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贪婪的大脑：为何人类会无止境地寻求意义 以大脑生理特征衡量动物的意识水平
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以这种迂回的行为观察法来判断其他生物的意识非常有趣，但这种方法有局限性。首先，正如前文所述，很难得出一个肯定的结论，因为动物不可能告诉我们它具有意识。因此，以通过一项测试来判定动物具有意识的方法要谨慎使用。人工智能很清楚地说明了这一点。机器人被设定好程序，就可以轻易地通过上述实验，不管是镜像识别测试还是赌博性选择测试。而这根本说明不了什么问题。机器人只能完成设定好程序的任务，其他任务根本无法完成，而认识几行代码并不能等同于具有意识。
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其次，这些测试中得出的否定结果也不可全信。在斯蒂格·拉森（Stieg Larsson）所著的小说《龙文身的女孩》（The Girl with the Dragon Tattoo）中，主人公丽思贝丝·萨兰德是个缺乏管教的孩子。老师和校方调查她的任性行为，让她参加各种心理测试，但她不配合，甚至拒绝写自己的名字。结果她一项测试都没有通过，校方武断地认定她智力迟钝。直到成年，她一直被认为是智障。而实际上，越来越多的事实证明，她非常聪明能干，如果有必要，她还能把那些权威人士玩弄于股掌之上。给她做测试时，这些权威人士本来应该明白一点：如果有人没能通过测试，“不具备这种能力”只是可能的原因之一。
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同样，如果动物不配合，我们便不知道它到底有没有能力通过测试。也许它能够轻易地通过测试，但就是不愿去试。换句话说，在多项心理学测试中，如果有一项没有通过，并不能说明动物不具备某种能力。行为评估法的另一个局限性是：无法准确测量动物的意识水平。目前只研究了几个明确的意识水平层次，对意识水平连续体（a continuum of conscious level）来说，还远远不够。而意识水平连续体的说法比那种简单地判断有无意识的做法要有意思得多。
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有一种方法可以绕过行为评估法的弊端，那就是不去理会行为特征，而仅仅观察大脑的结构和功能或任何可计算的对象，以此来判断有无意识。首先，最粗略的方法是根据动物大脑的大小进行评估。如果使用这个指标对意识进行粗略估计——暂且认定神经元越多，大脑信息处理能力越强——那么人类会排在前列，但不会荣居榜首。人类的大脑重约1.3公斤，比宽吻海豚大脑的重量（1.8公斤）略轻。非洲象的大脑重达6.5公斤，差不多是人类大脑重量的5倍。在所有陆生或海洋动物中，抹香鲸的大脑最重，约8公斤。如果意识水平由脑的大小决定，那么就会出现一个有趣的结论，即宽吻海豚、大象和一些鲸类的意识水平要远远高于我们人类的意识水平。
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从某种角度看，抹香鲸的大脑体积是人类大脑体积的6倍也没什么好奇怪的。毕竟，抹香鲸的体重几乎是我们的1 000倍。如果某种动物的体型比公共汽车还要大，那么它的大脑需要完成的任务也很繁重，如移动20米长的身体，控制内在的各种状况等。因此，很多科学家认为，更合理的方法是根据动物大脑与身体的比例来判断意识水平。其逻辑是：如果某种动物的大脑相对于它的身体来说太大了，那么，那些它大脑内的神经元除了处理一些常规活动（如控制身体移动、调节状态等），很可能还会处理一些更为复杂的活动，如意识活动。
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计算大脑与身体的比例很复杂[1]，在所有动物中，人类的大脑与身体的比例居于首位。相对于我们的体型来说，我们的大脑还是相当大的。海豚紧跟在人类之后，接下来是黑猩猩、倭黑猩猩、红毛猩猩和大猩猩。人们普遍认为，动物在这方面的排序可以看出它们学习能力的高下。不过，现在只有间接证据表明，我们的大脑占身体的比例较大，才使我们拥有丰富的意识。我们也不清楚意识与大脑占身体比例之间的关系。如果意识有一个起点的话，这个起点也许只是一根头发丝的宽度，也许还是头发丝宽度的十亿分之一。因此，以生理特征衡量意识水平只具有参考价值。
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[1]事实上，判断大脑与身体的比例是否合适，要考虑到很多因素。例如，最近有研究表明，有些物种一个重量单位内包含的神经元比其他物种要多很多。因此，仅大脑重量一项数据不足以说明什么问题。
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贪婪的大脑：为何人类会无止境地寻求意义 章鱼的意识水平
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一种更可行的方法是结构比较法，即先弄清楚人类大脑哪些区域和哪些处理过程对意识的形成至关重要，然后将其他动物在这些方面的特征与人类作比较，最后根据相似程度判断其他动物是否具有意识。丘脑和前额叶-顶叶网络对人类意识的产生最重要。其他动物在这方面与我们的相似程度是多少呢？所有脊椎动物都有丘脑，只是形状有所不同，但是并不是每一种脊椎动物都有类似前额叶-顶叶网络这样的大脑皮层。人类的近亲——类人猿，有与我们相似的前额叶-顶叶网络，由此可以推论，类人猿与人类的意识水平最接近。其他灵长类动物（如猴子），也有前额叶-顶叶网络，但根据它们的前额叶-顶叶网络的结构可以推断，它们的意识水平要比人类低。大部分哺乳动物都有大脑皮层，可能会有一定程度的意识。非哺乳动物没有前额叶-顶叶网络，很可能根本不具备任何意识。
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这种方法有其合理性，但只能提供间接的证据。而且，这种方法排除了一种可能性，即大脑结构与我们人类完全不同的动物也可能会有意识。
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我们会想当然地认为，从未离开过海洋的生物比我们要简单很多，几乎是没有意识的（这也是很多人虽然吃鱼，但还认为自己是素食主义者的原因之一）。但是如果我们洞悉了章鱼的认知能力，上述观点就很难成立了。章鱼虽然属于无脊椎动物，没有丘脑和大脑皮层，但是它的行为却表明，它完全不是我们想的那么原始、低级。章鱼有近5亿个神经元，与猫科动物的神经元数量差不多。但章鱼的大脑非常奇特，具有平行结构（parallel architecture）。对大脑而言，平行结构从来都具有优势。章鱼的大部分神经元不是存在于大脑中，而是在腕足上。考虑到章鱼腕足上具有神经元这个事实，我们可以说章鱼其实有9个半独立的大脑，这点在动物界独一无二。章鱼还是海洋生物中的天才，有高度发达的记忆力和注意系统。这使章鱼能够变换各种外形，模仿其他动物、岩石甚至是植物的形状。经实验观察，章鱼可以辨认形状、颜色，能够在迷宫中穿行，懂得打开拧紧的盖子，甚至会学习其他章鱼的行为——之前我们认为只有高度群居动物才具备这项能力。
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大卫·埃德尔曼（David Edelman）和格拉齐亚诺·费利多（Graziano Fiorito）致力于章鱼认知能力的研究。大卫讲述了一次离奇经历。他的章鱼实验室位于庄严华丽的那不勒斯动物学研究所的地下室。有一次他刚进入实验室，所有的章鱼马上游过来，将脸贴在水箱壁上，专注地观察这个闯入者的一举一动。这种持续的关注一般只出现在智力较高的动物身上。如果章鱼具有意识这个结论是真的，通过比较大脑结构的方法是得不出这个结论的，因为章鱼的大脑和人类的大脑，甚至是所有哺乳动物的大脑完全不同。
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贪婪的大脑：为何人类会无止境地寻求意义 量化意识
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综合上述提到的方法，虽然有助于动物意识问题的探讨，但有一个理论却声称可以彻底解决这个问题，那就是朱利欧·托诺尼的信息整合理论。这是一个广受好评的现代意识理论，通过研究大脑神经元的数量，神经元之间如何联结以及如何作用，得到一个意识水平的准确数值。根据这个理论，清醒的人有100个单位意识，昏迷患者有2个单位意识，黑猩猩有50个单位意识，老鼠有10个单位意识，等等。
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该理论一个明确的结论是：每一种动物的意识水平都有一个数值。例如，蜜蜂有近100万个神经元，自然具有一定的意识水平。即使是简单的线虫——秀丽隐杆线虫（只有302个神经元），也会有一个意识水平数值，虽然这个数值十分微小。根据这个理论，甚至一群蚂蚁也有一定程度的意识。这个观点可能会让人很不舒服：连这么低级的生物都有最低限度的意识，更别提动物了。虽然这个理论还需要进一步论证，但是结果很可能证明，对这个理论的怀疑是错的。事实可能是：任何大脑都会产生不同水平的意识，不管某物种的大脑是多么小、多么简单。例如，果蝇就具有基本的注意系统，而这个系统正是意识的主要成分。
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托诺尼的信息整合理论与另一个观念相符，即计算机和机器人具有一定程度的意识。人造生物具有某些网络结构，功能相当于人类大脑，从原则上讲，我们可以根据人造生物网络的性能来评估它们的意识水平。
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然而，这个理论以及目前所有将意识与网络信息相联系的理论，都把细菌和植物排除在外。其实，细菌和植物具有基本的计算处理能力，只是它们不具备信息网络，也不能将低级的信息组合起来，形成有意义的组块。
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事实上，事情不是那么简单。计算出意识水平数值需要进行极其复杂的运算，随着节点或神经元数量的增加，运算的难度会大幅增加。即使要计算只有302个神经元的秀丽隐杆线虫的意识水平，一台普通计算机也要花5×1079年时间。而到了那个时候，宇宙可能都不存在了！不管这个理论有何优点，但它无法应用到实际中，不能用来测量动物的意识水平，更别提测量人类的意识水平了。
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然而，仍然有一些研究人员在修正这个理论，希望将其应用于计算人类大脑的意识水平。跟我同一个实验室的同事亚当·巴雷特（Adam Barrett）和阿尼尔·赛思（Anil Seth）就在做这方面的努力。因此，在托诺尼的理论基础上，未来10年内很可能会出现计算生物意识水平的有效方法，我们要做的只是将一种运算法则应用于计算大脑内神经元（或人造节点）的数量，以及神经元或节点之间的联结，而我们已经具有很多物种这方面的数据。
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托诺尼和他的同事马塞洛·马西米尼（Marcello Massimini）并没有等待数学家来修正测量意识的运算方法，以减少运算时间。他们想出一个很有趣的方法，可以粗略地计算出意识水平：用脑电图仪和经颅磁刺激仪（TMS）记录脑电波。经颅磁刺激仪包含一个蝶形线圈，只有书本大小，将其放在头皮上。经颅磁刺激仪是一个强力电磁体，磁铁在瞬间通上电，就会激活蝶形线圈正下方的头皮下面的大脑皮层神经元，使其发射。被试只是感到头部被轻轻拍打了一下（我试过好几次）。隔几秒钟就有脉冲传递到大脑皮层，此时被试要做的就是打瞌睡。如果被试是清醒的，受经颅磁刺激仪刺激而形成的脑电波会在几百毫秒内传遍大脑；如果被试迷迷糊糊地入睡，又没有做梦，虽然最初的脑电波会更强烈，但很快就会消失，并且停留在仪器刺激到的范围内。这项研究表明，在清醒的时候，信息会在整个大脑皮层表面自由传递；而在睡眠状态，尽管神经元还在发射，但只是在附近神经元之间进行传递，而且信号微弱。马西米尼和托诺尼由此得出结论：当我们清醒时，大脑皮层组合信息的能力很强，但当我们入睡时，这种能力会变弱。这些数据也适用于其他意识理论。
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