直到五亿年前，地球上的生命发展缓慢。海洋中主要居住着单细胞微生物和大多数静止的软体生物。寒武纪的黎明，大约在5.4亿年前，一切开始发生剧变。生物体在身体结构上向多方向发展，许多生物进化出了附属器官，使它们能够在环境中快速移动。生态系统变成了充满捕食者与猎物的竞争场所。而我们生命之树的分支，进化出一种令人难以置信的结构来驾驭这一切：大脑。这一关键步骤，使人类能够创造艺术、探索科学、思考哲学，并千百年来追求意识本身。这种对自我和环境的觉察状态带来了无数奥秘。为什么清醒地活着，会感到有某种特别的体验？这种独特的意识又从大脑何处产生？这些问题可能有客观答案，但由于它们涉及私人、主观体验，科学方法难以直接测量，因此它们存在于科学所能触及的边界之外。
在过去三十年中，神经科学家们一直在探索大脑中所谓的意识神经相关物，他们学到了很多。研究揭示了一系列大脑网络的星座，这些网络的连接有助于解释失去意识时发生的变化。我们如今拥有大量数据和理论模型，其中一些甚至带来令人困惑的含义。现有工具可以检测脑损伤患者的意识，但我们仍没有简单的答案——研究人员甚至无法就意识的定义达成一致，更别提揭示其机制。近年来出现了伪科学指控、挑战主流理论的研究成果，以及该领域的不安和争议。
理解意识的利害关系从未如此重大。人类已经创造出能够极其精准模拟意识的会说话机器，以至于有时我们难以分辨其与真实意识的差异。这些人工智能模型甚至会声称自己有感知能力。在面对存在主义的未知时，公众开始将目光投向意识科学领域寻求答案。米兰大学神经生理学家马塞洛·马西米尼说：“紧张感，是可以触摸到的。我们会回顾这一时期。”
意识涵盖了你所知道的一切。它是脑海中的声音，是情绪，是对世界的觉察，也是对身体的感知，这些汇聚成一个统一的体验。比利时列日大学认知神经科学家雅典娜·德梅尔齐表示：“一切都归结于此，一切。这是我们所拥有世界的翻译。”哲学家和科学家努力定义意识，但无法脱离个人体验。服用致幻剂时，你的意识会混乱，即使身体和环境保持不变；全身麻醉时，它似乎完全熄灭；做梦时，意识形式仍然存在，尽管与外界脱节。一些科学家将意识体验划分为三部分：清醒、内在觉知和与外界连接。在“正常”状态下，这三者共同存在。你清醒睁眼时，脑干信号维持状态；内在觉知形成思想和心理意象；大脑接收并处理五官信息，从而与外界保持联系。大脑如何产生这些奇异体验，是神经科学一直追问的问题。马西米尼第一次手握大脑时，这一谜团激发了他极大的热情。“这是一个有边界、有重量的物体，有点像豆腐，但在你手中能握着的这个物体里，有一个宇宙。”
许多哲学传统主张心灵或灵魂与身体不同，称为二元论。科学则倾向唯物主义，假设一切现象都源自物质，包括意识。1998年，在德国一次意识科学会议上，神经科学家克里斯托夫·科赫与哲学家大卫·查尔默斯打赌，认为研究人员可能在未来几十年内揭示意识的某些秘密。直到1990年代，科学界才开始认真面对意识问题。“你必须退休、信仰宗教，或是哲学家，才能谈论它，”科赫说。
同年，功能性磁共振成像（fMRI）技术的发展，使科学家能够追踪血流变化，揭示活跃脑区，生成多彩的大脑活动图像。科赫研究视觉，认为通过测量人们观看视觉错觉时的大脑反应，可以推断意识体验涉及的脑区。例如，鲁宾花瓶既可以看作花瓶，也可以看作两张脸；双眼竞争实验中，两眼看到不同图像，但意识只能感知其中之一。通过扫描大脑，科学家们发现意识似乎发生在早期视觉处理区域之外，但尚无共识。
目前，关于大脑如何产生意识的理论超过数十种，起点、目标甚至定义各不相同。最受欢迎的是全球神经工作空间理论（GNWT），将意识视为一个阶段。当某物进入意识，例如瘙痒或冰箱嗡嗡声，它被推上舞台，通过点火过程聚焦，并广播到大脑其他区域，引导行动和注意力。高阶理论则认为意识是大脑其他区域活动的高层次表现，例如嗡嗡声不仅要在听觉区表示，还需在前额叶形成“我听到嗡嗡声”的元表征。再入与预测处理理论（PPT）认为，意识源于大脑对感知和预测的平衡；有意识的感知是大脑对周围事件的最佳猜测。综合信息理论（IIT）从意识本身出发，探讨系统如何具备区分性与整合性，从而产生意识。IIT甚至暗示意识可能存在于生命系统之外，引发争议。
无梦睡眠或麻醉期间，大脑交流消失，“一切都会崩塌，”马西米尼说。缓慢脑波在皮层传播，神经元在两种电状态间循环。2000年代初，马西米尼使用经颅磁刺激（TMS）和脑电图（EEG）探查大脑，将该技术应用于意识障碍患者，发现大脑反应复杂度与保持意识相关，这一指标称为扰动复杂性指数（PCI）。IIT预测意识依赖于大脑后部热区的持续活动，而GNWT认为前额叶点火信号决定刺激是否进入意识。近期研究表明，两种理论均无法完全解释观察结果，引发争论。
这些问题比人工智能更古老。科学家和哲学家研究动物、人类胎儿、大脑类器官及AI，以探索意识背后的共同原理。人类是研究意识的首要对象，因为我们只能确定自身意识存在。对其他人，我们依赖行为线索，假设他们不是“哲学僵尸”。从1990年代起，科学家将研究范围扩展到实验猴子，并在2012年《剑桥意识宣言》中承认部分鸟类和哺乳动物可能具有意识。2024年的《纽约动物意识宣言》指出，脊椎动物及部分无脊椎动物至少可能具有现实意识。
比较不同物种的意识，或许能揭示其根本原因。塞思指出，意识与生命本质紧密相连：生物必须在一次只能做一件事时，将大量信息整合成单一流来决定行动。碳基生命可能并非唯一实现意识的途径，其他形式或许也能具备意识。人工智能大型语言模型（LLM）能模仿意识，但严格意义上并无真实感知。GNWT启发下的研究或许能比较大脑与LLM的信息处理，并测试意识指标。
IIT支持者则认为，物理系统的本质至关重要，仅模拟无法产生意识。“模拟风暴不会让你湿透，模拟黑洞不会扭曲时空，”马西米尼说。在意识科学中，测量是核心问题。研究者通过扫描清醒或无梦睡眠的大脑，寻找不同意识状态标记，但受试者的真实体验无法完全验证。面对这种不确定性，怀疑意识可能是幻觉的观点存在，但这并不妨碍对脑损伤、药物影响以及动物和智能机器的研究。
所有科学都基于对未知事物的推断。科赫指出，我们看不到黑洞，但可通过理论和工具推断其存在。意识研究虽挑战巨大，但科学家并未停止探索。塞思说，有了合适工具，“关于物质过程如何产生意识的神秘感将开始消失”。德梅尔齐补充：“我不知道之后会发生什么，但有时候，即便被分析，大自然依旧令人敬畏。”
本文译自：scientificamerican，由olaola编辑发布