无意识状态下神经元的同步性
大部分麻醉剂发挥效用的机制是，不断产生一种称为Y-氨基丁酸（GABA）的神经递质，抑制大脑皮层的神经元活动。在这种抑制的状态，神经元发射变得比平时更加协调，没有差别性：大脑皮层的电波以缓慢的、强烈的节奏（δ节奏）每秒钟几次在波动。
这种情况乍看起来令人感到困惑，甚至觉得自相矛盾：意识渐渐模糊，而大脑的活动却更猛烈、更有节奏。但是考虑到大脑主要的、持续的任务是信息处理，就不会对这种情况感到奇怪了。为了说明信息处理与脑电波的关联性，我要在此处稍稍离题，解释一下脑电波。
报纸上经常提到脑电波：注意力集中时的脑电波是β波，沉思时是θ波，等等。这种大脑模式究竟有什么意义呢？我们用脑电图描记器（EEG）来探测隐藏的脑电波：将一组电极连接到头皮上，每一个电极探测由上百万个神经元发出的电波。
假设神经活动是一群随意组合的游客的活动。这些游客（神经元）正在一次喧闹的航行途中，开始还互不相识，现在一些游客已经混得很熟了。经过一天的航行，他们来到海岸边的一个国家公园，分散着从不同方向攀登公园里面起伏的山坡，每个游客都与经过身旁的其他游客简短地聊几句，聊聊下面马路上发生的事故，或者地平线上的某个有趣的古代巨石圆阵。
再假设一个星期后，来了同样数量的人。但这次是一支部队，由一个军士长指挥，整个部队步调统一地前进着。一个人乘坐飞机（EEG电极）路过，远远地看到这个队伍，他觉得这些士兵很有效率，让人印象深刻，甚至会觉得这些士兵的数量比上周附近山坡上游客的数量要多（其实不是这样）。从空中往下看，好像一列穿着卡其绿衣服的人在郊外以缓慢、稳定、有力的节奏上上下下地移动。相比之下，游客太分散，没法计算他们的人数，而且在山顶上的游客人数要比士兵少很多。
虽然士兵的队伍比游客有秩序，但是他们很无趣，也没有好奇心。除了关注前面士兵的步伐，他们不会去注意任何其他事情，如马路上发生的事情或巨石圆阵。他们实际上是一个整体。如果有人试图使这沉闷的旅行活跃一点，而与旁边的人交谈上几句，被军士长发现，就要受到严厉的训斥，交谈者也就马上不做声了。这严重限制了士兵们获取及传递关于周围环境的有用信息。
因此，无意识状态下（如全身麻醉后的状态）的神经元以整齐、缓慢、沉重的方式在运作，只能处理最低限度的大脑信息。这些神经元可能在努力传递比附近神经元更多的信息，但是由于太多的神经元在步调一致地运作，他们接收不到任何可以传递的原始信息。
只有神经系统内信息之间进行积极的转移与混合，才能产生意识。这就是我们具有意识，而细菌和植物不具备意识的一个重要因素。相比之下，细菌和植物的信息处理只是发生在蛋白质——DNA这一小范围内。
无意识状态下能学到什么
我将意识与复杂的信息处理相联系，这与全身麻醉后的无意识状态并不矛盾。在麻醉状态下，原先支持信息处理的机制不再起作用：脑电波变得缓慢而沉重，大脑皮层（大脑最晚发展的、最高级的部分）不再运作。是否能因此得出结论：在麻醉后的无意识状态下，我们不能进行任何复杂的学习？
问题是，每个患者对麻醉的反应都会不同。最糟的情况是，一些患者在手术过程中还是清醒的，会感到剧烈的痛楚。所以在做任何测试前，要先确定麻醉已经发挥效用，患者确实处于无意识状态。
确定患者处于无意识状态的主要方法是运用脑电图描记器：如果脑电波缓慢而深沉，表明大脑几乎没有任何神经活动。确定患者处于无意识状态后，我们能观察到什么结果呢？针对患者在麻醉后的学习情况进行了各种研究，结果是一致的：没有证据显示患者醒来后还能记起手术中的任何事情。如果在手术过程中，对患者念单词表上的单词，患者醒来后不会记得任何单词。在手术中反复告诉患者，当听到“侏儒怪”这个名字时，抬一下手指头。患者清醒后，实验人员给患者提示，但患者没有任何反应：既不会抬一下手指头，也不记得别人曾对他做过任何指示。
尽管如此，患者还是有可能进行一些学习，只是效果不明显。其实我们一直在学习，只是有时候不明显，因而没有意识到自己在学习。如第1章的例子，如果有人一直对你念单词“洋蓟”，念上100次，那么在这一天中，当你再次听到“洋蓟”时，你的反应比平时听到这个单词的反应要快。你念“洋蓟”这个单词的速度也会加快；在超市也会很快注意到洋蓟；如果人家要你马上说出几样蔬菜的名称，你会马上想到洋蓟；甚至可能会在市场上买一个洋蓟。你不会意识到上述这些情况，而且这也不是你能控制的，但是确实会出现这些情况。
如果老是重复听到一个单词，那么我们的神经元是如何反应的呢？大脑中共同反映“洋蓟”的神经元，每当再次听到这个单词，就会重新被激活，调整发射该信息的阈值。下次听到这个单词或看到洋蓟时，神经元发射信息的速度会加快。就像肌肉经过运动后会变得强壮。但是，事实上远不只如此。神经元集合对“洋蓟”这个单词的反应速度加快，其实是由于一种重要的预测运算在起作用。神经元集合会这样想：洋蓟又来了，可能这个词比较重要，我们的反应速度要更快些、力度要更强些，甚至要更热切地期望洋蓟再次出现。每次我们接收到任何信息，神经元都会进行微调。
神经元不断做调整，产生一些预示信息。因此，无意识状态毫无疑问也在忙碌地进行各种运算。我们的感官知觉不能直接反映外界信息，需要经过一系列的运算步骤向意识提供可用的相关信息。我们身体的活动有一部分靠感觉的反馈，比如感觉会让我们知道，我们想要拿到的物体距离我们有多远。这些活动是在无意识的状态下顺利完成的，而我们很多低层次的经验是固有的。比如，我们一开始就知道太阳在天上，物体是有边沿的，等等。这些固有的经验是在几百万年的进化过程中形成的，非常有效。因此，我们人类以及智力较低的人类祖先能够从环境中获取危险或安全的信息，并且反应速度比掠夺者或竞争者更快。另外一些无意识的经验来自我们在婴孩时期有意识的探索，这些探索后来在我们的思想里根深蒂固，被无数有意义的信息掩盖，以致我们意识不到它们的存在。
从某种角度看，能够进行预测学习的无意识机器是很复杂的，但这仅仅指无意识能够进行大量简单的统计运算，不是指无意识能够揭示深层次的意义。神经元的微调只对我们的理解能力起辅助作用，而大量经验在意识领域内综合作用，使我们学到有趣的、深层次的模式。
在无意识状态下，神经元能进行简单的运算，这种功能是很有限的。患者在手术后恢复意识，让他拼写出包含有"ash"（灰）的单词，结果可能是"ashcan"（垃圾桶），也可能是"ashtray"（烟灰缸）。但是，如果在患者处于无意识状态时反复对他说“烟灰缸”，那么他恢复意识后很可能给的答案就是“烟灰缸”。他根本不记得大约一个小时前他听过“烟灰缸”这个词，但是他大脑的某个部分会记住，一些神经元会识别这个词，因此他的反应会是“烟灰缸”。换句话说，他已经被“设定”好了，因而会重复这个他听到过的词。诸如此类的例子表明，至少在某个非常浅显的、无意识的层次，神经元会关注词汇。
但是一个词有很多特征，如发音、语法结构、与其他词汇的各种语言学关系以及词的意义。意义是我们大脑建构信息的第一步，因为意义的产生要求厘清在一个密集的网络中各种事物之间的关系、各种类别的等级关系，等等。从这个角度看，不仅信息处理需要意识，连信息建构都离不开意识。
患者可以被“设定”而重复听到某个单词，但是一个单词的意义是否也可以“设定”呢？如果在患者手术过程中，不断向他重复"cigarette"（烟）这个单词，等他清醒过来，再让他拼写包含"ash"的单词，他回答“烟灰缸”（ashtray）的可能性是否大于“垃圾桶”（ashcan）呢？如果真是这样，说明存在更深层次的触发机制：当神经元听到一个词时，就会激活另外的神经元，对这个词的意义进行解码。许多研究者做过这种测试，但结果显示：在深度麻醉状态下，我们不能做到这一点。
因此，当我们处于无意识状态（如全身麻醉后的状态）时，在意识的监测下，我们只能隐约听到某个词，仅此而已。稍微复杂一点的内容（如词的意义），至少需要一定层次的意识参与才能破解，而无意识是无能为力的。当然，我们有意识地进行学习的任何事情，如制订一个策略、记住一张清单、阅读一份说明书，或者是我们每天要处理的无数信息，都需要意识的参与才能完成。
