PNAS：身体自我感知过程中的觉知、整合与证据积累

导语

当你打开这篇文章，用手指滑动屏幕时，是谁的手在操作？你肯定毫不犹豫的回答：“这当然是我自己的手！”然而，意识科学与认知神经科学长期讨论的核心问题之一正是：当我们说“这是我的手”时，这种确信究竟源自何处？是纯粹的感官拼贴，还是一个必须到达阈值才会显现的有意识事件？Lanfranco 等人在 PNAS 上发表的这项研究以橡胶手错觉为实验载体，将这一古老问题转化为可操作的心理物理问题：他们尝试拆解那些既影响“感官整合”又影响“有意识觉知报告”的因素，检验有意识觉知是否与身体所有权的客观辨别同频共振，还是两者存在明显的时间或效能分离。研究发现有意识觉知报告与客观的身体所有权整合高度一致，且在不同的多感觉整合强度与证据累积条件下都保持稳健。

关键词：身体所有权（Body ownership），有意识觉知（Conscious awareness），多感觉整合（Multisensory integration），信号检测理论（Signal detection theory, SDT），元认知（Metacognition），漂移-扩散模型（Drift-diffusion model, DDM），橡胶手错觉（Rubber hand illusion, RHI）

mobility丨作者

赵思怡丨审校

论文题目：Conscious awareness, sensory integration, and evidence accumulation in bodily self-perception 论文来源：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2503629122

意识科学常把“看见”“听见”当作典型研究对象：刺激可以在无意识中被处理一部分，只有当信号足够强、或注意力把它“放大”，信息才进入可报告的主观体验。全局神经工作空间理论（global neuronal workspace theory, GNWT）甚至为此给出一套经典叙述：刺激跨过阈值后发生“点火”（ignition），信息被“广播”（broadcasting）到广泛网络，于是我们“意识到”它。

但身体自我（bodily self）可能是另一类东西。你并不会像“偶尔看到一只鸟”那样“偶尔拥有身体”。相反，正如 William James 描写的那样，身体在意识中是一种持续背景——“the feeling of the same old body always there”。大量研究表明，身体所有权源于来自不同感觉通道（视觉、触觉、本体感觉等）的信号被整合为一个连贯的多感觉表征（multisensory percept）。但这种“属于我”的感觉究竟是在无意识中先被计算出来，再被递交给意识，还是从一开始就在有意识层面被构建与维持？为回答这一关键问题，Lanfranco 等人试图用心理物理学与计算建模，把“身体所有权进入意识的程度”做成可量化、可检验的指标。

实验设计：区分客观与主观

在经典的橡胶手错觉（Rubber hand illusion, RHI）实验中，被试通常被询问“你多大程度上觉得那只假手是你的？”，但这很难把“客观可辨别信息”与“知觉觉知报告”拆开。在本文中，作者将 RHI 变成一个二选一强迫选择（two-alternative forced choice, 2AFC）的辨别任务，并在每个试次紧接着收集有意识觉知报告。三只机械臂分别负责给真实手和两只橡胶手施加敲击刺激，其中一只橡胶手与真实手始终同步，另一只橡胶手与真实手存在随机的毫秒级延迟，延迟水平在 18、31、52、88、150 ms 之间变化（图1A）。其中，每个试次持续 12 秒，共 6 次敲击。

在每一个试次结束后，被试需要先回答客观问题：两只橡胶手里“哪一只更像我的手”（2AFC），然后用三档知觉觉知量表（Perceptual Awareness Scale, PAS）评价自己对“所选那只手的所有权体验”有多清楚：1=unclear，2=vague，3=clear。这样就得到了“能不能区分”（一阶表现）和“是否清楚意识到”（二阶觉知）随刺激强度变化的曲线，然后就可以进一步判断“是否存在客观辨别领先于知觉觉知”的分离。

图1｜(A) 实验装置，两台机械臂对放置于上层平台的两只橡胶手施加触觉刺激，另有一台机械臂对位于该平台下方、更低位置的被试真实手部施加触觉刺激；(B) 试次流程示意图。任务结束后，被试需多次活动手指以打破错觉、减少遗留效应，并在剩余休息时间内放松手指。

实验分析

客观辨别与知觉觉知的同步性

研究者用信号检测理论（signal detection theory, SDT）把被试“选得对不对、稳定不稳定”转成身体所有权敏感度d'（body ownership sensitivity）(图2A) ，并用元认知计算建模（metacognitive computational modeling）将“我觉得清楚这件事，是否系统性对应于我在一阶任务里确实掌握了信息”转换为知觉觉知敏感度（perceptual awareness sensitivity）meta-d'（图2D）。可以看到，知觉感知敏感度与身体所有权敏感度的变化是非常同步的：在延迟时间为18 ms 时d'和meta-d'还没能稳定高于随机，但到了 31 ms，d'和meta-d'就显著上升，并且延迟越大越容易分（图2A&B）。这意味着身体所有权的客观辨别与主观觉知是同步的，且不同视觉 - 触觉异步条件下的实验结论具有极强稳健性，不受先验分布设定影响。

图2｜不同时间延迟下身体所有权客观辨别与知觉觉知相关性分析。(A&D) 单样本 t 检验（检验值为 0）结果：在视觉 - 触觉异步程度为 31、52、88 和 150 毫秒时，身体所有权敏感性 d'值与知觉觉知敏感性meta-d'显著大于 0；而在 18 毫秒时无显著差异。同时进行单侧贝叶斯单样本 t 检验（检验值为 0）；(B&E) 先验分布与后验分布：贝叶斯因子在不同异步程度下为不同假设提供了不同强度的证据支持；(C&F) 稳健性评估的序贯分析：18 ms 的视觉-触觉异步条件下，无论是身体所有权敏感性还是知觉觉知敏感度，支持零假设（即无显著的身体所有权与知觉意识）的证据在不同先验分布中均保持稳定，贝叶斯因子波动幅度极小，表明该条件下无显著效应的结论可靠且不依赖初始统计假设的设定；而 31、52、88 和 150 ms 的异步条件下，支持备择假设（即存在显著的身体所有权与知觉意识）的证据均表现出极强的稳定性，各条件下贝叶斯因子均处于对应高值区间且波动微弱。注：被试在实验里真的是在体验“这只手属于我”（ownership），还是只是判断“哪只手更同步”（simultaneity）？研究者把两只橡胶手旋转 90° 变成解剖学不合理姿势，让橡胶手错觉“失效”：如果被试还照样答得很好，那就说明他们根本没在做所有权判断。结果恰恰相反，旋转后被试的表现几乎掉回随机这说明被试不是在比同步，而是在认真分辨“哪只更像我的手”。

知觉觉知效率的稳定性

进一步地，有没有可能在延迟时间较小时（例如18ms），客观信息大多在“无意识层面”发挥作用，只有少量进入意识；随着条件变容易，进入意识的比例才上升？作者进一步用知觉觉知效率（perceptual awareness efficiency）M-ratio进行了检验，也就是二阶敏感度相对一阶敏感度的比例。结果显示，从 31 ms 到 150 ms，M-ratio 并没有随不同步大小系统性变化（图3G&H）。也就是说，多感觉证据确实越来越强，但意识对这类信息的“访问比例”并没有只在容易条件下才提升，而是保持稳定。因此，作者认为身体所有权相关的客观信息能够持续地被觉知到，甚至相较于其他多感官整合信息具有优先性（prioritized access）。

图3｜基于贝叶斯分层模型评估知觉觉知效率。(G) 不同视觉 - 触觉异步程度下 M 值比的差异估计（含 95% 最高密度区间，HDI），每个直方图代表所有条件下 M 值比的后验密度分布，结果显示各条件后验分布（对数单位）无差异；(H) 视觉 - 触觉刺激异步条件间后验分布的成对比较结果，不同异步程度下的知觉意识效率无显著差异。注：这种“意识对信息的稳定读取”会不会只是视觉-触觉整合（multisensory integration）的通性呢？研究者干脆把“手”换成木块，任务改成同步判断：客观上被试应该照样能分得很准，但知觉觉知效率却没有出现身体所有权任务那种稳定、偏高的匹配——因此身体自主权是不是一般的同步线索。

从静态到动态：

如果橡胶手错觉不是“一瞬间点亮”，而是随着一次次视觉–触觉配对逐步累积证据才“长出来”，那么知觉觉知会不会在早期落后于客观辨别、等错觉变强后才追上？作者把每个试次的敲击次数设为 3/6/9 次对此进行验证：发现敲击越多，身体所有权的客观敏感度d'提升，meta-d'也同步提高，但关键的效率指标 M-ratio 在不同证据量下保持稳定。这说明意识对一阶信息的“读取比例”并不因错觉的增强而系统改变。

图4｜不同敲击次数下身体所有权客观辨别与知觉觉知相关性分析。（A&D）身体所有权敏感性与知觉觉知敏感性随触觉刺激次数的增加而升高。单样本 t 检验（检验值为 0）结果显示，触觉刺激次数为 3 次、6 次和 9 次时，身体所有权敏感性d'和知觉觉知敏感性meta-d'均显著大于 0；同时开展单侧贝叶斯单样本 t 检验（检验值为 0）；（B&E）先验分布与后验分布。随着触觉刺激次数的增加，贝叶斯因子为备择假设模型提供了极强的证据支持（C&F）稳健性评估的序贯分析。在各触觉刺激次数条件下，支持备择假设模型的证据在不同先验分布中均表现出极强的稳定性：3 次刺激的贝叶斯因子范围为 0.327~0.98（r=0.624）；6 次刺激为 0.588~1.313（r=0.94）；9 次刺激为 0.64~1.38（r=1.004）；（G）不同触觉刺激次数下知觉觉知效率M-ratio的差异估计（95% 最高密度区间，HDI），不同刺激次数间无显著差异。每个直方图代表所有实验条件下 M-ratio的后验概率密度分布；（H）不同触觉刺激次数条件下后验分布的成对比较结果显示，知觉觉知效率无显著差异。

为了看到意识对一阶信息读取的动态时间过程，作者让被试尽快作答，并用层级漂移-扩散模型（Drift-diffusion model, DDM）分解为漂移率等参数，把“证据如何随时间积累形成决策”提取出来。结果显示不同步差异越大，证据累积越快（漂移率更高），但把一阶辨别与知觉觉知报告的累积速率做成动态对应（v-ratio）后仍不随条件变化。

图5｜基于层级DDM模型与v-raito的知觉证据累积测量结果。（A）DDM框架：假定知觉信息会随时间不断累积，直至达到某一决策阈值。其中，漂移率反映知觉证据的累积速率，决策偏向代表个体对特定选项的选择偏好，非决策时间指代与知觉决策过程无关的加工环节，决策阈值为决策边界间的距离，其大小决定做出决策所需的证据量；（B&C）漂移率与决策边界的后验分布随视觉-触觉异步程度的增大而升高，表明随着异步程度的增加，被试对同步接受触觉刺激的橡胶手产生身体所有权的证据累积速率也随之加快，需要积累的知觉证据量也越多；（D）平均 v-ratio 值比在不同视觉 - 触觉异步水平下无显著差异，说明被试对身体所有权相关信息的意识通达能力始终保持稳定。

结语：意识并非身体的“旁观者”

意识并非身体的“旁观者”：如果橡胶手错觉真的只是大脑先在幕后完成无意识计算、最后才“通知”意识的结果，那么当错觉随着视觉-触觉刺激不断累积而增强时，我们的主观觉知理应出现明显的滞后或分离。然而，本研究却揭示了一个反直觉的现象：在身体所有权判断中，客观的可辨别性与主观的觉知力呈现出高度的同步与耦合。换言之，只要大脑在客观层面累积了足够的信息来区分“哪只手属于我”，意识层面几乎同时就能访问这些证据。这表明，在构建“身体自我”的过程中，意识可能不是最后才到场的“旁观者”，而是从信息处理的早期阶段就已紧密参与其中。

为何身体信息享有“特权”？作者在讨论中给出了两条潜在的解释路径。首先是自我相关性（Self-relatedness）：身体所有权不仅是处理外界刺激，更是维持第一人称视角连续性的核心锚点，这种关乎“我是谁”的信息可能在神经机制上享有优先接入意识的“VIP通道”。其次是整合复杂度（Integration Complexity）：构建身体所有权需要跨越时间同步、空间对齐乃至痛觉与温度觉的跨通道重映射（remapping）。这种高维度的多感官整合，可能本质上更容易跨过全局工作空间理论（GNWT）所描述的“点火阈值”，从而在机制上与意识状态内在绑定，而不像简单的视觉-触觉同步那样可以停留在无意识层面。

从“问卷时代”迈向“可计算时代”：除了理论突破，本研究在方法学上具有重要的“界碑”意义。它摆脱了过去对问卷量表和间接指标（如本体感觉漂移）的依赖，通过引入信号检测论（SDT）和漂移扩散模型（DDM），将模糊的“身体自我体验”拆解为客观辨别力、知觉觉知效率、与证据累积速率等可量化的数学指标。这不仅让我们能首次精确测量身体所有权的“意识通达性”，也提示未来的意识科学需要重新审视“外部信息”与“自我信息”的边界——也许大脑对这两类信息的处理，遵循着截然不同的路径。

意识科学读书会

从神经元放电到自我意识的涌现，意识是人类最稀松平常的主观体验，也始终是科学中最迷人的问题。在“我是谁”的终极追问下，当我们深入意识的机制与机理，会发现更值得深思的是，无论是神经机制的功能整合、信息的跨脑区传递，还是现象意识的主观性质，不同层面的问题都在共同指向一个核心挑战：物理过程如何产生主观体验？功能计算如何关联现象感受？局部神经活动又如何整合为统一的意识？而要回答这些问题的并不简单，它可能会挑战我们对世界和实在，乃至科学方法本身的理解。

为了对意识问题进行系统探讨，集智俱乐部联合来自哲学、认知神经科学、计算机科学、复杂科学领域的研究者共同发起，跨越理论与实证、功能与现象、生物与人工的视角，全面深入研讨意识这一现象本身。重点探讨当代主流意识理论的核心主张与分歧，神经机制与主观体验之间的桥梁，以及AI意识、脑机接口等技术如何重塑人类意识主体的边界与文明的未来。

详情请见：

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.