意识能摆脱大脑独立存在吗
1714年，莱布尼茨提出，单靠物质永远也不可能产生思想。莱布尼茨是德国哲学家、数学家兼科学家，有时还被称为“最后一个百科全书式的人”。在莱布尼茨看来，单有大脑的组织结构，是不存在内在生命的。他提出了一项如今被称为“莱布尼茨磨坊”的思想实验。想象有一座巨大的磨坊，如果你走进这座磨坊，你会看到齿轮、支柱和杠杆全都在运动，但要说磨坊在思考、在感觉、在察知，那就太荒唐了。一座磨坊怎么可能谈恋爱呢？怎么可能欣赏夕阳呢？磨坊只是各种零件构成的。因此，莱布尼茨主张，大脑也一样。如果你把大脑扩展到磨坊大小，在里头溜达溜达，你能看得见的也只有零部件。没有什么明显的区域对应着感知。每一样东西无非是作用于另一样东西。如果你记录下每一次互动，也看不出思想、感觉和感知到底驻留在什么地方。
磨坊有着互动的机械零部件，但不会有人提出磨坊在思考。那么，既然大脑同样由零部件构成，它的魔法到底是在哪里施展的呢？
观察大脑内部，我们看到了神经元、突触、化学递质、电活动。我们看到了数十亿活跃的、叽叽喳喳的、热热闹闹的细胞。“你”在哪里呢？你的思想在哪里？你的情绪在哪里？幸福的感觉、红这种颜色在哪里？你怎么可能是由单纯的物质构成的呢？在莱布尼茨看来，意识似乎是无法用机械原理来解释的。
有没有可能，莱布尼茨的观点里忽视了什么东西？观察大脑的各个零部件，他或许错过了某个机窍。或许，在磨坊里漫步的类比，并不适合回答意识这个问题。
要理解人类意识，或许不该从大脑零部件的角度去思考，而要着眼于这些组件怎样互动。如果我们想看看简单的零件怎样产生一种比自己更宏大的东西，蚁丘就是离我们很近的例子。
南美洲的切叶蚁的一口巢里有数百万成员，它们自己种植食物。和部分人类一样，它们是农民。一些蚂蚁从蚁巢出发，寻找新鲜植物，找到以后，便把大块的叶子咬碎，背回蚁巢，但并不吃掉。体格较小的工蚁把叶子碎片咬成更小的碎片，用来作为肥料，培养地下“大菜园”里的真菌。蚂蚁喂养真菌，真菌长出子实体（fruitingbodies），供蚂蚁稍后吃掉。两者结成紧密的共生关系，真菌不能再自行繁殖，完全依靠蚂蚁传播。因为采用这种成功的养殖战略，蚂蚁在地下建立了庞大的巢穴，有时甚至扩展覆盖数百平方米。和人类一样，它们有着完善的农业文明。
重要之处在于，虽然蚁群就像是能完成非凡壮举的超级有机体，但每一只蚂蚁的个体行为十分简单。它只是遵循局部规则。蚁后并不下达命令，不从上至下地协调行为。相反，每只蚂蚁根据来自其他蚂蚁、幼虫、侵入者、食品、垃圾、树叶等的局部化学信号做出反应。每一只蚂蚁都是一个小的自主部件，根据局部环境，以及自己所属品种的遗传编码规则采取行动。
尽管缺乏集中的决策，南美切叶蚁群却表现出了看似极其复杂的行为。除了耕种，它们还会寻找离蚁巢所有入口都最远的地方处置死尸，这可是一个非常复杂的几何问题。
每只切叶蚁只进行局部沟通，完全不理解大局。但在蚁群的层面上，出现了复杂的响应式农业活动。
最重要的一点是，蚁群的复杂行为并不来自个体的复杂性。每一只蚂蚁并不知道自己是一个成功文明的组成部分，它只负责运行自己简单的小程序。
当足够多的蚂蚁聚集到一起，超级有机体就出现了，它有着比自身基本零部件远为复杂的集体性质。这种现象叫作“涌现”，指的是简单的单位以合适的方式互动，便出现了更宏大的整体。
蚂蚁之间的互动是关键，大脑里的情况也一样。单个的神经元就是一个专用细胞，和你身体里的其他细胞一样，神经元的部分专门用途令它可以处理和传播电信号。像蚂蚁一样，单个大脑细胞终生都只运行局部程序，细胞膜承载电信号，时机一到就释放神经递质，并接受由其他细胞放出的神经递质。就是这么简单。大脑细胞生活在黑暗之中。每个神经元一辈子都嵌在其他细胞的网络当中，简单地对信号做着回应。它不知道自己是在参与移动你的眼睛阅读莎士比亚的作品的任务，还是移动你的双手演奏贝多芬的乐曲的任务。它对你没什么认识。虽然你的目标、意图和能力完全依赖于这些小小神经元的存在，可它们生活在一个更小的层面上，对它们自己合力构建的东西并无觉察。
不过，只要有足够多的基本脑细胞聚集到一起，以正确的方式互动，意识就涌现了。
蚂蚁和神经元一辈子都按局部规则生活。不知情的蚂蚁促成了蚁群的复杂行为，而神经元造就了我们。
有着涌现性质的系统随处可见。飞机上没有任何一块金属具备飞行的能力，但当你把零件以合适的方式组装到一起，飞行就涌现了。一套系统的零部件可以相当简单，关键在于它们之间的互动。在许多情况下，零部件本身可以替换。
虽然理论细节尚未确定，但意识似乎是从大脑数十亿零部件的互动里涌现而来的。这引出了一个根本性的问题：任何有着大量互动零部件的东西，都能涌现出意识吗？比方说，一座城市是有意识的吗？毕竟，城市也是建立在大量元素互动之上的。想想看，城市里涌动着各种信号：电话线、光纤线、下水道，人之间的每一次握手，每一盏交通信号灯，等等。城市互动的规模，可以跟人脑相提并论。当然了，很难知道城市是不是真的有意识。它怎么告诉我们呢？我们又怎么问它呢？
为回答这类问题，我们需要引出一个更深层次的问题：一套网络要体验到意识，除了大量零部件还需要些什么呢？难道说还有一种非常特殊的互动结构？
威斯康星大学的朱利奥·托诺尼（Giulio Tononi）教授刚好正致力于回答这个问题。他对意识提出了一个量化界定。他认为，只有互动的零部件还不够，互动之下还必须存在某种组织安排。
为在实验室环境下研究意识，托诺尼使用经颅磁刺激来比较大脑清醒和深度睡眠时的活动。（我们在前文提到过，深度睡眠时你的意识消失了。）他和团队通过在大脑皮质上引发一道电流，以跟踪电活动的传播。
如果受试者是清醒的、有意识的，那么从经颅磁刺激脉冲的焦点会扩散出一套复杂的神经活动模式。电活动的涟漪持久而漫长，扩散到不同的皮质区域，表明整个网络的连接四通八达。相反，如果受试者处在深度睡眠当中，同样的经颅磁刺激脉冲就只能激活非常有限的局部区域，而且活动很快平息。网络失去了大部分的连接。同样的结果，也出现在处于昏迷状态的人身上：电活动扩散极弱，但几周内随着当事人逐渐恢复意识，活动会扩散得更为广泛。
意识活跃程度越高，相应地，电活动的传播就越广泛。
托诺尼认为，这是因为，人清醒且存在意识时，不同皮质区域有着广泛的沟通；反过来说，深度睡眠时人处于无意识状态，各区域间则不存在沟通。按照这一理论框架，托诺尼认为，意识系统需要一种完美的平衡：既要有足够的复杂性来呈现极为不同的各种状态（这叫作“分化”，differentiation），也要有足够的连通性，让网络中距离遥远的部分彼此紧密沟通（这叫作“整合”，integration）。使用这一框架，可以量化整合和分化之间的平衡。他提出，只有在合适范围内的系统才会涌现意识。
如果这套理论是正确的，那就能对昏迷患者的意识水平进行非侵入式的评估了。它兴许还能让我们判断无生命系统是否存在意识。因此，一座城市是否存在意识这个问题的答案是：它取决于信息流是否以合适的方式得到了安排，分化和整合的量必须要恰到好处。
托诺尼的理论符合人类意识有可能摆脱其原本生物实体的设想。按照这种观点，虽然意识由大脑而生，但它并不一定必须以有机物质作为基础来构建。只要零部件互动的组织方式正确，用硅生成意识应该很容易。
