宇宙中最奇怪的意识现象：神秘量子生命

意识是什么

也许迄今为止，我们对宇宙认识中最为奇怪的一点，就是我们居然意识到了宇宙的存在，而这些认识又竟然来自我们脑袋里作为宇宙一小部分的某些物质：我们那具有意识的大脑。如果你不能理解这一点有多么诡异，不妨想一想，其实直到今天，我们对意识如何做到这一点都毫无头绪。

哲学家在探讨意识时，杜撰了一种假想的概念：行尸走肉（zombies）。行尸走肉会和普通人一样进行日常活动，如在洞穴里作画或者阅读书籍，但是他们的内在空空如也：他们的脑袋里除了活动肢体和发声运动所必要的运算活动之外，别无他物。行尸走肉是一台自动运行的机器，缺乏意识，没有体验。这样的状态在理论上是可能存在的，最直观的证据来自我们自身——譬如行走、骑车、弹奏熟悉的乐器等活动——我们都可以无意识地完成（无意识意味着，我们在进行这些活动时，大脑的注意力可以放在别处），不需要全神贯注或者回顾经验。实际上，当我们试图把注意力放在这些活动的细节上时反而容易出错。看来对某些活动来说，意识并不是必须的。倘若真有一些人类的活动不需要意识参与，那有没有可能存在一种模仿各种人类行为的生物，而实际上它并不知道这些行为的含义？

实际上这不太可能：人类有一些行为是完全建立在意识之上的，例如语言。和一台无人机进行逻辑复杂的谈话几乎是不可能的。此外，要想无意识地解决一道复杂的数学问题或者一组填字游戏同样十分困难。如果当初站在洞穴里那堵石壁前的冰河世纪艺术家（我们姑且认为那是一名女性）没有心智，很难想象她在面对眼前一堵冰冷的墙壁时，能够画出一头栩栩如生的野牛。这些意识活动的共同点在于，它们都受到思维的驱动，比如一个词语包含的隐喻，一个问题的解决办法，或者什么是野牛以及它对石器时代居民的象征意义。洞穴内有一块岩石上描绘了一个上半身是野牛而下半身是人类的生物，这种不可思议的图景在现实中并不存在，只能来自大脑的意识和想象。肖韦洞穴的壁画恰恰展示了思维的最强大之处：利用几个不同的想法塑造一个新奇的概念。

那么，到底什么是思维？介于我们说过不妄下定义的规矩，我们假设，思维是对大脑中复杂信息的整合，以塑造对我们有意义的概念，就像无论肖韦洞穴里那幅半牛半人的画究竟想要表达什么，它对洞穴里的原住民来说肯定有某种特殊的意义。思维整合、压缩信息从而构建一个新想法的过程，与莫扎特创作一首完整曲目的过程不谋而合，莫扎特曾表示：“我的脑子里早就有了一整首曲子的大致模样，尽管它很长。然后每次我在脑海中过一眼就抓住其中一段……时常会断断续续，虽然无法一蹴而就，但是曲子的细节渐渐丰富起来，最后成为一首完整的乐曲。”有意识的大脑能够“抓住”复杂信息的“细节”，以确保这些信息“最后成为一个”完整的想法。意识让我们的大脑受到思维和概念的驱使，而不是单纯被刺激所驾驭。

但是有意识的大脑是如何把复杂的神经信息整合为一个新想法的呢？这是意识研究中的第一个谜题——有些人把这个谜题称为“捆绑问题”（binding problem）：大脑中不同区域编码的信息如何被整合到一起？许多感官信息的研究，比如视觉研究，往往会涉及捆绑问题。举个例子，你可能还记得卢卡·图林在试嗅资生堂公司的“Nombre Noir”时，对这种香水气味的描述：“这是一种介于玫瑰和紫罗兰之间的香味，但又没有两者的甜腻。味道朴素而神圣，接近雪茄盒里逸散的雪松香。”图林无法说出香水气味中每一种气味成分单独刺激相应嗅觉感受器的感觉，他把香水当成一种香味，这种香味可以唤起他几种不同的体验，其中就包括雪茄盒以及紫罗兰的气息。类似的，视觉和听觉体验并不是单纯指事物的某种颜色、某条纹理或者某个音符，感官体验是感觉信息、记忆、概念的整体印象，比如我看到了一头野牛、一棵树或者一个人。

想象一下这位旧石器时代艺术家正在观察一头野牛。她可以用眼睛看、用鼻子闻、用耳朵听，如果是一头死去的野牛，她还可以用手触摸。这些观察带给她有关野牛的诸多信息，包括野牛的气味、外形、颜色、皮毛纹理、动作和叫声等。我们在第4章介绍过人类的嗅觉是如何感知气味的。你可能还记得，与嗅觉神经元结合的气味分子引起神经元“放电”，鼻腔后部的嗅觉上皮通过轴突（轴突的结构就像扫帚柄）向大脑的嗅球传递了一波电信号。我们会在本章的后面部分着重探讨神经元放电的过程，因为这是量子力学可能在我们的思维过程中起作用的关键步骤。现在，暂时抛开那些，让我们想象一个野牛的气味分子离开野牛身体，恰好落进了我们那位艺术家的鼻子里，气味分子结合到嗅觉神经元的受体上，然后让后者沿着长长的轴突传递了一连串电脉冲信号，这些信号就像一封没有划只有点的电报。[65]

一旦来自嗅觉神经的“点”信号到达了这位艺术家的大脑，它将激发更多下游神经元的放电（传出更多的点）：每一个神经元就像电报中继站，感官信息以类似摩斯电码的方式从一条神经传递到另一条。比如分布在视网膜上的视锥和视杆细胞（它们和嗅觉细胞一样是特异分化的神经元细胞，专门用于感受光刺激而不是嗅觉刺激）会通过视神经把视觉信号以一连串点信号的方式传入她大脑的视觉皮层。不同的嗅觉神经元只对特定的气味分子放电，而视觉神经元对落在视网膜上的图像同样具有选择性反应：有的视觉神经元识别特定的颜色或者明暗层次，有的负责识别边缘、线条或者特定的纹理。同样的道理，艺术家内耳中不同的听觉神经元也只对特定的声音有反应，这让她能够分辨出野牛中了长矛之后沉重的喘息声；当然还有她皮肤里的机械门控神经，让她能够感知野牛皮毛的触觉。在这些例子里，每一种神经元可能只对某些感觉的输入有反应。比如，某种听觉神经元可能只对应进入艺术是耳朵内某种特定频率的声音放电。但是，不论引起神经元放电的刺激是什么，它们通过神经元传递的方式却是一模一样的：都是艺术家体内一股从感受器到大脑特定区域的电流脉冲。在大脑中，这些脉冲信号可能直接引起运动信号的传出。但是更有可能的情况是，它们会调整神经元之间的连接方式，形成对所见所闻的记忆。这种解释记忆形成的方式被称为“共放电增强神经元联系”[66]。(www.xing528.com)

需要着重强调的是，在由大约1 000亿个神经元组成的人类中枢神经系统里，并不存在一个特定的位置让输入的大量感官信息流整合而后形成野牛这样的概念。实际上，“信息流”这个词在这里并不准确，因为信息“流”暗示信息会像支流一样“汇聚”，而事实上每条神经都是相互独立的，所以这种信息的汇聚在神经元之间不会发生。相比于信息流，对大脑信息的传输过程更恰当的理解是电缆中一连串电报的点、点、点……每封电报都沿着体内铺设的无数个神经元中的某一条飞速传递。捆绑问题试图研究的正是每条神经中离散的“点”信号如何能够整合并产生一个野牛这样的概念。

需要整合的其实不仅仅是感官信息。意识活动处理的原材料并不是经过筛选的感官信息，而是具有意义的概念。旧石器时代的那位艺术家在面对墙壁涂抹颜料时，试图描绘的是一头让她感觉毛发浓密、气味难闻、气势可怖而威严的野牛，浓密、难闻、可怖和威严的感受不是某个感官印象，而是众多感官印象的综合。

感官信息的整合形成了有意义的概念，而概念的整合则产生了意识。意识驱动大脑进行思维活动，思维活动继而驱使身体发生物理运动。我们可能永远无从得知那位石器时代的艺术家往石头上抹颜料时，在她脑海里浮现的想法究竟是什么。可能她觉得一幅野牛的画可以为暗淡的角落增添些许光彩；或者她相信在洞穴里描绘动物能让她的同伴们在狩猎时交上好运。但是有一点我们可以确定，那就是这名史前艺术家相信，绘制一幅野牛的图画是出于她自己的想法。

但是一个想法要怎么才能影响实实在在的躯体呢？大脑与一般的经典物体不同，虽然它也接受各种感官信息的输入，对其进行处理产生相应的输出信号，但是它不是一台计算机（或者一具行尸走肉）。我们认为大脑具有意识（也就是我们的“自我”），意识可以驱动我们主观的行动。那么不同信号之间的整合与纠葛到底发生在哪里？到底什么是意识以及它是如何与大脑相互作用，使我们的手臂、腿或者舌头活动的？意识，或者说自由意志，在目前决定论为主流的宇宙观里显得如此格格不入。因为根据这种宇宙观，从宇宙大爆炸到肖韦洞穴，期间发生的一切都只不过是因果铁律支配下，无穷无尽的因果事件。

肖韦回忆他和伙伴们第一眼看到肖韦洞穴里的壁画的情景时说：“在那个洞穴里，一种‘这儿还有其他人’的强烈感觉扑向我们，无论是谁创作了那些画，他们的灵魂都还留在那个洞穴里，我们都感受到了他们的存在。”显然，这几位洞穴探险者经历了一种有时被称为“灵性”的深远体验。打开人类或者动物的头盖骨，我们会发现里面只有一堆湿乎乎的组织，看起来和一堆生牛肉没有什么两样。可是一旦这团黏糊的组织长在大脑里，就具有了意识，它能够感受，能够思考，仿佛超脱了物质世界。体验和思考——也就是我们的心智——驱使大脑内物质的变化，引起身体的活动（即便没有引起身体活动，这个过程也属于我们的思维“活动”）。对这种现象的不解有很多不同的叫法，不同的人称之为大脑-躯体问题（mind-body problem）或者意识难题（hard problem of consciousness），它是关于我们自身存在的众多问题中最为神秘的那一个。[67]

在本章中我们会探讨量子力学是否能给这个神秘的现象提供合理的解释。但是在开始前我们必须强调，由于没有人知道到底什么是意识或者意识到底是如何工作的，所以任何有关意识的解释都几乎是纯粹的推理和猜测。神经科学家、生理学家、计算机科学家和人工智能研究者甚至在人类的大脑是否真的能理解意识这个问题上，都没能达成共识。

作为切入点，我们先把注意力放在阿尔代什省石灰岩上的那幅野牛的画像上。大脑要如何运作才能绘制这样一幅画呢？