意识

一 | 介绍

1 | 概念辨析

当我们说“意识”(consciousness)的时候,我们在说什么?

  • 当我们说“电影里的角色因车祸丧失了意识”时,其实我们说的是“意识状态”(consciousness state),它是一种“不及物意识”。
  • 当我们说“我意识到今天是周末不用上班”时,其实我们说的是“意识通达”(consciousness access),它是一种“及物意识”,是选择性注意到某物之后“大脑被其占据的状态”。
  • 当我们说“小孩子能够意识到镜子中的人是自己”时,其实我们说的是“身体自我意识”(bodily self-consciousness),它是对自我身体的感知,是感知觉层面的自我意识(self-consciousness)。
  • 当我们说“我意识到考试时选了错误的选项”时,其实我们说的是“元认知”(metacognition),它是对自我认知过程的认知,也被称为递归意识(recursive consciousness),是更为抽象的自我意识。
  • 当我们说“波长为620-750nm的光打在我的视网膜,让我意识到了红色”时,其实我们说的是“现象意识”(phenomenal consciousness),它是指对物体的物理属性的主观体验(subjective experience),这也被称为感受质(qualia)。
你所说的“意识”是指什么?

2 | 研究概述

为了让大家有个大致的了解,下面简要说一下我所了解的各个领域的研究概况:

  • “意识状态”常在昏迷病人上研究,目前研究人员能够对昏迷病人的意识状态进行检测[1][2][3],预测其未来苏醒的可能性,甚至通过对丘脑的电刺激能够促进意识的恢复[4],同时也有报道称电刺激屏状核可以破坏意识[5]。另外,也有人通过对动物的昼夜节律的研究了解意识状态切换(睡眠 <-> 清醒)的神经机制[6]
  • 对“意识通达”的研究可能是这几个意识研究领域中最多的,因为这个领域已经建立了成熟的实验范式(如双眼竞争[7]等),并且容易在人类[8]或非人灵长类动物[9]上做实验,目前已发现意识通达的神经相关物。据此,有两个理论(全局工作空间理论[10]与整合信息理论[11])提出意识通达的产生机制,正等待着被检验。
  • “身体自我意识”一般在人类被试上研究,包括对身体感知异常的患者[12]和通过实验诱发身体感知幻觉的正常人[13]。目前认为,多感觉整合可能是身体自我意识的重要原理[14],而TPJ是对身体自我意识具有因果性贡献的脑区[15]。最近,在非人灵长类动物上也建立了有效的行为范式[16],并且单细胞记录的结果表明次级躯体感觉皮层(SII)可能参与区分自我和非自我[17]
  • “元认知”的研究颇多,在人类和动物上都可以研究。由于元认知是对认知过程的认知,因而可以针对每一种认知过程来研究相应的元认知过程,譬如研究决策中的信心[18]等。目前发现元认知水平与前额叶皮层灰质体积相关[19];并且可以通过神经反馈训练提高元认知水平[20]
  • “现象意识”似乎还缺乏科学上的突破,不过有人已经提出相关的计算神经理论[21]

接下来,本文将逐一介绍神经科学对以上这些“意识”的研究成果。

二 | 意识状态

1 | 不同的意识状态[22]

  • 正常意识状态(normal consciousness state):正常人在清醒(awake)或警觉(vigilant)时的意识状态。
  • 半意识状态(semi-consciousness state):睡眠的意识状态,它是一种快速可逆的意识丧失状态。由于快速眼动睡眠期间大脑活跃,因而它是处于有意识与无意识之间的半意识状态。
  • 异常意识状态(abnormal consciousness states):由精神药物(包括麻醉药)或脑损伤导致的意识暂时丧失的状态。

2 | 昏迷病人及其意识状态

在临床上,辨别识别昏迷病人的意识状态具有重要意义。在全世界的重症监护室中,有一半的昏迷病人因为被认为无法恢复意识而被停止生命维持系统[23]。如果能够辨别有意识的昏迷病人,那么将挽救更多的生命。下面三类昏迷病人,他们具有由强到弱的意识状态。

昏迷病人的发展状况,其中颜色深浅表示意识状态的强弱

(1)闭锁综合征(locked-in syndrome):患者虽然身体被“锁住”不能动,不能言语,但处于正常意识状态。(当然,睡眠时也会处于半意识状态)。

最著名的闭锁综合征患者是法国著名时尚杂志《ELLE》的总编辑的尚·多明尼克·鲍比(Jean-Dominique Bauby)。在1995年,他在中风后全身瘫痪。但幸运的是,他的左眼还能动。在助手的帮助下,他通过数十万次眨眼确定出一个个字母,创作了书籍《潜水钟与蝴蝶》。他在书中形容自己“如同困在潜水钟里一般,身体被紧紧箍住,无法动弹,而心灵却像蝴蝶一样在广阔的天地里自由飞翔”[24]。该书于1997年出版,并被改编为同名电影。但不幸的是,他中风后仅活了15个月,在书籍出版后的第三天,他因肺炎而与世长辞。

电影《潜水钟与蝴蝶》剧照

(2)最小意识状态(minimally conscious state, MCS):患者有残留意识(residue consciousness),表现出有意图的行为(intentional behavior),但似乎无法建立任何持久的功能性交流。

(3)无反应清醒综合征(unresponsive wakefulness syndrome,UWS):这也被称为植物人状态(vegetative state,VS),患者(也被称为植物人)完全没有意识,虽然在某些时刻会表现出的觉醒的行为,例如睁开眼睛并产生复杂的行为反射,但没有明显的有意图的行为迹象。

需要注意的是,临床上根据行为症状的诊断,经常发生误诊。闭锁综合征病人最初有40%被误诊为植物人,进一步检查也可能被诊断为最小意识状态患者[25]。这是因为那些显示出患者有意识的行为特征出现频率低,容易没被观察到,而且有意识的眨眼动作可能会被误判为反射行为,因此需要更快捷、更有效的方式去检测意识。

3 | 意识状态的检测

4 | 意识状态的恢复与消除

三 | 意识通达

  • 实验范式:双眼竞争、掩蔽范式、注意瞬脱
  • 意识通达的理论:全局工作空间理论(GWT),整合信息理论(IIT)等

四 | 自我意识

  • 意识的分裂(裂脑人、精神分裂病人)
  • 意识的创造(机器人)

五 | 身体自我意识

  • 自视现象(autoscopic phenomena)
  • 出窍体验(Out-of-Body Experience,简称OBE)
  • 自视幻觉(autoscopic hallucinations)
  • 离体自窥(heautoscopy)

六 | 元认知与递归意识

七 | 主观体验/现象意识

八 | 自由意志(free will)

九 | 文献推荐

书籍

  • 斯坦尼斯拉斯·迪昂(Stanislas Dehaene)的《脑与意识》(Consciousness and the Brain : Deciphering How the Brain Codes Our Thoughts
  • 弗朗西斯·克里克(Francis Crick)的《惊人的假说:灵魂的科学探索》(The Astonishing Hypothesis : The Scientific Search for the Soul)。

更多书籍可参考:

教材

  • 《神经科学原理(第五版)》第61章 意识和无意识心理过程的障碍

综述

  • 意识:过去50年(以及未来50年)Seth, A. K. (2018). Consciousness: The last 50 years (and the next). Brain and Neuroscience Advances, 2, 239821281881601. (DOI中文版
  • 自下而上的意识生物学 Braun, C. M., & Lovejoy, S. (2018). The biology of consciousness from the bottom up. Adaptive Behavior, 26(3), 91–109. (DOI中文版
  • 什么是意识?机器能拥有意识吗?Dehaene, S., Lau, H., & Kouider, S. (2017). What is consciousness, and could machines have it? Science, 358(6362), 486–492.(DOI中文版
  • Dehaene, S., & Changeux, J.-P. (2011). Experimental and Theoretical Approaches to Conscious Processing. Neuron, 70(2), 200–227.(DOI
  • Crick, F., & Koch, C. (1990). Towards a neurobiological theory of consciousness. Seminars in Neuroscience, 2, 263–275.(DOI

其它

P.S.:本人能力有限,如有遗漏或错误,烦请大家不吝指教,谢谢!

参考

  1. ^Owen, A.M., Coleman, M.R., Boly, M., Davis, M.H., Laureys, S., & Pickard, J.D. (2006). Detecting Awareness in the Vegetative State. Science, 313, 1402 – 1402. https://doi.org/10.1126/science.1130197
  2. ^Monti, M.M., Vanhaudenhuyse, A., Coleman, M.R., Boly, M., Pickard, J.D., Tshibanda, L., Owen, A.M., & Laureys, S. (2010). Willful modulation of brain activity in disorders of consciousness. The New England journal of medicine, 362 7, 579-89 . https://doi.org/10.1056/NEJMoa0905370
  3. ^Gui, P., Jiang, Y., Zang, D., Qi, Z., Tan, J., Tanigawa, H., Jiang, J., Wen, Y., Xu, L., Zhao, J., Mao, Y., Poo, M., Ding, N., Dehaene, S., Wu, X., & Wang, L. (2020). Assessing the depth of language processing in patients with disorders of consciousness. Nature Neuroscience, 23, 761-770. https://doi.org/10.1038/s41593-020-0639-1
  4. ^Schiff, N.D., Giacino, J.T., Kalmar, K., Victor, J.D., Baker, K., Gerber, M., Fritz, B., Eisenberg, B., O’Connor, J., Kobylarz, E.J., Farris, S., Machado, A., McCagg, C., Plum, F., Fins, J.J., & Rezai, A.R. (2007). Behavioural improvements with thalamic stimulation after severe traumatic brain injury. Nature, 448, 600-603. https://doi.org/10.1038/nature06041
  5. ^Koubeissi, M.Z., Bartolomei, F., Beltagy, A., & Picard, F. (2014). Electrical stimulation of a small brain area reversibly disrupts consciousness. Epilepsy & Behavior, 37, 32-35. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2014.05.027
  6. ^Ren, S., Wang, Y., Yue, F., Cheng, X., Dang, R., Qiao, Q., Sun, X., Li, X., Jiang, Q., Yao, J., Qin, H., Wang, G., Liao, X., Gao, D., Xia, J., Zhang, J., Hu, B., Yan, J., Wang, Y., Xu, M., Han, Y., Tang, X., Chen, X., He, C., & Hu, Z. (2018). The paraventricular thalamus is a critical thalamic area for wakefulness. Science, 362, 429 – 434. https://doi.org/10.1126/science.aat2512
  7. ^Levelt, W.J. (1965). On binocular rivalry. https://doi.org/10.5860/choice.43-0917
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  9. ^Leopold, D.A., & Logothetis, N.K. (1996). Activity changes in early visual cortex reflect monkeys’ percepts during binocular rivalry. Nature, 379, 549-553. https://doi.org/10.1038/379549A0
  10. ^Dehaene, S., Sergent, C., & Changeux, J.P. (2003). A neuronal network model linking subjective reports and objective physiological data during conscious perception. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 100, 8520 – 8525. https://doi.org/10.1073/pnas.1332574100
  11. ^Oizumi, M., Albantakis, L., & Tononi, G. (2014). From the Phenomenology to the Mechanisms of Consciousness: Integrated Information Theory 3.0. PLoS Computational Biology, 10. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1003588
  12. ^Blanke, O., Landis, T., Spinelli, L., & Seeck, M. (2004). Out-of-body experience and autoscopy of neurological origin. Brain : a journal of neurology, 127 Pt 2, 243-58 . https://doi.org/10.1093/brain/awh040
  13. ^Lenggenhager, B., Tadi, T., Metzinger, T.K., & Blanke, O. (2007). Video Ergo Sum: Manipulating Bodily Self-Consciousness. Science, 317, 1096 – 1099. https://doi.org/10.1126/science.1143439
  14. ^Blanke, O. (2012). Multisensory brain mechanisms of bodily self-consciousness. Nature Reviews Neuroscience, 13, 556-571. https://doi.org/10.1038/nrn3292
  15. ^Blanke, O., Mohr, C., Michel, C.M., Pascual-Leone, Á., Brugger, P., Seeck, M., Landis, T., & Thut, G. (2005). Linking Out-of-Body Experience and Self Processing to Mental Own-Body Imagery at the Temporoparietal Junction. The Journal of Neuroscience, 25, 550 – 557. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2612-04.2005
  16. ^Chang, L., Fang, Q., Zhang, S., Poo, M., & Gong, N. (2015). Mirror-Induced Self-Directed Behaviors in Rhesus Monkeys after Visual-Somatosensory Training. Current Biology, 25, 212-217. https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.11.016
  17. ^Bretas, R., Taoka, M., Hihara, S., Cleeremans, A., & Iriki, A. (2021). Neural Evidence of Mirror Self-Recognition in the Secondary Somatosensory Cortex of Macaque: Observations from a Single-Cell Recording Experiment and Implications for Consciousness. Brain Sciences, 11. https://doi.org/10.3390/brainsci11020157
  18. ^Smith, J.D., Schull, J.C., Strote, J., McGee, K.R., Egnor, R., & Erb, L. (1995). The uncertain response in the bottlenosed dolphin (Tursiops truncatus). Journal of experimental psychology. General, 124 4, 391-408 . https://doi.org/10.1037/0096-3445.124.4.391
  19. ^Fleming, S.M., Weil, R.S., Nagy, Z., Dolan, R.J., & Rees, G. (2010). Relating Introspective Accuracy to Individual Differences in Brain Structure. Science, 329, 1541 – 1543. https://doi.org/10.1126/science.1191883
  20. ^Cortese, A., Amano, K., Koizumi, A., Lau, H.C., & Kawato, M. (2017). Decoded fMRI neurofeedback can induce bidirectional confidence changes within single participants. NeuroImage, 149, 323-337. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.01.069
  21. ^Rolls, E.T. (2020). Neural Computations Underlying Phenomenal Consciousness: A Higher Order Syntactic Thought Theory. Frontiers in Psychology, 11. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2020.00655
  22. ^【蒲慕明的课】神经科学的六大难题之6: Neural Correlates of Consciousness https://www.bilibili.com/video/BV1UE411s7rX
  23. ^Smedira, N.G., Evans, B.H., Grais, L.S., Cohen, N.H., Lo, B., Cooke, M., Schecter, W., Fink, C., Epstein-Jaffe, E., & May, C. (1990). Withholding and withdrawal of life support from the critically ill. The New England journal of medicine, 322 5, 309-15 . https://doi.org/10.1056/NEJM199002013220506
  24. ^潜水钟与蝴蝶 Le Scaphandre et le Papillon https://movie.douban.com/subject/1865561/
  25. ^Schnakers, C., Vanhaudenhuyse, A., Giacino, J.T., Ventura, M., Boly, M., Majerus, S., Moonen, G., & Laureys, S. (2009). Diagnostic accuracy of the vegetative and minimally conscious state: Clinical consensus versus standardized neurobehavioral assessment. BMC Neurology, 9, 35 – 35. https://doi.org/10.1186/1471-2377-9-35

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