为什么大脑会产生意识?

要搞清楚意识,我们需要从多个不同的方向理解它。

从我们人体的角度看,意识是“思维的感觉”,没有什么神秘的。

当我们的身体在进行某种动作时,比如握紧拳头,我们身体中的神经细胞会产生感觉。而思维就好比是大脑在做某些“动作”,我们对此产生的感觉就是意识。意识之所以难以理解,是因为身体的感觉与大脑思维是分离的,我们可以很容易地明确这些感觉,但意识却是大脑对自身活动的感觉。

我们还可以从肢体感觉开始,逐步升级来理解意识:假设我们闭上眼睛,当我们伸手去触摸一个物体时,会产生简单的触觉感应;如果这个物体很冷或很热,我们可能感到痛并害怕,这些是更复杂的感觉;如果这个物体有特定的质感或形状,我们可能会开始产生与这个物体有关的意识。在这个意识升级过程中,大脑的意识复杂程度逐渐升高,但这些“感觉”之间并没有本质的区别。最后产生的复杂意识,只是像多米诺骨牌一样,引发了大量后续的思维,它只是比简单的触觉更复杂、更持续,或者可以被理解为高度复杂、高度动态的感觉。生物大脑的思维能力,就是这样由简单的外界感觉,一点一点进化到复杂的意识。

 

为何大脑需要意识与注意力?

那么为何生物需要这种“思维的感觉”,我认为其根本原因,是由于生物大脑采用了电脉冲这种特殊的信息传递方式。由于这种生理特性,大脑必须有能力选取出重要的思维信息,维持思维的持续性。

很多人了解神经细胞依靠电脉冲传递信息,但恐怕大部分人没兴趣思考这种信息传递模式与计算机系统的差异有多么大,它有几个关键特点:

  • 脑神经细胞必须不断地发射电脉冲,才能维持神经网络的运算信息。除非通过大量电脉冲刺激形成新的突触,将信息固化在神经网络结构中(比如形成记忆),才能将思维产生的信息用于后续的思维过程。
  • 脑神经细胞不仅可以强化其它脑神经细胞的电脉冲,也可能抑制其它脑神经细胞的电脉冲。
  • 电脉冲的信息不仅仅是有或无,其频率的快慢也包含信息,这使得其传递的信息量大大增加。

大脑思维与我们其它感觉一样,大量的状态变化我们是感知不到的。比如当我们触摸一个东西时,虽然只有手有感觉,实际上整个手臂带动手指都在为这个行为而服务。思维也包含许多感知不到的部分,大致相当于我们通常所说的潜意识。或者说,当人们进行复杂思维时,会同时运行多个思维任务。

而神经细胞的第一个特点决定了它们“不适合”被多个思维任务共享,因为会导致不同思维任务的电脉冲信号之间产生干扰甚至冲突,这导致各个思维任务之间存在竞争关系。而有效的思维过程需要一个思维主线。因此人脑需要一种能力,区分、维持住思维主线。同时,需要适度抑制其它思维任务,以便避免其它思维任务(潜意识)干扰思维主线。(思维任务本身也可能会抑制其它不相干的脑区,进而抑制其它的思维任务,但我不确定这一点。)

另外,电脉冲会随时中断,因此必须维持住关键信息。大脑就像一个计算机,存储数据是有一定冗余的,但其临时存储空间会随时被新的数据覆盖,因此大脑需要随时把最重要的数据取出来放到某个关键信息区。

我们为此所进化出的这种能力,就是意识以及注意力机制。具体而言,当同时存在多个思维任务时,大脑会分析出最重要的任务作为思维主线,强化它并抑制其它思维任务。也可能是思维任务之间互相抑制,经过多个脑神经回路的循环之后,导致最后形成思维主线。也可能这两种机制都发挥作用,但结果都是必须明确出一个思维主线,这也被称为“全有或全无”(all-or-none),因为一旦其它思维任务抢占到注意力,其发出的抑制信号会抑制甚至破坏原有的思维主线。这也是为何人脑在某一时刻只能感受到一个意识,以及为何人类不适合同时做多种工作。

对于程序员而言,可以将思维主线理解为主线程,而其它思维任务是异步执行的子线程或纤程,但主线程与子线程的地位是可以被随时切换的,而且彼此之间会互相抢占优先级以及计算资源。

其它一些关于注意力机制的特点:

  • 只有思维任务其中之一比较重要,明显压过其它任务时才会出现集中注意状态,否则人会经常走神,也就是思维主线经常在各个思维任务之间切换。
  • 而当我们精神散漫时,意识以及注意力机制可以提醒我们:“注意!集中精神才能做好眼前的事!” 这是完成重要任务的关键能力。
  • 持续保持注意力是很高级的智能表现,连幼儿都很难做好。
  • 紧张、焦虑的情绪有助于强化重要的思绪,这或许是人类集中注意力的重要辅助方式。

 

关于意识,还有很多有趣的话题,比如意识的筛选机制。但这些问题就太复杂了,还是留给脑神经科学家们研究吧。

 


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