视觉、听觉和理解力，从一条复杂通路的某处突然进入意识

劳拉·桑德斯

这是科学上最具标志性的时刻之一，那一刻，牛顿看到了正在落地的苹果闪过的红光。那时候，他听到树叶在微风中沙沙作响，并感觉到了正喝着的茶的温度。

这些感觉输入他的大脑，在那里，这些输入的信息遇到了他丰富的知识储备，他内在的沉思、他独特的好奇心，甚至他温柔的回忆：还是个小男孩的时候，他怎样摆脱地面的束缚，爬到树上。突然，视觉、听觉、情感和记忆汇聚成了有关那天的果园中的完整的、丰富的经验。

正是这个偶然的经验——对这个好主意来说，完全够了——（据说）引起了牛顿的好奇心，他想知道为什么苹果不掉落到侧面，甚至也不向上掉落，而是直直落下。灵感乍现，带来了对重力的崭新的理解。

牛顿备享殊荣，因为他计算出乃是同一种神秘的力量把行星拉向了太阳，把苹果拉回了地球。但他是如何做到这些的呢？靠的是更为深邃的秘密：他的大脑如何从混乱无序的内部和外在的信息流里创造出一种单一的、天衣无缝的经验。

而那秘密，不仅仅是牛顿那样的大脑的秘密。在一切有意识的人身上，大脑都以某种方式赋予外在环境以意义，让思想、自我反省和发现得以存在。“这种意识经验，不是个微不足道的有趣的现象，”加州理工学院的神经科学家拉尔夫·阿道夫（Ralph Adolphs）说，“它完全就是整个世界。”

理解一种丰富的内在经验是如何从数据片段中涌现而出是个庞大的任务，类似于通过绘出美国所有钱币的流动情况的图来理解整个美国经济。不过，在一美元从钱包跑到收银机，再跑到银行的过程，可以通过其编号来追踪这一美元钱，而不是只看整体的财政状况。

类似地，科学家想要廓清通往意识的道路，就来追踪单一的、很小的信息碎片——比如说，苹果的红色——在其进入某人内心之时。

近期有关视觉系统的研究表明，视觉若只是通过大脑里必要的视觉通道，根本不足以形成一种经验。有研究把意识与相关却不相同的注意力的过程给巧妙地区分开了，这就带来了问题：意识经验在产生过程中，视觉传递途径的关键几站都发挥了什么作用？

别的一些实验仅仅利用视觉就生成了触觉或听觉，暗示了在经验的形成中不同类型的输入信息是融合在一起的。迄今为止，科学家追踪的单个路径还不够多，不足以得到一幅完整的图景。但是他们发现了大脑如何构建意识经验的线索，正在乘胜追击。

心灵之眼

大脑里被认识最透彻的系统之一是复杂的神经细胞网络，和使人看见的大脑结构。眼睛中的视网膜细胞上的痕迹，会传递到丘脑，到大脑后部，然后再到专门化程度越来越强的细胞组群中，也就是分辨物体的颜色、运动、定位和特性的部位。

经过了数十年的研究，今天的视觉系统的示意图看起来就像是一碗意大利面被丢在了地上，带着长长的、简练的线条，有缠结点把这些线条连在一起。但这种视觉上的疯狂，却有一种基本的方法：信息似乎流向了规定好的方向。

给人的视网膜上植入视觉之后，接下来科学家就能看到图像如何穿过大脑。观察者感知到视觉的时候，向他们提问，研究人员可以精确地找到视觉进入意识的途径。

有一小片褶皱最富有争议的视觉信息站点之一，其位于大脑后方，被称为初级视皮质，或者V1。由于其在皮质上的位置久负盛名——思想形成的复杂精细大脑外层——在很多人看来，V1似乎是个产生视觉意识的合理的部位。

但有的研究人员提出说，V1过于简单了：V1可能是个中继站，把信息传递到更上层，更专门的脑区，这些脑区的话语权更大，它们决定了什么是意识，什么不是。“V1是一个战场。” 德国图宾根的马克斯·普朗克生物控制学研究所渡边正孝（Masataka Watanabe）说。

研究V1的一种关键方法，是拿一个物体，让视网膜可以看见，同时又让头脑意识不到。眼睛可以完好地看到这个物体，但大脑会完全错过它。

科学家能做到这些，可以给一只眼睛看一张图片，而给另一只眼看另一张不同的图片。因为人们不能把两个图像整合成单一的视觉，所以人们总是在来回切换。输入到每只眼睛视网膜的信息保持稳定，同时知觉在来回翻转——无论图像是否被意识到。科学家可以通过测量大脑活动来追踪这种知觉的转换。

和预期的一样，无论人们感知到的是哪个图像，每个视网膜上的细胞对信息的反应方式相同。“眼球并不真在意其后方的大脑是否意识到（图像）。” 加州理工学院和西雅图艾伦脑科学研究所的神经科学家克里斯托夫·科赫说。

信息在丘脑做短暂停留，就去往V1，在那里故事变得复杂了。功能性核磁共振扫描可测量血流的巨大变化，发现知觉切换时V1的活动轨迹。但其他数据让人们对V1的守门人角色产生疑问。比如说，有一种技术利用电极测量神经细胞的行为，发现知觉转换之际，V1的行为并未发生变化。

在两个新的研究把污染因素的混淆效应给仔细地分离开之前，科学家一直受困于这些不一致的研究结果——那污染因素就是注意力。注意力是把心神集中到特定的主体上，通常被描述为心神的聚光灯。

“如果你想要做真正理解意识，那么你需要把注意力的效应分离出去。”澳大利亚莫纳什大学的神经科学家土谷尚嗣（Naotsugu Tsuchiya）说。

不过直到最近，分离两种效应才不是什么问题，因为人们相信它们是一件事，毕竟，这两种效应通常一起出现：聚焦在澳洲绿苹果的酸脆的口感上，会让经验更具体，强化了你对绿苹果的意识。转移注意力的时候，对明显的事物没有察觉——这种疏忽被称为无意视盲（inattentional blindness）。研究中最著名的例子是，要求观察者计算两个人交换篮球的次数。由于专注于看球，很多观察者都没注意到一个穿着大猩猩装的人慢慢走进了现场中间，拍拍自己的胸膛又慢慢走了出去。

突然改变的感知 错觉是研究觉知的好方法。虽然输入视网膜的信息保持不变，但心神在感知到花瓶和人脸（左图）之间转换，或者红面在盒子的前方和后方（中）之间转换。给每只眼睛看不一样的图像，这种情况叫双眼竞争（binocular rivalry），大脑会感知其中一个图像，而不是把两个图像融合到一起（右图）。

注意注意

只是因为意识和注意力经常联系在一起，这并不意味着它们就是同一件事。最近的一个有关潜意识中的蜘蛛的实验证明了这种说法。给害怕蜘蛛的受试者看屏幕上快速闪过的蜘蛛图片，或是户外的场景，图片显示20毫秒——一刹那的工夫，很多科学家认为这快得让人无法察觉。没有一位受试者能说出闪过的是什么，表明看到蜘蛛的人并没有意识到是蜘蛛。

之后，受试者被要求走进一个房间，去摸一种真正的塔蓝图拉毒蛛。那些看蜘蛛图片的人比那些看到自然场景的人更靠近蜘蛛。潜意识中的蜘蛛，让人们对蜘蛛脱敏，减少了他们的恐惧，即使受试者没注意到。虽然图片闪得太快，以至不能进入意识，但是头脑注意到了。纽约州花园市艾德菲大学（Adelphi University in Garden City，N.Y.）的心理学家乔尔·魏因贝格尔（Joel Weinberger）及同事在2011年的《意识和认知》（Consciousness and Cognition）上发表了这一报告。

大多数科学家承认，注意力能在没有意识的情况下出现。但是相反的观念是：在没有注意力的情况下，是否能存在自觉的意识还不那么清楚。有些研究表明，有人能说出场景的要旨——比如说，描述其是一座图书馆，还是一所花园——抑或是在把大量的注意力转移到要求较高的工作任务的情况下。

最近，加州大学洛杉矶分校的神经科学家杰伦·凡·波斯特（Jeroen van Boxtel）和同事们做了个研究，着手把意识和注意力明确地分离开。凡·波斯特和同事研究了后像（afterimages），人如果先盯着绿色的正方形看上一分钟，然后把目光移到白色的屏幕上，就会看到幽灵似的粉色正方形浮现出来。在研究中，受试者一组全神贯注地盯着部分屏幕看，那里有一半黑一半白的圆圈，能产生后像，另一组要分心去做计算。同时，通过让受试者单眼看这能产生后像的圆圈，同时在另一只眼前闪过棋盘格的模式图，这样团队就能操控受试者对圆圈的意识。当头脑切换到这种令人眼花缭乱的模式图时，圆圈依然处在意识之外。

用这种方法，受试者能注意到某些他们没看见的东西（不产生意识的注意力）并能看到某些他们没注意到的东西（没有注意过但产生意识）。

实验结束的时候，关上屏幕上所有的信号，志愿者指出了后像持续的时间。出人意料的是，注意力和意识具有不同的效应，该团队在2010年的《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上发表了报告：人给予的注意力越多，后像持续的时间就越短。人对刺激的意识越丰富，后像持续的时间就越长。

现在你看到了吧 仔细设计实验，可以让科学家把注意力的混淆效应从意识中分离出去。这类研究已经揭示，视觉输入不会刚到达初级视皮质就触及意识，和许多科学家之前设想的一样。

虽然某些科学家对此仍有怀疑，但是通过这些以及其他相似的结果，可以看出注意力和意识是可以分离开的，意味着二者在大脑里各有其作用。“注意力就像个聚光灯，能分辨出环境的样子，并对其加以突出。” 凡·波斯特说。相比之下，意识可能是个合成器，把信息碎片融合进一个更广阔的图景里。

近期的为阐明V1的工作而特别设计的研究表明，把注意力从平衡态中移除，V1 的行为就不再与意识相关。

在2011年11月11日的《科学》杂志上发表的一个功能性核磁共振成像（fMRI）的研究报告中，让受试者意识到屏幕上的条纹图样，或者让他们意识不到，接着，他们或者集中注意力到图样上，或者避免去看。

和后效应的研究一样，这种设置能让科学家把意识和注意力分离开。如果注意力保持不变，那么能看到条纹或是看不到，V1上的fMRI扫描信号都未发生变化。但是当注意力转移的时候，V1的活动也随之转移。

更多的证据来自近期的对猴子的研究，田纳西州纳什维尔的范德堡大学（Vanderbilt University in Nashville）神经科学家亚历山大·迈尔（Alexander Maier）及同事，去年在神经科学学会（Society for Neuroscience）的年会上报告过。在这个实验中，利用电极测量猴子V1神经细胞活动，在其注意或未注意的情况下，测量对物体的感知到或未感知的情况。

fMRI研究和电极研究一致，结果表明来自外界的视觉信号不会一到达V1就进入意识。对于听觉、触觉和别的感觉输入信号来说，也不会刚到达其相应的初级皮质中继站就进入意识。

“注意力和意识的分离是个出色的例子，说明大家能在这麻烦的心灵—身体问题上取得进步。”科赫说。“需要仔细地查看初期的研究，以确保那些归结给意识的结果，并不是注意力导致的。”他和土屋（Tsuchiya）在2月的《认知科学趋势》（Trends in Cognitive Sciences）上写道。

来自顶层的信息

新的发现并不是说V1对意识不重要。从V1离开的信号，流向了愈加复杂的区域：皮质上的部位，记忆、技能和思想的部位。“当这些信号又返回到较简单的皮质区域的时候，意识的体验就产生了。”南加州大学洛杉矶分校（University of Southern California in Los Angeles）的认知神经科学家卡什帕·迈耶（Kaspar Meyer）提出说。

也许，迈耶的想法的最佳证据来自他自己的工作：刺激了一个感官的一小段信息，查看其如何在别处形成知觉。志愿者们在看有人摆弄纱线球的视频剪辑时，他们大脑里充满着一种“心灵的感触”（mind’s touch），重新创造一种柔软的纱线的知觉，迈耶和同事在去年的《脑皮质》（Cerebral Cortex）杂志上发表了报告。

一段用手敲击琴键的无声视频（如图示）触发了人们的听觉皮质的活动和对声音的感觉。

视觉和听觉表现出了类似的效应。观看能让人联想到声音的无声电影——打鸣的公鸡或者手指敲击琴键——给人带来听到那种声音的感觉，该团队在2010年发表了报告。另外，有声视频（比如嚎叫的狗就容易唤起爱狗之人）更容易唤起人们的感觉。这些结果表明，从外界通往大脑内在经验的路径，并不是一条直线。科学家们还没能了解这条路径要经过的所有的停靠站，也不知道哪个停靠站最重要（尽管已经鉴别出一些候选站点，比如说被称为颞上沟的皮质褶皱部位）。

如今明确的是，大脑并不是刺激驱动的机器人，把外界信息直接转变为意识经验。“我们所意识到的东西，是大脑让我们意识到的东西，”迈耶说，“我们感受到的图像，可能在一定程度上受进入大脑的信息的影响，这时候，就不能认为其准确地反映了外部世界，我们需要摆脱这种想法。”

没有输入信号的时候，隐藏的记忆碎片也足以能开启大脑了。每当人们想象，或是做梦的时候，这种能力就展示出来了。坐在静悄悄的黑屋子中的人，能活灵活现地描述妈妈的面庞，哪怕妈妈远在数千里之外。而梦境更是难以置信地生动形象，即使是在没有感觉输入的时候。“这告诉我们，你的大脑在没有任何外界输入信号的时候也能产生出这种对你而言似乎是完全真实的影片。”迈耶说。

在2012年1月27日的《科学》杂志上，迈耶提出，更为普遍的是，所有的意识经验都可以被看成诺贝尔奖得主，神经科学家杰拉尔德·埃德尔曼（Gerald Edelman）所说的“记忆的当下”（remembered present）。利用细小的知觉片段、记忆的碎屑和情感的光芒，头脑成就了更为强大的东西。一眨眼，大脑就创造出整个世界。 afKuHX9sBFFg/e1C4jEdwe2KC5Ftb0v+FcXG9usOlIAquDsVLBxN8BXF/PLsyZDx