原文作者：Mariana Lenharo

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來自人類大腦研究的見解可為科學(xué)家探索各種可能的意識形式提供參考。

插圖：Pawe? Jońca

2005年末，一場車禍發(fā)生五個月后，一名23歲女性毫無反應(yīng)地躺在醫(yī)院病床上。她因嚴(yán)重腦損傷未顯現(xiàn)出任何意識跡象，但當(dāng)研究人員掃描其大腦并要求她想象打網(wǎng)球時，驚人的一幕出現(xiàn)了：與運動相關(guān)的腦區(qū)在她的掃描圖像上被激活了[1]。

這項由神經(jīng)科學(xué)家Adrian Owen及其同事設(shè)計的實驗表明，該女性不僅理解了指令，還決定配合——盡管她似乎毫無反應(yīng)?，F(xiàn)就職于加拿大倫敦市西安大略大學(xué)的Owen團(tuán)隊由此開創(chuàng)了檢測意識的新方法。與此前某些依賴觀察整體腦活動的測試不同，該策略精準(zhǔn)鎖定了與研究者語音指令直接關(guān)聯(lián)的神經(jīng)活動區(qū)域。

該策略此后被應(yīng)用于數(shù)百名無反應(yīng)患者，結(jié)果顯示許多人仍保有內(nèi)在意識活動，并至少在一定程度上感知周圍世界。2024年的一項研究發(fā)現(xiàn)，每四名身體無反應(yīng)者中，就有一人能夠通過腦活動顯示出理解并遵循指令的能力，例如想象打網(wǎng)球或穿行熟悉空間[2]。這些測試依賴先進(jìn)的神經(jīng)影像技術(shù)，因其高昂成本及專業(yè)要求，目前主要限于研究場景。但自2018年起，醫(yī)療指南已開始建議將此類測試應(yīng)用于臨床實踐[3]。

自這些方法問世以來，科學(xué)家們持續(xù)開發(fā)探索更深層次意識的方法。此事關(guān)系重大——全球目前有數(shù)萬人處于持續(xù)性無反應(yīng)狀態(tài)。對其意識水平的評估能指導(dǎo)關(guān)鍵治療決策（例如是否維持生命支持系統(tǒng)）。研究還表明，在住院的無反應(yīng)患者中，具有隱藏意識跡象者比無此跡象者更有可能康復(fù)（例如參考文獻(xiàn)[4]）。

部分表面處于持續(xù)性無反應(yīng)狀態(tài)的患者，在接收到想象特定任務(wù)的指令時，會呈現(xiàn)出與健康人群相似的腦活動模式。來源：Adrian M. Owen

對更優(yōu)意識檢測方法的需求不止于人類。探測其他物種的意識（可能以截然不同的形式存在）有助于理解這些生物如何體驗世界，并對動物福利政策產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。研究人員正積極探討人工智能系統(tǒng)是否可能在未來產(chǎn)生意識——去年，一群哲學(xué)家與計算機(jī)科學(xué)家發(fā)布報告[5]，敦促AI公司開始測試其系統(tǒng)是否存在意識跡象，并制定應(yīng)對此類情況的相關(guān)政策。

英國薩塞克斯大學(xué)的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家Anil Seth指出：“這些曾經(jīng)略顯抽象的情境正變得日益緊迫現(xiàn)實?！苯衲晁脑拢琒eth與其他研究人員聚集于北卡羅來納州達(dá)勒姆市，在杜克大學(xué)參加會議，共同探討針對人類（包括腦損傷患者、胎兒及嬰兒）、其他動物及人工智能系統(tǒng)的意識檢測方法。

盡管科學(xué)家普遍認(rèn)為現(xiàn)有檢測方法仍有巨大改進(jìn)空間，但許多人將基于功能性磁共振成像（fMRI）和腦電圖（EEG）的意識測試技術(shù)視為該領(lǐng)域的重大進(jìn)展之一。華盛頓州西雅圖艾倫腦科學(xué)研究所榮譽研究員、神經(jīng)科學(xué)家Christof Koch說：“40年前根本無法想象，我們能夠擁有多種可用于檢測無反應(yīng)者意識的實踐方法候選方案——這已是重大進(jìn)步?！?/p>

意識的多維度檢測

科學(xué)家對人類意識的本質(zhì)仍存分歧，但多數(shù)人將其描述為“內(nèi)在生命”或“主觀體驗”。這種特性使意識成為絕對隱私領(lǐng)域：個體僅能確定自身意識的存在。雖然可通過行為表現(xiàn)推斷他人是否具有意識，但這種方法對于因嚴(yán)重腦損傷或神經(jīng)系統(tǒng)疾病而喪失表達(dá)能力的人群往往失效。

意大利米蘭大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Marcello Massimini將這類疑難病例的意識評估比作剝洋蔥：外層是臨床常規(guī)行為觀察評估，例如要求患者進(jìn)行兩次握拳動作，或呼喚其姓名觀察是否轉(zhuǎn)向聲源。執(zhí)行此類指令的能力是意識存在的標(biāo)志。臨床醫(yī)生還會長期監(jiān)測無反應(yīng)患者是否出現(xiàn)一致性自主運動（如刻意眨眼或定向凝視），這些動作可能成為其溝通渠道。研究人員對嬰兒也采用類似測試，例如觀察其眼球?qū)Υ碳さ姆磻?yīng)軌跡[6]。

對于能夠聽見并理解語音指令卻無法回應(yīng)行為測試的患者，第二層評估需觀察其接收指令后的大腦活動——正如2005年案例中那位女性所示。Massimini指出：“若發(fā)現(xiàn)與特定主動任務(wù)對應(yīng)的腦激活特征（例如想象打網(wǎng)球時前運動皮層的激活），其指示意識存在的價值與握拳回應(yīng)等同。”這類患者被認(rèn)定為存在認(rèn)知運動分離，屬于隱蔽意識范疇。

然而紐約威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家Nicholas Schiff指出、此類檢測的門檻過高：它們需要受試者維持?jǐn)?shù)分鐘持續(xù)專注。他是2024年研究[2]表明四分之一無反應(yīng)者可能具有意識的共同作者，該研究同時納入了具有可觀察外部意識跡象的對照組，其中僅38%通過測試。Schiff強調(diào)：“即使健康受試者也會受走神和困倦干擾。”

Massimini指出，對此類測試未通過者的意識評估需進(jìn)入洋蔥模型的第三層級：臨床醫(yī)生不要求患者主動執(zhí)行認(rèn)知行為，而是通過呈現(xiàn)刺激信號并檢測大腦神經(jīng)激活模式來實現(xiàn)評估。

在2017年的一項研究中，研究人員向急性嚴(yán)重創(chuàng)傷性腦損傷患者播放約翰·肯尼迪總統(tǒng)就職演說24秒片段[7]，同時以聲學(xué)特征相似但無語言意義的倒放音頻作為對照；只有前者預(yù)計會引發(fā)大腦的語言處理模式。通過功能性磁共振成像技術(shù)，該實驗在八名未顯示任何語言理解跡象的患者中，成功檢測出四人的隱蔽意識。

研究方法的臨床應(yīng)用復(fù)雜性并非唯一挑戰(zhàn)——這些測試要求研究者準(zhǔn)確識別真正反映意識的腦活動模式，因為某些刺激可能引發(fā)無意識狀態(tài)下的腦部響應(yīng)。Massimini指出：“核心問題在于理解意識感知的神經(jīng)關(guān)聯(lián)機(jī)制。我們雖取得進(jìn)展，但對這個問題還沒有達(dá)成共識?！?/p>

Massimini指出還存在第四層更為隱匿的意識維度——科學(xué)家們剛開始探索這一領(lǐng)域：即使無反應(yīng)者的大腦完全與外界隔絕（無法接收或處理視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等任何感官輸入），其仍可能保持意識狀態(tài)[8]。這種體驗或類似于夢境，或如同置身于完全黑暗寂靜的房間，無法活動或感覺軀體。盡管剝奪了外部感知，其心智仍可保持活躍狀態(tài)，持續(xù)產(chǎn)生思維與內(nèi)在體驗。在此情境下，科學(xué)家需完全依靠大腦內(nèi)在特性來提取意識存在的證據(jù)。

Massimini及其團(tuán)隊正在應(yīng)用經(jīng)顱磁刺激技術(shù)——通過置于頭部的電磁裝置對大腦進(jìn)行刺激，并借助腦電圖測量其響應(yīng)——作為評估意識的潛在方法。在健康人群中，該技術(shù)能觀測到反映腦區(qū)間豐富信息交互的復(fù)雜響應(yīng)模式，其團(tuán)隊通過新型量化指標(biāo)“擾動復(fù)雜性指數(shù)”對此進(jìn)行測量[9]：該指數(shù)在清醒健康個體中顯著高于睡眠或麻醉狀態(tài)。實驗表明，該指標(biāo)有助于揭示無反應(yīng)患者的意識存在；另有研究者提出可采用此方法的變體來探究胎兒意識產(chǎn)生[10]。

Massimini與Koch等人聯(lián)合創(chuàng)辦的Intrinsic Powers公司，正致力于開發(fā)基于該技術(shù)的工具以檢測無反應(yīng)人群的意識狀態(tài)。

超越人類范疇的意識評估

隨著研究范疇向非人類領(lǐng)域延伸，意識評估變得更具挑戰(zhàn)性：一方面非人類動物無法傳達(dá)其主觀體驗；另一方面，其他物種的意識形式可能與人類認(rèn)知迥異。

某些用于人類意識評估的測試可應(yīng)用于其他物種：例如研究者已在大鼠中應(yīng)用擾動復(fù)雜性指數(shù)，并發(fā)現(xiàn)與人類相似的腦活動模式[11]。但更典型的測試依賴于尋找能表明感知能力（即具有即時情緒與感覺體驗的能力，包括疼痛體驗）的行為實驗——部分研究者認(rèn)為感知力是意識的基礎(chǔ)，無需具備反思這些情緒的能力。

在一項實驗中，章魚在經(jīng)歷疼痛刺激后持續(xù)回避其先前偏好的隔間；當(dāng)對其施用鎮(zhèn)痛麻醉劑后，它們轉(zhuǎn)而選擇停留在給藥后所處的隔間[12]。這種行為暗示這些動物不僅能感受即時疼痛，還能體驗與之持續(xù)的痛苦關(guān)聯(lián)，并能通過記憶與行動來規(guī)避此類體驗。

黑猩猩、大象及多種鳥類的行為模式表明它們可能具有各種形式的意識。來源：Anup Shah, Mark Hamblin/2020VISION/Nature Picture Library

此類研究發(fā)現(xiàn)已在影響動物福利政策制定——英國倫敦政治經(jīng)濟(jì)學(xué)院Jeremy Coller動物感知研究中心主任、哲學(xué)家Jonathan Birch指出。由Birch主導(dǎo)的關(guān)于章魚、螃蟹和龍蝦等動物感知能力的獨立證據(jù)評估，促使這些物種于2022年與所有脊椎動物共同獲得英國《動物福利（感知）法案》的加強保護(hù)。

去年，數(shù)十名科學(xué)家聯(lián)合簽署宣言，聲明其他哺乳動物和鳥類存在意識具有“有力的科學(xué)依據(jù)”，而所有脊椎動物（包括爬行動物和魚類）以及許多無脊椎動物（如軟體動物和昆蟲）存在意識“至少具有現(xiàn)實可能性”。

科學(xué)家正呼吁嚴(yán)肅探討某些生物材料（如腦類器官）是否可能產(chǎn)生意識，以及機(jī)器意識可能呈現(xiàn)何種形態(tài)。

以色列特拉維夫大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Liad Mudrik指出：“倘若這些系統(tǒng)終將產(chǎn)生意識，我認(rèn)為我們還是知情的好?！?/p>

部分人工智能系統(tǒng)（如大型語言模型）在被問及是否具有意識時會迅速作出回應(yīng)，但研究者指出機(jī)器生成的文本不能作為意識存在的證據(jù)——因為這些模型通過專門模擬人類反應(yīng)的算法進(jìn)行訓(xùn)練。澳大利亞莫納什大學(xué)哲學(xué)家Tim Bayne表示：“雖然言語行為甚至問題解決能力是生物系統(tǒng)意識的良好證據(jù)，但放到人工智能系統(tǒng)中，我們認(rèn)為這些特征并不足以證明它們有具有意識?！?/p>

部分研究者認(rèn)為現(xiàn)有形式的人工智能永遠(yuǎn)無法發(fā)展出內(nèi)在體驗。Koch指出，這正符合“整合信息理論”對意識的闡釋立場[13]；但根據(jù)該理論，未來技術(shù)（如量子計算機(jī)）或許某天能支持某種形式的意識體驗。

目前尚無成熟的機(jī)器意識檢測方法，僅有初步提案。有個研究團(tuán)隊基于意識生物學(xué)基礎(chǔ)理論提出了一套標(biāo)準(zhǔn)清單，若滿足這些條件則表明人工智能系統(tǒng)可能具有意識[14]。該觀點認(rèn)為，若AI系統(tǒng)能在一定程度上模擬人腦產(chǎn)生意識的運算過程（即復(fù)現(xiàn)大腦信息處理機(jī)制），則可作為系統(tǒng)可能具備意識的線索。關(guān)鍵局限在于研究者尚不確定何種理論（若有）能正確闡釋人類意識的產(chǎn)生機(jī)制。

另一項提案建議研究者使用不包含意識相關(guān)信息或內(nèi)在體驗內(nèi)容的數(shù)據(jù)訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)，隨后通過提出涉及情緒與主觀體驗的問題（例如“你當(dāng)下的存在體驗如何？”）并評估其回答來進(jìn)行意識測試。但部分研究者質(zhì)疑該方法能否有效排除所有與意識相關(guān)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并對系統(tǒng)回答的可信度持保留態(tài)度。

通用檢測路徑

目前大多數(shù)意識測試方法均針對特定系統(tǒng)設(shè)計，無論是人類、動物抑或人工智能。但若如部分研究者所主張的——意識系統(tǒng)具有共同的本質(zhì)特征，則有可能揭示這些共享特性。這意味著檢測意識的通用策略可能存在。

Bayne與其合著者、英國倫敦大學(xué)哲學(xué)家Nicholas Shea于2020年提出實現(xiàn)該目標(biāo)的路徑[15]，并于去年聯(lián)合其他哲學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家在論文中進(jìn)一步完善[16]。該方法依賴于不同測量指標(biāo)間的相互關(guān)聯(lián)，首先以人類為研究重點，逐步拓展至非人類系統(tǒng)。

該流程首先對健康成年人（科學(xué)家確信具備意識的群體）實施多種現(xiàn)有測試，初始測試組中成功的檢測方法獲得高置信度評分；隨后研究者將這些驗證過的測試應(yīng)用于稍不同的群體（如麻醉狀態(tài)下的人群），通過比較測試表現(xiàn)并相應(yīng)調(diào)整置信度評分——結(jié)果一致的測試獲得更高置信等級。

該流程將逐級推廣至差異更大的群體（如其他人類亞群），直至延伸至非人類系統(tǒng)。Mudrik說，“這是一個迭代優(yōu)化的過程?！?/p>

部分科學(xué)家懷疑是否真的能有通用測試。Koch表示：“若缺乏被廣泛接受的通用意識理論，就不可能產(chǎn)生通用測試——而該理論又只能通過人類驗證，因為你我的意識存在毋庸置疑。"

Bayne指出，由于缺乏跨群體意識評估的金標(biāo)準(zhǔn)方法，其與Shea提出的策略旨在通過收斂證據(jù)來解決這一難題。

Mudrik正致力于將該理論概念轉(zhuǎn)化為可實際應(yīng)用的技術(shù)：首要步驟是系統(tǒng)梳理已應(yīng)用于意識障礙患者的不同檢測方法，并比較其效能表現(xiàn)結(jié)果。然而她指出，協(xié)調(diào)多個實驗室對不同群體進(jìn)行測試的成本高昂，因為許多檢測依賴昂貴的成像技術(shù)；若將策略拓展至非人類群體（包括無語言能力或無大腦結(jié)構(gòu)的生物），其復(fù)雜性將倍增。

當(dāng)前挑戰(zhàn)在于如何劃分群體序列以確定檢測方法的適用順序——科學(xué)家尚無法確信其直覺判斷的可靠性。例如，他們?nèi)詿o法斷言，人工智能系統(tǒng)是否應(yīng)被視為比虎皮鸚鵡或蜜蜂更接近人類意識水平。

Mudrik表示：“要將這些概念性建議轉(zhuǎn)化為實際研究計劃，還有很多工作要做?！?/p>

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原文以How to detect consciousness in people, animals and maybe even AI標(biāo)題發(fā)表在2025年7月29日《自然》的新聞特寫版塊上

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Doi：10.1038/d41586-025-02349-5

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