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我们何时开始拥有意识？

来源：晰数塔互联网快讯时间：2023年11月30日 10:11

从创世寓言到现代物理学，人类总想解决同一类问题：一切怎样从无到有。在意识的故事中也是如此——意识之光如何出现，又在何时出现？前一个问题目前我们无法回答，对后一个问题，目前也还没有公认的观点。我们只知道，它应该出现于我们的婴儿时代。虽然我们每个人都曾是婴儿，但婴儿的意识对我们来说仍然是个谜。

在母亲怀孕三个月时，神经系统开始形成，此时人类尚且缺乏意识。而在一岁时，婴儿已具备了广泛的感知和认知能力，并能产生丰富的交流行为，此时人类已经获得意识。从无意识到有意识的转变有着何种神经机制？发生这种转变的时间节点又是什么呢？

目前，对人类何时获取意识的问题，学界存在早发（early-onset views）和晚发（late-onset views）两种观点。顾名思义，早发观点认为人类获取意识的时间很早，而晚发观点则相反。这两种观点各有支持者。

支持晚发观点的学者认为，意识需要有对心理状态本身进行表征的能力。例如，克里斯·弗里斯（Chris Frith）将意识的内容等同于“可分享的知识”，认为意识涉及“独立于自我中心协调体编码”的表征，即认为意识的主要功能，是允许有意识的个体与其他有意识的存在进行高水平的互动[1]。这样的意识显然不太可能在儿童一岁之前获得。

同样也有很多支持早发观点的证据。例如，足月新生儿对非随机刺激表现出视觉跟随和凝视[2]，最近的一项研究甚至发现，4个月大的婴儿大脑中，就有视觉和体感皮层之间的相互作用[3]，而且足月新生儿还能对环境做出与植物人状态的脑损伤患者（UWS）不同的反应[4]。

这个问题的争论焦点在于，如何确定意识出现的标志？何种状态，或者是具备了什么样的能力，能够说明生命体开始拥有了意识？

由于意识是一种主观现象，试图确定婴儿期是否存在意识，在方法上也面临着严峻的挑战。因为很明显，研究成人和年长儿童意识的标准工具，如提供口头报告的能力或追踪意识的能力，在婴儿期并不适用。

目前，影响力较高的意识理论，有高阶表征理论（higher-order representation theories，HOTs）、局部再进入理论（local re-entry theory，LRT）、综合信息理论（integrated information theory，IIT）和全局工作空间理论（global workspace theory，GWT）。尽管这些理论在很多方面存在差异，但几乎都认为丘脑皮层系统对维持意识具有重要意义。可以说，丘脑皮层系统这一结构被广泛认为是意识存在的先决条件。

最近发表于《认知科学趋势》的一项研究[5]，通过对功能网络连接、注意力、多模态整合以及大脑皮层对全脑怪球反应（一种研究范式，详见后文）的结果分析，提出意识很可能在婴儿还未出生的早期丘脑皮层连接首次建立时（胎龄24到26周）就已存在，并提出了支持此观点的四个证据。

Bayne T， Frohlich J， Cusack R， Moser J， Naci L. Consciousness in the cradle: on the emergence of infant experience. Trends Cogn Sci. 2023 Dec;27(12):1135-1149. doi: https://doi.org/10.1016/j.tics.2023.08.018

值得注意的是，该研究将“有意识”定义为“有经验观念”，即只有生物体具有主观视角和某种感觉时，才能被认为是有意识的。不同种类的意识状态之间的区别，在于所经历的感受。例如，看到一张脸的感觉与听到一段旋律的感觉是不同的。研究者同时强调，他们关注的是“核心”或“初级”意识的发展，而不是反思、自我意识等高级意识特征。

支持这种早发观点的四个证据

证据一

与意识能力相关的内在连接网络在大脑发育早期就已经存在并活跃。默认模式网络（default mode network，DMN）是这些网络中最突出的网络之一。大脑在无任务的静息状态下会默认这种活动模式，常见的发呆和自我意识过程，就是在这种模式下完成的。成人麻醉和严重脑损伤后意识恢复的研究表明，DMN和前顶叶网络 [尤其是背侧注意网络（DAN）和执行控制网络（ECN）] 活动之间的相互调节，与意识有关[6]。

以往的研究未能发现婴儿中存在初级以上DMN的证据，但最近的一项关于新生儿fMRI数据集的研究[7]发现，足月婴儿DAN、ECN和其他基础神经网路已经区分开，且DMN和DAN之间存在相互关系。这说明，与意识相关的神经回路的关键特征，在出生时就已存在。

证据二

虽然注意力和意识的机制有明显区别，但不可否认，二者有着千丝万缕的关联。注意分为自上而下和自下而上两种类型。自上而下的注意是自发的，有内在驱动力，是我们调动身体去做一些行为，例如婴儿想要喝水而看向水杯；自下而上的注意是外在的，由于外部改变迫使机体做出行为，例如婴儿在水杯移动时看向水杯。

自上而下的注意大约在婴儿3-6个月大时出现，将这种注意作为意识发生的标志，在学界并无异议。但是，最近的一项研究[8]发现，婴儿自下而上的注意力与成人的前顶叶和丘脑网络相同，这表明自下而上的注意或许也足以产生意识，注意力与意识之间的联系可能早在3个月大时就已存在。

证据三

我们的大脑在神经活动过程中，经常会将不同的特征结合在一起，成为一个统一的、有其组成元素之外信息的有机整体。这种大规模递归结构涉及到的信息整合，主要分为时空整合、多感官整合、语义整合和新信息整合，当刺激越复杂或新奇，整合就越需要意识。

麦格克效应是指，当视觉看到的一种声音与耳朵听到的另一种声音不匹配时，会让人们神奇地察觉到第三种声音。目前认为多感觉整合只会出现在有意识状态下才会发生，具体的案例是，当使用闪光抑制来阻止视觉刺激进入意识时，麦格克效应就会消失。而婴儿4个月大时就能发现间歇性的麦格克效应，到了5个月大时，麦格克效应一致会出现。

证据四

听觉怪球范式（auditory odd-ball paradigm）是针对意识障碍而提出的，其前身“怪球范式”最初是种视觉研究方法，指的是在向被试展示成序列的方块中，偶尔插入一个圆球，因为圆球出现在方块当中，看起来相当怪异，因此得名“怪球”。被试在这种实验中产生的P300波对二阶听觉怪球的反应，对意识表现特异性。P300波指的是一种在接收刺激后300毫秒内出现的、波幅较大的正电波，而表现特异性即是说，P300波的这种反应似乎仅与意识相关。

值得注意的是，这种反应也可以在微意识状态（minimally conscious state，临床上可能处于昏迷到觉醒的过渡期，此时患者能够对周围环境作出反应，并能够执行指令）患者中发现，但不能在无反应觉醒综合征（unresponsive wakefulness syndrome，指患者处于不可逆的深昏迷状态，丧失意识）患者中发现。

最近，一项使用脑磁图（MEG）进行的研究[9]发现，新生儿和胎龄超过35周的胎儿对全脑怪球范式有类似P300的反应，并且能够与听觉网络进行交互，这表明注意和高阶区域的成熟比人们想象的要早。但值得商榷的是，因为婴儿和胎儿反应的参数与成人P300反应的参数不同，所以相关数据与成人相比出现延迟。而且，还有其他证据表明，似乎在没有意识的情况下，被试也能获得P300波，但不可否认，全脑怪球反应公认在检测意识方面具有优于偶然的准确性。

将成人意识研究方法推广到婴儿身上，还有很多亟待解决的问题。考虑到婴儿研究的特殊性，实验人员通常会选择安装快捷、对运动伪影影响小的神经测量工具。例如，利用脑电图（EEG），可以灵活地将电极安装到婴儿头部，但需要额外调整通道阻抗，而且婴儿的头骨包含囟门，会导致EEG信号不均匀。不过，如果能使用3D打印头盔式脑磁图，以应用于不同婴儿的头型，需要的阻抗设置时间就更短，婴儿数据也更易获取。

除了记录技术本身的创新，我们还需要创新的实验方法和分析。迄今为止，检测意识的最复杂扰动方法是扰动复杂性指数（PCI），在这种方法中，通过经颅磁刺激（TMS）脉冲对大脑皮层进行扰动，以此通过脑电图测量复杂的大脑皮层反应。但对于婴儿来说，用感官刺激替代TMS会使得PCI方法更有效。

确定意识何时开始以及以何种形式开始这一问题远未解决，现如今，婴儿意识研究已成为意识科学的一个合法领域，并为研究人类意识的产生提供思路。

虽然对大脑发育的深入理解，可能会推动我们对意识起源的理解，但要理解发育数据对意识产生的影响，还需要我们更好地理解意识的神经和功能基础，同时改进收集婴儿发育中大脑信息的方法，发展出一套完整的、广为接受的意识理论。

参考文献

[1]Frith， Chris. “Consciousness Is for Other People.” Behavioral and Brain Sciences， vol. 18， no. 4， 1995， pp. 682–683.， doi:10.1017/S0140525X00040474.

[2]Dayton Jr.， G.O.Jones M.H. Analysis of characteristics of fixation reflexes in infants by use of direct current electrooculography. Neurology. 1964; 14: 1152-1156

[3]Orioli， G.， Parisi， I.， van Velzen， J.L. et al. Visual objects approaching the body modulate subsequent somatosensory processing at 4 months of age. Sci Rep 13， 19300 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-45897-4

[4]van der Vaart M. et al. Premature infants display discriminable behavioral， physiological， and brain responses to noxious and non-noxious stimuli. Cereb. Cortex. 2022; 32: 3799-3815

[5]Bayne T， Frohlich J， Cusack R， Moser J， Naci L. Consciousness in the cradle: on the emergence of infant experience. Trends Cogn Sci. 2023 Dec;27(12):1135-1149. doi:https://doi.org/10.1016/j.tics.2023.08.018

[6]Haugg， Amelie; Cusack， Rhodri; Gonzalez-Lara， Laura E; Sorger， Bettina; Owen， Adrian M; Naci， Lorina (2018). Do Patients Thought to Lack Consciousness Retain the Capacity for Internal as Well as External Awareness? Frontiers in Neurology， 9:492.

[7]Hu， H.， Cusack， R.， & Naci， L. (2022). Typical and disrupted brain circuitry for conscious awareness in full-term and preterm infants. Brain communications， 4(2)， fcac071. https://doi.org/10.1093/braincomms/fcac071

[8]Ellis， C. T.， Skalaban， L. J.， Yates， T. S.， & Turk-Browne， N. B. (2021). Attention recruits frontal cortex in human infants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 118(12)， e2021474118. https://doi.org/10.1073/pnas.2021474118

[9]Moser， J.， Schleger， F.， Weiss， M.， Sippel， K.， Dehaene-Lambertz， G.， & Preissl， H. (2020). Magnetoencephalographic signatures of hierarchical rule learning in newborns. Developmental cognitive neuroscience， 46， 100871. https://doi.org/10.1016/j.dcn.2020.100871

本文来自微信公众号：神经现实（ID：neureality），作者：瓜瓜，编辑：骐迹