摘要：2005年末，一场车祸发生五个月后，一位23岁的女子躺在医院的病床上，毫无知觉。她脑部严重受伤，毫无意识。然而，当研究人员扫描她的大脑，让她想象自己打网球时，发生了惊人的变化：与运动相关的大脑区域在扫描图像中亮了起来。
2005年末，一场车祸发生五个月后，一位23岁的女子躺在医院的病床上，毫无知觉。她脑部严重受伤，毫无意识。然而，当研究人员扫描她的大脑，让她想象自己打网球时，发生了惊人的变化：与运动相关的大脑区域在扫描图像中亮了起来。
这项由神经科学家阿德里安·欧文（Adrian Owen）及其同事构思的实验表明，这名女性理解了指令并决定合作——尽管她表面上似乎没有反应。欧文现就职于加拿大伦敦西部大学，他和同事们引入了一种测试意识的新方法。之前的一些测试依赖于观察一般的大脑活动，而这项策略则专注于与研究人员的口头指令直接相关的大脑活动。
意识之战：科学家们能否就大脑如何运作达成一致？
此后，该策略已应用于数百名无反应者，结果显示，许多人仍保留着内心世界，至少在一定程度上能够感知周围的世界。2024 年的一项研究发现，四分之一的身体无反应者大脑活动表明，他们可以理解并遵循指令来想象特定的活动，比如打网球或在熟悉的空间中行走2。这些测试依赖于先进的神经成像技术，因此由于成本高昂且需要专业知识，大多仅限于研究环境。但自 2018 年以来，医学指南已开始建议在临床实践中使用这些测试3。
自从这些方法问世以来，科学家们一直在探索更深层次的意识探索方法。这其中的风险很高。目前，全球有数万人处于持续的无意识状态。评估他们的意识可以指导重要的治疗决策，例如是否继续使用生命支持系统。研究还表明，住院且无意识但存在隐藏意识迹象的患者比没有此类迹象的患者更有可能康复（例如，参见参考文献4）。
一些似乎持续反应迟钝的人，在被要求想象一项任务时，大脑活动却与健康人相似。图片来源：Adrian M. Owen
对更完善的意识测试的需求不仅仅局限于人类。检测其他物种的意识——其形式可能大相径庭——有助于我们理解这些生物如何体验世界，并对动物福利政策产生影响。研究人员正在积极探讨意识是否可能在未来某一天从人工智能 (AI) 系统中出现。去年，一群哲学家和计算机科学家发表了一份报告5，敦促人工智能公司开始测试其系统是否存在意识的证据，并制定应对此类情况的政策。
“这些场景以前有些抽象，但现在正变得更加紧迫和务实，”英国布莱顿附近萨塞克斯大学的认知神经科学家阿尼尔·塞斯（Anil Seth）说道。今年4月，塞斯和其他研究人员齐聚北卡罗来纳州达勒姆，参加杜克大学的一场会议，讨论对人类（包括脑损伤者、胎儿和婴儿）、其他动物以及人工智能系统的意识测试。
尽管科学家们一致认为意识测试还有很大的改进空间，但许多人认为，基于功能性磁共振成像 (fMRI) 和脑电图 (EEG) 的意识测试的发展，是该领域最重大的进步之一。“40 年前，我们无法想象会有这么多的候选方法可以用于测试无反应人群的意识，”华盛顿州西雅图艾伦脑科学研究所的杰出研究员、神经科学家克里斯托夫·科赫 (Christof Koch) 说，“这真是巨大的进步。”
即使在人类身上，科学家们对意识的真正含义也众说纷纭。但许多人认为意识是一种内在生命或主观体验。这使得意识本质上具有私密性：个体只能确定自身的意识。他们可以根据他人的行为推断出他们也有意识，但这并不总是适用于那些患有严重脑损伤或神经系统疾病而无法表达自我的人。
意大利米兰大学的神经科学家马塞洛·马西米尼（Marcello Massimini）将这些棘手病例中的意识评估比作剥洋葱。第一层——临床中常规进行的评估——涉及观察外部行为。例如，临床医生可能会要求患者握拳两次，或叫其名字，看他们是否会将头转向声音的方向。能够遵循这些命令表明他们有意识。临床医生还可以对无反应的患者进行长期监测，以检测他们是否会做出任何持续的、自愿的动作，例如故意眨眼或朝一个方向看，这些动作可以作为他们交流的一种方式。研究人员对婴儿也进行类似的测试，观察他们的眼睛如何响应刺激而移动，例如6。
大脑如何控制意识？这种深层大脑结构
对于能够听到并理解口头指令但对这些测试没有反应的人，第二层测试将涉及观察他们在收到此类指令后大脑中发生的情况，就像2005年实验中的那位女性一样。“如果你发现大脑中出现了针对该主动任务的特定激活，例如，打网球时运动前皮层被激活，那么这就像握拳一样，是意识存在的指标，”马西米尼说。这些人被认定为患有认知运动分离症，这是一种隐蔽意识。
但纽约市威尔康奈尔医学院的神经学家尼古拉斯·希夫（Nicholas Schiff）表示，通过这些测试检测意识的门槛太高，因为它们需要几分钟的持续专注。希夫是2024年一项研究的合著者，该研究指出，四分之一的无反应者可能仍然保持意识。该研究还纳入了另一组表现出可观察到的外部意识迹象的参与者。其中，只有38%的人通过了测试。“即使对于健康的对照组来说，走神和困倦也是主要问题，”希夫说。
马西米尼表示，评估未通过此类测试的患者的意识就像剥开洋葱的第三层皮一样。在这种情况下，临床医生不会要求患者主动进行任何认知行为。“你只需向患者提供刺激，然后检测大脑的激活情况，”他说。
在2017年的一项研究中，研究人员向患有急性重度创伤性脑损伤（7）的患者播放了约翰·F·肯尼迪美国总统就职演讲的24秒片段。研究团队还反向播放了这段音频。两个片段的声学特征相似，但预计只有第一个片段会触发大脑的语言处理模式；第二个片段作为对照。该实验利用功能磁共振成像（fMRI）技术，在八名没有表现出其他语言理解迹象的患者中，检测到了四人的隐蔽意识。
在研究环境之外实施这种方法的复杂性并非唯一的挑战。这些测试要求研究人员了解哪些大脑活动模式真正反映了意识，因为某些刺激可能会引发无意识的大脑反应。“归根结底，关键在于理解意识感知的神经关联是什么，”马西米尼说。“我们正在取得进展，但尚未就它们是什么达成一致。”
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马西米尼表示，意识还有第四个层面，甚至更加难以捉摸，科学家们才刚刚开始探索。即使大脑与外界完全隔绝，无法接收或处理图像、声音、气味、触觉或任何其他感官输入，一个没有反应的人也可能保持清醒。8这种体验可能类似于做梦，或者躺在一个完全黑暗、寂静的房间里，无法移动或感觉自己的身体。尽管失去了外界感觉，你的思维仍然活跃，产生想法和内在体验。在这种情况下，科学家需要仅从大脑的内在属性中提取意识的迹象。
马西米尼和他的同事正在应用一种称为经颅磁刺激的方法，该方法使用放置在头部的电磁铁，作为评估意识的一种可能技术。 以这种方式震动大脑后，他们使用脑电图测量其反应。 在健康人中，他们观察到复杂的反应，反映了大脑区域之间丰富的对话。 这种复杂性通过一种称为扰动复杂性指数9 的新指标来量化，发现该指标在清醒和健康个体中高于在睡眠中或麻醉下的人。 实验表明，该指标可以帮助揭示即使在没有反应的人中意识的存在。 其他研究人员已经提出了这种测试的一个版本，作为研究胎儿意识何时出现的方法10。
马西米尼和科赫等人共同创立了名为“内在力量”的公司，总部位于威斯康星州麦迪逊，旨在开发使用这种方法来检测无反应人群意识的工具。
随着研究人员越来越远离人类思维，评估意识变得越来越困难。一个问题是，非人类动物无法表达它们的主观体验。另一个问题是，其他物种的意识可能呈现出人类无法识别的独特形式。
一些旨在评估人类意识的测试也可以在其他物种身上尝试。例如，研究人员已将扰动复杂性指数应用于大鼠，发现了与人类相似的模式，例如11。但更典型的测试依赖于寻找暗示感知行为的实验——感知是指能够立即体验情绪和感觉，包括疼痛。一些研究人员认为感知是意识的基础，它并不需要反思这些情绪的能力。
在一项实验中，章鱼在受到疼痛刺激后，会持续避开它们遇到的那个房间，尽管它们之前更喜欢那个房间12。当这些动物随后被注射麻醉剂来缓解疼痛时，它们反而选择在注射麻醉剂后被放置的那个房间里待一段时间。这种行为暗示着，这些动物不仅能感受到即时的疼痛，还能感受到与之相关的持续痛苦，并且它们会记住这种痛苦，并采取行动来逃避这种体验。
黑猩猩、大象和许多鸟类的行为方式表明它们具有意识。图片来源：Anup Shah、Mark Hamblin/2020VISION/自然图片库
英国伦敦政治经济学院杰里米·科勒动物感知研究中心主任、哲学家乔纳森·伯奇表示，此类发现正在影响动物福利政策。伯奇领导的一项独立审查，旨在审查章鱼、螃蟹和龙虾等动物拥有感知能力的证据，促使这些物种在2022年根据英国《动物福利（感知）法案》与所有脊椎动物一样受到更严格的保护。
去年，数十名科学家签署了一份宣言，指出其他哺乳动物和鸟类拥有意识的“强有力的科学依据”，所有脊椎动物（包括爬行动物和鱼类）以及许多无脊椎动物（如软体动物和昆虫）都拥有意识的“至少是现实的可能性”。
科学家们现在呼吁认真思考某些生物材料（例如脑器官）是否能够产生意识，以及机器意识可能是什么样子。
以色列特拉维夫大学的神经科学家利亚德·穆德里克 (Liad Mudrik) 表示：“如果有一天这些系统拥有了意识，我认为了解这一点对我们最有利。”
实验室培育的大脑能够产生意识吗？
一些人工智能系统，例如大型语言模型（LLM），在被问及是否具有意识时能够迅速做出反应。但研究人员表示，机器文本字符串不能作为意识存在的证据，因为LLM是使用旨在模仿人类反应的算法进行训练的。“我们认为言语行为甚至解决问题的能力都不能充分证明人工智能系统具有意识，尽管我们认为[这些特征]相当有力地证明了生物系统具有意识，”澳大利亚墨尔本莫纳什大学的哲学家蒂姆·贝恩说道。
一些研究人员认为，目前形式的人工智能永远无法发展出内在生命。Koch 表示，这是一种名为“整合信息理论” 13的意识理论的观点。然而，他表示，根据该理论，量子计算机等未来技术或许有一天能够支持某种形式的体验。
目前尚无针对机器意识的既定测试，只有初步建议。通过借鉴意识的生物学基础理论，一个研究小组提出了一份标准清单，如果满足这些标准，则表明人工智能系统很可能具有意识14。根据这种观点，如果人工智能系统在一定程度上模仿人类大脑中产生意识的计算——从而复制大脑处理信息的方式——这将是该系统可能具有意识的一个线索。一个关键的限制是，研究人员还不知道哪些理论（如果有的话）正确地描述了人类意识是如何产生的。
另一项提案是，研究人员将使用不包含意识信息或与内心生活存在相关内容的数据来训练人工智能系统。意识测试会询问与情绪和主观体验相关的问题，例如“现在的你感觉如何？”，并判断答案。但一些研究人员怀疑，能否有效地将所有与意识相关的训练数据从人工智能系统中排除，或普遍信任其答案。
目前，大多数意识测试都是针对特定系统设计的，无论是人类、动物还是人工智能。但如果意识系统拥有共同的底层本质（正如一些研究人员所言），那么就有可能揭示这些共同的特征。这意味着可能存在一种通用的检测意识的策略。
2020 年，贝恩和他的合著者、英国伦敦大学哲学家尼古拉斯·谢伊（Nicholas Shea）提出了一种实现这一目标的方法，并在去年的一篇论文中与其他哲学家和神经科学家一起进一步发展。这种方法依赖于将不同的测量指标相互关联，首先关注人类，然后逐渐扩展到非人类系统。
该过程首先将几项现有测试应用于健康成年人：即科学家确信其有意识的人群。在初始组中成功的测试将获得较高的置信度评分。接下来，研究人员将这些经过验证的测试应用于略有不同的人群，例如处于麻醉状态的人群。研究人员比较测试结果并相应地调整置信度评分，结果一致的测试将获得更高的置信度评分。
这些步骤在分化日益加剧的群体中重复进行，例如在其他人群中，最终在非人类系统中。“这是一个迭代的过程，”穆德里克说。
一些科学家对普遍性测试能否存在表示怀疑。“如果没有一个被广泛接受的意识理论，我认为永远不可能有普遍性的测试，”科赫说。“而且这个理论最终只能在人类身上得到验证，因为毫无疑问，你我都是有意识的。”
贝恩说，由于没有评估不同群体意识的黄金标准方法，他和谢伊提出的策略是通过收敛证据来解决这个问题。
穆德里克目前正致力于将这一概念转化为可付诸实践的技术。第一步是梳理出已应用于意识障碍患者的不同测试，并比较它们的表现结果。然而，她表示，协调多个实验室对不同人群进行测试的成本很高，因为许多测试依赖于昂贵的成像技术。将这一策略扩展到非人类群体——包括那些没有语言或大脑的群体——将更加复杂。
一个挑战是如何组织这些群体，以确定测试的实施顺序。目前尚不清楚科学家能否相信自己的直觉。例如，他们还无法确定人工智能系统是否应该被认为比虎皮鹦鹉或蜜蜂更接近有意识的人类。
穆德里克说：“为了将这些概念性建议充实为实际的研究计划，我们还有很多工作要做。”
来源：人工智能学家
