原文作者：Mariana Lenharo

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來(lái)自人類(lèi)大腦研究的見(jiàn)解可為科學(xué)家探索各種可能的意識(shí)形式提供參考。

插圖：Pawe? Jońca

2005年末，一場(chǎng)車(chē)禍發(fā)生五個(gè)月后，一名23歲女性毫無(wú)反應(yīng)地躺在醫(yī)院病床上。她因嚴(yán)重腦損傷未顯現(xiàn)出任何意識(shí)跡象，但當(dāng)研究人員掃描其大腦并要求她想象打網(wǎng)球時(shí)，驚人的一幕出現(xiàn)了：與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的腦區(qū)在她的掃描圖像上被激活了[1]。

這項(xiàng)由神經(jīng)科學(xué)家Adrian Owen及其同事設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)表明，該女性不僅理解了指令，還決定配合——盡管她似乎毫無(wú)反應(yīng)。現(xiàn)就職于加拿大倫敦市西安大略大學(xué)的Owen團(tuán)隊(duì)由此開(kāi)創(chuàng)了檢測(cè)意識(shí)的新方法。與此前某些依賴(lài)觀察整體腦活動(dòng)的測(cè)試不同，該策略精準(zhǔn)鎖定了與研究者語(yǔ)音指令直接關(guān)聯(lián)的神經(jīng)活動(dòng)區(qū)域。

該策略此后被應(yīng)用于數(shù)百名無(wú)反應(yīng)患者，結(jié)果顯示許多人仍保有內(nèi)在意識(shí)活動(dòng)，并至少在一定程度上感知周?chē)澜纭?/strong>2024年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，每四名身體無(wú)反應(yīng)者中，就有一人能夠通過(guò)腦活動(dòng)顯示出理解并遵循指令的能力，例如想象打網(wǎng)球或穿行熟悉空間[2]。這些測(cè)試依賴(lài)先進(jìn)的神經(jīng)影像技術(shù)，因其高昂成本及專(zhuān)業(yè)要求，目前主要限于研究場(chǎng)景。但自2018年起，醫(yī)療指南已開(kāi)始建議將此類(lèi)測(cè)試應(yīng)用于臨床實(shí)踐[3]。

自這些方法問(wèn)世以來(lái)，科學(xué)家們持續(xù)開(kāi)發(fā)探索更深層次意識(shí)的方法。此事關(guān)系重大——全球目前有數(shù)萬(wàn)人處于持續(xù)性無(wú)反應(yīng)狀態(tài)。對(duì)其意識(shí)水平的評(píng)估能指導(dǎo)關(guān)鍵治療決策（例如是否維持生命支持系統(tǒng)）。研究還表明，在住院的無(wú)反應(yīng)患者中，具有隱藏意識(shí)跡象者比無(wú)此跡象者更有可能康復(fù)（例如參考文獻(xiàn)[4]）。

部分表面處于持續(xù)性無(wú)反應(yīng)狀態(tài)的患者，在接收到想象特定任務(wù)的指令時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出與健康人群相似的腦活動(dòng)模式。來(lái)源：Adrian M. Owen

對(duì)更優(yōu)意識(shí)檢測(cè)方法的需求不止于人類(lèi)。探測(cè)其他物種的意識(shí)（可能以截然不同的形式存在）有助于理解這些生物如何體驗(yàn)世界，并對(duì)動(dòng)物福利政策產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。研究人員正積極探討人工智能系統(tǒng)是否可能在未來(lái)產(chǎn)生意識(shí)——去年，一群哲學(xué)家與計(jì)算機(jī)科學(xué)家發(fā)布報(bào)告[5]，敦促AI公司開(kāi)始測(cè)試其系統(tǒng)是否存在意識(shí)跡象，并制定應(yīng)對(duì)此類(lèi)情況的相關(guān)政策。

英國(guó)薩塞克斯大學(xué)的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家Anil Seth指出：“這些曾經(jīng)略顯抽象的情境正變得日益緊迫現(xiàn)實(shí)?！苯衲晁脑拢琒eth與其他研究人員聚集于北卡羅來(lái)納州達(dá)勒姆市，在杜克大學(xué)參加會(huì)議，共同探討針對(duì)人類(lèi)（包括腦損傷患者、胎兒及嬰兒）、其他動(dòng)物及人工智能系統(tǒng)的意識(shí)檢測(cè)方法。

盡管科學(xué)家普遍認(rèn)為現(xiàn)有檢測(cè)方法仍有巨大改進(jìn)空間，但許多人將基于功能性磁共振成像（fMRI）和腦電圖（EEG）的意識(shí)測(cè)試技術(shù)視為該領(lǐng)域的重大進(jìn)展之一。華盛頓州西雅圖艾倫腦科學(xué)研究所榮譽(yù)研究員、神經(jīng)科學(xué)家Christof Koch說(shuō)：“40年前根本無(wú)法想象，我們能夠擁有多種可用于檢測(cè)無(wú)反應(yīng)者意識(shí)的實(shí)踐方法候選方案——這已是重大進(jìn)步?！?/p>

意識(shí)的多維度檢測(cè)

科學(xué)家對(duì)人類(lèi)意識(shí)的本質(zhì)仍存分歧，但多數(shù)人將其描述為“內(nèi)在生命”或“主觀體驗(yàn)”。這種特性使意識(shí)成為絕對(duì)隱私領(lǐng)域：個(gè)體僅能確定自身意識(shí)的存在。雖然可通過(guò)行為表現(xiàn)推斷他人是否具有意識(shí)，但這種方法對(duì)于因嚴(yán)重腦損傷或神經(jīng)系統(tǒng)疾病而喪失表達(dá)能力的人群往往失效。

意大利米蘭大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Marcello Massimini將這類(lèi)疑難病例的意識(shí)評(píng)估比作剝洋蔥：外層是臨床常規(guī)行為觀察評(píng)估，例如要求患者進(jìn)行兩次握拳動(dòng)作，或呼喚其姓名觀察是否轉(zhuǎn)向聲源。執(zhí)行此類(lèi)指令的能力是意識(shí)存在的標(biāo)志。臨床醫(yī)生還會(huì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)無(wú)反應(yīng)患者是否出現(xiàn)一致性自主運(yùn)動(dòng)（如刻意眨眼或定向凝視），這些動(dòng)作可能成為其溝通渠道。研究人員對(duì)嬰兒也采用類(lèi)似測(cè)試，例如觀察其眼球?qū)Υ碳さ姆磻?yīng)軌跡[6]。

對(duì)于能夠聽(tīng)見(jiàn)并理解語(yǔ)音指令卻無(wú)法回應(yīng)行為測(cè)試的患者，第二層評(píng)估需觀察其接收指令后的大腦活動(dòng)——正如2005年案例中那位女性所示。Massimini指出：“若發(fā)現(xiàn)與特定主動(dòng)任務(wù)對(duì)應(yīng)的腦激活特征（例如想象打網(wǎng)球時(shí)前運(yùn)動(dòng)皮層的激活），其指示意識(shí)存在的價(jià)值與握拳回應(yīng)等同?！边@類(lèi)患者被認(rèn)定為存在認(rèn)知運(yùn)動(dòng)分離，屬于隱蔽意識(shí)范疇。

然而紐約威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家Nicholas Schiff指出、此類(lèi)檢測(cè)的門(mén)檻過(guò)高：它們需要受試者維持?jǐn)?shù)分鐘持續(xù)專(zhuān)注。他是2024年研究[2]表明四分之一無(wú)反應(yīng)者可能具有意識(shí)的共同作者，該研究同時(shí)納入了具有可觀察外部意識(shí)跡象的對(duì)照組，其中僅38%通過(guò)測(cè)試。Schiff強(qiáng)調(diào)：“即使健康受試者也會(huì)受走神和困倦干擾。”

Massimini指出，對(duì)此類(lèi)測(cè)試未通過(guò)者的意識(shí)評(píng)估需進(jìn)入洋蔥模型的第三層級(jí)：臨床醫(yī)生不要求患者主動(dòng)執(zhí)行認(rèn)知行為，而是通過(guò)呈現(xiàn)刺激信號(hào)并檢測(cè)大腦神經(jīng)激活模式來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)估。

在2017年的一項(xiàng)研究中，研究人員向急性嚴(yán)重創(chuàng)傷性腦損傷患者播放約翰·肯尼迪總統(tǒng)就職演說(shuō)24秒片段[7]，同時(shí)以聲學(xué)特征相似但無(wú)語(yǔ)言意義的倒放音頻作為對(duì)照；只有前者預(yù)計(jì)會(huì)引發(fā)大腦的語(yǔ)言處理模式。通過(guò)功能性磁共振成像技術(shù)，該實(shí)驗(yàn)在八名未顯示任何語(yǔ)言理解跡象的患者中，成功檢測(cè)出四人的隱蔽意識(shí)。

研究方法的臨床應(yīng)用復(fù)雜性并非唯一挑戰(zhàn)——這些測(cè)試要求研究者準(zhǔn)確識(shí)別真正反映意識(shí)的腦活動(dòng)模式，因?yàn)槟承┐碳た赡芤l(fā)無(wú)意識(shí)狀態(tài)下的腦部響應(yīng)。Massimini指出：“核心問(wèn)題在于理解意識(shí)感知的神經(jīng)關(guān)聯(lián)機(jī)制。我們雖取得進(jìn)展，但對(duì)這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。”

Massimini指出還存在第四層更為隱匿的意識(shí)維度——科學(xué)家們剛開(kāi)始探索這一領(lǐng)域：即使無(wú)反應(yīng)者的大腦完全與外界隔絕（無(wú)法接收或處理視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)等任何感官輸入），其仍可能保持意識(shí)狀態(tài)[8]。這種體驗(yàn)或類(lèi)似于夢(mèng)境，或如同置身于完全黑暗寂靜的房間，無(wú)法活動(dòng)或感覺(jué)軀體。盡管剝奪了外部感知，其心智仍可保持活躍狀態(tài)，持續(xù)產(chǎn)生思維與內(nèi)在體驗(yàn)。在此情境下，科學(xué)家需完全依靠大腦內(nèi)在特性來(lái)提取意識(shí)存在的證據(jù)。

Massimini及其團(tuán)隊(duì)正在應(yīng)用經(jīng)顱磁刺激技術(shù)——通過(guò)置于頭部的電磁裝置對(duì)大腦進(jìn)行刺激，并借助腦電圖測(cè)量其響應(yīng)——作為評(píng)估意識(shí)的潛在方法。在健康人群中，該技術(shù)能觀測(cè)到反映腦區(qū)間豐富信息交互的復(fù)雜響應(yīng)模式，其團(tuán)隊(duì)通過(guò)新型量化指標(biāo)“擾動(dòng)復(fù)雜性指數(shù)”對(duì)此進(jìn)行測(cè)量[9]：該指數(shù)在清醒健康個(gè)體中顯著高于睡眠或麻醉狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明，該指標(biāo)有助于揭示無(wú)反應(yīng)患者的意識(shí)存在；另有研究者提出可采用此方法的變體來(lái)探究胎兒意識(shí)產(chǎn)生[10]。

Massimini與Koch等人聯(lián)合創(chuàng)辦的Intrinsic Powers公司，正致力于開(kāi)發(fā)基于該技術(shù)的工具以檢測(cè)無(wú)反應(yīng)人群的意識(shí)狀態(tài)。

超越人類(lèi)范疇的意識(shí)評(píng)估

隨著研究范疇向非人類(lèi)領(lǐng)域延伸，意識(shí)評(píng)估變得更具挑戰(zhàn)性：一方面非人類(lèi)動(dòng)物無(wú)法傳達(dá)其主觀體驗(yàn)；另一方面，其他物種的意識(shí)形式可能與人類(lèi)認(rèn)知迥異。

某些用于人類(lèi)意識(shí)評(píng)估的測(cè)試可應(yīng)用于其他物種：例如研究者已在大鼠中應(yīng)用擾動(dòng)復(fù)雜性指數(shù)，并發(fā)現(xiàn)與人類(lèi)相似的腦活動(dòng)模式[11]。但更典型的測(cè)試依賴(lài)于尋找能表明感知能力（即具有即時(shí)情緒與感覺(jué)體驗(yàn)的能力，包括疼痛體驗(yàn)）的行為實(shí)驗(yàn)——部分研究者認(rèn)為感知力是意識(shí)的基礎(chǔ)，無(wú)需具備反思這些情緒的能力。

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，章魚(yú)在經(jīng)歷疼痛刺激后持續(xù)回避其先前偏好的隔間；當(dāng)對(duì)其施用鎮(zhèn)痛麻醉劑后，它們轉(zhuǎn)而選擇停留在給藥后所處的隔間[12]。這種行為暗示這些動(dòng)物不僅能感受即時(shí)疼痛，還能體驗(yàn)與之持續(xù)的痛苦關(guān)聯(lián)，并能通過(guò)記憶與行動(dòng)來(lái)規(guī)避此類(lèi)體驗(yàn)。

黑猩猩、大象及多種鳥(niǎo)類(lèi)的行為模式表明它們可能具有各種形式的意識(shí)。來(lái)源：Anup Shah, Mark Hamblin/2020VISION/Nature Picture Library

此類(lèi)研究發(fā)現(xiàn)已在影響動(dòng)物福利政策制定——英國(guó)倫敦政治經(jīng)濟(jì)學(xué)院Jeremy Coller動(dòng)物感知研究中心主任、哲學(xué)家Jonathan Birch指出。由Birch主導(dǎo)的關(guān)于章魚(yú)、螃蟹和龍蝦等動(dòng)物感知能力的獨(dú)立證據(jù)評(píng)估，促使這些物種于2022年與所有脊椎動(dòng)物共同獲得英國(guó)《動(dòng)物福利（感知）法案》的加強(qiáng)保護(hù)。

去年，數(shù)十名科學(xué)家聯(lián)合簽署宣言，聲明其他哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類(lèi)存在意識(shí)具有“有力的科學(xué)依據(jù)”，而所有脊椎動(dòng)物（包括爬行動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)）以及許多無(wú)脊椎動(dòng)物（如軟體動(dòng)物和昆蟲(chóng)）存在意識(shí)“至少具有現(xiàn)實(shí)可能性”。

科學(xué)家正呼吁嚴(yán)肅探討某些生物材料（如腦類(lèi)器官）是否可能產(chǎn)生意識(shí)，以及機(jī)器意識(shí)可能呈現(xiàn)何種形態(tài)。

以色列特拉維夫大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Liad Mudrik指出：“倘若這些系統(tǒng)終將產(chǎn)生意識(shí)，我認(rèn)為我們還是知情的好?！?/p>

部分人工智能系統(tǒng)（如大型語(yǔ)言模型）在被問(wèn)及是否具有意識(shí)時(shí)會(huì)迅速作出回應(yīng)，但研究者指出機(jī)器生成的文本不能作為意識(shí)存在的證據(jù)——因?yàn)檫@些模型通過(guò)專(zhuān)門(mén)模擬人類(lèi)反應(yīng)的算法進(jìn)行訓(xùn)練。澳大利亞莫納什大學(xué)哲學(xué)家Tim Bayne表示：“雖然言語(yǔ)行為甚至問(wèn)題解決能力是生物系統(tǒng)意識(shí)的良好證據(jù)，但放到人工智能系統(tǒng)中，我們認(rèn)為這些特征并不足以證明它們有具有意識(shí)?！?/p>

部分研究者認(rèn)為現(xiàn)有形式的人工智能永遠(yuǎn)無(wú)法發(fā)展出內(nèi)在體驗(yàn)。Koch指出，這正符合“整合信息理論”對(duì)意識(shí)的闡釋立場(chǎng)[13]；但根據(jù)該理論，未來(lái)技術(shù)（如量子計(jì)算機(jī)）或許某天能支持某種形式的意識(shí)體驗(yàn)。

目前尚無(wú)成熟的機(jī)器意識(shí)檢測(cè)方法，僅有初步提案。有個(gè)研究團(tuán)隊(duì)基于意識(shí)生物學(xué)基礎(chǔ)理論提出了一套標(biāo)準(zhǔn)清單，若滿(mǎn)足這些條件則表明人工智能系統(tǒng)可能具有意識(shí)[14]。該觀點(diǎn)認(rèn)為，若AI系統(tǒng)能在一定程度上模擬人腦產(chǎn)生意識(shí)的運(yùn)算過(guò)程（即復(fù)現(xiàn)大腦信息處理機(jī)制），則可作為系統(tǒng)可能具備意識(shí)的線(xiàn)索。關(guān)鍵局限在于研究者尚不確定何種理論（若有）能正確闡釋人類(lèi)意識(shí)的產(chǎn)生機(jī)制。

另一項(xiàng)提案建議研究者使用不包含意識(shí)相關(guān)信息或內(nèi)在體驗(yàn)內(nèi)容的數(shù)據(jù)訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)，隨后通過(guò)提出涉及情緒與主觀體驗(yàn)的問(wèn)題（例如“你當(dāng)下的存在體驗(yàn)如何？”）并評(píng)估其回答來(lái)進(jìn)行意識(shí)測(cè)試。但部分研究者質(zhì)疑該方法能否有效排除所有與意識(shí)相關(guān)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并對(duì)系統(tǒng)回答的可信度持保留態(tài)度。

通用檢測(cè)路徑

目前大多數(shù)意識(shí)測(cè)試方法均針對(duì)特定系統(tǒng)設(shè)計(jì)，無(wú)論是人類(lèi)、動(dòng)物抑或人工智能。但若如部分研究者所主張的——意識(shí)系統(tǒng)具有共同的本質(zhì)特征，則有可能揭示這些共享特性。這意味著檢測(cè)意識(shí)的通用策略可能存在。

Bayne與其合著者、英國(guó)倫敦大學(xué)哲學(xué)家Nicholas Shea于2020年提出實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的路徑[15]，并于去年聯(lián)合其他哲學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家在論文中進(jìn)一步完善[16]。該方法依賴(lài)于不同測(cè)量指標(biāo)間的相互關(guān)聯(lián)，首先以人類(lèi)為研究重點(diǎn)，逐步拓展至非人類(lèi)系統(tǒng)。

該流程首先對(duì)健康成年人（科學(xué)家確信具備意識(shí)的群體）實(shí)施多種現(xiàn)有測(cè)試，初始測(cè)試組中成功的檢測(cè)方法獲得高置信度評(píng)分；隨后研究者將這些驗(yàn)證過(guò)的測(cè)試應(yīng)用于稍不同的群體（如麻醉狀態(tài)下的人群），通過(guò)比較測(cè)試表現(xiàn)并相應(yīng)調(diào)整置信度評(píng)分——結(jié)果一致的測(cè)試獲得更高置信等級(jí)。

該流程將逐級(jí)推廣至差異更大的群體（如其他人類(lèi)亞群），直至延伸至非人類(lèi)系統(tǒng)。Mudrik說(shuō)，“這是一個(gè)迭代優(yōu)化的過(guò)程。”

部分科學(xué)家懷疑是否真的能有通用測(cè)試。Koch表示：“若缺乏被廣泛接受的通用意識(shí)理論，就不可能產(chǎn)生通用測(cè)試——而該理論又只能通過(guò)人類(lèi)驗(yàn)證，因?yàn)槟阄业囊庾R(shí)存在毋庸置疑。"

Bayne指出，由于缺乏跨群體意識(shí)評(píng)估的金標(biāo)準(zhǔn)方法，其與Shea提出的策略旨在通過(guò)收斂證據(jù)來(lái)解決這一難題。

Mudrik正致力于將該理論概念轉(zhuǎn)化為可實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)：首要步驟是系統(tǒng)梳理已應(yīng)用于意識(shí)障礙患者的不同檢測(cè)方法，并比較其效能表現(xiàn)結(jié)果。然而她指出，協(xié)調(diào)多個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)不同群體進(jìn)行測(cè)試的成本高昂，因?yàn)樵S多檢測(cè)依賴(lài)昂貴的成像技術(shù)；若將策略拓展至非人類(lèi)群體（包括無(wú)語(yǔ)言能力或無(wú)大腦結(jié)構(gòu)的生物），其復(fù)雜性將倍增。

當(dāng)前挑戰(zhàn)在于如何劃分群體序列以確定檢測(cè)方法的適用順序——科學(xué)家尚無(wú)法確信其直覺(jué)判斷的可靠性。例如，他們?nèi)詿o(wú)法斷言，人工智能系統(tǒng)是否應(yīng)被視為比虎皮鸚鵡或蜜蜂更接近人類(lèi)意識(shí)水平。

Mudrik表示：“要將這些概念性建議轉(zhuǎn)化為實(shí)際研究計(jì)劃，還有很多工作要做?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

1. Owen, A. M. et al. Science313, 1402 (2006).

2. Bodien, Y. G. et al. N. Engl. J. Med.391, 598–608 (2024).

3. Giacino, J. T. et al. Neurology91, 450–460 (2018).

4. Egbebike, J. et al. Lancet Neurol.21, 704–713 (2022).

5. Long, R. et al. Preprint at arXiv https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.00986 (2024).

6. Passos-Ferreira, C. Neuron112, 1520–1523 (2024).

7. Edlow, B. L. et al. Brain140, 2399–2414 (2017).

8. Bayne, T., Seth, A. K. & Massimini, M. Trends Neurosci.43, 6–16 (2020).

9. Casali, A. G. et al. Science Transl. Med.5, 198ra105 (2013).

10. Frohlich, J. et al. NeuroImage273, 120057 (2023).

11. Arena, A., Comolatti, R., Thon, S., Casali, A. G. & Storm, J. F. eNeuro8, eneuro.0343-20.2021 (2021).

12. Crook, R. J. iScience24, 102229 (2021).

13. Tononi, G. & Raison, C. World Psychiatry23, 309–310 (2024).

14. Butlin, P. et al. Preprint at arXiv https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.08708 (2023).

15. Bayne, T. & Shea, N. Philos. Topics48, 65–83 (2020).

16. Bayne, T. et al. Trends Cogn. Sci.28, 454–466 (2024).
    

原文以How to detect consciousness in people, animals and maybe even AI標(biāo)題發(fā)表在2025年7月29日《自然》的新聞特寫(xiě)版塊上

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Doi：10.1038/d41586-025-02349-5

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