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万字追问:两大意识理论对决不为人知的背后

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对谈嘉宾


亚历克斯·勒波夫

Alex Lepauvre

意识研究领域的博士候选人

就读于德国法兰克福的马克斯·普朗克经验美学研究所(Max Planck Institute for Empirical Aesthetics)和荷兰奈梅亨的唐德斯研究所(Donders Institute)。


罗尼·赫希霍恩

Rony Hirschhorn

特拉维夫大学萨戈尔神经科学学院博士候选人

她致力于研究意识与无意识感知的多样性,采用与现实生活经验相关的实验方法和设置。为此,她利用虚拟现实(VR)等前沿技术设计实验。在COGITATE联盟中,罗尼是数据监测团队的一员,负责监督项目数据共享流程并分析行为和眼动追踪数据。


奥斯卡·费兰特

Oscar Ferrante

心理学学院博士后研究员

奥斯卡在意大利维罗纳大学(University of Verona)获得神经科学、心理学与精神病学科学博士学位。2019年2月,他加入了奥莱·延森教授的神经振荡研究组。自2020年起,他成为“Cogitate对抗性合作项目”(https://www.arc-cogitate.com/)的成员之一。

主持人


保罗·米德尔布鲁克斯

Paul Middlebrooks

卡内基梅隆大学的特聘助理研究员

卡内基梅隆大学的特聘助理研究员,同时是播客“Brain Inspired”的主持人。他主要研究运动皮层和基底神经节神经群体活动如何在自由行为的小鼠中支持自然行为,致力于揭示神经活动与复杂行为之间的关系。

保罗:今天我们邀请到了罗尼·赫希霍恩(Rony Hirschhorn)、亚历克斯·勒波夫(Alex Lepauvre)和奥斯卡·费兰特(Oscar Ferrante),他们是众多参与COGITATE项目的科学家中的三位。COGITATE是一个对抗性合作项目,旨在测试有关人类意识的理论。具体而言,在今天要探讨的案例中,测试的是意识的整合信息理论(IIT)和全局神经元工作空间理论(GNW)。

我们之前提到过。所谓对抗性,指的是两种意识理论通过实验相互竞争。所谓合作,则是指这两种理论的支持者必须就哪些实验有可能证伪各自理论的主张达成一致。

该团队刚刚在一篇题为Adversarial Testing of Global Neuronal Workspace and Integrated Information Theories of Consciousness的论文中发表了第一轮实验的结果。这就是罗尼、亚历克斯和奥斯卡今天将与我讨论的内容。简而言之,他们使用了一个简单的任务,并用三种不同的方法(脑电图、脑磁图和功能性磁共振成像)对大脑活动进行了测量,还对意识相关的大脑区域、神经活动应如何随时间维持以及大脑区域之间应存在何种功能连接模式做出了预测。


Cogitate Consortium., Ferrante, O., Gorska-Klimowska, U. et al. Adversarial testing of global neuronal workspace and integrated information theories of consciousness. Nature 642, 133–142 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08888-1

最终结果喜忧参半,两种理论均未被完全证伪,但大量的数据和结果为学界提供了完善的基础,以期继续完善和发展关于大脑与意识之间关系的理论解释。我们将探讨该项目本身,他们推进项目时以及目前仍在面临的诸多挑战,他们作为团队共同工作的经历和感悟,以及对抗性合作的本质,即如何在双方理论都有如此坚定的支持者时开展合作。

可以先大致介绍一下你们都做了些什么,这个项目是什么,还有 Cogitate 是什么吗?

罗尼:实际上,它的规模更大,它甚至比“Cogitate”项目还要大。“Cogitate”只是五个这种对抗性合作实验组成的系统之一。我们实际上不只对这两种理论进行测试,还有更多的理论也在接受检验。因为此前每个系列项目都是各自为战,用自己的方法得出各自的一系列预测,彼此之间并不对应。这些项目的目标就是解决这种分裂情况。

当你查阅相关文献时,你甚至都不知道该如何着手去比较这些项目。邓普顿世界慈善基金会的构想是启动一系列合作,使多个理论同时进入讨论,并商定一系列能够同时检验这些理论预测的实验。刚刚提到的只是其中一篇实验论文,就有 50 人参与。

项目的理念是卡尼曼(Daniel Kahneman)提出的通过合作解决分歧,他在2000年初就谈到了对抗性合作。露西亚·梅洛尼特别喜欢提及此事,所以我们都受到了他对我们的项目所产生的影响。

奥斯卡:没错,我们是一个庞大的团队,还有许多类似“Cogitate”的项目,但我们是第一个。我们为所开创的事业感到非常自豪,但同时我们也想强调,这只是个开端,希望未来能比我们目前所做的更宏大。另外,在“Cogitate”中,除了我们今天要讲的发表在Nature杂志上的这篇论文,还有其他相关项目以及我们正在开展的实验。我们既希望介绍迄今的成果,同时也希望同行们能持续关注其他团队同期开展的研究。

亚历克斯:我认为或许要从该项目本身的结构说起,这一切始于西雅图的一次会议,当时项目的资助机构邓普顿世界慈善基金会召集了许多项目负责人,其中包括意识研究领域两种主流理论的两位创始人。他们齐聚一堂,通过智库讨论会构思实验方案,最终形成了名为Cogitate的研究项目。

作为该项目的一部分,他们还雄心勃勃地想要开展非常具体的实验,即便该实验将引发理论间相互矛盾的预测,他们还是希望以现有最详尽且精确的方式进行验证。为此,他们打算采用当前系统神经科学领域所有最先进的记录工具,包括脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)、功能性磁共振成像(fMRI)以及颅内记录。

至此他们已基本完成实验设计。接着他们开始考虑谁来负责每种模式的数据收集和数据分析工作。于是他们聘请了一些保持理论中立的研究负责人,并让他们负责招聘同样保持理论中立的博士后或博士生。


加速意识研究:对抗性合作检验GNW和IIT的相矛盾的预测”项目流程和进展。图源:李恒威


最初酝酿的过程

保罗:我们将详细讨论已提出的预测及已实施的实验。请容我在此提前说明:即便在当前手稿中,您们也未对结果下定论,部分原因在于我认为任何研究结果都可能存在漏洞。

稿件中包含来自每种理论支持者的评论,他们自然会支持符合自身理论的结果,同时试图找出不支持结果中的漏洞。所有结果都存在解释空间。鉴于任何结果都可能被质疑(因为一切皆可被解释),就如何设计具有明确预测实验以验证假说达成共识,似乎极为困难。您是否了解该过程耗时多久或具体如何推进?此外我真正想了解的是,您当时预期会发生什么?

罗尼:从我们制作刺激材料到对每个实验进行预测试,再到真正开展实验,这期间确实花费了很长时间。亚历克斯也许也有同感。这还是在项目负责人和中心的首席研究员们早在几个月前已经完成了实验范式的概念设计之后。整个过程非常反复,耗时很长。

保罗:那么支持者们必须达成一致吗?

罗尼:对。

保罗:比如你制作出刺激信号后,你得把刺激信号发送给所有人,然后他们可能会说:“左边太亮了。”是这样一个反复的过程吗?

罗尼:并非每次都能达到这种程度,露西亚·梅洛尼(Lucia Melloni)和利亚德·穆德里克(Liad Mudrik)两位首席研究员也未完全主导流程,而是通过实验设计与范式本身实现目标,例如基于这些范式对理论做出有效预测。值得一提的是,理论提出方需签署书面协议,确认这些实验确实适用于检验其理论主张。

我要强调,项目并非始于IIT和GNW这两种理论,还有更多的理论参与。在初始阶段,如果研究者认为实验无法检验其理论,他就会选择退出而不是加入。正因如此,从西雅图会议确定框架到最终运行获得各方认可的预测方案,确实耗费了漫长时间。我认为,对于你的问题,至少在签署协议及启动实验阶段,所有参与者均认可这些实验能有效检验相关理论——这正是项目核心目标。

亚历克斯:或许我可以插句话,我们在过程中逐渐意识到,达成一致意见其实有很多不同的层面。正如您所说,第一个层面是与概念性想法相关的事情,比如实验会是什么样子,为何设置两个实验及其依据等等,这些都已在我们加入项目之前就发生了。

但接下来真正落实到实施层面的时候,我们本以为有这么多预测,着手去做就行,然后我们就意识到,我们忘了把细节具体到实际所需的程度。每当遇到这种宽泛的阻碍时,我们就得再次回到理论层面,问对方:“哦,我们没有把细节具体到能够进行恰当分析的程度。所以,我们决定这样那样。你觉得可以吗?”这就是一个来来回回的过程,花费了很长时间。

奥斯卡:此外,该项目已从最初设想发生演变,因为最初的想法是存在两个理论。它们都是关于意识的理论,但有不同的预测。我们应该找到方法来表明:“我们面临这些疑问;可能得到两种结果:一种支持理论A、支持整合信息理论(IIT),另一种支持全局神经工作空间理论(GNWT)。”

然后,在我们着手开展这个项目的过程中,当理论问题逐渐演变成一些有待检验的实际假设时,我们也意识到对于这两种理论而言,有些问题存在细微差异。实际上,我们所检验的并非是完全互斥的。在有些问题上,两种理论都有可能是正确的,而有些问题中一种理论的结果对另一种理论的结果毫无影响。项目也经历了从理论构想到实际操作的演变过程。

保罗:没错,所有科研项目都是这样,当你提出几个备选假设并想要着手去验证,结果项目刚启动你就意识到事情没那么顺利。而这个项目似乎比那还要糟糕20倍。我想问的是,到目前为止,整个过程是否始终伴随一系列麻烦事,还是说这一切都是值得的?不是说哪个理论会胜出,而是说,这整个努力会顺利进行吗?我们会得到一个明确的答案吗?本质上目标是要证伪这些预测。你们一开始觉得一切都会顺利进行吗?

罗尼:我得说,为了公正地评价这个项目的严谨性,它在另一个方面也是独一无二的,那就是我们展示的研究成果,包括我在特拉维夫实验室的同事所做的研究,表明实际上大多数实验在一开始并没有那么清晰地提出假设和预测,以便去证伪意识理论。他们的做法是先进行实验,然后在获得结果后,进行事后解读,例如将其解释为支持全局神经工作空间理论,或为整合信息理论提供支持。这实际上是多数研究的操作方式。

尽管预先详细规划的实验设计最终仍难免混乱,但这种将研究要素"装箱归类"的框架化尝试,已然使流程更加系统化,即便这些"箱子"内部依然杂乱无章。我认为,这种预先详细规划的方法尽管不完美,但仍具重要价值,若能持续完善,未来或可实现更清晰的研究范式。的确,正如您所言,若在实验刚开始后会发现"预测指标不够具体"或"实际含义与理论初衷不符"等问题,恰恰证明了预先框架化的必要性。

亚历克斯:还有一件事,我不记得在论文里有没有提到,但我们也很担心,就是事后你会早已知晓结果必将发生,因此难以回溯并还原最开始时的真实思考状态。尤其是,因为我认为我是一个刚起步的初级研究者,当我第一次接触到所有这些预测时,我对这些理论本身其实了解不多。一路走来,我花了很长时间才弄明白事情的发展规律。我想,我花了些时间才达到能够对事情的发展有个预期的程度。

保罗:这会毁了你对科学的看法吗?不,我是说,这想法本身是如此美妙,只是实施起来有那么些困难。看起来你们坚持下来了,克服了重重障碍,干得真棒。

亚历克斯:我觉得有一点可能与罗尼您说的有些矛盾,我认为从概念理想到实际实施的过程中存在很多不确定性,因为中间有太多自由度,可能导致无休止的反复修改。如果我没记错的话,我们需要不断回溯最初预注册的实际版本,那个版本是什么时候发布的我已经记不太清了,但应该是在项目初期(2019年)。

我觉得当时我们已经有了对这些理论将如何被检验的一个概念性的想法,从某种意义上说,这个想法并没有发生太大的变化。在我们所讨论的那个实验中,我们呈现了不同时长的刺激,全球神经工作理论(GNW)认为会在前额叶皮层进行解码,而大众观点则认为解码会发生在后部区域。

由于采用不同刺激时长,所以根据全局神经工作空间理论(GNW),前额叶皮层(PFC)的激活程度会随着刺激持续时间的延长而增加,而整合信息理论(IIT)则是对后部皮层有类似的预测。这些是一开始就说好了的。但现在的问题在于,当提到解码时,会采用何种分类算法,当涉及不同预测时使用哪些具体方法,以及哪些脑区真正具有统计这正是反复推敲的核心所在。

总体而言,该研究的核心框架自项目启动以来保持高度一致。我记得很清楚,当我对GNW 的观点有了成熟的理解时,我就想,这个预测相当合理,若被证实也不足为奇。


通过对抗合作测试假设。图源:Lucia Melloni, Liad Mudrik, MichaelPitts, Christof Koch

罗尼:研究结果可预测且读来合乎逻辑是一回事,提前规划则是另一回事。这正是我在项目讨论中最常强调的要点:他们必须事先构想清楚这些关键要素。当通读全文时逻辑自洽,或是在完成实验分析等操作时显得合理——但这些必须在所有工作启动前就具备内在逻辑性。我认为这并非简单等同于确定感兴趣区(ROIs)的问题。

那么预先推测某些脑区活动又意味着什么?当某个理论声称"预期大脑前部或后部(posterior areas)会出现特定活动"时,这种表述看似合理且有文献支持。但细究文献便会发现,不同研究者对"前额区"和"后部区"的具体界定可能大相径庭。实际上,现有文献从未明确界定哪些特定脑区与意识知觉的维持等功能相关——这正是本项目的开创性意义:我们首次要求理论提出方预先确定与实验1(视觉刺激意识维持)直接相关的具体感兴趣脑区。虽然事后看来这些界定都很合理,但关键在于必须有人率先完成这项基础工作。

保罗:好,现在你定义好了区域,接着你就得戴上脑电图帽,脑电图具有很高的时间分辨率,但由于穿过了头骨,所以空间分辨率很低。即便你有一个高密度的脑电图网,你还要继续决定我们要关注哪些电极,哪些电极的哪些频率,针对哪些问题,以及频率范围是多少,如何定义那个频率范围。每一步都有决定要做,我觉得就像你之前说的,亚历克斯,当自由度增加时,所有分析都可能被质疑。这简直太困难了。

奥斯卡:没错,这很难。而且,这种情况也不常见。如今,预注册的研究越来越多,但在这里,我们得在开始分析数据之前把所有内容都预注册好。所以我甚至不能说我们是如何“进行数据分析”的,因为设计分析方法的时候还没有真正得到这些数据。

保罗:那咱们就这么办。然后我还想谈谈那些实际的预测,为什么会有那样的预测,以及结果如何。

奥斯卡:是。我们所做的就是收集了大量的数据。我们在全球六个不同的实验室收集了脑磁图(MEG)、脑电图(EEG)、颅内脑电图以及功能性磁共振成像(fMRI)的数据,实际上有七个实验室,因为最后又多了一个。然后我们把所有参与者以及收集到的所有数据分成两部分。一小部分被试数据用于开发分析方法。我们为所有这些模态开发了从预处理到测试所有不同预测所需的分析流程。我们只能接触到这些有限数量的参与者的数据。

然后,在那之后,我们预先注册了这些方法,并且几年前在阿姆斯特丹的一次会议上公开分享了这些内容。仅在完成所有预注册后,所有内容才得到了理论领导者的批准。只有在那时候,我们才获得了整个大数据集,也就是我们在Nature杂志论文中所使用的。我们展示的结果是在一个独立的、与我们用于开发分析的数据集正交的样本上得出的。

保罗:当您提到开发阶段的目标是进行预注册。您需使用大群体样本中的一个小型队列(cohort)。您在此阶段试图确定什么,具体而言是选择使用哪种分类器?

奥斯卡:是的,比如说,要预测出我们意识的内容会出现在大脑何处。我们并非从那一小部分被试中获取结果然后进行分析,这些数据只是用来确定我们要采用什么分析方法,比如使用不同的分类器,或者如何计算内部连接性。事实上,有成千上万种不同的度量方法可用于估计不同脑区之间的连接性。这些都是我们和实验室所面临的各种情况,包括不同的模态、负责人等等。这些都不是理论所能提出的,因为理论只是阐述意识是如何运作的,而不是如何分析脑磁图或功能性磁共振成像或颅内脑电图的数据。这方面需要做大量的工作。只有当从技术角度来看一切准备就绪,并且也得到了外部顾问的批准,我们才能对实际的理论、实际的预测进行测试。

保罗:那么,咱们举个例子。您说有关连接性的分析有很多,那您是如何确定哪一个是应该被预注册的正确的分析呢?不如咱们就直接讲解码分类器吧。这可能会更直接明了。

奥斯卡:以解码为例,我们的目标是通过对照分析,并基于即将使用的实际数据而非最终样本来建立分析流程。之后还需通过对照分析,确认无论理论预测如何都应存在的特征。若能验证这些特征存在,且数据可同时用于检验预测,即表明此方法适用于最终样本的分析。

保罗:好的,我想我明白了。对于任何给定的问题,您必须根据文献中与理论无关的内容来决定使用哪种分析方法,但这只是用来检验这种机器学习分类器能否用来解码某人是在看球还是看房子之类的东西?你得用一个与最终用来检验这些理论的任务无关的任务来做这件事,对吧?

亚历克斯:确实如此。我认为根本上我们使用了基准(benchmarks)。在解码分析的案例中,我们很幸运地发现其中一个预测是:我们应该在与理论相关的不同脑区中从物体信息解码出面部信息,但事实是,即使在两个脑区中,我们都发现了面部信息相对于物体信息的解码结果。我们知道自己的分类器对某些特征的捕捉具有敏感性。若非如此,我们就会优化其他方面以尽量避免偏差。我们在两个脑区都实现了针对该特定特征的解码,随后通过尝试若干不同方法(如使用伪试验等)来优化以获得最高可能的解码准确度。

对于你的第二个问题,我认为可以是同一个任务,尤其是在脑磁图(MEG)和功能性磁共振成像(fMRI)的情况下,因为我们有未被接触的额外数据集。问题在于,我们的参数是否能推广到另一个数据集?如果不能,那就是过拟合,但这已经考虑在内了。我们会让数百名参与者完成同样的任务,然后用其中20人的数据来优化我们的流程,再检查其结论是否能推广到其他参与者。

保罗:比如说你在运行一个分类器,然后发现它在前额叶皮层被观察到,但在后皮质层中未被观察到。那么这本身就已经说明了证据倾向于哪种理论。你已经了解了一些情况。在这种情况下,你会把控制因素和最终结果混为一谈——抱歉,我一直在纠结这个问题。我只是想弄明白。

罗尼:不,这完全合理。但也不完全准确,因为首先,即便你那样理解,正如奥斯卡所说,我们也未将其用于该目的。我们并未采用模型调试数据(optimization data)中观察到的模式。即使完成方法优化后得到某些结果,我们也不会用其指导独立数据集(orthogonal dataset),这有明确规范。这是其一。

其次,如亚历克斯所言,无论能否发现目标现象,如果解码分析结果符合预期且方法已验证可靠;若未能发现,则确实可能因方法灵敏度不足或有效性欠缺。这时你就需要重新审视,向自己证明,也要向论文上的其他49位同事证明,你的方法足够好,足以检测目标现象,但却发现这些现象并不存在,而不是通过尝试别的方法能够解决,比如我们所用的方法灵敏度有问题等等。

这种机制已规避此类风险。你认为从大样本抽取小样本推测结果存在风险,这点正确。但我认为大型多元交叉学科团队的优势正在于此:当你试图主观推测时,团队机制会阻止此类行为,因为分析必须保持理论中立,并向所有成员论证其中立性。

奥斯卡:我们进行了重复验证。不仅在每种方法路线内重复所有实验(例如本研究使用不同样本),也在不同方法路线之间实施重复验证。因为正如你之前提到的,在分析时间序列数据时,我们必须统一脑磁图-脑电图(MEG-EEG)与颅内脑电图(intracranial EEG)的频段分析标准,同时确保各团队使用相同的分类器。此外,我们还设定了不同层次的内部重复验证目标。


两个理论对三个问题(意识内容在何处表征、意识体验如何随时间维持?神经同步模式如何?)各自的预测结果,以及实验设计。研究记录了256名人类受试者在观察不同呈现时长的阈上刺激时的神经活动。我们在视觉区、腹颞叶和下额叶皮层发现了意识内容相关信息,其中枕叶和外侧颞叶皮层的持续反应反映刺激时长,而额叶与早期视觉区的特异性同步编码了意识内容。这些结果部分符合IIT与GNWT的预测,但也对两大理论的核心主张提出了实质性质疑:对IIT而言,后部皮层缺乏持续同步的现象与其"网络连接决定意识"的主张相矛盾;对GNWT而言,刺激终止时普遍缺乏神经点火现象及前额叶皮层对某些意识维度的有限表征构成了挑战。


第一个预测:

意识内容在何处表征?

保罗:希望听众们现在能对这类工作的难度有一个大致的了解。我们来谈谈你们所测试的三个预测。有没有人愿意描述一下?我们依旧以解码的结果为例。谁愿意描述一下两种理论的预测结果是什么,为什么会有这样的预测结果,以及你们是如何进行测试的?

罗尼:我在想,我们是不是首先得谈谈相关理论,这样讨论预测才有意义。

解码的问题基本上可以简化为,在大脑的哪个部位能找到与当前正在体验的内容相关的特定信息?因为这个实验完全采用的是超阈值的刺激,而无需对意识进行操纵。我们假定被试意识到了这些刺激,正如前述实验包含不同时长的面部图像、物体图像等内容。最终目标即定位大脑中与这些具体体验内容相关的信息区域。

保罗:但我们为何要关注“在哪里”呢?也就是说,为什么“在哪里”是一个关键的问题?

罗尼:“在哪里”的问题之所以重要是因为,全局神经元工作空间理论认为意识是大脑中被选择性广播的信息。并且全局神经元工作空间理论(GNW)认为进行这个工作的是大脑的额顶叶区域。而整合信息理论(IIT)因对意识的定义方式不同,其研究路径存在差异。它从第一人称的视角和体验出发,预计这种具结构性的整体体验会与大脑更靠后的区域相关联。因此定位问题至关重要。若思考各理论及其神经生物学实现机制,它们对定位问题会给出不同解答,也正是基于此,解码分析在本实验中成为关键预测依据。

要理解其动机,从以往文献的表述来看,一种理论可以非常、非常粗略地简化为“前”,另一种理论也可以非常、非常粗略地简化为“后”。

保罗:您刚才在解释解码分析的时候用了“相关性”这个词。如果能从数据集中解码出某些信息,那就意味着这些数据与这些信息之间存在某种相关性。对吧?

罗尼:在这个项目中,我们会更进一步,致力于追求最大可解码性,并探究信息的本质。我们不仅关注其关联性,更验证额外脑区介入能否提升大脑可解码性。比如,对整合信息论中来说,如果我们增加额叶区域,这会增加可解码性吗?还是说后部区域就足够了?如果我没理解错的话,这既涉及相关性,又特定指向其所定义的脑区。

保罗:好的。我只是想区分一下相关性和因果关系。解码涉及的是相关性而非因果关系。

罗尼:是。

亚历克斯:我想或许换个说法解释。基本上,如果你看到一张脸和一个物体时的主观体验有所不同,那么参与意识的大脑区域也必须有类似的区分。你可以从简单的单变量分析的角度来看这个问题,比如可以比较来自一个电极或任何其他东西在两种不同刺激类别下的激活情况。这种方法可验证该脑区是否表征与经验一致的信息?

你也可以从多变量的角度来看待这个问题,这正是解码分析的作用。这就好比不是只看一个电极,而是看多个电极的激活模式,从而明确证实脑区激活差异与经验差异同构。这是大脑区域参与意识的最低要求,这就是相关性。

罗尼:即便如此,在实验未操纵意识的背景下仍不足够,因为我们在这个实验中并未操控意识,所以如果发现了预期的模式,我认为意义也不大,因为如果发现了预期的模式,并不能真正说明它只存在于有意识的体验中。这种模式也可能在你没有意识到刺激的时候就存在。这是在看待这个实验中阳性结果时需要注意的一点。

保罗:我认为我们应当描述该实验任务。能否用足够简练的方式说明以便听众理解?当然,通过图像展示会更容易理解。我们先描述实验任务,接着再继续讨论首个预测及其对应的实验。

奥斯卡:我们采用了一个非常简单的任务,因为我们不想在首次实验中对意识进行干预。我们所做的只是在参与者正前方中央位置呈现不同的图像,这些图像清晰可见,这样他们始终能体验到这些图像。我们呈现了不同类别的图像,比如人脸、字母、物体、粗体字,这样我们就能将这些作为体验内容的信息加以利用。

我们还对每张图片的呈现时长进行了调整,以便测试体验时长的影响。有些图片呈现了半秒,有些呈现了一秒,还有些呈现了一秒半。

最后我们还对这些图片的相关性进行了调整。在展示一系列图片之前,我们先向参与者展示了两张目标图片,然后给他们展示一系列图片,让他们找出目标图片——只需在目标图片出现在眼前时做出反应。

有时目标可能是一张特定人脸,而给参与者呈现的却是非目标的人脸。此时,我们将该图片视为任务相关但非目标的图片,因其与目标同类别但非目标本身。而其他图像则属于不同类别,例如当受试者需识别人脸时,出现物品类图像,此类情形下这些刺激物即为任务无关项。这些即核心操控变量,三项主要操控变量。

保罗:这是一个非常简单的任务,能让你在完成任务时排除一些认知层面的干扰因素。而很多基于意识的任务会通过模糊刺激物来设置,比如让你区分一半是房子一半是人脸的图像,这类任务存在很多干扰因素,而你们想要排除这些干扰。这些图像非常简单,任务也很容易。我没看数据,但我敢肯定大家的表现都接近满分,大概99%左右。

罗尼:90%就算很好了。

保罗:大家都对这项任务满意,对吧?

奥斯卡:是。我们使用任务相关与任务无关的图像以排除响应行为的影响,因为在意识搜索领域,报告任务本身也是一个重要的话题。还有一个操作变量是这些图片的朝向,有些图片是以正面视角呈现的,有些则是以侧面视角呈现的。

当我们对视觉内容进行各种不同的处理时必须保持整体性,因为感知体验应当是完整的,包含我们所看到的一切不同元素,不能仅仅局限于类别,因为识别类别是一回事。体验还应当包含我们所看到的面部朝向的信息或者其相关性。

保罗:你们在论文中都以《蒙娜丽莎》为例,描述意识体验是:“哦,那是《蒙娜丽莎》。”同时,你们还注意到肤色、细微的表情变化以及背景。论文中提到,意识现象体验是多维度的。我们关于实验还有什么遗漏吗,还是现在就回预测上来?我们已经明确了实验任务,现在是在预测大脑前部和后部对某些特征的可解码性是有区别的。

亚历克斯:还有所有预测中非常重要的一点,正如罗尼之前所说,那就是因为我们不存在干扰因素。当你做一个意识实验,其中包含无意识和有意识的状态时,你其实并不能总是确定,无意识的状态是否真的就是无意识的,或者其中是否有时会夹杂着有意识的情况,反之亦然。

在我们的实验中,事情就简单多了。毫无疑问,参与者总是能体验到眼前的事物,因为它们实在太大了。不存在注意力的竞争,也没有其他干扰。这意味着,如果某个理论的预测失败了,他们很难再拿“实验对比不够清晰,也许他们没有体验到”这样的借口来搪塞。要说“也许他们没有注意到看到一张脸和看到一架飞机之间的区别”,这种说法根本站不住脚。

保罗:不过,在执行任务时你仍有可能走神,也许会错过某个刺激因素,甚至没有意识到它已经过去了。比如打个盹儿之类的。

亚历克斯:这是有可能的,但那样的话,你可能会预期他们的表现实际上会更低,达不到 95%,因为他们仍然需要对某些刺激做出反应,而且没有理由认为他们在必须作出反应的目标刺激上走神的程度更低。

这就是对那种批评的检验方法。本质上这适用于所有的预测。如果我们发现了这种情况,那其实并不能说明太多问题,因为我们不知道是否存在潜意识过程与有意识过程的相互交织。如果我们没有发现这种情况,那么这对该理论来说就是一个明确的挑战。

奥斯卡:这正是亚历克斯要做的对照实验。

亚历克斯:确实如此。我们还测试了被试事后是否记得我们呈现的刺激物?尤其是不同任务相关性条件下,记忆表现是否存在差异?简而言之,结果是基本上没有差异。他们的记忆并不完美,因为我们没有告知他们要进行这一测试。这是一次意外的记忆测试,事先没有告诉他们:“你们得记住这些,因为之后会有测试。”但他们表现得还算不错,这意味着他们中的大多数人都经历了这些,并且事后还能记得。不同任务相关性条件之间没有显著差异。

罗尼:结合行为数据与眼动追踪结果,我们发现被试始终准确注视刺激中心,他们在需要时能作出准确反应,这些证据共同表明其完全符合实验要求。回到神经解码的核心问题:我们能否在理论预定义的脑区中,解码奥斯卡提到的多维意识体验信息?我们能否解码其类别?能否解码方向?能否在被理论预先定义为相关的脑区解码这些信息单元?

这正是开展预实验的根本意义,而非"试下看看",事后再宣称"结果呢,我在额叶发现了有趣现象"的随意做法。我们必须严格限定:"你们预期在哪个具体脑区能发现这些解码信号?"这里的解码能力特指:区分面孔与物体、辨别不同朝向,且同时适用于任务相关与无关刺激,若发现两类刺激的解码差异,则表明该神经信号反映任务加工而非纯粹视觉感知,这将构成重大理论挑战。


预测1:解码意识内容结果。

保罗:总的来说,第一个实验预测的结果如何?

罗尼:总体而言,在刺激类别的解码方面,我们确实发现任务相关刺激之间存在双向可解码性。这一结果不仅存在于功能磁共振成像(fMRI)数据,在其他模态中也得到验证。这种跨模态一致性是本项目的重要发现。无论阳性还是阴性结果,只要在不同模态中保持一致,其科学可靠性就显著提升。即便这些神经信号可能只是反映无意识视觉加工而非意识知觉,其稳定性仍具重要价值。例如fMRI与颅内脑电记录的高度一致性就极具说服力。

不过需要纠正的是,朝向信息的解码结果更为复杂,特别是在全局神经元工作空间理论预测的脑区中,我们未能检测到预期的朝向解码信号。尽管朝向特征比类别更简单,但这一阴性结果不容忽视:如果意识体验包含全部信息维度,为何唯独缺少朝向表征?这仍需理论层面给出合理解释。

保罗:或许我就直说吧。我们之所以一直在谈论这一切有多复杂,是因为很多结果都是好坏参半。也就是对一种理论有一定证据支持,对另一种理论支持较少,随后便推进后续研究。接着另一个实验证据对两种理论都提供了支持,我们又推进了后续研究。再比如,另一个实验在一种方法中提供了大量支持证据,却在其他方法下支持证据很少。我只是编了一个例子,但科学就是这样运作的,然后我们就得去解读这一切意味着什么。

罗尼:抱歉,我会把它反过来,相比支持更加关注可以质疑某些理论的挑战。我会把所有提供支持的证据重新梳理一下,然后说:“看,我发现了这个证据可以质疑这个观点。”而且质疑也是理论需要解释的东西。支持的内容在我看来,作为读者并不感兴趣。

保罗:在波普尔的证伪主义中,质疑也更符合其观点。感谢您的指正。

奥斯卡:如果我们支持所有的理论,那我们就永远无法取得进展,因为这意味着所有的理论都是正确的。但事实上没有谁是永远正确的。在这种情况下,我们就必须对它们提出质疑。

保罗:就不同的理论、解码预测而言,不作解释层面修饰的情况下,最终结果面临的挑战是什么?哪一个面临的挑战更大?

罗尼:就内容而言,我认为两者都未受到挑战。在方向解码方面,我认为GNW在这一预测上面临的挑战更大。

保罗:总的来说?预测1并未完全证伪这两种理论?

罗尼:是的,正确。


第二个预测:

意识体验如何随时间维持?

保罗:亚历克斯之前在任务中提到过不同的时长,那么可以谈谈接下来的一个预测吗。

亚历克斯:我可能有点偏袒,但这是我最喜欢的预测,因为这可能是我花精力最多的一个。实际上,回到你刚才说的内容,这可能是你唯一能获得的简明答案。我认为这一项同样会是简明答案,其来源也极为直接。归根结底,尽管涉及的理论较为复杂,但这些预测本身并不难理解。它针对三种不同时长呈现三种不同的刺激。

你看着屏幕,先是看到一张呈现500毫秒的脸,另一张面孔呈现1.5秒。你会认为这在对比体验上会有差异。不管你怎么表述,你可能会认为这与时间感知有关,但我认为不一定非要这么讲。在屏幕上停留1.5秒的脸和空白屏幕相比,确实会让你的体验有所不同。这是需要理论在一定程度上提供解释的现象。

IIT做出了一个非常简单的预测。若某相位刺激以特定时长呈现,我们将在此持续时间内获得对该刺激的稳定体验。因此我们预期,在他们认为与对比加工相关的脑区会出现持续激活、持续内容表征或持续解码活动。

GNW会稍微复杂一些,在刺激出现初期,他们预期激活水平会升高,但随后将恢复至基线;而在刺激结束时,会出现标志终止的再激活过程。即存在标记开始的事件;也存在标记结束的事件。关键在于,这两个事件均具有内容特异性——它们表征了屏幕内容的变化差异(例如出现什么或消失什么),最终在二者之间建立关联。

保罗:第一个波动信号即全局神经元工作空间的激活过程。或许可对此稍作说明:你曾提到该激活事件不仅是单纯激活,理论上其具有某种程度的刺激内容特异性。

亚历克斯:没错,简而言之,根据GNW理论,意识产生的机制在于:特定信息内容从低级感觉区域逐步传递至前额叶皮质或顶叶皮质。存在若干因素决定该信息是否触发意识体验。如果它变得有意识,那么在额叶和顶叶皮层就会发生非线性的激活现象。

这本质上是神经激活强度的骤增,使得信息得以传输至多种认知过程,进而实现不同认知功能。激活过程对于使被体验的信息可供多个认知过程使用具有必要性。该特定信息可供认知过程使用的特性根据GNW理论即构成意识。

保罗:它应该有一种与激活事件稍有不同的“表现形式”,这种表现形式基于不同的内容,这样在激活时就能表明内容是什么?

亚历克斯:没错,就是这样。激活,如果我没理解错的话,从技术层面来讲,可以将其表述为对内容的放大,使其变得有意识。

而且它必须是针对特定内容的,因为如果不是这样,那里就没有关于你眼前所见事物的信息,那么你所体验到的就只是和时间有关的信号,而这并非体验的真实情况。

保罗:我只是想尽可能清晰地说明这一点。IIT认为,“在较长的一段时间内,后部皮质应该被激活并保持激活状态。”而GNW则认为,“在额叶皮质中,应该有一个激活事件来放大信号,然后信号回到基线水平。在结束时,会有另一个激活事件,这标志着结束并进入下一个意识体验。“

亚历克斯:我认为那个预测中稍显令人困惑的部分在于刺激结束的时间点。就像这个触发点,它总是标志着两件事。它既标志着刚刚结束的事物,也标志着现在开始的事物。在刺激开始时的触发点表明,在一片空白之后出现了新的刺激,即当前空白屏后将呈现面孔。而刺激预测的终止标记之后则当前为空白屏,且该空白屏紧接在刚呈现的面孔之后。

这是一种时间锚点。本质上我认为它遵循的是丹尼尔·丹尼特(Daniel Dennett)在《时间与观察者》(Time and the Observer)一文中的观点。即你不必总是表示事物存在的时间以及关于它们的任何时间信息。你只需要发送带有时间标签的信息,这样你就可以根据这些时间标签重新构建所发生的不同事件的时间顺序。

保罗:我想说这不像我从一种意识内容体验跳到另一种时候的体验。一种结束了,另一种开始了。然后又结束,又开始。这听起来这种动态变化可能不是由激活引发的,而是来自其他地方的持续活动。

亚历克斯:是。我觉得这一点还有些争议。每次我跟不同的人谈论这个话题时,我都会发现每个人对此的理解都有些细微的差别,但就我个人的理解而言,我认为斯坦会说,这是一个反向重建的过程。在偏移处有触发点。如果你回想刚刚经历的事情,你会觉得当时有持续的体验,但实际上在它出现的那一刻并没有持续的体验。这是其中一种解释。另一种解释是“活动沉默”的概念,我觉得事实可能介于两者之间。也就是说,在基线期,信息仍以一种活动沉默的状态存在。我认为这主要是通过突触增强来编码的,尤其是在后期,信息是以突触的方式保存下来的。

保罗:沉默的突触?

亚历克斯:没错,就是这样。这就是两种解读。我觉得可能只是我误解了,因为斯坦的解读非常精准。

保罗:比如说,”激活”本身并非你意识的内容。它只是表明你的意识中会出现某种特定的内容,或者说是?

亚历克斯:不,它应该就是意识的内容。

保罗:所以它们是等同的。激活就是内容。

亚历克斯:是的,信息随后被广播,通过神经激活机制得到增强的信息被各处理器访问时,即形成意识体验。需要重申的是,这种"逆向重建"机制可能反直觉,与我们的主观体验不符。根据全局神经元工作空间理论(GNW)及广义的"幻觉论"(illusionist)观点,我们认为意识更像是一种幻觉。关键在于,你无法察觉这一点,当你在逆向重建过程中审视当下体验时,总会产生拥有稳定持续体验的错觉。

罗尼:你甚至无需采取如此极端的立场,比如期望大脑中发生的神经激活、信息处理模式与体验完全吻合。我觉得那是另一个层面的讨论了。需强调的是,即使存在瞬时激活以及相应的起始与结束,这种现象本身并不能等同于拥有该体验的实际感受。

保罗:这不就是这种情况中“内容”的意思吗?如果”激活”装置就是内容,那岂不是意味着它就等同于其本身的样子?

罗尼:所谓"激活"指的是指特定内容在全脑范围内的广播过程。如亚历克斯所言,对其维持机制存在多种解释可能,无论是静默维持还是持续激活。但归根结底,理论提出方需自行解释这种神经活动如何产生主观体验的连续性。

保罗:这正是全局神经元工作空间理论(GNW)与整合信息理论(IIT)的核心差异:IIT从现象学特质出发,通过公理体系演绎理论;而GNW仅声明"这些脑活动与意识相关",其对于主观体验的解释属于后续推导环节。

罗尼:简言之确实如此。但任何声称具有神经生物学基础的意识理论,都必须解释以下三重关联:主观体验,神经生物学机制,及二者间的对应关系。这种对应不必如我预期的"体验持续则脑激活持续"般一一对应。这是一种可能的解释路径。另一种方式可能更节省计算资源,若我在两次神经冲动爆发之间处于静默状态,也可能存在合理性,前提是相关表征仍存在于沉默突触中等等。这并不必然意味着我当时未意识性地体验刺激,此观点仅属个人表述。

亚历克斯:补充说明:全局神经元工作空间理论并非完全否定前额叶皮层在刺激呈现期间的持续激活。实际上,该理论实际指出,若我们通过主观意识努力维持该信息,就会出现持续激活及内容表征。例如,若要求受试者"在刺激存在期间高度精确地注意刺激本身或尝试关注其持续时间"等,本质上任何迫使全程关注刺激的情境,都将引发该皮层的预期持续激活。若无此要求,我们仅编码刺激起始与终止时刻,在间隙时段进行重建,最终通过回溯持续性体验构建事件经过。我认为这即是该理论的核心主张。

罗尼:为完整起见需要补充:无论是全局神经元工作空间理论还是整合信息理论,乃至其他意识理论,在机制层面都假设意识是离散而非连续的。所谓连续性体验本身并非意识内容,事实上整合信息理论同样以底层离散性为基础,只是层级不同。这两种理论都认为意识以离散方式产生,区别仅在于具体实现路径。

保罗:明白了。好的,我们设计了不同时长的刺激呈现,接下来将基于两种理论的预测来检验时长效应。

亚历克斯:确实如此。我们在所有三种模态中都进行了验证。我主要负责颅内电极数据分析。总体发现是:后部皮层存在持续的激活和内容表征。我们采用表征相似性分析法(RSA,一种类解码方法),能准确区分1.5秒和0.5秒的刺激呈现时长。换言之,整合信息理论(IIT)关于后部皮层的预测完全成立。而前额叶皮层(PFC)的表现却不符合全局神经元工作空间理论(GNW)的预期,它对刺激时长完全不敏感。这一预测失败对GNW理论堪称重大打击。


预测2:意识内容维持结果。

保罗:为什么前额叶需要编码刺激时长?

亚历克斯:关键在于刺激时长是否影响意识体验。我们发表在Nature期刊的实验基于一个基本假设:三种不同呈现时长(0.5秒/1秒/1.5秒)会对应产生三种不同的主观体验时长。也就是说,意识体验必然以某种方式与刺激持续时间相关联。这是最低限度的前提:体验500毫秒与1500毫秒的刺激必然存在差异。

如果这个前提成立,那么全局神经元工作空间理论(GNW)无法反映意识体验的时长特性的现象就意味着,要么理论本身存在缺陷,要么我们的初始假设有误。

保罗:若假设正确,那么GNW理论将面临重大挑战。

亚历克斯:正是。需要更深层解释的是:当刺激突然消失(视觉输入发生剧变)时,根据GNW的"激活"机制,这种变化本应触发意识体验,但实验未检测到消失时刻的神经”激活”信号。这意味着,若坚持GNW核心原则,就必须承认被试根本未意识到刺激消失这种显著变化。这在理论层面将导致严重矛盾。

保罗:两项预测已有结果。在讨论第三项前还有补充吗?

亚历克斯:我再补充一点。其实论文讨论部分已指出:被试或许真的没有感知到刺激消失的这种反直觉结论可能确实成立。考虑到实验设计会重复数百次相同任务,被试很可能在习得任务结构后,仅需在刺激初现时投入注意,随后即可"抽离"转向内部思维。这本质上呼应了你最初的说法,即人有时会产生认知脱节。

根据某项任务的结构设计,任务中刺激会被重复呈现好几次,那么参与者就可能会在某个时刻意识到只需在首次出现时关注该刺激即可。谁说完成该任务后不能立即抽离注意力,转而向内集中思考其他事物,对吧?

保罗:换言之,即使视觉输入变化,若未获得注意资源,也无法触发前额叶的"激活"。

亚历克斯:正是。

罗尼:这意味着GNW理论必须重新解释"如何产生不同时长的体验"。为何注视亚历克斯20秒与0.5秒存在主观差异?

亚历克斯:我们正在开展的后续研究恰好针对此问题。简言之:若需关注时长差异,前额叶-顶叶网络(Frontal Parietal Complex)会体现相应激活;若无需关注,则神经表征与主观体验无关。

罗尼:但作为完备的理论,GNW仍需明确解释这种机制。

亚历克斯:确实如此。

罗尼:GNW理论仍需对此作出合理解释。

奥斯卡:这里存在一个我们未写入论文的复杂问题。实验结束后我们通过问卷向被试询问他们是否注意到刺激时长的差异。根据我测试的参与者反馈,大部分回答“是”,但这又意味着什么?他们是当时实际体验到,还是事后才回忆到?此处似乎存在某种机制,但正如Alex所言,这需要进一步研究。

保罗:若被试回答"未注意到",会有什么理论上的影响?

奥斯卡:简言之,若被试否认察觉时长变化,则前额叶皮层(PFC)缺乏时长信息编码、刺激消失时无"激活"信号的现象。这反而能与GNW理论自洽。因为时长信息本就不属于其体验内容。

保罗:多数人应该能注意到,毕竟时长差异相当明显。

奥斯卡:1秒的偏移量其实不易察觉。

保罗:或许吧,尤其在扫描仪里待久了难免疲劳。好了奥斯卡,谈谈脑区间通讯分析吧。听说你们讨论这个预测时"汗毛倒竖"。请概述两种不同理论的预测内容、选择验证这些预测的原因、具体验证对象以及最终结果。


第三个预测:

信息如何传递到对应脑区?

奥斯卡:如果我们回想罗尼提到的两种理论对意识神经相关脑区的定位,那么引出的另一个预测就是:信息如何传递到这些脑区?比如说我们看到一张脸。已知大脑存在诸如梭状回面孔区这类专门处理面孔的特异性脑区。当我们识别面孔时,这个区域会产生活动。此刻我们因梭状回面孔区传递信号而意识到所见是人脸,但此信息如何抵达意识神经关联区域?对于全局神经元工作空间理论,信息如何传递到前额叶皮层?对于整合信息理论,信息如何传递到后部保持区?该预测的核心假设在于神经信号最终必然能传递至目标脑区。

这与亚历克斯所说的时长问题也有关联,因为如果信息从梭状回面孔区传递到前额叶皮层,并与"激活"过程相关,那么信息应该在200至500毫秒的极短时间内窗内抵达前额叶皮层。而对于IIT来说,由于时长与持续活动相关,脑区间的连接也应该是持续性的。

保罗:它还是应该快速到达那里,只不过需要保持持续,对吧?

奥斯卡:是的。对IIT来说应该保持持续,因为IIT理论中存在后部相互连接脑区网络,这些区域相互影响,它们的活动相互关联,这种连接应该持续到体验结束。当意识体验消失时,此类连接模式也应随之消失。

保罗:好的。这些预测相当简单直接,那你们是如何测试这个的?

奥斯卡:这正是我们研究面临的核心问题。我负责该预测中脑磁图(MEG)数据分析部分,我们采用多种分析方法试图验证此类连接性。过程中我们遭遇了多重技术挑战。首要挑战在于缺乏连接性分析的教科书案例,正如先前所述,我们通常尝试设置对照分析,但始终未能找到验证不同脑区连接性的可靠方法。

保罗:你指的是像白质轴突连接这种结构连接,还是功能连接?

奥斯卡:此处特指任务依赖的功能连接性。这种连接性取决于当前任务及呈现刺激例如相位或物体。若呈现的是物体,按GNW理论,梭状回面孔区与前额叶皮层之间不应形成功能连接。

这些理论在连接性方面提供了一些初步的指导方向,具体包括存在伽马频段活动,该活动与神经元放电(spiking)密切相关并通过相干性测量,此测量方法需考量放电与振荡发生的相位。我们采用此方法即相位基础连接性(Phase-Based Connectivity)验证预测。

保罗:请容我稍作打断并明确说明。你提到的伽马波段属于振荡活动。我们无需讨论这些振荡是因果性的还是副现象。这种振荡活动本质上是多种神经元活动的集合表现。振荡可呈现不同频率,而伽马波段覆盖较宽的高频范围,但正如奥斯卡所说,它确实与神经元放电相关。

因此你们聚焦于伽马活动,继而考察不同脑区的相位锁定。"相位"指的是振荡波形所处的具体位置(如波峰或波谷),以及两个脑区是否同步(同处波峰)或不同步(一个波峰一个波谷)。这些都是高度简化的分析方式,我只是试图提供清晰的概念框架。

奥斯卡:谢谢你的解释,保罗。我们尝试使用这种方法是因为预测最初就是基于此做出的。问题是我们无论是在MEG还是EEG中均未能发现任何连接迹象。于是转而使用虽不常见但同样有效的替代方法,即基于神经振荡能量分析,不再考察相位同步,而是监测相连脑区在伽马波段能量的共变关系,例如一个区域伽马活动增强时,另一区域是否同步增强。我们采用互信息等指标量化这种节点间通讯。

在这种情况下,我们未能找到支持IIT的有力证据,特别是早期视觉皮层与如面孔/物体专化区之类的特定刺激类别加工区之间的连接证据。不过,在颅内脑电中发现了一些迹象,我们也用类似方法通过fMRI的BOLD信号研究了脑区间连接,发现了一些支持视觉专化区与前额叶皮层连接的证据。

所以,关于连接性的核心结论是我们未能找到支持IIT的证据,因此IIT的预测受到质疑;虽然发现了一些支持GNW的证据,但也并未达到最初基于相位连接分析的预期强度。就连接性而言,两种理论都受到挑战,更广泛地说,我们的项目对当前功能连接的研究方法也提出了挑战。


预测3:信息如何传递到这些脑区?

保罗:也许这个项目的一个重要好处是,你们实际上已经确定了其中一种数据分析方法变得更可靠,而另一种则相对不那么可靠。我不确定我这样描述合适吗?

奥斯卡:是的,完全正确。即便用最成熟的方法,我们也没能发现任何连接证据,这一现象促使我们尝试将研究拓展至神经科学其他领域,因需确认此现象是否为普遍性问题。尽管我们测试的是意识理论,但该问题实际关联所有理论模型。认知科学领域普遍存在此现象。

保罗:对。这就像一种新的分析方法,现在可以回过头去审视几十年的文献说:"也许你们只是没用对指标。"这可能会挑战大量现有研究。

奥斯卡:我们项目的优势还在于全面公开所有研究成果,共享代码、数据及全部资料。去去年我们与Cogitate项目的Ole Jensen等学者合作,在聚焦脑磁图(MEG)技术的BIOMAG生物磁学会议上组织数据挑战赛。我们邀请学界同仁:“请用我们提供的数据证伪我们的结论,请证明其中存在某种连接性"。我们仍在探索如何为神经科学领域,特别是功能连接研究,提供更多帮助,比如通过这类开放性挑战。

保罗:有多少团队接受了挑战?

奥斯卡:最终只有五个团队完成。我们设置的条件非常苛刻,要求他们在五个月内完成我们五年的工作量。这确实很有挑战性。但待论文发表后,我们将公开全部数据,届时研究者将有充足时间在MEG、fMRI和颅内EEG数据中寻找连接证据。

保罗:我们已经梳理了各项预测及结果,我知道你们不能下定论,但在继续讨论各位获得的经验前,我依然想听听你们用自己的语言从宏观层面说说对结果的解读,包括各理论面临的挑战及这些挑战的平衡关系等。各位打算怎么描述这些结论?


总结回顾

罗尼:你用了"挑战"这个词很贴切。正如奥斯卡最初所言,这一项目虽庞大但必须推进,我们还有后续实验。就本实验的学术价值而言,我认为最具分量的是这些"证伪性结果"。或许因我本性悲观,但负面发现恰恰最引人深思。

如你所说,每项预测都有瑕疵。神经活动的定向传导、持续机制及脑区同步性仍存在未解难题。但整体看仍是突破:两种理论都需要完善,以解释大脑如何产生视觉意识。这就是我的结论。

保罗:但愿您别这么悲观...不过这个结论确实精彩。开个玩笑。不过我突然意识到一个问题:理论支持者可能会接受这些挑战,但随后就开始为证伪结果寻找开脱理由,从而改变评判标准。我们这项工作的部分意义正是要确立固定标准。理论上说,你确实可以灵活调整立场,就像过去那样——做个实验寻找支持性证据,然后修正理论。但这种操作空间在此仍存在,确实令人担忧。

罗尼:根据证据调整理论本身没有问题。关键在于区分合理修正与偷换概念。我认为学界积极接纳这些证据,视作理论修正依据是重大进步。问题始于拒绝接受结果,转而寻找替代解释。若以建设性态度看待负面结果,真正需求是调整理论、正视问题,而非逃避结果解读,声称“未发现预期现象”却不解释原因。

亚历克斯:我完全赞同罗尼的观点。最初启动项目时,我曾天真地认为:只要实验推翻某个理论,任务就算完成,然后继续验证直到只剩一个理论。现在回想,这想法完全错误。还需改进之处。悲观者可能因理论预测错误就全盘否定它,主张彻底重建新理论。但我认为这种思路不可取。科学是不断试错的过程,理论需要持续完善。我们发现的许多问题看似理所当然,比如屏幕上呈现1.5秒刺激时,受试者理应产生对应时长的体验;视觉刺激必然引发初级与高级视觉区的信息传递。然而实际操作证明:事情远比表象复杂。这种认知落差既揭示改进空间,也意味着新发现机遇,最终推动领域建立更精准的理论体系。


保罗:我正想问:这是否说明两种理论——也可能是所有意识理论,毕竟大脑如此复杂,意识与脑的关联又是古老难题——其理论预测都存在界定不足的问题?

亚历克斯:确实可以这么说。不过理论提出方应该也认同这点。比如GNW主要倡导者斯坦尼斯拉斯·迪昂(Stanislas Dehaene)始终强调"理论仍在发展中",绝非完成态。我们持续在扩展和完善它,IIT也是如此——他们2023年刚发布IIT 4.0论文对吧?

奥斯卡:是的,他们仍在完善。

亚历克斯:这是科学逐步积累过程中的必经环节。我认为现阶段淘汰理论的目标为时过早,至少在特定案例中如此。但这不意味着应放弃评判两种理论的研究项目,因为相比让理论各自固守其偏爱的特定实验条件长期停滞不前,此类工作能高效推动进展。

保罗:我提出这个问题,是因为整合信息理论(IIT)一直存在争议。有科学家团体称其为伪科学等等。

但两种理论都存在界定不足的事实,让我开始思考科学哲学问题:怎样的框架才算真正的理论?因为理论预测的具体程度存在很大差异。本案中两种理论都因界定不足而未能通过所有证伪检验。所以我推测现阶段所有意识理论可能都存在界定不足,毕竟它们都处于发展之中。不知你们是否想对此评论?

奥斯卡:请允许我回应。我同意您的观点,但也不应过于苛责理论派。新问题总会不断涌现。理论的价值就在于尝试解答这些新问题。作为项目参与者,我认为迪昂和朱利奥(Giulio Tononi)都非常勇敢,因为他们主动让理论接受检验。这个项目促使他们直面新问题,完成前所未有的探索。

保罗:这两种理论的主要提出者分别是斯坦尼斯拉斯·德阿纳(Stanislas Dehaene)和朱利奥·托诺尼(Giulio Tononi)。

奥斯卡:挑战自己和毕生研究的理论需要勇气。他们都是顶尖科学家,本可固守原有研究,却自愿加入项目接受检验。验证理论及其预测意义重大,更彰显对科学的信任。正如项目三位首席研究员之一的露西亚·梅洛尼(Lucia Melloni)常言:她从卡尼曼处学到,即便开展学术交锋式合作,人们也罕有动摇原有立场。

保罗:啊,确实。

奥斯卡:本项目目标并非改变迪昂或朱利奥的观点,实际上要做到这点单靠一个项目远远不够。但我们提出了关键问题,相信会有许多博士生以我们的研究为起点开展新项目。这正是我们对Cogitate项目的期待。

罗尼:正如奥斯卡所说,我们不该过于严苛,但就科学哲学和领域现状而言,我认为我们还不够严格。我同意您关于所有理论都存在界定不足的判断。这种不足体现在,如果我们审视它们对脑神经生物机制的预期,不仅是GNW和IIT,现有所有意识理论都面临同样困境。

从Cogitate项目的视角和亚历克斯提到的迭代过程来看,我们现在有资格指出:在Cogitate之前,无论是在文献、会议还是项目申请中,学界长期以来的讨论方式存在问题。GNW、IIT及其他理论尽管存在严重界定不足,却从未坦诚承认这点。比如谈到GNW时,人们会不假思索地说"当然是额顶网络",而忽视其具体程度的问题。

这个项目揭示了所有理论都面临的尴尬处境:"我们确实存在界定不足,需要改进。"但要真正检验所谓理论,问题不止于此。即便你的假设能更具体地转化为脑部预测,这些预测与理论核心的初始主张可能相距甚远。这时应该要问:通过证伪这些结果,真的能证伪理论本身吗?科学哲学家尼科洛·内格罗(Niccolò Negro)专门论述过这种理论核心与最终脑部预测之间的脱节。

就此而言,IIT、GNW和其他理论确实处境相同:无论你从现象学还是认知神经科学出发,最终关于脑区间通讯的预测都与理论起点相去甚远——这对所有理论都成立。

保罗:确实如此。当我试图在脑海中整合这些概念时,对全局神经元工作空间理论(GNW)只能形成非常抽象的符号化想象。因为我们使用"激活/点火"(ignition)"放大"(amplification)这类术语。这显得很不科学:想着"好吧,它会在前额叶激活然后……"这种抽象概念最终必须转化为可测量的指标,就像你刚才说的。

亚历克斯:我或许要补充一点——不知是否会引起争议——说它们存在界定不足完全正确,最直接的证据就是:如果理论足够明确,我们根本不需要开展这种需要理论提出方亲自参与的对抗性合作。若存在完全明确的GNW理论模型,加上现有的优秀脑动力学模型等,我们完全可以通过已有文献中的两个竞争性GNW模型直接做实验对比,根本不需要原作者参与项目。

但当需要理论提出方参与,就说明其界定不足。不过话说回来,理论当前的界定不足与其正确性无关。现在不完善不代表未来经过充分界定后不会被证实正确。因此即使理论存在不足,比较研究仍然极具价值。

保罗:这完全不同于预测"光线会在恒星周围弯曲"然后设计测量方法。虽然相对论验证也很困难,但意识理论的验证显然复杂得多。要从"激活""放大"或"整合信息"这些模糊概念出发,即便直觉上觉得合理,但要具体落实测量指标实在太难了。

亚历克斯:确实如此。我想这就是领域的研究范式。因为反过来想,我们有什么替代方案?或许只能自下而上地从数据入手。也就是说,理论永远不会自行完善,除非你将其与实验数据紧密结合来构建。这正是理论发展过程的一部分:先提出主张,再通过数据验证,逐步完善。若放弃这种方式,我不确定我们还能如何推进理论。目前我们只能继续这项工作。事实证明这是富有成效的,正如罗尼和奥斯卡所说,我们确实获得了新发现,并衍生出许多后续研究。从科学角度看,这就是进步。


未来计划

保罗:接下来有什么计划?

奥斯卡:我们有几个方向:首先是Cogitate的第二项实验。我们会使用由游戏开发者和罗尼共同开发的视频游戏。通过游戏设置,我们可以操控被试对刺激的觉知状态。目前正在分析数据,如果进展顺利会有新发现。

保罗:你们现在是处于初期小样本阶段,正在确定分析方法以便预注册吗?

奥斯卡:现在已进入更后期阶段,正在撰写论文手稿了。

保罗:哦好的。

奥斯卡:虽然进度比预期慢,但还算顺利。

保罗:明白了。刚开始写手稿的话,大概六年后能再邀请你们来节目?

罗尼:没错。

奥斯卡:这就是科研的常态。不过最让我期待的是数据公开。在论文发表后,我们将公开所有数据:脑磁图、颅内电极、功能磁共振成像以及行为数据。我们会配套发布详尽的说明文档和维基指南,确保数据可复用性。

保罗:我一直好奇这类数据公开的实际效果。虽然工作忙到爆,但我确实对这些数据感兴趣,只是抽不出时间分析。什么样的人会真正投入这项工作呢?

奥斯卡:试想收集这些数据所需的时间成本,直接使用现成数据显然更高效。何况我们的被试样本量非常庞大。

保罗:那我能否申请专项基金?就以分析这批数据为目标。

奥斯卡:当然可以,没理由拒绝。

保罗:这样能为研究者节省时间。

罗尼:项目组已投入大量精力确保数据易用性。这是项独立的重要工作。如奥斯卡所说,我们不仅提供详细文档,还采用特定存储格式保证通用性。同时公开所有代码和处理流程,使他人能完全复现我们的预处理步骤。目标不仅是简单公开数据,更要最大限度降低使用门槛。

保罗:你们做了系统的架构设计。

奥斯卡:我们共享项目所有代码,方便他人复现分析流程。从项目启动时就秉持这一原则,所有工作都预想着最终全面公开,并为此投入了大量时间。

亚历克斯:这个独特数据集具有广泛价值。比如研究fMRI与MEG/iEEG信号关联等纯技术问题,或机器学习社区需要的分类器基准测试。已有研究者联系我们,论文构思就等数据公开了。

奥斯卡:有趣的是,我们验证的部分预测也适用于其他意识理论。有人质疑为何只测试这两种理论,但时间有限且。

保罗:时间有限,而且其他理论因实验适配性问题早期已退出。

罗尼:正是。预先承诺预测与事后分析有本质区别。后者虽有用但严谨性不足。

保罗:我要提一个简短的问题。在整合信息理论(IIT)等争议性领域工作有何感受?预注册机制能否隔绝外界压力?

亚历克斯:压力主要来自项目规模。作为庞大机器中的齿轮,失误会影响众多优秀同事。至于理论争议?我的标准回答是:"我只是检验预测,无需辩护。"这让我保持清醒。

罗尼:争议本就是项目...

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