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正面交锋！另类“竞赛”探索大脑的意识起源

百家作者：人工智能学家 2019-10-28 14:02:49

图片来源： ZEPHYR/SCIENCE PHOTO LIBRARY/GETTY IMAGES

来源：中国生物技术网

在脑科学研究领域，科学家们可以观察到神经元的放电及其之间的通信，从而描绘出在产生感觉、进行决策和说话过程中大脑各区域是如何被“点亮”的。但他们无法解释的是，所有这些活动如何引发意识。现有的理论比比皆是，但其拥护者经常自说自话，并且往往对同一组数据产生不同解读。

美国Allen脑科学研究所所长Christof Koch说：“理论是非常灵活的，就像吸血鬼一样，很难被杀死。”

现在，Templeton世界慈善基金会（TWCF，一个以资助科学和宗教交叉研究而闻名的非盈利组织）希望以实验来平息争论，让这些与意识相关的理论直接“较量”。这个耗资2000万美元项目的第一阶段上周在芝加哥举行的神经科学学会会议上启动。在这一阶段中，研究人员将使用精心设计的测试扫描参与者的大脑，对这两种意识理论进行比较。每个理论的支持者都同意，如果测试结果与他们所支持的理论不同，那么他们将承认自己的理论是有缺陷的。

在基础科学领域，很少有正面交锋的竞争。德国Max Planck经验美学研究所的神经科学家、首席研究员Lucia Melloni说：“这确实是一个非常另类的项目。” 但是，对于寻求与闭锁综合征患者进行沟通、确定人工智能系统是否可以变得有意识，或者探索动物是否像人类一样经历意识的研究人员而言，理解意识变得越来越重要。

为了验证这些理论，TWCF从1919年的一次实验中汲取了灵感。在那项实验中，物理学家Arthur Eddington将爱因斯坦的广义相对论与牛顿的引力理论进行比较。Eddington测量了日食期间太阳的引力是如何导致附近恒星的光发生变化的，结果是爱因斯坦获胜。

然而，与重力相比，意识的测量和数学定义要困难得多。TWCF已经确定了六种前沿的意识理论，并打算最终资助研究以验证所有理论。TWCF基金会主席Andrew Serazin说：“我们希望，通过这一过程减少不正确理论的数量。我们想奖励那些在工作中具有勇气的人，而有勇气的一部分就是谦虚地改变自己的观点。”

前两个竞争理论是法国巴黎学院的Stanislas Dehaene提出的全局工作空间理论（GWT），和美国威斯康星大学麦迪逊分校的Giulio Tononi提出的综合信息理论（IIT）。GWT理论认为，大脑的前额叶皮层控制着决策等更高阶的认知过程，它充当中央计算机，负责收集感官信息并对信息进行优先级排序。然后，将信息传播到执行任务的大脑其他部位。Dehaene认为，这个选择过程就是我们所认为的意识。

Stanislas Dehaene

Giulio Tononi

相比之下，IIT理论认为，意识源自大脑网络的相互联系。神经元之间的相互作用越多，人的意识就越强，即使没有感官输入也是如此。IIT支持者猜测该过程发生在大脑后部，那里的神经元以网格状结构连接。

为了测试这些理论，有六个实验室将进行总共500多名参与者的实验，TWCF将为此花费500万美元。位于美国、德国、英国和中国的实验室将在参与者执行与意识相关的任务时使用三种技术来记录大脑活动：分别是功能磁共振成像、脑电图成像和大脑皮层成像（一种在大脑手术期间进行的脑电图扫描，将电极直接置于大脑上）。

在一项实验中，研究人员将在参与者意识到图像时测量大脑反应。GWT理论预测大脑的前部会突然变活跃，而IIT理论则认为大脑后部会一直保持活跃。

Tononi和Dehaene已经同意了实验参数并记录了他们的预测。为了避免利益冲突，科学家们既不收集也不解释数据。如果测试结果不支持任一理论，则每个人都同意承认自己是错误的，至少在一定程度上是错误的。

但这个项目也遭到了批评，主要是因为它涉及了IIT理论。英国苏塞克斯大学的神经科学家Anil Seth说，该理论过于哲学化（试图解释意识为什么存在，而不是大脑如何确定刺激是否有意识的关注）以至于无法直接进行测试。他说：“我不认为竞争会起到该项目所宣称的效果。” Tononi本人怀疑这些实验能否排除他理论的所有方面，他表示这些实验可能“使我们的生活更加困难”。

IIT理论的支持者Koch不同意Seth的观点。他说：“IIT理论当然是可验证的。” 他提到了一项临床试验，在该试验中，研究人员在昏迷或麻醉等最低意识状态下刺激受试者的大脑，触发大脑活动模式，所以这项试验表明神经元以IIT理论预测的方式相互联系。

尽管Seth对该项目能否获得确定的答案表示怀疑，但他认为这将激发科学竞争对手之间的讨论与合作。他说：“这本身是值得称赞的。”