意識往往容易體會卻難以定義。我們能做的就是去研究大腦內部，觀察當有意識覺察發生時，大腦的哪些區域會變得活躍。如果能完全理解這一點，我們就掌握了所謂的“意識的神經相關物”（neural correlates of consciousness, NCC）。一旦我們做到了這一點，我們就有望在構建關于意識究竟是什么以及它為何會產生的理論圖景方面取得進展。

理論物理學家肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）邀請神經生理學家克里斯托夫?科赫（Christof Koch）展開了一場深刻的對談。科赫是探尋意識神經關聯方面的領軍人物，同時也是一種特定的意識研究方法，即整合信息理論（IIT）的倡導者。

肖恩?卡羅爾

Sean Carroll

理論物理學家

從事量子力學、引力和宇宙學等領域的研究，現任加州理工學院物理系瓦爾特-伯克理論物理學研究所、研究教授，圣菲研究所（Santa Fe Institute）外聘教授。主要作品有《尋找希格斯粒子》、《大圖景：論生命的起源、意義和宇宙本身》等。

克里斯托夫?科赫

Christof Koch

神經生理學家和計算神經科學家

加州理工學院教授，知名于對意識的神經基礎的研究，曾擔任西雅圖艾倫腦科學研究所的所長兼首席科學家。他現在仍是該研究所的功勛研究員。主要作品有《意識探秘：意識的神經生物學研究》等作品。

目錄：

01 科赫的意識研究之路

02 意識的神經關聯

03 整合信息論與全局工作空間理論

04 泛心論與物理主義

05 整合信息論的反駁與回應

06 老鼠的大腦……

07 可操作的意識問題

08 模擬意識是否可能？

09 變革性的意識體驗

10 量子力學與意識

科赫的意識研究之路

肖恩?卡羅爾：科赫，自你開始探索意識的本質及其運作機制以來，你對意識是什么及其運作機制的觀點是否發生了重大變化？其主要轉變路徑是什么？

克里斯托夫?科赫：我在加州理工學院擔任年輕助理教授，和弗朗西斯開啟意識研究的時候，這一領域在當時的科學界尚屬禁忌話題，尤其是對于像我這樣尚未獲得終身教職的研究者而言。因此，意識研究只能作為工作之余的探索方向，每當提及這一話題，消息靈通的研究生們往往會表現出不以為然的態度。基于此，我們制定了一套純粹以實證為導向、注重實際應用的研究計劃。鑒于哲學領域在過去兩千年里，針對意識問題的研究進展有限，我們決定暫時擱置哲學層面的探討，將研究重心聚焦于可操作的實際內容。

于是我們討論了如何在猴子、人類以及小鼠中建立特定模型系統，探討如何開展研究、使用哪些技術手段、運用哪些視覺錯覺，并明確研究的基本問題。這一實證研究計劃逐漸獲得學界關注，并推動了NCC研究的發展。換言之，就是要尋找大腦中任何單一意識體驗的"足跡"，比如當下我看到你，同時腦海中聽到你的聲音，這種內在的語音體驗。然而，對于任何有意識的體驗，如聽覺、視覺、嗅覺，以及諸如憤怒、沮喪、愛慕等情感，現有物理學理論均無法解釋其產生的根源，無論是量子力學、廣義相對論、化學元素周期表，還是無盡的ATGC堿基序列。

因此，只要你相信意識是需要解釋的事物，尋找NCC的過程與哲學或形而上學基礎無關，不過，并非所有哲學家都認同這點。部分哲學家，如丹尼爾?丹尼特（Dan Dennett）和丘奇蘭德（Churchlands）夫婦，認為意識概念本身存在混淆，他們認為意識并不以你我認知的方式真實存在，而只是嚴重的干擾項。但在大多數人，甚至多數哲學家看來，意識現象亟待科學解釋，而在大腦中探尋其存在的痕跡，正是基于實證的研究路徑。

在與弗朗西斯?克里克（Francis Crick）合作的14年間，研究的形勢發生了顯著變化。可以預見，隨著研究的深入，我們終將揭示意識在神經元層面的具體表現機制。比如，無聊與戀愛的體驗截然不同，它顯然具備某種主觀感受特質。我們終將明確這些感受背后涉及的神經元、作用機制，它甚至可能與波函數坍縮相關。

然而，隨之而來的問題是，為何是特定的機制或神經元參與其中？若涉及波函數坍縮，又為何這種坍縮會引發特定的主觀感受？這便是大衛?查爾莫斯（David Chalmers）提出的 “難題”。因此，我們需要構建一個精確、科學、客觀且可驗證的意識理論，這樣的理論需解答諸如胎兒何時開始具有意識、機器能否產生意識、微觀粒子是否有意識，以及子宮旁組織是否存在意識等一系列問題，從而明確物質世界中哪些部分具備感受能力。

在早期研究階段，弗朗西斯和我并刻意回避了這些復雜問題。但時過境遷，如今距離那時已過去30年。在此期間，意識研究領域涌現出諸多理論，其中意識的整合信息理論（Integrated Information Theory）備受關注。該理論基于因果關系構建，弗朗西斯曾與該理論的創始人朱利奧?托諾尼（Giulio Tononi）會面，朱利奧還曾兩次前往弗朗西斯家中共進午餐，或許弗朗西斯會對這一理論產生興趣，這也是研究歷程中出現的重要轉變。

肖恩?卡羅爾：也就是說，你最初專注于探尋大腦中與有意識體驗相關的要素，而現在更強調不僅要進行實證研究，還需要構建理論體系，從而能夠探討胎兒、人工智能等難以直接判斷是否具有意識的對象。

克里斯托夫?科赫：是的。目前在這些問題上，人們的觀點大多基于直覺、宗教信仰或哲學觀念。例如，有人認為胎兒從孕育之初便具有意識，而另一些人則主張胎兒在出生后才開始產生意識。同樣，關于動物如狗、貓是否具有意識，以及意識在生物進化歷程中能夠延伸到何種層次等問題，尚無定論。

當前，我們僅憑借直覺進行判斷，然而，不同個體的直覺差異顯著，這種研究現狀顯然無法滿足科學探索的需求。就如同歷史上人們曾憑借直覺認定鯨魚屬于魚類，而科學研究最終證實鯨魚實際上是哺乳動物，僅憑直覺進行判斷會存在局限性。

肖恩?卡羅爾：你剛剛提到了與我對話時的視覺和聽覺等體驗。在你看來，充滿哲學意味的"意識"（consciousness）與單純的"覺知"（awareness）有何區別？它們是同一事物嗎？

克里斯托夫?科赫：我和弗朗西斯曾對這一問題進行過深入探討。在我們看來，二者本質上是相同概念的不同表述。在早期研究階段，受學術環境限制，“意識”一詞在自然科學和物理學基礎研究領域較少使用，僅少數像羅杰?彭羅斯（Roger Penrose）這樣的學者會提及。因此，人們常用“覺知”來替代“意識”進行表述。

“覺知”涵蓋的范圍更為寬泛，例如意識到自己活著、清醒，或是注意到周圍環境中的事物。從本質上講，這些都可歸為心理狀態（mental states）、主觀狀態（subjective states）或現象狀態（phenomenal）。哲學家偏好“現象”（phenomenal）來概括此類概念，無論是生命感知、清醒認知，還是諸如無聊、饑餓等感覺，均屬于意識體驗的范疇。

意識的神經關聯

肖恩?卡羅爾：我們在字面意義上的神經關聯（literal neural correlates）方面我們取得了多少進展呢？比如當我饑餓，或者感到饑餓時，我們知道是哪些小神經元在激活嗎？

克里斯托夫?科赫：當前雖然積累了大量關于神經元和大腦區域的研究成果，但大多僅停留在相關性層面。以視覺研究為例，作為研究最為深入的感覺模態，我們對其神經通路已有較為全面的認知，但這些發現仍未明確哪些是意識產生的必要因素。比如，視覺形成雖然始于光子進入眼睛，但閉眼時的視覺想象、夢境中的視覺體驗表明，眼睛并非視覺意識產生的唯一條件。因此，區分與意識相關的因素和真正起因果作用的機制，依然是研究面臨的核心挑戰，而且存在廣泛爭議。

你或許聽說過27年前我和哲學家大衛?查爾莫斯（Dave Chalmers）進行的著名賭約。當時在不來梅的某次意識研討會的深夜，他向我發難：“聽著，即使過了25年（那時我們都年輕得多，25年感覺就像永遠那么長），我們也找不到這些（意識的神經關聯）答案。這會花費我們更長的時間。”他沒說這是不可能的。他也認同對意識的神經關聯的研究是一個純粹基于實證的，從操作層面定義的項目，只要有足夠的人力、資金、資助和研究投入，終將能弄清楚。

所以兩年前我們有了一次會面，那是作為“對抗性合作”的一部分。當時坦普爾頓基金會啟動了一個項目，他們讓意識領域的兩大主流理論，整合信息論（Integrated Information Theory）與全局神經元工作空間理論（global neuronal workspace theory），直接對決，類似1919年通過日食觀測驗證光線偏折符合牛頓力學或愛因斯坦相對論的著名實驗。

在2023年5月紐約的那次會議上，大家達成的共識是，目前這兩個理論都不完全正確。至少就意識的神經關聯在大腦中的實證表現而言是這樣的。整合信息論主張意識的神經關聯位于大腦后部的感覺皮層，而全局神經元工作空間理論則認為主要在前額葉皮層，也就是人類大腦相較于其他哺乳動物顯著擴展的區域。目前這一領域尚未形成定論，但我們正在接近答案。而我們意識到，前額葉皮層更多與行為、規劃及智能相關，從而區分了意識與智能，以及人工意識與人工智能。

?大衛·查爾默斯（右）和克里斯托夫·科赫于6月23日在紐約市見面見證了他們的賭局。查爾默斯為贏家，科赫將一箱美酒搬到臺上，作為賭輸的補償。圖源：論文。

意識歸根結底是關于“存在”，比如戀愛、快樂、憤怒、視聽感知等。而智能實際上是關于短期、中期和長期的行動規劃。比如，我現在需要為日后養老來存錢，這就是一個智能行為。所以歸根結底，智能的本質是"執行功能"。這和“存在”是不同的。所以，大腦中參與規劃、推理、思考、道德推理和決策的部分，與作為感受與體驗基質的大腦部分有所不同，這也就不足為奇了。

整合信息論與

全局神經元工作空間理論

肖恩?卡羅爾：我很喜歡對抗性合作這個概念，它應該被更廣泛地采用，盡管以我的經驗來看，有些對手根本無法合作。祝賀你們能夠做到這一點。但我必須要問，什么是整合信息論？什么是全局神經元工作空間理論？我之前從未聽說過它們關注或者提出大腦的不同部分是意識的核心這種觀點。

克里斯托夫?科赫：這確實是此次會議的一個積極成果。實際上，近期我參與了倫敦 DeepMind公司組織的線上會議，主題圍繞計算功能主義與意識。當前，多數意識研究者，尤其是人工智能領域及科技企業從業者，普遍認同美國哲學家普特南（Putnam）提出的圖靈功能主義（Turing functionalism）或計算功能主義（computational functionalism），主張意識對應一個或多個特定功能，如規劃決策、信息整合、長期記憶等，任何實現這些功能的系統，包括圖靈機，都被認為具有意識。

因此，如果我們能讓一臺圖靈機模仿看似涉及意識的行為，比如談論意識并據此推理，那么像大語言模型這樣的機器也將是有意識的。那么，ChatGPT-4.0、O3、DeepSeek、谷歌的Gemini是否已有意識？或仍欠缺某些要素？或許需更多token輸入、或者擁有更長記憶等。但這實際上只是關于實用性的問題。這就是計算功能主義。

所以根據普特南的觀點，意識是一種計算，是一種技巧。如果我對機器進行編程，其運行與底層載體無關，它可以在云端運行，也可以在量子計算機上運行。這是一種巧妙的技巧，一旦你實現了這種技巧，這些機器就是有意識的。當你詢問時，它們會詳盡談論自身意識程度與感受。

普特南的觀點極為流行，且在產業界占據主導，因為當你與大語言模型互動時，它們不僅顯得智能，甚至還具備覺知。它們的數據庫被輸入了人類的每一部小說，而所有小說都圍繞主人公的情感，他們的愛恨、榮辱、受傷等等展開。它們就像吸血鬼一樣吸收了這些內容，所以當然能夠重現這些。但我認為，這全都是深度偽造的。

而整合信息論認為，意識是一種存在狀態，存在于高維因果空間的結構中。具體而言，意識源于系統對其自身的因果影響力，它源于系統對自身的因果影響力，即系統既能決定自身未來狀態，又受過往狀態約束。一個系統的這種自我作用程度越高，意識水平就越強。

這類似于說復雜系統具有自我作用能力，它不是隨機決定的，其下一個狀態是上一個狀態的函數，任何這樣的系統，如果從轉移概率矩陣的角度來看數學公式，都具有所謂的因果影響力，也就是說，盡管不是完全確定的，但當前狀態會對下一個狀態產生影響，或者說過去決定現在，現在決定未來。一個系統對自身命運的內在因果影響力越大，它具有意識的程度就越高。

該理論包含兩個核心要素。第一，它有一個叫做Φ的數值，用來度量的系統不可約性（irreducibility）。一個系統超越其各部分之和的程度越高，Φ值就越高，它的意識程度也就越高。所以若存在一個Φ值為零的系統，就意味著它作為一個整體并不存在，它的不可約性為零。它實際上更像是兩個獨立的系統而不是一個。由于不具有整體性，那樣的系統是沒有意識的。Φ值越高，系統的意識程度就越高。

最重要的是——這是其他理論從未強調過的一點——你必須解釋，為何戀愛具有特定主觀體驗？為何時間單向流動？空間、視覺或聽覺空間為何呈現延展性？底層基質如何產生延展感、無聊感或憤怒感？通過解析展開的因果空間結構，該理論解釋了不同體驗的獨特性，即為何每種感受都具備特定質性。

?全局神經工作空間理論

肖恩?卡羅爾：那么全局神經元工作空間理論算是普特南功能主義的一種衍生理論嗎？

克里斯托夫?科赫：全局神經元工作空間理論是20世紀50年代計算機科學領域的一個隱喻，設想有一個中央處理器，它會把信息寫在一塊“黑板”上。這也被稱為黑板架構。每個局部處理器都可以訪問這塊“黑板”。該理論認為，人腦多數活動處于無意識狀態，如每秒四次的眼球運動、步態調節、句法推斷等，這些局部過程自動運行，無需意識介入。每個有意識的信息都具有全局可訪問性。一個心理學家的正確見解是，一旦我意識到某件事情，大腦中的所有不同處理過程都會得知這件事，進而實現長期記憶存儲、短期信息處理、長期規劃制定及邏輯推理。一旦信息變得全局可訪問，它就可以被大腦中的所有信息處理系統所獲取。而這就是意識的本質。

這個隱喻實際上是信息廣播，而且已經確定了一組位于前額葉皮層的神經元，這些神經元會把信息投射回大腦的其他部分。理論聲稱，當視覺等局部信息從腦后部向前傳遞時，若經篩選確認其足夠重要，就會擴散至大腦皮層，這種信息的全局傳播過程就構成了意識。任何具備此類信息傳播功能的系統，在該理論框架下均被視為具有意識。

肖恩?卡羅爾：全局神經元工作空間理論似乎關注的是意識所涉及的注意力焦點，而整合信息論則更側重于我們用來規劃和掌控自身命運的那種綜合信息。

克里斯托夫?科赫：是的，但它不只是在高層次上關乎命運。因果影響力只是某些元素（神經元、晶體管等）施加影響的能力，例如正電荷具有外在的因果影響力，能影響負電荷。引力由于時空的曲率而具有因果影響力。內在因果影響力就是，一個由神經元、細胞或晶體管（不管是什么）組成的微小細胞網絡。如果這些神經元素或這些組成部分處于某種狀態，那么下一個狀態將會被決定。

因果影響力是實際上可以評估的。如果對一個系統有完整的數學描述，知道它的狀態如何隨時間演變，以及各個組成元素如何相互影響，就可以完全確切地計算出它所有的因果影響力。這并非空想，而是可操作的概念，不訴諸神秘主義或二元論。它只是主張體驗的感覺本質上就是這種展開的因果影響力。任何一個具有整合性的系統，即便如子宮旁組織這類看似簡單的系統，因內部存在大量分子（可能包含上千種蛋白質等）的復雜因果交互，亦可能具備微弱的“存在感”，體現出最基礎的意識特質。

?來源：A. K. Seth & T. Bayne Nature Rev. Neurosci. 23, 439-452 (2022)

泛心論與物理主義

肖恩?卡羅爾：因此你并不畏懼泛心論（panpsychism）思想。即使你不是一個徹底的泛心論者，但你能理解為什么這會是一種思考事物的方式。意識并非達到某個閾值才涌現，而是如碎片般廣泛存在。

克里斯托夫?科赫：完全正確。而且它也沒有自由參數。不必武斷設定“如果你的Φ值是42，那么你就有意識，但如果低于42就沒有意識”。作為一名生物學家，我研究老鼠的大腦，老鼠大腦的大小只是人類大腦的千分之一。然而，如果你觀察其皮層硬件，在顯微鏡下與人類腦組織幾乎很難區分。所以毫無疑問，更小的動物，若具復雜行為與記憶的物種，很可能也具備主觀體驗。這種“萬物皆有意識碎片”的古老直覺，也即所謂的泛心論。

肖恩?卡羅爾：你會把自己歸為物理主義者（physicalist）嗎？你是否認為意識僅由物理物質構成，不涉及什么神秘的本質？

克里斯托夫?科赫：從很久以前開始，物理主義就一直有個讓我困擾的地方，那就是心智顯然不是物理的。我的視覺、存在或思維狀態都不是物理的，根據定義，它是現象層面的。事實上，薛定諤非常明確地指出，即使作為一名物理學家，也要通過示波器軌跡等意識體驗獲取數據。當想象愛因斯坦的電梯在自由落體之類的情況時，也需依賴意識中的想象力。那就是意識。

所以我們無法擺脫自身局限。我們唯一能接觸到的東西，就是我們對世界的體驗。人們無法直接接觸到原子，即便通過圖像或方程間接理解原子論，但直接感知的只是現象。所有這些像在現實的洞穴內部描繪的美麗形狀，構成了我們所謂的“定制現實”（bespoke reality）。那是每個人唯一知道的東西，哲學家稱之為"直接親知"（directly acquainted with）的唯一存在。

物理主義是一個額外的假設。它主張現象背后存在超越性實體。但若反其道宣稱"不存在現象，萬物皆物理"，則顯得荒謬。但如果你想繼續當一名科學家，那在學術圈子里你都不能這么說。因為那樣你就會被斥為“玄學”。

肖恩?卡羅爾：是的。我欣慰你已掙脫束縛，并勇于承認這些思想傾向。

克里斯托夫?科赫：這得益于一次特殊經歷帶來的啟發。我成長于具有德國文化背景的家庭，自幼接觸理查德?瓦格納（Richard Wagner）的藝術與亞瑟?叔本華（Arthur Schopenhauer）的哲學思想。叔本華作為現代西方唯心主義的重要代表，其理論對我影響深遠。

如今，哲學界正興起泛心論與經典唯心主義的復興思潮。在此背景下，我想起一位計算機科學家兼哲學家伯納多·卡斯特魯普（Bernardo Kastrup），他提出"分析唯心主義（analytic idealism）"，該理論繼承叔本華思想精髓，依據奧卡姆剃刀原理，主張現象是人類認知的唯一直接對象，物理世界的一切概念，從原子、電荷到基本粒子，最終都需在現象框架內得到解釋。這種哲學觀念與現代基礎物理學發展相呼應，尤其是貝爾不等式、量子糾纏等理論揭示的“非定域性”現象，暗示不存在完全獨立于觀察者的客觀事件，強調觀察者在物理學理論構建中的核心地位。

人類直接認知的只有現象，因為那是我和你所知道的唯一的東西。一切都是現象。物理層面的東西實際上是從現象中產生的，比如原子、電荷、大腦、基本粒子、夸克以及任何你能想到的物理事物，最終都必須從現象的角度來解釋。這種哲學現在與基礎物理學相契合，自從貝爾不等式、量子糾纏以及愛因斯坦所說的“幽靈般的超距作用”（spooky action at a distance）以來，我們現在知道可能不存在真正獨立于觀察者的事件。觀察者或許應成為物理學的核心要素，甚至構成存在的根本基礎。

這里有一點非常關鍵。整合信息論區分了絕對存在和相對存在。絕對存在是自為存在。比如在你睡眠的早期階段進入了深度睡眠，如果我在你深度睡眠時叫醒你問你，你剛剛從哪里來？通常你會說從nowhere（無）來，因為你處于深度睡眠中，delta波在你的大腦中活躍。“你”在那個時刻對于自己來說是不存在的。

當你的身體繼續睡眠時，你會在軀體沉睡時"蘇醒"于夢境，突然你就有了某種存在的感覺。你在夢中飛翔，遇見了很久沒見的，已經去世的朋友、愛人、寵物等等。做夢是一種有意識的狀態，此時你重新為自身存在。只有有意識的生物，或者有意識的系統才為自己而存在。這是貫穿一切的根本差距，揭示出現象與體驗的核心地位。

?來源：Davide Bonazzi

肖恩?卡羅爾：這太棒了。我可能在你所說的每一點上都完全不同意，但我很喜歡這種討論。

克里斯托夫?科赫：為什么呢？你不同意什么呢？

肖恩?卡羅爾：我是一個徹頭徹尾的物理主義者。對于量子力學的理解，我與你觀點不同。誠然，科學研究始于對現象的觀察與數據收集。但我們會據此構建關于世界運作的假設，而我們擁有的最佳假設是，存在一個真實的物理世界，而我們是從這個物理世界中涌現出來的一部分。

克里斯托夫?科赫：我對此假設并無異議，這也是我每天在研究大腦的日常工作中所做的事情。但我想我們的分歧在于量子力學在多大程度上重新引入了某些概念，或者它是否試圖摒棄某些概念。前幾年Nature Physics上有一篇由霍華德?懷斯曼（Howard Wiseman）團隊撰寫的論文*，對事件的絕對性（absoluteness）提出了質疑，即認為不存在獨立于觀察者的事實。我同意這個問題尚未得到解決，目前仍在研究中。但對于量子力學來說，弄清楚什么是事實以及哪些事實不依賴于觀察者，一直都是挑戰。

Baker, Travis J., et al. "The Heisenberg limit for laser coherence." Nature Physics 17.2 (2021): 179-183.

肖恩?卡羅爾：這是理解量子力學的難點之一，因為在物理學中，量子力學是唯一一個在給出理論規則時引入了觀察者概念的理論。自20世紀50年代以來，一直存在一些純粹的物理主義模型，這些模型解釋了為什么量子力學中的觀測很特殊，但又沒有將觀察者納入基本的本體論范疇。然后這成了一個實證問題，即這些模型是否正確，以及到底哪個模型是正確的。

克里斯托夫?科赫：我同意。形而上學解釋，無論好壞，都無法被證實或證偽。在量子力學中，最好的理論是什么呢？是隱變量理論、貝葉斯理論，還是多世界理論等等呢？

肖恩?卡羅爾：我的傾向是，從物理主義推導出精神層面的東西，在科學上比接受從唯心主義推導出物理世界要好得多。

克里斯托夫?科赫：我承認這一點，但那純粹是出于實用主義的考慮。而我想在有生之年弄清楚，我想知道宇宙的真實狀態是什么，而不是哪種狀態是最實用的。

整合信息論的反駁與回應

肖恩?卡羅爾：不管怎樣，我完全認同這樣一種觀點，即現代形式的唯心主義在知識層面上是一種值得尊重的研究方向，無論是量子力學的認知方法，還是唯心主義或泛心論等等。整合信息論的偉大之處在于，它有量化的指標，具備可證偽性，Φ值能幫助我們判斷意識在哪里。而斯科特·阿倫森（Scott Aaronson）的反駁是，他能舉出從表面上看根本不像是有意識的反例，比如一個大型的矩形邏輯門陣列，對于所計算的數值來說，它的值非常大，但似乎與我們對意識的直觀理解不相符。你對這個反駁如何回應？

克里斯托夫?科赫：整合信息論和其他任何好的理論一樣，如果進行外推會得出一些相當反直覺的預測。大腦新皮層（neocortex）的后部是包括人類在內的哺乳動物意識的基礎，它就像一個非常龐大的神經元陣列，可以近似看作是一種特定類型的邏輯陣列，它們具有拓撲連接性，所以和斯科特所假設的那種陣列并非毫無關系。所以我認為他是對的，確實存在一些非常反直覺的預測，必須進行科學研究。

很久以前，在希臘時期，人們就曾爭論說地球不可能是球形的，因為人們會從上面掉下來，這是最荒謬的想法。所以對于我們認為反直覺的事情，我們必須謹慎對待。現在人們可以開始構建大腦類器官了，大腦的新皮層與我們的視覺、意識和智能聯系最為緊密，就像一個披薩狀的組織，2-3毫米厚，直徑有12-14英寸，高度折疊且分左右半球。理論上，假以時日，在20年、30年后，人們將能夠在培養皿中培養出這樣的東西。這似乎有點荒謬，但我認為這將會發生。

假設該組織具備意識，可能它只能感覺到一種廣闊的空間延展性，就像在某些冥想狀態下，冥想者所描述的那種巨大的光明感。果真如此，意識最終可能會在非常奇怪的地方被發現。但驗證理論的唯一途徑是通過人類自身。一旦我們驗證了一個理論，那么我們就得跟著這個理論的指引走。

肖恩?卡羅爾：所以你的答案是接受這個觀點，即那些似乎與我們對意識的直觀想法不相符的例子，仍然應該被視為有意識的。

克里斯托夫?科赫：反之，對于那些看起來很有意識的東西，比如大語言模型，同樣的邏輯也適用。我們必須進行驗證，它們是真的有意識，還是只是在假裝有意識呢？

肖恩?卡羅爾：有人計算過大語言模型的Φ值嗎？

克里斯托夫?科赫：是的。我們在bioRxiv上有一篇正在提交的論文可以正式證明。（假設整合信息論成立）由116個邏輯門構建的簡化馮·諾依曼機模型，與僅含4個非線性門的自動機在功能上完全等效，其輸入輸出狀態無法區分。

但從現象層面來看，高度非線性的簡單自動機有一些因果影響力。相比之下，116個門的系統在整個系統層面上根本不存在明顯的因果影響力。為什么會有這種差異呢？因為在典型的中央處理器（CPU）中的機器，一個晶體管會與兩三個其他晶體管相連，并通過成千上億個這樣的晶體管陣列排列起來提供通用邏輯。而大腦的連接方式則不同，單個神經元會從5萬個神經元接收輸入，并投射到5萬個神經元，且有大量的重疊連接。

這種因果影響力的概念在兩者之間是截然不同的。功能上的等價并不等同于現象上的等價，在極限情況下，兩個功能相同的系統，可能會出現一個有意識，另一個則完全沒有意識的情況。我認為大語言模型就是如此。但對于神經形態計算機或者量子計算機，你就無法做這樣的證明。所以說，整合信息論認為大腦并沒有什么超自然的地方，因此很可能可以制造出有意識的人造物，但絕非通過我們今天制造計算機的這種方式。

?圖源：Shuzhan Yu

肖恩?卡羅爾：你是否認為，整合信息論可能更適合被看作是意識產生的一個必要但不充分條件？也就是說，如果你沒有這種高Φ值的整合信息，你就沒有意識。但僅僅因為你有，并不意味著你就有意識。若系統無世界表征或語義，或許不應視其有意識？

克里斯托夫?科赫：完全可以，事實上我們已經在計算機中嘗試進化出具有高Φ值的簡單生物，并且它們在某種意義上能夠表征世界。從隨機連接的“大腦”開始，通過數千代遺傳算法迭代，最終得到的“大腦”能夠將外部世界（比如迷宮或其他它們需要應對的東西）映射到它們的內部“大腦”中。

整合信息論并不排斥存在像你我所擁有的那種，在外部世界和視覺腦或聽覺腦之間的規律性映射。事實上，整合信息論中有一個叫做 “中心恒等”（central identity）的概念，它表明意識體驗與內在因果影響力的總和是等同的，或者說，能夠被內在因果影響力的總和完全解釋，一一對應，兩邊都沒有剩余。你體驗的每一個方面，包括每一個記憶、每一個想法、每一個夢，都可以得到完全的解釋。當然，這僅是理論假說，存在被證偽的可能。

老鼠的大腦……

肖恩?卡羅爾：你能把整合信息論的觀點應用到老鼠大腦的研究中，或者利用這些觀點來了解老鼠大腦嗎？

克里斯托夫?科赫：可以。人們通常認為老鼠相對低等，它不具備語言表達能力，這是事實。但同樣地，如果對老鼠大腦、狗大腦、大象大腦或人類大腦的組織，其基本的硬件結構都具有相似性。我們剛剛發表在Nature上的一系列論文可以證明這一點*。小鼠大腦由5000種不同類型的腦細胞組成，例如浦肯野細胞、錐體細胞等，而在人類大腦中也能找到大致相同的5000種細胞。基因也是如此，人類的基因組大約有2萬個基因，老鼠的基因組也約有2萬個基因。兩者極為相似，而在倫理限制下，在老鼠身上進行實驗更為容易。

Bakken, Trygve E., et al. "Comparative cellular analysis of motor cortex in human, marmoset and mouse." Nature 598.7879 (2021): 111-119.

顯然無法在老鼠上直接研究關于語言的問題，但可以開展一些基本的實驗。老鼠觸覺敏銳，嗅覺靈敏，視覺則相對較弱，不如人類的視覺發達。所以有許多實驗可以在老鼠或類似生物身上進行，這些實驗與在人類身上進行的實驗高度相似或密切相關，而在人類身上做實驗存在一定限制，通常無法直接接觸人類大腦，只能間接觀察，必須使用腦電圖（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）。不過，需要注意的是，人類具有一些特化的能力，比如人類存在高度發達的自我重要感，這是顯著的區別。

肖恩?卡羅爾：我覺得討論宏觀的哲學問題很有意義。這些問題雖與實證研究有所不同，但絕對依賴于實證工作，比如試圖確定大腦中有多少種不同類型的神經元。

克里斯托夫?科赫：確實如此。否則我們就會像大約2400年前雅典學院里的柏拉圖和亞里士多德般空談而無進展。科學，包括關于迷幻劑、量子力學領域的研究等等，的偉大之處在于，通過正確的實驗形式向大自然提出準確的問題，就能夠獲得答案。這是科學超越其他人類活動的至高價值。

可操作的意識問題

肖恩?卡羅爾：基于我們現有的知識以及仍在探索的假設，正如我們此前提及的，關于意識存在諸多實際且可研究的問題。我們想要探究，人在做夢時是否具有意識？處于昏迷狀態時意識狀況如何？受孕六周后胎兒是否已產生意識？您認為我們在這些問題的研究上取得進展了嗎？

克里斯托夫?科赫：是的，實際上，我參與創立了一家名為“內在力量（Intrinsic Powers）” 的公司。除了受孕六周后是否有意識這個問題，我們對其他問題均有涉及，這個問題我們稍后再探討。

首先，公司推出了一款設備，該設備最初是一個純粹的研究原型，由整合信息論的提出者朱利奧?托諾尼（Giulio Tononi）及其醫學領域的同事馬塞洛?馬西米尼（Marcello Massimini）共同開發，用于檢測行為無反應患者是否存在意識。假設你我在此對話后突發心臟病、大出血或車禍進入ICU且無行為反應。雖然能依靠呼吸機維持生命體征，但對外部刺激沒有回應。醫生會詢問諸如能否聽到聲音、能否看見物體、能否用眼睛追蹤手電筒光線，或者在受到捏觸時能否發出呻吟、活動肢體等問題，若患者毫無反應，就會被判定為行為無反應，以往這種狀態被稱為植物人狀態。若患者在四到五天后仍持續這種狀態，醫療團隊通常會與患者家屬商討，討論患者的意愿，以及是否到了終止生命維持治療的時候，一旦做出這樣的決定，就會撤掉呼吸機，而這類患者中會因停止生命維持治療而死亡的概率高達90%。

如今我們已經明確，這些患者中有四分之一是有意識的，只是這種意識處于隱蔽狀態。具體表現為，當向躺在病床上的患者提出指令，如“先生，請想象踢30秒鐘足球，然后想象安靜地待著”，反復提出這樣的指令后，通過檢測可以發現，患者運動皮層的反應會出現規律性變化。這表明，盡管這類患者無法進行語言交流，看似意識缺失，但實際上仍能夠自主、規律地調節大腦活動。

我們共同開發的這款設備，其工作原理是通過發送經顱磁刺激磁脈沖來刺激大腦，然后利用高密度腦電圖（EEG）測量大腦的反應，并從整合信息論的角度計算這種反應的復雜性。研究發現存在一個標準化的絕對閾值0.32，其中數值零表示大腦完全無反應，即刺激后沒有任何回應，這種情況可判定為腦死亡；而數值1表示每個測量點、每個電極的反應都完全獨立于其他電極，這種情況在真實大腦中不會出現。

通常情況下，正常清醒狀態下，如你我現在的大腦，或者人在做夢時，大腦反應復雜性數值在0.6到0.8之間；深度睡眠時，大腦復雜性數值低于閾值0.31；處于做夢狀態、服用迷幻劑時，大腦復雜性數值較高；處于麻醉、明確的昏迷狀態時，大腦復雜性數值較低。因此，0.32是一個較為有效的判斷閾值，其特異性高達0.95，構成首個原始意識檢測工具。這再次證明，無論秉持唯心主義、物理主義還是泛心論觀點，我們都能夠在意識研究問題上取得進展，能夠研發出意識檢測設備。目前，我們有信心在未來為每一種哺乳動物開發此類檢測器，甚至有可能應用于任何系統，但現階段主要針對人類，這無疑是意識研究領域的重要進展。

肖恩?卡羅爾：這項研究成果對實現腦機接口，以及與昏迷患者進行交流有幫助嗎？

克里斯托夫?科赫：沒有幫助。這款設備的功能僅限于檢測大腦復雜性是否足以支持意識存在。不過，檢測結果可用于指導如何對這類患者開展針對性康復治療，或者作為評估患者后續治療方案的依據。一般來說，患者的轉歸有幾種情況：多數患者要么死亡，要么恢復部分功能；約5%到10%的患者會發展為慢性病，這類患者通常會被安置在療養院，部分會被送回家中，有些患者可能完全無法恢復，有些僅能有極小程度的恢復，少數患者可能會恢復一些眼部活動能力，也有患者可能始終無法恢復任何功能。

肖恩?卡羅爾：聽到這些情況我深感遺憾，但也很高興看到您在這方面的研究取得進展。這些研究有助于區分患者康復的可能性，避免盲目治療。那么關于胎兒意識的問題，胎兒從何時開始有意識？這個問題能夠進行定量分析嗎？

克里斯托夫?科赫：我們了解到，大腦皮層直到懷孕中期才發育完全。在懷孕前三個月的8到10周，神經系統開始發育，但此時與外部世界的真正連接，以及通過丘腦建立的連接尚未形成，這種連接通常在懷孕22或24周才會出現。在此之前，腦電圖（EG）基本呈平線狀態，之后才會出現第一次爆發-抑制（burst suppression）腦電圖，即大腦活動呈現一陣活躍后靜息，再活躍再靜息的狀態。而典型成年人的腦電圖模式，要到懷孕后期第三個月末才會出現，此時各種腦電波發育完全。

因此，目前很難確切推斷，在懷孕前三個月胎兒是否有意識。就目前的研究判斷，懷孕前三個月胎兒可能不會有明顯意識。在懷孕中期快結束時，胎兒開始出現一些簡單的反射能力，例如早產兒在接受手術時，會出現肢體回縮反射，但這種反射并不能直接證明意識的存在。

肖恩?卡羅爾：是的，這僅僅是一種反射行為。

克里斯托夫?科赫：果蠅胚胎也會對熱源（如火柴）做出躲避反應，這種行為是否能等同于意識相關的反應，目前還難以界定。

模擬意識是否可能？

肖恩?卡羅爾：那么從整合信息論或其他相關理論的視角出發，是否存在構建真正有意識人工智能的路線圖？或者說，這一目標目前還遙不可及？

克里斯托夫?科赫：首先，我們需要思考為什么要進行這樣的嘗試？

肖恩?卡羅爾：人們有著諸多需求和探索目的。

克里斯托夫?科赫：確實如此。不過，從科學角度而言，意識是無法被模擬的。

肖恩?卡羅爾：這一觀點十分大膽。

克里斯托夫?科赫：是的。以銀河系中心的黑洞人馬座A為例，我們能夠對其進行完美的計算機模擬。但試想，當你在運行模擬程序的計算機旁啟動程序時，會擔心自己被吸入模擬的黑洞嗎？

肖恩?卡羅爾：并不會。

克里斯托夫?科赫：這其中的本質區別是什么？模擬計算本身并不具備彎曲時空的因果影響力，就如同模擬下雨不會讓計算機內部真的變濕一樣。同理，即使未來能夠像亨利?馬克拉姆（Henry Markram）的“藍腦計劃”設想的那樣，對人類大腦進行完全的計算機模擬，那么模擬出的大腦或許能夠“蘇醒”并進行語言交流，卻不會產生真實的感覺，因為感覺無法通過模擬實現，必須構建真實的有意識系統。若要實現真正的意識，必須進行實體的構建。可以通過神經形態工程，打造與大腦結構相似的硬件，來產生，而非通過單純的模擬，IBM、英特爾等公司的科研人員正在開展此類嘗試；一些量子計算實驗室的研究人員也在進行相關探索。

肖恩?卡羅爾：實體化對于實現意識構建至關重要。

克里斯托夫?科赫：沒錯。意識并非與物質基質無關。另外，我并不認同“意識上傳”的觀點，即便將大腦連接性掃描上傳云端模擬，也不會產生意識。雖這種模擬或許能夠逼真地復刻人的行為、口音等特征，但不會擁有真實的感知，本質上只是一種深度偽造。

肖恩?卡羅爾：您不擔心類似《黑客帝國》中人類被虛擬世界操控的情況發生嗎？

克里斯托夫?科赫：我關注許多現實問題，但對這種虛構場景并不擔憂。我去年出版了一本新書，書名是《那時我即世界》（Then I Am Myself the World），靈感源自理查德?瓦格納（Richard Wagner）歌劇《特里斯坦與伊索爾德》（Tristan Isolde）第二幕。劇中同名戀人的情感交融超越了個體界限，用現代語言描述，他們獲得了一種神秘體驗——不僅突破了彼此間的隔閡，更與宇宙融為一體，這種自我與宇宙界限的消融，正是神秘體驗的核心特征。

變革性的意識體驗

克里斯托夫?科赫：我有幸擁有過一種非凡的意識體驗，它帶來的沖擊令人震撼，徹底顛覆了我的認知。在65歲時，我本以為自己的形而上學觀念和對存在的認知已穩固成型，不會再有改變。然而，那次經歷如同一場本體論地震，動搖了我所有探索的根基，讓我對過往經歷與行為的認知發生了重大改變。這無疑是一次具有變革性的體驗，經歷過后，看待事物的視角發生了根本性轉變。

肖恩?卡羅爾：這種體驗是由迷幻劑或其他藥物引發，還是純粹的冥想狀態所致？

克里斯托夫?科赫：是在外界幫助下產生的。

肖恩?卡羅爾：作為神經科學家，你明知該體驗由化學物質刺激神經元引發，那么，它是如何幫助你洞察現實本質的呢？

克里斯托夫?科赫：你說得沒錯，大腦是產生這種體驗的物質基礎，無論是否借助外力，這一點毋庸置疑。威廉?詹姆斯（William James）在其著作《宗教經驗之種種》（The Varieties of Religious Experience）中對這種神秘體驗有過精彩論述，強烈推薦大家閱讀。這本書雖首次出版于1906年，卻絲毫不過時。詹姆斯指出，這類體驗具有“知性特質”（noetic quality），源自希臘語“news”（意為知識）。經歷者會從中獲得強大的影響力，不由自主地想要深入探索。

作為理性的科學家，我嘗試將這次經歷與我對科學，包括腦科學等領域的認知相融合。試想一個無夢的世界，若突然你有了一次夢境體驗，在夢中與久未謀面的父母或朋友相遇，這必然會深刻影響個人生活，不是嗎？

肖恩?卡羅爾：確實如此，但我希望這不會改變我對世界的本體論觀點。

克里斯托夫?科赫：因為你沒有這樣的體驗。正如諾瓦和詹姆斯所言，很難讓他人相信這種體驗帶來的觀點，我也無意強求，這僅僅是我的個人經歷。

我發現，類似體驗在文學作品中并不鮮見，且存在于各種文化中。許多人在不同情境下都曾描述過它們，說明這類體驗并非極為罕見。問題在于，如果認可這些體驗，它們能揭示關于世界的哪些奧秘？尤其是在形而上學層面。我仍可以繼續從事科學研究和神經科學探索，但這次經歷確實動搖了我的本體論基礎，這也是我如今對唯心主義產生認同的原因，而在此前50年，我從未認真思考過這種立場。

肖恩?卡羅爾：你的形而上學觀念具體發生了怎樣的轉變？只是體現在對唯心主義更有認同感了嗎？

克里斯托夫?科赫：是的。在那次體驗中，“自我”完全消失，克里斯托夫這個個體不復存在了，身體的感知也隨之消逝。取而代之的，是對整個宇宙的深刻體驗，是真正意義上的銀河系乃至整個宇宙。雖然聽起來有些老套，但這就是真實感受。而且在那種狀態下，時間仿佛停滯，沒有快慢之分，只有永恒的瞬間。

那次體驗發生在巴西某海灘的午夜，隨后的幾周、幾個月里，我一直處于困惑之中，努力嘗試將這種體驗與已知的一切相融合。后來我想到了叔本華（Schopenhauer），他在200年前所著的《作為意志和表象的世界》（The World as Will and Representation）中，有一段關于類似狀態的精彩描述。據我們所知，他既沒有冥想習慣，迷幻劑也尚未出現，他更未曾接觸過鴉片等物質，因此他純粹是通過思考得出這些觀點。之后，我深入研究唯心主義，結識了哲學家兼計算機科學家貝爾納多?卡斯特魯普（Bernardo Kastrup），他倡導的現代唯心主義觀點與我的體驗產生了共鳴。

量子力學與意識

肖恩?卡羅爾：你不久前發表了一篇探討量子力學可能在意識領域發揮作用的論文*。

Neven, Hartmut, et al. "Testing the conjecture that quantum processes create conscious experience." Entropy 26.6 (2024): 460.

克里斯托夫?科赫：是的。我與哈特穆特?內文（Hartmut Neven）展開了合作，他是一位物理學家，和我一樣也有計算神經科學的背景。實際上，我們在德國師從同一位導師。他如今擔任谷歌副總裁，負責位于圣巴巴拉的谷歌量子計算團隊，正致力于構建大規模的量子計算機。我們還與一群實驗科學家合作，其中包括加利福尼亞大學圣巴巴拉分校的肯?科西克（Ken Kosik），以及英國某大學的盧卡?都靈（Luca Turin）。

我們希望開展實驗來進行驗證一些在一定程度上與彭羅斯的觀點相悖的假說。彭羅斯有一個著名的觀點，在其客觀坍縮（objective reduction）理論中，他認為對于特定處于疊加態的系統，波函數的坍縮是由于與環境的相互作用，并且這種坍縮會產生一個微小的“信號”，即一個短暫的意識瞬間。之后他與一位麻醉師合作，深入研究了微管等方面。不過，我們先暫且不考慮微管這一具體實例與他觀點的聯系。雖然他的觀點存在爭議，但對很多人來說仍極具吸引力。

我們則提出了相反的觀點。因為我們認為，倘若存在一個由兩個、三個或更多相互糾纏的量子比特組成的系統（這是羅杰?彭羅斯從未考慮過的情形），如果這種情況屬實，那么就可以利用它實現超光速傳遞信息，而這與相對論相違背，畢竟沒有人愿意違背相對論。所以我們認為，意識產生于系統進入疊加態時。例如20量子位系統進入疊加態時生成意識；但意識體驗始終具有確定性，多世界解釋（many worlds interpretation）在這里就派上了用場。如果只有“上”、“下”兩種狀態，那就會產生2的N次方個宇宙，而我有意識地體驗到的只是其中之一。并且，所體驗到的內容取決于這些量子比特相互作用的方式。

在這里，我們可以借助整合信息論來解釋這一點，這在某種程度上與羅杰（彭羅斯）的提議截然不同。如果這一觀點正確，未來或許就能構建與意識交互的量子系統。比如說，倘若最新的iPhone具備量子計算功能，并且與我大腦中的量子比特相互糾纏，那么它將成為一個有意識的思維體。所以，當擁有合適的技術時，就能夠擴展意識。

這是意識與量子力學交叉領域中一個看似瘋狂的想法。但我們現在正在嘗試對其進行驗證。這又回到了我們之前提到的一點，即通過正確的實驗，就能夠獲得答案。例如30年前克勞斯?舒爾滕（Klaus Schulten）提出鳥類導航依賴量子羅盤（quantum compass）實現長距離遷徙，也就是通過視網膜分子與光子的量子相互作用感知磁場。這一現象基于自由基對機制（radical pair mechanism，這是一種假設）或核自旋相互作用（nuclear spin interaction，這是另一種假設）。

還有一種關于氙氣的說法。氙氣是非常優良的麻醉劑，因為它作為稀有氣體，與其他物質的相互作用較少，安全性高，且不會燃燒，因而可以在臨床上使用。只是由于其價格昂貴，在日常醫療實踐中并不常用。我們正在驗證氙氣的麻醉效應是否與同位素相關，即氙-128、氙-129、氙-130和氙-131具有不同的麻醉效力。這些同位素的原子質量差異極小，不到1%，所以這種差異不太可能是由質量差異導致的。而它們最關鍵的區別在于，氙-128和氙-130的自旋為零，氙-129和氙-131的自旋分別為1/2和3/2。

目前，盧卡?都靈正在果蠅身上進行一個非常簡單的實驗。具體來說，選取一群果蠅，將它們放置在管子里，此時可以看到管子里有30只果蠅。然后引入不同類型的氣體，即不同同位素的氙氣，并對其進行壓縮。當達到一定壓力時，會觀察到果蠅不再活動，表明它們被麻醉了，隨后再將它們釋放出來。這個簡單的測試旨在通過記錄裝有氙氣的小瓶活塞推進到何種程度時果蠅會停止活動（這代表了麻醉效力），來實驗這種情況與氙氣的同位素是否存在關聯。

我們和肯?科西克正在嘗試的另一個類人腦器官模型系統，這些類人器官是由人類多能干細胞制成的人類大腦類器官。如果使用這些類器官，通常情況下，這些迷你大腦會產生動作電位。當加入足夠的氙氣時，動作電位就會停止。那么，動作電位停止的精確點是否取決于氙氣的同位素呢？氙-129和氙-130的情況會有所不同嗎？這就是我們想要探究的問題。

肖恩?卡羅爾：我想問一個技術問題。一個系統處于疊加態在某種程度上與意識相關的這一假設，讓我有些困惑。因為處于疊加態在某種程度上并非一個客觀事實，它取決于描述系統所采用的基矢（basis）。那么，是否存在更具物理性的標準可以替代它呢？

克里斯托夫?科赫：目前還沒有。

肖恩?卡羅爾：好的。這就是科學研究的過程，我們必須不斷探索。如果要在這里設定貝葉斯先驗概率，你認為量子力學對意識而言極其重要嗎？

克里斯托夫?科赫：在人類大腦中，量子力學可能并非如此關鍵。畢竟，進化已經持續了大約45億年。進化非常精妙，它會在不違背物理定律的前提下利用對生物體有益的因素。我會拿我的房子來打賭量子力學對意識極其重要嗎？不會。

肖恩?卡羅爾：確實不會在任何時候都這么做。

克里斯托夫?科赫：這就是我們要做實驗的原因。

*為保證閱讀體驗，本文對聽稿進行了適當地編輯。原對話指路：

https://www.preposterousuniverse.com/podcast/2025/03/24/309-christof-koch-on-consciousness-and-integrated-information/

關于追問nextquestion

天橋腦科學研究院旗下科學媒體，旨在以科學追問為紐帶，深入探究人工智能與人類智能相互融合與促進，不斷探索科學的邊界。如果您有進一步想要討論的內容，歡迎評論區留言，或后臺留言“社群”即可加入社群與我們互動。

關于天橋腦科學研究院

天橋腦科學研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute）是由陳天橋、雒芊芊夫婦出資10億美元創建的世界最大私人腦科學研究機構之一，圍繞全球化、跨學科和青年科學家三大重點，支持腦科學研究，造福人類。

Chen Institute與華山醫院、上海市精神衛生中心設立了應用神經技術前沿實驗室、人工智能與精神健康前沿實驗室；與加州理工學院合作成立了加州理工天橋神經科學研究院。

Chen Institute建成了支持腦科學和人工智能領域研究的生態系統，項目遍布歐美、亞洲和大洋洲，包括、、、科研型臨床醫生獎勵計劃、、等。