前言
1997年5月8日，星期四，那晚我父亲患了中风。不断有人宽慰我，说只是轻度中风。但是在医院看到他的样子，我却深感不安。在我面前的这个男人反应迟钝，精疲力竭。表面上看，他没变；但是我知道，从深层意义上讲，他已不再是原先的他了。
父亲身上发生了一些细微的变化，表明他和原先不一样了，某些变化近乎可笑。比如，最近他对奇巧巧克力很着迷，连续几天除了奇巧，其他东西都不吃。另外一些变化更让人困惑。总之，他从一个思维敏锐、负责任的成年人变成了一个深受困扰的孩子。更为离奇的一种现象是，他对我的态度会根据我坐在床的左边或者右边而发生改变。如果坐右边，他会注意到我，我们还能进行时断时续的交谈；如果坐左边，他一点都意识不到我的存在，好像我根本不在房里。
我甚至有一种奇怪的想法：宁愿父亲患的是轻度心脏病而不是中风。如果是心脏病，至少他还能活得像原先那样有精神。而现在这种情况如果持续下去，他身上的某些部分相当于已经死去。每次他开口说话，都让我觉得属于他身份特征的某些碎片已经丢失了。
父亲与往日不一样了，这点让我震惊；他不可能完全恢复到原先的样子，这点又让我焦虑万分。尽管如此，我还是忍不住非常冷静地观察他的症状。父亲中风那天，离我大学期终考试还有几周时间。当时我正在研究哲学与生物心理学，而意识（consciousness）恰恰是这两个领域的热门话题。一方面，我重新查阅了一些哲学资料，这些哲学观点简单明确，认为意识是非物质的，几乎与大脑无关；另一方面，我又仔细查阅其他资料，试图弄明白意识究竟产生于大脑皮层的哪一个区域。通过阅读这些资料，我对“忽视”（neglect）现象有了全面的了解。“忽视”是中风的一种常见状态，以我父亲为例，他对左边的空间视而不见。
坐在父亲的病床边，我深深感到那些深奥的哲学论点与现实是如此不相容——错得太离谱了，甚至到了让人反感的地步。我旁边躺着一个我深爱的人，仅仅由于大脑内的一个小血块使意识受到严重损伤，导致他的身份特征都被剥夺了。意识当然是物质性的！当我坐在父亲病床的左边，痛苦而又惊奇地感受到自己在他眼中变成隐形人，在那个时候我做了上述论断。虽然我不能确切地知道那些哲学论点的理论缺陷在哪里，也不知道哪一种意识理论在当时最有说服力，但我已经确定了自己今后的研究方向。
原先我曾考虑过攻读心灵哲学博士学位，但那时马上决定选择意识神经科学作为研究方向。不久我被剑桥大学录用，开始意识神经科学及相关领域的研究。我的研究工作主要在剑桥大学开展，不过最近一些研究实验在萨塞克斯大学新建成的萨克勒意识科学中心进行。自从第一次痛苦地见识到父亲破碎的意识，我就明白意识神经科学是多么重要、多么基础的一门学科。经过多年研究，我越来越发现这门学科有很多迂回曲折之处，令人着迷，意义深远。我将在本书中与大家分享意识神经科学的曲折迷人之处。
对人类来说，没有什么比意识（awareness[1]）更为重要。我们能够领略白雪皑皑的山峰那种令人窒息的美，欣赏猎豹追赶猎物时那份优雅与矫健，聆听花园里悦耳的鸟啼声，创作乐曲，欣赏音乐、艺术、文学，和家人朋友谈笑风生。这些以及其他所有我们在乎的事情，都是一种意识行为。如果感受不到这些，不能有意识地体验这些，我们几乎不能说自己还活着——至少不是活得很有意义。
不管是陶醉在无尽的喜悦中，还是沉浸在剧烈的痛苦中，我总是感到每件事情都隐含着一种幸运，一种对经验的渴望。意识是生命的本质，我们通过意识才认识自己。意识是感觉的堡垒，是思想的熔炉，是情感的家园——不管这种情感给我们带来的是痛苦还是安慰。正因为有了意识，我们的生命才有意义。
大部分意识科学研究都声称意识是一个至关重要的、意义深刻的论题，然而对意识的研究热情却微乎其微。以前，我们并不了解宇宙的历史，不清楚它的形状，不明白每一颗闪亮的星星在宇宙中运行的规律，也不知道原子的概念。以前，我们也没有意识到人体内的每一个细胞都存在着、交织着一些编码（code），这些编码决定了我们的生命特征，将人类与地球上其他生命体联系在一起。我们所有令人赞叹的科技成果和科学发现都要归功于意识。然而，直到最近几十年，人们才对意识科学产生兴趣，才明白大脑是如何产生经验的。
从历史上看，设法解决意识难题的不是科学家，而是哲学家。近400年前，笛卡尔断言意识是纯粹个人的、主观的实体，自然科学无法解答意识问题，而且一个人的意识也不是他人所能体会得到的。例如，我在听贝多芬钢琴奏鸣曲时，只能通过语言这一不精确的媒介来传达听到的声音，以及那些音符是如何感动我的，而其他任何人都不会真正明白我的感受。至少很多人都是这样认为的。将意识与其他物理实体做对比，更凸显了这种观点的独特性与可信性。任选一种物体，小至亚原子微粒，大至砖块甚至星球。从原则上讲，任何人都可以从不同的角度观察同一物体，而得出完全相同的结果。意识则不同：对意识来说，没有客观性，也无所谓多种观点。意识只有一个观点，即个人的观点。
现代哲学家进一步发展了这种观点，认为意识远远高于平淡无奇的大脑运作。他们还声称，我们体验到的感情和掌握的知识纷繁复杂、多姿多彩，不能被贬低到与廉价、低级的计算机或机器同样的层次。在本书开头我将论述哲学史上的此类观点。我并不否定直观的情感诉求，但实验证据总是会战胜这些情感诉求。事实上，在有着翔实论据的科学面前，这类哲学论点所具有的貌似正确的光环逐渐消退了。我的观点与这类哲学论点相反。我认为最合理的观点是：意识是大脑的产物，而大脑就是一台计算机。
将意识纳入计算机大脑的框架中，表明意识与信息处理相关联，因为数据分析是神经元的首要目的；同时也暗示了我们的体验能力同神经机器一样，可能有一个进化的过程。
意识、信息、生物学之间关系匪浅。大自然的一个基本特性是具有存储信息和操控信息的能力。进化保证每一种生命形态在储存反映周围世界的有用“想法”（ideas）方面具有控制权。这种控制行为不是有意识地进行，而是通过生命体的化学结构信息表现出来。很多例子都证明了动物不是唯一聪明的生物。植物长有刺，含有毒素，还拥有大量新颖、独特的武器，用来击退食肉动物的侵犯。即使是细菌，也拥有令人难以置信的、精密的武器库，它们运用这些武器潜入寄主体内，或是击败潜在的攻击者。这些攻击策略由脱氧核糖核酸（DNA）决定，DNA是一种“内在信念”（implicit beliefs），规定了生命体的最佳运作方式。但是，这个建立在DNA基础上的系统，最初是如何学会构造和编写这些精确的“隐秘概念”（blind concepts）的呢？
任何一种学习形式——细菌学会抵制抗生素，小孩试着从爬行到走路——都存在张力：一种力量紧紧抓住熟悉的东西，如已有的信念、已知的生活方式；另一种力量则向前寻找新事物。新事物会引发一些混乱，使原先存在的、顽固的“想法”发生重大改变。这个过程磕磕碰碰，极不顺利，很可能使情况变得更糟糕。但重要的是：至少提供了改进的可能性。
DNA是一种储存稳定的内在信息的理想介质，这无疑也是它成为“生命奥秘”的普遍承载者的原因。但是仍然存在一些机制，能改变DNA的编码顺序，使生物的后代表现出一些新特征。当一个物种及其基于DNA的“信念”（beliefs）即将消亡时，产生新“概念”（concepts）对这一物种来说非常重要，而DNA重新编码能够使这一物种的少数成员存活下来（大部分成员被淘汰）。幸存者的DNA携带了新的有用信息，能使其度过逆境。换句话说，这一物种的部分成员历经几代演变，冲破重重阻碍，在摸索中学会了革新。
没有革新的能力，地球上就不会有生命，即使以一种随意、悲惨、低效的方式生存也不可能。因此，从某种意义上说，这种与时俱进、利用任何有利条件的能力是进化的本质。革新这种生命基本特性引发的一个必然结果是：原始DNA库变得过于拥挤，DNA开始涌入其他新领域，产生新物种。一个极佳例子是：进化过程中产生了一批特殊的计算细胞，构成了大脑。于是，一系列特别的、全面的革新活动以一种有目的、特定的方式在有机体内展开：探查环境，将与生存相关的新信息存贮到神经元上，而不是对这些信息进行DNA编码。
人类也同样加入到了进化的行列，为生存而斗争。尽管我们的精神世界极其复杂，有时甚至晦涩难懂，但是进化巧妙地为我们奠定了各方面的生物结构基础，使我们拥有丰富的情感与各种奇思妙想。
人类虽然在所有生命体中只占了小部分，却因智力与意识的力量在大自然中占据着特殊的地位。与人类血缘最相近的动物是黑猩猩，与之相比，人类只有黑猩猩1/5的体力，甚至人类的感觉也远远不如黑猩猩敏锐。然而，我们凭借意识的力量成为革新的主宰，从而在某种程度上掌控了进化的基本动力。每一物种都试图控制自身的生存环境，但拥有非凡才智的人类为了自身的利益，让地球大为改观。
我认为革新是一种最聪明的信息处理才能，也是意识的主要目的。当然，并非所有类型的神经信息都能达到意识这一层次。很多基础的计算功能（如控制呼吸的能力），无须意识参与就能顺畅进行。统计学习理论[2]很简单，在我们生活中被广泛应用，通常不需要意识的参与。还有一点很重要：
一旦我们掌握了某一技能（如走路），无意识就会接替意识运作。从上述例子看出，那些古板无趣的信息由无意识处理，而意识则处理新的、有难度的信息。在学习过程中碰到哪怕只包含极少量新的或复杂的内容，我们都要运用意识功能。
意识是我们精神大厦里一个闪亮的、镀金的实验室，我们可以在这个实验室里深入分析任何事情。为了不浪费时间和充分利用能源密集的神经资源，大脑对进入这个重要场所的内容非常挑剔。注意（attention）是意识的守门人，只让那些我们感觉到的，或再三思量过的、具有生物学重要性且需马上处理的项目进入意识范围，尤其是那些具有让人意想不到的特性、能让我们获得深刻见解的项目。
遗憾的是，经验的储存空间过于狭窄。意识在同一时间只能充分处理4个项目。但是，我们可以通过无数方式操控意识内容，从而产生神奇的结果。正是这些不间断的精神活动，使我们深入了解世界。
我们丰富的经验反映了一个事实：意识关注的不仅仅是原始数据的零星片段。事实恰好相反，下面这一令人费解的现象说明了这一点。大部分动物如果待在一个安全的地方，又有充足的食物，一般都会做出明智的决定——休息。不可否认，有些动物偶尔也会玩耍，像是在练习捕猎或打架，仅此而已。人类的情况完全相反：当生理需求得到满足后，我们会玩数独游戏或游戏机，甚至阅读一本科学读物。科学研究就像是纵横字谜游戏的延伸。奇怪的是，很少有人将科学研究看作一种绝妙的爱好。从生物学意义上说，下面的情况有悖常理。阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）将宇宙复杂隐晦的现象转化为5个字符：E=mc2（质能转换公式），而且他是利用业余时间发现这一真理的！
所以，人类一个明确的特性是对事实永不满足的追求。但是我们渴望的不是陈旧的信息，而是包含模式的那一小部分知识。找出智力游戏中隐藏的结构只是人类思想一个微不足道的癖好，与人类以生存为目的的进化驱动力无关。但是表象往往具有欺骗性。我们致力于对事实的追求，但偶尔也会玩玩智力游戏，就像一匹训练有素的纯种马会忽然快跑一阵，仅仅为了运动一下强壮的肌肉。然而更多的时候，我们受躁动不安的好奇心的驱使，渴求真正的智慧。这种智慧不是长者的谆谆教诲里包含的有限知识，而是广义的智慧，指任何让我们快速提高理解能力和控制能力的大胆的创新思想。由于人类的意识永不停息地追求智慧，我们发现了火，学会了耕作。实际上，所有延长我们寿命、让生活更轻松有趣的现代科技成果都要归功于意识。对个体而言，对创新的渴望在我们成长的过程中表现为热烈的躁动，引导我们学会语言，掌握各种知识，使我们在复杂的现代社会顺利过渡到成年期。
意识的精神空间是经过精心选择的，意识致力于创新，它的一个关键要素是发现信息的深层结构。掌握这种包含模式的、有意义的信息处理形式，能够使我们具备超强的学习能力，这也解释了为什么人类的意识使我们在每一个知识领域都取得了巨大成就。通过发现大自然的隐蔽规则，通过将两种完全不同的思想根据它们潜在的、共同的信息结构联系起来，我们的大脑创造了一个广阔的意义世界。这种不懈努力的结果之一就是：当我们看到一张椅子时，看到的不只是椅子基本的外部特征。当然，我们会认出这是一张椅子，然后马上会想到与这个物体相关的一系列意义：椅子有什么形状，具有何种功用，与其他家具的关系如何，放在哪幢大楼哪个房间内，等等。事实上，当我们观看周围世界时，无意识可能忙着处理一些基本的感觉特性，但是在意识的大本营内，每一项内容都要经过我们掌握的知识结构的严密筛选。我们看到的任何物体，都会触发理解的意识波，即该物体不同层次的意义。
这种对知识及深层模式的不间断的追求，不仅是创新的机制，也是人类意识的特征。基于DNA的“想法”不可能是有意识的，部分原因在于这些信息仅仅表现事物最基本的特性。即使是黑猩猩也努力去了解意义的不同层次，但是人类的意识在这方面蓬勃发展，使我们以独特的方式深入理解并掌控世界。
意识只关注最有意义的精神建构，且急于在现有结构之外建构新的模式。为了达到这一目的，意识急切地组合、对比进入其范围内的任何物体。大脑的运作方式直接反映了这些组合与对比功能。大脑皮层负责处理感觉的专门区域为意识提供了具体的内容，比如，负责辨识面孔的区域不仅仅要辨认出肤色和肤质，还要处理与面孔相关的其他方面的信息。但是，在大脑皮层这个最高级的、具有多功能的脑区，还有一个网状结构，直接从专门区域收集各类内容。这是个核心结构，不仅内部紧密相连，而且与整个大脑的主要区域都密切相关。在这个内核中，有意义的、高度结构化的信息源通过超快速的大脑运作相互联结。从神经学上来说，意识就是在这里产生的。
现在，我们清楚地知道意识是在大脑哪些区域产生的，以及这些区域是如何相互联结以形成意识的数学模型。这些模型建立在神经结构和信息特征的基础上。事实上，这些数学模型已经在理论层面得到解释。同时，出现了新的实验方法，以探究不同层次的意识。不断改进的实验方法有可能解决一些过去无法解答的难题。例如，如果被试不能通过语言表达他们的意识，在这种情况下我们该如何测量其意识水平。这些棘手的实验对象包括动物，人类胎儿、婴儿，将来还包括机器人。
另外一些被试则迫切希望能够证实他们的意识能力，如果他们有能力这么做的话。这是一些脑部严重受损的病人，他们停留在意识的边缘，很少出现证明他们还具有意识的行为特征。医治这些病人的医生可能会很自然地得出结论：病人因疾病或伤害造成的脑损伤已经使他们失去意识能力。但是，如果病人是因脑部运动中枢受损而导致全身瘫痪呢？这些病人是否仍然具有清醒的意识，或者他们的大脑损伤程度已经使其无法感受周围世界，而与瘫痪不相关？我们如何运用意识的科学知识去区分这些不同情况？
意识赋予我们不可思议的理解能力，尽管为此我们要付出沉重代价。在本书结尾，我将讨论人类大脑的脆弱性。为了支持人类意识令人惊奇的创新能力，人类大脑变得如此发达、复杂。我们极其容易遭遇严重脑损伤，从而丧失意识。然而，幸运的是，不断发展的新技术能够诊断脑损伤患者是否仍然具有某种程度的意识。这项研究使我们通过分析患者的大脑信号“聆听”病人的心声，同时也为这些患者提供了与外界交流的机会。新兴的一些方法甚至可以恢复患者一部分意识（原先这些患者的意识已经完全丧失）。
幸运的是，严重脑损伤导致意识长期模糊的情况相对较少。不幸的是，人类大脑的脆弱性表现得很普遍，表现形式很微妙。要想产生最佳的意识，大脑各种成分与不同脑区的活动需要相互作用，并且达到一种平衡状态。一些人的基因决定了他们的大脑稳定性较差，而更多的人由于各种生活压力而神经紧张，很容易患精神病。精神病已经成为流行病，然而受到的关注却远远不够。
如今，“意识障碍”（disorders of awareness）这个术语被用来描述几乎所有的精神病，我们对精神病有了新的认识，对精神病的治疗也有了新线索。一些病人的意识空间被压缩了，就如同一辆小车只能在一条危险的、结冰的道路上缓慢爬行。这些患者极度渴望正常的生活，他们疯狂地抓住任何一种包含模式的微弱暗示。如同一个司机，以为猛踩油门是解决问题的唯一办法，而这种惊慌的举动只会令车子滑倒，从而失去控制。同样，患者的思想不受控制地向前滑行，产生许多偏执的、虚幻的想法，我们称这些想法为妄想（delusions）。
拓展和恢复意识的各种技术已经成功地应用到精神病患者身上。然而，这不仅仅是关乎意识是什么或何时会崩溃的问题，而是如何运用这类知识让我们生活得更好的问题。比如，很多建构意识的方法很容易被我们用来减轻生活压力，或者使我们以新的眼光更透彻地看问题。慢慢地，我们的意识会变得平静、开放，能够发现周围很多美妙的新模式。
[1]本书中，假定awareness与consciousness两个词意义相同，都指“意识”。
[2]统计学习理论（statistical learning）是基于数据进行预测的一种机器学习理论，使用统计与功能分析的方法。该理论由俄罗斯统计学家弗拉基米尔·万普尼克(Vladimir Naumovich Vapnik)创建。——译者注
