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1977年春，60岁的弗朗西斯·克里克离开了剑桥大学分子生物学实验室，迁往加利福尼亚的索尔克研究所研究神经科学。克里克不仅睿智，而且和诸多顶级期刊有密切的来往，这使他能够在这些期刊上发表他的思想，因而对这个领域产生了巨大的影响。[48] 神经病学家和作家奥利弗·萨克斯（Oliver Sacks）曾说，与克里克会面“有点像坐在一座智力的核反应堆旁边……我从未有过如此炽热的感觉”。
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在转变研究方向不到一年后，克里克受邀为《科学美国人》杂志的一期特刊撰写了一篇文章，同期受邀的作者还有休伯尔、维泽尔、坎德尔以及其他一些著名神经科学家。[49] 虽然克里克从来没有从事过有关脑的研究，但由他来负责写这期特刊的最后一篇文章。他在文中告诉读者（以及其他作者），科学界需要一种新的方法。克里克没有明确提到意识，但认为研究者应该专注于发展“与大型复杂系统的信息处理直接有关的理论”。
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克里克以身作则，很快转向视觉系统（特别是视觉注意）的研究，将这个主题拆分成易于驾驭的几个方面。他在1984年发表了关于这个问题的第一篇研究论文。这篇论文受到了普林斯顿大学科学家安妮·特雷斯曼（Anne Treisman）工作的启发，但充满了推测性的假设。论文就像炸响的鞭炮一样引起了广泛关注。克里克在论文中大胆地预测，这些假设“适用于所有哺乳动物以及其他系统，比如人类的语言系统”。[50] 顺着特雷斯曼的思路，克里克产生了一种想法，认为可以将注意视作聚光灯：脑会逐次地聚焦在视觉场景的不同元素上，这一功能应该可以在神经元的活动中检测到。克里克提出，“探照灯”是由丘脑的网状复合体（reticular complex）控制的，因此有可能在这个脑区检测到与注意相关的活动。这里问题的关键不在于克里克是对还是错（他错了），而是在于他正在发展一种走近意识的方法——选择一个被明确定义的方向，然后寻找它的神经基础。如果一些相对简单的东西能够被理解，那么更大的问题也有望最终得到解决。
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这个想法在1990年被明确提出，当时克里克发表了他与年轻的德国理论神经科学家克里斯托弗·科赫的第一批合作成果。两人的合作一直持续到2004年克里克去世。在一篇标题带有典型克里克风格的论文《意识的神经生物学理论》（Towards a Neurobiological Theory of Consciousness）中，克里克和科赫提出了一种方法，据说可以找到他们所谓的“意识的神经关联因素”的所在位置。[51] 对我们大多数人来说，“意识”指的是知晓（awareness），那种我们体验世界的神奇方式。然而克里克并没有立即对这个问题产生兴趣，因为他认为用目前的知识是不可能回答这个问题的。相反，他认为通过寻找觉醒状态的关联因素（可以存在于任何动物中），也许就能发现意识出现的先决条件。至于膜电位和突触强度的变化是如何转变成我们对世界的感知和我们作为个体产生的印象的，这将是以后才能回答的问题。很久以后。
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这种方法并不涉及有关意识工作机制的假设，它只是认为生理过程和心智是紧密相关的。但这并不能让哲学家们满意，他们指出克里克的出发点和基本假设——心智在某种程度上与神经活动是同一个东西——与寻找相关性存在冲突。毕竟，相关性不是同一性。[52] 这凸显了哲学家和科学家在研究方法上的差异。对于克里克来说，我们是如何体验这个世界的，以及为什么会以我们现有的方式体验世界，这些并不是他能立即解决的问题，但从原理上讲，建立神经元活动和觉醒之间的相关性是可能的。科学关注的是可行的东西，是可以对假设进行检验的实验，而不是像哲学家喜欢的那样，非要建立一个逻辑绝对严密，可以抵御所有可能反驳的框架。克里克和科赫解释说：
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没有任何关于意识的神经理论能解释有关意识的一切，至少一开始不能。我们将首先尝试构建一个粗略的框架来解释一些主要的方面，并希望这样的尝试能催生更广泛和更细化的模型。[53]
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尽管克里克和科赫的意图是避免暗示在我们的脑中有某种小人在观察着正在发生的事情，然而哲学家丹尼尔·丹尼特（Daniel Dennett）1991年出版的书《意识的解释》（Consciousness Explained ）之所以对他们的文章提出批评，正是这个原因。20世纪80年代末，人们对意识的哲学兴趣开始复兴，并且一直延续至今。丹尼特的这本书正是这个复兴浪潮的一部分。[54] 克里克和科赫写道：“意识的功能之一，就是呈现各种底层计算的结果。”丹尼特那充满哲理的眼中闪出精光，直击靶心：“呈现结果。”他重复道：“但是呈现给谁？女王吗？……然后又发生了什么呢？”[55] 丹尼特声称，克里克和科赫是典型的神经科学家，他们专注于小问题，而回避意识是什么这一根本问题。从字面上看，丹尼特的批评有理有据，但这种批评源于哲学家和科学家在方法上的差异。
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克里克的出发点是一个唯物主义假设：我们感觉和感知的一切“实际上不过是大量神经细胞及其相关分子的行为”。[56] 正如他所强调的那样，这个假设在当时没有绝对的证据（现在仍然没有），但与其他对立的观点（都认为心智是非物质的）相比，支持这种观点的证据更多。
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克里克希望通过艰苦的科学研究和细致的实验，我们最终能解释“我们脑的行为的所有方面”。虽然他没有幻想过第一轮攻击就能攻陷这座堡垒，但他的时间表或许仍然过于乐观了：“我不认为这会很快实现，但我确实相信，如果我们发动攻击，这个目标有可能在某一天达成，也许是在21世纪的某个时候。”[57] 21世纪已经过去五分之一了。
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对于觉醒的神经关联因素究竟是什么以及它位居何处，克里克的具体建议中没有一个经受住了时间的考验。[58] 2004年去世前，克里克与科赫合作，撰写了他人生中的最后一篇论文。克里克在论文中提出，这些关联因素的一部分位于屏状核（claustrum）。这是一层薄薄的、我们知之甚少的细胞，位于大脑皮层之下，与大脑皮层和海马等邻近结构有错综复杂的连接。由于它的复杂性，克里克和科赫猜测屏状核可能是产生意识的整合发生的关键位置。论文的结束语也是克里克关于这个话题的最后几句遗言：
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屏状核的神经解剖学特点与其在快速时间尺度上整合信息的整体作用是相容的。需要进一步的实验来研究这一点，特别是如果这个结构在意识中起关键作用的话。还有什么比这更重要呢？所以为什么还要等下去呢？[59]
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虽然有证据表明屏状核与意识状态的某些方面有关，但科赫现在承认，这个结构不是意识的神经关联因素所在的位置。[60]
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克里克的工作引发了一轮研究，但对于产生觉醒的区域，以及它在神经元活动方面的形式是什么，科学界现在仍然不清楚。研究者目前能够达成一致的意见相当宽泛，最精细也不过是认为意识的水平主要由脑干和基底前脑（basal forebrain）决定，而它的内容（被感知的东西）是由大脑皮层、下丘脑等进行处理的。这本身就既能提供信息，又会令人困惑。小脑是一个比大脑皮层更致密的结构，有更多的神经元，但它通常被认为不参与意识的过程。这个谜团突显了一个事实，那就是没有人能够解释为什么一组神经元的活动会产生意识，而另一组却不会。
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在有关意识的早期研究中，研究者的兴趣都集中在大脑皮层的额叶区，但对于某些研究者来说，这种兴趣如今已经被对大脑皮层后部的“热区”（hot zone）的关注所取代。但其他一些人对此并不赞同。[61] 回望历史，对于意识位居何处，研究者曾提出过许多可能的位置，但时至今日，仍然没有一个这样的位置能扛得住实验性研究的检验。如果意识活动真的是位于某个特定的位置，那么现在就认定脑的后部或者额叶皮层的某个区域是意识的真正居所，这显得太轻率了。[62]
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这个领域一直存在的一个问题是，如何设计出可靠并且不受实验无关方面（比如说话或者按下按钮）影响的意识活动测量方法。理想的方法是使用所谓的“无报告测量”（no-report measure），但这并不容易，而且有关实验结果重要性的讨论往往会变得无比冗长，陷入对方法细节各种可能的解读中。考虑到有那么多关于脑在意识活动中被激活的热传文章，也许令人惊讶的是，竟然没有一种结果稳定的测量方法（无论是脑电图还是fMRI）能够可靠地区分出有意识的人和无意识的人。科学界对完美的无报告范式的探寻仍在进行中。
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这样的研究不仅仅是出于学术上的兴趣。患有闭锁综合征（locked-in syndrome）或者处于昏迷状态的患者无法进行口头交流，但fMRI和脑电图研究发现，当向他们提问时（比如要求他们想象打网球）他们的脑会做出明确的反应。[63] 虽然研究人员最近使用脑电图功能的复杂数学模型取得了一些进展，并声称fMRI测量可以区分出无反应患者的脑和健康人或者有轻微意识状态的人的脑，但科学界目前还没有发现能被普遍接受的意识关联因素。[64] 但因为意识是一种物理现象，所以通过这些技术，研究人员最终一定能找到合适的测量方法。然而由于fMRI和脑电图都不能直接告诉我们神经元在做什么，所以最终找到的充其量也只是意识的神经关联因素的关联因素。这能让临床医生满意，但神经科学家却不会满意。
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克里克的目标是找到一组能体现与意识存在关联性的神经元，这个目标还没有实现，因为科学家目前只研究过一小部分神经元和可能种类的视觉刺激。克里克和科赫在1998年指出：“仅仅证明某些神经元在特定的、有限的视觉情境下体现出了与意识的关联性是不够的。相反，我们需要找到所有类型的视觉输入——或者至少一个足够大并且有代表性的视觉输入样本——的神经关联因素。”[65] 我们离这个目标还有很长的路要走。
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克里克开始关注视觉系统后，研究人员对意识的神经关联因素的研究表现出了很好的前景。2008年，伊扎克·弗里德的研究小组描述了清醒患者在看到飞快闪过的图像时其内侧颞叶细胞的反应，这些图像的展示时间非常短暂，有一些时候患者甚至无法有意识地识别出来。[66] 研究发现，这些细胞的反应与患者识别图像的能力密切相关。例如，给患者看一幅“猫王”的照片，如果照片展示的时间长到可以被患者识别，那么患者体内的有一个细胞就会对照片产生强烈的反应。但如果图片展示的时间短到患者无法识别出图像，这个细胞就不会产生任何锋电位。在更近的一项研究中，弗里德和科赫观察了一组神经元，这些神经元在用呈现给每只眼睛的图像产生双眼视觉的过程中发挥作用。[67] 通过把常见的双眼视觉图像（比如女演员安妮特·贝宁的图像或者蛇的图像）与无法分解为双眼视觉图像的图像（同时呈现安妮特·贝宁和蛇的图像）交替呈现给患者，研究者发现了这个过程的神经关联因素。在你阅读本书的这段文字时，这个过程就发生在你的脑袋里。在患者报告他们所看见图像的两秒前，就有细胞做出了反应。
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这项研究表明，克里克的工作的一个重要含义是，当我们感知时，我们脑所做的事情的某些方面可能对整个过程至关重要，却不是意识的一部分。这一见解使无意识重新成了一个受神经科学界重视的概念，不是因为它带有某种弗洛伊德学说的神秘感，而是因为有意识的经验无法触及与之相关的过程。这类研究主要集中在灵长类动物的视觉皮层上，特别是试图确定在视觉处理早期阶段的活动中，哪些元素是意识的一部分，哪些不是。
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1995年，克里克和科赫声称，我们事实上感知[68] 不到视觉皮层V1区（这个区域负责处理最早期的视觉信号）的活动。他们的理由是科学界普遍认为，这个脑区的活动对应的是对物理刺激的辨识，而不是全面的感知，后者需要脑中更高级结构的参与。因此，这倾向于表明，总体而言，V1区不是意识的神经关联因素。他们认为从这方面看，非常重要的一点是，休伯尔和维泽尔当年开创性的发现——猫视觉皮层中的朝向探测器——是在麻醉的猫上开展的实验做出的，因为这绕过了猫是否有意识（或者意识有多强）这个棘手的问题。在用光刺激被麻醉后无意识的猫时，猫看见东西的“看见”显然不同于平常所说的“看见”，但它们的脑在试图理解呈现在眼睛上的刺激。
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克里克和科赫认为V1区的活动与意识无关的观点遭到了其他神经科学家的批评，他们担心克里克和科赫的观点可能是无法检验的。而美国哲学家内德·布洛克（Ned Block）则认为，克里克和科赫使用“意识”这个术语有点太随意了。[69] 在这个问题上，布洛克的重大贡献在于他把意识划分为现象意识（因为它处理现象，而不是因为它令人惊叹，虽然它确实如此）[70] 和取用意识（使用意识以指导行动）。虽然这种区别（是什么？）并没有被哲学家普遍接受，但一些科学家已经接受了布洛克的观点，他们希望找到一个不同之处，然后可以通过实验来探索，将这作为进一步理解意识本质的一种方式。[71] 在意识的这两个假定的方面被广泛接受之前，还需要严格的心理学和神经生物学的实验证据来支持。对于哲学家介入对意识的讨论（这是一个被哲学家垄断了几千年的领域），克里克的观点很有代表性并且无比坦率：“听他们的问题，但不要听他们的答案。”[72][73]
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对我们日常的意识体验，一个尖锐的挑战来自资深神经科学家本杰明·利贝特（Benjamin Libet）的一系列研究，这些研究也引发了始于20世纪八九十年代的哲学热潮。[74] 利贝特的研究常常被认为挑战了自由意志的观念（那种我们可以选择如何行事的感觉）。在一个非常复杂的实验中，利贝特发现脑电图记录的结果表明，对应于受试者移动手指的意图的描迹比对应于他们有意识地做出决定的描迹出现得略早。这个实验已经被以各种形式重复了很多次。对许多科学家和一部分哲学家来说，这个发现意味着意识和自由意志（像头脑中的小人做决定那样的自由意志）是一种幻觉。他们声称，有关你移动手指的决定的意识感，只是对神经系统已经做出的决定的一种合理化。
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