尽管我欣赏阿德里安·欧文的先驱性研究，但是这个理论依旧令我失望。患者如果想要通过测试，毫无疑问需要拥有意识——但是实验分析却和特定的意识理论没有什么关系。由于他的实验包含语言、记忆和想象等因素，因此实验中仍旧有许多被试虽然有意识但却无法完成任务。我们能不能设计出如石蕊测试那样更加简单的意识测试呢？运用先进的神经成像技术，我们已经发现了许多意识标志。我们能不能通过监控脑活动的图像，从而判断患者是否具有意识？这样简单而又有理论支持的测试可以用来解决许多难题，包括确定幼儿、婴儿甚至猴子或者老鼠是不是具有某种形态的意识。
2008年，在法国南部奥尔赛举办的一个值得纪念的午餐会上，我和同事特里斯坦·贝肯斯丁（Tristan Bekinschtein）、利昂内尔·纳卡什和马里亚诺·西格曼，问了我们自己一个天真的问题：如果我们要设计最简单的意识检测装置，该怎么做？我们很快决定使用脑电技术，这是最简单也是最便宜的神经成像技术。我们也一致地认为应该以听觉刺激为基础，因为大多数患者的听觉完好，而视觉通路却受阻。可是使用听觉刺激的决定也产生了一些问题，因为我们之前关于意识标志的结论主要是基于视觉实验得出的。不过，我们仍然对意识通达的原理很有信心，相信我们的发现同样适用于听觉模型。
我们决定使用实验中记录到的最清晰的信号——巨大的P3波，它标志着大脑皮质网络的同步启动。我们可以很容易地诱发听觉的P3波。想象一下你正在安静地听一场交响乐，这时候某人的电话突然响了。突如其来的声响诱发了巨大的P3波，因为你将注意转向了这意料之外的事件，并且意识到了它的存在 30 。
在我们的实验设计中，将呈现一系列的重复声音：“哔，哔，哔……”在一个无法被预料的时间点，一个新的声音出现——“啵”。当被试清醒并专注时，这个异常的声音产生了类似P3波反应的事件，即代表了意识。为了确定这个反应不是因为声音强度或者其他低水平的特征产生的，在另一个分离的试次中，我们交换了两个声音：“啵”是标准刺激，而“哔”是突然增加的声音。这样的对比实验就证明了P3波的产生纯粹是因为在当时情境下所出现的声音的不可预测性。
然而这个方案又进一步使事情变得复杂了。突如其来的声音引发的不仅仅是P3波，还有一系列反映了无意识加工过程的早期大脑活动。在异常刺激出现后仅100毫秒，听觉皮质就产生了强烈的反应。这种反应被称为“失匹配反应”或“失匹配负波”（mismatch negativity，简称MMN），因为这个波表现为头顶出现的负电压 31 。问题在于，失匹配负波并不是意识标志，它是对于新异听觉刺激的自动反应，无论一个人专注、走神、读书、看电影，或是睡觉以及昏迷等，只要出现新的声音，大脑就会产生失匹配负波信号。我们的神经系统拥有一个高效的、无意识的新异刺激探测器。为了能够快速觉察异常的声音，大脑会无意识地将当前刺激与基于之前声音刺激产生的预测进行对比。这种预测是普遍存在的，大脑皮质的每一部分都可能拥有一个简单的进行预测和对比的神经元网络 32 。这个过程是自发的，只有其结果会进入到注意和意识之中。
这就意味着，这个使用异常声音测量意识信号的实验范式失败了：即使是昏迷的脑，仍可能会对异常声音产生反应。失匹配负波反应只能表明听觉皮质能够检测到异常声音，但并不意味着患者具有意识 33 。这属于早期感觉处理的范畴，虽然足够复杂但却在意识之外运作。我和我的团队需要关注的是在此之后的脑活动：患者的大脑是否会产生如雪崩一般强烈的、标志着意识产生的神经元活动？
为了创造一个只对新声音产生晚期的、有意识反应的新奇测验，我们发明了一种新的方法：将局部异常和全局异常进行对比。想象一下，你听到连续的5个声音，只有最后一个不同于其他4个声音：“哔，哔，哔，哔，啵”。为了对最后一个异常音做出反应，你的大脑会先产生一个早期的失匹配负波，再产生一个晚期的P3波。重复这个声音序列多次，你的大脑很快适应了在听到四下“哔”后出现一下“啵”——在意识层面上，这已经不再能使被试感到惊讶了。值得一提的是，最后一个不和谐的音仍然会产生早期的失匹配负波。听觉皮质显然拥有一个非常愚蠢的新异声音探测器。听觉皮质并不注意整体的规律，而是肤浅地预测“哔”后面一定仍会出现“哔”，显然最后一声“啵”推翻了这个预测。
有趣的是，P3波则是更聪明的“野兽”。它可以紧密追踪意识，一旦被试注意到这5个声音的模式，并且不再对最后一个声音的变化感到吃惊时，P3波也就随之消失了。一旦这个意识期望形成后，我们又可以偶尔违反它，呈现5个同样的音“哔，哔，哔，哔，哔”，这个偶尔的变化触发了晚期P3波。奇妙的是，大脑会将完全相同的一串声音视为新异刺激。这仅仅是因为大脑检测到了这串序列和先前工作记忆中记下的序列不同。
我们的目的达到了：我们能在不产生早期无意识反应的同时诱发出纯净的P3波，甚至还可以通过让被试数不同序列的个数来增强这种效果。直接数数可以大大增强观察到的P3波，将其变为一个很容易就能探测到的标记（见图6-3）。当我们看到这个标记时，就可以十分确定患者有意识并且能够遵循我们的指令。
局部－整体测验可以检测损伤患者是否具有残存的意识。该测验包括多次重复一系列完全相同的5次声音。当最后一次声响和开始的4次声响不同时，听觉皮质就会产生“失匹配反应”，这是一种对异常声音产生的自发反应。而且这种反应是无意识的，即使在深度睡眠或昏迷中，仍然会出现。但在意识层面，大脑很快适应了这种重复序列。在适应后，如果最后一个声音不再产生变化，就会触发异常感。重要的是，这种高级别的反应似乎只在有意识的患者身上出现。该反应呈现了所有的意识标志，包括P3波和分散在顶叶皮质和枕叶皮质中的同步激活。
图6-3 局部－整体测验
实验证明，这个局部－整体的异常设计非常有用。即使实验很短，我的团队仍然很轻松地记录到了每个正常人的整体异常的P3波反应。此外，只有被试是专注并清楚规则的时候才会产生P3波 34 。当我们通过一个复杂的视觉实验让他们分心后，听觉的P3波就消失了。而当我们让他们处于心智游移的状态时，P3波只出现在那些能在实验后报告声音规律和变化的被试身上，未注意到这种规律的被试没有产生P3波。
被整体异常声音所激活的网络区域，也标志着意识的启动。利用脑电技术、功能性磁共振成像技术和颅内记录方法来记录癫痫患者的活动，我们证实了全脑工作空间网络会在整体异常序列出现时被激活。当我们听到异常的声音序列时，大脑活动将不再局限于听觉皮质，而是进入更广阔的区域，包括双侧前额叶皮质、前扣带回、顶叶，甚至是一部分枕叶皮质。这意味着异常声音的相关信息在全脑传播了，也就意味着信息被意识到了。
这样的测试在临床环境下依然适用吗？具有意识的患者能够对整体异常的声音做出反应吗？我们最开始对8名患者进行的实验非常成功 35 。其中4名植物人对整体声音的变化没有产生反应。而在4名处于最小意识状态的患者中，有3名患者对整体异常的声音做出了反应，这3名患者在这之后均重新获得了意识。
后来，我的同事利昂内尔·纳卡什开始将该测验推广到巴黎的萨彼里埃医院，得到了非常好的效果 36 。只要患者有整体反应，他们一般就可以被认为是有意识的。在22名植物人中，只有两名被试产生了整体的P3波，在这之后的几天，这两名患者恢复了一定程度的最小意识。于是我们可以认为，或许在测试的时候他们就已经具有了意识，就像欧文实验中有反应的患者一样。
在重症监护室中，我们的局部－整体测试偶尔也会提供重要的帮助。例如，一名年轻男子由于一场严重的车祸，陷入了长达三周的昏迷状态，他完全没有任何反应，并且患上了许多并发症，这使得医疗团队开始讨论是否要中断对他的治疗。然而他的大脑仍能对整体信息的异常做出很强的反应。也许他只是暂时陷入了闭锁状态，无法表达自己仍旧存留的意识。纳卡什说服医生，或许患者几天之后就能出现好转。果然，这位患者在之后完全恢复了意识。实际上，他的生理情况也奇迹般地好转了，甚至有能力重新开始正常的生活。
全脑工作空间理论解释了为什么这个测试如此有效。为了发现重复序列，被试必须要记住5个音。之后他们将这个序列与接下来相隔数秒出现的序列进行比较。就像我们在第3章中讨论的一样，将信息在大脑中保存几秒是意识存在的证明。在我们的测试中，这体现在两个方面：必须将单独的信息整合为一个整体的模式，并且必须将其和多种类似的模式进行比较。
我们的测试还涉及了另一个层面的信息加工。考虑一下，将单一的“哔”序列判断为异常刺激所需要的思考过程。一旦听到了标准序列“哔，哔，哔，哔，啵”，大脑就会开始适应序列的最后一个异常音。尽管这种声音仍会在听觉皮质产生第一阶段的异常信号，但是在第二阶段，系统却能很好地预测到它 37 。在偶然情况下，当相同的5个“哔”出现时，第二阶段系统将会发现这种异常。确切地说，这种异常就是最后那个音没有出现异常。我们的测试之所以能够成功，是因为该测试避免了第一阶段的异常声响检测，并且有选择性地激活了第二阶段。第二阶段与前额叶皮质的全脑觉醒紧密相关，因此也就能确定是否存在意识。
