探寻意识的源头（上）

　　杨 冬

　　什么是意识？ 从哲学上讲， 意识是人的一种主观体验。由此， 产生了一个科学界的“困难问题”，即如何通过客观的观察结果解释主观层面的意识。

　　目前， 经过各领域科学家的共同努力， 科学界对人脑的功能已经有了比较深入的了解， 如电生理研究可以精确测定神经元产生的电信号， 分子生物学领域的研究则可以理解这些电信号的基础， 即神经元细胞膜上的离子通道。目前， 结构生物学和生物化学的结合还能让我们理解这些离子通道的三维结构， 知道什么情况会导致离子通道开放， 从而产生电流。在细胞层面上， 科学家可以研究某些细胞的缺失与某些神经功能缺陷之间的关系， 还能利用核磁共振设备观察认知过程中人脑的哪个区域比较活跃， 甚至可以通过控制神经细胞的功能来控制动物个体的行为。

　　然而， 这些都是“ 客观层面” 的科学观察。既然意识是指某种主观感受，那么本质上它就是主观的。科学家如何测量研究对象目前产生了什么意识呢？如果无法测量， 又怎样从科学的角度解释意识产生的机理呢？ 现在科学家还无法给出合理的解释。不过， 在探寻意识起源这一研究领域， 研究者已经有了较多积累， 对于“ 意识在动物进化史中的起源”问题， 科学家们已经可以给出比较合理、有科学依据的推断。

　　如何判断动物是否有意识

　　目前关于意识的一些基本属性， 科学家们已经达成共识。比如， 意识是人脑对周边环境建立的一个“ 内在” 的图景， 即人脑给外界客观世界建立的“模型”。根据这个“模型”，人脑还可以对外界环境进行综合评估， 比如产生高兴、悲伤、愤怒等各种情绪。人脑之所以需要产生这样的“ 模型”， 显然是自然选择的结果。由于拥有结构复杂的大脑， 人可以详细描述外部世界， 并对外界环境进行细致的分析， 做出合适的判断， 因此有利于人的生存。那么，除了人以外， 动物也有意识吗？如果动物也有意识，那么它们的意识产生于何时呢？

　　美国科学家芬伯格在《意识的古老起源》一书中详细探讨了意识的起源问题。他提出了一个独创性观点，认为意识广泛分布在所有脊椎动物中，甚至节肢动物及章鱼、乌贼等头足动物也有意识。根据这个论点，他认为意识起源于5亿多年前的寒武纪。那么，有什么证据能支持芬伯格的观点呢？ 目前， 最重要的证据有两点： 一个来自神经系统结构方面的研究，另一个是动物行为学的实验结果。

　　什么样的神经系统可能产生意识？ 通常认为，有意识的动物至少需要有脑。然而， 仅仅有脑就可以产生意识吗？ 其实， 想要产生意识， 只有脑是不够的。能产生意识的脑需要有复杂的结构， 即应该包含大量的、多种类型的神经细胞， 神经细胞之间能够形成复杂的连接。另外， 含有多个层次的感觉通路也是意识产生的必要条件。感觉通路内的每一层都会对外来信息进行处理， 并将其抽象化。以人类的视觉为例， 视网膜是一个层次， 视网膜后的神经节细胞是另一个层次，之后还有丘脑、视觉皮层等更多层次。根据“ 复杂性科学” 的研究观点， 复杂性往往与层次结构相关，即如果一个体系有很多层次， 那么就可能从中涌现出新的性质。从局部中产生具有新特性的整体的过程可称为“ 涌现”。在脑科学领域， 意识一般被认为是从脑中大量神经细胞的活动中“涌现”出来的，因此复杂的大脑结构是意识产生的基础。

　　动物行为学实验是为了部分解决前面提到的“意识属于主观感受， 因此无法直接测量” 的问题。虽然无法测量一个人心中所想， 但是我们可以根据其行为推断他可能想什么。根据这个假设， 行为学实验被广泛运用于关于意识的科学研究之中， 其中有两个比较重要的实验。一个是“ 操作性条件反射实验”。比如， 动物按一下按钮可以吃到香蕉， 动物发现这点后， 就会不断按这个按钮以获得香蕉。具有操作性条件反射至少证明该动物具备某些与学习有关的意识。另一个实验是“失望及负面对比”实验。这个实验的对象是已经完成了操作性条件反射实验的动物，但是在新的实验中，不再给它食物奖励，然后看实验动物是否会有体现失望情绪的行为。比如，动物学会了按按钮可以得到香蕉，现在取消奖励，即使按按钮也不会获得香蕉。然后，研究者可以观察实验动物的行为，比如动物尝试了几次后就再也不按按钮了，而且还显得很愤怒。心理学家认为，这个行为展现了动物失望的心理活动，也证明了它具备一定的意识。

　　通过分析这两个研究领域的证据，目前有些科学家认为所有脊椎动物都具备意识。因为脊椎动物的神经系统结构符合有关神经系统复杂性的证据，而它们的行为很大程度上符合动物行为学的实验证据。从动物分类学上讲，脊椎动物并不是一个门，它是从属于脊索动物门下面的一个亚门。在脊索动物中，比较原始的种类并没有脊椎骨，在脊椎骨的位置上有一根具有一定硬度和弹性的脊索。通过附着在脊索上的肌肉的收缩，动物就可以摆动身体，快速游动。从动物演化的角度看，脊索动物的出现早于脊椎动物，一些脊索动物的后代演变成了脊椎动物。

　　文昌鱼有意识吗

　　今天，仍然有少数原始的脊索动物生存在地球上，其中一个典型例子就是文昌鱼。长期以来，生物学家认为文昌鱼只有脊髓而没有脑，主要原因是其中枢神经系统为管状结构，看不出脊髓和脑的分化。但是，近期有研究证明，文昌鱼不仅具有脑，而且结构与脊椎动物类似。文昌鱼的脑也分为前脑、中脑、后脑，有些部分甚至可以与脊椎动物的脑结构对应起来。不过，文昌鱼的脑部构造比较简单，缺乏大脑、小脑、视顶盖等复杂的结构。由于这些结构是整合复杂信息所必需的，因此可以推测文昌鱼的脑只能处理比较简单的信息。文昌鱼的眼睛只能感光，没有成像功能，这点也从侧面反映了它的脑所能处理的信息不会特别复杂，动物行为学实验的结果也无法证明文昌鱼具有意识。所以，以目前的证据来看，文昌鱼似乎不具备意识，只能够执行一些固定的运动程序，如逃避捕食者，或者在水层中上升下降从而获得食物等。

　　所以，有研究者提出了一个假说—意识起源于原始脊索动物向脊椎动物演化的过程中。为了佐证这一点，在《意识的古老起源》一书中，芬伯格还将目前已知的最原始的脊椎动物七鳃鳗与文昌鱼进行了对比。七鳃鳗有可以成像的眼睛，有比文昌鱼更复杂的脑（如有视顶盖结构）。此外，七鳃鳗的感觉通路包含多个层次，比如，其视觉系统从视网膜到视顶盖至少涉及4 层神经元。这个观察也支持前文中“脊椎动物都具有意识”的假说。（未完待续）

　　【责任编辑】张小萌

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