作者：（美）杰拉尔德·M.埃德尔曼
出版社：湖南科学技术出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
第一推动丛书·生命系列：第二自然(新版)(著名哲学家李泽厚力荐，诺贝尔奖获得者埃德尔曼讲解意识之谜)试读：
前言
我时常思考脑科学的进展如何与人类知识方面的问题联系起来，这是此书由来。我思考这些问题时用到的概念与哲学家们在传统认识论中用到的不一样，更为宽泛。我想，在解释我们如何知道时，这个差别是一个很好的起点。
粗略浏览一下目录就能发现，我认为对意识的理解对这个问题很关键。有鉴于此，我作了如下安排：
首先，我将指出，如果我们了解了意识是怎样基于脑活动的，就能跟着得出一系列重要结论。在此期间，我将假定我们理解这个基础，并且我将展示这种理解的意义。然后我会阐释大脑的一些本质特性以及理解其如何运作所必需的概念。阐释这些之后，我们就能集中于意识自身的本性。最后我们再来了解理解意识基础对科学和人类知识的意义。
这个过程中，我打算避开技术细节。细节在其他书和文章中可以找到。在阐释大脑时，我将尽量使用具体例子和隐喻。
我希望读者将这本书看成是启发新思想的初步尝试，针对的问题是我们如何得以理解世界和理解我们自己。要彻底理解思维和知识，还有许多空白尚待填补，神经科学和心理学也还有许多工作要做。我们这里所做的还只是开始。致谢
感谢凯瑟琳·克罗辛（Kathryn Crossin）、布鲁斯·坎宁安（Bruce Cunningham）、约瑟夫·盖里（Joseph Gally）、拉尔夫·格林斯潘（Ralph Greenspan）和乔治·里克（George Reeke）仔细审阅了此书并提出了宝贵意见。同时也感谢戴安娜·斯道兹（Diana Stotts）在准备书稿时所给予的耐心帮助。在写作本书的过程中神经科学研究所（The Neurosciences Institute）的同事也提供了许多有用的建议。引子
我经常做一个梦。梦到历史学家亨利·亚当斯（Henry Adams），他念叨着复杂性，嘀咕着圣母和发电机。除此之外梦里没有其他内容。醒来后回想起一些梦的细节时，我联想到《亨利·亚当斯的教育》（The Education of Henry Adams）一书中著名的一章[1]。那一章中，亚当斯提到在1900年巴黎博览会上他的工程师朋友兰利（Langley）向他展示四十英寸发电机时他体会到的无力感。亚当斯将这类机器的复杂性与祈祷圣母玛利亚的宗教的简单性作了对比。这个主题以及亚当斯对他所处时代的不安感贯穿《亨利·亚当斯的教育》全书。
亚当斯，溯至约翰·亚当斯的伟大家族的一员，成就斐然的历史学家。他的焦虑值得深思。仅仅是抑郁症的表现吗？与导致他妻子自杀的环境有关，还是反映了从科学立场和人文立场看待世界的方式之间的鸿沟呢？
我们无从得知。但有一点是肯定的。在科学与人文之间，以及所谓的硬科学（例如物理）与人文学科（例如社会学）之间，存在着脱节。也许我反复梦到亨利·亚当斯就是因为我一直以来对这个脱节的根源感兴趣。
我一直对科学解释与日常经验之间的鸿沟感到困惑，不管是从个人角度还是历史来看。科学与人文的脱节不可避免吗？人文学科与硬科学能否相互调和？
对这些问题的看法五花八门，甚至有人可能会说不值得为之费心。然而正如此书所表明的，我认为恰恰相反，理解我们如何获得知识——不管是通过科学研究、推理还是偶然事件——是非常重要的。固执己见、极端还原论（reductionism）或是漠不关心都会对人类福祉产生长远的不良影响。
这本书采用的是我称之为基于脑的认识论（brain based epistemology）的思维路线。这个术语是指把知识理论建立在理解大脑如何运作的基础之上的尝试。它是哲学家蒯因（Willard Van Orman Quine）提出的自然化认识论（naturalized epistemology）概念的扩展[2]。
我的论证路线与他的不同，可以说他停留在皮肤和感官层面。而我是通过考虑范围更广泛的交互——大脑、身体和环境之间的互动——来处理这个问题。我相信不管如何，理解意识的基础是极为重要的。蒯因用他惯常的嘲讽语调说道：
有人指责我否定意识，但我没有意识到自己这样做过。意识对我来说是一种神秘之物，而不是要抛弃的东西。我们知道意识是怎么一回事，但是不知道如何科学地描述它。能够肯定的是，意识是身体的一种状态，是神经的一种状态。
与公众的普遍看法类似，我所主张的路线不是否定意识。由于种种原因，这条路线经常被称为对心的批判（repudiation of mind）。它对那种作为高于身体之上的第二本体的心进行批判。可以不那么刺耳地把这种批判描述为把思维与身体的某些官能、状态以及活动视为同一。思维的状态和事件是人或动物身体的状态和事件的特殊子类[3]。
我认为现在已经到了消除神秘的时候。书中我将展现这些涉及我们如何知道、我们如何发现和创造以及我们对真理的探索的思想。我追随詹姆士（William James）的脚步，他指出意识是以认识为功能的过程[4]。
自然和人类本性如何相互影响？我所选择的标题反映了这个问题，某种程度上也是一语双关。术语“习性”（second nature）通常指一种自发的行为，不用费心也不用学习。我使用这个词时包含这个意思，同时也是为了提醒读者注意到我们的意识通常漂浮在我们对自然的实在论描述之上。它们是“习得之性”。我希望在这里解释自然与这种习性如何交互。第1章伽利略的跨越和达尔文的计划
将现代世界与以前的时代区分开来的一切几乎都归功于科学，它在17世纪取得了最辉煌的成功。——罗素（Bertrand Russell）《物种起源》引入的思维模式注定最终要革新知识的逻辑，从而也改变了对道德、政治和宗教的看法。——杜威（John Dewey）
迟早会有一天，特定的意识能与特定的脑状态相对应。——威廉·詹姆士
亨利·亚当斯根本想不到将会发生什么。但他确实感觉到了科学技术将给我们的生活方式带来的变革。现在我们仍然置身于这场变革之中：通信、计算机、互联网、陆地和空中的便捷交通、核能、基因工程。科技基础和全球一体化改变了我们的生活步伐、我们的思维模式、我们在自然中的位置以及我们对待自然的方式。
我们对自然以及意识的观念怎么样了呢？要回答这个问题，我们必须回顾西方科学的历史，尤其是物理学和生物学。我选了两个人来凸显这些改变了我们生活的进展——伽利略和达尔文。
首先，伽利略，他被视为代表了现代物理学（现代科学最突出的部分）在17世纪的诞生。哲学家怀特海（Alfred North Whitehead）在《科学与现代世界》（Scienceand the Modern World）一书中称伽利略的成就是“人类经历过的最重要的观念变化的寂静开端”[1]。当然，我们肯定会对现代物理学的跨度之大印象深刻，从伽利略的天文学思想和惯性实验跨越到现代的宇宙学和物质理论。我们必须同时面对由量子力学描述的极微小的古怪领域，以及广义相对论的宏大优雅，它将视界放到了极大，大到宇宙本身。现在伽利略的跨越覆盖了从核能到固态物理，到空间探索，以及宇宙的大爆炸起源。
然而在这些进展出现之前，一种基于生命基础的观点——生物进化——已经由达尔文在1 9世纪后期提出来了[2]。达尔文的自然选择思想提供了理解生命本身的理论基础，尤其是在20世纪与孟德尔的遗传学结合起来之后[3]。在20世纪随后的时间里，分子生物学的进展使得改变生物繁殖的根本基础成为可能。
纵观自然界，如果我们将达尔文包括进来，似乎伽利略的跨越已经提供了对大部分事物的理解：星系、恒星和行星、物质结构、基因和生物进化。今天亨利·亚当斯的图板上将充满涵盖了我们生活方方面面的科技事物。但是伽利略的跨越还有一道缺口没有完成。我们还没有为大脑中的意识建立科学的基础，这个问题直到最近还是留给哲学家处理。
这是有原因的。直到最近，还缺乏检测大脑内部事件的非介入式方法。不仅如此，意识是第一人称事物，而科学的客观方法论是第三人称立场。信念、主观性之类的东西不被科学实验所承认。另一个影响意识的科学处理的重要因素要归于笛卡尔极具影响的思想[4]。在伽利略之后不久，笛卡尔将思维从自然中完全去除了。他独自冥思之后，下结论说存在两种物质：广延之物（res extensa），可被物理学研究的事物；思维之物（res cogitans），既没有实体也不能被物理学研究的思想之物。笛卡尔的二元论（dualism）及其后来各种各样的变体，使得意识无法成为科学研究的合法对象。
情形极为怪异。原则上，没有什么事物是先天对科学研究免疫的。然而正是我们意识的基础被排除在外！科学是辅以可验证真理的想象，而想象实际上是依赖于意识的。因此科学本身也依赖于意识。正如伟大的物理学家薛定谔（Erwin Schrodinger）所认识到的，物理学的所有理论都不包含感官知觉，因此要发展就必须认定这些现象超出了科学所能理解的范围[5]。
我们不得不接受这种状况吗？科学能不能完成伽利略的跨越？如果不能，是不是就只能将意识基础的问题留给哲学家，留给人文学科，从而默许亨利·亚当斯所关注的那种疏离？
多亏过去20年来关于大脑的研究以及理论的进展，我们也许能摆脱这个困境。虽然存在主观性，我们还是能研究意识。我在这里的目标就是说明如何做。但是首先，让我们了解一下科学理解意识的意义。
我碰到过有些人不相信对意识的科学阐释有多重要。在这里我的论述不是特别针对这些质疑的人，但是我希望至少能说服他们多少考虑一下相反的立场。我从一个大的假定开始：我们已经拥有了完善的基于大脑活动解释意识的科学理论。这会有什么意义呢？
首先，精神与物理事件的关系将得以厘清，从而澄清一些著名的哲学难题。我们将不再认为二元论、泛心论（panpsychism）、神秘主义（mysterianism）和神怪力量值得研究[6]。这起码节省了点时间。而且在澄清这些问题的时候，我们对我们在自然界中的地位将有更好的理解。我们将能进一步巩固达尔文的观点，即人类思维也是自然选择的产物，从而完成他的计划[7]。
我们也将更好地刻画人类幻觉的根源，不管是有用的还是没用的。我想要消除这样一种幻觉：我们的大脑是计算机以及意识能从计算中涌现出来的观念。此外，一个成功的意识理论也许能阐明价值在事实世界中的位置。基于脑的理论在将这些问题联系起来的同时，对于理解精神和神经心理疾病也将有很大作用。
除了这些问题，基于脑的理论对我们的创造性观念也许也有用。对于源自硬科学的客观描述与来自美学和伦理的常规问题之间的联系，它甚至也能提供更清晰的观点。做到了这一步，也许就能弥合科学与人文学科之间的分裂。
最重要的是，实现这些目标也许能影响和推动基于生物学的认识论的形成——对知识的这种考量在分析人类知识时通过结合基于脑的主观性方面，将真理与信念、信仰以及思维与情感联系起来。
完善的大脑理论最惊人的成果将是人工意识的构建[8]。虽然这个目标目前还很遥远，但加利福尼亚州拉贺亚城（La Jolla）神经科学研究所的科学家们已经制造了基于脑的装置，具有感知和记忆能力。当然，要让我们相信制造出了意识装置，最起码在我们测量它的神经和身体状况时，它要能用某种语言反映其内在感受。目前，这个要求还远不能实现。但是如果做到了，我们将有前所未有的机会，利用这种装置来研究大脑、身体和环境的互动。它能以我们未曾想到的方式“看”或“感知”这个世界吗？它带来的兴奋将只有接收到从外太空发来的信号能与之相比。但我们还要等待。
我建议现在就对这种可能提供一些支持。假定我们已经有了完善的意识理论。下面我将对意识以及涌现出意识的大脑动力学进行简要说明。然后我们就能更加详细地分析由此得出的推论。第2章意识、身体和脑
和捕捉鲜艳蝴蝶的昆虫学家一样，我是在灰质花园里捕捉有着精巧雅致结构的细胞——神秘的灵魂之蝶。——圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔（Santiago Ramóny Cajal）
我就大脑的结构和动力学写过很多东西，涉及感知、记忆和意识。在这里我不想再复述这些细节。我将先描述一下意识的主要特性。然后我会用神经达尔文主义（Neural Darwinism）的理论来简要阐释大脑功能[1]。这样就能展现意识如何从大脑活动中涌现出来。我将在没有详细证明的情况下给出一些大的结论；这些证明可以在其他地方找到[2]。
对于意识是什么，我们多少都知道一点。当你进入无梦的深度睡眠或深度麻醉和昏迷时，你就会失去它。当你从这些状态中恢复过来时，又会重新得到。在清醒意识状态下，你体验到一个整体的场景，包含各种感官反应——视觉、听觉、味觉，等等——以及想象、记忆、语调、情感、意愿、自主感（sense of agency）、方位感，等等。处于意识状态是一种整体体验，你在任何时候都不会只意识到一件事情而完全排除其他事物。但是你能将注意力稍微集中到仍然为整体的场景的不同方面。在很短的时间里，场景就会在某方面产生变化，虽然仍然是完整的，却变得不同了，产生出一个新的场景。不同的场景体验的数量显然是无穷无尽的。转换似乎是连续的，而且它们的具体细节是独有的，是第一人称的主观体验。
意识状态经常是关于事物或事件的，这个特性称为意向性（intentionality）。但意识并不总是表现出这个特性；它们也可以是关于情绪的。经常还有意识边缘状态，即威廉·詹姆士所称的某种几乎无感知的状态。意识状态还包括自主意识或行动意愿。
最神秘的是意识的现象方面——感质（qualia）体验。感质就是比如说当你看见绿色时的绿色感觉或感到暖和时的温暖感觉。一些人，包括我自己，不再停留于这些简单特性，转而考虑将意识场景或体验的整体都视为感质。
对感质的解释被视为意识理论的试金石。该如何解释感质以及意识的各种特性呢？我认为答案就在于探究大脑如何运作，构建完整的大脑理论，并对其进行扩展以解释意识。不过在这样做之前，有必要阐明一点。对人类来说，我们知道意识大致是什么。不仅如此，我们还能意识到处于意识状态并能报告自身的体验。虽然我们无法体验其他物种的意识，但我们推测像狗这类动物也具有意识。这种推测是基于它们的行为以及它们的脑与我们的相似程度。但我们一般不认为它们具有对意识的意识。
以此为基础可以对意识进行区分。狗和一些哺乳动物，如果有意识的话，是原始意识（primary consciousness）。这是在一瞬间的整体场景体验，我称之为记忆当下（remembered present）——有点像在黑暗的房间里一束手电光的光照。虽然它们对当前的事件有意识，只具有原始意识的动物并不能意识到自己处于意识状态，但对过去、未来或有称谓的自我（nameable self）也没有概念。
这类观念需要体验更高级意识的能力，而这依赖于语意或符号能力。黑猩猩似乎具有初步的这种能力。而就我们自身来说，这种能力得到了充分发展，因为我们具有语法和真正的语言。借助于语言能力，我们能将自己从记忆当下的时间限制中解放出来。当然，只要有高级意识呈现，我们就同时具有原始意识。
有了这些背景知识，现在我们转到负责所有这些非凡特性的器官：大脑。人类大脑重约1.5千克。它是宇宙中目前所知的最为复杂的事物。它的连通性让人惊叹：大脑褶皱的皮质（图1 a）上大约有300亿个神经元细胞和1000万亿条神经突触连接。这样的结构中可能的活动通道的数量远远超出宇宙中基本粒子的数量。
在这里无法详尽阐述大脑如何产生意识。我已经在几本书中谈过了，可以作为参考。但我还是大致描述一下大脑的结构和活动。我将结合写实、类比和隐喻——能够讲清意识如何产生就行了。
首先，我们来看看大脑中传递信号的基本细胞。神经元有树状的分支（树突）和通常为单条的长长突起（轴突），用于在神经元之间建立连接。这些连接称为突触（图1b），是确保大脑通路功能的关键部分。这是由于电信号传递，轴突在突触处释放出被称为神经递质的化学信息素。这些化学递质通过突触间的小间隙，与接收细胞的树突上的特定受体结合。如果释放得足够多，突触后的接收细胞就会触发，这个过程可以不断重复，信号沿细胞一直传递下去。想象一下由无数突触一起实现信号传递的过程，你会明白为何依靠现代技术手段我们可以记录头皮上的细微电流和电压。神经生理学家甚至能介入大脑将微电极植入单个神经元来记录其信号。图1a人类大脑主要组成部分的大致分布。有大约300亿个神经元的大脑皮质从丘脑接收和反馈信号；这就是所谓的丘脑皮质系统。皮质下面是3个主要的皮质附属物：基底核和小脑（都是控制运动），以及对记忆很关键的海马状突起。再往下是大脑在进化过程中最古老的部分——脑干，其中有一些连接范围很广的价值系统
突触的一个重要特性是可塑性：各种行为和生物化学事件能改变它们的强度。这些改变反过来又决定哪些神经通道会被选择来传递信号。突触强度的可塑性为记忆提供了基础。这里有必要提到突触有两种类型：兴奋型和抑制型。两者都有可塑性；它们相互协作选出大脑中的功能信号通道。图1 b神经元之间的突触连接。突触前面的神经元的轴突传递的动作电位导致神经递质被释放到突触间隙。递质分子会与突触后的受体结合，从而改变突触后细胞释放其自己的动作电位的可能性。特定的动作序列会加强或削弱突触，改变其传递能力。（神经元具有各种各样的形状种类，这幅图作了很大简化。）
另外还必须指出特定动物物种的大脑整体上的生理连接和通道是通过进化和发育选择出来的。结果是大脑令人惊奇的各种区域以及被称为神经核的细胞团。每部分都有短程和长程输入和输出。
以猴子的视觉通道为例。光线刺激视网膜细胞，使视神经细胞兴奋，信号最终到达丘脑，丘脑在我们的故事中是主角。丘脑是对意识极为重要的微小结构。丘脑神经元介于视觉传递轴突和被称作V1的大脑皮质区域之间。从这里又通过各种通道精巧地连接到V2、V3和V4等区域。实际上，视觉处理至少涉及33个不同的皮质区域。
感知系统有两个重要特点。第一，总体上，各大脑区域在功能上有区别：就视觉来说，V1负责物体方位，V4负责颜色，V5负责物体运动。第二，在面对复合的视觉信号时，比如一个特定形状的彩色运动物体，不存在控制和协调所有其他区域的区域。然而就像我们将看到的，当刺激到达视网膜时，大脑还是有办法协调各自分离的感知事件。这种协调的结果就是感知分类——将输入联系到特定动物物种所认知的有意义对象。大脑实现了模式识别。除了视觉，我们还可以讨论其他感知系统，虽然感受器和输入不同，但原则是类似的。
输出呢？不同的感知区域连接到皮质中“更高级的”区域，大脑主要同自己交谈。当然，有一组皮质区域将运动输出信号通过脊髓传递到我们的肌肉，从而产生各种行为和运动。此外，除了丘脑，皮质还从一系列皮质下结构接收其他信号，并产生反馈输出。这些结构包括基底核和帮助控制运动的小脑以及海马状突起，它通过与皮质交互帮助建立事件和情景的长程记忆。
到目前为止，我所说的可以被肤浅地认为是描述了一个类似于计算机的系统。事实上，在科学界，有很多人相信大脑就是计算机。这个想法是错误的，有几个原因[3]。首先，计算机在由时钟控制的微小时间间隔内根据逻辑和算术操作。而大脑就像我们将看到的，不是根据逻辑规则运作。就功能来说，计算机必须接收十分明确的输入信号。而大脑的各种感受器接收的信号是非常不规范的；世界（没有被事先划分为规定的类别范畴）不是编码好的磁带。其次，大脑在最精细的层面上变化多样。随着神经回路的发育，不同的个体经验留下印记，没有两个大脑是相同的，即使是一模一样的双胞胎。在大尺度上也是这样，因为在神经生理的发育和建构过程中，同步激发的神经元相互连接。此外，没有证据表明哪个计算机程序能行之有效地模拟大脑输入、输出和行为。人工智能无法在真正的大脑中工作。我们大脑的输出既不由逻辑也不由精确的时钟控制，不管它们看上去多规则。
最后，必须强调我们的基因数量不足以表征我们所具有的高级大脑的突触连接复杂度。当然，我们之所以拥有人类大脑而不是像黑猩猩那样的大脑，的确取决于我们的基因网络。但是同大脑本身的网络一样，这些基因网络具有很大的变数，因为它们多种多样的表达方式依赖于环境背景和个体经历。
如果哺乳动物的大脑不是计算机，那又是什么呢？它如何运作？在解释意识的大脑基础之前，我们必须回答这些问题。第3章意识的前提选择主义——
理论的被认可有四个阶段：①毫无价值的胡说；②这有点意思，不过观点是错误的；③对的，但是没什么价值；④我早就说过了。——霍尔丹（J.B.S.Haldane）
我对意识和大脑所做的描述现在必须用让人满意的方式联系起来。这就需要在不借助计算概念的情况下对大脑的相关行为进行说明。同时也必须探讨一系列可能不那么常见的基本概念。为了浅显易懂，我将使用一些生物学例子和非生物学的类比。然后我会将它们与我们的主要任务联系起来，看看意识在人的大脑中是如何产生和发展出来的。
在转到理论性问题之前，我们必须记住一些事实：大脑和身体是嵌入和被嵌入的关系。首先考虑嵌入。我在上一章描述的所有活动都依赖于从身体到脑和从脑到身体的信号。大脑的连接不仅被你的感知所改变，也被你的活动改变。反过来，大脑除了控制运动和引导感官，还控制身体器官的基本生物功能。这些功能包括性、呼吸、心跳等基本方面，还有伴随着情绪的反应。如果我们将大脑视为你的器官，你就是你的身体。
接下来考虑被嵌入。你的身体是被嵌入，并且处于特定环境之中，影响环境而又被环境所影响。这种交互界定了你的小生境。人类（和大脑一起）就是在这样的一系列小生境中演化。我强调这些，是为了简洁起见，我经常会谈论大脑而不提到这个关键的三元关系的其他两方——身体和环境。记住，这个关键的三元关系始终是我们思考的背景。
现在来看看提供了理解意识的基础的理论。这样一个理论在解释大脑反应的多样性和规律性时，不能建立在逻辑和精确时钟控制的基础之上，这两者是计算机的标志。
放弃了计算的概念我们又能依赖什么呢？答案就藏在达尔文的思想之中[1]。达尔文提出（物种或特征的）种类可以通过对一群多样个体的选择产生出来，个体具有不同的特点。根据他的自然选择思想，物种之间的竞争将导致相对于其他个体更具适应性的个体能够生存和繁衍。结果，它们的后裔和基因（我们现在知道的）就会生存下来。自然选择是有差异的繁衍。达尔文所提出的非凡思想是群体中的差异不仅仅是噪声，事实上它提供了选择和可能的幸存者的基础。
这一切发生在长达百万年的进化过程中。但选择系统能在个体的生命周期内产生作用吗？现在我们知道答案是肯定的：脊椎动物的免疫系统就是一个选择系统[2]。你的身体依靠被称为抗体的分子系统识别外来分子的形状，比如细菌、病毒，甚至更加简单的有机化合物。这些抗体蛋白在你的血液中循环，也出现在被称为淋巴球的免疫细胞的表面。
面对抗体能识别和俘获甚至从未遇到过的外来分子的事实，免疫学家最初提出了一个指令理论。根据这个理论，抗体形成时会围绕入侵的外来分子（或抗原）折叠。然后抗原会被除去，留下与其形状互补的空腔。以后抗体再遇到这种抗原就能将其俘获。这个想法看似合理，但却是错误的。
事实上，免疫识别是通过选择而不是指令实现的。抗体的基因通过突变和重组过程不断变化，结果导致细胞表面能附着外来抗原的抗体蛋白质形态各异。由于有着难以计数的淋巴球，每个淋巴球表面都有某种抗体，这样具有多样性的群体就形成了。当外来抗原附着到某些具有与其匹配形状的抗体细胞时，这些细胞就会得到分裂复制那种抗体的信号。结果就是产生大量“特定的”抗体迅速俘获和抑制这些抗原从而产生免疫。（我对这种系统很熟悉，曾花了很多精力研究这种精巧的选择系统，并与我的同事一起研究过抗体的化学结构。）
从进化和免疫的例子中我们能学到什么呢？首先，我们看到必须有多样性发生器（generator of diversity, GOD）。其次，必须有对竞争的物种进行挑战的环境（进化）或有外来分子（免疫）。最后，必须有对进化中适应性更强或适于俘获抗原的变体的差别放大或复制。但要注意这三条原则在这两种情形下的运用并不是一样的。
可能大脑——类似于免疫系统——也是在个体的生命周期内运作的选择系统。我于1977年提出这个观念，后来命名为神经达尔文主义[3]。这个理论有三条原则。第一，大脑神经通道的发育导致大量微观生理变化，这是不断的选择过程的产物。这种发育选择的主要驱动力是同时激发的神经元连接到一起，即使胎儿也是这样。例如，如果激发模式在时间上相关，两个分开的神经元就会形成突触连接。第二，当形成的生理通道由于动物的行为和经历接收到信号时，又会发生一系列额外和重复的选择事件。这种经验选择通过已经存在于大脑生理结构中的突触强度的变化来实现。一些突触被加强，一些被减弱。就好像警察站在一些突触旁，帮助信号从轴突向树突传递，而在其他突触，警察则抑制信号传递。神经元群构成了被选择的对象，这样大脑中可能的通道组合的数量就变得很庞大。
发育和经验选择的净效应就是一些神经通路比其他的更受欢迎。但既然我们放弃了计算机的逻辑和时钟，我们又如何从这个系统得到一致的行为呢？又是什么驱使这个系统产生适应性响应呢？第一个问题的答案就藏在这个理论的第三条原则中，这条原则提出了一个被称为折返的过程[4]。折返是持续不断的信号从一个大脑区域传到另一区域然后又通过大量并行信道（轴突）传递回来，这些信道在高级大脑中普遍存在。折返信道随着思维活动而不断改变（图2）。
这种折返交互的净效应之一，就是特定回路中神经元群的时间锁相或同步激发。这提供了时空上的同步，否则我们就得依靠计算的某种形式保证这一点。为了帮助理解折返如何工作，想象一个假想的弦乐四重奏乐团，乐团里的乐手都很任性。每个人都用不同的节奏演奏自己的曲调。现在用非常细的线将所有乐手的身体部位连接起来（很多线，连接到身体每个部位）。随着每位乐手的动作，他们无意中会将动作的节律传递给其他人。很快，节奏和旋律将变得更为一致。随着演奏的继续，会产生出新的曲调。即兴爵士乐就是这样创作的，当然，没有用线！图2折返在这里用丘脑皮质系统间的相互连接表示。生理结构包括脑皮质与丘脑间以及不同脑皮质区域间的密集相互连接网络。这幅图描述的相互连接的数量远远比不上真实大脑中的连接密度。这些相互连接通过传播动作电位和修改突触强度，对大脑各区域的不同活动进行整合和同步
神经元群选择理论（theory of neuronal group selection, TNGS）或神经达尔文主义还需要为适应性响应的问题提供答案：要具有适应性，除了折返，还必须有规范发育和经验选择结果的力量。对于各物种，这个力量通过价值系统的形式遗传下来，价值系统作为自然选择的产物位于大脑中。价值系统在特定的情形下释放出某种神经递质或神经调节质。一个例子就是所谓的蓝斑（locus coeruleus），一小群位于脑干两边的神经元。这些神经元将轴突送入大脑和脊髓（分布有点像大脑上的发网）。在接收到突发信号时，比如很大的噪声，这些神经元会向周围释放神经递质去甲肾上腺素，就好像花园里喷水的水管。这会降低很多神经元的突触响应阈值，导致更多激发，同时改变这些神经元之间的突触强度。
类似的，还有释放神经递质多巴胺的价值系统。这个系统位于基底核和脑干（图1）[5]。多巴胺的释放担任激励系统、加快学习过程的角色。其他系统释放不同的神经递质：释放复合胺的系统掌控情绪，释放乙酰胆碱的系统改变清醒和睡眠的分界。价值系统的活动，在选择性改变神经元群特定网络的突触的同时，也掌控着行为。在这些网络中的选择决定了动物个体的行为类型；价值系统提供偏好和奖赏。
现在我们看到大脑也具有多样性发生器，通过神经元群从未知世界接收信号，促使有适应性的神经元群的连接的区分扩大。我们可以得出结论，我们的大脑毫无疑问正是选择系统。注意，根据神经达尔文主义的原则，每个大脑在生理结构和动态特征上必然都是独一无二的，即使双胞胎的大脑也不会一样。
在这里我不讨论支持神经达尔文主义的证据[6]。我只指出许多实验都揭示了发育选择的变化，突触强度的改变对学习和记忆的重要性，以及折返通过大脑各区域回路的同步对它们的活动进行协调的作用。
从神经达尔文主义的角度来看，多重功能区隔的大脑区域，比如负责视觉的皮质区域，由它们的折返响应所约束。皮质区域V1关注刺激的方向，区域V4关注其颜色，而区域V5则关注其运动。这些区域，以及另外一系列区域都没有管控者。它们通过折返回路往复式地相互连接（图2）。这些区域的响应组合形成统一的感知，比如，一个倾斜、红色、旋转的物体。这种感知来自将各分隔区域的响应结合到一起的同步激发回路的活动。
根据这个理论，对这样一个事件的记忆是通过突触的强化和弱化改变原始回路连接状况的动态系统属性。但是现在没有来自最初的物体的信号。在主体的大脑中，是根据记忆回想，通过折返回路的激发产生出对物体的想象或思维。在这种情形下，图像通过大脑与自己的对话产生出来。记忆在价值系统的影响之下进行了重新组织，放弃了极端的精确以换取联想力。
对于联想记忆，最后一个必须考虑的问题是：基于选择的大脑回路必须有冗余。冗余指的是不同结构能产生相同输出或结果的情形[7]。一个好的例子是基因编码；DNA中每三个碱基对应一种构成蛋白质的氨基酸。碱基有4种，因此有64种可能的三碱基组合。然而氨基酸只有20种，因此编码必然有冗余。在许多情形中，4种碱基的任何一种（G、C、A和T）都可以占据三元组的第3个位置，而不会改变所对应的氨基酸。每个氨基酸平均有3种编码方式（64除以20）。因此如果一个300碱基的串标识构成一种蛋白质的100个氨基酸的序列，大约有3的100次方种不同的序列能标识同一个蛋白质序列。编码具有冗余。
冗余可以在许多生物组织层次上都能看到，从细胞到语言的属性。这是选择系统的一个关键特征，没有它就可能失败。可想而知，在感知和记忆中，许多不同的神经元群回路可能而且确实会产生出相似的输出。如果一个回路失效，另一个仍然可以正常运转。要认识到冗余回路的意义不仅仅是“失效—保险”特性。大脑回路的冗余几乎不可避免地会导致联想，这是记忆和学习所需的一个关键特性。联想特性的产生是由于冗余回路的重叠导致相似的输出。如果输入信号改变，重叠的存在也能导致输出不一样的各回路之间的联想。
像神经达尔文主义这样的选择理论必然导致大量多样的神经元群落。这解释了这些群落的组合如何会基于身体、世界和大脑本身的多样输入形成综合的整体。我们将看到，正是这些特性解释了意识状态极为丰富却又统一的特点。第4章从脑活动到意识
意识统治但不控制。——保罗·瓦雷里（Paul Valéry）
现在也许我们能解释意识如何进化出来以及如何从特定物种的个体发育中产生了。证据表明，意识来自皮质区域和丘脑间的折返活动以及皮质与自身和皮质下结构的交互。理论认为，随着丘脑皮质系统进化得越来越完善，特定丘脑核的数量随之增多，大脑皮质也不断增大，使得原始意识出现[1]。这一系列进化事件可能始自爬行动物向鸟类进化并在大约2.5亿年前分化出哺乳动物的时候。
进化出将许多皮质区域连接到一起的冗余折返回路的动物能进行大量的辨别和区分。比如，它能将大量感知信号联系到一起，识别出许多感知类别，并通过各种组合将它们与记忆联系起来。根据这种观点，正是通过折返活动将感知类别和价值类别记忆进行连接，原始意识才得以涌现出来。丘脑皮质折返式神经网络——所谓的动态核心（dynamic core）——的整合活动模式将创造出原始意识的当下记忆场景，这个场景使得动物可以进行计划。显然，由于具有计划的能力，具有意识的动物就能比不具有类似辨识能力的动物更具适应优势。
这样的意识动物的记忆系统受价值系统和以前的分类经验导致的突触变化的影响。记忆系统可能受更为靠前的皮质区域像额叶和顶叶皮质的调节（图1），因为当前的感知由更为靠前的皮质区域产生。
意识过程包含大量各种感质：由分布广泛而且非常活跃的丘脑皮质核的活动产生的辨识。在这样的活动中，大脑主要同自己交互。我必须强调关键的是核中不同系统的交互。我们必须小心不要把意识赋予特定的区域。
理解了是核中神经元群的选择性折返活动产生了知觉意识，我们就能避开二元论。虽然意识过程本身没有因果力（causal power），它却是由构成折返核心的神经元群的复杂活动和因果力所产生。此外，在最早的发育阶段，从身体传到大脑和从大脑到大脑本身的信号就为自我的涌现打下了基础。自我和意识一样，也是一个过程。它依赖于涉及自身记忆的意识体验，而这种意识体验增强了与种群中其他个体的交流。
当然，在原始意识的情形中，有意识的计划仅局限于当下记忆。只有原始意识的动物不具有对过去的清晰的叙述性概念，无法深入对未来情形进行计划，也没有具有名称的社会自我。
而这些特性的出现，还要等另一次进化事件发生，同样涉及折返式连接。在高等灵长类动物进化的某个时候，一组新的互连通道发展出来，产生出大脑的概念映射与具有符号或语意指向的区域之间的折返式连接。我们知道受过训练的黑猩猩能够掌握符号标识，因此具有一定语意能力的黑猩猩也许具有些许高级意识。但是高级意识必须等到真正的语言出现才能全面发展。这个时候，意识的意识才成为可能。指向可以构成词汇，词汇的标识可以通过语法连接起来。关于过去、未来和社会自我的丰富概念涌现出来。意识不再局限于当下记忆。意识的意识成为可能。
根据神经达尔文主义，分布在丘脑和跨越皮质的大量复杂动态核心的折返连接是导致意识体验涌现的关键整合事件。这种体验反映了由于不同的复杂核心状态而成为可能的巨大辨识能力。这些状态必然涉及一个统一场景的多个方面的整合。新的核心状态和统一场景随时间变化，是来自大脑本身、身体和世界的无数信号发展出的结果。
思考这幅图景时，我们必须记住大量行为都是由大脑的皮质下部分和大脑皮质的无意识交互决定的。习惯和习得行为背后的许多无意识响应都要通过核心产生的意识区别来建立。核心系统之间的交互，无意识记忆系统，还有来自价值系统的信号一起运作，产生出了丰富的人类行为。
简要总结一下我对意识的观点。意识状态是一个整体，但是随时间而变化。它们内容广泛，范围由注意力调整，而且虽然很大程度上表现出意向性（intentionality）——它们是关于物体或事件——它们的指向域却是无穷无尽的。最重要的是，它们产生出主观体验和感质。我的论点是，折返式丘脑皮质系统的进化使得动态核心产生出来，从而使得大量越来越复杂的感知运动输入的整合成为可能。具有这种核的动物因而具有了精细的辨识能力。感质正是这样的辨识产物，每种都由不同的核心状态产生。简单说，意识状态反映了核心中神经元状态的整合[2]。
头脑中有了这幅图景，我们就能排除阻碍了意识研究的一系列逻辑错误和语义矛盾。其中一个错误是没能区分物理因果与逻辑蕴涵[3]。其认为丘脑皮质核的活动导致意识面临困难。先有因后有果，因此这些意见认为这些无法衡量的过程之间存在着时间滞后。其实意识是由核中神经元的行为产生，就像血液中的血色素光谱是由分子的量子力学结构所产生。
另一类错误涉及因果问题。哲学家提出了蛇神（zombie）的观念，它完全没有意识，但从外面来看却又表现得好像有意识。也许，这个迷惑人的思想来自对所谓的精神运动性发作（psychomotor seizures）患者行为的观察，他们能在没有清醒意识的情况下产生复杂行为。但这样的行为顺序首先是有意识地习得的。在发作期间，人无法学习新行为，大部分行为都需要通过意识习得。这里逻辑上的错误是认为解释了“血色素蛇神”就能解释蛇神。想象一个蛇神具有你的身体结构和功能但却具有白色而不是红色的血色素，同时虽然是白色的，却还是能结合氧分子。这不可能！
还有另一种混淆，来自将属性和过程像物品一样具体化。意识不是物品，而是过程。像“感知存在吗？”这种问题有类似的错误。进一步的错误包括主张像颜色等感知类别独立于思维和语言存在于世界上。
就思维来说，人们经常听到这样的假设，为了回答“我与以前的我一样吗？”这类问题，像大脑这样动态、自组织的系统必须具有某种不变的组分或本质，或某种明确的时间或空间上的边界。连续性并不意味着本质，一个系统也不必不变，以与以前的状态保持相同。
经常有人主张，如果一个结构或属性存在，它就必然“具有”某种功能。这并不必然是真的。举个例子，梦的“功能”是什么呢？弗洛伊德（Sigmund Freud）对愿望满足功能进行了深入论述[4]。但是梦也许只不过是在快速眼动（REM）睡眠期间（多梦的睡眠时期）丘脑皮质系统输入输出被阻断时的意识的特定状态。
对逻辑最过分的违反也许是声称要解释一个现象，人们必须重现它。如果你绝对坚持这一点，你永远也解释不了意识、历史、飞行或飓风。不管怎样，有一些过程必须被主观体验才能被解释。意识就是其中之一；它必然是个人的，因为它产生自个体大脑的折返式核心的活动。
进行了这些澄清，现在我们就能在给出基于脑的认识论基础的目标下，对影响我们如何获取知识的大脑活动的一些特征进行研究了。要这样做我们首先要简要了解一下关于知识获取的各种观点。第5章认识论种种
怀疑一切或相信一切：这两种都是很省事的策略。两者我们都用不着思考。——庞加莱（Henri Poincaré）
认识论是哲学的分支，关注知识的本质、范围和起源。说简单点，就是知识的理论。因此，它在哲学思想的发展中扮演主角。但是大致了解一下就会发现关于这个领域有各种观点，甚至严重质疑就哲学本身来研究它是否有用。随便看一看就会发现这个词如何被不断修饰——“女性主义认识论”“美德认识论”“传统认识论”“自然化认识论”（naturalized epistemology），甚至“认识论之死”[1]。
我不想深入这个充满争议的领域。但由于这本书的目标是将人类知识和大脑科学联系到一起，我还是要多解释一下。事实上，从科学的立场来看，知识的理论还远未完善。我将简要介绍一些核心问题，最后转到与基于脑的认识论相关的问题。
传统认识论将知识视为证明为真的信念。许多这方面的哲学争议围绕着术语“知识”、“真”和“信念”进行。就此来说，可以视其为维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）所描述的语言游戏，他质疑这整个领域[2]。传统认识论的中心观念至少可以追溯到柏拉图的基本思想[3]。在现代，则可追溯至笛卡尔的观念，孤立的思想者探寻不容置疑的信念。他的核心观念“我思故我在”正是二元论的起源，这是为大部分现代科学家所否定的形而上学立场[4]。他希望能消除疑惑，建立起知识的坚实基础。产生自笛卡尔思想的基础主义者立场，在一定程度上是传统认识论关注思维运作本质的起点。他们的立场也关注这门学科的常规方面：我们如何判定或证实真信念？
传统认识论的整个立场围绕着思维的主体和主体必须面对的分离的世界。理性主义者强调先天的思维运作，经验主义者认为知识主要来自与世界交互感知的数据，而康德哲学则通过将先验的和后天的思想结合起来解决问题，毫不奇怪他们之间会产生争议。
还有一些思想家认为这些观点都不能反映人类与他们活动的世界的交互，从而反对这整个领域。在罗蒂（Richard Rorty）和泰勒（Charles Taylor）的文章中可以看到这种观点，两人的观点可以被归入“认识论之死”一类[5]。这类意见的中心论点是我们不是与世界分离的观察者，通过头脑中的“表示”操作。相反，我们是嵌入世界的主体，通过在世界中的行动获取知识。不仅如此，我们的大脑也是嵌入的，并且这种嵌入对大脑如何获取知识的解释很关键。
我不再详细讨论传统认识论以及其对立思想。这些都是空中楼阁，虽然他们的观点有正确之处。相反，考虑将认识论与科学联系以来，将其自然化，也许会更为有效。
我已提到，一个重要的思想是蒯因提出的自然化认识论。他首先提出认识论关注的是科学的基础。意识到基础主义者的缺陷之后，他提议我们要考虑产生关于世界的信念的心理过程。蒯因认为物理学应当既包括物理也包括人类主体的感知器官。他认为这能让我们保持物理学的“外延纯净（extensional purity）”。主体接收“受控输入——各种特定的辐射模式……然后输出对三维外部世界及其历史的描述。源源不断地输入和输出之间的关系就是我们需要研究的关系……以了解证据如何联系到理论”[6]。
这个提议成功地将认识论问题转化成了因果问题。但是关注范围仅局限于世界、皮肤和各种感知器官，对人类主体本身发生的变化——意识、意向性、记忆，我在前面章节讨论的所有对象——并没有清晰的思路。我在后面将考虑如何修补这个缺口。现在，还要阐释一下皮亚杰（Jean Piaget）的“心理”认识论。
在蒯因的思想之前，皮亚杰就研究了他所谓的“遗传认识论”[7]。他意图用这个术语解释知识，“尤其是科学知识，基于其历史、社会发生学，特别是其所依赖的概念和操作的心理起源”。与蒯因不同，皮亚杰实实在在地主持了一项经验研究课题，主要研究儿童的发展。他提出在智力背后存在身体和精神事件的模式（认知结构），表现为发展的特定阶段。根据皮亚杰的理论，有四个阶段：感知运动（0～2岁）、前运算（3～7岁）、具体运算（8～11岁）和形式运算（12～15岁）。在感知运动阶段，人们看到运动形式的智能；在前运算阶段，人们看到直觉的出现；在具体运算阶段，出现了逻辑，但只是通过具体的参照物；而在形式运算阶段，人们看到抽象的涌现。
皮亚杰强调了几种适应过程：同化（用已有认知结构来解释事情）以及顺化（改变认知结构以适应环境）。通过一系列天才的试验和超过半个世纪对儿童的观察，皮亚杰力图说明知识是如何构建起来的。他认为传统认识论的立场太过静态，忽略了知识的发展。他也批评了传统主义者对正确性和证明这些依赖于孤立观察者的观念的强调。相反，他认为通过了解科学的发展，我们能发现约束科学以及从中产生的知识的价值和规范。
皮亚杰无疑是伟大的先行者。然而，他的想法有一些局限。首先是他严格的阶段序列的观念。儿童心理学家广泛证实了皮亚杰的许多观察，但是质疑他太过严格和猜测性的框架。而且，术语“遗传认识论”也容易引起混淆；他的研究称为个体发生认识论更合适。
除了名称，皮亚杰的生物学支撑也有严重缺陷[8]。在他漫长研究生涯的大部分时间里，他（像弗洛伊德一样）倾向于海克尔（Ernst Heinrich Haeckel）错误的生物遗传律：个体发生重演物种进化。他还排斥新达尔文主义（neo-Darwinism），这在某种程度上与他相信重演有关。此外，皮亚杰坚持个人发展过程中心理的发生序列与科学思想的涌现历史的关联。等于牵强地认为个人的发展阶段重演了西方科学的发展历史。尽管有这些奇怪的看法和过度泛化的倾向，皮亚杰的尝试对我们的思维发展观念还是有很深远的影响。
在最近将自然化认识论建立在心理学基础上的尝试中，我们可以留意一下迈克尔·毕晓普（Michael A.Bishop）和特劳特（J.D.Trout）
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]