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大脑的一天 [:1700685561]
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大脑的一天 第四章 早餐
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你只能快速地吃一碗麦片粥，喝一杯热咖啡，以充分利用这有限的时间独自吃完早餐。在接下来二十分钟左右的进食时间里，伴随着莫扎特悠扬的乐曲，你的耳朵、眼睛、舌头、手指和鼻子会被激活，这强有力的激活占据着你的意识。当然，有些情况下，在你意识清晰的时候，你的感官并没有被外界的刺激明显激活，如当你冥想时，或是专注于某些深刻的思考时，但这是那些能在任何情况下完全脱离周围环境影响的人才能偶尔享有的特权。在大多数情况下，对我们之中大部分人来说，意识从一个瞬间到下一个瞬间，都被我们周围即刻发生的事情所驱使着，因为我们的五种感官不断地将它们接收到的刺激传入大脑，而大脑也时刻等待着接收这些刺激。这些感官或多或少地为我们清醒的时刻增添色彩，它们使我们与外界保持着联系，使我们能适应外部世界的生活。我们再次回到将石头扔进水潭的比喻，这里我们要关注的重要问题是扔石头的力度 ，单纯而简单的感官感觉是如何塑造我们的意识的？但我们立刻就遇到了两个令人困惑的问题：一个是空间方面的，而另一个是时间方面的……
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一、五感：脑的空间特征
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大脑的空间问题是一个神经解剖学问题：大脑相应的部位会对不同的感觉进行不同的处理。可能这听上去很简单，你要么是看到某些东西，要么是听到、感觉到、尝到或是闻到某些东西。我们有五种自身清晰可辨而又互不相同的感觉。就大脑而言，即使在最基本的水平上，处理不同感觉的神经区域的划分也并没有那么明确和具体。即使在成年人脑中，不同感觉系统也可以互相跨过公认的解剖边界。例如，当盲人用手指阅读盲文时，他们的视觉皮层可以被触觉激活。1 此外，众所周知，如果一个人失去了一种感官功能，那么这个人其他的感官会得到强化。神经科学家海伦·奈维尔（Helen Neville）已经证明了耳聋是如何提高视力的，2 即耳聋人的听觉脑区会被用来处理视觉和触觉信息。3 同样，与非盲人控制组相比，盲人可以更好地辨别音高，4 而且他们也更擅长判断声音的位置。5 视觉受损的人在进行非视觉任务时也表现得更加出色，如语音感知6 和声音识别7 。此外，动物感觉剥夺实验表明，这种功能的增强可以很快出现，例如老鼠被关在黑暗中短短几天的时间里就会表现出听力的提高。8
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然而，即使个体并没有缺失感觉，大脑依然可以对不同形式的处理过程进行欺骗。尽管非常罕见，但通感（字面上来说，是“将感觉汇聚到一起”）现象在几个世纪前就被承认是存在的。在这种令人着迷的状态中，个体可以以两种不同形式的感官经验同一个输入信号，大多数人则只能从某个单一感觉通道接收到它。例如，通过听声音，可以“看到”颜色和运动。
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在大脑中，通感的存在明确地证明了大脑具有惊人的灵活性，某一部分神经区域可以被移植用于处理不同的感觉过程。在这种情况下，就不能说是某一片脑区被另一片脑区入侵，而应该是脑区间的连接特别丰富，9 结果导致一片区域的激活同样会直接引发另一片区域的激活，例如识别字母的脑区激活同时会引发识别颜色的脑区激活。另一种情况是，可能在大脑皮层不同部分之间预先存在某种闭锁机制，在通常情况下确保反馈有明确的分隔，防止产生混淆，然而这坚不可摧的屏障在通感过程中被打破了。如果正常反馈并没有像往常一样被阻止，那么任何来自多感觉处理晚期阶段的信号反馈都可能对早期单通道阶段产生不适当的影响，这就是为什么说话声音可以引发视觉。在一些临床疾病中也能见到这种去抑制现象，如颞叶癫痫、头部外伤、中风和脑肿瘤。10
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在任何情况下，通感这无可辩驳的事实，以及广为人们接受的失明和失聪患者的过度补偿，导致了不可避免却也十分迷人的悖论：尽管主观上 每种感官的体验是非常不同并且完全可以互相区分的，但是从客观上 说，调节这些不同体验的神经机制却是标准化的，并且是可以互换的。一旦外界某种信号通过诸如耳蜗或视网膜转变为一系列动作电位，这些电信号便会进入不同的脑区，并终止于各自在大脑皮层的投射区，然而这些投射区在组织结构上是同质化、模块化的。这表明它们的结构和连接具有共性，有点像制作饼干用的模具。11
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那么，主观体验令人吃惊的质的差异是在何时何地起作用的呢？听和看的主观差异又是在哪里如何出现的呢？尽管不同感觉的生理加工机制都大体相同，但不知怎么，大脑还是让体验间出现明确的分隔成为可能。如果我们能够解决这一悖论，它将有助于我们理解水是如何变成酒的，以及客观和主观是如何联系在一起的。
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二、五感：脑的时间特征
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第二个问题是关于大脑的时间问题：不同感觉在大脑中被加工处理的速度是不同的，但人们会将其体验为相同的。当某人拍手时，你会同时看到拍手的动作并听到拍手的声音，主观上你会觉得它们是同时发生的，然而事实上声音的加工过程要比视觉加工过程更快。再举一个例子，如果你同时触摸自己的脚趾和鼻子，假定因为触碰鼻子产生的信号所需传递的距离要近得多，所以它会先进入大脑，尽管如此，你感受到的却是多模式的单一意识瞬间。这意味着一定存在许多横跨每一个看似单一的意识瞬间的时间窗（即时期）：每个时期都是时间的一个窗口，通过这些窗口，加工速度不同的感觉能达到同步化，进一步被整合进我们熟悉的多感觉整体，我们将其称为意识的“瞬间”。你的大脑需要通过某种方式让这些感官同步化，需要由一段恰当的时间延迟来包含以不同速度到达的全部感觉形式，而不可避免的是，传递速度最慢的那种感觉信号将决定整体的步伐。
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事实证明，这些时期会持续几百毫秒。“我们所意识到的并不是真正的、当下的那个瞬间，而总是会晚那么一点点”，大约半个世纪前，富有独创精神的心理学家里贝特表达过这样的观点。当时他正在当地医院里研究那些进行过神经外科手术的患者，他们的颅骨上留着手术中为了暴露大脑皮层而钻的孔。12 在一项实验中，里贝特通过这个孔洞用电极棒刺激这一部分的大脑，这会引起身体很多部位的轻微刺痛感。令人惊讶的是，被试在被刺激500毫秒后才报告说感受到了刺痛，这可是足足半秒钟呢，要知道一个动作电位的跨度可能只有千分之一秒，在大脑的时间维度中这半秒钟就像永恒一样。里贝特的研究还发现，当刺激作用在距离大脑更远的身体部位，如作用在脚上，并在大脑中进行信号记录时，那么在大脑接收到传入的刺激信号和被试意识到这一刺激之间有一个明显的延迟。这不仅仅是让大脑在时间窗里登记一个输入的信号，以此确保即使是加工过程最慢的感觉也能到达，问题没有那么简单：对意识的觉察似乎要花费更多的时间。研究表明，当要求被试判断随机出现的图片是动物还是交通工具时，尽管大脑很早就记录到差异，但有意识的决定却出现得较晚（峰值出现在250毫秒左右）。13 这些至少持续数百毫秒的意识时期所提供的时间，刚好够神经元集合形成和解散。因此，对神经元集合的探索可以帮助我们理解大脑中发生了什么。
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这里有来自我们自己实验室的一系列图像，这些图片展示了在十一个不同的实验中，大脑皮层不同部位的神经元集合被激活后300毫秒时的样子。在视觉区，最高的活动最后大多会终结于深部皮层，而在听觉区则完全相反。研究表明，听觉和视觉的处理过程是有差异的，我们不能 轻易地将其还原为传统的突触活动，而要将其看作一种大规模神经元集合的动力的涌现。如果没有神经元集合的光学成像技术，我们便无法探测到这个过程。
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显然，在意识出现之前必然要经过250毫秒到300毫秒的时间，而在与主观体验建立联系时，是什么让这“量变”的时间产生如此“质变”的差异呢？如果这段时间对于意识来说是必须的话，那么神经元集合本身的特性可能包含解决问题的线索。神经元集合中单个神经元的工作方式并非孤立的、远距离通话式的，它们不仅仅依靠向大脑中某个遥远的神经元传递单一的信息来进行沟通。与此相反，神经元集合在其形成的几百毫秒中，本身是具有组织的，并且也是自给自足的。神经元集合的组装活动只在局部进行，这也就是为什么它像涟漪一样传播得很缓慢。重要的是，随后产生的涟漪（意识的程度）也将在一个时间窗，或时期中汇集到一起，因此意识的出现需要花费半秒钟的时间也就不奇怪了。14
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图8：在十一项不同的实验中，光学图像显示了视觉和听觉系统神经元集合之间的差异。15 按照时间框架，特殊位置的荧光信号最终下降到最大值（300毫秒）的20%以下。要注意的是，这一活动在视觉皮层中集中在深部，而在听觉皮层中则集中于浅表（彩色扫描图请见彩插6）。
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但这样仍然存在空间上的问题——大脑皮层那饼干模具样的客观排布是如何与听觉和视觉的主观差异 相对应的？如果每种感官所具有的独特感觉体验都以某种方式与大脑不同感觉区中神经元集合的特性有关，且神经元集合只有在几百毫秒后才能变得明显，那我们现在便可以用相同 的客观生理学量尺来区分视觉和听觉现象。即便如此，这把对应着听觉和视觉两种主观感觉的简单的量尺是什么呢？又在哪里呢？如果你必须要用某种通用单位或参照系向一个火星人描述听觉和视觉主观体验上的差异的话，你会说些什么呢？
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在我们能找到答案之前，想在我们客观监测的大脑中对现象学的内容进行定位是非常困难的。不过，我有一个建议：从生理学上讲，视觉主要（但不仅限于）探测空间边缘的差异，而听觉则主要（但不仅限于）探测时间差异。如果是这样的话，那么鉴于神经元集合的空间特性在特定的时间窗里具有如此大的变化，这种空间特性可以帮助我们设计某种新的神经科学工具。最终理想的结果是建立某种单一的时空标尺，某种能够被应用于主观意识的某个时期的描述性数学方程式。
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三、多感觉意识
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那么意识究竟是 什么呢？是某种单一的感觉，还是五种感觉的结合？每个人都同意感觉有五种不同的类型，因此人们想当然地推断意识也是以同样的方式工作，大脑肯定具有某种平行处理系统，永远都分成五种不同的感觉，这些感觉最后转变成各自独特的主观意识流。正如我们所知道的，这个看似简单的推理，是由已故的克里克和他的同事科赫提出的，他们致力于找出意识中针对“视觉意识”的神经连接，因为视觉意识明显不同于其他感觉，并可以独立于其他感觉单独运作。16
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尽管我们几乎无法想象，如果在现实生活中只有一种感觉，那会是什么样子，但在课堂上，我们将感觉是独立运作的这一假设展现了出来。追溯到1978年，一种基于这个前提的学习方法问世了。当时的观点是大脑可以被区分为三种“学习风格”：视觉（V），听觉（A）以及运动觉（K），即“VAK”。VAK最早是由美国教育学家丽塔·邓恩（Rita Dunn）和肯尼斯·邓恩（Kenneth Dunn）于三十多年前提出的一种新方法，这种方法既能解释儿童学习能力的个体差异，又能提供一种促进儿童学习的方法。17 老师们报告说，他们的学生们都根据所学的科目改变了自己对感觉的关注点。例如在艺术课上，学生们被要求将重点放在视觉注意上，而在音乐课上学生们被允许闭上眼睛。邓恩的理论得到了进一步的发展，他们提出，某些个体本质上就是“视觉”学习者，某些则是“听觉”学习者，还有一些是“运动觉”学习者——他们更喜欢运用触觉。18
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独立研究没有发现任何源自于VAK的学习改善，而这种方法唯一的优势貌似是调动了老师的积极性。那为什么还有人认为VAK范式在教育学方面产生的差异是吸引人的，或至少是令人信服的呢？再一次，这种理论源自大脑自主结构这一具有欺骗性的概念，或者源自存在那些被简单地称为“模块”的、具有独立功能的脑区的观念。可以确定的是，几百万年来，大脑进化出了许多看上去具有特殊作用的结构，现代人运用这些结构和特性中的多个部分来完成只有人类才能完成的事情。然而，否定整个VAK理论的依据是，这些功能模块只有在互相连接的情况下才能发挥作用，它们不能单独运作。
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认知神经科学家德阿纳提出了一个很好的例证，这项例证所阐释出的东西比VAK更加复杂，且更具有互动性。19 他要求被试在大脑扫描的同时进行一项重复性的数学计算，麻醉师经常会在患者逐渐失去意识的过程中让患者进行这种计算，具体来讲就是让被试从一百开始进行连续减七的运算。想象一下你躺在那里，实验人员要求你自己告诉自己“一百减七，九十三减七，八十六减七”等等。那些接受手术的患者通常不会做到这个计算的最后，但这项测验是通过记录被试最快需要多少时间完成这个任务，来测试其完全清醒状态下的思维敏捷性。这一连串的减七看上去似乎是一种很简单的过程，但当德阿纳用脑成像技术寻找在进行第一步计算时哪些脑区被激活时，结果发现仅仅第一步计算就会引起十到十二个不同脑区的激活。换句话说，这是另一项证明大脑是以整体方式进行运作的例子。
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相互连接性包含一种强有力的连接间的互动，这些进入大脑的连接来自我们的感觉器官。根据VAK的理论，如果观察一下作为灵长类的我们的大脑就会发现，视觉过程是大脑中最主要的过程，它占大脑的百分之三十，与之相对的触觉和听觉分别占大脑的百分之八和百分之三。20 我们会利用输入大脑的视觉信息来构建这个世界的空间“地图”，以此来理解事物之间的联系。即使对于先天失明的人来说也是如此，他们也构建着这样的地图。显然，盲人并非通过视觉获取最初的信息，而是通过触觉和听觉来获取信息的，但他们也像视力正常的人一样来处理这些信息。盲人会通过构建这个世界的地图来理解事物实际的位置和在概念上的位置。21 因此存在一种多感觉、“跨通道”的信息处理过程，在这一过程中无论信息是来自触觉、听觉还是视觉，都会互相关联，最后成为一个信息包。这种跨通道的信息加工过程是已经确定的脑功能的基本特征之一。
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我们每个人对于辨别事物是否同时发生都非常熟悉，如看到电视上新闻播报员嘴唇的运动就能判断它和听到的声音是否同步。在一项研究中，刺激分为看到的嘴唇运动与听到的声音同步和不同步两种情况，研究者对比了被试在两种情况下的大脑活动。22 结果发现，当二者同步时，视觉皮层和听觉皮层的部分脑区表现出累加效应，而当二者不同步时，这些脑区则表现出减法效应。由于视觉信息和听觉信息之间联系密切，因此这种辨别差异的能力在进化上有着重要的意义。在黑暗中，你需要能对突如其来的声音进行定位，毕竟，预料之外的噪声可能是你的下一顿美餐，或是把不幸的你变成美餐的捕食者。
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