扎加尼加的一次经历
最近，我有幸参加了由英国最重要的科学团体——英国皇家学会组织的一个研讨会，会议为期两天，探讨有关意识和认知问题。来自世界各地的神经科学领域的精英们聚集在英国中部的一个小村落里，讨论大脑如何产生意识这一问题上取得的科学进展。听众包括学会的成员，以及像我这样的相近研究领域的人员。会议在奇切利厅举行，这是皇家学会名下的一座漂亮的大楼，小型会议一般在此举行。这里环境优雅，食物精美，住宿条件很奢华，研讨会的氛围显得很轻松。
迈克尔·扎加尼加（Michael Gazzaniga）是会议发言人之一，他是认知神经科学领域的元老。过去几十年里，扎加尼加在神经科学领域内一直享有盛誉，他在教学与科研方面很出色，同时他的研究成果也广为人知。扎加尼加已经70多岁了，高个子，为人谦和，富于魅力。他在正式发言之前，讲了一件小事情，这事是他几天前刚来到英国时碰到的。扎加尼加到了伦敦希思罗机场后，向入境护照检查处走去。检察人员照例问他：是来公干还是旅游？他回答是公干，参加一个会议，就待上几天。检察人员问他开什么会。扎加尼加说自己是研究大脑的科学家。检察人员一听，扬起了眉毛，很感兴趣，问：“像右半脑负责空间识别，左半脑负责语言这一类的研究吗？”扎加尼加想今天真走运，于是带点骄傲地回答，实际上自己也参与了他刚才说的那项研究。检察人员很震惊，问扎加尼加这次会议的主题是什么。扎加尼加回答是“意识和大脑的关系”。检察人员斜眼看了看他，皱起了眉头，说道：“你有没有想过中途改变主意，不要参加这个会议了？”
检察人员的话反映了普通大众对意识神经科学的怀疑态度。即使是现在，很多神经科学家也有同样的想法。然而，就像我在这一章论述的那样，这个领域在过去20年中取得了令人兴奋的成果，许多研究者开始集中研究大脑的哪些区域与意识的产生有关，这些区域如何相互作用产生经验，神经机制又是如何运作产生意识的。
大脑产生意识
在第1章中，我详述了我的朋友马丁·蒙蒂让我在功能性磁共振成像扫描仪（FMRI）中做的实验。这种扫描仪可能是世界上最昂贵，同时也是最笨重的聊天工具。但是，这个扫描仪以简洁明了的方式证实了意识是物质的，是由大脑产生的。与之相反的哲学观点都是不可靠的。
我们每天都在操控自己的意识，我们消费的含咖啡因或酒精的东西会影响大脑的运作，从而影响意识。不仅如此，很多医学例子都证明大脑和意识之间关系密切，如很多类型的大脑损伤会引起意识深刻、永久的改变。
如果我们假定，意识仅仅是大脑活动产生的一种物理过程，那么意识就更具神秘性；同时，也给了我们一个临时的观察平台，使我们以此为基础去探寻答案。不可否认，将意识与大脑联系在一起会引发一系列的问题，但是科学研究正在试图解决这些问题。这些问题包括：意识是由整个大脑的活动产生的，还是由大脑内部某些特定的区域的活动产生的？如果只是跟某些特定的区域有关，那么如何辨别这些区域？神经元的活动方式与意识的产生是否有关？意识与神经元的数量有关吗？意识是否只是与少数神经元有关？只有一种意识形式，还是有很多种意识形式？如果有很多种意识形式，是否不同的脑区产生不同的意识，每种意识的功能都不同，就像我们辨别脸孔的能力与语言能力是不同的？意识是否必须由大脑产生，其他物质（如硅质计算机大脑）能否代替大脑？我将在这一章回答上述问题。但是我会继续上一章的内容，对意识的目的、构成及机制做更清晰的论述。
不相关联的两派人都在研究大脑如何产生意识。一派研究人员试图发现产生意识的大脑区域及神经机制。同时，另外一派科学家研究与经验相关的神经系统的运作，同样取得了卓越的成就。这派人很少提到意识，他们的研究主题包括工作记忆，注意以及组块。
我将在这一章详细描述一些直接的、正式的证据，说明大脑是如何产生意识的。然后，我将论述与意识密切相关的其他研究，如注意的神经学基础、工作记忆、组块以及其他相关主题，进一步证明这些过程对意识的重要性。在这一章的最后一节，我将讨论有关意识的神经科学理论，使我们更深入了解意识的本质，尤其是那些有意识和神经学两方面的实验数据支持的理论。
打开意识的闸门
意识的产生究竟与整个大脑有关还是仅与大脑中少数几个关键区域相关联？对意识神经科学来说，这恐怕是最为简单，也是最重要的一个问题。这个问题的答案有大量数据支撑，这些数据建立在对不同部位脑损伤的病人的研究之上，而这些病人的局部损伤部位涵盖了大脑的每一个区域。研究发现，属于人类大脑最原始的爬行动物脑的一部分的小脑（cerebellum），与意识的产生关系甚少。小脑缺失不会对意识造成明显损害。例如，一个天生几乎没有小脑的女人，照样能在电器厂干活，过正常人的生活。
由此可见，并非所有的大脑区域都对意识的产生起作用。上面的例子也间接回答了另一个问题，即意识是否与神经元的数量有关。如果神经元的数量与觉知水平成正比，那么拥有大脑近80%神经元的小脑应该是意识活动最为活跃的区域。然而，事实并非如此。
实际上，意识产生最为关键的区域是脑干网状结构（the reticular formation）。虽说如此，它很不起眼，也不是本书的重点。脑干网状结构属于大脑最为原始的区域——脑干的一部分，即爬行动物脑的组成部分。网状结构通过一系列复杂的分区控制着睡眠与觉醒周期，这些分区分别参与化学活动和神经元活动。通过这些活动，我们进入不同模式的睡眠或是从睡梦中醒来。例如，当我们做梦时，网状结构发出信号，传递给脊髓神经，从而抑制身体其他部位的功能，这样我们梦到自己在到处跑，却不会真的撞到墙上去。网状神经一旦受损，后果严重，不是死亡就是深度昏迷——完全失去意识，永远无法醒来。
网状结构对意识的形成不可或缺，并不等于说意识是在网状结构这一原始的部位发生。打个比方，没有电源，电脑无法开机，但是电源是功能最为单一的部分，与操作系统程序毫不相关。
丘脑是与意识形成关联更为密切的区域。丘脑是脑干网状结构的主要输出区，位于脑干上方，处在大脑的中间，地位特殊，是大脑的中枢，其神经元可以从其他脑区接收信息，也可以向所有脑区发送信息。以前，丘脑主要被视作感知渠道，当信息被输送到大脑皮层时，丘脑通常作为传送的第一站。例如，眼睛通过视束这一密集的信息高速公路传达看到的图像，图像信息汇集到一个被称作外侧膝状体核的丘脑部位，这一部位再将信息送到初级视皮层。近来，丘脑的作用日益受重视，人们意识到它不再只是消极的中转站，而具有成熟的信息过滤和组织功能，对意识的产生发挥着至关重要的作用。
丘脑大面积受损就会成为植物人。与处于昏迷状态的病人不同，植物人有醒着的迹象，如在白天可能会睁开眼睛。这听起来好像植物人大脑的网状结构仍然部分运行着觉醒的功能，其实由于没有足够的神经联结，他们即使醒着也不能意识到任何事情。丘脑是意识产生的关键部位，有两方面主要功能：信息处理和分配注意。除了在大脑各区域传输信息外，丘脑还负责将注意分配到不同的方向。这点也能说明丘脑损坏的植物人看似醒着，却没有任何定向的意识。试想一下，一个还存有某些感知的生命体，其注意却不能关注任何物体，不能确定任何目标或想法，这种状态能被称为有意识吗？
回到电子邮件这一类比，丘脑相当于承担着一个大公司IT部门的职能。外界所有电子邮件（感觉输入）首先经过IT部门服务器过滤，然后才分发到相应的其他部门。大部分内部电子邮件也要经过办公大楼的IT服务器才能送达接收者。但是这个IT部门特别具有前瞻性，会过滤掉垃圾邮件。如果有需要，IT部门经理会毫不犹豫地延缓某类特定邮件的送达时间，比如流行音乐，而在那些与公司当前主要项目密切相关的邮件的主题前添加“优先处理”标签。
丘脑损伤会变成植物人，那么一个公司IT部门的服务器出故障又会如何呢？这座办公大楼地下室的发电机很有可能还在照常运作，晚上继续供电，而公司职员也照常用着电脑，还时不时与隔壁同事交流上几句闲话。但是，这座办公楼里，不再有畅通高效的工作交流，处于决策层的经理们对自己公司发生的事情知之甚少，自然也就做不了什么正事。
盲视——意识神经科学的死胡同
如果说大脑产生意识的唯一区域是丘脑，这似乎让人难以置信。因为丘脑属于较为原始的脑区，任何脊椎动物都有丘脑。尽管丘脑是产生意识的重要器官，且直接参与经验的建构，但是其他脑区也至关重要。
30年前，意识神经科学的实验性研究还处于起步阶段。那时关于这门学科的话题只有一个：盲视（blindsight）。20世纪90年代中期，我还在读大学。我们除了探讨大脑如何产生意识这一问题外，几乎很少研究其他问题。几年后，我为本科生讲课，盲视依旧是讨论的重点。因此，本书绕过盲视这一主题似乎说不过去，尽管我认为对盲视的探讨并不能为意识神经科学领域的研究带来多少真知灼见。
盲视是一种矛盾的、令人困惑的神经学现象。一个人的初级视皮层（位于大脑后部）受损，会导致失明，至少会有部分视域不可见。虽说如此，“失明”一词在这个语境中还是有歧义的。
过去传统的观点认为，视觉受损区域是不能感知的。在盲视患者前左右移动某一物体，然后请患者回答物体向哪个方向移动，他一定会以为你在说笑。你让一个什么都看不见的人，如何告诉你答案呢？他说不定会以为你根本没动任何东西。如果你要他迁就你一次，就算看不见也随便猜猜。让人惊讶的是，他竟猜对了，连他自己都没想到。由此可见，盲视患者的大脑里仍存有移动物体这一信息，只是缺失了对物体移动的体验，也就是不能实实在在地看到移动这一动作。另一种类似的情况相是“盲摸”（blindtouch）：患者大脑仍存有触觉的信息，只是触摸时没感觉。这一类似的现象表明，感觉信息与对这些信息的体验两者之间存在严重的断裂。对研究意识与信息之间关联性的人员来说，这是个值得探索的议题。以往的说法还暗含着一个观点，即人的体验来自大脑的主要感觉区，一旦丧失这些感觉区，我们对刺激物的体验将不复存在。
上述只是传统的观点，这种观点往往有过于简化问题之嫌。首先，作为研究对象的患者通常没有完全失明，即便患者的初级视皮层已经损坏，他们也会时而看得见、时而看不见。再者，有些患者在慢慢康复，还有一些患者经过治疗病情好转，这样就很难确定患者确切的视觉水平。更何况感觉信息本身远非完美。让患者做猜测，有些患者猜得准，有些患者猜不准。给患者做详细的测试，结果也是如此：一些患者并没有完全失去视觉，只是视觉退化了，这种退化往往伴随着患者分辨物体能力的减弱。
综上所述，现实情况远比传统、简单的看法要模糊复杂很多：感觉体验是不确定的、变化的，与感觉相关的可用信息也要比预想的少很多。
实际上，信息与体验之间并无严重分裂。对盲视患者而言，信息和体验都在减弱，只是各自有其独特的、变幻不定的减弱方式。这种情况就如同一所房子，电路出了故障，十多个灯泡只有一个能亮，而这个灯泡发出的光又闪烁不定，一会儿明一会儿暗，产生一种昏暗、摇曳的视觉效果。在这个供电不足的地方，你能做的就是祈望这点微弱的电流不要中断。也许能如你所愿，但你还是希望能够正常供电，看清楚周围的事物。
关于盲视这个话题，最后还有一点要说明。一些人可能会认为，不管怎样，盲视患者的视觉体验还是严重受阻，由此至少可以得出结论：视觉是在初级视皮层上产生的。即便如此，此论断还是有些过头了。较为合理的一种说法是：初级视皮层只是某类信息的一个早期输出通道，大脑要过些时候才能意识到这些信息。例如，一个人因眼睛受损导致失明，就此断定所有与视觉相关的感觉都产生于眼部，这种结论未免武断。
通过上述说明，我们明白了虽然盲视是一种很奇特的现象，但它对研究意识并没有多大意义。但是，如果换个角度看问题，认为盲视患者对同一个视觉刺激物有时候可以意识到，有时候意识不到，那么通过对这些盲视患者做测试，就能得到有价值的结果。要做这个实验，关键在于控制实验过程。通过小心移动刺激物，使患者不管能不能意识到它的移动，都能准确猜到移动方向。然后，在一切条件都准备好的情况下，对患者大脑进行扫描，观察患者意识到刺激物移动时，大脑的哪些区域会亮起来，然后对比当患者意识不到刺激物移动时（但此时他还是能够猜对刺激物的移动方向）的大脑情况。“盲视”这一名词是拉里·威斯克朗兹（Larry Weiskrantz）在20世纪70年代中期创造的。威斯克朗兹与几个同事（其中包括阿拉什·萨拉伊）于1997年对一位盲视患者做了功能磁共振成像扫描的实验，结果发现被激活的大脑区域是外侧前额叶皮层。外侧前额叶皮层这个名词上文已经提到过几次，其功能与大脑的工作记忆及其他一些复杂的认知过程紧密相关。但是，需要强调的是，当患者感觉到物体移动时，大脑最为活跃的区域是具有多种功能的非感觉区域，是这些脑区共同发挥功效，完成当前任务。
通往意识的视觉通道
尽管盲视对研究大脑如何产生意识所起的作用不大，但对相近领域的研究者们却颇有启迪。20世纪90年代中期，以猴子视力为研究对象的研究人员对视觉意识是否在初级视皮层上形成这一问题产生了浓厚兴趣。尼克斯·洛戈赛蒂斯（Nikos Logothetis）和他的工作团队是该领域的开拓者，取得了一系列突破性的成果。他们将电极连接到猴子脑部的不同部位，用以记录猴子大脑神经元的活动情况。研究人员对猴子进行双眼竞争测试（the binocular rivalry test），这个测试如今成为意识研究领域的一个经典测试。双眼竞争测试的操作如下。给左眼呈现一幅图画（如人的面孔），给右眼呈现完全不同的另一幅图画（如房子），结果被试看到的不是脸和房子的荒诞的混合体，而是先看到房子，过一会看到脸，马上又闪回到房子，如此循环（如图6上）。
图6 各种引起视觉切换的刺激物。上面的例子是双眼竞争测试图片，让被试戴上过滤掉红色和绿色的眼镜，给被试的一只眼睛呈现人的脸孔图片，另一只眼睛呈现房子图片，被试看到的是不断切换的脸孔与房子图像。下面两个例子，被试看到的是一个烛台或两张脸孔的侧面（左图），一个老太太或一个年轻的女人（右图），也是两幅不断切换的图像。
如果对人进行双眼竞争测试，只需花几分钟时间向参与者解释，当他看到图像由脸变为房子或者由房子变为脸时要按下按钮。猴子也能进行该项操作，只是需要花几个月时间训练它们正确操作。
洛戈赛蒂斯发现初级视皮层对视觉的作用不大，不像早期有关盲视现象的材料所暗示的那样。尽管猴子的初级视皮层神经元精确地反映了眼睛所见的事物，但是神经元发射的信息很少是猴子实际“感知”到的：只有1/5的神经元发送的信息符合猴子的实际“体验”。所以，与其说初级视皮层是视觉产生的区域，不如说它是眼睛看到的事物经过滤后的复制品所在的位置。没有初级视皮层，我们会失去大部分视觉，但这仅仅是因为初级视皮层是大脑皮层第一个、同时也是主要的一个视觉信息中转站，而与它是否有意识无关。
再分析一个现象做进一步说明。你有没有想过，为什么每次眨眼并未感到眼前变黑？在你眨眼时，初级视皮层的神经元活动大幅度减少，神经元反映的是一片黑暗。然而，高级的视觉区域能够在眨眼的瞬间，延长我们对周围事物的感知，从而产生一种视觉连贯性，因为这些区域的主要任务不是反映看见的事物，而是解释、预示所看见的事物。
初级视皮层对视觉产生所起的作用不大，但却承担着从外界挑选天然原材料进行处理加工的任务，它将眼睛所见到的外部世界条理化。?[1]??
讲到这，有必要简单介绍一下人类大脑的视觉系统。同样以一个公司作类比。我扮演一个大公司的部门经理，负责处理黄颜色的信息，这个角色处于其他视觉活动的中心，在视觉系统中占据着十分优越的位置。
公司接收到监视器（位于办公大楼前方、正大门上方）传来的信息后，粗大的电缆线从两架照相机（眼睛）提取数据，经由大楼中央的IT服务器（丘脑），传送至大楼后方，在那里蓝领工人（初级视皮层）对数据进行筛选。这些工人在公司地位低、薪酬低，他们不能发号施令，仅仅执行基础任务和接受简单指令。每一个蓝领工人负责处理从相机传来的一个像素，他们排成垂直支架的列式，处于右上方的工人负责处理左下方传来的像素，而处于右下方的工人则处理左上方传来的像素，以此类推。如果他们共同显示各自看到的颜色，一副完整的图像就显现出来了。
蓝领工人将一堆杂乱的电子邮件发送给薪酬稍微比他们高一点的工人，这些工人也在大楼后方工作，只是办公室略靠前。我就是这批工人中的一个。我不关心单个像素，那些工作太低级。我处理的是100个像素，有100个负责单个像素的蓝领工人不间断地向我发送电子邮件，内容是相机所见的任何颜色。如果这些蓝领工人传送的像素中出现黄色，我就会很兴奋，然后开始向上级部门发送电子邮件。我隔壁办公室的人员也以同样的方式获取信息，他们也不关心单个像素，而关注一小块空间里的像素。
隔壁办公室的同事和我向位于大楼前方的办公室发送电子邮件。如果我发送有关黄色信息的邮件，而我隔壁同事发送有关黑色信息的邮件，那么我们联系的人中会有一人对收到的黄黑相间的条形图像倍感兴奋，他同样不关心这个图像是从哪个方位传来的（任何方位都无所谓），而是仅仅关心图像本身。
回到视觉系统的讨论。位于大脑后部的初级视皮层有各种神经元，这些神经元在各自小小的领域内编码，综合处理这些初级视觉神经元传来的信息，就能形成眼睛所看到的图像。这些视觉神经元再向稍高一级的、位置稍靠前的视觉区发送信息，从而使原始数据相连接，进而开始提取重要的、有特色的信息。大致规则如下：在视觉系统中越是靠前、越是远离初级视皮层的神经元，就越能在更广的空间提供更精炼的信息，因为它们有着更高的数据组合水平与意义提取水平。这就像一个视觉组块识别工厂。
一些信息从初级视皮层出发，经过V4视觉区（V4区负责处理颜色，处于这一区域的神经元进行编码的区域略大于初级视皮层），再经过几个步骤到达颞下皮层（这一区域比枕叶靠前很多，属于颞叶），在这里进行物体识别。举例来说，如果左边空间的任何一个区域出现了一张椅子，负责物体识别的神经元就会被激活。
颞下皮层的神经元是如何表现“黄蜂”这一概念的呢？这需要几千个颞下皮层的神经元共同工作，除此之外，这些高级的神经元还要通过与级别低一些的视觉区域发生联系才能储存信息。颞下皮层表现黄蜂的概念，可能需要与处于V4视觉区域负责黄色和黑色的神经元建立联系，还要与V3视觉区域负责辨别毛茸茸的质地的神经元建立联系，等等。
洛戈赛蒂斯抽查了一些做双眼竞争实验的猴子，观察它们大脑内比较高级的区域，结果让人惊奇。与初级视皮层较近的区域是负责处理颜色的V4区和负责处理图像移动的MT区。这两个区域反映实际感觉到的信息比初级视皮层要多很多，有将近一半的神经元反映意识到的具体信息。但是颞下皮层又远远胜过V4区和MT区，几乎所有颞下皮层的神经元的活动都反映了猴子看到的物体的特性。
前额叶-顶叶网络与意识的关系
视觉区域越专业、高级，反映的信息就越精炼、复杂，而这一区域对意识的作用就越大。但是通过电极研究单个神经元有一个缺陷：只能对一小部分的大脑区域进行研究，不能对其他区域做出推论，因为没有相应的数据支持。例如，我们不能通过这种方式研究盲视实验时提到的外侧前额叶皮层。而大脑扫描的方式，虽然没有利用电极研究单个神经元的方式集中、精确，但是能够同时对整个大脑进行扫描，观察哪个区域与意识有关。
对人类大脑进行功能性磁共振成像实验表明，当我们看到的图像发生切换时，比初级视皮层高级的视觉区域的活动会被激活。但是另外两个区域也同时亮起来，即外侧前额叶皮层和后顶叶皮层。
双眼竞争测试只是一系列视觉实验中的一个，其他一些实验的结果也是一样的：我们感觉到的是两个竞争的视觉图像相互切换，前后出现（见图6下）。例如，一个著名的实验是这样的：同时呈现给被试一个烛台和两张脸孔的侧面，被试不能同时看到两者，只能看到一个烛台或两张脸孔的侧面。如同在双眼竞争实验中那样，记录被试看到的烛台与脸孔的图像发生切换时大脑的活动情况，就会发现此时大脑的高级视觉区域、外侧前额叶皮层以及后顶叶皮层的活动被激活，而外侧前额叶皮层和后顶叶皮层与视觉功能无关。
之前我很少讨论后顶叶皮层，这个区域总是与外侧前额叶皮层同时被激活，与外侧前额叶皮层形成一个网络，功能也与之相似。事实上，这两个区域如此频繁地共同被激活，以致被认为是一个大网络，用以处理高级、灵活的思想。尽管两者在功能上有细微差别，但是在这一章我假定它们是一个统一体，称其为前额叶-顶叶网络（prefrontal parietal network）。
到目前为止，我只介绍了被试看到两个图像切换的功能性磁共振成像实验。其实，有很多实验研究在被试觉察到刺激物时大脑活动与觉察不到刺激物时大脑活动之间的差异。例如，斯坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）和他的同事做的一个实验：快速呈现给被试一系列杂乱的方格，方格上没有任何标注。在这些方格的中间，会插入一张有字的图片。有时候有字的图片与其他方格之间的间隔时间太短，以致被试注意不到有字的图片；有时候时间间隔会很长，让被试注意到有字图片。对比两种情况下大脑的活动，我们会发现与其他实验一样的标准的激活模式：高级的感觉区域与前额叶-顶叶网络都会亮起来。
这个结果并不局限于视觉实验。在触觉、听觉甚至是几种感觉综合的实验中，高级感觉区域与“前额叶-顶叶网络”的活动都会被激活。
证明一个结论的有效办法是：运用尽可能多的方法来检验这一结论，如果每一种方法得出的结论都一样，那么这个结论就是可信的。为了检验上述结果，常用的方法不是考察大脑某一特定区域的活动是否与某一特定的功能相对应，而是考察这一大脑区域的实际大小是否与某种行为程度有关。最近一些研究运用这一方法考察意识，同样发现意识与“前额叶-顶叶网络”的活动有关。例如，利奥塔·卡耐（Ryota Kanai）和他的同事利用另外一种图像——向不同方向旋转的圆点，被试根据圆点的旋转方向产生两种交替出现的不同体验。卡耐发现，被试的顶叶皮层越厚，他感觉到的图像切换就越多，好像这个大脑区域的容积越大，一个人就能发现越多的意识变化。
另一种检验方法是观察神经病患者。如果“前额叶-顶叶网络”参与了所有的意识活动，那么这些区域受损会导致患者的某些意识水平下降。这正是研究者发现的结果。安托万·德尔·卡尔（Antoine Del Cul）和他的同事让前额叶皮层受损的患者找一个数字：首先快速地呈现给他们一个数字，然后马上出现一连串的字母，目的是干扰被试发现数字。结果显示，患者找到这些数字的能力比控制组（正常人）的能力差。（如果让患者猜测的话，他们识别数字的能力并不比控制组差多少）
对顶叶皮层进行测试，得出的结果也相同。乔恩·西蒙斯（Jon Simons）和他的同事对两个半脑后顶叶皮层都受到损伤的患者做了一个记忆力测试。首先让患者听72个句子，句子内容是一些琐碎的事，如“阿尔·卡彭的名片上写着他是个卖旧家具的商人”。然后让患者猜测，他刚才听到的是女人的声音还是男人的声音，说这句话的人是否相信自己说的内容。这样做的目的是为了误导患者，因为在患者听完所有的句子后，会有个突击测试，要患者回答他们听到的是否仅仅是一组句子的重复（其实，有一半的句子没有重复过）。患者测试的成绩并不比控制组的成绩差，但患者对自己的答案明显没那么自信了，好像他们的记忆力减弱了，尽管他们的记忆力并没有减弱。
另一个很有趣的方法是，观察一个人在逐渐失去意识的过程中（如做全身麻醉时，不断加重麻醉的程度）大脑发生的变化。马特·戴维斯（Matt Davis）和他的同事做过这个实验，对处于麻醉状态的被试进行功能性磁共振成像扫描，被试通过戴在头上的受话器接收各种句子。结果发现，不管麻醉的程度如何，负责简单的、经过处理的声音的颞叶区域的活动仍然活跃，但是在被试进入睡眠状态后，前额叶皮层的活动马上停止了。
除了扫描的方法，进化与比较分析研究也提供了确凿的证据。通过研究不同的灵长类动物的初级视皮层占整个大脑皮层的比例，发现比起其他灵长类动物，人类初级视皮层占大脑皮层的比例最小。而且，人类视觉的敏锐性也不如其他灵长类动物。我们的其他感觉以及主要感觉区域的大小，比起其他灵长类动物，也同样没什么值得炫耀的，而我们的嗅觉尤其弱。但是，进化使我们学到了一个重要的经验：拥有什么并不是最重要的，关键在于如何运用拥有的东西。我们通过感觉接收到的原始数据相对较少，但是我们能进行出色的、深入的分析，不断地从中提炼出深刻的见解。与我们相对狭小的感觉区域形成鲜明对比的是，我们的前额叶皮层的面积比黑猩猩及其他灵长类动物大很多，正因为如此，我们才能从稀少的感觉输入中获取深刻的理解。随着知识的不断丰富，我们的意识水平也不断提高：不管其他动物是否具有意识，我们人类的意识毫无疑问是最丰富的，而这离不开我们面积较大又善于分析的前额叶皮层，尽管我们的感觉区域相对较小。
前额叶-顶叶网络受损的患者的情况
1935年，杰出的加拿大神经外科医生怀尔德·彭菲尔德（Wilder Penfield）和他的同事约瑟夫·埃文斯（Joseph Evans）写了一份研究报告，首次将前额叶皮层与人类的认知能力联系起来。这份重要的神经科学报告饱含着感人的情感。彭菲尔德唯一的姐姐露丝由于大脑内有一个肿瘤，多年来一直饱受头痛症及癫痫症的折磨。为了救她，彭菲尔德亲自为她做手术，切除了她右半脑大部分的额叶。手术很成功，露丝在手术后的生活正常多了。但是没过几年，肿瘤又出现了，这时已经回天乏术。露丝去世后，彭菲尔德觉得露丝会愿意让别人知道自己的经历，从而对他人有帮助，所以他写了这份很有说服力的报告，详细描述了露丝失去右半脑前额叶皮层后发生的变化。这份报告为研究额叶指明了一个新方向。
尽管从很多方面看，露丝在手术后很正常，但是她确实经历了一些微妙的变化。最严重的一个问题是：她觉得自己反应有点迟钝，思维不那么灵敏了。报告中举了一个例子，形象地说明了这一点。露丝要为一位客人做饭，这个客人实际上就是彭菲尔德。在手术前，做几个复杂的菜对她来说根本不是问题；但是手术后，做几个菜让她手忙脚乱。开始几个步骤她还能应付，但是要做一道完整的菜，她就应付不来了，她不知道下一步是切菜或是把菜加热。在努力了几次后，她最后放弃了。
露丝在面对多种选择时，变得不知所措。这个例子让人想起前面提到的一种情况：当我们运用一项已经熟练掌握的技能（如网球的击球技巧）的时候，自我意识的参与反而让事情变糟糕。要执行一系列新的、没有形成组块的运动命令，我们的工作记忆空间马上会不够用，结果使动作很笨拙。同样，露丝之所以出现上面的问题，很可能是由于她的工作记忆空间变小了，即使是形成组块的序列她也无法处理，导致她不能应付平常的情况。这种情况会时不时地带给她麻烦，因为她不能处理任何费力的、新的、复杂的事情。
这个报告只是个人经历的陈述，然而有更可靠的证据显示，前额叶皮层受损的患者确实存在工作记忆缺陷。例如，我和剑桥大学的同事对一群患者（每个患者的左半脑或右半脑的前额叶皮层受过损伤）做过关于工作记忆的标准测试。患者面前的电脑屏幕上出现8个红色盒子，其中一些盒子会闪烁一下蓝光。之后，马上让患者按闪烁蓝光的顺序点击盒子。与脑部没有受损的被试相比，很明显这些患者完成空间工作记忆的任务时存在障碍，尤其是那些外侧前额叶皮层（上一节已经论述过，这一区域与意识密切相关）受到损伤的病人。
忽视现象
在这本书开头，我叙述了父亲中风后对一半的空间视而不见。这种忽视状况，与左半脑或右半脑前额叶皮层或顶叶皮层受损有关，已经作为一种注意综合征而受到广泛关注，虽然在我看来，忽视状态同时也是最重要的意识缺陷问题，它与意识的关系比盲视与意识的关系密切得多。假设患者的右半脑受损，那么有些时候左边的空间对他来说是不存在的（由于大脑以交叉方式运作，所以右脑受损会影响左边空间的感知）。这种现象不是视觉缺陷引起的，如果给患者做视力测试，他的双眼都能看到左右空间的事物。有时候，如果左边空间发生了特别的事情，患者也能够注意到左边。但是，多数情况患者对左边空间视而不见。测试这一情况的一个经典的方法是：在一张白纸上画一条水平线，让患者在水平线中间画一条垂直线。正常的被试能很轻松地完成这个简单的任务。但是“忽视”患者总是将线画在靠近右端的地方，准确地说，是离左端3/4的地方，好像水平线的左半部分根本不存在似的。
这些患者刮脸同样只刮右边，吃饭只吃放在右边盘子里的菜。如果让他们画一个钟表，他们会将数字挤在钟的右半部，或者干脆省去7~11这几个数字。同样，如果让他们画一所房子，他们只画房子的右半部分，只有半个窗户，半扇门，半个屋顶，这个房子看上去随时都会坍塌。然而，患者意识不到自己这些行为的缺陷。
患者生活中各个方面都会出现这种情况。他们会忽视来自左边的声音与触觉，甚至连他们的想象也不例外。埃多阿多·贝斯阿克（Edoardo Bisiach）与克劳迪奥·卢扎迪（Claudio Luzzatti）做了一个很简单的实验，结果让人很震惊。让患者想象自己处在一个很熟悉的广场，如米兰的杜莫广场。先让他们想象自己正面对大教堂，然后描述他们看到的所有建筑。患者说出脑海里记起来的所有建筑，但是只是那些在他的位置能看到的处于广场右边的建筑。然后让他们想象自己处在刚才位置的对面，背对着教堂，然后描述看到的建筑物。他们就会漏掉刚刚描述过的那些建筑物，因为这些建筑物现在处于他们想象视野的左边。然而，这次却说出原先漏掉的所有建筑物。因此，即使在想象中，患者也是完全忽视左边的空间。
不管将这种状况理解为是一种注意缺陷，或是部分意识的缺失，都强化了一种观点，即认为注意是意识的一个关键成分，起着指定方向的守门人的作用。
为了强调半边空间的忽视现象不是纯粹的视觉障碍问题，玛格丽塔·萨里（Margarita Sarri）和她的同事对忽视患者做了一个测试：当患者在功能性磁共振成像扫描仪中的时候，她会去触碰患者左边或右边的食指。有一半的时间，患者没有感觉到左边食指的触碰。不管患者有没有感觉到触碰，患者大脑皮层中负责手指感觉的区域都会被激活，但是如果患者感觉到触碰，那么未受伤的那个半脑的前额叶-顶叶网络会亮起来。
前额叶-顶叶网络受损导致意识水平下降
习惯性地意识不到一半的世界是一种意识的重大障碍，然而有一个问题：如果这些大脑区域对意识如此重要，为什么这些患者没有受到更大的损伤，为什么他们偶尔还是能够意识到左边的空间？这是由患者的额叶皮层和顶叶皮层损伤的程度决定的。
到目前为止，这一章提到的精神病例子中的患者，其大脑损伤部分只是占了额叶皮层与顶叶皮层很小的比例。多数患者只是一个半脑受损伤，充其量只影响额叶皮层与顶叶皮层组成的网络的一半容量。也有可能这些脑区很灵活，还能正常运作，比其他区域更能够适应损伤造成的后果，没有受到损伤的部分会承担更多的信息处理工作。如果整个额叶皮层与顶叶皮层都受到损坏，结果会怎样呢？患者还会有意识吗？我没有见过大脑皮层受到这么严重损伤的患者，可能是因为如此重大的损伤会直接导致死亡。然而，有少数几个案例，患者整个大脑的前额叶皮层或后顶叶皮层受到近乎彻底的损伤。这些患者的意识障碍比我之前提到的患者的意识障碍更严重吗？不幸的是，答案是肯定的。
后顶叶皮层虽然在功能上与前额叶皮层相似，但这一区域与空间处理有更多关联。左右半脑后顶叶皮层的顶部都受到严重损伤的患者，会进入一种罕见的状态，称为巴林特氏综合征（Balint's syndrome）。这种病症的患者完全没有空间感，他们失去了对整个外部世界的空间体验，对他们来说，无所谓这里和那里。这种病症的另一个特征是，患者一次感觉到的物体不能超过一个。即便如此，他们还是不能确定这个物体所处的方位，也不能感觉到这个物体到底是移向自己还是远离自己。如果有很多物体堆在一起，他们只能看到其中一件，其余的都看不到。有时候，即使对一个物体的感知都存在障碍。有一个叫凯的患者能够辨认颜色和单词，但不能同时做这两件事，也就是说，如果他正在认一个单词，他就不能够辨别单词的颜色。虽然这种状况是由于空间识别能力出现问题，但是也反映了后顶叶皮层对工作记忆的重要性。像凯这样的患者，他们的空间工作记忆的容量下降到只有一个对象，有时候甚至还不是一个完整的对象：这个对象被分成一个个小部分，只有一个小部分能够进入意识范围。
从某种意义上说，前额叶皮层是人类最抽象、最高级的区域。彭菲尔德的姐姐被切除了右半脑大部分前额叶皮层，左半脑的前额叶皮层完好无缺，承担了原本两个半脑前额叶皮层的工作。但是，如果两个半脑的前额叶皮层都失去了，会怎么样呢？这样的例子很少，可能是因为这种情况的患者病得太严重，以致不能对其做科学研究测试。但是神经病学家鲍勃·奈特（Bob Knight）碰到过这样的患者。这个患者处于醒着的状态，但看上去像个僵尸，他没有任何意愿，只是一动不动地坐在椅子上，睁着双眼。可悲的是，他似乎没有任何有意义的意识。
这些“前额叶-顶叶网络”受到不同程度损伤的患者的情况充分说明，这些区域与注意和工作记忆密切相关，一旦严重受损，意识就会下降到很低的水平。
前额叶-顶叶网络的功能
研究者用脑成像扫描的方法研究前额叶-顶叶网络的功能，结果发现，前额叶-顶叶网络与工作记忆及注意的运作密切相关。
如果增加工作记忆的信息，或者工作记忆的各个项目之间的关系变得更复杂，或者要记住的空间位置的数量增多，在这些情况下，前额叶-顶叶网络的活动会增强。同样，注意也会影响前额叶-顶叶网络的活动。如果一个人将注意转向其他任务，或者看着屏幕的时候，屏幕上出现视觉变化，这些情况都会增大前额叶-顶叶网络的活动量。
实际上，前额叶-顶叶网络是大脑内最抽象、最高级的部分。研究发现，我们完成任何一件复杂的或新的任务，不管这项任务涉及短期记忆、长期记忆、心算还是其他高难度的认知活动，前额叶-顶叶网络都会被激活。因此，这个区域与智商关系最为密切。
这种活动模式反映了我们思想和意识的两个主要特性。第一，我们的认知活动是相互影响的。第二，这些高级的精神活动与意识密不可分。
即使是现在的心理学教材，都将工作记忆、注意、长期记忆、心算、推理等分门别类，好像它们都是各自独立的过程。然而，越来越多的研究表明，各类思维、记忆类型之间相互影响，存在广泛的关联性。
任何思想活动都会激活前额叶-顶叶网络，除此之外，还存在其他联系。例如，工作记忆与注意密切相关，工作记忆是注意过滤后高效的输出存储系统。控制工作记忆的信息量，尤其是当前任务的信息量，会影响注意的过滤过程。如果工作记忆的信息量已经满了，那么注意就会大为减弱。尼基·普拉特（Nikki Pratt）和同事最近做了一个实验，证明了这一点。让被试完成一个经典的有关注意的任务：被试要在一组箭头中追踪某一个箭头的方向，其余的箭头指向错误的方向，起干扰作用。这个测试很难，要求被试注意高度集中。有几次测试，被试在回答箭头的方向之前，还要在工作记忆中存储一些信息。工作记忆这一额外的任务使被试完成找箭头方向这一任务的速度变慢，准确率也降低，也就是说，被试关注箭头的注意资源大大减少。普拉特通过脑电图仪还发现，在存储工作记忆项目的时候，关注箭头的注意减弱。这个发现进一步说明注意与工作记忆之间存在关联性。诸如此类的发现使当前一些著名的注意理论将工作记忆归入注意的框架之内。
传统的观点认为，大脑各个区域互相独立，一个区域负责某一类型的思维。比如，一个区域负责注意，一个区域负责工作记忆，一个区域负责长期记忆，甚至还有一个区域负责意识。现在，随着实验证据不断增多，这些传统的观念都被淘汰了。其实，如果要做最细的划分，应该是静止、自动、无意识的处理过程对应动态、灵活、有意识的处理过程。自动化处理的是那些已经被我们存储到专门的记忆区域和运动区域的作为习惯和目标的内容，这些内容通常是各种意识的产物。意识是一系列紧密联系的处理过程的集合，其主要活动区域是前额叶-顶叶网络，注意和工作记忆是其两大显著功能。本能或无意识的习惯不能完成的任务，就由意识来完成。意识以合理的方式分析和控制工作记忆的内容；如果有必要，可以从一些专门系统获取更多信息；利用多功能的重要的大脑皮层完成复杂的或新的任务，产生新的习惯，下次再出现同样的任务时就不需要由意识来完成了。
前额叶-顶叶网络、意识及组块的关系
但是，组块的过程和发现模式的过程会不会影响前额叶-顶叶网络的活动？虽然几乎所有的实验结果都显示，随着任务难度增大，前额叶-顶叶网络会变得更活跃，但是一组明确的实验结果却得出相反的结论。
我和剑桥大学的同事做的一个测验，得出相反的结论，实验过程如下。让躺在功能性磁共振成像扫描仪内的被试看一组排列成矩阵的红色方格，方格共16个，分4行排列，每行4个。其中有4个方格会依次闪烁一下蓝光。几秒钟后，要被试按闪烁蓝光的次序指出这4个方格的位置。这是一个典型的空间工作记忆的测试。我们对这个测试做了一点改动，即蓝光按两种序列闪烁。一种是任意的、无序的，就像传统的空间工作记忆测试那样；另一种利用4×4结构排列，使蓝光按方格、三角形或其他对称的有规律可循的路线依次闪烁（见图8）。后一种序列很容易形成组块。被试觉察到了这些组块，并在测试过后谈论这些可以形成组块的序列更容易被记住，因为有模式可循。
图8 功能性磁共振成像扫描仪内的被试看到按4×4结构排列的红色方格，其中4个方格按某种顺序闪烁一下蓝光，被试需要记住这个次序。左边的次序具有结构，右边的次序没有结构。
如果前额叶-顶叶网络的活跃程度由任务难度决定，那么蓝光闪烁的序列难度越大，前额叶-顶叶网络的活动就会越活跃。但是如果结果正好相反，就说明组块的过程有其特殊之处，这些有结构的、容易的序列比没有结构、难度大的顺序更能增强前额叶-顶叶网络的活动。
事实上，比起没有结构的、难度大的序列，有模式可循的、更容易的顺序能够使被试的前额叶-顶叶网络的活动更强烈。因此，在某些情况下（至少在有组块的情况下），任务的难度与前额叶-顶叶网络活动强度不是成正比。
由于这个实验结果有些出人意料，我们又重复做了一些相类似的实验，这次是用数字来做测试。被试在功能性磁共振扫描仪中听到8个单独的数字，过了几秒钟，让他们按听到的顺序重复这8个数字。有些数字按明显的次序排列，如8、6、4、2、9、7、5、3（先是递减的偶数，然后是递减的奇数）；另一些则故意排得很杂乱。结果就像上面的空间结构测试那样，有结构的数字序列更容易被记住，因为被试可以将其合并成组块，而这些序列能增强前额叶-顶叶网络的活动。
这里有一个很重要的问题：被试的反应是由于原先存在的组块的记忆（如方格、单个数字或偶数顺序这些我们从小就熟知的内容）的驱动，还是被试能够很快注意到组块，发现模式，将其作为新的、有效的方法应用到测试中。为了弄清这个问题，我们设计了一个新的实验方案，还是以语言工作记忆和数字作为测试内容，但这次不是单个数字，而是两位数的数字。这样，给被试的数字顺序很可能是他们之前没有见过的，确保他们是在寻找新的数学模式，而不是原先就存在的记忆。例如，让被试记住下面的数字序列：57、68、79、90（数字间按11递增）。另外再让他们记住没有结构的、不能形成任何组块的数字顺序，如31、24、89、65。这样的测试里同样有基于记忆的组块，目的是看这些组块是否也能激活前额叶-顶叶网络的活动，如果能的话，强度到底有多大。为了使被试能够以记忆为基础进行组块处理，在做扫描之前，我为每个被试至少做了4个小时的训练，让他们记住20个不同的、不具有结构的4个数字组成的组块。我让他们想象自己在玩一个游戏，他们是一个中等规模的公司的新职员。刚进公司，他们必须记住公司里20个重要职员的长相、姓名、电话分机号。经过一系列不断升级的训练，他们每个人的脑子里都存有一组4个数字组成的数目。在扫描过程中，如果他们看到21、05、81、63这样的数字排列，会想起工作记忆里的内容：2105是一个电话分机号，上个星期做训练时已经熟知这个数字了；8163是另外一个分机号。这样，我们就得到3组不同的工作记忆数据：一组是具有数学结构的数字；一组是具有记忆结构的数字（由他们熟记的电话分机号的数字组成）；一组数字没有任何结构（这种情况下，被试只能依靠工作记忆，而且不能形成组块）。通过这三组数字，我们可以区分大脑区域被激活是由于数学组块还是由于建立在记忆基础上的组块。事实上，我们还有两个控制条件，一个对应记忆内容，一个对应心算内容。这两种情况都不需要被试执行数字序列的任务，也就是说，被试没有机会运用组块功能。
跟其他测试一样，比起没有结构的序列，被试更容易记住那些通过记忆或是数学方法组成组块的序列。两种类型的组块序列使前额叶-顶叶网络亮起来的程度比没有结构的序列使这一区域亮起来的程度要强很多。而且，包含数学组块的情况与相对应的受到控制的条件（被试执行心算的任务，但没有运用组块功能）相对比，前者能使前额叶-顶叶网络更活跃。同样，以记忆为基础的组块序列与相对应的控制条件（需要同等程度的记忆，但不需要运用组块功能）相比，前者使前额叶-顶叶网络更活跃。这证明，在被试执行可形成组块序列的任务时，前额叶-顶叶网络的活动不仅仅是受心算或者记忆的驱使，而是受与组块相关的其他因素的作用。但是，将数学组块与以记忆为基础的组块相比，前者仍然使前额叶-顶叶网络更活跃，这点让我很震惊。这充分证明，包含数学组块的任务是前额叶-顶叶网络活动的最大驱动力。让一个科学家列出能最大程度激活前额叶-顶叶网络的任务，答案很可能会是工作记忆、长期记忆、心算。但是这个实验表明，包含数学组块的任务能够使前额叶-顶叶网络的活动最活跃，即使与建立在记忆基础上的组块的任务相比也是如此。换句话说，这个实验证明了很多复杂的任务都能够激活前额叶-顶叶网络，但是当被试积极寻找新模式时，前额叶-顶叶网络的活动最活跃。
另外一些研究也将组块功能与前额叶-顶叶网络相联系。致力于长期记忆研究的卡里·萨维奇（Cary Savage）和他的同事做的实验表明，如果运用类别策略记住一系列的词（比如，记住属于一个类目的所有植物或金属元素），组块功能不仅能激活前额叶皮层活动，还能提高成绩。对工作记忆进行测试，得出同样的结果。维韦克·普拉巴卡尔恩（Vivek Prabhakaran）与合作者让被试记住一些字母，如果被试通过将每个字母对应一个空间位置的方式，将字母组合成组块，那么被试前额叶皮层的活动会加强。克里斯托弗·穆尔（Christopher Moore）、迈克尔·科恩（Michael Cohen）与查恩·兰格纳斯（Charan Ranganath）做的另一个实验证明：将抽象的事物进行归类的反复训练，能够使被试在记忆的基础上将这些事物形成组块，从而提高被试的成绩，并且使前额叶-顶叶网络活动更活跃。
最近，斯坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）和他的工作团队做了一个很有意思的实验。实验显示了从有意识地发现一种模式到以一种常规的、自动的方式运用这种模式的转变。让被试在字母ABCD中发现新的序列。被试先选择A，结果显示错误；然后再选择B，结果显示正确。到目前为止，他知道这个序列的第一个字母是B。接下来他可能会选择C作为第二个字母，结果显示错误。在这个时候，要求他重新开始排序，但至少他现在知道第一个字母是B，然后再选第二个字母。最后，通过几次尝试和犯错，他会找到这个新的序列，然后又开始新的一轮测试。开始，他对每个字母都试了一遍，这时前额叶-顶叶网络会进行大量的活动，但是一旦这项任务变得常规，没有新意，前额叶-顶叶网络的活动就减弱了。当任务可以自动地被完成时，前额叶-顶叶网络停止活动，要找到字母序列，只需要少量的意识。换句话说，这个实验表明，前额叶-顶叶网络进行的有意识地寻找模式与只需要专门的大脑区域来完成的无意识的习惯，两者有明确的区别。
上面所举例子的组块很明显，很容易被被试发现。如果被试由于某种原因不能发现组块，结果会怎样？会不会由于没有发觉这些有结构的序列而不能激活前额叶-顶叶网络？我很幸运，能够回答这个问题。我对一个很特别的人——丹尼尔·塔米特（Daniel Tammet）进行测验，他对所有的数字组块一无所知。塔米特是一个像俄国记忆天才舍雷舍夫斯基那样的奇才。与舍雷舍夫斯基一样，塔米特有极强的联觉（synesthesia）。有联觉的人通常将颜色与特定的数字相联系。但是，塔米特的情况还要特殊，他不只对前10个数字有不同的体验，而是对1万个数字产生各种不同的体验。不仅如此，他对数字的感知不仅与颜色有关，还与质地、形状、高度甚至是触觉有关。当他看到一串数字，他的体验丰富生动到不可思议的地步。塔米特还患有一种被称为亚斯伯格综合征（Asperger's syndrome）的自闭症。
塔米特在测试中能记住的数字比其他被试多很多（尽管他记住的数字已经比他正常情况下能记住的减少了一些，因为我故意将数字涂上与他的联觉相抵触的颜色，干扰他的记忆）。他刚创下一个欧洲纪录——记住圆周率小数点后的位数长达22 514位。据他所说，做到这点很容易，最难的是他要花5个小时背出这些数字。他还有异常惊人的心算能力，例如，他能将2个两位数相除，给出的答案精确到小数点后100位数。塔米特还具有语言天赋，能在一周时间学会一种语言。虽然他患的亚斯伯格综合征使他的注意比大多数人更集中，但他那些特殊的才能主要与他对数字的体验有关，数字能引起他多方面的感觉，每个数字对他来说都是特别生动、鲜明。记住数字或者进行数字运算对他来说很容易，只要将脑海中各种光怪陆离的感觉转换成数字就行了。
我们决定在他执行包含组块功能的任务时，观察他大脑的活动情况。让他记住8个数字，其中一半具有像8、6、4、2、9、7、5、3那样的结构，另外一半是任意、无序的。实验后，我问他，这些序列里面有没有难易之分。不出所料，他认为所有的数字一样容易。因为他不像普通人，对他来说，记住8个数字的序列非常简单。但是我再问他几个问题，让人惊奇的是，他根本不知道有些数字序列具有明显的结构特征。实际上，他对各种外部结构一无所知。他的大脑活动反映的情况是：和其他被试完全不同，与无结构的数字序列相比，有结构的数字序列没有增强他的大脑活动。他也没有意识到序列的结构，没有以任何方式发现模式以形成组块，从而减轻工作记忆的负担。塔米特不能注意到组块，也就不会因这些有着明显结构的形式而激活前额叶-顶叶网络的活动。他的例子说明，为了激活前额叶-顶叶网络，我们确实需要利用组块的功能。
当然，对塔米特来说，这些数字序列也不是完全不具备结构。他可能意识不到那些可以形成数学组块的序列的结构，但由于他有丰富的联觉，从某种意义上说，每个测试都是高度结构化的，只是这种结构存在于他的脑海里，每次想到一串数字，他就会体验到很多不同的感觉。考虑到这点，不管数字序列有无结构，与普通被试相比，每次测试塔米特的前额叶皮层的活动都要更活跃。因为对塔米特来说，每次测试（不只是有结构的序列）在某种程度上都要形成组块。因此，这个实验以两种让人意想不到的方式再次证明了组块、意识和前额叶-顶叶网络的关联性。
这些证据表明，意识与前额叶-顶叶网络密切相关。前额叶-顶叶网络不仅支持注意与工作记忆，而且支持任何新的或复杂的任务。但是要想最大限度地激活这一区域，或者说要想使意识发挥最大的功效，必须探寻某种有用的模式。我们高级的认知系统包含了组块功能。也许组块功能也是意识的核心。这种组块机制使我们跨过障碍，找到富于创新的解决办法，使我们从经常犯错过渡到熟练地掌握一种技巧，最后形成习惯。
和谐的经验
不可否认，上述内容只是粗略地描述了大脑如何产生意识。如果深入分析这个问题，就要弄清楚神经元是如何交流，从而使我们产生经验的。虽然我在前面分析了注意形成的过程，相当于神经元同盟之间为支配权而进行斗争的过程，但是神经元之间的交流还有另外一个特性，那就是使大脑细胞互相联系的活动波。观察活动波的主要工具是脑电图仪，虽然它没有功能性磁共振扫描仪这么高的空间分辨率，但是它能在每毫秒记录大脑活动，而功能性磁共振扫描仪记录大脑活动要花一两秒钟。
弗朗西斯·克里克（Francis Crick）是这一领域的先锋。作为20世纪最著名的科学家之一，克里克在20世纪50年代与他人一起发现了DNA的结构，在接下去的30年中致力于基因研究，最近20年又转向意识科学领域，他认为意识研究是生物学中最难的一个领域。
克里克一个广为人知的观点是，当神经元以某种方式和谐地运作时，意识随之产生。神经元之间亲密合作的频率是γ波频率，平均40赫兹，这是神经元运行的最高频率之一（也是注意运作时的频率）。
虽然有充分证据可以证明γ波与注意的关系，但是这个观点需要做一些修正。例如，当老鼠在全身麻醉的状态时，也可以测到它的大脑内有γ波和δ波。而且，老鼠在深度睡眠时，大脑也会产生显示这些神经元同步性的活动波。
这个结果纠正了γ波能够反映意识的观点，表明要产生意识，仅仅靠邻近的神经元以γ波的频率交流是不够的，还需要处于不同区域的神经元以γ波的频率相互联系，比如位于前额叶皮层靠前位置的神经元与位于后顶叶皮层靠后位置的神经元之间的联系。
也可能对意识来说，γ波的速度还是不够快，需要一种“高速γ波”，频率在50赫兹左右，甚至250赫兹。这个论题现在成了意识研究领域的热门话题。这个速度太快了，如果使用脑电图仪，会受到头皮的信号干扰。但是，在切除癫痫病灶的手术中，可以将电极直接连接在癫痫症患者的大脑皮层上，方便观察患者癫痫病灶的位置。当电极与神经元直接接触，脑电图仪就能够轻易捕捉到这种高频率的活动波。有两个实验室（斯坦尼斯拉斯·迪昂在巴黎附近的实验室与鲍勃·奈特在伯克利的加利福尼亚大学实验室）都成功地运用这种技术，切除患者的癫痫病灶，患者后来能够清醒过来。这表明，这种高速的神经元活动波与意识关系甚密，与比它低的频率相互协调，这种高速波是意识产生时神经元的主要特性。为什么需要这么高的频率呢？
答案与意识的目的有关。为了使意识能执行复杂的任务，产生深刻见解，需要有两种方式的联结。第一，注意不仅要挑选合适的对象存到工作记忆中，还要将这个对象各方面的特征都综合为一个连贯统一的整体。比如，当我看到屏幕上穿红色衣服的安吉丽娜·朱莉时，我不是将她的眼睛当作一个单独的对象，将她的鼻子看成另一个独立的、不相关联的对象，将她的手、名字与声音看作另外一个对象。相反，我将她看作一个统一、复杂的整体，由各个不同的成分联系在一起。重要的一点是，虽然她由各个不同的部分组成，我还是会认出她是安吉丽娜·朱莉。
朱莉衣服的红色会呈现在位于我的大脑后部的视觉皮层上，她的脸会呈现在位于我的大脑皮层底部的梭状回面孔区（fusiform face area），她的名字和其他特征会呈现在颞叶前方的语义存贮区（semantic store），等等。很多专门的大脑皮层区域与前额叶-顶叶网络一起参与了对安吉丽娜·朱莉的辨识过程，而前额叶-顶叶网络的作用相当于工作记忆中信息管理部门的一个临时聘用的经理。如果所有这些不同的区域都需要联合起来，共同反映安吉丽娜·朱莉这个对象，那么缓慢的神经元频率（如几个赫兹）显然不能完成这个任务，因为一时间要处理太多的数据信息。缓慢的频率（δ波）一般是全身麻醉的状态下的频率，意识的频率则完全不同，要越快越好。高速γ波产生于大脑的中心站——丘脑，然后在大脑皮层的相关区域传递，将一个意识对象的所有成分都联结起来。
产生意识的第二种联结是工作记忆各个项目的联结，目的是为了发现模式或组块，或仅仅是为了维持各个项目的序列。大脑皮层神经元的快节律能维持不同对象之间的联结，使我们在工作记忆中对这些对象进行分析和控制。
脑电图仪的精确度达到毫秒，能为意识提供精确的时间表。高速的γ波节律不是立刻反映刺激物，相反，这个时间有点延迟，因为大部分脑区要协调活动，至少需要300毫秒的时间才能完成。这个时间接近注意过滤当前目标的感觉信息所需的时间。
各种意识理论
现在，我可以在实验的基础上，对意识产生的经过做一个完整的描述。如果我看到一朵红色玫瑰，我对玫瑰的体验在1/3秒内就形成了：首先是神经元之间展开激烈竞争，结果使我的注意转向玫瑰。超快速的、和谐的神经元节律从丘脑出发向各个方向传递，使储存在大脑皮层各个专门区域的与红玫瑰有关的神经元各种信息相互融合。这个高频率、统一的意识组块同样会向前额叶-顶叶网络传递，于是经验就形成了。
但是，如果面对一项复杂的或新的任务，意识会表现出它真正的潜能。前额叶-顶叶网络的活动反映了各种活动，如忙碌的工作记忆、集中的注意和对模式的贪婪追求，这些活动的目的是为了战胜任何心理障碍。同时，大脑皮层的专门区域（如位于颞叶前端的区域）会提供具体内容，支持意识。
将来几十年，意识研究者面临的挑战是：研究神经元如何共同反映信息，什么样的神经元相互作用产生了意识。例如，信息是如何通过高速γ波在梭状回面孔区和前额叶-顶叶网络之间传递，从而使我认出女儿的面孔的？神经元反映信息过程中是如何进行解码的？如果能够在同一时间记录下不同区域的几万个神经元的活动，那么上面的问题都可以得到解决。但是，目前只能同时记录几十个神经元的活动（这些实验在人类的近亲猕猴身上开展），所以运用现在的技术，还远远不能收集到足够的数据。但是，我们有理由相信，在未来10年或20年里，技术将得到提高，能使我们发现产生意识的神经元活动的精确情况。
同时，很多科学家在实验的基础上提出了不少理论。不可否认，在20世纪的最后一二十年里产生的一些理论相当粗糙、不成熟。例如，有一种理论似乎建立在无可挑剔的三段论的基础上：因为意识是神秘的，而量子力学也是神秘的，所以可以用量子力学来解释意识。但是最新的实验发现证明了这种理论的错误。当前各种著名理论有一个突出特征，即这些理论的基本立场都是一致的。
当今最流行的三种理论都认为，意识的产生过程是信息在大脑皮层传递的过程。但每一种理论视角不同，存在细微区别。
维克托·拉米（Victor Lamme）的“循环过程模型”（recurrent processing model）一开始就提出一个让人不快的论点：我们以为自己知道什么时候具有意识，但这种想法是完全错误的。根据拉米的观点，很多时候我们具有意识，但我们根本不知道。他不谈心理学，不谈我们能够说出或不能够说出的经验，而是围绕大脑内发生了什么这个问题展开论述。有时候，大脑的一个区域将信息传送给另一个区域，但第二个区域不会将信息反馈到第一个区域。另外一些时候，会出现“循环的过程”：两个区域交换信息，实现双向交流。拉米认为，只有第二种情况的神经元活动才会产生意识。如果这种双向交流在专门区域之间进行，如不同的视觉皮层区域，那么会产生某种程度的意识，但这种意识程度还不够，不会产生“啊，这里有一朵红玫瑰”这样的意识。但是如果这种双向交流延伸至前额叶-顶叶网络，就会产生完全的、深层的意识，我们就能说出自己看到了什么。
拉米认为意识层次的信息传递需要“循环过程”，这是一个很合理的观点。但是，拉米坚持认为，当我们确信自己没有意识到什么的时候，我们仍然是有意识的。为了建立一种连贯的理论，怀疑经验的可信性固然是可以的，但是完全忽视了自己试图解释的事情是不理智的。经验的复杂性决定了我们感受周围世界的方式，拉米拒绝承认这点，因此他的模型不能深入解释意识的本质和目的。
最符合现有数据的模型，也是我在这本书中一直讨论的意识观点，是由斯坦尼斯拉斯·迪昂与让·皮埃尔·尚则（Jean-Pierre Changeux）提出的神经元全局工作空间模型（the global neuronal workspace model）。这个模型在很大程度上是伯纳德·巴尔斯提出的全局工作理论在神经元领域的应用。根据巴尔斯的理论，意识相当于工作记忆，类似于舞台上的聚光灯，或者类似于画在具有多种功能的认知白板上的涂鸦，它只存在一两秒的时间，但是意识能够从庞大的无意识知识储备中提取工作记忆项目，并对其进行控制。
神经元全局工作空间模型同样将大脑分为专门区域与多功能区域。大脑网络的专门区域存储记忆，接收来自感觉的数据。这个区域的神经元缺乏联系，当我们完成一项轻松、自动、基本上是无意识的任务时，只要这些神经元就足够了。处理视觉信息的颞下皮层就是其中一个例子。多功能区域在大脑网络中心，包括前额叶-顶叶网络和丘脑，当执行一项艰难的任务时，这些区域就开始活动，使整个大脑皮层同时被激活。这一核心区域包括很多神经元之间的远程联结，使神经元工作空间从位于大脑网络外面一层的专门区域吸收专门知识。如果有必要，前额叶-顶叶网络和丘脑还可以控制和改变专门区域的活动，从而进行复杂的信息处理，完成困难的任务。这个中心区域的活动，尤其是前额叶-顶叶网络的活动，产生了意识。
以一个区域与其他区域相连接的程度作为标准，前额叶-顶叶网络中的主要区域——外侧前额叶皮层是最高级的区域，虽然后顶叶皮层和丘脑在这方面也不比前额叶皮层落后多少。所以，前额叶-顶叶网络和丘脑一起构成核心区域，从其他区域收集信息，执行最复杂的任务，经过信息处理使我们产生经验。
因为迪昂的模型与实验神经科学证据关系密切，所以很多人都指责他没有进一步挖掘意识的本质。
第三个理论是由朱利欧·托诺尼（Giulio Tononi）提出的“信息整合理论”（information integration theory）。这个理论的研究方向与其他两个相反，只讨论意识机制，而不谈大脑运作的具体情况。信息整合理论是目前最抽象、目标最为远大的理论。?[1]??作为一种数学理论，信息整合理论试图将意识与信息本质联系起来。前面两种模型都是以大脑皮层网络的活动为基础，而托诺尼的理论能应用到任何具有节点（nodes）的网络，不管是相互联结的神经元，还是计算机晶体管，或者是任何你能想到的载有信息的对象。在托诺尼看来，意识网络的容量与它能反映的不同类型的信息量以及这些信息能否有效联结直接相关。在一个网络中，节点越多（只要这些节点与其他节点密切相连），信息相互联结的形式就越多，这个网络产生意识的能力就越强。?[2]??
这个模型很简单，却很有说服力，清楚地解释了注意的运作原理：将一个对象的各项信息相互联结，形成统一的整体。这个模型也能解释前面提到的神经元全局工作空间模型，神经元全局工作模型也关注集中相互关联的各类信息的、密集的中心网。
根据信息整合理论，像小脑这样的区域对意识的产生没有多少作用，因为小脑只有少数的神经元联结。而像初级视皮层这样专门的大脑区域对意识的产生只起到了很小的作用，同样是由于初级视皮层处在网络边缘的原因。相反，前额叶-顶叶网络由于内部联结紧密以及与很多专门区域密切相连，能够产生高层次的意识。
没有前额叶-顶叶网络，我们只能处理单个信息。例如，安吉丽娜·朱莉衣服的颜色作为一个数据，她的声音是另一个完全不同的特征，等等。但是，由于联结密集的前额叶-顶叶网络的作用，以及注意将各项特征相连接，这样产生的信息的丰富性远胜过单个数据的集合，而意识也在这个过程中产生。
这个网络能够容纳多少信息量与其拥有多少不同的活动状态是一致的。实际上，这也意味着我们有多少种不同的经验。我们认为狗比我们低等：如果是同样的信息输入，由于我们的前额叶-顶叶网络具有强大的分析能力，我们能够以很多不同的方式将各种感觉数据联结起来，因此，我们的经验范围要比狗大很多。
几个世纪以来，困扰哲学家的关于我们的精神世界的两个问题是：为什么意识是主观的？我们的大脑是如何让我们体验到各种感觉的（从看到一朵红玫瑰的感觉到听贝多芬交响乐的感觉）？托诺尼确信自己的理论能够解决这两个问题。
托诺尼认为，意识具有主观性——我的经验只属于我自己，他人无法感觉到——是意识最主要的特性，他的理论也会证明这一点。如果意识只是大脑网络最密集的那部分的活动产生的，为什么我的意识能够延伸到我的大脑之外，和另一个人的意识相连通？首先，没有一个网络能做到这一点。即使这种联结是可能的（如我通过某种神经移植将我的大脑与另一个人的大脑联结起来），如果这种联结很微弱，那么就产生了两个网络、两种意识，两者之间有着微弱的经验联结。这种情况跟连体双胞胎塔蒂亚娜与克丽丝塔的情况很相似，她们是两个不同的个体，有时候一些感觉可以共享。因此，主观性绝不是哲学难题，只是反映了紧密联系的网络产生复杂统一的信息项目的方式，我们把这种可计算的过程称为意识。
是什么使我体验到各种感觉？为什么我看到女儿眼睛颜色是深棕色？为什么我能听到她那甜美的叽里咕噜的说话声？当我抱她去睡觉时，抚摸她柔软的脸颊，为什么会有种特别的感觉？根据托诺尼的理论，我们的体验来自某些特定的感觉，这些特定的感觉在有着互相连接的信息形式的巨大空间占据了某个点。我女儿眼睛的颜色在我看来是深棕色的，是因为这种颜色与我看到的其他颜色产生信息对比，类似的信息内容会引发类似的体验。但是我对这种颜色的体验与其他感觉体验完全不同，由于信息内容不同，感觉也会很不同。因此，我们具有的每一种体验，都是一组独特的信息，有鲜明的特性，与其他体验不同。
有人可能会说，这些大胆的意识观点与哲学论点同样正确或同样错误。我想托诺尼会第一个承认，他的理论虽然推理严密，但目前只是提供了意识研究的框架。信息整合理论的某些推论有些怪异，与神经科学一些数据不一致。例如，这个理论没有以任何方式将不断增强的神经活动与意识的产生联系起来，所以根据这个理论，静止的大脑也可能产生高层次的意识。这个结论与我在这一章讨论过的所有研究结果都是相矛盾的。而且，这个理论没有区分无用的、不具备模式的信息形式和具有高度结构、深刻见解的组块，我已经重复提过，后者是意识的标志。
但是，托诺尼与哲学家不同，他提供了一种大胆的、具有启发性的观点，以科学的方法探索深奥的意识问题。这个理论能够在网络结构和变化状态的基础上，计算出动物或机器人在某个特定的时间存在的意识的数值，所以马上有人利用这理论做了很多有趣的实验。但是，要计算出这个“意识的数值”需要太多的运算，如今最先进的计算机都无法做到，即使是对一些简单的只有少数神经元的动物做实验，都无法得到这个数据。所以，目前要将这个理论付诸实践，还存在很多限制因素（尽管我会在下一章讨论科学家运用各种方法得到意识数值的近似值）。
事实上，所有意识理论存在一个普遍的不足之处：过于关注数学或神经生理学数据，而忽略了意识的心理学成分。在我看来，将来的理论要将注意作为意识研究的关键因素，而不是像现在一些科学家那样，将注意看作一个独立的过程。如果能够将工作记忆也包含到意识研究中（目前只有神经元全局工作空间理论做到这一点），那么结果将更可信，例如组块过程作为意识的基本成分，能够解释我们的意识为何能产生如此富于创见的思想。
最后，检验这三种模型的正确性的方法是：这些模型是否能预示意识的心理特性及相应的神经活动情况，而这些内容在将来的实验中会得到证明。目前的理论，尽管有远大的目标而且方向一致，但只是处于意识研究的起步阶段。
[1]?由杰拉德·埃德尔曼（Gerald Edelman）和阿尼尔·塞思（Anil Seth）提出另外两个理论与信息整合理论很相似，同样试图将意识与大脑处理信息的复杂性相提并论。我在这里选择信息整合理论，因为它在三者中最著名，论证最详实。
[2]?在这个模型中，联结越多，连通性越强，越理想。关键是，这个网络有多少种不同的状态。通过对称结构可以较好地说明这个问题。例如有27个节点，按3×3×3排列，形成一个立方体。如果每个节点都与其他任何一个节点联结（或没有任何一个节点与其他节点联结），那么角落里的一个节点发亮的程度与其他节点是一样的。但是如果换种情况，每个节点与其他26个节点中的5~20个节点联结，那么角落里那个节点发亮的程度就是独一无二，因为没有其他任何一个角落里的节点的结构与这个节点相同，因此它的信息状态是独特的。由于这个立方体的联结不是对称的，因此能反映最多的信息。
解释经验
意识理论即使还存在一些重要分歧，但已经为我们展现了一副令人兴奋的画面。意识理论第一次完整地解释了意识的起源和作用，以及经验的精神构架和神经学基础。
我们上学时都学过，生命存在需要一整套的化合物，这些化合物的比例要恰当，像水、碳的比例。这些成分很重要。但是，更为重要的是，在为生存和繁殖进行的斗争中，在基因不断调整以适应环境的过程中，生命体还有收集信息的压力。所有生命体都是生物计算机，通过不断获取各种有用的知识从而在世界上获得立足之地。所有成功的生命体通过储存在DNA上“想法”，获取重要信息。
在所有生命体中，动物的学习能力最灵活。它们收集重要的新信息，使自身生存并适应环境的变化。它们不仅将信息传给下一代，而且在自己的生命周期里不断更新信息。我们人类刚出生时很脆弱，只有少数几种本能和感觉，但是人的思想是开放的。在我们的一生中，我们吸收了无数的信息。一些简单的特性不需要意识就能被觉察到，但是通过注意，我们在十分有限却非常灵活的意识工作空间汇集了最有用、最新、最复杂的信息。在这个充满经验和思想的空间，我们获取见解，发现世界上隐藏的规律，从而了解世界并征服世界。我们的意识做到了这一点，意识存储了无数我们可以检索和控制的信息。我们的大脑巧妙地紧密相连，信息可以很容易地从存储各种专门知识的区域传递到其他区域，这些区域没有某一特定的功能，但与大脑其他部分紧密相连，因此通过神经活动的高频波，信息可以在大脑内流通。通过丘脑以及前额叶-顶叶网络内的神经元忙碌工作，我们不仅将红色与某个简单的形状相联系，我们看到的是一朵鲜艳的红玫瑰，我们闻到玫瑰的香味，还将玫瑰与某个浪漫的恋人相联系（我们刚将一朵玫瑰送给这个恋人，并希望与她共度今后的人生）。
弄清楚意识的心理学特性和神经学特性后，我将论述如何运用我们的经验。首先，我将分析一些患者的意识，这些患者不能通过语言叙述自己的感受。然后我将论述有关经验的新的科学观点。
