多伦多大学拉尔夫:从内部视角看：意识如何从无意识的物质中产生

插图由 Moi Escudero 为 SKEPTIC 绘制

来源：https://www.skeptic.com/article/how-consciousness-evolved-from-mindless-matter/

“意识体验既是世上最熟悉的事物，也是最神秘的事物。我们对意识的了解最为直接，但如何将其与我们已知的一切相协调，却远非易事。它为何存在？它的作用是什么？它怎么可能从灰质中产生？”——大卫·J·查尔默斯， 《意识：探寻基本理论》 （1996）

T哲学家托马斯·内格尔曾说过一句名言：“一个有机体拥有意识心理状态，当且仅当存在某种事物，即某种对这个有机体而言意味着什么。” ¹

主观体验之谜，也被称为“意识难题”，探讨的是我们如何以及为何拥有这些体验。诸如玫瑰鲜艳的红色或柠檬在舌尖的酸涩等感官和心理现象的主观第一人称体验，被称为“感质”。神经科学的终极目标是解释大脑如何产生感质，以及我们的大脑如何产生一种独特的自我意识——一个体验这些感质、拥有能动性、连贯的稳定性和连续性以及个人叙事的实体。

纵观历史，大多数人都难以将意识体验理解为生理过程的产物，他们通常将心灵或灵魂视为与肉体截然不同的存在——人类天生具有二元论倾向。人们 自然而然地希望——实际上也常常深信——他们的意识不会随着大脑的死亡而消亡。此外，我们发现自己的主观感知具有令人信服的强大力量，却难以理解或接受我们的思维在许多情况下是多么不可靠。综上所述，这些人类的自然倾向解释了人类普遍相信灵魂、来世和其他形式的死后存在。早期 智人（ 可能还有尼安德特人）将工具、饰品和其他物品与死者一同埋葬的做法表明，这些观念可能有着非常深远的根源。

我们也强烈倾向于在万物中寻找意义，包括宇宙本身。我们渴望感受到自己来到这个世界是有特殊且预定的原因的。因此 ，近年来，那些将意识描绘成现实的根本并遍及宇宙的理论重新获得关注和流行也就不足为奇了。

尽管存在这些深刻的直觉诉求，但当今大多数科学上可信的意识理论都是唯物主义（物理主义）的——这并非没有道理：所有曾经被认为需要超越物理解释的现象，最终都已被物理解释所取代。在唯物主义框架下，意识科学在尚处于早期阶段的今天，存在着许多相互竞争的理论。

主流理论及其他有力竞争者

在我为《今日心理学》撰写的 关于意识主要理论的五部分系列文章中， 我详细描述了主要候选理论的具体内容，并借鉴了 Anil Seth 和 Timothy Bayne 于 2022 年发表在《 自然神经科学评论》上的一篇有影响力的 论文，概述了作者选择的四种主要理论：

1. 高阶理论
2. 全球工作空间理论和全球神经元工作空间理论
3. 综合信息理论
4. 重入理论和预测处理理论

这些理论确实都很有竞争力——或许实力相当——但它们都存在不足。首先，它们对进化论的重视程度不够。其次， 这些理论对注意力、学习和情感的整合程度参差不齐，而且往往不够充分。我认为，还有其他一些强有力的理论能够更令人满意地解决这些问题，我将在本文中对此进行探讨。

意识理论必须牢牢扎根于进化生物学。

人们曾说过一句名言：生物学中的一切，若不从进化论的角度来看，都毫无意义。然而 ，意识似乎与其他生物功能截然不同——思想和情感仿佛虚无缥缈，脱离了任何物质实体。自我意识似乎是一种与由物理粒子构成的细胞所能产生的任何事物都完全脱钩的现象。

第一个细胞进化之时，便有了内部和外部，因此，身体与外部世界之间主观与客观的划分便开始了。

人们过去也曾这样看待生命本身。他们认为生物体拥有某种赋予生命的本质——生命力——正是这种本质使它们区别于无生命物质。人们无法想象，构成无生命物质的相同物质粒子，如何在不添加某种特殊、神秘的非物质本质的情况下，排列成能够产生 生命的东西 。现在没有人为此担忧了，因为我们已经了解了生物过程如何产生生命组织和生物体。

同样，我们从临床神经学以及我所在的临床精神病学领域早已了解到，大脑回路的破坏、解体或增强——无论细微还是显著——都能从根本上改变 心智的任何 方面。然而，大脑究竟如何产生 意识的谜团 至今仍未解开。意识是如何从一个重约三磅、质地如豆腐般的器官中产生的呢？一个纯粹的物质实体又 怎能 感受到 某种感觉呢？答案在于一个演化的涌现过程。

在最初

让我们回到近40亿年前，那时动物还没有大脑，甚至还没有神经系统，回到像细菌这样简单的单细胞生物时代。这并不是说简单的单细胞生物拥有意识，而是说它们拥有意识的构成要素：行为以及感知、学习和记忆的前身。

正确理解的话，行为、感知、学习和记忆 并不需要神经系统。神经系统是后来进化而来的，随后是中枢神经系统，它们使得生物体能够更好地协调自身行为并提高行为的灵活性。从最基本的层面来说，对刺激的反应可以分为趋近（例如，趋向营养物质）或回避（远离有害或危险的事物）。更复杂生物体的行为本质上只是这种趋近的更精细版本。事实上，一些参与学习的基因在复杂动物和原生动物中是相同的，而原生动物是非常原始的单细胞生物，缺乏神经系统，它们至少在15亿年前就已经进化出来了。神经 系统，尤其是更复杂的大脑，最终使生物体能够通过以下能力来调节其行为反应和内部生理状态：

预测、计划、延迟或抑制、记忆（存储过去经历的信息模式）、学习（通过条件反射或通过记住以前的结果来改变行为，或在高等动物中通过模仿来改变行为）、权衡不同的行为反应（比较）以及评估行为的结果。

意识的进化很可能是为了实现非反射性行为。意识使生物体能够维持和操控脱离直接感官环境的内部表征，从而支持延迟反应、计划、心理模拟和灵活行动。9即使在人类中，大多数行为也是由无意识过程完成的。以下是细胞信号传导、神经系统和意识进化过程中的一些里程碑事件：

• 原始细胞信号传导始于 35 亿至 38 亿年前的第一批单细胞生物（原核生物——细菌和古菌——通过简单的细胞分裂进行无性繁殖）；随后在大约 20 亿年前出现了更大、相对更复杂的单细胞生物（真核生物，如原生动物；真核生物含有细胞核和细胞器，并进行有性繁殖，这引入了更多的遗传多样性）。
• 大约 6 亿至 7 亿年前，神经元在多细胞生物（如水螅和水母类生物）中形成了弥散的（非集中式的）神经网。
• 寒武纪时期，小型原始蠕虫状生物体内出现了中枢神经系统的雏形，这可以追溯到大约 5.5 亿年前。
• 从寒武纪开始，更复杂的无脊椎动物和脊椎动物中出现了更丰富的相互连接的中枢神经系统。
• 在过去的几亿年里，体型较大的动物（鱼类、两栖动物、爬行动物、鸟类、哺乳动物和头足类动物）的大脑功能逐渐变得更加复杂，使它们能够形成关于自身环境和自身的内部表征（即，关于外部环境以及自身身体和行为的地图或模型），并相应地表现出更加灵活的行为。
• 许多哺乳动物和一些鸟类发展出了更高级的认知形式，包括形成和操控复杂内部模型的能力。高等哺乳动物可能已经发展出了基本的自我意识。灵长类动物，尤其是人类，发展出了更具反思性地在内部表征自身思维模式的能力。或许只有人类发展出了意识到自身意识的能力，即反思自身作为有意识个体的存在。

值得注意的是，主观性是生命本质的一部分：自从第一个细胞进化而来，就存在了内外之分，因此，身体与外部世界之间主观与客观的界限便开始形成。主观体验是外部观察者无法触及的。

和意义的起源

生命的目的与生命本身一同出现，远早于意识的进化。无论是否拥有意识，生物体都会以促进生存和繁衍的方式行事。意识的进化是后来的一种适应性进化，它使生物体能够更灵活地控制自身行为，从而实现这些生物学目标。

人的思维就像一张地图。

尽管简单的细菌没有意识，但它仍然能够感知环境中的葡萄糖，向其移动并摄取，将其转化为能量。从最基本的生物学意义上讲，细菌的行为类似于有意识的主体，它会“努力”实现其目的或目标。有意识的主体能够将环境中的模式解读为与 某种有价值的事物相关 ——例如，葡萄糖对细菌而言就 意味着 能量。主体 会对其环境中的事物（在本例中为葡萄糖）形成内部表征，以便识别、响应和处理这些事物。这些过程完全是机械的，类似于锁钥交互。这种内部表征对生物体具有意义和价值，因为它代表了对生物体有利或不利的事物——促进或阻碍其生存和繁殖。

思想与信息

思想是 对某事物的表征 ，是一种相似性，它通过具有与另一事物相对应的特征来描绘它。物体的图片、图像、印记或模型都是对该物体的表征，地图也是如此。心灵本身就是一种地图。大脑——以及它的功能产物——心灵——进化成绘制身体与其外部环境关系的地图。我们的思想就像地图，代表着我们的大脑通过感官感知、通过情感感受或作为行动计划形成的事物。

信息需要物理媒介。无论是纸上的墨迹、计算机中的电子状态，还是大脑中的神经活动模式，信息都无法脱离物理表征而存在。因此，思想、记忆和心理表征与其底层神经基质密不可分。信息通过与现实世界和其他信息的对应关系而获得意义。

内部表征是身体和世界的模型，以神经活动和连接的形式进行物理编码。它们与所映射的现实具有关联性；它们与物理事物直接相关。当感觉系统将物理信号——光（光子）、声音（空气振动）、触觉（机械刺激）、嗅觉（化学物质）以及来自身体自身的信号——转化为神经信息模式时，内部表征便产生了。

因此，大脑会形成关于世界以及自身与世界关系的模型。通过学习和经验，这些网络会组织成日益复杂的模型，从而指导感知、记忆、预测和行为。形成内部表征的能力是意识的关键要素。 12

记忆、学习和情绪

大脑进化出了存储重要表征、日后检索、将其与新信息整合以及通过经验更新的能力。

记忆和概念编码在遍布大脑多个区域的分布式网络中。正如图像并非由单个像素构成，记忆或概念也并非由单个神经元构成。此外，单个神经元参与多种重叠的表征，使得记忆能够相互连接和关联。这也解释了大脑如何在存储海量信息的同时，灵活地将新旧经验整合起来。

在神经科学中，“记忆痕迹”指的是记忆的物理痕迹。当神经网络的一部分被线索或提醒重新激活时，更广泛的模式就可以被重构，从而使记忆得以回忆。

由于大脑的意识模型无法接触到自身数十亿个神经元、突触和电化学过程，因此，对于大脑本身而言，意识似乎是一种非物质的本质，而不是一个生物过程。

学习的基础是建立事物之间的关联。行为条件反射是通过奖惩机制来强化或削弱这些关联而实现的。

根据西蒙娜·金斯伯格和伊娃·雅布隆卡提出的精妙理论，学习或许才是意识演化的根本驱动力：13 “学习的演化与意识的演化密切相关，甚至相互纠缠。” 14她们的理论提出，一种被称为“无限联想学习”（UAL）的联想学习或条件反射形式，是简单意识的演化标志。 15,16 在 UAL演化之前，生物体倾向于对刺激做出反射性反应。UAL出现后，它们可以在行动前评估不同的反应。这改变了适应性格局。

复杂的动物天生具有学习的驱动力，这种驱动力源于好奇心以及神经科学家雅克·潘克塞普（Jaak Panksepp）所称的“寻求”（SEEKING）系统——这是他发现的几种进化上古老且哺乳动物共有的基本情感回路之一。17

通过联想学习获得的正强化和负强化赋予经验积极或消极的效价，为情感奠定基础。因此，大脑会赋予刺激以价值——好或坏。这构成了感觉和情绪进化的基础，也是动机和目标导向的动力。 18 所有这一切的基础是体内平衡：维持生理稳定是情感的核心。

在哺乳动物中，意义的评价方面是由分布式皮层表征和参与情感和行动的皮层下系统之间的相互作用支持的，这些系统根据模式与生物体的需求和目标的关联性来赋予模式意义。

因此，理解情绪或许是理解主观体验的基础。正如神经心理学家马克·索姆斯所指出的，与其他信息处理方式不同，你不可能在没有感受到情绪的情况下拥有某种感觉。19

预测与预期

许多神经科学家将大脑视为一台预测机器。它并非被动地接收感官信息，而是不断地对世界做出预期，并根据新获得的证据更新这些预期。心理表征在这一过程中至关重要。

阿尼尔·塞思的预测处理理论将意识体验描述为大脑试图预测和调节外部世界和身体内部状态而产生的“受控幻觉”。塞思认为，意识体验与这些预测过程密切相关，特别是那些通过预期调节来维持身体生理稳定的过程。 20

值得注意的是，主观性是生命本质的一部分：自从第一个细胞进化而来，就有了内部和外部。

相关思想体现在卡尔·弗里斯顿的自由能原理中。该原理认为，生物体不断采取行动来降低不确定性，具体做法是改进预测能力，并使感觉输入与这些预测保持一致。通过这一过程，大脑能够越来越有效地应对周围环境。21

认知、智力和意识

认知是指获取、处理、存储和使用信息所涉及的心理过程；智力是指这些过程被有效运用的程度。与之相反，意识则关乎主观体验。

约瑟夫·勒杜将认知定义为形成内部表征并利用这些表征来指导行为的能力。即使是相对简单的动物也能根据储存的关于食物、危险或其他具有生物学意义的刺激的表征采取行动，而不仅仅是对眼前的事物做出反射性反应。哺乳动物和一些鸟类似乎具备更高级的认知能力，它们利用内部模型来模拟或想象潜在的结果，评估各种选择，并指导灵活的、目标导向的行为。这种预测和计划能力极大地扩展了行为控制和适应能力。

意识究竟在大脑的哪个区域产生？关于意识主要源于大脑皮层还是皮层下系统，一直存在着激烈的争论。目前大多数理论强调大脑皮层，而另一些理论则认为意识的基础在于进化上更为古老的脑干和皮层下回路，这些回路参与唤醒、情绪和动机的调节。

拥有思想、成为自我，这感觉就像是一种体验，因为我们本身就是这些信息的载体。自我意识是由自我表征构建而成的。

一种日益流行的中间观点认为，皮层下系统产生唤醒、动机、效价以及可能存在的原始情感，而皮层系统则将这些状态发展成更丰富的感知、认知和自我反思形式的意识体验。这场争论对动物意识具有重要意义，它影响着人们对意识的认知：意识究竟主要局限于拥有复杂前脑的动物，例如哺乳动物和鸟类，还是更广泛地存在于脊椎动物甚至某些无脊椎动物之中。

无意识认知过程

约瑟夫·勒杜强调“认知无意识”——即那些让我们无需调动意识就能控制复杂行为的非意识认知过程。我们的大部分日常行为，甚至相当复杂的行为，都是由非意识认知过程完成的——例如日常动作、大部分语言处理、以及像经验丰富的驾驶员驾驶汽车这样的任务等等。许多行为可以“委托”给非意识认知过程，从而减轻意识信息处理的认知负荷。但与非意识认知过程相比，意识信息处理能够实现更强的行为控制能力和对刺激更灵活的反应。

尽管许多非意识过程依赖于进化上更为古老的皮层下系统，但非意识认知却遍布整个大脑。事实上，大脑的大部分认知工作——包括许多皮层处理——都发生在意识之外。

复杂、抽象的表示

无论有意识与否，所有这些认知活动都依赖于内部表征。从根本上讲，这些表征仅仅是感官图像。但抽象思维又如何呢？复杂的大脑会形成表征的表征——层层递进的表征体系。抽象的心理概念是由与物理事物相关的符号化、类比对应关系构建而成的高阶表征；它们本质上仍然是由感官知觉和运动的基本单元组成，所有其他思维都建立在这些基本单元之上。

抽象思维本质上仍然是与外部环境以及个体在其中的位置相对应的地图。如同地图（以及所有表征）一样，它们保留了与世界特征相对应的关系。事物之间因某些相似特征而产生关联。道格拉斯·霍夫施塔特和伊曼纽尔·桑德认为，类比是思维的基本机制。我们的大脑不断地在新旧情境之间建立相似性，使过去的经验能够指导当下的理解。语言反映了这一过程：我们经常用物理术语来描述抽象概念，例如用“绝妙的”想法、“深刻的”问题或“尖锐的”言论来形容事物。在这种观点看来，抽象思维建立在日益复杂的表征之上，而这些表征最终又根植于感官经验。 22

自我表征与自我意识

安东尼奥·达马西奥提出了一个模型，解释自我如何在进化复杂度不断增加的生物体中逐步涌现——简单的生物体通过构建自身身体及其在物理空间中位置的地图，发展出一种原始的“自我意识”。达马西奥将这种最基本的自我表征称为“原自我”（protoself）——一种无意识的自我意识先兆，甚至可能存在于相对简单的生物体中。

这是一种非常基础的意识层面：神经模式映射着身体的物理结构。 23这些自我表征与情感（感觉）相结合，赋予个体对身体和感知的掌控感，一种存在感和自主感——即作为体验者的自我意识。大脑对身体内部状态和行为的建模、预测和控制形成反馈回路，从而强化了这种自我意识。 24

这与道格拉斯·霍夫施塔特关于自我指涉和形式规则的观点颇为相似 25 ，在该观点中，自我意识源于递归的自我表征——他称之为“奇异循环”26 ：大脑构建自身建模过程的模型 27 。

我们是由所有复杂、动态相互连接的大脑网络的总和构成的。

因此， 拥有思想和成为自我之所以成为一种感觉 ，是因为我们本身就是这些信息。自我意识建立在自我表征之上。我们是所有复杂且动态互联的大脑网络的总和。我们由一生中记忆的经验、知识、习得的行为和习惯构成。我们就是所有这些信息，它们以神经连接模式的形式具象化地存在于我们之中。

基于此，迈克尔·格拉齐亚诺提出，大脑进化出一种简化的内部模型——或称图式——来描述自身的注意力过程，就像它维护着一个身体模型一样。这种图式是一种简化的“卡通式”表征，它描绘了一种内在的意识能力，却并未展现产生这种能力的底层神经机制。28

由于大脑的意识模型无法直接感知自身数十亿个神经元、突触和电化学过程，因此对大脑而言，意识似乎是一种非物质的本质，而非生物过程。格拉齐亚诺认为，这有助于解释为什么人们会如此自然地将意识体验为一种非物质的东西。 29

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意识仍然是科学中最深奥的谜团之一。我们至今仍不清楚神经活动是如何产生主观体验的，也不明白为什么成为一个有意识的生物体会有“某种感觉”。

然而，这个谜团如今似乎不再像以前那样难以解开。现代神经科学越来越指向一个渐进的进化故事。意识的构成要素可以被视为逐步涌现：感知、学习、记忆、内部表征、预测、评估、情感、自我建模，以及在人类身上出现的语言和反思性自我意识。

生物体既有内部结构也有外部结构。中枢神经系统进化而来，旨在尽可能全面地模拟、预测和控制这两者。随着大脑变得越来越复杂，动物发展出了越来越精细的自身及其环境的表征和模型。意识体验与生物体如何从内部视角表征自我和世界密不可分——这种视角对于外部观察者而言是无法直接获取的，只能通过推断获得。

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