在意识到一些出乎意料的信息时，我们的脑会呈现出一种大规模激活的模式。我和同事们将这种特性称为“全脑启动” 28 。加拿大神经生理学家唐纳德·赫布（Donald Hebb）在畅销书《行为的组织》（The Organization of Behavior ）中首次分析了神经元集群的活动 29 ，我们也深受他的启发。赫布用非常直观的语言，解释了神经元网络如何互相激活并很快产生全脑规模的同步激活——正如一群观众一样，开始只需零星的几声掌声，便会演变成雷鸣般的掌声。就像一场音乐会结束后，情绪高涨的观众会一个接一个地站起来，掌声传遍整个会场，皮质上层的大型锥体神经元将各自的激活传给更多的接收神经元。我和同事认为，当激活的传递量超过阈值并且开始自我增强，即一些神经元激活别的神经元，而那些神经元又将激活信号反馈回来，此时便发生了全脑启动 30 。最终的结果是激活的爆发——互相紧密连接的神经元进入一种能够自我维持的高电位激活状态。赫布称其为不断回响的“神经元集群”。
这一系列现象与物理学家所说的“相变”（phase transition），或者数学家口中的“分歧”（bifurcation）类似，即物理体系状态中出现的突然的、不连续的变化。水冻结成冰的过程就是一个液态转变为固态的典型例子。早些时候，我和同事们在思考意识时，发现相变的概念与意识知觉存在许多共同的特点 31 。和结冰一样，意识也存在一个阈限：短暂的刺激会保持在阈下，而时间稍长的刺激却变得完全看得见。大多数自我放大的物理系统都具有一个临界点，全局的变化或不变都取决于这一点小小的改变。我们推测脑可能也是如此。
进入意识的信息是否在皮质活动中触发了一个全脑规模的相变，使脑区同步为统一的状态呢？如果是这样的话，我们怎么来证明呢？为了证实这点，我和安托万·德尔·库尔（Antoine Del Cul）设计了一个简单的实验 32 。像慢慢降低水的温度一样，我们不断改变图像的某个物理参数，然后检测被试的报告以及客观的脑活动指数是否出现了不连续的变化，是否像经历了剧烈的相变过程一样。
在实验中，我们以一帧，即16毫秒的时间先呈现一个数字，然后呈现一段空白，最后呈现由随机字母组成的掩蔽图片。我们以16毫秒为单位来改变空白刺激呈现的时间。观看者报告了什么？他们的知觉变化是连续的吗？不，它遵循相变的“全或无”模式。当数字和字母之间延迟时间较长时，观看者可以看见数字，但延迟时间短的话，他们只能看见字母，数字被掩蔽了。重要的是，这两种状态之间存在一个明显的阈限。知觉是非线性的，随着延迟时间的增加，看得见的程度并没有平稳地增加，被试并没有报告看见越来越多的数字，而是表现出一个突然的变化——“现在我能看见，现在我看不见”。一个大约50毫秒的延迟将看得见的试次和看不见的试次区分开 33 。
以这个研究结果为基础，我们观察脑电记录，调查哪些脑部活动也对掩蔽数字产生了跳跃性的反应。研究结果再一次指向了P3波。先前所有的脑活动要么完全不随刺激的变化而发生改变，要么变化方式和被试的主观报告完全不同。
例如，我们观察以P1和N1波为标志的视觉皮质的最初反应，发现其不受数字和字母之间延迟的影响。这不足为奇，每个试次中都呈现了相同的数字，呈现时间也不变。所以我们看到的是刺激进入脑的第一阶段，这是一个本质上不会变化的阶段，不论最终数字是否被看见。
随后在左右视觉区出现的脑波仍然是以一种连续的方式呈现。在被掩蔽图片打断之前，这些视觉激活的大小与刺激在屏幕上的呈现时间呈正比。闪现的数字可以在大脑中一直被加工到刺激被掩蔽字母打断为止。结果脑波的持续时间以及振幅大小的增加，与数字和字母中间的时间间隔呈严格的正比关系。这个成比例的变化与被试所报告的非线性的全或无体验有着明显出入。这暗示了这些脑波与被试的意识并没有关系。到这一阶段，在被试完全否认看到任何数字的试次中，大脑仍存在强烈的激活。
然而在数字出现后270毫秒开始，我们突然记录到了全脑启动的波形（见图4-4）。脑波在这里突然变得不同，在被试报告看见数字的试次中，激活迅速叠加起来，形成排山倒海之势。这种激活的增加量与掩蔽延迟时间的微小增加不成比例。这直接证明了在动态的神经网络中，意识通达类似于一个相变的过程。
意识知觉在后期的脑活动中产生了一个突然的变化，即物理学家所说的“非线性相变”。在这个实验里，随着一个数字快速闪现，在一段不同时长的可变延迟后，呈现一系列字母对数字进行掩蔽。视觉皮质的激活随着延迟时间的增加而平稳增加，但是意识知觉却并不是连续的，当延迟时间大于50毫秒左右的阈限时，数字突然变得看得见了。后期P3波再次作为意识知觉的标志出现。在数字出现后300毫秒左右，大脑中包括前额叶在内的几个皮质区域，以一种全或无的方式突然激活，这种激活只在被试看到数字时才会出现。
图4-4 数字出现后全脑启动的波形
意识所带来的分歧再一次形似P3波——一个头顶部的高电位波。这个脑波由一个大回路各节点的同时激活而产生，这些节点位于左右枕叶、顶叶和前额叶的许多区域中。我们的数字最初只呈现在屏幕的一边，但是惊人的是，这种启动完全以一种对称的模式侵入双侧大脑。显而易见，意识知觉可以大规模地增强由最初闪光产生的微弱激活。加工阶段的雪崩在许多脑区同步放电时达到高潮，这标志着意识的发生。
