一种社交障碍,现在观念改变了,认为是意识过剩导致自闭症。

根据最近的统计数字,大约只有10%的自闭症患者具有某种特殊能力。但是我们逐渐发现,大部分自闭症患者在感知或分析方面具有特殊才能。
从生物学角度看,自闭症与精神分裂症恰恰相反。这两种病症同样源于基因异常,但是精神分裂症是一个特定基因产生变异——缺失一个DNA片段,而自闭症是另外一种变异——复制同一个DNA片段。而且,精神分裂症患者在童年时期大脑发育缓慢,而自闭症儿童的大脑发育速度比正常儿童快。
很多自闭症患者能细致入微地观察周围世界,他们的注意比正常人更集中、持久。但是过多的信息会造成巨大压力。我认为,比起普通人,自闭症患者出现联觉的情况更为普遍,虽然还没有发现这方面的研究。
如果自闭症患者的意识比普通人丰富,按照我在这本书里的观点,可以推导出他们的思维具有更多的模式和结构。我认为这是自闭症的一个标志性特征,而且这种情况很普遍,不管是能力低下的自闭症儿童,还是患有亚斯伯格综合征的天才,都具有这个特征。
为了压缩过剩的意识以减轻压力,很多自闭症患者会建构各种结构,不管是在他们的头脑中还是在现实生活中。
一些自闭症患者语言能力弱,或者缺乏社交技巧,我认为部分原因在于,他们一开始就被其他更具有模式性的东西所吸引,没有兴趣学习语言或社交技巧,而原本他们完全有可能掌握这些技能。
一些自闭症患者的内心世界极其丰富,给他们贴上“能力低下”的标签很不合适。虽然如此,但如果他们感到非常痛苦,还是需要进行治疗。

睡眠的重要性

自闭症的情况很特殊,是由于意识过剩导致的,而其他一些精神疾病却是因为意识萎缩造成的。大部分患者出现意识萎缩,是由于睡眠紊乱,而睡眠问题很容易得到改善。

几乎所有动物都需要睡眠,昆虫也不例外。大多数科学家认为,我们平时打个盹,尤其是做梦,会极大提高学习效率和记忆能力。神经元在一天工作后会感到“疲倦”,需要减少活动量,休整一阵子,为第二天工作做准备。为了使大脑能灵活有效地处理信息,我们必须睡眠。
因此,想要意识顺畅清晰,我们需要一段平静的睡眠时间。睡眠与健康的关系并非什么惊天动地的科学发现,然而我们还是经常忽视睡眠的重要性。现代生活繁忙紧张,使我们忽视了一点:睡眠很容易受影响,睡眠质量不好会严重影响心理健康。

人类存在普遍的睡眠问题,在所有动物中,人类的睡眠问题最严重。同样人类也是最容易患上精神疾病的动物。很不幸,睡眠障碍是我们为复杂的大脑和丰富的意识付出的另一种代价。几十年前我们就发现,睡眠问题与精神疾病有关。但过去的观念一直认为,睡眠问题是精神疾病的一种症状,而不是引起精神疾病的原因。现在,我们开始反过来思考问题了。
表面上看,很难判断睡眠障碍是精神疾病产生的原因还是结果。处于抑郁情绪中的患者感到很虚弱,因而产生巨大压力,无法入睡;而睡眠不好反过来让患者更加紧张、焦虑、沮丧,形成恶性循环。但实际上,有办法判断两者关系。
事实上,几乎所有的重大精神疾病案例都表明,睡眠紊乱与精神疾病症状关系密切。

如果上述精神疾病与患者清醒时长期意识水平低下有关系,那么兴奋剂也许会缓解患者的病症。精神病学家开始逐渐认识到,兴奋剂能有效治疗许多精神疾病。为了在精神疾病治疗方面取得突破性进展,有必要强调兴奋剂的作用。
改善精神病患者的睡眠质量,提高他们的意识水平的另一种方式是光疗法。众所周知,光疗法对治疗季节性情感障碍很有效,它同样有助于其他精神疾病的治疗,包括各种形式的抑郁症、注意缺陷多动障碍,甚至是帕金森氏症以及痴呆症。

总之,精神病学领域内的一些观点开始转变,睡眠紊乱被看作精神疾病产生的重要的潜在因素,而不是精神疾病的一种症状。精神疾病的治疗开始关注提高患者的睡眠质量以及日常的觉醒程度。

工作记忆失灵

越来越多的证据表明,缺乏清醒的意识会导致一系列的精神疾病。问题在于,为什么意识的缺乏会让人患精神疾病,而不是仅仅感到累而已?我认为,工作记忆容量的缩小与意识萎缩有密切关系。工作记忆容量缩小,会导致心理控制能力变弱,处理问题能力低下,不会意识到自己的思维和行为正在向危险的方向发展。

**神经递质失衡导致意识异常

自闭症患者大脑内的谷氨酸过剩,而精神分裂症患者大脑内的谷氨酸严重缺乏,影响了前额叶皮层多巴胺的活动。注意缺陷多动障碍患者工作记忆的容量萎缩,主要是因为前额叶皮层多巴胺过少,而精神分裂症患者的工作记忆萎缩却是由于谷氨酸失衡,导致意识水平不正常。由此可见,精神分裂症患者的注意系统很可能出现严重紊乱,因此患者总是感到自己很没用,没有人需要他们。注意系统紊乱,加上存贮信息空间缩小,导致患者接收到的信息是破碎的、无序的,而且接受到的信息量超过了患者能够承受的范围。
精神分裂症患者表现出活跃、不安的症状,从表面上看,很难将其与意识萎缩联系起来。但是深入研究会发现,患者工作记忆空间缩小,前额叶功能失调,谷氨酸处于半麻木状态。很明显,患者的意识萎缩了。

很多抗精神疾病药物的效果都不明显,开发新药只能解决部分问题。如今已经研制出了改善大脑内神经递质活动的药物,但是精神病学家很难判断患者的神经递质出了哪方面的问题,在给患者用药之前无法知道患者对这种药有何反应。

这件事情让我明白,我们掌握的神经科学知识还远远不够。不少例子证明我们对大脑有了一定程度的了解。治疗一种疾病,如果开始用的方法是错误的,后来我们会找到正确的方法。尽管如此,从整体看,神经活动的复杂性让人生畏。我们对神经活动了解得越多,就越能认识到神经活动的复杂性,这不是一个神经递质如何与其他神经递质相互作用的问题。从小范围来说,单个基因有很多作用,RNA片段可以决定单个基因是否发挥作用;而不含基因的DNA片段(“垃圾DNA”)能间接改变神经递质的作用。
所以这个领域的临床医生很不好当。他们的工作是治疗患者精神方面的症状,但这些症状却是由大脑的异常引起的,很可能是神经递质系统出了问题(虽然有些病症是由于大脑没发育好造成结构异常而引起的)。即使是神经递质出现问题,引起神经递质异常的因素也有很多。
因此,一方面,精神病学家主要研究未解决的心理问题,并尝试用药物缓解患者的痛苦;另一方面,今后要重点研究精神病患者的大脑异常现象,在此基础上找到解决办法。

精神病学相关领域的研究使我们更深入地了解大脑的复杂性,从而使精神病学研究有了进展。一些研究成果很快被应用到临床,以帮助诊断治疗。
我们希望通过这些方法,对神经病综合征做出更准确的诊断,并且判断哪些药物有效,哪些无效,最终发现根治精神疾病的新药。

认知训练方法

很明显,不管从功效还是从副作用来看,目前治疗精神疾病的药物都不是很理想。更可靠的方法是采取行为治疗。如果行为治疗有效,很值得一试。像注意缺陷多动障碍和精神分裂症是由于工作记忆功能降低引起的,针对这个问题进行治疗能提高患者意识水平,使其正常生活,更好地控制自己的思想和行为。
现在流行的“脑力训练”可能会提高工作记忆能力。目前,对这种通过游戏方式训练大脑的方法评价不佳:健康的成年人(老年人除外)玩这种游戏,并不能改善他们的大脑功能。然而,有证据表明,65岁以上的人做这种认知训练能够防止老年痴呆。
但是,合理的、专门用来提升工作记忆功能的脑力训练很有可能缓解精神疾病带来的痛苦。

与药物的作用相比,脑力训练还能产生更为有趣的效果。对患有注意缺陷多动障碍的儿童来说,通过改善工作记忆功能从而提高意识和控制能力的一种有效方式是认知训练。
很奇怪的是,认知训练甚至能治疗精神分裂症,这种病症与工作记忆严重受损有关。
一方面,有一点让人感到惊奇:仅仅通过改善工作记忆功能就能缓解患者严重的症状。另一方面,提高意识能力确实能够使患者避免产生错误模式,提高控制能力、信息处理能力以及解决问题的能力。

压力与意识的对抗

工作记忆能力低于正常水平是注意缺陷多动障碍和精神分裂症的特征,但不是所有精神疾病的重要特征(尽管精神疾病发作时出现暂时的意识萎缩能解释很多问题)。事实上,意识萎缩并不适用于所有精神分裂症患者。虽然大部分精神分裂症患者在发病前智力和工作记忆能力都很低下,但是有一部分患者的情况刚好相反,他们的智商非常高,在一段时间内还极富创造力。
纳什的例子说明,小部分非常优秀的人总是在思考高难度的问题,这可能会导致精神失衡。像纳什这样的人很擅长发现结构,而且会长时间地关注一个主题,这使他们的前额叶-顶叶网络压力过大。一旦精神失衡的情况加重,他们会比其他人更容易产生复杂的偏执性妄想,这反过来又加重了他们的精神压力。
众所周知,几乎所有的精神疾病都是由压力过大引发的。纳什悲剧性的生活表明,压力会损坏最有才华的头脑,使人饱受噩梦般的折磨。为了深入了解精神疾病,我们需要知道压力是如何形成的,以及压力是如何影响意识和大脑皮层的。

我们在碰到很大的威胁,或者面临生命危险(如一辆失控的小车正向我们冲过来)的时候,会产生一种张力。一方面是采取行动:尽快做出决定,马上跑开。另一方面,我们不必匆促下决定,因为我们跑开时可能会撞上另一辆车,而且,我们也可以躲在一道坚固的障碍后面避开小车。我们的情感和思想都反映了这种张力。首先,我们感到恐惧,体内会产生某些化学物质,做好了逃离危险的准备。负责恐惧的杏仁核会抑制前额叶皮层的活动,因此我们不会想太多,马上就做出反应。其次,前额叶-顶叶网络对发生的情况会做详细、慎重的评估,如注意到我们虽然深处危险,但向我们冲过来的小车只是出现在电影屏幕上,事实上我们很安全。因此,处于半抑制状态的前额叶皮层可以反过来抑制杏仁核的活动,从而抑制了恐惧感,使我们能够重新控制自己的活动。
在我们现实生活中,杏仁核经常会获胜,而事实上完全没有必要。如果我们像祖先那样,生活在一个十分危险的环境中:经常被大型猫科动物追赶,被暴躁的犀牛和大象攻击,被凶恶的蛇咬,其他部族成员也会攻击我们,与我们对立的部落还会向我们开战,那么保持恐惧的心理是必要的,虽然我们还不能确定,长期处于恐惧状态对我们的祖先是否真的有利(一些极端的情况除外)。一个简单的事实是:大部分情况下,意识与创新优越于本能的恐惧。我们每个人每天都面临潜在的致命危险:下楼梯时可能会摔死,过马路时可能会被撞死。但是我们知道这些情况不会经常发生,我们的日子照样过。智力不如我们的其他动物碰到这种情况的反应完全相反,如猫很可能在穿过拥挤的马路时,感到莫大的恐惧。
我们大部分人,尤其是发达国家的人,现在的生活比过去安全得多。但是我们还是会有这种源自进化遗传的原始的恐惧感:我们紧张某件重要的事情时,恐惧感就产生了,不管这件事是否会威胁到我们的生活。当我们要做一次公开演讲时,或参加一场锦标赛时,我们就会感到紧张。杏仁核会使前额叶-顶叶网络停止工作。这时,我们只注意到使我们紧张的事情,而意识不到其他事情,如在交谈过程中,我们会忘了回答别人提出的问题,因为回答问题需要意识的参与才能完成。
产生压力的主要原因是:我们将很多安全的事情看作具有威胁性的事情。产生这种情况,一方面是因为在控制思想和行为时,我们原始的无意识占了上风;另一方面跟我们的习惯有关,这些习惯是我们在平时应付类似情况的过程中形成的。
我们总是在寻找组块,这使我们成功地控制周围环境。但是应用到内在的情感世界,寻找组块的行为会遭到惨重失败。我们在生活中不断运用经过多年才形成的根深蒂固的组块,却经常低估这些组块的作用。我们刚出生时没有任何自我保护能力,只有少数几项本能,但是我们的大脑非常善于学习。实际上,我们生活中的每一个方面(如何行动,白天如何工作,晚上做何种娱乐活动)都属于我们掌握的众多组块之一。如在电话里向父母亲问好,我们刷牙的方式以及关电脑的方式,这些生活中的细节都是对过去的重复,具有某种结构,是种老套的策略。只有这样,我们才能精确地控制周围环境,才能意识到新的复杂事情并做出反应。
有些组块会使我们做出非理性的反应。比如,像我妻子这样的抑郁症患者,在测试中成绩不佳,这会让他们以为自己很笨。我和某些人说话时偶尔会感到紧张,不是因为他们将会对我说什么,或者他们曾经对我说过什么,而仅仅因为过去有一次我和他们说话时曾感到紧张,这种紧张感成了我无法摆脱的习惯。这些组块平时用得太多,以至于我们几乎意识不到,就如同打网球时我们几乎意识不到正手击球动作是如何完成的。
精神病患者的组块尤其具有破坏性。刚开始的时候,他们像大部分正常人一样,错误地认为某一事件有巨大危险性,但之后他们还是不能发现其实根本没有危险。他们会将某一事件与危险相联系,形成组块,强化两者的关系。一旦产生这种想法,他们不断感到类似事件会造成巨大威胁。如果不想办法改善这种状况,情况会恶化。例如,如果某人在社交场合看上去很傻的话,他会为此感到恐惧。如果他养成习惯,拒绝参加任何社交活动,那么他永远无法克服这种社交恐惧。再如,某个人很在意脸上的一个斑点,每次见人都要画上浓妆,说明这个人在这方面很不正常。
我们在理解和创新方面颇具才华,但不幸的是,我们同样擅长通过各种方式给自己造成长期的压力和痛苦,不让前额叶-顶叶网络发挥作用,而是受杏仁核支配。如果我们经常面对压力和恐惧,杏仁核会过于活跃,从而对神经造成损害。这反过来会影响前额叶-顶叶网络的活动,使意识空间缩小,处理问题能力降低;控制力也受到影响,大脑过滤无用的情感和想法的能力变弱。这种神经失调状态如果持续下去,会造成永久性损伤。例如,给抑郁症和焦虑症患者看让人害怕的刺激物,然后通过扫描仪观察他们的大脑活动,就会发现他们大脑的杏仁核活动加剧。即使他们在执行一项需要工作记忆或注意参与的任务,他们的前额叶-顶叶网络某些部分的活动也减弱了,好像这些区域的活动受到长期抑制。
因此,持续的压力或焦虑会使前额叶-顶叶网络停止活动,工作记忆不能正常运作,从而降低意识水平。在这种情况下,大脑会做出恐惧的反应,产生负面效果。杏仁核的活动变得越来越肆无忌惮,而前额叶-顶叶网络的活动经常被抑制。对精神分裂症患者来说,他们的神经系统本来就很脆弱,如果压力过大,会使前额叶的功能严重失调。这一机制对某些精神疾病尤其重要,如创伤后压力心理障碍症、焦虑症和抑郁症,患有这些精神疾病的患者在情感上饱受折磨。

冥想的作用

对精神病患者来说,压力会加重病情,有什么办法改变这种状况,从而使患者的前额叶-顶叶网络而不是杏仁核起主要作用?药物治疗的效果很有限,更切实可行的办法是改变生活方式,如避免那些会给人带来压力的活动(做到这点很不容易),提高睡眠质量,经常运动等。这些活动能缓解精神疾病症状,或者防止精神疾病发作。有一种简单的精神活动能使上述这些对抗压力的方法黯然失色,那就是冥想(meditation)。这种方法通常被认为过于深奥、不够科学,但冥想确实有助于改善任何精神方面的问题,不管是精神疾病还是由日常生活压力带来的痛苦。

冥想并不神秘。虽然冥想有很多类型,但在我看来最纯粹、最简单的形式反而最有效。最理想的冥想形式是:意识到的东西尽可能地少。
我们可以通过两种方式关注世界:一种方式是集中注意在各种想法、思想、事实或我们感觉到的事情上;另一种方式是直接关注我们的感觉,没有任何想法,静静地沉浸在对某事的体验中。
让一个人在20分钟内什么都不做,这听上去很傻,很乏味。但是如果你试着这么做,会发现其实根本不沉闷。闭上眼睛,全身心地感受黑暗,或者盯着一堵空白的墙,或关注某样细小的事物,然后告诉自己,你此刻关注的对象非常吸引人。刚开始的时候比较难坚持,因为你会想来想去,但是过了一会就会发现,一段时间内什么都不想很容易做到。
冥想的方法很有效。不管持续很短一段时间,还是几个月,甚至几年,冥想都能使大脑产生重大变化。而且,冥想引起的大脑变化与由于压力及精神疾病引起的变化恰好相反。
与焦虑和压力引起的大脑变化完全相反,冥想会增强前额叶-顶叶网络的活动,尤其是外侧前额叶皮层的活动。这间接证明了冥想确实能够提高意识能力。
如果坚持冥想长达几年,会永久改变前额叶-顶叶网络,使其更高效地运作。与抑郁症和焦虑症产生的后果不同,长期冥想会使前额叶-顶叶网络的作用加强,杏仁核的作用被抑制。出现这种状况,可能是由于经过长期冥想,前额叶-顶叶网络已经具有很强的控制能力。甚至有证据表明,长期冥想可以使前额叶皮层变厚;而人年纪大了后,前额叶皮层会变薄,长期冥想能够防止出现这种情况。同时,压力过大的人在经过两个月的冥想后,负责恐惧的杏仁核会缩小。
上述这些结果与长期冥想的人的陈述一致。据这些人的说法,冥想使他们变得平静,恐惧感消失了,能够更好地管理痛苦和烦闷的情绪。他们的意识和精神控制能力都得到增强,能更灵活地处理现实生活中或内心世界的问题。他们形成新的注意习惯,不再关注头脑中过于复杂的组块,这样就不会沉溺在过去一些无益的想法中。冥想对形成情感习惯所起的作用尤其明显:冥想能够驱逐那些盘踞在我们无意识中让人痛苦的情感。
如果冥想真的能极大提高意识能力,而意识与注意和工作记忆关系密切,那么由此可推论出:冥想有助于高效完成与注意和工作记忆相关的任务。研究结果证实了这一点:长期冥想确实有助于更高效地完成与注意相关的任务,工作记忆技巧与空间处理能力也得到提高。奇怪的是,长期冥想可以使一个人需要的睡眠时间缩短,这可能是由于神经活动加强的缘故。
但是,一个人并不一定需要经过多年的冥想才能产生积极效果。
对正常人来说,冥想可以缓解压力,集中注意,更高效地完成高难度的任务。因此,毫不奇怪,冥想逐渐成为对抗抑郁症、焦虑症、严重疼痛、精神分裂症及其他精神疾病的有效方式。

恢复意识的不同方法

我们具有惊人的意识能力,使我们理解世界,并发明很多复杂的工具来控制世界。不仅如此,我们还拥有丰富的经验。然而,为此我们要付出痛苦的代价。由于我们的生命周期较长,有些创伤是不可避免的,我们有很长的时间来体验悲伤和快乐。但是,与其他生物相比,人类所患的精神疾病的种类最多,后果最严重。精神疾病像心脏病和肺病一样,都会损害我们的健康,我们为丰富的意识付出了惨重代价。自闭症与其他精神疾病不同,是由于意识过剩造成的,而其他精神疾病则是由于永久的或暂时的意识萎缩造成的——患者的工作记忆能力降低,注意不能过滤掉无用的思想和感觉,这使患者思维结构出现异常和混乱,加重了精神疾病。

精神疾病的症状和有效治疗方式都强化了一种观念:前额叶-顶叶网络将注意和工作记忆系统相联结,从而产生了意识,而意识的主要作用是寻找模式。

结语

意识科学的时代到来了。意识科学解释了意识的起源、作用、心理特征、神经机制以及意识的脆弱性。从地球上生命体发展的历史中,可以找到意识的起源。古代生物为了存活下来,努力获取关于周围环境的有用“想法”。但是,在生命体一代代的传承过程中,通过改变DNA进行学习的方式很不灵活,效果有限,而且只是偶尔发生。

意识产生的基础是神经系统,这是进化过程中产生的专门处理信息的器官系统。与之前其他信息处理形式相比,神经系统能够快速灵活地获取准确的“概念”和策略。进化的某些分支产生了复杂的大脑。复杂的大脑能够以最佳的方式,将简单的想法联结起来,从而建构各种知识。意识的本质和主要作用就是将各种对象组合起来,产生有意义的结构。

人类在地球上的地位很独特。我们的大脑无比复杂,前额叶-顶叶网络是大脑最重要的区域。人类的前额叶-顶叶网络的体积要远远大于与人类血缘最近的其他灵长类动物。我们处理与组合信息的能力是其他物种无法企及的。因此,我们的体验也更为丰富多样。

丰富的意识使我们能够探索自然的奥妙。我们应该感到幸运,进化赋予我们每个人一个复杂的生物计算机——大脑,使我们广泛、深入地体验世界,并能掌控世界。

但是,我们丰富的精神世界以及非凡的才智并不能抵消一种令人不安的感觉:人类大脑似乎进化得过了头。意识深入探寻模式的能力有助于我们理解并征服周围环境,但这只是满足了最原始的进化需求——生存与繁衍。有一种现象很明显:一个受过教育的成年人具有丰富的理解能力,但他们往往会做出缺乏理性的决定,这说明我们的能力与行为之间存在鸿沟。我们有些人努力想过一种脱离了本能冲动的理性生活,但是潜在的冲动仍然支配、约束着我们。只有在人类身上,进化的基本动力与高级的意识目标才会产生如此强烈的冲突。

我们发现各种模式以满足原始需求,但是我们过于聪明了,以至于我们的生活很容易失控。我们可以运用创新能力,发现世界的真相。但是创新能力同样可以使我们想出各种策略去偷情、暴食、偷窃,或是实施一些结果往往与初衷相背离的短期计划。

我们不经意中揭示了人类精神世界的脆弱性,发现我们很容易产生非理性的想法,或做出非理性的行为,有些时候甚至会产生幻觉。有些人的意识出现异常,患上精神疾病,其中一些患者饱受折磨,以致希望结束生命,逃离痛苦。我们所有人在不同程度上都是意识的受益者和受害者。

意识领域的科学发现使我们在一定程度上免于成为意识的受害者,同时领略意识带给我们的令人激动的技巧与体验。首先,从次要方面来说,意识研究让我们明白,要警惕压力带来的负面影响。认识到睡眠的重要性——睡眠不仅有助于抵抗精神疾病,而且使我们的意识清醒、丰富。
其次,某些更为抽象的、不是靠直觉得出的科学研究结果,有助于我们改变对自己的偏激看法,使我们更好地与他人相处。意识是原始的、愚钝的无意识的得力助手,而很多情况下我们都受无意识的操纵。意识的力量与其有限的支配力之间的失衡状况,是进化自私特性的产物。从最初的生命形式开始,自私是每一个生命体的驱动力,只有这样才存活下来。这并不是说我们可以对自己的行为不负责任,但认识到这一点,能使我们宽容地对待自己的缺点和错误。如果我们能够认识到自己受无意识冲动的支配,我们就会有更多机会去改变这种状况。
意识到这一点,我们就能够理解那些控制能力较差的人的行为。考虑到精神疾病的种类繁多,很多人可能患有抑郁症或其他疾病,他们做出伤害别人的行为仅仅是因为他们的意识萎缩,缺乏控制力。科学领域内的这种“疑点利益归被告”的做法使我们对他人的行为不是感到气愤,而是采取宽容、接受的态度。

从深层意义上说,意识科学可以改变我们的生活方式。
以一种玩乐的方式建构精神组块。我们逐渐变得审慎,甚至有些乏味,因为我们已经背负着很多组块。从某种角度看,我们拥有很多习惯是件好事,这说明我们已经掌握了很多重要的信息组块,能很好地与外界沟通。在稳定环境中存活的细菌,基因突变率很低,生活得很安全,缺乏革新精神。人类的情况也一样:当我们渐渐成熟,已经掌握的知识会保护我们,那么何必再去摆弄各种计划,给自己找麻烦呢?
问题在于,当我们急切地寻找模式时,我们在婴儿期体验到的学习热情会减弱,因为经过多年的积累,我们拥有了很多知识。我们不再那么热烈地渴求新的智慧,生活变得乏味,我们已经掌握了无数的组块。
我们需要一种提高意识水平的方法。毕竟,我们的意识水平越高,看到的世界会更明亮、更有生气,我们也会拥有更多机会。
意识科学是如何改变我们的生活的呢?如果意识的主要任务是革新,而习惯属于无意识范围,那么我们可以较少依赖习惯的力量,而向革新的方向发展,通过这种方式提高意识水平。
随着年纪增大,意识水平会下降。防止意识水平下降的一个有效方法是培养怀疑精神。意识的主要目标是革新,通过革新改善我们的生活,而养成一种习惯,怀疑进入意识范围的每一个精神组块的方法可以建立超级组块(superchunk)。这是一种更高级的习惯,使我们不停地探寻任何具有创造性的东西。
发现并质疑那些支配我们的思想和行为的基本动力并不难,麻烦的是那些已经存在的精神组块。这些组块很普遍,具有很强的支配能力,一旦形成,就会自动发挥作用,我们很难注意到它们。大部分精神组块对我们的生活起重要作用。例如,我几乎注意不到自己是如何在电脑键盘上盲打的,只有这样,我的大脑才会有更多的意识空间以产生各种想法。但是有少数组块长期潜伏在我的意识深处,这些组块包括我处理感情的方式,我与其他人的关系,影响我的健康的不同因素。其中某些组块可能经常会让我感到恐惧,伤害我的自尊,让我不快乐,疏远我与家人朋友的关系。
意识科学可以帮助我们驱逐这些有害的行为模式,让我们马上意识到我们拥有不少精神组块,所有的精神组块都可以被修改、重写甚至删除,由其他组块取代。
更为重要的是:我们能够发现哪些旧组块干扰了我们的情感、决定和行为,尤其是让我们感到不安。我们可以将这些精神组块返回到意识,分析它们的结构和起源,判断它们对我们是否有利,是否需要修改。
事实上,我们能够迅速发现模式,甚至很快发现似是而非的模式,这说明我们有些过于急切地追求知识,以至于被一些不正确的观念误导。因此,对任何思想,我们都要谨慎小心,必须以科学的怀疑精神对待这些思想。
同时,我们总是不断寻找有用的、令人兴奋的新组块。
质疑已经存在的组块,以新组块补充或取代旧组块,这种方式似乎让人不安,而且没有必要。但是,怀疑自己的想法和信念是件愉快的事情,能够让人精神焕发。原因之一是这种怀疑行为表明,我们一直在寻找新的生存方式,这会让我们感到自己有活力,愿意接受新的经验,而不是感到自己落后陈腐。

冥想的方法是对怀疑精神的一种重要补充。
越来越多的证据表明,冥想能够让精神病患者平静下来,并能提高他们的意识水平。对正常人来说,冥想可以让我们以一种新的眼光看世界。冥想的时候,我们的注意集中在感觉上,暂时不想任何事情,在这段时间内可以彻底忘记之前掌握的各种方法,不去理会以前形成的各种习惯。我们的精神很放松,乐于接受任何事情,接收到的每个信息在我们看来都很重要,都有让人意想不到的内容。
冥想的状态与我们在童年时感受世界的方式很相似。我们还是孩子的时候,总是乐于接受新的知识,渴望得到新的见解,同时又满足于当下的状态。冥想的时候,我们又恢复了丰富、直观的视觉、听觉、嗅觉。没有精神组块的干扰,我们会重新认识到,世界是多么美丽,找到生活的乐趣是何其容易!
之前,吃饭时我们可能出于习惯,会边吃边看最新的电视剧,不能真正品味到食物的味道。现在,安安静静地吃一顿饭让人如此愉悦:细细品尝,就会发现食物是如此美味。

致谢

参考文献

xuwensheng的读书笔记
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