探尋意識的源頭（上）

楊冬

什么是意識？從哲學上講，意識是人的一種主觀體驗。由此，產生了一個科學界的“困難問題”，即如何通過客觀的觀察結果解釋主觀層面的意識。

目前，經過各領域科學家的共同努力，科學界對人腦的功能已經有了比較深入的了解，如電生理研究可以精確測定神經元產生的電信號，分子生物學領域的研究則可以理解這些電信號的基礎，即神經元細胞膜上的離子通道。目前，結構生物學和生物化學的結合還能讓我們理解這些離子通道的三維結構，知道什么情況會導致離子通道開放，從而產生電流。在細胞層面上，科學家可以研究某些細胞的缺失與某些神經功能缺陷之間的關系，還能利用核磁共振設備觀察認知過程中人腦的哪個區域比較活躍，甚至可以通過控制神經細胞的功能來控制動物個體的行為。

然而，這些都是“客觀層面”的科學觀察。既然意識是指某種主觀感受，那么本質上它就是主觀的。科學家如何測量研究對象目前產生了什么意識呢？如果無法測量，又怎樣從科學的角度解釋意識產生的機理呢？現在科學家還無法給出合理的解釋。不過，在探尋意識起源這一研究領域，研究者已經有了較多積累，對于“意識在動物進化史中的起源”問題，科學家們已經可以給出比較合理、有科學依據的推斷。

如何判斷動物是否有意識

目前關于意識的一些基本屬性，科學家們已經達成共識。比如，意識是人腦對周邊環境建立的一個“內在”的圖景，即人腦給外界客觀世界建立的“模型”。根據這個“模型”，人腦還可以對外界環境進行綜合評估，比如產生高興、悲傷、憤怒等各種情緒。人腦之所以需要產生這樣的“模型”，顯然是自然選擇的結果。由于擁有結構復雜的大腦，人可以詳細描述外部世界，并對外界環境進行細致的分析，做出合適的判斷，因此有利于人的生存。那么，除了人以外，動物也有意識嗎？如果動物也有意識，那么它們的意識產生于何時呢？

美國科學家芬伯格在《意識的古老起源》一書中詳細探討了意識的起源問題。他提出了一個獨創性觀點，認為意識廣泛分布在所有脊椎動物中，甚至節肢動物及章魚、烏賊等頭足動物也有意識。根據這個論點，他認為意識起源于5億多年前的寒武紀。那么，有什么證據能支持芬伯格的觀點呢？目前，最重要的證據有兩點：一個來自神經系統結構方面的研究，另一個是動物行為學的實驗結果。

什么樣的神經系統可能產生意識？通常認為，有意識的動物至少需要有腦。然而，僅僅有腦就可以產生意識嗎？其實，想要產生意識，只有腦是不夠的。能產生意識的腦需要有復雜的結構，即應該包含大量的、多種類型的神經細胞，神經細胞之間能夠形成復雜的連接。另外，含有多個層次的感覺通路也是意識產生的必要條件。感覺通路內的每一層都會對外來信息進行處理，并將其抽象化。以人類的視覺為例，視網膜是一個層次，視網膜后的神經節細胞是另一個層次，之后還有丘腦、視覺皮層等更多層次。根據“復雜性科學”的研究觀點，復雜性往往與層次結構相關，即如果一個體系有很多層次，那么就可能從中涌現出新的性質。從局部中產生具有新特性的整體的過程可稱為“涌現”。在腦科學領域，意識一般被認為是從腦中大量神經細胞的活動中“涌現”出來的，因此復雜的大腦結構是意識產生的基礎。

動物行為學實驗是為了部分解決前面提到的“意識屬于主觀感受，因此無法直接測量”的問題。雖然無法測量一個人心中所想，但是我們可以根據其行為推斷他可能想什么。根據這個假設，行為學實驗被廣泛運用于關于意識的科學研究之中，其中有兩個比較重要的實驗。一個是“操作性條件反射實驗”。比如，動物按一下按鈕可以吃到香蕉，動物發現這點后，就會不斷按這個按鈕以獲得香蕉。具有操作性條件反射至少證明該動物具備某些與學習有關的意識。另一個實驗是“失望及負面對比”實驗。這個實驗的對象是已經完成了操作性條件反射實驗的動物，但是在新的實驗中，不再給它食物獎勵，然后看實驗動物是否會有體現失望情緒的行為。比如，動物學會了按按鈕可以得到香蕉，現在取消獎勵，即使按按鈕也不會獲得香蕉。然后，研究者可以觀察實驗動物的行為，比如動物嘗試了幾次后就再也不按按鈕了，而且還顯得很憤怒。心理學家認為，這個行為展現了動物失望的心理活動，也證明了它具備一定的意識。

通過分析這兩個研究領域的證據，目前有些科學家認為所有脊椎動物都具備意識。因為脊椎動物的神經系統結構符合有關神經系統復雜性的證據，而它們的行為很大程度上符合動物行為學的實驗證據。從動物分類學上講，脊椎動物并不是一個門，它是從屬于脊索動物門下面的一個亞門。在脊索動物中，比較原始的種類并沒有脊椎骨，在脊椎骨的位置上有一根具有一定硬度和彈性的脊索。通過附著在脊索上的肌肉的收縮，動物就可以擺動身體，快速游動。從動物演化的角度看，脊索動物的出現早于脊椎動物，一些脊索動物的后代演變成了脊椎動物。

文昌魚有意識嗎

今天，仍然有少數原始的脊索動物生存在地球上，其中一個典型例子就是文昌魚。長期以來，生物學家認為文昌魚只有脊髓而沒有腦，主要原因是其中樞神經系統為管狀結構，看不出脊髓和腦的分化。但是，近期有研究證明，文昌魚不僅具有腦，而且結構與脊椎動物類似。文昌魚的腦也分為前腦、中腦、后腦，有些部分甚至可以與脊椎動物的腦結構對應起來。不過，文昌魚的腦部構造比較簡單，缺乏大腦、小腦、視頂蓋等復雜的結構。由于這些結構是整合復雜信息所必需的，因此可以推測文昌魚的腦只能處理比較簡單的信息。文昌魚的眼睛只能感光，沒有成像功能，這點也從側面反映了它的腦所能處理的信息不會特別復雜，動物行為學實驗的結果也無法證明文昌魚具有意識。所以，以目前的證據來看，文昌魚似乎不具備意識，只能夠執行一些固定的運動程序，如逃避捕食者，或者在水層中上升下降從而獲得食物等。

所以，有研究者提出了一個假說—意識起源于原始脊索動物向脊椎動物演化的過程中。為了佐證這一點，在《意識的古老起源》一書中，芬伯格還將目前已知的最原始的脊椎動物七鰓鰻與文昌魚進行了對比。七鰓鰻有可以成像的眼睛，有比文昌魚更復雜的腦（如有視頂蓋結構）。此外，七鰓鰻的感覺通路包含多個層次，比如，其視覺系統從視網膜到視頂蓋至少涉及4層神經元。這個觀察也支持前文中“脊椎動物都具有意識”的假說。

（未完待續）