理解自我可能是当今最大的科学挑战

2014年，中国一名24岁的女士因持续一个月的头晕和呕吐而入院。她对这些症状并不陌生，因为她一直都无法稳步行走，而且几乎生来就饱受头晕之苦。这些都是十分严重、令人虚弱的症状。然而，从CT和核磁共振（MRI）扫描的诊断结果来看，这些症状甚至可以算十分轻微；医生发现，这位女士缺失了大部分的大脑，确切的说，她缺失了小脑。

在她的大脑“舞台”上，大多数角色都还在场：大脑皮层，大脑最大和最外层的部分，负责我们大部分的思维和认知；下皮层与中脑，负责多种功能，包括运动、记忆和身体调节等；脑干，是控制呼吸、睡眠以及与身体其他部位交流的重要部位。在这名女患者的大脑中，这些结构都正常发挥着功能。

然而，所有这些区域都不具有绝大多数的神经元，即通过释放脉冲来传递信息或运动指令的神经细胞。这种区别体现在小脑上，一个位于脑干后部、大脑皮层下方的结构。高度紧凑的小脑只占大脑体积的10%，但却包含了大脑50%到80%的神经元。事实上，正因为如此，我们才说这位住院的女士失去了大部分大脑。

更令人难以置信的是，她活了将近25年之后才知道自己的小脑缺失了。与之相比，大脑皮层的神经元数量远少于小脑，但中风和大脑皮层损伤的患者可能会失去识别颜色、面孔和理解语言的能力，有时可能会发展成所谓的“意识障碍”，一种导致反应能力丧失或意识完全丧失的疾病。

为什么大脑的神经元网络感觉像是一种体验？

理解意识可能是我们这个时代最大的科学挑战。生理的东西（如电脉冲）将如何解释心理的东西（如梦或自我感觉）？为什么大脑中的神经元网络给人以一种体验的感觉，而电脑或者人群的社交网络却没有这种感觉？

这个问题看起来似乎不可能解决。然而，意识障碍的误诊率在9%至40%之间，这方面迫切需要取得进展。这就要求研究意识的科学家更加努力，否则我们永远也不会知道受伤的病人是否真的失去意识，还是尽管没有反应，但仍有潜在的意识。没有这些知识，医生如何知道病人是否有可能康复，或者停止治疗是否合乎道德？

许多潜意识清醒的病人并不同于流行文化中描绘的病人，比如法国记者让-多米尼克·鲍比。他的脑干因为中风而损伤，全身不能自主活动，只有左眼睑能够眨动。在医院的病床上，鲍比用眨眼睛的方式选择需要的字母，拼出单词，记录下自己中风之后那段痛苦的经历。这本名为《潜水钟与蝴蝶》（1997）的回忆录一共用了大约20万次眨眼完成。鲍比的症状在临床上被称为“闭锁综合征”，其自发性控制能力的丧失是由脑干受损造成的，而脑干对控制身体的其他部分以及与外界沟通都至关重要。

具有内隐意识的不仅有闭锁综合征患者，还包括大脑皮层受损的患者。对于后者，内隐意识更难识别，因为这些患者保留的心智能力很可能已经受损。例如，某个患者没有反应的原因可能不是没有意识，而是因为大脑皮层的损伤使其失去了理解口语的能力。

而且，与鲍比不同的是，这些患者的大脑核磁共振图像显示了更广泛的大脑损伤，意味着神经学家无法确定他们是否具有意识。即使在这些病人睁开眼睛并从昏迷中醒来，通常也会出现完全缺乏反应或无法自主运动的情况，从而被诊断为植物人状态，也被称为“无反应觉醒综合征”（unresponsive wakefulness syndrome）。

检测意识的存在

为了检测被诊断为意识障碍的患者的隐性意识，由美国加州大学洛杉矶分校的马丁·蒙蒂等研究者组成的国际研究团队进行了一项聪明的实验，对一些在其他情况下没有反应的患者在接到指令时产生的心理意象进行研究。研究小组让54名病人轮流进行了脑部扫描，这些病人有的会做出与其他病人不一致的反应，有的则完全没有反应。研究人员用功能性核磁共振成像（fMRI）对他们的大脑功能进行扫描，以推断出有多少部分（如果有的话）可能具有内隐意识。马丁·蒙蒂说：“在少数情况下，我们可以使用核磁共振检测出病人的一些意识，尽管他们在其他情况下看起来是无意识的。”

蒙蒂和同事们首先让看起来已经失去意识的病人想象自己在家中行走。“除了一名参与者外，我们在所有参与者的海马旁回都看到了fMRI的活跃图像，”该项目的另一名研究人员阿德里安·欧文说道。但是，仅仅让人们想象自己在家里行走是不够的。为了增强他们的信心，让他们相信接受扫描时是清醒并遵循指示的，研究人员还尝试进行第二个任务，这将涉及不同的激活模式。最后，蒙蒂和欧文的同事梅勒妮·博利提到，根据这项研究，复杂的任务可能比简单的任务更有效。欧文回应道：“网球怎么样？”

让研究人员非常高兴的是，让健康的参与者想象打网球时，得到了清晰一致的大脑激活信号。那么，同样的任务是否也适用于意识内隐的病人呢？一旦进入核磁共振机器，研究人员要求无反应的病人想象两项任务——打网球或在家里走动——中的一项。蒙蒂表示，谁也说不准最后会有多少病人出现反应。但在第一次实验中，研究小组就“一击即中”，他们发现一个原本没有反应的病人似乎理解了打网球的任务。该病人符合植物人诊断的所有标准，但实际上是具有意识的。

这项最终发表于2010年的研究，既让人充满希望，又发人深省：54名接受核磁共振扫描的患者中，有5人能够根据要求生成心理意象，这证明了他们的大脑能够思考、感受和理解，但不能交流。那么，这些患者是否可以利用这两项任务来回答问题，比如通过心理意象本身来回答“是”或“不是”，情况会怎样呢？

简而言之，“是”可以通过想象打网球来表达，而“不是”可以通过想象在家里走动来表达。研究团队再一次在首次尝试中就取得了成功。在询问病人几个问题——比如“你父亲的名字是托马斯吗？”——之后，研究人员收到了相应的反应，这些反应由每个任务的签名图像显示，并记录在核磁共振成像中。蒙蒂说：“事实证明，即使是看似昏迷的病人，也具有比用标准临床方法观察到的更多的认知功能。”

麻醉状态能揭示什么？

美国密歇根大学的另一组研究人员追随蒙蒂及其同事的脚步，在2018年发表了一项研究，他们使用了一项类似的功能磁共振成像（fMRI）心理意象任务，来展示麻醉状态下的内隐意识。五名健康的参与者为了科学目的而接受了全身麻醉，使用了药物异丙酚（propofol），其中一人做到了本不可能做到的事情：在扫描仪中根据要求产生了心理意象。该研究的暗示很明显：当外科医生将我们麻醉时，我们并不一定处于愉悦的无意识状态中。

fMRI的网球任务表明，在全身麻醉和植物人状态之下，意识偶尔会潜伏起来。不过，这项任务的有效性取决于病人能否听到问题并理解口头语言，而这一假设并不总是适用于大脑受损的人。

意识也可以在没有理解或听到语言的情况下产生。在这些情况下，病人可能仍然会感到疼痛、无聊甚至是无声的梦境。事实上，如果患者大脑皮层的某些区域受损，当他们听不到蒙蒂团队提出的问题时，生动的意识体验可能仍会持续存在。正因为如此，核磁共振扫描可能会忽略许多具有意识的人。我们需要另一种意识标记，作为一种高级的意识探测器，而不是依赖大脑损伤的患者在能听到或理解语言的情况下，可以随意产生的心理意象。

意识是一个谜。大量的科学理论试图解释为什么我们的大脑是在体验世界，而不是简单地接收输入并毫无感觉地产生输出。其中一些理论认为，意识就“在那里”，比如由英国理论物理学家罗杰·彭罗斯爵士和美国麻醉学家斯图尔特·哈默罗夫提出的一个理论框架。