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原创 心识研究院
2022年意识科学十大主题焦点
意识究竟是什么？它因何产生？又有什么作用？
以上三个问题分别涉及了意识的描述性问题、解释性问题和功能性问题。面对这三大天问，无论是神经学家、心理学家、认知哲学家、生物学家、物理学家、数学家、艺术家、社会学家、AI 科学家、精神病学家、药剂师、甚至是巫师、佛教徒、一个小孩……以至于所有人，似乎都能给出一套让人难以反驳的自洽解释。
目前的现状就是，面对宇宙最神秘、复杂又似乎和物质一样普遍的现象，作为一门正在成形的主题研究领域，意识科学需要包容几乎所有其它现象和学科的研究方法。但随着新的学科理论、跨学科交叉理论、更先进的实证技术、数学和基础学科理论突破，意识科学的核心主题和焦点问题正在浮出水面，被学者广泛关注和合力解决。另一方面，对意识边界的探索、对原有实证结果的再验证、对形而上和现象学问题进行实证和计算，也持续在相应领域推进。
和通用人工智能一样，意识科学是心识研究院最关注的领域之一，在 2022 年中我们每周不断推送最新关于意识科学的最新研究和解读。为此在 2022 年结束，2023 年到来之际，我们特别评选了本年度「意识科学十大主题焦点与研究进展」，以期读者对过去一年意识科学研究领域和学科进展有一个整体概览和回顾线索。
1
意识整体理论与学科方法研究
不同于其它学科，只是几个理论之间相互竞争简单分出胜负，由于上述意识科学研究领域和方法的复杂性，使得其自身一开始就必须关注基础概念和不同理论、实验之间的关系。在 2022年，以 Anil K. Seth 为首的认知神经学家，对了四种主流的意识理论方法（Theories of consciousness1）进行了回顾：整合信息论，全局空间理论，再入与预测加工理论以及高阶理论。
并且研究者对这些理论建立了对抗性意识理论研究与 ConTraSt 数据库2, 3：The ConTraSt database for analysing and comparing empirical studies of consciousness theories。
此外， 意识理论与意识功能：概念与厘清4，以及研究者对意识理论支持度普遍情况调查5 也同样是本主题的重要进展，它们分别是不同层次对意识科学自身的反思和推进。
为了对意识有更全面的了解，我们也读者推荐阅读 2020 年这篇综述意识研究全景地图:问题和进路6，以及意识科学入门路径7。后者我们会在 2023 年进行更新。
https://www.nature.com/articles/s41583-022-00587-4https://www.nature.com/articles/s41562-021-01285-4https://www.nature.com/articles/s41562-021-01284-5https://doi.org/10.1093/nc/niac006https://doi.org/10.1093/nc/niac011https://mp.weixin.qq.com/s/StXZ5yqcEHZTFTFTFJPSdAhttps://pattern.swarma.org/article/13
2
意识的新兴理论
除了上一主题中提到的四种主流的意识理论方法，近年也涌现了许多基于认知科学、神经科学、脑成像与计算建模等学科的新兴理论。随着研究仪器性能的提高、研究方法的完善与精进，研究者现在可以从更具体和细致的视角对意识提出更多的可测试理论。其中，以普林斯顿大学 Michael S. A. Graziano 教授于今年 5 月在《PNAS》上发表的关于意识的注意图式理论（Attention Schema Theory, AST）的最新综述1 与波士顿大学 Andrew Budson 教授于今年 10 月发表的关于意识作为一种记忆系统2 的论文为代表。
Graziano 教授近年来始终致力于发展意识的注意图式理论（AST），在 2022 年最新的综述中，他从意识研究的困境与大脑中信息加工的背景原则出发，首先推导出一个解释意识的合理的一般性框架；然后给出了 AST 的诸多支持证据，并进一步指出，可以基于 AST 以注意为抓手，来探讨意识的进化；最后，他指出了 AST 能解释的五个问题与不能解释的三个问题。
Budson 教授则是提出了一种新的意识理论，认为主观意识只是一个记录我们与现实之间无意识互动的记忆系统。他提出意识最初是作为情节记忆系统的一部分发展起来的——很可能是为了完成这种灵活信息重组所需要的部分。而外显记忆及其它相关的感官记忆、工作记忆和语义记忆系统，应该被视为一个整体的意识记忆系统，它们共同产生了意识现象。
除此之外，今年还有研究者提出了意识的整合世界模型理论（IWMT）3，使用自由能量原理和主动推理（FEP-AI）框架来综合整合信息理论（IIT）和全局神经工作空间理论（GNWT）两种见解。这类新的整合理论也有助于研究者更好地考虑意识经典理论的未来方向。
https://www.pnas.org/doi/pdf/10.1073/pnas.2116933119https://journals.lww.com/cogbehavneurol/Fulltext/9900/Consciousness_as_a_Memory_System.19.aspxhttps://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2022.642397/abstract
3
意识经典论点的修正
现代研究技术的进步不仅促进了意识新理论的发展，一些实证研究新结果的出现也对经典的论点提出了挑战。2022 年初，来自巴斯克认知大脑和语言中心的几位学者在《自然人类行为》（Nature Human Behaviour）上发表了题为「大脑和深度人工网络在高阶加工过程中对未见内容的信息性神经表征1
的论文，发现无意识内容可以从高度分布在腹侧视觉通路以及在顶-额基质附近的多体素模式进行解码，有意识对象的多体素模式训练出来的分类器可以预测无意识的对应物，这表明有意识和无意识某些的神经表征是重叠的。这些发现指出需要对一些经典的意识模型进行修订，例如神经元的全局空间理论。
今年 11 月，来自马里兰大学的学者在《认知科学趋势》（Trends in Cognitive Sciences）上发表了对屏状核的功能作用的调查2。他们通过人类全脑功能成像数据表明，在认知任务的困难版本中，屏状核会被激活，并伴随着任务积极皮质网络的出现。基于此，研究者回顾了屏状核功能模型的发展概况，提出了屏状核在认知控制的皮质网络中实例化功能（NICC）的角色。因此，这项研究结果也表明，著名的 DNA 发现者、传奇科学家 Francis Crick 在 2005 年首次提出，屏状核是意识的所在地的说法是错误的。
https://www.nature.com/articles/s41562-021-01274-7https://doi.org/10.1016/j.tics.2022.09.006
4
意识与进化
演化视角是解决许多复杂问题的钥匙，无论是演化生物学还是演化心理学，还是对意识科学，它都能提供了一种联系先验与经验、实然与应然的研究线索，以动态整合不同学科领域在不同空间和时间尺度的研究成果和方法。对意识这样的「世界之结」，尤其其中的「困难问题」等，演化方法往往能避免单一方法下的理论在「奇点」失效的问题。今年在《Cognitive Neurodynamics》上发表了一篇有关意识的认知进化理论1（cognitive evolution theory, CET）论文，将意识的涌现归结在：因果或 「硬层次」，计算（无意识）或「软层次」，以及现象（有意识）或「心理层次」三种不同尺度上，融合了物理学有关因果、神经科学有关神经相关物（NCCs）、以及意识在微观介观层面涌现三种方法。以整体演化看，大脑的动力学将主要进化为生物体的意志子系统，而非一个预测机器。
当然意识的演化理论在以往的研究中也或多或少有所提及，包括针对具体问题的研究和解释。我们推荐读者阅读日本科学哲学协会年鉴（Annals of the Japan Association for Philosophy of Science）2022 年有关意识演化的特辑2，其中包括一篇意识的进化起源：解决意识困难问题的关键钥匙3。
https://link.springer.com/article/10.1007/s11571-022-09863-6https://www.jstage.jst.go.jp/browse/jafpos/31/0/_contents/-char/jahttps://www.jstage.jst.go.jp/article/jafpos/31/0/31_55/_article/-char/ja/
5
意识的神经关联物与指标
寻找「意识的神经关联物」（NCC，即足以构成某种意识状态的最小神经事件集）始终是意识科学中最热门的话题之一。以神经科学家为代表的研究者们始终致力于寻找与意识最密切相关的大脑状态和过程。在 2022 年度，多项研究在这一方面实现了突破。今年 7 月，发表在《大脑皮层》（Cerebral Cortex）上的研究是其中令人瞩目的一项，以北園淳为首的学者提出了一种将网络层次分解为具有不同双向连接强度核心的方法，并将该方法应用于小鼠全脑连接组，发现了提取意识所必需的双向连接子网络1，点明前馈和反馈加工过程对意识体验都是必要的，基于此项研究，意识科学界距离理解意识停留在脑内何处更近了一步。
来自德国马普所的研究者在另一项研究中发现了无报告双眼对抗（BR）过程中两种前额叶状态的对抗性耦合2，其特征是低频（1-9Hz）或 β（20-40Hz）明显的局域场电位，这反映了视觉意识两种状态之间的竞争：知觉更新和知觉稳态。在意识知觉自发转换的低频突触范围性爆发，标志着有意识内容即将到来的知觉更新，而这是一个似乎由内部开关驱动的整体皮层状态，不是神经元集群选择性的尖峰活动。意识开关与单纯意识信号不同，它是产生意识的因果性条件，因此这项研究内容也值得重视。
除此之外，今年还有研究者研究了进入和脱离无意识状态时的共同神经特征，表明睡眠和麻醉期间类似的整体的皮层重组可以作为意识的指标3；另一项对癫痫病人的研究中，研究者发现听觉反馈信号（α-β频段功率）是有意识感觉加工的关键4，这可能为「清醒的大脑是如何将感觉输入转化为有意识的体验的」这一重要的意识之谜提供了钥匙。这些对意识神经关联物和意识指标的实证研究在解决意识的各方面难题上做出了突出的贡献。
https://doi.org/10.1093/cercor/bhac143https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.01.29.924928v4https://doi.org/10.1101/2022.11.15.516653https://www.nature.com/articles/s41593-022-01107-4
6
意识的复杂性与神经动力学
意识的复杂性研究是从更抽象和高层次系统角度研究意识，而系统动力学包括神经动力学，是一种兼顾计算和表征主义但又超越其局限对意识研究的重要方法。在意识科学研究的范式中，动力学方法属于具身-生成主义（embodied enactivism）进路的具体实现。认知动力学方法，由 van Gelder 于 1995 年在《Mind as motion: Explorations in the dynamics of cognition》提出，他认为计算主义的认知科学脱离了时间维度，而大脑是随时与外界有信息交流的，与其说认知过程是「无表征的」，不如说是「在某类非计算的动力系统中存在状态空间演化」。我们可以看到，由于系统的多层次，动力学方法具有沟通底层和顶层、客观与主观、生物体与环境的解释力与预测能力。
在今年有关大脑的神经动力学研究中，比较重要是大脑中的吸引子和整合网络1，这篇文章以了简单和遗忘单元的吸引子动力学解释了包括工作记忆、网格细胞、头朝向细胞等许多大脑活动过程，以及固有的低维连续吸引子动力学被具体严格地识别出来的各种显著例子，可以说为动力主义理论方法在意识研究发展提供了重要的基础。
以及，大脑最新多尺度建模2 也是一个很重要的基础进展。有关大脑和意识的动力学更多背景，我们推荐读者阅读 2020 年这篇论文《Sequential dynamics of complex networks in mind: Consciousness and creativity3》
此外，意识的复杂性研究作为度量意识状态的重要宏观标准，今年也有密集的研究和进展，可参见意识流的复杂性4，我们也对这一文章进行了解读5。
https://www.nature.com/articles/s41583-022-00642-0#Bib1https://doi.org/10.1016/j.tins.2022.06.007https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0370157320302908https://www.nature.com/articles/s42003-022-04109-xhttps://mp.weixin.qq.com/s/nDJBFEdIkIRAY_sHItdszg
7
意识的感受质与主观经验
感受质（Qualia）的非物质性及其因此难以进行科学所要求的客观测量的特性直接构成了意识的困难问题，长期以来，神经科学家、认知学家等多领域学者始终致力于对定性的经验以计算建模等形式进行量化。2022 年，我们也看到了其中的一些突破。Megan A.K.Peters 教授在今年发表的一篇文章中揭示了知觉元认知如何拥有五个独特的属性1，并基于这些属性，为元认知的计算模型提供了一个实证上可操作的早期步骤，以描述构建定性经验的生成过程，这一研究提供了关于大脑如何构建主观意识经验的令人兴奋的见解。
今年 12 月，来自哥伦比亚大学的研究者在《分子精神病学》（Molecular Psychiatry）上发表最新论文提出如何以现象学为导向的临床研究出发，采用跨学科合作的方法推动对意识的主观经验的统一理解2。同时也已有不少研究者结合现象学描述的第一人称方法与神经科学实验等第三人称方法对人类意识经验进行了直接的探索。今年 6 月，研究者从机器学习、学习和决策认知神经科学的工作中汲取了灵感，将感受质与大脑中感知表征之间关系的内隐记忆联系起来，强调了记忆在意识体验中的作用3。8 月，另一批研究者则为胡塞尔现象学形式化的尝试提供了一个数学模型，将感知作为先验知识和期望的函数，把胡塞尔现象学映射到主动推理4，推进了计算现象学的发展。来自马格德堡大学 Holger Lyre 教授则在 8 月的另一篇文章中强调了神经现象结构主义作为一种关于意识的结构主义神经科学5 的价值，试图把具体的现象体验理解为严格的关系性事态。诸如此类对感受质研究的各种尝试显示出了不同领域学者在破解意识难题上的决心与持之不懈的努力。
https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2022.104903https://www.nature.com/articles/s41380-022-01891-2https://www.nature.com/articles/s44159-022-00068-6https://arxiv.org/abs/2208.09058https://academic.oup.com/nc/article/2022/1/niac012/6673758
8
意识与自由意志
自由意志一直是人们最关心的话题之一，而它和意识的产生原理以及功能（意义）紧密相关。长期以来，基于神经表征主义的实验研究，例如 Libet 实验：即人们在意识到做出决定前，其神经电位已经准备好，或对 Free Won't 在神经信号上进行再分析，以及物理主义的底层约束，尽管自由意志可以成为不同人群各自的信念，但大多数持科学态度的研究者总体倾向于否定自由意志。
但今年开始出现了「自由意志反击」。整合信息论的创始人 Giulio Tononi，以及著名的神经生物学家 Christof Koch 等联合发表一篇论文「Only what exists can cause: An intrinsic view of free will1」，通过引入因果内在实体（intrinsic entities）的概念对人类的自由意志进行了论证和维护。简单来说，根据 IIT，意识的存在是由大脑中最大的因果能力决定的，即唯有具有采取并产生差异因果能力的因果实体是真实的物理存在并能成为事件促因，从有意识观察者来看，此外没有其它「内在」属性（如质量或电荷）。作者据此将自由意志划分成了四个层级：反事实、溯因、决策、控制，分别代表想象的自由、评估的自由、意愿的自由以及执行的自由，每一层级都对应一种 IIT 中的 Φ 结构。目前人类属于具有最高等级自由意志的因果实体，并且有可能通过实证确定这样一个主要是在后部皮层区域且对应意识的 Φ 的最大值。
整合信息论和量子自由意志定理的观点是一致，是基于基础物理层面对自由意志的维护。
在今年，另一篇基于实证的论文《Free will strikes back: Steady-state movement-related cortical potentials are modulated by cognitive control2》也指出，人可以通过自己的认知调节增大或减少行为的可预测性。如标题所言，这又是一次在实证层面对自由意志的维护和反击。
https://arxiv.org/abs/2206.02069https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053810022001143
9
意识与量子过程
有关量子过程和意识之间的关系一直是一个饱受争议的话题。尽管量子生物学在蓬勃发展，在光合作用、鸟类导航、DNA 复制等生物过程中有可确证的量子机制，但是否存于大脑的神经处理过程中一直难以在实证层面推进。
今年有一项重要实验研究终于肯定了大脑中的非经典物理过程1，该实验利用两个已知的量子系统与需要测量的系统进行相互作用，若待测量系统对两个量子纠缠的系统产生影响，则说明这个系统也是量子系统。研究人员将脑脊液中的质子自旋作为已知系统，利用 MRI 设备对质子自旋进行测量，并在大脑的大部分地区发现了此诱发信号，其时间外观类似于心跳诱发电位（HEPs），而诱发信号取决于意识觉知。作者据此认为，这证明了由意识相关脑功能调节的纠缠，即脑功能中存在以非经典方式的量子过程运作。
此外，和诺奖得主彭罗斯共同提出 Orch OR 量子意识理论的 Stuart Hameroff，今年也对理论进行升级和新综述，将大脑看作是一个尺度不变的层次结构，其中对意识和认知至关重要的量子和经典过程均源自神经元内部的微管结构。参见 Orch OR 量子意识范式：量子微观骨架下的意识与大脑尺度不变性2。
不过今年虽然量子意识理论实证有推进，但对 Orch OR 理论来说又有一个否定性的研究实验，在意大利格兰萨索山地下进行的一项实验的结果基本排除了 Orch OR 理论认为重力在波函数坍缩中的可能作用——当然这是基于简单坍缩模型，虽然可能在更复杂的波函数坍缩模型还可能补救：地下实验排除引力情况下的量子意识3。
但总之，今年量子意识方面的进展总归脱离了以前理论论证，开始进入实证阶段。由于关乎意识和物理过程之间的关系，即意识的范围问题，这些都是很大进展。
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2399-6528/ac94behttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9245524/https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1571064522000197
10
动物意识研究
2012 年发表的《剑桥意识宣言》抓住了当时正在形成的共识：人类并不是唯一拥有意识的动物。十年过去的 2022 年，科学家依旧不断地推动着非人类动物意识研究领域的发展。在今年《意识研究杂志》（Journal of Consciousness Studies）关于「动物意识」的特刊中，15 位撰稿人和共同编辑用简短的语言回答了「我们应该如何科学地研究动物意识？1」这个问题。此外，年轻的学者们也在制定动物意识研究的规范上做出了突出的贡献：Leonard Dung 制定了一个由八个必备条件组成的清单，以用作未来评估动物意识测试2 的标准；Walter Veit 则认为必须把人类从参照系中心移开，并对动物意识进行自下而上的比较研究3 才能发展真正的生物意识科学。除了这些理论层面上的讨论，研究者们在动物意识的实证研究上也卓有成就，来自图宾根大学的 Andreas Nieder 教授提出了一种还原主义的行为方法，以寻找对动物意识研究而言重要的行为/认知机制或资源，指出工作记忆和有意（内源性）注意是动物感觉意识的最低行为指标4，依此判别，哺乳动物、鸟类和某些远洋鱼类都具有明显的感觉意识，而爬行动物、两栖动物和几乎所有无脊椎动物都缺乏有意识知觉的加工证据。
https://philpapers.org/archive/BIRHSW.pdfhttps://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1053810022001428https://link.springer.com/article/10.1007/s13752-022-00409-xhttps://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0149763422003542?via%3Dihub
