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大脑的一天 前言
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我父亲热衷于将他周围的一切事物拆解开来，研究它们是如何运作的，像是他的汽车、电视、喷气式发动机，或人的身体和大脑。从我记事起，父亲就会心怀敬畏地思考电的本质、人类的本性、信仰以及那随时可能到来的死亡。他的思考不带任何固有的假设，而正是因为没有一种简单的解决方案，父亲才会沉醉于这种智力挑战的深刻性和丰富性。正如詹姆斯·瑟伯（James Thurber）曾经说过：“知道一些问题要比知道所有的答案更好。”我认为我肯定很早就沾染上了这种探究并与他人分享问题的单纯的快乐，我此后的学术选择无疑是受此影响而做出的。科学被描述成一系列已知的事物，没有给进一步的思考留下空间：变形虫一分为二；说到蒸馏水就会让人想到按照模版绘制的实验仪器，包括靠笔直的试管连接起来的锥形瓶，却从未有人解释这二者的关系，练习本上只要求把图画得干净整洁，仅此而已；时间和空间的物理现象被浓缩在纸带机中——机器不断打出白色的纸条，纸条上每隔一定间距被打上小圆点。尽管教育在数字时代里发生了变化，但我想，在科学教学中依然有可能向学生展示比那些稀松平常的原理更遥远和不确定的地平线。就我个人而言，一些重大的问题困扰着我们所有人（但可能对于青少年来说更是如此），如发动战争的原因、爱情的本质、自由意志、命运，以及最重要的，自身个体性的本质。在我看来，这些问题似乎可以在古代世界的历史和文学中找到更好的答案。因此，一沉醉于拉丁文、希腊语、古代历史和数学等维多利亚式的“旧学”，我就怀着巨大的宽慰放弃了科学。
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古希腊世界尤其给人提供了探索人类境况中重大问题的机会，而这样做必然会引发人们对于哲学更普遍的兴趣。然而，我在牛津大学读大一时，被教导对语言要强调所谓的修辞分析。我依然能回忆起，在一个周六的早晨，我坐在博德利图书馆中，一边费力地研读着一整章有关定冠词“the”的内容，一边怀疑自己选错了专业。正因如此，我之后转而学习正处于发展阶段的心理学专业，并且越来越喜爱偏生理的研究方向。我头一次对一门科学感到着迷，它不只有着单一答案，而且可以用基于经验的研究结论，来回答我还是一个中学女生的时候曾提出过的问题。令所有人（包括我自己在内）感到惊讶的是，我摇身一变成为了一名神经科学家，这多亏了我之后的导师简·梅兰比（Jane Mellanby）博士以及药理学主任威廉·佩顿（William Paton）教授的大力支持和鼓励。这便是我异常大脑机制（尤其是与神经退行性疾病相关）研究生涯的开端。
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但早年那种对心灵的痴迷从未消失过，与之相伴的还有对于人类意识那一直悬而未决的困惑：意识是什么？意识是如何产生的？这两个问题或许可以归结为同一个问题。然而，如果某人声称他能回答这一问题，那我应该期待他展示给我什么呢？一只会表演的老鼠？一幅大脑扫描图？或者一个公式？即便是最具猜想性和远见性的情形，也都无法抓住意识的本质，或者说意识最精髓的部分——主观性。因此，除了完成日常的实验工作外，我还经常与哲学家交流，具体来说是现在已故的苏珊·赫尔利（Susan Hurley）。我和苏珊一起组织了一系列在哲学家和神经科学家之间的广泛讨论，并且于1987年出版了这一系列讨论的成果，题为《头脑波纹》（Mindwaves ）。这些内容广泛的讨论常常持续到晚上，它对我的吸引力在于，我得知了，某些两个学科共有的话题，如记忆，显然可以通过一系列完全不同的议程、关注重点和视角来探讨。更重要的是，作为一名神经科学家，我认为最大的问题是可能会忽视现象学这个至关重要的主观性，是它让人们给神经科学对意识的探索贴上了“职业局限”（CLM, Career Limiting Move）的标签。
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正是对“心灵”和“意识”的主观性的不断反思，促成我之后分别于1995年和2000年创作了《通往心灵中心之旅》（Journey to the Centres of the Mind ）和《大脑的隐秘生活》（Tee Private Life of the Brain ）两本书。人们可以在“失去理智”的同时保持神志清醒，这使我着迷于以下两个想法：一、“心灵”和“意识”两个词绝不是同义词；二、弄清这两个概念是如何在神经科学的意义上相互关联的可能会使人们取得一些进展。因此，《大脑的隐秘生活》一书主要是一种理论尝试（尽管基于一系列的实证数据），这一理论既包括探索大脑在生理上是如何产生“心灵”和“意识”的，也包括我们如何才能通过将不同的客观事件与其对应的主观性相连接，发展出一套系统来研究这些时而存在关联、时而相互独立的现象。我最后得出结论，我们需要某种类似于罗塞塔石碑（Rosetta Stone，一种双语参考系）的东西，来帮助我们如同用生理学术语一样，清晰地用现象学术语来描述它们。
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最佳的研究对象既不是宏观层面的某个脑区，也不是微观层面的突触集合，而是一种直到20世纪90年代才被人们发现的、在中间水平上的“介观尺度”（meso-scale）大脑活动进程：神经元集合。这种集合有点像将石头扔进水中所产生的涟漪，一旦触发，大量（百万级）的神经元会同时在亚秒级时间水平上产生一连串的活动。这种毫秒级的快速活动意味着我们无法用经典的脑成像技术探查到神经元集合，这使得我们必须依赖诸如血流等间接的测量手段，因此通常只能得到秒级分辨率的数据。然而，随着人们开创性地将电压敏感显像剂引入脑成像领域，我们可以直接观察到神经元的活动，这使得人们最终可以实时观测到这些脑细胞极其短暂的关联活动。
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当我创作《大脑的隐秘生活》一书时，对神经元集合的研究尚处于萌芽阶段，我无法准确说出它们如何为发展出意识的神经连接理论提供至关重要的基础。事实上，当我回顾这本书的最新版本时，我感到有些困惑，虽然我在书中提到了这一术语，但“集合”一词甚至都没有在索引中被强调。但我现在渴望能从理论走向现实，并在我自己的实验室中开展对神经元集合的监测。通常来讲，阻碍研究进行的困难是无法找到正确的人，当然，还要找到资金。幸运的是，在这项研究中，这些困难并没有我预想的那样严峻。我组内一位名叫艾德·曼（Ed Mann）的才华横溢的研究生，在2001年的夏天主动远赴日本学习光学成像技术，并在市川（Ichikawa）博士的实验室中受到了慷慨的招待，因此当他回到牛津大学后，我们便可以建立我们自己的研究系统。同样重要的是对高度专业化的设备和之后的实验提供资金支持。这部分资金最初来自辉瑞公司，后续的经费则分别由邓普顿基金、心智科学基金会以及欧洲麻醉学会提供。曾经一度看似不可能的梦想如今变成了现实，在过去的十五年中，我们对许多曾经仅仅是假设的想法进行了检验。正因如此，本书才得以与世人相见。
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尽管本书在一些适当的地方，会不可避免地涉及哲学、心理学、神经科学和物理学的新近研究成果或相关内容，但它绝不仅仅是对意识研究领域所做的一个详尽的综述。遗憾的是，由于我们加入了更多真实的实验，相比《大脑的隐秘生活》，本书不可避免地有些偏技术性。当然，为了尽可能地帮助一般读者顺畅地阅读本书，我将专业读者可能希望读到的这类内容放在了注释中。
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本书的主旨在于倡导一种对意识的跨学科研究方法，这一方法的核心假设是，神经元集合可以提供一种描述框架，这种描述框架应该能够让我们将现象学术语和生理学术语对应起来。因此，关于不同主观心理状态最具有代表性的例子似乎不是某些人认为的实验情境，而是那些我们每个人都非常熟悉的事物：典型的一天中的不同阶段。我们的计划是通过经历生活中一个个“跌宕起伏”的事件——醒来、吃饭、工作、玩耍、遭遇困难以及做梦等——来看一下我们何以可能在大脑中（更确切地说是在神经元集合中），将特定的主观状态与一种截然相异的对客观事件的量化描述建立联系。
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由于《大脑的一天》这本书的大部分内容都来自我们正在编写或已经发表的，使用了光学成像技术的文章，因此我想在此感谢那些在这个项目上工作了数年的小组成员，以及我们所引用的出版物的联合作者。此外，我想特别感谢一位新近的研究者斯科特·巴丹（Scott Badin），他极大地提高了我们对神经元集合研究的精确度，他的工作成果在本书中自始至终发挥着重要的作用。另外，我也想特别感谢弗朗西斯科·法玛尼（Francesco Fermani）博士，他是一位理论物理学家。我们三人以酒会友，共同度过了许多个愉快的夜晚。法玛尼博士试图在经验数据之上建立数学模型，我将在本书的最后一章中对此进行描述。最后，我想特别感谢伊恩·德文希尔（Ian Devonshire）博士，他开发出活体大脑光学成像，让我们不再仅仅是从切片中观察大脑，而且他对本书的成书做出了不可估量的贡献。他参与了本书的事实查证和编辑，以及确保参考文献具有时效性和一定的代表性。
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本书得以成书，还多亏了企鹅出版社编辑们的鼎力相助。史蒂芬·麦格拉斯（Stefan McGrath）最初委托我创作这本书，劳拉·斯蒂克尼（Laura Stickney）则不辞辛劳地阅读了一版又一版的草稿，最终由萨拉·戴（Sarah Day）出色地完成了编辑工作。最后，我要一如既往地感谢我的经纪人卡罗琳·米歇尔（Caroline Michel），感谢她一贯的热情和友善。有些人来不及具体说明，但同样功不可没，我也要感谢他们对本书所做的贡献：约翰·施坦因（John Stein）教授、克莱夫·科恩（Clive Coen）教授以及查理·摩根（Charlie Morgan）先生，他们提供了无尽的智力挑战和严厉的爱。我的母亲朵蕾丝（Dorice）现在自己也是一名作者，她在我身上更是倾注了无条件的爱。最后，让我们回到我父亲这里，是他给了我和我弟弟真正的好奇心和勇气来探索这些重大的问题。无论父亲在哪里，我相信他一定知道我有多么感念他。
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苏珊·格林菲尔德
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牛津，2016年3月27日
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大脑的一天 第一章 在黑暗中
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一、迄今为止的故事
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现在是清晨，外面的世界依旧漆黑一片。你的心率降至每秒跳动一下，血压也降到此后15个小时中的最低点。你的呼吸减缓为每分钟12次，血糖也跌至低谷。你的膀胱和肠道在逐渐充盈，但还不足以鼓胀到干扰睡眠。尽管你所有器官精巧的生理功能在无休止地工作着，但很显然，你还处于睡梦中。在这种状态下，你的大脑甚至全身都在某种程度上是暂时封闭的，处于一个私密的内部世界中，这个内部世界正是当今科学界最大的挑战之一。但在那随时可能嗡嗡作响的闹钟响起之前，这片特殊的领地将完完全全地属于你一个人。无论你与他人多么亲近，无论你的表达多么清晰、充满诗意、悦耳动听抑或富有同情心，你都无法将自己最直接的主观体验与他人分享。而就在此刻，以及此后一段时间内，你如同死去一般沉睡，对世界毫无知觉。
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如果没有意识，活着便与死去毫无二致。正是意识状态让生活值得一过。但什么是意识？这种无形无质的内在之物究竟是什么？意识对于我们来说既难以理解又如此熟悉，以至于我们每天都将其视为理所应当。几百年来，我们的先辈一直试图定义意识并理解如何才能最好地掌控意识。在过去的四五十年中，随着神经科学的崛起以及人们对大脑认识的急剧增长，这一议题受到了前所未有的高度关注。在事实与洞见的大量积累下，一个日益引人注目的问题是：在你的大脑中，个人主观体验是如何转变为喷薄而出的化学物质和电信号的？以及相反的过程是如何进行的？当谈到诸如时空穿梭或永动机等其他雄心勃勃的科学探索时，想最终实现这些可能性或许要违反物理定律，但至少在假设上如果有某个天才发明家将解决方案摆在你面前，你马上能认出它来。那么对于我们称之为意识的主观体验，什么东西能切实向你证明，一些科学家、哲学家甚至科幻小说家提出的是完整可靠的洞见呢？
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刚刚得到这个发现的人，会挥舞着一张大脑扫描图，或是对着一个数学公式拍手叫好吗？这些所谓的解答无论多么精巧，都没有任何说服力，因为它们无法解释我们客观观察到的事件如何转变为对独特个人经历的第一手感觉。然而，一种主观的视角以某种方式在大脑和身体中产生了，我们几乎可以说这是“用魔法召唤来的”，但迄今为止，没有人能对这种显而易见的奇迹是如何发生的给出任何令人信服的答案，有的只是假设。这一问题不仅对于科学家来说是最深刻的奥秘、最持久的难题，对于每一个思考它的人来说也是如此。你家卧室窗外的茫茫黑夜，相比知识领域内使意识概念进入无解死胡同的昏昧不明，简直是小巫见大巫。
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早在20世纪80年代中期，哲学家苏珊·赫尔利和我想到一个不错的主意，邀请神经科学家和哲学家在牛津大学举办系列研讨会，从不同方面探讨心灵和大脑。不出所料，我们在理解哪些大脑过程可能代表意识本身这一问题上没有取得什么进展，1 最重要的原因可能是无论神经科学还是哲学，对于应该从哪里着手没有明确的共识；两门学科没有共同的开放性假设。尽管如此，研讨会却着实提出了一个让两门学科都感到十分头疼的问题：如何用一种客观的方式来探索主观现象。除此之外，我们还发现围绕更审慎、更具体的问题可以产生富有成果的跨学科辩论，例如机器是否会有意识，意识进化的动力是什么，以及语言对思维有何影响。
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即便如此，通过展示大脑由于物理损伤产生的变化是如何与个体主观体验的变化相匹配或相关联的，神经科学已经开始向古老过时的大脑——心灵二元论、精神——身体二元论发起挑战。用一位与会哲学家保罗·希布莱特（Paul Seabright）的话来讲：“记忆是不亚于分子的物理实体，是物理世界中的一部分，但我们可以通过物理学以外的名称识别它们。”
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自从伟大的哲学家笛卡尔于17世纪首次将具有意识的心灵和生物性大脑相区别以来，主观性和客观性之间的冲突似乎就变得不可调和了。人们在现实生活中是以第一人称视角获得对现实的瞬时体验，而科学实验研究的特点则是以第三人称视角获取信息。这二者之间的差异所造成的概念上的鸿沟是难以跨越的。当我们将人类或其他动物描述为具有“知觉体验”或“意识状态”时，我们所谈论的是那些将生物和非生物区别开来的最基本的特征。一块石头并不“关于”其他的事物，石头本身也没有主观属性，但某个人的知觉则“关于”他看到的（或体验到的）事物，因此具有主观属性，就好比我们是如何看见红色的。当我们以第一人称视角来观察世界时，这些特点对我们来说是显而易见的。然而当我们站在客观科学的角度以第三人称视角来看待它们时，我们会发现这其中存在一些困难。当我们谈到大脑的状态时，我们可以将其简化为神经元放电和脉冲式地释放强效的神经递质，但我们却很难知道这些剧烈的神经生物活动是如何与那些我们在每天的生活中体验到的、习以为常的意识特征相联系的，例如品尝巧克力在你口中慢慢融化，感受阳光照耀在你的脸上，听海浪的咆哮声。本书将带你踏上一段探索大脑内部生理活动的神奇之旅，在这段旅途中，你将看到当我们品尝食物时，小酌后微醺时，做梦时，出门散步时，又或是在办公室坐了一整天时，我们的大脑中会发生哪些生理活动。
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在一天中的不同时间段里，多种多样的因素会不断地使大脑进入一系列不同的状态，这是大量的脑细胞在极短的时间里共同工作发挥的作用。“神经元集合”是强有力的大脑进程，然而这种进程目前仍是相对未知的，对其研究不足。我们将一起看一看这些短暂而规模庞大的神经连接——神经元集合——是如何与我们对不同水平和不同状态的意识所产生的体验相对应的，以及它们是如何像罗塞塔石碑一样起作用的（古埃及人在罗塞塔石碑上分别用三种文字刻了一部法典，因此这一著名的历史遗物就给了我们揭开埃及象形文字之谜的钥匙）。神经元集合通过将这些头脑中的新奇事件与不同种类的意识状态进行匹配，来达到一个一致的目的——让我们能够把一种“语言”（主观个人体验）转译成另一种“语言”（客观神经科学），反之亦然。毕竟，毫无疑问，任何对意识的所谓“科学的”解释都必须同等重视个人的主观体验。
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科学家团体并不那么乐于接受主观性是对意识的理解的核心这一基本假设，因为实证研究方法是极度客观和中立的。有人曾一度将对意识的研究描绘为一种阻碍职业生涯的行为，这一点儿也不奇怪。对于大多数因循守旧的人来说，对“非科学”的恐惧阻碍了他们对这一主题的进一步探索。“科学的”这一形容词，经常为各种各样的词语打上受人追捧的认证标签，尤其是“证据”一词，却很少能有人对其给出定义。我只想说，最重要的是科学家通常只报告研究结果中的客观发现——两名或多名研究者用同样的方法，在同样的条件下分别进行测量，并最终得出一致的结果。然而，这恰恰是我们用常规的科学方法对意识进行研究时往往会感到非常棘手的原因，因为那些自诩为研究者的人必须首先承认，意识最基本的特征就是主观性。即使是那些敢于在这一领域进行工作的神经科学家——令人高兴的是，这个群体虽然目前人数很少，但在不断增长——也常常忽视个体主观状态的差异。我们反而将关注点放在我们早已熟悉的脑功能，以及那些我们便于测量的、早已明确的过程和效果之上，当然这也是情有可原的。
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