C57

C57 浙江大学神经科学博士

"内感受”进化与意识起源

1.为什么直到现在意识还是个谜?

先看看现如今不同领域的的研究者们所处的窘境吧:

人工智能领域的人会被这样质疑:“为什么你要把时间浪费在人工智能的幻想上?你们只是发明你们想要的任何机器,对于大脑,你们充满了不可原谅的无知之见。”

而神经科学家则常常被人工智能领域的人嘲讽:“你们不理会‘信息处理’,只是关心它在哪儿发生、牵涉到哪些神经传递以及所有那些烦人的事情,但你们完全不知道高等认知功能的运算要求。”

认知心理学家却容易受到这样的指责:他们倒腾出来的模型,既在生物学上不可信,运算能力又没有得到证实。

而我们都知道,哲学家只会在缺乏数据和缺乏经验上可检验的理论的情况下,发表著作,高谈阔论。

这也就难怪没有人能解决意识问题了。

这些研究者们因为眼界与研究计划的限制,面对困难的问题时,他们只采用了自己所能看到的捷径,同时却对别人的捷径横加指责。然而不能否认的是,这些研究者们都很聪明,甚至才华横溢,同时他们也有点恃才傲物,不胜其烦。我们知道,没有人能清楚所有的问题和细节,每个人都不得不在问题的多数部分上含糊其辞,猜来猜去,并采用一些不太严谨的论述。

例如神经科学家的一个冒险行为就是把意识当成是线的终点(就像我们会忘记,水稻的最终产物不是大米,而是更多的水稻)。当然,神经科学家也是最近才开始思考意识的,而且只有少数勇敢的理论家开始公开谈论他们现在思考的就是意识。

诺贝尔奖得主弗朗西斯.克里克(Francis Crick)与其合作者克里斯托弗.科赫(Christof Koch)就冒险地提出了一条假说:我们认为,意识的一项功能是显示各种底层运算的结果,而这牵涉到一种关注机制,该机制利用40赫兹的的振动把相关神经元的峰值同步化,从而暂时把这些神经元连到一起。

想验证这些关于意识的假说似乎难于上青天,但好在的是,这只是对研究者而言,他们把意识当做第三人称视角的测量对象,而实际上,通过笛卡尔曾提倡的第一人称视角,也就是独白和内省的方法,我们每个人都可以真真切切的感知到自己意识的存在,每个人都是意识的“专家”。

而这种形式的“内省”,时刻在提醒我们:我们的意识,我们拥有的“自我感”,我们所有的生理需求(饿,渴,缺氧时对氧气的需求等)、组织创伤(疼痛)、威胁(害怕,生气)或者是社会感受(感激、同情、爱),都是我们自身内部的感受;而这些“内感受”,则代表着身体状态的改变(如渴代表自己的身体缺水,痛代表受到了伤害)

当我们追溯意识的起源时,我们会震惊地意识到:在漫长进化中,当一个有机体获得了“内感受”的能力时,他将永远地与其他形式的生命产生差别,因为在生命史上,他在某种程度上第一次意识到了自身的存在。

我们相信通过镜子测试的黑猩猩具有某种程度的自我意识。图源:Scientific American

2.也许内感受产生的时候,最原始的意识也随之产生了

只有能将生理状态维持在一个合适的范围里的动物,才能存活下来。这其实不难想象,当你血糖开始降低时,你却不能感受到肚子饿,也意识不到要去周围找一点东西来补充身体能量,你就很难存活下来并繁衍后代。这个维持生理状态的过程,依赖的是快速检测到那些危险的生理变化(血糖降低,缺水,受伤)的能力,并作出适当的纠正(进食,饮水,止血或逃跑)。

幸运的是,当我们生理状态发生改变时,我们会自发地感受到一些主观心理体验的产生(饿,渴,疼痛),从而作出相应的行为,使得生理状态回到正常的水平。

你可能会质疑道:就算没有这些主观的感受,生理状态的偏差也可以通过简单的生理调控机制或者是行为程序(如激素分泌,免疫调节,肌肉反射)来完成纠正。而且不可否认的是,世界上绝大多数的生物采用了这样的方法(占数量上绝对优势的低等生物)。那又是为什么,还是有一小群生物进化出了这种感受呢?

研究者认为,内感受在进化中出现并逐渐变得复杂,是因为它为生命调节带来了一定的益处。内感受可以给生理状态打上正面或负面的标签:偏离合适的生理状态时,会出现某些不快的感受(饿、渴、疼痛),在相当合适的生理状态时,大量快感涌上心头(感激、爱)。于是,内感受就可以看成是一种代理,它高效地反映生理状态并能得到行为上合适的响应。不管是痛苦还是快乐,内在的感受可以牢牢地吸引住机体的注意,从而对它所处的状况作出合适的反应。内感受同时也有利于个体去学习会导致生理状态改变的情形,从而在下次遇到这种情形时,提前做出预判,增加行为策略的灵活性。

因此,尤其是在需要做出复杂行为的情形里,有内感受的生物显然可以更灵活有效的应对,从而获得一定的进化优势。

从生物工程的观点来看,这种应对涉及到四个要点:

1.刺激,比如生理状态的偏离,外部情形的改变或者是回忆到某些状况。

2.探测刺激的神经接口。

3.协调一系列相关行为的神经执行站点。

4.探测纠正完成并结束相关行为的神经接口。

因此,一系列的神经环路可以作为高效的神经接口,从而探测到身体内部状态的偏离程度,激发出相关的校正行为,并可以在适当的时候结束这种行为。

3.内感受有着历史久远的神经基础

通过对哺乳动物大脑的研究,我们知道这些神经接口分布在整个中枢神经系统里,包括脑干上部、中脑、丘脑、下丘脑、纹状体和大脑皮层。

在脑干和中脑这类演化上较为原始的区域里,主要相关核团有:孤束核(Nucleus tractus solitarius,NTS),极后区(area postrema),臂旁核(Parabrachial nucleus,PBN),腹侧被盖区(Ventral tegmental area,VTA),导水管周围灰质(Periaqueductal gray matter, PAG),视上丘(SC)深部,红核(Red neuclei),黑质(Substantia nigra),以及其他的一些单胺能核团。

其中,当身体内部感受沿着迷走神经与脊髓丘脑皮质束向中枢系统传导时,臂旁核(PBN)和导水管周围灰质(PAG)作为主要的接继站点,可以整合来自全身的内感受信息。而视上丘(SC)表层(1-3层)是经典的视觉中枢,4-5层的深部在神经科学的研究中却极大地被忽视了,而这些深层结构接受着来自不同形式的感觉输入(视觉、听觉、躯体感觉),因此,视上丘可能扮演着将视觉、听觉这类外部感觉与内部感觉联合在一起的角色 ,从而参与了意识与自我感的产生过程。

许多皮层下结构,如:杏仁核(Amygdala),伏隔核(Nucleus accumbens),腹侧纹状体(ventral striatum),以及其他的一些基底神经节,他们涉及给生理状态打上或正面或负面的情绪标签,从而指导行为。

在新近演化出来的大脑皮层中,脑岛、前扣带回以及躯体感觉皮层似乎扮演着主要的内感受角色。比如,人类的共情似乎和脑岛息息相关,而前扣带回则参与了对疼痛的行为反应。

然而许多案例表明,即使这些皮层结构受到创伤甚至被完全去除,个体依旧会产生内感受。这说明皮层高级结构可能不是内感受产生所必需的,它们也许扮演的是一个调节者的角色。

红圈指示脑岛,黄圈指示脑干,蓝圈指示基底前脑,虚线表示损伤部位。图源:Nature Reviews Neuroscience

4.内感受的出现给紧接着的更高级的认知和意识的产生铺平了道路

非人类哺乳动物、鸟类、爬行类甚至形态发生学上更古老的物种,它们都清晰地展现出伴随着情绪和感受的行为模式。尽管人类有相比其他物种更加复杂精密的大脑皮层,但是在演化上更古老的脑干等区域却是内感受环路形成、排布以及功能所必需的保守区域。因此我们可以推测,内感受并不局限于人类,它早已出现于演化之中。

由于是一种主观的体验,内感受并不能在人类以外的物种中得到证实,但由于不少动物大脑中确实存在着产生这些内感受所必需的神经环路,我们也许应该承认这些动物也具有一定程度的内感受。虽然没有大脑皮层,但它们可能具有感受基础的生理状态改变的能力。

而我们人类的大脑,就是从只有简单神经系统的祖先那儿继承而来并发扬光大的。更高级复杂的神经系统的出现,使得诸如记忆、语言、推理以及想象等高级的认知功能终于成为可能。

5.最后尚存的神秘

人类意识作为自然界最后尚存的神秘,一些人坚称意识问题永远也无法得到解释。

然而,为什么意识就应该是唯一不能解决的问题呢?我们解释了气体、液体、固体的组成,我们也知道了生命是由本身没有生命的材料组成的。那么,意识或许不应该是个例外,我们现在至少可以粗浅地推测它的起源了。

参考文献:

【1】Strehler, B. L.Where is the self? A neuroanatomical theory of consciousness.Synapse 7, 44–91 (1991)

【2】Damasio A, Carvalho GB. The nature of feelings: evolutionary and neurobiological origins.Nat Rev Neurosci. 2013;14(2):143-52

【3】Wardle, J.Hunger and satiety: a multidimensional assessment of responses to caloric loads.Physiol. Behav.40, 577–582 (1987)

【4】Daniel Dennett. Consciousness Explained.1991

【5】Huerta,M. F.&Harting, J. K.Connectional organization of the superior colliculus.Trends Neurosci.7, 286–289 (1984)

CC BY-NC-ND 2.0

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