一箱葡萄酒,两位科学家,跨越25年的赌约,终有答案

2023-07-07 09:21 · 生物探索

神经元

1998年,在德国北部不来梅一家烟雾缭绕的酒吧里,神经科学家Christof Koch与哲学家David Chalmers花了一天时间讨论大脑神经元产生意识的机制。Koch认为在接下来的25年里,有人会在大脑中发现一种特定的意识特征,而Chalmers认为根本不可能。几杯酒下肚,争论正酣时,Koch提议以一箱美酒作为赌注,建立一个赌约:大脑神经元产生意识的机制将于2023年前被发现。 

2023年6月23日,两位科学家在意识科学研究协会(ASSC)年会上公开宣布Chalmers获胜,大脑神经元产生意识的机制仍未探明。 

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David Chalmers(左)和Christof Koch(右)25年后的赌注会面(图源:Nature) 

 懂数学Chalmers VS 乐观派Koch 

 现年56岁的Chalmers曾攻读牛津大学数学研究生学位,在国际数学奥林匹克竞赛中获得铜牌。他在10岁时罹患近视,在戴上眼镜的一刹那,激发了对大脑意识的好奇,并希望通过数学解答疑惑。Chalmers表示:“当我戴上眼镜时,世界突然间比以前更深刻、更立体。我基本上理解了双眼视觉的客观机制,以及来自一只眼睛和另一只眼睛的信息如何组合在一起。但为什么这会导致这种主观的变化,世界为什么突然变成了3D?” 

 到达牛津学习数学后的几个月内,Chalmers所做的就是思考意识存在的奥秘,并开始认真考虑转向哲学,以便深入研究这个问题。Chalmers在学习期间休息了一段时间,环游欧洲,并阅读大量哲学书籍,写下对意识的思考。随后。Chalmers决定转道哲学,并从牛津转学到印第安纳大学,在Douglas Hofstadter的指导下攻读博士学位。

Chalmers不信宗教,认为意识理论始终会有科学核心,比如从物理学角度解释化学,或从化学角度解释生物学。Chalmers将意识问题划分为两个部分:容易问题(easy problems)和困难问题(hard problem)。容易问题涉及到对意识现象的描述和功能的解释,例如对感觉、知觉、注意力等的解释。这些问题可以通过科学方法进行研究和解答;然而,困难问题涉及到为什么和如何存在主观体验,为什么我们具有意识状态。主观体验不仅仅是大脑功能的结果,而是一个额外的、无法用物理和功能描述来解释的现象。这些问题超出了科学的范畴,无法通过客观的观察和实验来解释。

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意识赌约源于Koch的研究。20世纪80年代中期,作为一名年轻的科学家,Koch开始与Francis Crick合作,后者发现了DNA的双螺旋结构。但是,两人都感到沮丧,因为科学对意识几乎没有什么新的发现。他们想在大脑中找到一个足以满足特定主观体验的最小物理特征。于是开始了对“意识的神经关联”的探索。

Koch和Crick认为皮层下幽闭的片状结构对意识至关重要。2014年的一项案例研究表明,电刺激女性大脑中的这种结构会导致她茫然地盯着前方,似乎没有意识,直到刺激停止才恢复意识;但另一项研究发现在幽闭结构被脑炎摧毁后,受试者仍保持完全清醒。如今,主流的意识观念更多地与神经元网络的特性有关,而不是与特定细胞的特性有关。

当Koch提出这个赌注时,某些技术进步让他对尽快解开这个谜团持乐观态度:功能性磁共振成像(fMRI)可以测量大脑活动时发生的血流微小变化;光遗传学使科学家能够刺激非人类灵长类动物等动物大脑中的特定神经元。Koch当时是帕萨迪纳加州理工学院的一名年轻助理教授,对技术的进步拥有绝对的信心,认为25年后揭开谜团不是问题。

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下一个25年,或有答案

为了了解神经元如何驱动意识,Koch和Chalmers都参与了一个世界慈善基金会支持的大型项目。该项目建立了一系列“对抗性”实验,通过让竞争对手的研究人员合作研究设计来测试各种意识假设。

6月23日,其中一项实验的结果在ASSC会议上公布。该实验测试了两个主要假设:综合信息理论(IIT)和全球网络工作空间理论(GNWT)。IIT认为意识是大脑中由特定类型的神经元连接形成的一种“结构”,只要某种体验(例如看图像)发生,该结构就会保持活跃。这种结构被认为存在于大脑后部的后皮质中。GNWT 认为当信息通过互连网络传播到大脑区域时,意识就会产生,信息传输发生在体验的开始和结束时,将涉及大脑前额叶皮层。该对抗性实验在六个独立实验室进行,并使用各种补充方法来测量大脑活动。结果尚未经过同行评审,但并不完全符合这两种理论。

参与研究的人员之一、德国法兰克福Max Planck Empirical Aesthetics研究所的神经科学家Lucia Melloni表示:“在实验过程中GNWT的表现比IIT稍差一些。但这并不意味着IIT是正确的,而GNWT是错误的,需要根据新证据重新考虑他们提出的机制。结果表明这两种理论都需要修改,每种理论的修正程度略有不同。关于IIT,我们观察到,后皮层区域确实以持续的方式包含信息。这一发现似乎表明可观察到该理论假设的结构,但并没有像预测的那样,发现大脑不同区域之间持续同步的证据。关于GNWT,意识的某些方面(但不是全部)可以在前额叶皮层中识别。此外,实验还发现了该理论倡导者所假设的证据,但只是在体验的开始阶段,而不是像预测的那样在结束阶段。”

Koch不愿认输,但在ASSC会议的前一天,他还是买了一箱优质葡萄牙葡萄酒来兑现自己的承诺。Koch 表示:“有生之年,我会加倍努力,从现在起25年后探明意识的机制还是有可能的,因为技术正在变得更好。但是,考虑到我的年龄,我可能看不到下一个25年后的结果了。”

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Koch带着葡萄酒走上ASSC舞台,兑现输给Chalmers的赌注(图源:Nature)

相互竞争理论的支持者很少会齐聚一堂,并愿意接受独立研究人员检验他们的预测。这需要很大的勇气和信任,但对于科学进步至关重要。

参考资料:
[1]Lenharo M. Decades-long bet on consciousness ends - and it's philosopher 1, neuroscientist 0. Nature. 2023 Jun 24. doi: 10.1038/d41586-023-02120-8. Epub ahead of print. PMID: 37353639.
[2]The consciousness wager

关键词: 神经元 意识