自学大脑的悖论 The paradox of the self-studying brain

The paradox of the self-studying brain

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1571064524001787

摘要

一个试图研究自身的大脑所引发的悖论提出了一个难题，涉及自指、意识、精神疾病以及科学探究的边界。这个复杂的器官如何才能将研究焦点转向自身？我们旨在揭示这一悖论的复杂性。历史上，哲学家在不同框架下曾提出过这一问题。得益于新型脑功能与结构研究技术的发展，以及能够调节特定脑区活动的神经刺激协议的进步，我们现在拥有了推进这一复杂探究的先进手段。然而，迄今为止，大脑试图理解自身的广泛含义仍不清楚。归根结底，由于需要同时依赖感知与内省，导致出现了对意识的不同表述。这造成了一种困境：支持一种表述的证据并不一定适用于另一种。通过从哲学与神经科学的角度剖析这种自我理解的悖论，我们或许能更深入地理解人类大脑，从而增进对自我意识与意识本身的认识。

关键词：理论神经科学 意识 感知 内省 神经现象学 大脑

1. “心智”的状态（State of ‘mind’）

人类大脑的研究几个世纪以来一直吸引着我们，推动了我们对其结构与功能的理解不断深入 [1]。然而，这一研究也引发了一个悖论性的问题：作为认知与自我意识的复杂器官，人类大脑如何能够研究自身？你是否曾经思考过这个问题，或者更准确地说，你的大脑是否曾“思考”过它自己？

这个悖论挑战了我们对自指 （self-reference）、觉知 （awareness）和意识 （consciousness）的理解 [2,3]。例如，有观点认为：“即使从原则上讲，向一个系统的元层次组件添加观察、表征或控制能力，也无法产生对该系统整体的完整元层次表征。”简而言之，“自我模型通常无法由实现它的系统进行实证检验。”[4]

另一方面，自指机制 在区分“自我”与“他人”方面起着至关重要的作用——无论是在神经层面还是免疫层面 [5]，并且它具有哥德尔式（Gödelian）的基础 [6]。

当我们研究一个现象时，通常是通过测量 （measurement）和感知 （perception）来进行的。然而，当研究对象是“我们自己”（即大脑研究自身）时，这种做法就不再适用了。特别是当我们的研究对象是我们自己时，我们需要引入一种额外的认知过程：内省 （introspection）。因此，自我研究的大脑悖论恰恰来自于这一点：感知与内省之间存在根本差异，从而导致了同一个假设的两个不同版本（内省版与感知版）。尽管这些假设是同一假设的不同变体，但支持其中一个的证据并不构成对另一个的支持，因为它们各自的来源不同。

当大脑研究自身时，这种悖论性的困境便出现了，因为它需要同时依赖感知 和内省 。这造成了一种独特的自反循环，不仅需要感知，还需要内省，从而产生了可能不一致的证据形式 [8]。由于感知与内省源于本质上不同的过程，这种双重角色引入了证据类型上的基本不对称性，使得彼此的假设无法相互印证。

这个自我研究或自我测量的悖论，在某种意义上类似于一把尺子无法测量自身的长度，或一束光无法照亮自己 [7]。自我研究大脑的悖论之所以出现，是因为与其他研究对象不同，大脑既是研究的主体，又是研究的客体。这种独特的自指循环不仅需要感知，还需要内省，从而产生无法统一的证据形式。

本文旨在探讨这一悖论的复杂性，并提供关于大脑试图理解自身的多重视角 [9]。为了阐明自我研究大脑的多层次本质，我们可以区分四个解释层次：

• 认识论层面

  （epistemological level）：探讨自指研究中固有的知识边界；

• 本体论层面

  （ontological level）：讨论意识作为一种 涌现性 （emergent）与 自我维持性 （self-sustaining）现象的本质；

• 方法论层面

  （methodological level）：我们的方法整合了神经科学中的还原技术，例如功能性成像与脑刺激，以研究意识的神经相关物；同时也考虑非还原的、现象学的观点，以解释主观体验；

• 经验数据层面

  （empirical data level）：为跨领域的假设检验提供基础。

这种方法兼顾了神经哲学中的还原主义 与非还原主义 视角，为思考意识问题提供了包容性的基础。

要更好地理解自我理解的隐含悖论，回顾历史上关于大脑自我研究能力的观点可能会有所帮助。最初的大脑研究依赖于外部观察与解剖学分析，对大脑内部运作的了解非常有限 [10]。然而，随着先进神经影像技术的出现，神经科学领域发生了变革，使研究人员能够探究大脑的动力学、连接性和功能架构 [11]，从而奠定了大脑理解世界——以及理解自身——的基础。

自我研究的悖论构成了认知神经科学的核心议题之一。认知神经科学家使用多种工具来揭示大脑活动与认知过程之间的复杂关系 [9,12]。

功能性神经影像技术，如功能性磁共振成像（fMRI）和正电子发射断层扫描（PET），允许研究人员在各种认知任务中（包括自我意识任务）观察并测量神经活动的替代指标 [13]。这些研究为我们理解语言处理、感知、记忆形成、决策等认知功能所涉及的功能分化与整合提供了宝贵见解，并常常将其与自我监控的认知能力联系起来 [14]。

此外，诸如脑电图（EEG）、脑磁图（MEG）和颅内记录等电生理记录技术则提供了更高的时间分辨率，代价则是空间分辨率低于基于脑代谢或血流的神经影像技术。

再者，动态系统理论与信息理论也可能提供新的视角，帮助我们理解神经动力学如何促成诸如自我指向意识等复杂过程 [15,16]。通过这种方法，我们不仅可以从结构上理解大脑的自指特性，还可以从其如何在时空维度上组织经验的角度加以理解。这种视角或许可以解释大脑如何生成自我意识。

此外，计算建模在模拟神经过程、构建关于大脑如何生成自我指向思维与主观体验的直觉方面发挥了关键作用 [17,18]。

最后，非侵入性脑刺激技术的进步，如经颅磁刺激（TMS）和经颅直流电刺激（tDCS），进一步加深了我们对大脑自我研究能力的理解。这些刺激手段使研究人员能够通过调节或干扰与自我指向加工相关的脑区神经动力学和可塑性，暂时抑制或增强特定神经回路的功能，从而揭示这些回路对意识的贡献。例如，针对颞顶联合区（temporoparietal junction）的TMS已被证明与自我感知的改变有关，表明该区域在自我与他人的意识区分中扮演重要角色 [19]。这种方法为实证探索主观体验如何依赖特定脑区打开了大门。

总之，通过对特定脑区神经活动的选择性调控，研究人员可以建立这些与自我意识及其他认知过程相关脑区之间的因果关系 [9]。

2. 一个器官如何变得足够有感知能力来研究自身？

“存在”与“生存”的体验是人类意识的一个深刻方面。它源于认知、感知和内省过程的相互作用。

在这一背景下，一个关键的过程是自我反思 （self-reflection），它使个体能够进行内省，并对其自身的思维、情绪和经验做出推断。此外，抽象思维与符号表征的能力使人类能够超越感官限制去思考自身的存在 [10]。再者，社会文化因素也塑造了我们对“存在”的意识——例如通过语言、共享信念和社会规范形成的“叙事性自我”（narrative self）[20]。

然而值得注意的是，关于意识的本质及其是否存在于其他生物（如动物甚至植物）之中，哲学与神经科学领域仍在持续争论与探索中。

将自我意识视为人类意识独有的特征这一观点可能过于简单化了，我们必须承认在人类经验之外的意识仍存在诸多不确定性。事实上，有人认为，意识只能由观察者根据某种看似具有意识的行为或现象来推断（详见下文）。但同样重要的是，意识未必是一个定义明确的属性（例如模糊性；类似于“多少粒沙子才能构成一堆沙”这样的问题）。因此，意识包含一种本质上主观的特性，这种特性可能无法被还原为客观或物理过程，我们也难以说清什么才真正构成了意识的证据 [21,22]。

这一特性来源于大脑生成的“自我模型”（self-model）——这是一个由多种过程和表征组成的复合体，它造就了“成为自己”的体验 [23,24]。

纵观历史，哲学家、科学家、艺术家、神职人员等众多人物都曾从历史与哲学角度探讨过意识的本质以及心灵与身体之间的复杂联系 [25–27]。

勒内·笛卡尔（René Descartes）提出的二元论理论认为，心理现象至少在某些方面并非物理现象，即心灵与身体是分离且可区分的，这一观点影响了我们对大脑自我反思能力的理解。笛卡尔的二元论为将心灵与身体视为独立实体提供了框架，但他的方法缺乏实证工具来检验两者的关系。

相比之下，现代神经科学通常试图通过整合脑功能模型来弥合这种二元对立，但这一努力不断遭遇笛卡尔所强调的主观体验的边界。从二元论到神经科学的历史演变，正反映了我们在理解“自我研究的大脑”时所面临的困境：即调和内省与感知描述之间的困难。

此外，早期对这一悖论的哲学洞察可以追溯到叔本华（Schopenhauer），他认识到大脑自指特性的复杂性。叔本华的反思为后来关于大脑在理解意识中的角色的哲学讨论奠定了基础。

在这方面，Georg Northoff 的重要著作，尤其是其关于“脑问题”（brain problem）的书籍 [28]，强调了大脑客观机制与其主观体验之间的张力。

然而，当代科学通过强调大脑功能与人类心理之间的相互依存关系，质疑了这种二元论观点 [2,29]。

因此，一个人可能会问自己：大脑致力于研究、解码并理解自身的意图是什么？最终目标又是什么？没有人（或者说没有大脑）能回答这个问题（至少目前还不能）。然而，大脑的自我研究能力对我们理解意识、自我意识和人类认知具有深远意义 [30]。

这一隐含的悖论挑战我们去探索体验的主观本质，以及当大脑研究自身时所引入的潜在偏见或伦理考量 [1,30]。此外，理解“自我理解”也可能为神经系统和精神疾病的诊断与治疗带来潜力 [9]。

一个系统研究自身的概念本身就涉及自指 （self-reference），这在数理逻辑与哲学中因其悖论性质而被广泛研究。

自指是多个经典悖论的核心，包括“说谎者悖论”（Liar Paradox）[31] 和“罗素悖论”（Russell’s Paradox）[32]，也是哥德尔不完备定理（Gödel's Incompleteness Theorems）的基础 [33]。

在任何足够复杂的正式系统中，都会存在一些在该系统内部无法证明的真命题，这揭示了自描述能力的内在局限性。

这一观点在丘奇（Church）与图灵（Turing）关于不可判定命题的理论中得到了进一步发展 [34]，其中指出某些关于系统的命题无法在系统内部得到解决。

格雷厄姆·普里斯特（Graham Priest）在其“封闭模式”（Inclosure Schema）框架中对这些悖论进行了综合 [35]，形式化了自指的悖论特性。

这些原则也可以应用于“自我研究大脑”的悖论，因为该悖论的条件恰好满足了普里斯特提到的“超越性”（Transcendence）与“闭包性”（Closure）。

因此，在研究行为中，大脑试图将自身纳入正在调查的元素集合之中，但在此过程中，它必须既处于集合之内又处于集合之外，从而导致了一个悖论情境。

因此，我们可以从逻辑角度来探讨认知系统中的反射性问题：当一个大脑试图“研究自身”时，它可能会遇到逻辑边界或悖论，暗示着从第一人称视角理解意识的根本限制。

在这种背景下，很明显，“意识的简单问题”（easy problem of consciousness）已经并且正日益精细地通过现代神经科学技术（例如神经成像）加以解决，以收集证据支持“你”作为一个有感知的人工制品这一假设。

如果我们把这种证据收集过程视为一种“感知构建”（perception building）[36]，那么在我的大脑中，我接受了“你是有感知的人工制品”这一假设，用以解释我感觉输入中的一些统计规律性，而非反映预测误差的不规则性。

这并不会构成一个“困难问题”，直到我做出一个关键的转变：你具有意识这一假设是否也适用于我？我自己是有意识的吗？

如果我能从自身收集证据，这个问题本应很容易回答。例如，我可以提出一个假设：“你是高的”，并通过测量你的身高来验证这个假设。将同样的假设应用于自己——即，“我高吗？”——并进行测量测试，也是一件简单的事。

然而，我无法以透明（或不透明）的方式测量自己的大脑 。这是因为我的内部动力学和信念更新机制，由于它们持续存在，被一道马尔可夫毯 （Markov blanket）或全息屏幕 （holographic screen）所隔绝，这些边界调节着系统内外之间的互动 [37–39]。

从存在的意义上来说，突破我大脑与宇宙之间的界限是不可能的：例如，我无法对自己的运动皮层进行心理手术，因为我无法控制手术刀或伽马刀；我也无法听到我听觉皮层中神经元的放电。

简而言之，意识是一个有用的假设，用来解释像“你”这样能自我证实的现象 [40]，但我的存在本身却排除了为“我是有意识的”这一假设收集证据的可能性。

原则上，这个观点与一些哲学家的看法相悖：他们认为，我能为自己“我是有意识的”这一假设收集证据，但却无法为“你是有意识的”这一假设收集证据。

特别是，这些哲学家认为，无论我对“你”的行为和神经生理学证据收集得多么充分，我都仍然可以设想“你没有意识”这一假设是可能的。

于是就出现了一个重要问题：当哲学家和我在谈论“你是（或我是）有意识的”这一假设时，我们是否在说同一个假设？

一个可能的答案是：我把“意识”理解为“意识的简单问题”中的意识，而哲学家则指的是“意识的困难问题”中的意识。

“意识的简单问题”是指解释大脑如何实现意识功能的问题。虽然对于意识的功能尚无共识，但这个问题被称为“简单”，是因为它至少在原则上可以通过科学方法加以研究。在这种背景下，“你是有意识的”这一假设仅仅意味着你是一个实现了意识功能的物理系统（例如感知、元认知和规划）。

另一方面，“意识的困难问题”则是要解释物理性大脑如何产生主观体验。从这个角度来看，“你是有意识的”这一假设意味着对你而言，存在某种成为你的感受（即你拥有主观体验）。简而言之，我所说的“意识”假设与哲学家所说的并不相同。

然而，如果我们接受概念二元论 （conceptual dualism）的观点 [41]，那么这两个假设实际上是对同一假设的两种不同表述。

在Papineau所描述的框架中，意识状态可以从现象学角度和物理角度来指称，分别基于主观体验及其底层的大脑物理或功能状态。但作者的主要观点并不是说意识是二元的。

相反，概念二元论的目的正是为了说明那种“差异性幻觉”。其出发点是认为主观体验与其相关的大脑物理或功能状态实际上是完全同一的东西 （最严格意义上的同一）。接下来的任务就是用纯粹的物理术语来解释为什么我们认为它们不是同一的（即，为什么我们认为意识是非物理的）。根据概念二元论的不同版本，这种解释可能会有所不同。

无论如何，其基本思想如下：

感知与内省过程涉及两类不同的概念：现象性 （或内省性）概念 与 物理性 （或感知性）概念。

问题是，大脑状态——意识——可以通过感知与内省“被观察”（至少在某种意义上）。因此，人们会产生两个关于意识的概念而非一个，从而造成一种差异性的幻觉。

因此，概念二元论者并不主张心灵与物质是两种实体或现实，而是承认只有一种现实存在，只是我们通过不同的方式去接近它，这保留了其与物理主义的一致性。

同样的原理也可以应用到“你是（或我是）有意识的”这一假设上。

可以说，神经科学版本的这一假设属于“物理性概念”范畴，而哲学家所使用的该假设则属于“内省性概念”范畴。

换句话说，当我们说我们无法为“我是有意识的”这一假设收集证据时，我们指的是该假设的“物理性”版本。

相反，当哲学家说我们无法为“你是有意识的”这一假设收集证据时，他们指的是该假设的“内省性”版本。

3. 心灵支配物质（Mind over Matter）

这里的核心观点是：感知 （perception）是为意识的“物理性”假设收集证据的唯一方式，而内省 （introspection）则是为意识的“内省性”假设收集证据的唯一方式。

关键在于，如果这两个假设实际上是同一假设的两种表述，那么这就构成了一个悖论。两个“相同”的假设本应具有相同的含义或解释对象。这预设了对其中一个假设的支持性证据也应适用于另一个假设。然而，问题在于这种情况在此并不成立：

• 内省无法为意识的“物理性”假设提供证据；

• 感知也无法为意识的“内省性”假设提供证据。

这种特定情境可能是为什么我们中的一些人认为“意识的困难问题”不能被还原为“意识的简单问题”的原因。

具体来说，在一个“理想世界”中，我们会有一个统一版本的假设：“你是（或我是）有意识的”，并且我们可以通过感知与内省 两种方式来为此假设收集证据。在这个想象的世界里，“困难问题”与“简单问题”会清晰地呈现为我们面对的是同一个问题。

这可能是理解“困难问题”的一种角度，它进一步引出了意识“元问题”（meta-problem of consciousness）[42] 所带来的更紧迫的问题，即：究竟是什么让我们对我们自身的现象感到困惑？[43]

需要注意的是，此处提到的一些想法与“现象性概念策略”（phenomenal concept strategy）密切相关 [41,44]。该策略的目标是通过解决意识的“元问题”来化解其“困难问题”。这一策略基于诸如“概念二元论”等观念之上。

关于自我研究的问题在我们的思维中已经存在了几个世纪，但由于缺乏提供充分和确定答案的可能性，加之理论构建粗糙、协议与工具不精确，导致我们甚至无法真正提出这个问题。虽然最终的答案可能仍遥不可及，但如今比以往任何时候都更有可能借助神经科学研究来弥合这一距离。

这里的悖论在于：当我们要验证“意识”作为一个统一概念时，感知证据 （来自外部观察）与内省证据 （来自内在自指觉察）之间似乎存在一种明显的不可通约性（incommensurability）（见图1）。

这个在心灵哲学中众所周知的问题 [45] 表明，作为观察者的我们自身的结构可能会天然地将这两种证据形式割裂开来，从而造成一种独特的认识论挑战。

例如，Francisco Varela 首创的神经现象学 （neurophenomenology）[46] 提供了一套方法论工具，旨在将主观的第一人称内省与客观的第三人称神经科学结合起来 [47]。

通过将主观体验报告与神经生理数据相对应，这种方法直接回应了我们文章中所强调的“内省—感知”分裂问题。神经现象学认为，关于生活经验的现象学洞察应当指导神经科学数据的解读，而神经科学的发现也可以反过来完善和细化现象学描述。

理论上，感知信号可以告诉我们意识的行为标记或神经相关物，但这些观察结果无法完全涵盖通过内省所捕捉到的主观性和质性体验。

因此，是否能调和这种二分法继续引发争论：意识是否可以作为一个单一构造进行实证评估？还是说它需要一种多元主义的方法——既容纳外部视角，也容纳内省视角，而不必将它们强行融合？

这引发了一个认知科学中的重要问题：我们在多大程度上无法协调感知与内省的证据，揭示了人类作为观察者的能力的根本限制？

要回答这个问题，可能需要重新思考这两类证据在意识研究整体框架中所扮演的角色。

感知与内省证据之间的平衡可能对意识研究产生更广泛的影响。如果意识本身就沿着这两个维度分裂，那或许暗示着一种根本性的认识论限制：即内省所提供的见解虽是必要的，却无法被验证。

因此，要调和这两个领域，可能需要一个跨学科的框架，既能尊重两类证据，又不强行将它们纳入人为的一致性之中。

值得注意的是，理解这种认识论限制为何出现（这也是本文的主题），可能是成功完成这项研究工作的关键所在。

4. 对悖论的建模（Modelling the Paradox）

除了意识的内省与感知维度之外，我们对“大脑研究自身”这一悖论的探讨还触及了认知神经科学、哲学和理论物理等多个领域的广泛主题。

自指性 （self-referentiality）是这一悖论的核心概念，在涉及系统观察或与自身互动的其他领域中也存在类似挑战。

例如在物理学 中，量子力学长期以来一直在应对诸如“观测者效应”（observer effects）这样的自指性问题：测量过程本身会影响被研究的现象 [48,49]。在系统理论 中，自指回路可能导致涌现行为，从而挑战经典的因果模型。

这些类比表明，我们在研究自我意识时所遇到的悖论可能并非神经科学所独有，而是当系统试图观察自身时所面临的一种根本性的认识论限制 。

借鉴这些跨学科的洞见，我们可以提出一些新的方式来审视意识研究中的自指性挑战。

具体而言，计算建模与模拟技术 的进步提供了一个令人兴奋的研究路径。

通过构建递归的、自我交互的模型，研究人员可以模拟一个系统“观察”自身的条件，从而在一个受控环境中研究反馈回路和自指动力学如何影响行为。

例如，使用神经网络或基于智能体的系统模型，可以模拟一种简化的自我意识版本 [50]，揭示不同层次的“自我观察”如何影响认知状态，甚至模仿出类似自我意识的动力学特征。

这类方法对于验证那些在生物系统中因大脑复杂性而难以实证检验的假设非常有价值。

最终，这可能使我们能够模拟一个面对“自我研究大脑”悖论的智能体。

此外，预测编码原理 （predictive coding），尤其是其中的自由能原理 （free energy principle）[29,51] 在此背景下具有特别的相关性。

在此框架下，自由能原理认为大脑通过最小化预测误差来维持体内平衡并适应环境。

将其应用于自指性过程时，该框架可以帮助我们理解大脑是如何在不陷入不稳定反馈循环的前提下管理感知与内省之间的递归层级的：参见 [52,53] 的现象学解释。

预测编码模型或许可以揭示自我意识是如何维持的，即有效地在大脑内部表征与外部一致性需求之间实现平衡 [54]。

通过对这些过程的计算理解，我们或许能够发现大脑如何避免认知过载或不稳定状态的机制，从而揭示大脑在多层次递归内省中保持心智一致性的奥秘。

将这些计算方法与实验神经科学相结合，为未来研究提供了肥沃的土壤。

例如，基于仿真的模型可以让我们系统地改变“自指处理”的“深度”，测试更深层次的内省是否会导致不同的稳定性模式或认知状态。

此类研究甚至可能有助于解释某些病理状态下的现象，如科塔尔综合征 （Cotard’s syndrome）[55]，在这种疾病中，自指性处理似乎出现了紊乱。

总体而言，通过利用仿真与计算模型，我们可以开始弥合由“自我研究悖论”带来的理论鸿沟，不再仅仅将意识视为经验神经科学的研究对象，同时也将其视为一个哲学与计算问题。

这种跨学科视角有望深化我们对意识的理解，并丰富我们的方法工具箱，把这一悖论作为推动神经科学与哲学持续探索的重要驱动力。

5. 结论（Conclusion）

“自我研究大脑”的悖论提出了一个引人入胜的挑战，它揭示了人类大脑本身在假设检验 方面的本质特性。

这一关于自指性证据 的悖论促使我们进一步探索：内省意识的特殊性质——即我们内在地“观察”自己意识状态的能力——是否正是造成意识证据难以调和的根本原因。

如果人类仅依赖于感知线索——例如通过观察行为或生理反应来推断意识存在——那么这个悖论或许可以被消解，因为主观的自我意识将不再起作用。

由内省意识带来的独特挑战在于其元认知维度 （metacognitive dimension）：我们不仅体验意识，还能对这种体验进行反思，从而在对我们自身意识的评估中引入了自指性的层次。

像科塔尔综合征 （Cotard’s syndrome）[55] 这样的病症表明，当患者否认自己的存在或意识时，可能反映出他们在元认知性内省方面出现了损伤，从而破坏了主观体验感。

此外，若能通过实验手段（如经颅磁刺激TMS或药物干预）操控这一悖论，可能会帮助我们理解内省与感知证据是如何相互作用的，并揭示它们是否以不同方式影响我们对意识的理解。

这一研究方向或将有助于厘清：该悖论究竟是源于内省式的自指性，还是源自意识系统更基础的属性。

当前问题的复杂性不应被视为障碍，而应成为科学探索的动力。未来的研究进展——试图通过进一步阐明意识与自我意识的基础来解开这一悖论——将拓展我们对大脑及其复杂的“自我研究驱动力”之间关系的理解。

原文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1571064524001787