阿掖山.tex | 意识理论笔记

本文是《一场意识理论大混战，甚至“伪科学”帽子都飞出来了》一文的读书笔记。

科赫 vs. 查默斯赌局：信息整合理论作者之一打的一个赌

• 德裔美国神经科学家科赫 (Christof Koch) vs. 澳大利亚哲学家查默斯 (David Chalmers)
• 内容：以下问题能否在25年内得到解决：
  • 查默斯称为意识的“困难问题”（hard problem）：“主观的意识是怎样从客观的神经回路中涌现出来的”
  • 等价于，科赫和其忘年交克里克所说的“意识的神经相关集合”（Neural correlates of consciousness）
• 结果：没能解决，科赫认输，双方再约 25 年
• 时间线
  • 1990年，克里克和科赫《走向意识的神经生物学理论》（Towards a Neurobiological Theory of Consciousness）
    • 观点：研究意识也是一样，应该从研究脑中哪些神经活动和视知觉相关——意识的神经相关集合开始。
    • 挑战：当主体受到视刺激后的脑活动变化，既可能是由于视知觉引起的，也可能是由于刺激变化本身引起的。
  • 1996年，在德国工作的希腊神经科学家洛戈塞蒂斯（Nikos K. Logothetis）猴子双眼竞争实验
    • 双眼竞争：给主体的双眼分别看两个完全不同的景象时，主体看到的并非这两个景象的融合，而是轮流看到其中之一。
    • 结果：
      • 在初级视皮层和次级视皮层，绝大多数细胞的 发放(?) 率与知觉的反复变化无关。总体来说，只要一只眼睛有输入刺激，神经元的发放就会增强。这与猴子究竟看到了什么无关。
      • 他们又发现在对猴子下颞叶（inferior temporal，IT）皮层及上颞叶沟（superior temporal sulcus，STS）的下侧（该区域与IT上部相邻）进行实验记录时，只有当猴子“看到”时才有发放。
    • 推论：
      • 一般认为 V1(?) 对意识贡献甚微。
      • 克里克对此非常兴奋，他认为这一技术已使科学家找到了研究视知觉神经相关集合的钥匙，并宣称到20世纪末就能发现意识的神经相关集合。
      • 像功能性核磁共振成像和光遗传学等新技术的出现，使科赫在当时认为，25年的时间去解决应该没问题。
  • 科赫在1998年和查默斯打了这个赌。这个赌只与能否在2023年解决查默斯的“困难问题”有关，而与其他论点无关。

意识的神经相关最小集合：信息整合理论的预备知识

• 定义
  • 意识的神经相关集合就是“神经元的某种机制或事件的集合。该集合是形成某个特定知觉或体验所需要的最小集合。”（科赫2004）
  • 他和托诺尼又引申出对所有可能意识内容的意识神经相关集合的总体，并称之为全意识神经相关集合（full neural correlates of consciousness）。（2016）
• 方法与相应结果
  • 需要排除对脑涌现意识非必要的事件，比如报告信号这件事本身（通过检测眼动或瞳孔放大）
    • 这种“无报告范式（no‑report paradigms）”所确定的有特定内容的神经相关集合比需要报告时得到的更局限于皮层后部。（2016）
  • 一种是“基于不同状态的方法”（state-based approaches）把清醒的健康受试者在不要求做任何任务而有意识时的脑活动和意识丧失时（如无梦睡眠、全身麻醉、昏迷或植物状态）的脑活动进行比较。
    • 全意识神经相关集合往往包括额-顶叶网络，但是这里有些部分可能和受试者的警觉、注意等脑功能有关。
  • 另一种“同样状态无任务范式”（within-state, no‑task paradigm）这主要是利用意识的自发波动，例如当受试者处于无快速眼动睡眠期时将其叫醒，有时受试者说是正在做梦，而有时则没有任何意识。把受试者在报告做梦或无意识前记录下来的脑电图进行比较，
    • 全意识相关神经机制主要位于包括感觉区在内的后皮层热区（posterior cortical hot zone），也就是包括皮层后部颞-顶-枕叶交界处在内的脑区，这和根据有特定内容的意识神经相关集合所得的结果在总体上吻合得相当好，因此可以把后部皮层区看作意识神经相关集合的热门候选区。

整合信息理论 vs. 全局神经工作空间理论

• 整合信息理论 (IIT) 同一把大伞之下，有两个很不相同的内容
  1. （根据“同样状态无任务范式”）全意识相关神经机制主要位于包括感觉区在内的后皮层热区（posterior cortical hot zone），也就是包括皮层后部颞-顶-枕叶交界处在内的脑区，这和根据有特定内容的意识神经相关集合所得的结果在总体上吻合得相当好，因此可以把后部皮层区看作意识神经相关集合的热门候选区。这一观点笔者称之为“后脑理论”。
  2. 托诺尼早已因他制定了一个度量意识的指标Φ并冠名为“整合信息理论”而闻名，而科赫也曾称赞过这一理论是“有关意识的唯一有希望的基本理论”，因此他们的这一观点也被称为IIT
     • 托诺尼、埃德尔曼（Gerald Edelman）曾经提出过“整体性”和“信息性”（或称“神经复杂性”）作为衡量意识程度的定量指标。托诺尼正是在这一基础上考虑了意识更多的基本性质（其核心依然是整体性和信息性，但是却略去了“主观性”或“私密性”这一意识的根本属性），并以此作为“公理”。
     • 这些公理包括：內禀存在性（Intrinsic existence）、结构性（composition）、信息性、整体性（integration）、排他性（exclusion）。
     • 在这些公理的基础之上，托诺尼认为如果一个物理系统要有意识的话，那么这个系统就必须有和上述公理相应的性质，它应该是一个有数量极大的可能状态的统一整体，为此在有关脑区之间必须有交互作用。意识的程度可用该系统超越其各组成部分所含信息量的总和的信息量来度量，他们把这称为“整合信息（integrated information）”，并用符号Φ来表示
• 全局神经工作空间理论（global neuronal workspace hypothesis）
  • 《Consciousness and the Brain: Deciphering How the Brain Codes our Thoughts》
  • 法国认知神经科学家德阿纳（Stanislas Dehaene）提出。由于对意识仍然没有明确和普遍接受的定义，德阿纳将他的研究集中在他所谓的“进入意识（conscious access）”（受试者意识到了其所受刺激并可以向其他人报告的现象）上。
  • 他们使用掩蔽、双眼竞争和其他方法表明，虽然刺激保持不变或几乎不变，但受试者的知觉却可能发生根本变化，例如从意识不到变成意识到，或正好相反，因此进入意识可以被视为唯一的变量，并可以通过实验对这一变量进行操控。
  • 发现如下标记：
    1. 刺激诱发的脑活动大大增强，扩大到多个脑区并突然引发前额叶皮层和顶叶皮层许多回路的活动；
    2. 脑事件相关电位中的晚成分P3突然增强；
    3. 在晚期突然爆发高频振荡；
    4. 跨脑区域活动的同步化。
  • 观点/结论
    • 当有有意识的知觉时，神经元群以协调的方式开始发放，首先是在一些局部的特定区域，然后蔓延到皮层的广大范围。最终，它们侵入到许多前额叶和顶叶脑区，同时与前面的感觉区保持紧密同步。正是在这个时候，突然形成了一个协调一致的脑网络，有意识觉知也似乎由此产生。
    • 意识是一种在全脑范围里的信息共享。人脑中有高效的长距离网络，特别是在前额叶皮层，以选择相关信息并将其扩播到整个脑。意识是一种演化装置，它使我们能够注意某个信息并在这一扩播系统中保持活跃。一旦这个信息被意识到了，根据我们当时的目标，它可以被灵活地传送到其他区域。

邓普顿世界慈善基金会5年对抗合作

• 权威杂志《科学》（Science）和《自然》（Nature）等载文称赞了这一对抗性合作
• 有124位意识研究科学家联名发表公开信，把IIT谴责为“伪科学”
• 六个独立实验室遵照双方预先商定的方案，并分别用功能性核磁共振、脑磁图和皮层电图技术对250名受试者测量其脑活动，以检验这两种理论对他们共同认同的两个实验方案中第一个方案的不同预测，双方自己并不参加实验。
• 整合信息理论 IIT
  • 有利：关于IIT，确实观察到，后皮层脑区持续有信息。
  • 不利：并没有发现IIT所预测的脑区之间有持续的同步活动
• 全局神经工作空间理论 GNWH
  • 有利：意识的某些方面确实可以在前额叶皮层中表现出来
  • 不利：
    • 并非一切意识活动都可以在此有所反映
    • 实验发现只有体验开始时才有信息扩布的证据，但未能发现在体验结束时也有扩布
• 124位意识研究者，其中包括巴尔斯（Bernard J. Baars）、丹纳特（Daniel C. Dennett）和丘奇兰（Patricia S. Churchland）等著名学者，联名发布一封公开信，指责《科学》《自然》等媒体做了不实报道，并指责IIT是伪科学。抓住了和托诺尼的Φ值有关的问题全盘否定。

• 解决意识的神经相关集合的问题呢，还是解决查默斯的困难问题，科赫似乎把这两个问题认为是同一个问题，作者不同意
• 科赫/托诺尼和德阿纳的对抗性合作实际上是关公战秦琼。
• 124人公开信故意回避了在对抗性合作中的IIT实际上是指后脑理论，而和Φ没有直接关系，因此他们对对抗性合作的批评就像是枪打稻草人，但是他们对Φ理论的批评却有其合理之处。
  • 像意识这样复杂的对象能不能用公理化的方法来进行研究
  • 在托诺尼的5条公理中也故意丢掉了对意识来说最关键的“主观性”，不完备的公理系统推导出来的Φ指标，只能度量意识作为神经系统超越其各组成部分所含信息量的总和的信息量这一个方面，而非意识本身。
• 全局神经元工作空间假设对于进入意识标记的解释没问题，但对他的假设是否也能够解释意识或者即使只是进入意识本身持怀疑态度。
  • “进入意识标记”并不是“进入意识”本身，就像某人的签名并不就是他自己一样。
  • 除了用受试者的主观报告来判断他们是否意识到了什么之外，德阿纳的工作并没有触及意识的主观性问题。
• 后脑理论的一个重要依据是采用“无报告”范式的研究方法，但是也有科学家根据一些报道称在采用这种方法时，也能在前额叶皮层检测到有活动，因此把这种方法贬之为“误导”。
  • 不过被贬一方则坚称“从总体上来说，前额叶皮层对意识来说既非必要，也不充分，这和皮层后部完全不同。”
• 动物行为学家戴维·培尼亚-古斯曼提出意识包括三个重要方面：主观意识、情感意识和元认知意识。
  • 主观意识：主观存在感和具身的自我觉知感
  • 元认知意识：自己知道自己是有认知能力