視覺與意識(shí)，這兩個(gè)主題構(gòu)成了人類理解自身與世界的關(guān)鍵。視覺不僅僅是眼睛與大腦之間的信息傳遞，而是一個(gè)復(fù)雜的神經(jīng)過程，涉及從視網(wǎng)膜到視覺皮層的多層次處理?；谶@些豐富的數(shù)據(jù)輸入，大腦為我們構(gòu)建出一個(gè)連貫且動(dòng)態(tài)的世界表征模型。這一模型不僅幫助我們感知外界，還直接塑造了我們的意識(shí)體驗(yàn)。

視覺系統(tǒng)作為人類感知外界環(huán)境的重要途徑，其背后的神經(jīng)通路與信息處理機(jī)制究竟是怎樣的？我們?nèi)绾文軌蜓杆偾覝?zhǔn)確地識(shí)別他人的面部特征？我們又是如何基于感官輸入，構(gòu)建出周圍世界的結(jié)構(gòu)化模型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的有效理解與交互？更為根本的是，我們所體驗(yàn)到的有意識(shí)的主觀經(jīng)驗(yàn)，其神經(jīng)基礎(chǔ)與哲學(xué)本質(zhì)究竟是什么？

為了深入探究這些兼具科學(xué)意義與哲學(xué)深度的核心問題，約翰斯?霍普金斯大學(xué)霍姆伍德自然哲學(xué)教授肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）邀請(qǐng)加州大學(xué)伯克利分校分子與細(xì)胞生物學(xué)教授曹穎（Doris Tsao）展開了一場(chǎng)深刻的對(duì)談。兩位專家將圍繞視覺與意識(shí)的交匯點(diǎn)，探討大腦如何構(gòu)建世界表征模型，以及意識(shí)的神經(jīng)基礎(chǔ)與哲學(xué)本質(zhì)，為我們揭示大腦奧秘提供新的視角與洞見。

肖恩·卡羅爾

Sean Carroll

約翰斯?霍普金斯大學(xué)霍姆伍德自然哲學(xué)教授，圣塔菲研究所分形學(xué)院成員

他從事物理學(xué)和哲學(xué)研究，并對(duì)世界最底層的運(yùn)行機(jī)制感興趣。目前的研究興趣包括量子力學(xué)、時(shí)空、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、復(fù)雜性和宇宙學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)問題。著有《尋找希格斯粒子》、《大圖景：論生命的起源、意義和宇宙本身》等。同時(shí)，也是播客“心智圖景”（Mindscape）主理人。

曹穎

Doris Tsao

加州大學(xué)伯克利分校分子與細(xì)胞生物學(xué)教授，海倫·威爾斯神經(jīng)科學(xué)研究所成員

她專注于視覺系統(tǒng)和面部識(shí)別的神經(jīng)機(jī)制研究，揭示了大腦面孔網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的編碼原理，為理解大腦視覺信息處理機(jī)制提供了重要理論基礎(chǔ)。曾獲得了眾多榮譽(yù)，包括麥克阿瑟天才獎(jiǎng)、埃彭多夫國際神經(jīng)生物學(xué)獎(jiǎng)、NIH院長先鋒獎(jiǎng)、米涅瓦金腦獎(jiǎng)、珀?duì)柹窠?jīng)科學(xué)獎(jiǎng)、卡夫利神經(jīng)科學(xué)獎(jiǎng)等，并于2020年當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士。

目錄：

01 視覺研究的尤里卡時(shí)刻

02 視覺錯(cuò)覺與神經(jīng)通路之謎

03 意識(shí)機(jī)制理論的神經(jīng)維度

04 結(jié)構(gòu)演化與意識(shí)離散問題

05 人腦面孔識(shí)別的神經(jīng)密碼

06 前沿實(shí)驗(yàn)技術(shù)與神經(jīng)解碼

07 物體恒常性與貝葉斯大腦

08 意識(shí)的終極難題

視覺研究的尤里卡時(shí)刻

肖恩·卡羅爾：許多人熟悉相機(jī)和像素的概念，容易認(rèn)為視覺系統(tǒng)與之類似——通過檢測(cè)像素并解讀來“看到”的世界。但視覺系統(tǒng)遠(yuǎn)比這復(fù)雜，我們并非直接檢測(cè)像素。那么，人類的視覺系統(tǒng)究竟如何工作？

曹穎：眼睛基本上就像一臺(tái)相機(jī)，光線穿過晶狀體，落在光感受器上，然后光感受器產(chǎn)生的所有信號(hào)通過視神經(jīng)傳輸?shù)揭曈X皮層。視覺皮層是一套令人難以置信的精密機(jī)器。在猴子的大腦中，它可能占據(jù)了大約三分之一的體積，是一個(gè)龐大的系統(tǒng)。在這個(gè)視覺皮層內(nèi)，有數(shù)十個(gè)不同的區(qū)域，各自專門負(fù)責(zé)處理視覺世界的不同方面。它就像一個(gè)巨大的工廠，將像素轉(zhuǎn)化為你對(duì)空間中物體的感知。

在我們對(duì)視覺皮層的理解中，第一個(gè)重大突破，也就是ureka時(shí)刻（頓悟時(shí)刻），來自休伯爾（Hubel）和威塞爾（Wiesel）。他們當(dāng)時(shí)是著名神經(jīng)生理學(xué)家斯蒂芬·庫夫勒（Stephen Kuffler）的博士后。庫夫勒當(dāng)時(shí)正在記錄視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（retinal ganglion cells，RGC）的活動(dòng)，這些位于視網(wǎng)膜的細(xì)胞具有“中心-周邊”（center-surround）的特性。“中心-周圍”表現(xiàn)為細(xì)胞偏好點(diǎn)狀光，而對(duì)非常彌散的光圖案沒有反應(yīng)，因?yàn)楦惺芤暗闹行膮^(qū)域受到周邊區(qū)域的抑制（中心-周邊拮抗機(jī)制），這意味著在視覺的視網(wǎng)膜早期階段就已開始減少信息冗余了。休伯爾和威塞爾決定順著解剖結(jié)構(gòu)去探究這些RGC細(xì)胞在大腦中延伸到哪里。

首先是外側(cè)膝狀體核，此處細(xì)胞的反應(yīng)類似RGC細(xì)胞也表現(xiàn)出“中心-周邊”的特性。進(jìn)一步，深入到初級(jí)視覺皮層，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的世界。這些細(xì)胞突然對(duì)點(diǎn)狀光完全沒有反應(yīng)了，而是需要來自邊緣的光刺激，并且不同的細(xì)胞會(huì)對(duì)視野中不同位置的邊緣產(chǎn)生反應(yīng)（即“邊緣檢測(cè)”）。視覺信息的表征方式發(fā)生了如此巨大的轉(zhuǎn)變，這就像一道閃電。突然間，我們意識(shí)到有這樣一個(gè)機(jī)制在實(shí)際轉(zhuǎn)換像素信息，那么在邊緣檢測(cè)之后會(huì)發(fā)生什么呢？這一發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了整個(gè)研究領(lǐng)域，我很幸運(yùn)能夠成為其中一員。

?黑色為光線照射區(qū)域，豎條是細(xì)胞發(fā)放的頻率，光線只照射感受野中心（center）的時(shí)候細(xì)胞發(fā)放頻率最高，照射整個(gè)感受野的周邊（surround）時(shí)候發(fā)放頻率卻降低了（上圖）。當(dāng)明暗的邊緣正好在感受野的“中心-周邊”邊緣時(shí)，細(xì)胞電位發(fā)放或急劇降低，或急劇升高。即這種機(jī)制可以讓視覺細(xì)胞對(duì)邊緣敏感。將邊緣信息提取出來交給高級(jí)皮層處理。圖源：Neuroscience Exploring the Brain，知乎。

肖恩·卡羅爾：這讓人聯(lián)想到深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，不同的層級(jí)承擔(dān)著不同的任務(wù)。

曹穎：關(guān)于這一點(diǎn)存在一些爭議，但我認(rèn)為神經(jīng)科學(xué)家們堅(jiān)信，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的靈感來源于休伯爾和威塞爾對(duì)視覺皮層的發(fā)現(xiàn)。

肖恩·卡羅爾：我很樂意把這份功勞歸給他們。你剛才提到了一個(gè)很有啟發(fā)性的觀點(diǎn)，視覺皮層占據(jù)了猴子大腦的三分之一。我猜它在人類大腦中所占比例不到三分之一吧。

曹穎：我不想隨意地給出具體數(shù)字，但如果你問人類大腦中有多大比例的區(qū)域會(huì)對(duì)視覺刺激產(chǎn)生反應(yīng)，答案是幾乎整個(gè)大腦。我的同事杰克·艾倫（Jack Allen）讓人們躺在功能磁共振成像（fMRI）掃描儀中，給他們播放電影，結(jié)果整個(gè)大腦都活躍起來了。當(dāng)然，其中很多反應(yīng)是多模態(tài)的，它也會(huì)對(duì)文本、音頻等做出反應(yīng)，但視覺刺激絕對(duì)是觸發(fā)了廣泛的大腦活動(dòng)。因此，我認(rèn)為廣義上的視覺皮層涵蓋了很大一部分區(qū)域。

視覺錯(cuò)覺與神經(jīng)通路之謎

肖恩·卡羅爾：某些神經(jīng)元（不限于初級(jí)神經(jīng)元），不僅會(huì)對(duì)像素有反應(yīng)，還會(huì)對(duì)線、運(yùn)動(dòng)等做出反應(yīng)，這是否有助于解釋視覺錯(cuò)覺？或者，當(dāng)相應(yīng)的神經(jīng)元被激活，我們是否就能因此填補(bǔ)某些缺失信息？

曹穎：沒錯(cuò)。一些特殊神經(jīng)元確實(shí)可以用于解釋視覺錯(cuò)覺。有一個(gè)非常有趣的錯(cuò)覺叫反轉(zhuǎn)φ現(xiàn)象（reverse phi），通過正確設(shè)置圖片對(duì)比度，就可以讓一輛自行車看起來像是在持續(xù)運(yùn)動(dòng)。這可以用大腦中運(yùn)動(dòng)處理區(qū)域的方向選擇性細(xì)胞的特性完美解釋。所以，是的，神經(jīng)元的特性有助于解釋視覺錯(cuò)覺。

?反轉(zhuǎn)φ現(xiàn)象，你是否感覺圖在連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)？事實(shí)上這張gif是幾幀連續(xù)的正片緊接幾幀連續(xù)的負(fù)片，用前景背景的切換欺騙視覺系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)信號(hào)的處理。來源: Akiyoshi Kitaoka 2020

肖恩·卡羅爾：我們的大腦是為了識(shí)別我們?nèi)粘Ｋ姷氖挛锒莼?。因此，如果你給它展示一些不常見的事物，就可以欺騙它。

曹穎：沒錯(cuò)。我所在的實(shí)驗(yàn)室在面孔處理方面做了很多研究，我最喜歡的視覺錯(cuò)覺之一，叫做撒切爾錯(cuò)覺（Thatcher illusion）。繪制這樣一張面孔，其中所有面部特征包括眼睛、鼻子和嘴巴都倒過來，但保持面部輪廓朝上。可以想象，這樣看起來會(huì)多么怪異。然后，再把這張怪異的臉上下顛倒過來，突然間，你就不會(huì)覺得那么奇怪了，它看起來又像一張正常的臉。

我喜歡這個(gè)錯(cuò)覺現(xiàn)象的原因是，當(dāng)你把臉顛倒過來時(shí)，實(shí)際上是在誘導(dǎo)你大腦中處理面孔的區(qū)域出現(xiàn)“損傷”，因?yàn)檫@些區(qū)域本來不是用來處理顛倒面孔的，所以它們會(huì)罷工——這樣你就能體驗(yàn)大腦受損的感覺，你覺得自己什么都看到了，并不覺得缺少了什么。這讓我感到安心，當(dāng)我失去理智時(shí)，至少我并不自知。

?撒切爾錯(cuò)覺。圖源：Discover Magazine

肖恩·卡羅爾：研究宇宙起源的物理學(xué)家面對(duì)的是個(gè)相對(duì)客觀的研究領(lǐng)域，而你在研究大腦和視覺時(shí)，卻也同時(shí)擁有大腦和視覺。這種雙重身份是否讓你在某一刻突然意識(shí)到：“原來這就是我的大腦正在做的事情啊?！?/p>

曹穎：每次都會(huì)有這種感覺。這是作為一名視覺科學(xué)家最美妙的事情之一。你睜開眼睛，就能看到你試圖解釋的奇跡，從某種意義上說，我們每個(gè)人都是視覺方面的專家。

肖恩·卡羅爾：我們所說的視覺皮層是有細(xì)分區(qū)域的，比如V1、V2和V3，這些不同區(qū)域分別發(fā)揮著什么作用？

曹穎：我很驚訝你居然聽說過V3，因?yàn)殛P(guān)于它的研究論文大概只有五篇。視覺相關(guān)腦區(qū)確實(shí)有很多不同的區(qū)域，但實(shí)際上我們對(duì)它們了解并不多。其中一個(gè)原因是，從事視覺神經(jīng)科學(xué)研究的人并不多，而且大家的研究方向比較集中。很多實(shí)驗(yàn)室在研究V1，所以大家都關(guān)注V1。至于這些不同區(qū)域的功能，我們目前只有一些大致的概念。比如V1負(fù)責(zé)早期的邊緣處理，然后信息會(huì)傳遞到中間階段，可能會(huì)進(jìn)行圖像分割，也就是識(shí)別不同物體的邊界，確定物體的表面屬性和紋理，之后處理過程會(huì)繼續(xù)向前推進(jìn)。

視覺處理中有一個(gè)非常重要的原則，即存在兩條視覺處理通路，分別是背側(cè)通路和腹側(cè)通路，它們承擔(dān)著不同的功能。腹側(cè)通路專注于物體識(shí)別，比如認(rèn)出那是一只豹子，或者這是我的媽媽。而背側(cè)通路則主要連接到運(yùn)動(dòng)皮層，它參與感知物體的空間位置和三維形狀，這樣我們就能以正確的方式抓取物體。大腦將這兩種功能分開，這一點(diǎn)非常有趣。

?紅色：腹側(cè)通路，藍(lán)色：背側(cè)通路。來源: Principles of Neuralscience

肖恩·卡羅爾：我很好奇，大腦是如何知道要將這兩種不同功能分開的呢？你提到背側(cè)通路和腹側(cè)通路，這是否是“字面意義”的大腦中信息傳遞通路？

曹穎：是的，存在兩條不同的通路。我們之所以知道存在這種功能分工，是因?yàn)楫?dāng)人們大腦出現(xiàn)損傷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)選擇性的功能障礙。例如，有些人可能無法識(shí)別物體，但抓取物體的能力不受影響；而另一些人則可能無法抓取物體，但可以準(zhǔn)確地識(shí)別它們。這表明這兩條通路在物理上是分開的，并且承擔(dān)著不同的任務(wù)。

肖恩·卡羅爾：這非常有趣。實(shí)際上我本來沒打算過多談?wù)撘庾R(shí)問題，但這確實(shí)強(qiáng)化了一種觀點(diǎn)，即大腦的各個(gè)部分都在執(zhí)行非常專門化的任務(wù)，而我們所說的意識(shí)，某種程度上是由所有這些不同部分協(xié)同工作組合而成的。

曹穎：是的，沒錯(cuò)。這是一個(gè)巨大的謎題。我記得在研究生時(shí)期，我的一位同學(xué)指出了這個(gè)謎團(tuán)，到現(xiàn)在它仍然困擾著我。他指出，當(dāng)你看邊緣時(shí)，邊緣是非常清晰、精細(xì)的。大腦中唯一的初級(jí)視覺皮層（V1）神經(jīng)元，具有足夠高的分辨率來表征這條邊緣。然而，你卻能意識(shí)到這條邊緣的存在。這怎么可能呢？這是否意味著V1是有意識(shí)的？如果是，是什么讓它產(chǎn)生了意識(shí)呢？因?yàn)楦鶕?jù)我們對(duì)V1的理解，我得說，V1的處理過程看起來相當(dāng)普通，就像一個(gè)邊緣檢測(cè)器，在我的實(shí)驗(yàn)室編程就可以實(shí)現(xiàn)這一過程。那么，是什么賦予了它意識(shí)呢？這是一個(gè)很大的謎團(tuán)。

意識(shí)機(jī)制理論的神經(jīng)維度

肖恩·卡羅爾：這讓我想起了一種現(xiàn)象，它不完全算是視覺錯(cuò)覺。比如當(dāng)我們看到模糊的圖片時(shí)，人們會(huì)問，“你在云朵里看到了什么？是長頸鹿、臉還是其他？”他們說的東西，無論是什么，我往往最終也能看到。就像它進(jìn)入了我的大腦，而我似乎無法擺脫這種暗示。

曹穎：確實(shí)如此。有一種關(guān)于意識(shí)的機(jī)制理論，我認(rèn)為它并不能解釋意識(shí)的奧秘——到目前為止，我還沒有遇到過任何一種理論能夠真正解釋意識(shí)的奧秘——有人稱之為預(yù)測(cè)加工理論或生成模型理論。其基本觀點(diǎn)是，我們所意識(shí)到的一切都是由大腦生成的。外界信息進(jìn)入大腦并接受處理，為意識(shí)內(nèi)容的生成提供了輸入。但實(shí)際上，我們有意識(shí)地感知到的是一種自上而下的過程，這個(gè)過程實(shí)際上是大腦重新構(gòu)建了我們對(duì)世界的認(rèn)知。

我認(rèn)為這個(gè)理論非常美妙。原因有很多，其中一個(gè)特別的原因是，它解釋了為什么我們的意識(shí)感知在不同層次的表征中總是保持一致。比如，當(dāng)你給我展示空間-花瓶錯(cuò)覺（space-vase illusion）時(shí)，你可以把圖形看成是兩張側(cè)臉，也可以看成是一個(gè)花瓶。當(dāng)你把它看成是一個(gè)花瓶時(shí)，不僅高層次的認(rèn)知告訴你這是一個(gè)花瓶，而且所有的細(xì)節(jié)也都符合花瓶的特征。觀察花瓶邊緣的局部，都是屬于花瓶而非臉的一部分。從幾十年的神經(jīng)生理學(xué)研究中我們知道，這些細(xì)節(jié)信息是在與編碼物體身份不同的腦區(qū)進(jìn)行編碼的。

那么，這種同步性是如何實(shí)現(xiàn)的呢？而且當(dāng)你將其視為花瓶時(shí)，兩邊的邊緣總是保持一致的。你永遠(yuǎn)不會(huì)看到一邊是側(cè)臉，另一邊是花瓶，因?yàn)檫@不符合邏輯。這又是怎么做到的呢？因?yàn)榫幋a邊緣所屬關(guān)系的V2區(qū)域中，編碼臉左側(cè)邊緣的神經(jīng)元并不會(huì)直接與編碼右側(cè)邊緣的神經(jīng)元進(jìn)行交流。那么，它們是如何總是保持一致的？這需要一個(gè)解釋。而預(yù)測(cè)編碼理論（predictive coding theory）正好優(yōu)雅地解釋了這一點(diǎn)。它認(rèn)為，意識(shí)是通過自上而下的反饋生成的，這就很好地解釋了這個(gè)現(xiàn)象。因?yàn)榇竽X“知道”這是一個(gè)花瓶，所以它“生成”了這兩個(gè)邊緣，它們必須保持一致。

?空間-花瓶錯(cuò)覺。圖源：Wikipedia

肖恩·卡羅爾：有道理。你的意思是，我們的大腦并非逐像素地存儲(chǔ)圖像，而是擁有一個(gè)關(guān)于世界的概念模型。當(dāng)我們看到某樣?xùn)|西時(shí)，大腦會(huì)將其與已有的概念框架相匹配，并按照這個(gè)框架來理解和解釋信息。只有當(dāng)新的信息出現(xiàn)，且與現(xiàn)有框架不符時(shí)，我們才會(huì)被迫調(diào)整或改變認(rèn)知。是這樣嗎？

曹穎：是的，完全正確。我還有一種想法——大腦就像是一個(gè)視頻游戲引擎。存在一個(gè)它必須去認(rèn)知的現(xiàn)實(shí)空間，我們的感知就存在于這個(gè)空間里。所有的輸入信息是在調(diào)節(jié)參數(shù)旋鈕，然后就“生成”出現(xiàn)實(shí)。

肖恩·卡羅爾：具體地還有一點(diǎn)需要提及，那就是信息并不是單向傳遞的,并不是說我們眼睛看到光子，它們傳到V1區(qū)，再傳到V2區(qū)，然后在其他地方構(gòu)建出現(xiàn)實(shí)認(rèn)知。實(shí)際上大腦中同時(shí)存在著反饋和前饋機(jī)制。

曹穎：是的，大腦中有大量的反饋連接。幾乎在每個(gè)區(qū)域都有。好像只有從下顳葉皮層到紋狀體的連接是單向的——只從IT皮層傳到紋狀體。但除此之外，大腦中幾乎每一個(gè)連接都是雙向的。

肖恩·卡羅爾：如果我們簡單把V1區(qū)的作用看作是檢測(cè)明暗和形狀等信息，那么它是如何受到大腦其他部分影響的呢？它似乎有自己的任務(wù)，應(yīng)該只專注于此才對(duì)。

曹穎：預(yù)測(cè)加工模型的觀點(diǎn)是，這就像一整排多米諾骨牌。比如你覺得自己在云朵中看到了一張臉，這會(huì)使V2區(qū)傾向于生成相應(yīng)的邊緣信息，然后這些信息會(huì)反饋回V1區(qū)，V2區(qū)會(huì)告訴V1區(qū)，比如“這里應(yīng)該更暗一點(diǎn)，因?yàn)檫@是眼睛的位置”，V1區(qū)就會(huì)據(jù)此填補(bǔ)信息。我們實(shí)驗(yàn)室在過去五年里一直在尋找支持預(yù)測(cè)加工生成反饋假設(shè)的證據(jù)，但得這么說，目前還沒有定論，仍待進(jìn)一步研究。

結(jié)構(gòu)演化與意識(shí)離散問題

肖恩·卡羅爾：在演化史上，下顳葉皮層比視覺皮層更晚出現(xiàn)嗎？聽起來它的功能更高級(jí)。

曹穎：是的，這是個(gè)很有趣的問題。正是因?yàn)閷?duì)這個(gè)演化問題感興趣，我們進(jìn)行了一項(xiàng)對(duì)樹鼩的研究。樹鼩是一種原產(chǎn)于印度尼西亞的動(dòng)物，它們是與靈長類關(guān)系最近的非靈長類動(dòng)物之一，并且擁有非常出色的視覺系統(tǒng)。很多實(shí)驗(yàn)室研究老鼠的視覺，但老鼠的視力很差，它們大腦中負(fù)責(zé)視覺的部分只占很小的比例。而樹鼩有很大的眼睛，視力很好，視覺敏銳度高。

我們對(duì)“樹鼩是否也有下顳葉皮層”這個(gè)問題很感興趣。結(jié)果非常令人驚訝，樹鼩的V2 區(qū)，似乎承擔(dān)了很多下顳葉皮層的功能，甚至發(fā)現(xiàn)了對(duì)面孔有反應(yīng)的細(xì)胞。所以，思考下顳葉皮層功能的演化過程很有意思。我們認(rèn)為它最初的層級(jí)結(jié)構(gòu)比較簡單，后來逐漸變得復(fù)雜。

肖恩·卡羅爾：也許樹鼩最初沒有下顳葉皮層，但隨著時(shí)間推移，功能逐漸分化。那些更擅長這些功能的樹鼩會(huì)成為更強(qiáng)的生存者。

假設(shè)有人在運(yùn)球，籃球撞擊地面的聲音傳到你耳朵的時(shí)間，實(shí)際上比畫面被看到所需的時(shí)間要長。顯然，光的傳播速度比聲音快，但你的大腦會(huì)把兩者匹配起來，讓你感覺它們是同時(shí)發(fā)生的。除非運(yùn)球的人離你很遠(yuǎn)，這種匹配不再合理，這時(shí)你才會(huì)突然意識(shí)到兩者是不同步的。你如何看待這種現(xiàn)象？

曹穎：是的，聽起來很合理。我認(rèn)為這也支持了預(yù)測(cè)編碼的觀點(diǎn)。我們所看到的東西是大腦生成的，我們接收到各種信號(hào)，這些信號(hào)在時(shí)間上是不匹配的。但大腦通過推理將它們整合起來?；氐揭庾R(shí)這個(gè)話題，我們認(rèn)為，把所有這些信息整合起來并構(gòu)建出我們有意識(shí)看到的東西的這個(gè)推斷過程，是分開發(fā)生的。

實(shí)際上，盡管意識(shí)感覺上是連續(xù)的，但我們認(rèn)為其發(fā)生是離散的。在這些離散的時(shí)間點(diǎn)之間，大腦在進(jìn)行各種信息測(cè)量。這讓我們對(duì)時(shí)間感知有一個(gè)非常有趣的視角：它是被構(gòu)建出來的，而不是信號(hào)抵達(dá)時(shí)你就立刻感知到事件的發(fā)生。剛剛提到的例子對(duì)此的闡釋確實(shí)很精彩。

?圖源：-Simon Brader

肖恩·卡羅爾：我知道大腦構(gòu)建圖像是需要時(shí)間的，這會(huì)導(dǎo)致延遲。但你剛剛說的內(nèi)容非常有趣，我之前沒聽說過，你說我們對(duì)時(shí)間的感知就像電影膠片一樣，是由一系列離散的幀組成的，這些幀之間有一些細(xì)微的差別。因?yàn)閹臄?shù)量很多，所以我們感覺時(shí)間是連續(xù)的，但實(shí)際上我們有意識(shí)的不同時(shí)刻之間是存在離散性的。

曹穎：是的，沒錯(cuò)。是離散的幀。而且我要說的比這更激進(jìn)，這些離散的幀不像電影膠片那樣是連續(xù)的，中間還穿插著一些我們無意識(shí)的時(shí)間段，然后又會(huì)再次進(jìn)入有意識(shí)的狀態(tài)，就好像這些畫面中間有一些片段是被“剪掉”了。膠片仍在播放，但因?yàn)槟阍谀承r(shí)間段是無意識(shí)的，所以你甚至都沒有意識(shí)到在這些無意識(shí)的時(shí)間段里發(fā)生了什么——所以你所意識(shí)到的只是那些你有意識(shí)的幀。我們認(rèn)為實(shí)際情況就是這樣。

再回到視覺錯(cuò)覺的話題。你知道車輪錯(cuò)覺（wagon wheel illusion）嗎？如果你在一個(gè)圓盤上，以不同半徑繪制不同頻率的黑白圖案，當(dāng)你旋轉(zhuǎn)這個(gè)圓盤時(shí)，就會(huì)有一部分看起來像是在向后移動(dòng)，這是因?yàn)榛殳B現(xiàn)象（aliasing）。如果你用膠片拍攝旋轉(zhuǎn)的圓盤，也會(huì)出現(xiàn)部分看起來向后移動(dòng)的情況。但實(shí)際上在現(xiàn)實(shí)生活中你也能看到這種現(xiàn)象。戴爾?普爾維斯（Dale Purvis）是一位對(duì)視覺感興趣的發(fā)育神經(jīng)科學(xué)家，他從在現(xiàn)實(shí)生活中能看到車輪錯(cuò)覺這一事實(shí)，得出了一個(gè)驚人的推斷：我們的意識(shí)是離散的，就像電影膠片是采樣得到的一樣。

?車輪錯(cuò)覺。圖源：etherealcreation

肖恩·卡羅爾：這實(shí)際上是一個(gè)基于經(jīng)驗(yàn)的證據(jù)。我們的意識(shí)會(huì)中斷多長時(shí)間？在兩個(gè)連續(xù)的意識(shí)感知瞬間之間，存在著什么？

曹穎：我認(rèn)為這取決于刺激的情況，比如刺激輸入的速度。在我們研究的情況中，發(fā)現(xiàn)有無意識(shí)的時(shí)間段可能長達(dá)幾百毫秒。在這段時(shí)間里，神經(jīng)元并沒有表征你有意識(shí)看到的東西。

肖恩·卡羅爾：竟然有這么長時(shí)間處于無意識(shí)狀態(tài)。這個(gè)觀點(diǎn)得到普遍認(rèn)同了嗎，還是說這只是前沿的推測(cè)？

曹穎：我們還沒有發(fā)表這方面的研究成果呢。

肖恩·卡羅爾：我很期待看到后續(xù)的研究成果?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)似乎比我們美妙的大腦簡單得多。作為一名堅(jiān)定的物理主義者，我認(rèn)為大腦是個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。我可以想象未來我們能制造出一臺(tái)完全具備大腦功能的計(jì)算機(jī)。但我們?cè)谠O(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)，會(huì)讓它盡可能直接、簡單，而大腦是經(jīng)過數(shù)百萬年演化而來的，以各種有用的方式將不同的能力整合在一起。

曹穎：作為一名實(shí)驗(yàn)神經(jīng)科學(xué)家，我不得不說，大腦的組織精確得讓我驚嘆。

人腦面孔識(shí)別的神經(jīng)密碼

肖恩·卡羅爾：那我們來談?wù)劥竽X最令人印象深刻的能力之一——面孔識(shí)別。很明顯我們需要具備識(shí)別面孔的能力，那么大腦中有特定的區(qū)域負(fù)責(zé)這個(gè)功能嗎，還是說這個(gè)功能分布在不同的區(qū)域？

曹穎：我們識(shí)別面孔的能力很可能是大腦眾多功能中，與特定皮層區(qū)域關(guān)聯(lián)最為明確的功能之一。最早的證據(jù)來自于對(duì)腦部受損患者的研究，比如中風(fēng)患者。他們可能突然就無法識(shí)別面孔了，但識(shí)別其他物體卻沒有問題。這就表明大腦中有一塊專門用于表征面孔的皮層區(qū)域。

1997年，麻省理工學(xué)院的南希?坎維舍（Nancy Kanwisher）發(fā)表了一篇具有里程碑意義的論文，這篇論文是《神經(jīng)科學(xué)雜志》上被引用次數(shù)最多的文章之一。她給正常人類受試者展示面孔和其他物體的圖片，同時(shí)進(jìn)行了磁共振成像（MRI）掃描。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有受試者的右側(cè)顳葉都有一個(gè)區(qū)域，對(duì)面孔的反應(yīng)比其他物體強(qiáng)烈得多。這個(gè)區(qū)域只有藍(lán)莓那么大，而且在每個(gè)受試者大腦中的位置都相同。當(dāng)呈現(xiàn)面孔圖片時(shí)，這個(gè)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的信號(hào)反應(yīng)。這是大腦存在專門表征面孔皮層區(qū)域的有力證據(jù)。這個(gè)區(qū)域被稱為梭狀回面孔區(qū)（fusiform face area，F(xiàn)FA），位于顳葉的梭狀回（fusiform gyrus）處。

我記得當(dāng)初讀到這篇論文時(shí)，很奇怪為什么大腦會(huì)有一塊專門用于處理面孔的皮層區(qū)域？面孔看起來和其他物體并沒有那么大的區(qū)別。那時(shí)我完全沒想到自己會(huì)在這個(gè)領(lǐng)域深入研究這么多。

?圖源：Li Yang Ku (Gooly)

肖恩·卡羅爾：梭狀回面孔區(qū)內(nèi)部是否也有細(xì)分結(jié)構(gòu)，不同部分承擔(dān)不同的功能呢？

曹穎：是的，探究這個(gè)區(qū)域具體分工細(xì)節(jié)的過程非常精彩。我讀研究生的時(shí)候，為了研究猴子的立體視覺，進(jìn)行了一系列腦影像學(xué)實(shí)驗(yàn)。我給猴子展示面孔和其他物體，純粹出于好奇它們是否也有面孔識(shí)別區(qū)域。結(jié)果發(fā)現(xiàn)猴子不僅有面孔識(shí)別區(qū)域，而且還有六個(gè)。

這太讓人驚訝了，這六個(gè)區(qū)域分別有什么作用呢？因?yàn)檠芯繉?duì)象是猴子，所以可以將電極插入每個(gè)區(qū)域，研究其中神經(jīng)元的活動(dòng)。實(shí)際上，這六個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)似乎都執(zhí)行著不同的功能。比如，最靠后的那個(gè)區(qū)域?qū)ρ劬Φ男螤钐貏e敏感。再往前一個(gè)區(qū)域，關(guān)注特定視角下的面孔。更靠前的區(qū)域?qū)γ婵椎溺R像對(duì)稱表現(xiàn)出反應(yīng)，比如左右側(cè)臉或者向上、向下看的面孔。而最靠前的區(qū)域，有一些非常神奇的細(xì)胞，它們對(duì)面孔的反應(yīng)不受視角影響，只要是同一張臉，無論朝向如何，都會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)。這種功能分工非常顯著。

肖恩·卡羅爾：所以我的大腦中有一部分專門負(fù)責(zé)注意眼睛。

曹穎：還有其他面部特征，但眼睛非常突出，所以在面孔區(qū)域中大約70%的細(xì)胞都會(huì)對(duì)眼睛的大小產(chǎn)生反應(yīng)。你甚至可以展示一張簡單的卡通臉，改變眼睛部分的圖案，這些細(xì)胞的反應(yīng)就會(huì)越來越強(qiáng)烈。

肖恩·卡羅爾：你給猴子展示的是猴子的臉還是人類的臉，這有區(qū)別嗎？

曹穎：實(shí)際上是有區(qū)別的，但它們用相同的編碼原則來處理所有不同的面孔，它們甚至對(duì)卡通臉和看起來像臉形狀的云彩也會(huì)有反應(yīng)。

肖恩·卡羅爾：那么，這是否解釋了為什么簡單幾筆線條勾勒的卡通臉如此富有表現(xiàn)力？是不是因?yàn)槲覀兊拇竽X已經(jīng)被“訓(xùn)練”得能夠注意到這些細(xì)微的差別？而且這部分大腦區(qū)域可能與大腦中情緒化或與情感相關(guān)的區(qū)域存在某種聯(lián)系。

曹穎：是的，不過相比對(duì)面部表情的表征，我們對(duì)面孔同一性的表征了解得更多。但確實(shí)，我們有專門的機(jī)制來感知面孔的不同維度。要繪制出非常逼真的面孔，至少需要50到200個(gè)維度的信息，而我們能夠同時(shí)感知所有這些維度。這真的很了不起，要知道，顏色只有三個(gè)維度。你聽說過切爾諾夫臉（Chernoff faces）嗎？這是一種可視化多維數(shù)據(jù)集的方法，將數(shù)據(jù)映射到臉上，這樣就能看出有哪些維度在變化。

人類大腦中的梭狀回面孔區(qū)，在猴子大腦中也有對(duì)應(yīng)的同源區(qū)域。猴子的梭狀回面孔區(qū)屬于腹側(cè)視覺皮層，是高級(jí)視覺皮層的一部分，在 V1、V2區(qū)域之后。對(duì)這些不同面孔斑塊（patch）的記錄研究，從2000年前后開始，論文最終在2010年發(fā)表。

?切爾諾夫臉，以人臉形狀展示多元數(shù)據(jù)。各個(gè)部分，如眼睛、耳朵、嘴巴和鼻子，通過形狀、大小、位置和方向來表示變量的值。使用人臉背后的理念是，人類容易識(shí)別面孔，并且能夠輕松地注意到細(xì)微的變化。圖為一種2017美國切爾諾夫臉，其中眉毛越矮越細(xì)，失業(yè)率越低，眼睛大小與教育水平相關(guān)，眼袋的大小告訴我們有多少成年人每晚至少睡七小時(shí)，下巴越大，肥胖率越高等。來源: Lazaro Gamio: The Emoji States of America

肖恩·卡羅爾：梭狀回面孔區(qū)的主要功能，是識(shí)別身份，還是識(shí)別表情（如微笑或皺眉）？

曹穎：我認(rèn)為它主要不是處理情緒本身，而是處理面孔的物理特征，比如兩眼間距是多少、紋理如何、臉型是什么樣的。它還沒有達(dá)到明確識(shí)別身份的階段，我們認(rèn)為這一步在后續(xù)的處理中完成。

前沿實(shí)驗(yàn)技術(shù)與神經(jīng)解碼

肖恩·卡羅爾：現(xiàn)階段我們是否已經(jīng)能夠研究單個(gè)神經(jīng)元的任務(wù)，還是說這仍然是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)？

曹穎：我們所有的記錄都是針對(duì)單個(gè)神經(jīng)元的。我們使用非常細(xì)的電極，這些電極除了尖端之外都是絕緣的，尖端寬度只有10微米。目前，我們可以同時(shí)采集數(shù)百個(gè)單個(gè)神經(jīng)元的電活動(dòng)，以此探究單個(gè)神經(jīng)元的選擇性。

肖恩·卡羅爾：你提到了功能性磁共振成像（fMRI），現(xiàn)在又提到了電極，這是兩種截然不同的研究方法，對(duì)吧？

曹穎：沒錯(cuò)。人們常說fMRI測(cè)量的是大腦的“管道系統(tǒng)”——檢測(cè)血液流經(jīng)區(qū)域。當(dāng)大腦的某個(gè)部分工作時(shí)，會(huì)有更多血液流向該區(qū)域，這是一種體內(nèi)穩(wěn)態(tài)機(jī)制。所以，fMRI檢測(cè)的結(jié)果比較粗略，能夠在一立方毫米的尺度上測(cè)量神經(jīng)活動(dòng)，而這一立方毫米內(nèi)包含大約10萬到100萬個(gè)神經(jīng)元。

而當(dāng)我們確定了識(shí)別面孔、顏色的腦區(qū)，我們就想進(jìn)一步了解神經(jīng)元究竟是如何表征面孔的。而毫米級(jí)像素大小的研究，無法弄清楚這些細(xì)節(jié)，我們需要單個(gè)神經(jīng)元層級(jí)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。為了獲取這些詳細(xì)信息，我們會(huì)插入電極來采集神經(jīng)活動(dòng)。我們現(xiàn)在使用一種叫做Neuropixels探針的設(shè)備，它就像是讓你能觀看大腦“電視節(jié)目”的工具。這種探針有4000個(gè)觸點(diǎn)，采用了硅制造技術(shù)。利用這些硅探針，我們可以同時(shí)記錄數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，這真的非常令人興奮。

肖恩·卡羅爾：我們能不能反過來，通過觀察神經(jīng)元的活動(dòng)，自己推斷出正在觀察的是什么東西呢？

曹穎：可以。許多實(shí)驗(yàn)室都致力于通過解碼神經(jīng)活動(dòng)來復(fù)原人們眼前的事物，探究外界發(fā)生了什么。我們的面孔區(qū)域研究就做到了這一點(diǎn)，僅通過200個(gè)神經(jīng)元的神經(jīng)活動(dòng)，就能精確重建猴子正在觀看的面孔，重建出的圖像與真實(shí)刺激幾乎難以分辨，這是一項(xiàng)非常令人滿意的成果。

?圖源：Fausto Montanari

肖恩·卡羅爾：如果我們能把探針植入人類大腦，這項(xiàng)技術(shù)在腦機(jī)接口領(lǐng)域應(yīng)該有更大的應(yīng)用前景吧？

曹穎：即便我是一個(gè)徹底的物理主義者，想到如果有人能探測(cè)我所有的神經(jīng)元，就能知道我在想什么，還是會(huì)覺得有點(diǎn)詭異。但這就是我們研究的方向，所以我們必須學(xué)會(huì)應(yīng)對(duì)。

有一種病癥叫面孔失認(rèn)癥（prosopagnosia），患有這種病的人很難識(shí)別面孔，常見病因是腦損傷，但約有4%的面孔失認(rèn)癥患者并沒有中風(fēng)等腦部損傷，僅僅是在識(shí)別面孔方面表現(xiàn)得非常差。研究這些人的大腦活動(dòng)會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們的面孔區(qū)域存在選擇性差、區(qū)域較小等問題。

肖恩·卡羅爾：面孔失認(rèn)癥有改善的希望嗎，還是說目前這仍充滿挑戰(zhàn)？

曹穎：這很有意思。人類的面孔識(shí)別區(qū)域位于右半球，而左半球中對(duì)應(yīng)的皮層區(qū)域負(fù)責(zé)識(shí)別字母。人類視覺系統(tǒng)具有顯著的可塑性，但我覺得這種可塑性在大腦發(fā)育早期發(fā)揮作用。所以，我并不確定，也許通過某種訓(xùn)練有希望改善……

肖恩·卡羅爾：面孔識(shí)別區(qū)從演化角度很容易理解，但視覺詞形區(qū)（專門識(shí)別文字的區(qū)域）讓人困惑：在人類發(fā)明文字之前，這個(gè)腦區(qū)承擔(dān)什么功能？

曹穎：我們認(rèn)為，它之前可能也是負(fù)責(zé)識(shí)別面孔的。比如猴子，它們的面孔識(shí)別區(qū)域在兩側(cè)大腦半球都有，分布非常對(duì)稱。出乎意料的是，不識(shí)字的人沒有字母識(shí)別能力，他們的面孔識(shí)別區(qū)域也是雙側(cè)對(duì)稱的。

肖恩·卡羅爾：所以很明顯，大腦把原本用于識(shí)別面孔的部分區(qū)域重新利用，來幫助識(shí)別字母。這意味著，誰也不知道大腦還會(huì)有哪些區(qū)域被重新分工。那么，識(shí)字的人在識(shí)別面孔方面會(huì)比不識(shí)字的人更差嗎？

曹穎：我不確定，但從邏輯上看似乎是這樣。應(yīng)該有人去驗(yàn)證一下。

肖恩·卡羅爾：從某種意義上說，我們可以基于視覺研究的成果，嘗試?yán)斫獯竽X中的抽象思維，或者符號(hào)思維的起源。

曹穎：我在研究抽象思維起源這個(gè)問題時(shí)，采用的方法與面孔研究完全不同，抽象思維相關(guān)研究關(guān)注的是背側(cè)通路，而面孔識(shí)別是腹側(cè)通路的功能。一開始我就提到，背側(cè)通路是行動(dòng)的基礎(chǔ)。那么我們?nèi)绾卧谑澜缰懈兄袆?dòng)呢？

我們需要一種壓縮的、符號(hào)化表征，例如基于事件的理解方式。我們要清楚識(shí)別周圍的物體及其可能用途，比如，我現(xiàn)在要去拿起那根香蕉。所以，在我看來，理解符號(hào)思維，關(guān)鍵在于解決物體分割和追蹤這個(gè)非常具體的問題。

我們的眼睛接收到的是一堆“像素”，問題在于如何將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)持續(xù)存在的“物體”。有了物體的概念，才能貼上標(biāo)簽、建立聯(lián)系，進(jìn)而思考它們；而如果沒有形成物體的概念，我們幾乎無法思考任何事情，只能面對(duì)一堆混亂的感官信息。所以我認(rèn)為“轉(zhuǎn)化”是關(guān)鍵一步，而我們目前對(duì)此還完全沒有理解。在我看來，大腦究竟如何從大量感官信息和特征中構(gòu)建出一個(gè)個(gè)離散的物體概念，是一個(gè)亟待解決的問題。

?圖源：Fausto Montanari

物體恒常性與貝葉斯大腦

肖恩·卡羅爾：你在最近發(fā)表的一篇論文中嘗試解決之前提到的問題——我們?nèi)绾沃老嗤奈矬w是同一個(gè)。如果一個(gè)物體暫時(shí)被障礙物擋住，然后又從另一邊出現(xiàn)，我們大腦為何仍然將其視為連續(xù)存在的同一個(gè)物體。

曹穎：對(duì)，比如我繞著你走，我知道你還是同一個(gè)人。怎么解決這個(gè)問題呢？計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的人可能會(huì)說，只要提供大量樣本、大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就能神奇地學(xué)會(huì)識(shí)別。但我們?cè)谡撐睦锾岢?，并不需要任何?xùn)練/數(shù)據(jù)——這其實(shí)是一個(gè)非常優(yōu)雅的數(shù)學(xué)問題，與曲面（surface）的定義密切相關(guān)。

曲面是由一系列相互重疊的坐標(biāo)圖（charts）組成的，這種重疊是關(guān)鍵。當(dāng)我圍繞著你走的時(shí)候，我計(jì)算著這些坐標(biāo)圖。由于移動(dòng)或使用雙眼立體視覺的原因，視角會(huì)發(fā)生變化，從而提供相互重疊的坐標(biāo)圖，這就表明它們屬于同一個(gè)曲面。我不斷這樣做，就能圍繞你形成一組坐標(biāo)圖的等價(jià)類，這里的等價(jià)關(guān)系就是重疊。因此，這是一個(gè)非常美妙的數(shù)學(xué)理論，解釋了物體概念是如何形成的。

肖恩·卡羅爾：所以，實(shí)際上，大腦將不同視角的觀察整合為單一物體的表征，是否比把每個(gè)視角都視為獨(dú)立物體的效率更高？

曹穎：完全正確。因?yàn)橐曈X信息變化非常大，因此視覺系統(tǒng)的一個(gè)重要任務(wù)就是解決恒常性問題——確定哪些信息對(duì)應(yīng)的是同一個(gè)物體。每轉(zhuǎn)動(dòng)一下頭，進(jìn)入眼睛的像素信息就全變了，但我們得應(yīng)對(duì)這種變化。

肖恩·卡羅爾：從某種意義上說，這更像一個(gè)壓縮問題。再大膽猜測(cè)一下，這和貝葉斯大腦假說（Bayesian Brain Hypothesis）有關(guān)系嗎？

曹穎：有很大關(guān)系。我們的理論要解決的數(shù)學(xué)問題是，如何判斷一個(gè)視覺圖像塊的某個(gè)視圖是另一個(gè)視圖的變換結(jié)果？為此，我們引入了動(dòng)態(tài)感受野（dynamic receptive fields）的概念。本質(zhì)上，大腦的測(cè)量過程就像是將圖像塊投影到感受野函數(shù)上，通過內(nèi)積運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，我們可以建立一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)來變換感受野函數(shù)，以抵消圖像的變化。

舉個(gè)簡單的例子，如果左眼看到的圖像塊比右眼看到的圖像塊偏移了10個(gè)像素，那么我把感受野函數(shù)也偏移10個(gè)像素，就能得到相同的測(cè)量結(jié)果。這就是我們的思路，引入感受野函數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，來補(bǔ)償圖像的變換。據(jù)我理解，這和貝葉斯推斷的過程完全一致。在貝葉斯推斷里，有一個(gè)自上而下的信號(hào)，試圖預(yù)測(cè)感官信號(hào)。對(duì)于每一個(gè)傳入的感官信號(hào)都是如此。

?圖源：Fausto Montanari

意識(shí)的終極難題

肖恩·卡羅爾：這種理論是否能讓我們更接近理解意識(shí)，也就是我們?cè)诟橄髮用鏄?gòu)建世界概念的能力？

曹穎：我希望如此。我覺得如果我們能搞清楚神經(jīng)活動(dòng)如何表征所看到的事物，那就離理解意識(shí)不遠(yuǎn)了。演化的目的是生存，基因并不關(guān)心我們是否有意識(shí)，它們只在乎我們的行為。所以在我看來，要么意識(shí)只是一個(gè)巧合，那些具有特定行為的大腦恰好也產(chǎn)生了意識(shí)；要么任何能夠像我們一樣復(fù)雜地感知世界、追蹤移動(dòng)物體、導(dǎo)航，具備我們所有行為能力的系統(tǒng)，都很可能是有意識(shí)的。你同意這種觀點(diǎn)嗎？

肖恩·卡羅爾：我完全同意。不過，確實(shí)有很多人不同意，在意識(shí)研究領(lǐng)域，僵尸論證（zombie argument）很有影響力，它由大衛(wèi)?查爾默斯（David Chalmers）推廣開來，但其實(shí)更早之前就有人提出了。這個(gè)論證的核心觀點(diǎn)是，想象存在一種生物，它的行為和我完全一樣，但沒有內(nèi)在的意識(shí)體驗(yàn)，這種生物稱為僵尸（zombie）。如果能夠想象出這樣的生物，那就意味著內(nèi)在的意識(shí)體驗(yàn)不能簡單地歸結(jié)為神經(jīng)元或身體里原子的行為——除了物理行為之外，一定還有其他因素決定意識(shí)。

但我的觀點(diǎn)和你的想法差不多。僵尸和有意識(shí)的生物的行為模式完全一樣，被問到“你有意識(shí)嗎”，它會(huì)回答“是”；給它講悲傷的故事，它會(huì)哭泣......那我們就應(yīng)該把它看作是有意識(shí)的。作為一名物理主義者，我認(rèn)為意識(shí)是一種涌現(xiàn)的、更高層次的概念，僅此而已，沒存在更多神秘物質(zhì)。

曹穎：太好了，很高興你同意我的觀點(diǎn)。你寫過一篇很有意思的文章，叫《為什么存在萬物而非一無所有？》*。我很喜歡這篇文章。這篇文章的核心觀點(diǎn)是不是物理學(xué)家無法解釋這個(gè)問題？

https://www.preposterousuniverse.com/blog/2018/02/08/why-is-there-something-rather-than-nothing-2/

肖恩·卡羅爾：實(shí)際上，我還可以更激進(jìn)一點(diǎn)。我認(rèn)為這甚至不是一個(gè)能回答的問題。不是說我們目前沒有能力解答，而是像“為什么存在某物而非一無所有”這樣的問題，根本就沒有答案。不存在什么原因，我們以后也不可能發(fā)現(xiàn)宇宙存在的理由。

曹穎：但我們能夠弄清楚一組神經(jīng)元需要怎樣的配置才會(huì)產(chǎn)生意識(shí)，這是一個(gè)科學(xué)問題。但對(duì)我來說，意識(shí)本身似乎是既定存在的。你認(rèn)同這種觀點(diǎn)嗎？

肖恩·卡羅爾：我們需要先明確一下“既定存在”是什么意思。在我看來，意識(shí)當(dāng)然是一種描述我們大腦活動(dòng)以及宏觀行為的方式。

曹穎：意識(shí)就像物質(zhì)的存在一樣，是一種既定事實(shí)。你只能接受某些復(fù)雜系統(tǒng)就是有意識(shí)的，但不能提問為什么它有意識(shí)。主觀體驗(yàn)的存在和客觀體驗(yàn)一樣，都是你必須接受的事實(shí)。你可以研究如何改變意識(shí)，創(chuàng)造不同類型的意識(shí)，這些都是科學(xué)問題。但主觀體驗(yàn)存在這個(gè)基本事實(shí)，就像物質(zhì)存在一樣，是你必須接受的。

肖恩·卡羅爾：如果我從未聽說過意識(shí)這個(gè)概念，假設(shè)我是奧利弗?薩克斯（Oliver Sacks）虛構(gòu)的來自火星的人類學(xué)家，來到地球與人類互動(dòng)。我會(huì)注意到，人類的反應(yīng)和行為方式表明他們對(duì)不同事物有不同程度的反應(yīng)。有時(shí)會(huì)忽略某些事物，有時(shí)又表現(xiàn)出一些心理狀態(tài)，這些心理狀態(tài)能幫助我解釋他們的行為。即使我們之前不了解意識(shí)，也會(huì)發(fā)明出描述意識(shí)狀態(tài)和行為的概念，我認(rèn)為這是對(duì)人類這種極其復(fù)雜的涌現(xiàn)現(xiàn)象的一種有用描述。

我寫過一篇論文，叫《意識(shí)與物理定律》*。但實(shí)際上，我對(duì)意識(shí)了解得并不多，我只知道，描述意識(shí)并不需要發(fā)明新的物理定律，因?yàn)槲覀儗?duì)物理定律的理解比對(duì)意識(shí)的理解要深入得多。如果認(rèn)為需要改變物理定律來幫助理解意識(shí)，這有點(diǎn)本末倒置了。

Carroll, Sean. "Consciousness and the Laws of Physics." Journal of Consciousness Studies 28.9-10 (2021): 16-31.

曹穎：意識(shí)有個(gè)很神秘的地方在于，作為物理學(xué)家、化學(xué)家和生物學(xué)家，我們從不同層面解釋各種系統(tǒng)。我們可以從非常基礎(chǔ)的層面解釋，也可以從像光感受器、視覺皮層這些層面解釋，不同層面的解釋是相互一致的，而且在各自層面都能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完整的解釋和預(yù)測(cè)，只是更高層面的解釋更粗略一些。

但在我看來，意識(shí)的存在與這種觀點(diǎn)相悖。比如，我們能意識(shí)到紅色以及周圍的物體，這似乎表明對(duì)物理系統(tǒng)存在一個(gè)“正確的”解釋層面。不能僅僅把它看作是原子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，而必須從意識(shí)感知存在的層面去理解。

肖恩·卡羅爾：我會(huì)認(rèn)為這兩個(gè)層面都很好，而且各自獨(dú)立成立。如果我是拉普拉斯妖（Laplace's demon），擁有神奇的能力，能理解我身體里每一個(gè)原子、電子和光子的完整狀態(tài)，那么我想我可以成功預(yù)測(cè)我身體接下來的行為，或者在一段時(shí)間內(nèi)的行為，而且整個(gè)過程都不需要用到“意識(shí)”這個(gè)詞。同樣，也不需要用到“熵”“溫度”這些更高層面的詞匯，我只需要描述原子的行為就可以了。

曹穎：但你無法解釋內(nèi)在的意識(shí)。

肖恩·卡羅爾：只列舉一張桌子所有原子以及它們之間的相互作用，就能解釋這是一張桌子嗎？

曹穎：可以。但說到大腦，情況就不一樣了。大腦存在有意識(shí)的體驗(yàn)，而且這種體驗(yàn)似乎只存在于某個(gè)特定層面。

肖恩·卡羅爾：沒錯(cuò)。我的觀點(diǎn)是，意識(shí)就像桌子一樣，是一種在特定層面上描述事物的有用概念。這個(gè)層面和另一個(gè)不用這些概念、但同樣能完整描述事物的層面是完全兼容的。我一直很樂意聽取不同意見，所以我再換一種方式解釋。這可能和“為什么存在萬物而非一無所有”這個(gè)問題的討論有關(guān)。

意識(shí)的難題被認(rèn)為是超越大腦物理行為的問題。那些熱衷于探討意識(shí)難題的人會(huì)探討“成為某種東西是什么樣的體驗(yàn)”。這些擁有內(nèi)在的第一人稱主觀體驗(yàn)的人聲稱，即使我知道了神經(jīng)元的所有行為、它們之間的相互作用以及如何驅(qū)動(dòng)身體運(yùn)動(dòng)，我仍然無法解釋成為一只蝙蝠或一個(gè)人是什么樣的體驗(yàn)。

而我的觀點(diǎn)是，就像“為什么存在萬物而非一無所有”這個(gè)問題一樣，這個(gè)難題是無法解決的，但會(huì)隨著我們對(duì)神經(jīng)元及其行為的更深入理解而逐漸“消解”。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)并沒有什么額外的東西。當(dāng)神經(jīng)元進(jìn)行特定活動(dòng)時(shí)，我們就把這種狀態(tài)稱為大腦正在體驗(yàn)紅色的“紅”。

曹穎：我完全同意。我覺得隨著人工智能的發(fā)展和成熟，當(dāng)它們也有意識(shí)時(shí)，我們就能創(chuàng)造出全新的認(rèn)知，真正發(fā)現(xiàn)支配意識(shí)的規(guī)律。就像你說的，意識(shí)難題會(huì)完全消失，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，意識(shí)只是復(fù)雜系統(tǒng)的一種基本屬性。

編譯后記

阿瑤：大腦如何將紛繁的感官信息轉(zhuǎn)化為對(duì)世界的連貫認(rèn)知？從視覺皮層的層級(jí)加工到面孔識(shí)別的神經(jīng)密碼，從預(yù)測(cè)加工理論到意識(shí)離散性的前沿假說，這場(chǎng)對(duì)話中有一點(diǎn)始終使我印象深刻：大腦并非被動(dòng)接收外界信息的容器，而是主動(dòng)構(gòu)建現(xiàn)實(shí)的“生成引擎”。視覺系統(tǒng)的研究尤為典型。這似乎是演化賦予人類的一項(xiàng)生存本能，使我們能夠在混沌中提煉意義，在無序中獲得秩序。

當(dāng)然，意識(shí)的終極難題或許終將消解于對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的深入理解，但就目前而言，它對(duì)我們?nèi)韵褚簧劝腴_的門，既讓我們觸摸到神經(jīng)活動(dòng)與主觀體驗(yàn)的關(guān)聯(lián)，又提醒我們，人類對(duì)自身心智的認(rèn)知，或許比對(duì)宇宙起源的追問更為艱深。毫無疑問，我們既是粒子與場(chǎng)的集合，又是意義與情感的載體。當(dāng)我們追問大腦如何構(gòu)建世界時(shí)，本質(zhì)上就是在追問這樣一個(gè)問題：我們何以成為我們。而這一追問，恐怕永無止境。

為了閱讀體驗(yàn)，本文對(duì)聽稿進(jìn)行了適當(dāng)?shù)鼐庉嫛?/p>

原對(duì)話指路：

https://www.preposterousuniverse.com/podcast/2024/07/29/284-doris-tsao-on-how-the-brain-turns-vision-into-the-world/

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