最小差别实验

使得意识科学成为可能的第二个要素是：一整套能够随心所欲操纵我们意识内容的实验。在20世纪90年代，认知心理学家突然意识到可以通过对比有意识和无意识状态来干涉意识。图片、文字甚至视频都可以变得不可见。这些视听资料在大脑层面上发生了什么？如果仔细划分无意识加工的能力和限制，一个人就能勾画出意识的轮廓，像照相底片一样。这个简单的理念与脑成像结合起来就能创造出坚实的研究意识神经机制的实验平台。

1989年，心理学家伯纳德·巴尔斯（Bernard Baars）在他的著作《意识的认知理论》（ A Cognitive Theory of Consciousness ） ¹² 中强有力地声称，有十几种实验能够直接窥探意识的本质。巴尔斯指出了一个重要的发现：许多这样的实验提供了一种“最小差别”，即两个只有最小差别的实验情境，然而只有一个被有意识地感知了。这种状况是理想的，因为这允许科学家将意识知觉作为实验变量来处理，虽然刺激几乎没变，但是结果却千差万别。只要关注这微小的差别，并理解脑中发生了什么变化，研究者就能排除意识和无意识加工共同拥有的大脑加工过程，并且专注于标志无意识到有意识间转化的脑活动。

拿打字这种动作技能的学习来举例。一开始学习打字的时候，我们很慢，很专注，并且知道自己正在做的一举一动。但是经过几个星期的练习后，打字就变得很顺畅，就像自动的一样。我们可以一边说话一边想别的问题，同时还在打字，而不需要刻意去想每个按键的位置。对科学家而言，研究行为的自动化可以为有意识到无意识的转化带来启示。结果，这个简单的差异确定了一个主要的皮质网络，主要包含前额叶中那些在意识通达时被激活的脑区 ¹³ 。

现在，研究反向的转化，也就是从无意识到有意识的过程也同样可行。视觉为研究者提供了许多机会，创造能进出意识的刺激。其中一个例子便是这章开头所选的图1-1。为什么固定的点有时候从视野中消失了？虽然我们并没有完全理解这背后的机制，但大体思路是，视觉系统将恒定的图片视为碍眼的事物，而不是有用的输入 ¹⁴ 。当我们让眼睛保持完全静止，每一个点就变成视网膜上一个不动的模糊的灰斑。在某一刻，视觉系统决定忽略掉这些不变的点。这种对这个点视而不见的现象可能反映了一种进化而来的系统，用于弥补眼睛本身生理结构的缺陷。

我们的视网膜是不完美的，血管遍布在光感受器前方，而我们必须明白这些血管是来自眼睛内部而不是来自外界的刺激。 想象一下你的视野里永远充斥着纵横交错的血管有多糟糕。所以，视觉系统将一个物体的完全静止状态视为一种线索，提示这里需要用旁边的纹理来填充。 这种“填充”也告诉我们，为什么视网膜看不见视觉盲点。这个点是视觉神经连接视网膜的地方，所以没有光感受器。当我们移动眼睛，即使只移动一点点，这些点的位置就在视网膜上改变了。于是视觉系统就意识到这些点是来自外界世界而不是眼睛内部，所以立即让这些点重新显现在意识中。

填补盲点只是我们研究从无意识到显意识的多种视错觉中的一种。接下来，让我们快速地介绍一下其他认知心理学家使用的研究范式。 zo9NdzB74sssb9UqVR1PWgUcaflHf4AIUb28iSWvGqzISZ4feOIg5bDzsIJ7jP7h

双目竞争

历史上，意识和无意识视觉之间第一个有成果的比较来自“双目竞争”研究。当两只眼看到的图像不一样时，我们的大脑中就出现了这个有意思的“拔河比赛”。

意识其实完全不知道我们有两只在不停转动的眼睛。大脑让我们看到一个稳定的三维世界，却把这背后复杂的运算隐藏了起来。在任何时候，我们的每只眼睛接收到的外界图像都略有不同，但我们看到的却不是两个视野。在自然情况下，我们都不会注意到有两张图片，而是把它们结合为一个统一的视觉影像。大脑甚至能利用两眼之间的距离所带来的两张图像间的区别。就如英国科学家查尔斯·惠斯通（Charles Wheatstone）在1838年首先发现的，大脑利用这种区别来定位物体的深度，赋予我们逼真的三维感觉。

惠斯通提出疑问：如果两只眼睛接收到完全不同的图像会发生什么？比如说一只眼睛看到人脸，而另一只眼睛看到的是房子。人们会看到这两张图片仍然被融合在一起呢，还是会同时看到这两个完全无关的场景？

为了寻求答案，惠斯通造了一台叫作立视镜的装置。很快，立视镜图片就在维多利亚时期掀起了热潮，从风景到色情图片都有。将两面镜子分别放在左右眼前方就能够给两眼呈现不同的图片了（见图1-2）。惠斯通惊奇地发现，当两张图片没有关系时，比如脸和房子，视觉就会变得极不稳定。观察者的视觉不停地在两张图片之间切换，而不是融合这两张图片，并且切换的过程非常短暂。有几秒，脸会出现；然后脸消失了，房子出现了。图片以大脑所创造的独特方式反复切换。正如惠斯通所说的：“两张图像的出现看起来不像是由意识所控制的。”大脑在面对这种不可能的刺激时，会在房子和脸这两种解释之间摇摆不定。这两张不相容的图片似乎在竞争意识知觉，这也是“双目竞争”这个词的由来。

双目竞争是实验者所梦寐以求的，因为这是一种纯粹对主观知觉的测量。虽然刺激物保持不变，但是观看者却报告自己的视觉发生了改变。此外，随着时间的推移，同一幅图的状态也会发生改变：有时候是完全可见的，有时候却完全从意识知觉中消失了。这里发生了什么？神经生理学家戴维·利奥波德（David Leopold）和尼科斯·洛戈塞蒂斯（Nikos Logothetis）通过记录猴子视觉皮质神经元的数据，首次发现了这些看得见和看不见的图像在大脑中的命运 ¹⁵ 。他们训练猴子通过一根控制杆来报告它们的感受。通过这种方法，他们发现猴子和人一样也感受到了两张图片交替出现。最终，科学家成功追踪到了单个神经元的活动，这些活动反映了猴子偏好的图片在不断进出它们的意识体验。

结果很清楚地表明：在最开始的加工过程中，在作为视觉皮质入口的初级视觉皮质中，许多细胞反映了刺激的客观状态。它们根据每只眼睛所看到的图像放电，而且在动物表明它的知觉发生变化时仍然保持不变。

然而在视觉加工进行到更高层次时，在所谓的高级视觉区，比如V4区和下颞叶皮质中，越来越多的神经元开始认同动物的反应。它们在动物看到偏好的图像时强烈地放电，而在图像被抑制时很少放电或者不放电。这可以说是人类第一次窥探意识体验与神经元活动之间的相关性。

如今，双目竞争仍然是窥探意识体验的神经机制的专用手段。上百种实验遵循这个研究范式，而且也出现了许多变式。比如说，随着一种叫作“持续闪烁抑制”方法的出现，现在的实验可以让两张图片中的其中一张永远消失。通过给另一只眼睛看不断闪烁的彩色方块，就能保证双眼只看到这个动态的刺激 ¹⁶ 。

这些双目错觉的重点是什么？这些实验表明： 给眼睛长时间呈现图片，并且让图像信息进入大脑的视觉处理中，但是最终在主观意识中，图片却可能完全被抑制。 若同时给两眼呈现看得见的图片，则最后只有一张图片被看见。所以双目竞争证明了对于意识来说，视觉知觉初期阶段并不重要（此时两个图像都仍然存在），而后期阶段更为重要（这个阶段只有一个图像出现）。因为意识无法同时理解两个物体，我们的大脑便成了激烈竞争的场所。虽然我们不知道，但是每时每刻不只有两个，而是有无数潜在的感觉在竞争意识的注意，但在某一时刻，只有一个能进入有意识的脑。竞争，确实是这种不断争夺意识通达的恰当比喻。 zo9NdzB74sssb9UqVR1PWgUcaflHf4AIUb28iSWvGqzISZ4feOIg5bDzsIJ7jP7h

注意瞬脱

这种竞争是一个被动的过程呢，还是我们能够有意识地决定哪一张图片会赢？当观看两张竞争的图片时，主观印象是，我们只能被动地接受这些不断的变化。然而这种印象其实是错的：注意在皮质竞争过程中发挥着重要的作用。当我们将注意集中于一张图片，比如集中在脸而不是房子上时，脸的主观体验就会停留得略微长一些 ¹⁷ 。但这种效应是很微弱的：两张图片之间的竞争始于我们无法控制的地方。

但重要的是，一张图片能够胜出是因为我们给予了它注意，而战场本身就是我们的意识思维 ¹⁸ 。当我们把注意从两张图片处移开时，它们就会停止竞争。

读者可能会问，这是怎么被察觉到的？我们没法问一个分神的人她看到了什么，她是不是还能看到两张图片在变化，因为她要回答的话就必须主观上去关注。第一眼看来，要求不去关注却要知道你已经知觉了，多少有点矛盾的意味，就像你照镜子想看自己的眼睛是怎么移动的一样，毫无疑问你的眼睛一直在动，但是当你盯着镜中的两眼时，就得迫使它们保持不动。长久以来，科学家试图研究不集中注意时的这种竞争，结果总是弄巧成拙，就像是问在没有人的地方，树倒下来的声音是怎样的，或者我们睡着了的那一刻的感觉是怎样的。

但是科学总是能突破不可能性。明尼苏达大学的张朋（Peng Zhang）和他的同事意识到，并不需要问观看者在他们分神的时候图片是否仍在交替出现 ¹⁹ ，只需要找到大脑中表示两张图片仍在竞争的标志。实验者已经知道，在竞争中，神经元会对两张图像产生交替的放电反应（见图1-2），所以他们能否在被试不关注时仍然测量到这种交替效应呢？张朋使用了一种称为“频率标示”的技术，通过让图像以一个特定的频率闪烁来标示它。这两个频率标示能通过被试头上的电极接收，并被脑电图记录。在竞争时的特征很明显，两个频率互相排斥：如果其中一个波动较强，另一个就较弱，反映了我们在某一时刻只能看到其中一幅图。而在我们停止关注时，这种交替就停止了，这两个标示同时出现而且彼此独立：也就是说，不关注阻止了竞争。

另一个实验完全通过内省的方法证实了这个结果：当把注意从竞争图片处移开一会儿后，让被试报告继续观看时所看到的图片，结果显示，假设在不关注时图片交替仍在继续进行，此时应看到的图片与被试实际报告的图片不同 ²⁰ 。所以，双目竞争依赖于注意力： 在没有意识关注的情况下，这两张图片会同时得到处理而且不再竞争。竞争效应必须是在观察者主动而且注意集中的情况下才能显现。

因此，注意限制了同时能够关注的图像数量。这种限制，同时也带来了意识通达的一种新的最小对比。有一种方法，通过使显意识大脑暂时饱和来创造一小段看不见图像的时间，它被形象地称为“注意瞬脱” ²¹ （attentional blink，字面意思为注意眨眼）。图1-3展示了“注意瞬脱”现象通常发生时的情况。一连串的符号出现在屏幕的同一位置。大多数符号是数字，但其中也有字母，实验中让被试记住这些字母。第一个字母能够轻松地记住。如果第二个字母在第一个字母出现半秒或者更长时间后出现，那么它也会被准确地记住。但是如果这两个字母紧挨着出现，那么第二个字母常常就被完全忽视了。观看者报告说只看到了一个字母，并对第二个字母的存在感到十分惊讶。关注第一个字母的动作使大脑短暂地“眨眼”，消除了对第二个字母的知觉。

通过脑成像，我们发现，所有的字母都进入了大脑，包括那些我们没有印象的。它们都进入了初级视觉区域，并可能深入整个视觉系统，直到被标记为一个目标：也就是说一部分大脑知道目标字母出现了 ²² 。然而，出于某种原因，这个信息从来没有进入我们的意识脑中。目标字母必须达到被意识记录的层面，才算被有意识地觉知到了 ²³ 。这种记录却有诸多限制，即在任何时候，只有一条信息能够通过。此时，视觉场景中的其他事物没有被察觉到。

双目竞争展示了两个刺激图片之间的竞争。在注意瞬脱实验中，在同一位置不同时间连续出现的两张图片中，也存在类似的竞争。我们的意识常常跟不上屏幕展示图片的速度。虽然当我们被动地去看这些图片时，似乎能“看见”所有的数字和字母，但是将一个字母存入记忆中需要占用意识资源足够长的时间，来创造一个看不见其他字母的空当儿。意识的堡垒只有一个很小的吊桥，迫使大脑表征之间相互竞争。意识通达拥有一个狭窄的瓶颈。

读者可能会反对说，图1-3的数据中显示，大概有1/3的概率，我们有时候能看见连续的字母。而且，在现实情况下，我们能够察觉到两个几乎同时出现的事物。比如说，在看一张图片时能听见汽车的鸣笛声。心理学家称这种情况为“双重任务”，因为这要求人们同时做两件事情。那么发生了什么？是不是双重任务驳斥了我们在意识结构上只能在同一时刻做一件事的观点？不，证据表明，即使在这种情况下，我们也受到了重重限制。我们从来没有真正意义上有意识地同时处理两件不相干的事物。当试图同时关注两件事时，印象中我们的意识是即时的，并与两件事保持联系，然而这只是个假象。事实上，主观思维没有同时感知这两件事情。当一件事情进入意识，另一件事情就必须等待。

这个瓶颈导致了一个能够很容易就测量到的加工延迟，它被形象地称为“心理不应期” ²⁴ 。当意识在处理第一件事情时，会暂时不响应后续的输入，要延迟很久以后才能处理它们。第二件事情会停留在无意识的缓存中，直到第一件事情处理完毕。

我们对这种无意识的等待时间一无所知。但是还会有其他解释吗？意识被别的事情所占据，所以我们没有办法以系统外的视角来观察到我们对第二件事情的感知被延迟了。结果是，当大脑在忙碌时，我们对时间的主观感觉可能是错误的 ²⁵ 。当我们专注于第一个任务并被要求估计第二个物体出现的时刻时，会认为它进入意识的时间就是出现的时间。即使两个输入在客观上是同时的，我们也没办法察觉到这点，而是感觉先关注的事物比另一个出现得早。事实上，主观的延迟完全是由意识的“迟缓”造成的。

注意瞬脱和不应期是紧密相连的心理学现象。当意识脑被占据的时候，其他信息必须在一个无意识的缓存中等待。 这种等待是危险的，在任何时候，由于内在的杂音、干扰的想法和别的外来刺激，缓存中的信息可能从意识中被完全地清除掉，即瞬脱了。实验确实证明了这一点，在一个双重任务中，不响应和瞬脱现象都出现了。意识知觉到的第二个事物总是滞后的，而且随着延迟时间的增加，完全被忘记的概率也增加了 ²⁶ 。

在大多数双重任务的实验中，瞬脱现象只持续几分之一秒。将一个字母存储到记忆中确实只需要一点点时间。然而，如果我们进行一个时间更长的干扰任务会发生什么？答案令人惊讶：我们会完全忘记外面的世界。如饥似渴的读者、全神贯注的象棋选手和专心致志的数学家都深知这种专注的用脑可以创造长时间的心神分离，这期间我们对外界一无所知，这种现象被称为“非注意盲视”，且在实验室中很容易实现。

在一个实验中 ²⁷ ，研究者要求被试盯着屏幕中心却同时用余光关注屏幕上侧。他们被告知有一个字母会出现在那里，而且他们必须记住这个字母。这个任务的训练包含两个试次。在第三试次，一个意想不到的图形出现在中心，与边上的字母同时出现，可能是一个黑点、一个数字甚至是一个单词。这个图形停留几乎1秒之久。神奇的是，大约2/3的被试都没有关注到它的存在。他们声称只看到了边上的字母，其他什么也没有看到。直到他们重做实验时才惊讶地发现，他们错过了这个重大的视觉事件。简而言之，不关注导致了看不见。

另一个经典的实验是丹·西蒙斯（Dan Simons）和克里斯托弗·查布利斯（Christopher Chabris）的“看不见的大猩猩”实验 ²⁸ （见图1-4a）。一部影片展示了两个球队在练习篮球，一队穿白衣服，一队穿黑衣服。观看者需要数一数白队传了几次球。影片一共30秒，只要稍微关注，基本上任何人都可以数出是15次。这时实验者会问：“你们看见大猩猩了吗？”当然没有！重新回放影片，就在中间，一个身穿黑色大猩猩服装的演员登场了，在显眼的位置用拳头捶了几下胸口，然后走开。大部分观察者在第一次观看时都没有注意到大猩猩：他们发誓绝对没有大猩猩，并且对此非常确信，甚至斥责实验者在第二次放映时换了一部影片。观察者仅关注白衣球员使得大猩猩似乎完全消失了。

在认知心理学中，大猩猩的这个研究是里程碑式的。与此同时，实验者发现了十几种同样的情况中因没有关注而造成的盲视。结果表明，人并不是完美的目击证人。一个简单的操纵就能让我们忽视一个视觉场景，哪怕是在最显眼的地方也一样。凯文·奥里甘（Kevin O’Regan）和罗恩·伦辛克（Ron Rensink）发现了“变化盲视” ²⁹ ，这是一种令人诧异的现象：人们无法发现哪一部分图像被抹去了。一张图片有两个版本，一个有删减而另一个没有。这两张图片在屏幕上交替出现，大约一秒一次，其间有短暂的空白。观看者却声称两张图片是一样的，即使改动很大，比如说飞机少了一个引擎，或者改动很关键，如在一个公路场景中，路中间的线从断断续续的变成了连续的。

西蒙斯在一个设计好的实验中通过演员来展现变化盲视。在哈佛校园里，一个演员向一个同学问路。对话被旁边经过的工人们给暂时打断了，2秒钟后，对话继续，而原来的演员已经换成了另一个人。即使两个人的头发颜色和衣服款式不一样，大多数学生也没注意到这个变化。

另一个更引人注目的例子是彼得·约翰逊（Peter Johansson）的“选择性盲视”研究 ³⁰ 。在这个实验中，给男性被试展示两张卡片，每张卡片上都有一张女性的面孔，并让他选择一张喜欢的。实验者将被试选择的那张递给他，但是在两张卡片面朝下的时候，实验者悄悄地交换了两张卡片。被试最后拿到的并不是他所选择的那张卡片。一半的被试并没有觉察其中的异常。他们高兴地对自己实际上并没有选择过的卡片进行评论，并开始想出一些理由来解释为什么这张脸肯定比另一张更好看。

《测试你的观察力：谁是凶手》（ Test Your Awareness : Whodunnit ）是一部由伦敦交通部门拍摄的微侦探电影。一个著名的英国侦探盘问3名嫌疑人，最后逮捕了其中之一。整部影片没有任何可疑之处，直到电影被回放，我们才发现我们错过了大量的怪事。在1分钟的时间里，场景里至少21处地方在我们眼皮底下被改变了。5名助手换了家具，把那只大玩具熊换成了中世纪的铠甲，并帮助演员换了大衣，替换了手中的物品。而不知情的观众却根本没有注意到任何变化（见图1-4b）。

这部令人印象深刻的变化盲视短片用伦敦市长的教诲结尾：“你会很轻易地忽略一些没有关注到的事物。在一条繁忙的马路上，这可能是致命的——请司机小心避让骑车人和行人！”市长是对的。模拟飞行训练研究显示，受过训练的飞行员在和地面指挥中心联系时会变得无法关注别的事情，甚至会撞上另一架他们没有察觉到的飞机。

以上事例很明确地告诉我们： 不关注可以让任何事物从意识中消失。 由此我们就有了对比意识知觉和无意识知觉的重要工具。 zo9NdzB74sssb9UqVR1PWgUcaflHf4AIUb28iSWvGqzISZ4feOIg5bDzsIJ7jP7h