關于意識進化的全新理論

邁克爾·格拉齊亞諾（Michael Graziano）

魏尚新/譯

關于意識進化的全新理論

邁克爾·格拉齊亞諾（Michael Graziano）

魏尚新/譯

神經系統科學家講述我們如何對自己產生意識。

自查爾斯·達爾文（Charles Darwin）于1859年發表《物種起源》（On the Origin of Species）之后，進化論就成了生物學界的大一統理論。但在進化論的大背景下，人類最重要的生物學特征之一——意識，卻很少有人研究。很多有關意識的理論來源于宗教、哲學、認知科學，卻鮮有來源于進化生物學的。這同時也解釋了為何只有很少的理論能夠用來處理一些基礎性問題，比如：意識的適應值是多少？意識自什么時候開始進化？哪些動物擁有意識？

過去五年里剛剛發展起來的注意圖式理論（Attention Schema Theory，AST）或許能解答這些問題。這個理論表明，意識是作為一種解決方案出現的，處理的是任何神經系統都會面臨的一個相當重要的基本問題：太多信息源源不斷地流入神經系統，導致神經系統很難對這些信息進行充分處理。大腦日漸形成一些復雜的機制，可以以放棄其他信號為代價，深度處理一些精選出的信號；在注意圖式理論中，意識是進化序列的最終一環。如果這項理論是正確的（是否正確還有待商榷），那么意識在過去的5億年里已經在逐漸進化，如今存在于一些脊椎動物之中。

大腦中樞進化之前，神經系統就已經使用了一個簡單的處理技巧：競爭。神經細胞的行為類似于選舉活動中的候選人，每一個神經細胞都在不斷喊叫，試圖壓制住自己的對手。在任何時候，都只有少許神經細胞能夠贏得這場激烈角逐的勝利，這些神經細胞的信號從嘈雜的神經細胞中脫穎而出，從而影響動物的行為。這個過程叫做“選擇性信號增強”；如果沒有這個過程，神經系統幾乎什么也做不了。

進化生物學中有一個常用的方法——對不同的生物物種進行比較，利用這個方法，我們可以對選擇性信號增強的最初進化時間進行合理的推測。水螅是水母的小型近親，可以說它擁有最簡單的已知神經系統——神經網。不管你戳水母的哪個部位，它都會給出一種全身性的反應。并沒有證據可以表明，水母是選擇性地處理一些刺激，因而策略性地忽略其他刺激。依據基因分析，水母的原型和其他動物原型之間的分化或許早在7億年前就已經發生了。選擇性信號增強或許就是在此之后逐步形成的。

另一方面，節肢動物的眼睛是最好的選擇性增強信號案例之一。它可以增強與視覺邊緣相關的信號，壓制其他的視覺信號，產生世界的縮略圖。因此，選擇性增強也許是在水螅和節肢動物形成之間的某個時間不斷演化形成的——也就是大約7億年前到6億年前之間的某個時間，接近多細胞復雜生命的出現時間。選擇性信號增強非常簡單、原始，甚至不需要大腦中樞的協助。眼睛、身體上的觸碰感應器網絡，以及聽覺系統，各自都有自身的注意變體，以將焦點集中在少數精選出的信號上。

下一個進化方面的進展是可以協調所有感覺的注意力中央控制器。在大多數動物身上，中央控制器是一片叫做“頂蓋”的大腦區域（“頂蓋”在拉丁語中的意思是“屋頂”，頂蓋通常覆蓋著大腦的頂部）。頂蓋協調一些叫做“外顯注意”的東西，引導眼睛、耳朵、鼻子的“衛星天線”指向任何重要的東西。

魚類、爬行動物、鳥類、哺乳動物等所有脊椎動物都有頂蓋。即便是七鰓鰻，也有頂蓋；七鰓鰻在進化上出現得很早，所以連下頜都沒有。但眾所周知的是，無脊椎動物是沒有頂蓋的。脊椎動物有頂蓋，但是無脊椎動物沒有，這一事實給了我們界定其進化時間的機會。來自化石及基因方面的證據表明，脊椎動物大約在5.2億年前開始進化。頂蓋以及注意力的中央控制系統可能也是在那個時間左右開始進化的，也就是在所謂的“寒武紀大爆發”（Cambrian Explosion）期間，這時候的脊椎動物還只是小型的蠕動生物，與海洋中大量的無脊椎動物進行競爭。

頂蓋是一項異常精美的工程。為了高效控制頭部和眼睛，頂蓋構建了一種叫做“內部模型”的東西，這一特征為工程師們所熟知。內部模型是一種模擬結果，可追蹤任何被控制的東西，可以進行預測和計劃。頂蓋的內部模型是一組信息，編碼在神經細胞活動的復雜模式之中。這組信息可以模擬眼睛、頭部及其他主要身體部位的現行狀態，就這些部位的下一步活動及其活動后果做出預測。舉例來說，如果你將眼睛向右轉，那么你的視野就會以一種可預測的方式，越過視網膜轉向左邊。頂蓋將預測的視覺信號與真實的視覺信息進行比較，以確保你的動作與計劃一致。這些計算過程非常復雜，但為了獲得活動控制所能贏得的益處，也依然值得更多的努力。在魚類和兩棲動物身上，頂蓋達到了復雜精細的頂峰，占據了大腦中最多的部位。青蛙能夠很好地對自己進行模仿。

伴隨約3.5億～3億年前爬行動物的進化，一種新型的大腦結構應運而生，這就是“視丘結構”（wulst，德語）。鳥類從自己的爬行類先祖身上繼承“視丘”。哺乳動物也是如此，但是在我們身上通常被叫做“大腦皮層”，并得到了極大的擴展。截止到目前為止，這是人腦中所發現的最大結構。有時候，你會聽別人提到爬行動物的腦子是沒有意識的，是去除大腦皮層后剩余的無意識的那部分，但這種說法是不正確的。大腦皮層在某種程度上起源于爬行動物的“視丘”，而且，爬行動物可能比我們所想象的還要聰明。

大腦皮層就像是升級版的頂蓋。在我們的大腦皮層之下，依然埋藏著一個頂蓋，這個頂蓋執行的功能與魚類和兩棲動物類似。如果你突然聽到一陣聲響，或是在眼角看到什么動靜，那就是頂蓋快速且精準地將你的注意力指向那邊的。大腦皮層也吸收感知信號并協調活動，但是它有更為靈活的指令。依據背景環境的不同，你可以向前看，向別處看，發出聲響，跳一支舞，或是僅僅將感知事件存儲在記憶里，以備將來使用。

大腦皮層和頂蓋之間最重要的不同或許就在于它們所控制的注意力的不同。頂蓋控制的是外顯注意，將感知器官指向任何重要的事物。大腦皮層對某種叫做“內隱注意”的東西提出了更高的要求。你無需直接去看，進而注視某事物。就算你背對某物體，你的大腦皮層也依然會持續處理該物體的信息。有時候，科學家會將內隱注意比作聚光燈［該類比最初由遺傳學家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）提出］。大腦皮層可以將內隱注意從你面前的文本轉向旁邊的人、后院的聲響、一種想法或記憶。內隱注意是深度處理的虛擬移動，從一件事物轉向另一件事物。

大腦皮層需要對該虛擬移動進行控制，因此，就像其他有效控制器一樣，大腦皮層也需要一種內部模型。與頂蓋不同，頂蓋塑造的是具體事物的模型，比如眼睛、頭部，但大腦皮層必須塑造一些更為抽象的事物的模型。依據注意圖式理論，它會構建一種注意圖式，即一組持續不斷更新的信息，實時描述內隱注意的行為及其后果。

考慮一下一種不太可能的思維試驗。如果你能以某種方式將一種外部演講機制安裝在鱷魚身上，并且該演講機制能夠獲取鱷魚“視丘”中的注意圖式的信息，那么，這條具有科技支撐的鱷魚或許就能進行這樣的報告，“有一些無形的東西存在于我。不是眼球，不是腦袋，也不是手臂。那是一種非物質的存在。是我對事物的精神占有。它從一組事物移到另一組事物。當存在于我的這一神秘過程抓住了某種東西，我就可以進行理解、記憶、回應?！?/p>

當然，鱷魚或許會出錯。內隱注意并非是無形的。它有物理基礎，但是這種物理基礎存在于神經細胞、突觸和信號的微觀細節之中。大腦沒有必要知道這些細節。正因如此，該注意圖式在策略上就會很模糊。該圖式以一種物理上的非邏輯方式，將內隱注意描述為一種非物理本質。根據相關理論，這就是意識的源頭。我們認為自己擁有意識，是因為在頭腦深處，一些非常原始的東西在計算著那半魔術般的自我描述?？上{魚不能真的開口說話。但在該理論中，它們至少擁有一種簡單的注意圖式形式。

當我對進化進行思考時，我想到了泰迪·羅斯福（Teddy Roosevelt）的著名話語，“在你所在之處，利用你所擁有的資源，做你力所能及的事?！边M化是這種機會主義的主宰者。鰭變成腳，鰓弓變成下頜，自我模式轉變為他物模式。在注意圖式理論中，注意圖式最早是作為一個人自身的內隱注意模型進行進化的。但是，根據該理論，一旦基礎機制到位，就會發生進一步改進，以塑造其他生物的注意狀態模型，從而容許群體預測的存在。大腦不僅可以將意識歸于自身，還可以將意識歸于其他生物。

當心理學家研究社會認知的時候，他們通常會將注意力集中在某些叫做“心理理論”（theory of mind）的事物上，這是一種可以理解他人大腦中可能的想法的能力。更復雜的案例只局限于人類和猿類身上。但實驗表明，一只狗可以一邊看著另一只狗，同時猜測這樣一個問題，“它是否注意到了我？”烏鴉也展示出了不同反響的心理理論。如果它們在另一只鳥的注視下隱藏食物，就會等到那只鳥離開，把之前的食物再去藏一次，仿佛它們能推斷出別的鳥注意到了一個藏匿之地，而沒有注意到另一個。如果注意和識別其他生物的基本能力存在于哺乳動物和鳥類身上，那么，這種基本能力在某種程度上就可能起源于它們共同的祖先——爬行動物。在注意圖式理論的進化歷程中，爬行動物的視丘進化形成后不久，社會認知很快就開始呈現出增強趨勢。鱷魚或許不是地球上最具社會復雜性的生物，但它們居住在大型群體之中，照料下一代，在被視作是有些危險的寵物時，就會表現出對人類的忠誠。

如果注意圖式理論是正確的，3億年的爬行動物、鳥類、哺乳動物進化就會容許自我模式和社會模式協力進行演化，并對彼此施加影響。我們將自己投射到他人身上，來獲取對他人的理解。但是，通過思考別人看待我們的方式，我們也可以獲取對自身的了解。來源于我自己的實驗室的數據表明，人腦中容許我們將意識歸于他人的大腦皮層網絡，與構建我們自身意識感的網絡有大范圍的重疊。

在意識的進化過程中，語言或許是離我們最近的一次飛躍。沒有人知道人類語言最初的進化發生在什么時候。但是可以確定的是，早在7萬年前，人類散布在世界各地之時，我們就已經擁有語言了，分散的族群都有一門復雜的語言。人們經常對語言和意識之間的關系進行爭論，但我們至少可以確信以下幾點：一旦我們開發了語言，我們就可以談論意識，區別不同的標記。我們可以大聲說出：“我對事物是有意識的，她是如此，他也是如此，那條試圖摧毀我們村莊的該死的河流也是如此?！?/p>

在某種程度上，或許是由于語言和文化的存在，人類有一種一觸即發的傾向，總會將意識歸于我們周遭的一切。我們將意識歸于故事中的角色、木偶和玩具娃娃、風暴、河流、虛空、鬼魂和神靈。賈斯汀·巴雷特（Justin Barrett）稱之為“超活躍代理檢測裝置”（Hyperactive Agency Detection Device）。有一種思辨方法說的是：安全總好過遺憾，須防患于未然。如果是風吹草動，而你卻誤認為那是一頭獅子，便不會產生什么傷害。但如果你未能察覺出一頭真正的獅子的存在，你就會從基因庫里被淘汰出去。然而，對我來說，“超活躍代理檢測裝置”能做的遠不止探測食肉動物那么簡單。它是我們超社會屬性的結果。進化可以將我們與其他生物的模式調整到共振狀態；我們已經非常適應彼此的心理狀態。它給了我們自適應性優勢。其無法避免的副作用是難以檢測到誤報率或形骸細胞的存在。

于是，進化歷程一直將我們帶到了今天，帶到了人類意識中，我們將其歸于自身，歸于其他生物，歸于我們周遭虛空中鬼魂和神靈的豐富精神世界。注意圖式理論涵蓋了很多內容，從簡單的神經系統到對自身和他物的模擬。除此之外，注意圖式理論還為我們提供了一個總體框架，以協助對意識、意識的自適應性用途、意識的漸進及持續進化的探索。

原文標題：A New Theory Explains How Consciousness Evolved