大腦比天空更遼闊：揭開大腦產生意識的謎底

　　正在活化的神經元是如何引起主觀的感覺、想法和情緒呢？身體和心智這兩個不同的範疇是如何調和？了解「意識的科學基礎」已經成為一種普遍的需求，並且也吸引了各個領域的人員開始進行研究及闡釋。傑拉德．愛德蒙博士窮盡他的一生做科學研究，這次更用科學的方法探討意識，解析大腦的運作；直接、淺顯的語言貫穿全書，解答了你我都會思考的問題──「心智－身體」的奧祕。

　　作者的敘述方式精確而淺顯，解釋了現在腦科學研究的發現、複雜的大腦如何產生意識。傑拉德．愛德蒙探討了意識與因果、演化、自我發展、學習、記憶，以及和人類感覺起源的關係。利用現今卓越科技的優勢，包括了生物化學、免疫學、醫學顯影、神經科學，和生物演化學的觀點，他將意識做了廣泛的分析，甚至將推論擴展得更遠：超越了科學和醫學的世界，進一步探索人類的本質。

作者簡介

傑拉德．愛德蒙（Gerald M. Edelman）

　　傑拉德．愛德蒙因為發現了抗體的結構，於1972年獲得諾貝爾生理醫學獎。目前是神經科學中心的主任，並擔任神經科學研究基金會的主席；同時也是美國斯克利普斯研究院（Scripps Research Institute）神經生理學系的主任及教授。後期的研究集中於形態發生，例如組織和器官構成的差異。他試著建構腦功能和神經發展的一般性理論，並在他的書中主張神經進化論的觀點（The Theory of Neuronal Group Selection）。著有多本科學著作，其中《先有心靈？還是先有物質？》（Bright Air, Brilliant Fire: On the Matter of the Mind）由牛頓出版社出版（2000.3）。

譯者簡介

蔡承志

　　國內知名科普書譯者，獲獎無數。譯作有：《美夢是這樣完成的》、《讓大腦變年輕》、《數字的異想世界》、《我們都是機器人∕人機合一的大時代》、《鳥類的祕密生活》、《恐龍與史前生物百科全書》、《是誰在操縱我們？》、《你要不要被複製？》、《始祖鳥、羽毛與鳥類進化之謎》、《狗狗知道你要回家？》、《當科技變成災難》、《螞蟻．螞蟻》、《約翰．惠勒自傳》、《領導基因》、《23對染色體》等。其他作品有：《劍橋百科全書》（編輯協力）、《阿毛的恐龍世界光碟》（審訂）、《恐龍大百科光碟》（審訂）。

推薦序

比天還寬，與神等重──神祕的腦與心靈

洪裕宏

　　詩人艾蜜莉．狄金生（Emily Dickinson）在其詩中讚嘆腦的奇妙，說它比天空還寬，比海洋還深，與上帝等重。傑拉德．愛德蒙（Gerald M. Edelman）這本書書名就取自於狄金生的詩句。我們每天都直接經驗到多采多姿的精神與心靈生活，這讓我們覺得我們是一個心靈實體，有別於物理的身體。靈魂不朽，生命輪迴，前世今生等民俗或宗教概念都源自於這種心靈經驗。心靈經驗是如此真實，無可否認。然而一方面我們對脫離身體的靈魂一無所知，另一方面，心靈與腦的關係又如此密切，因此許多哲學家與科學家相信心靈現象因腦的作用而發生。這顆三磅重的腦充滿了神祕，詩人讚嘆它，科學家試圖了解它，哲學家想排除種種困惑。然而這顆與上帝等重的腦似乎真的比天空還寬，比海洋還深，我們離解開心靈與意識之謎似乎仍遙不可及。愛德蒙這本小書以淺顯的語言摘要了他過去對意識的研究成果，讓原來艱難的學術研究以通俗易懂的方式呈現。讀者在閱讀本書時仍需用點心力與耐心，讓作者帶您遨遊心靈的迷宮，絕對不會讓你失望。

　　愛德蒙這本書主要在闡明腦如何產生意識以及意識在腦中的作用。意識研究在八○年代之前對科學家而言幾乎是一個禁忌，愛德蒙以哺乳類免疫系統的天擇機制獲得一九七二年的諾貝爾獎，投入這個原本多數科學家不敢碰也不願意碰的問題，帶動了科學界意識研究的潮流。另一個帶領意識研究風潮的諾貝爾獎得主是基因雙螺旋結構的發現者克里克（Francis Crick）。由於這些傑出科學家的投入，意識研究在進入九○年代之後才逐漸成為科學研究的熱門領域。台灣的心理學與認知（神經）科學界則要到最近幾年才接受意識研究是嚴格的科學議題，直接投入這個領域的學者仍然不多，多數集中在台灣大學、陽明大學與中正大學。

　　愛德蒙在序言中指出，意識的科學研究主要回答如下的問題：神經元的激發如何可能產生主觀感覺、思想與情緒？這個問題的困難所在在於神經元激發屬神經生理性質，意識則屬心靈現象，兩者之間難以調和。試想一堆灰白質神經細胞的複雜活動怎麼會產生多采多姿的意識經驗內容？愛德蒙的研究目的在了解腦的作用如何產生意識經驗。

　　哲學家大衛．查爾默斯（David Chalmers）指出，意識如何由腦產生有難易二個面向。相對容易的問題是腦如何處理各種感官刺激訊息。雖然這個問題也不容易，但是似乎在科學可以處理的範圍內。目前絕大多數的心理學與認知神經科學的意識研究都屬於這一類。另一類問題則相對困難，處理腦如何產生感覺知覺的主觀經驗。主觀感覺又稱為感質（qualia），指一個人受到感官刺激時，他主觀的感覺內容。例如當某人看到一朵黃菊花時，他有黃色菊花的視覺經驗，叫做感質。腦的神經元激發如何產生黃色菊花的感質？這個問題很困難，到現在為止，並無任何學術界認可的成功理論。查爾默斯認為愛德蒙的理論只處理了簡單的問題。

　　意識研究中最令人困惑的問題是腦如何產生感覺知覺經驗。感覺知覺經驗又稱為意識經驗。意識經驗之所以難解肇因於二個問題，一個是主觀性（subjectivity）的問題，另一個是感質問題。一個事物是主觀的，如果它的存在或發生預設特定的主體存在。例如你被針刺到了，因此產生痛覺。你的痛覺是主觀的，因為痛覺的產生預設痛覺的經驗者（主體）存在。痛覺不可能獨立於所有的感知主體而存在。世上不存在無主的痛覺。科學研究強調客觀，客觀的研究方法如何研究主觀意識經驗便成為一個棘手的問題。哲學家托馬斯．內格爾（Thomas Nagel）認為研究方法愈客觀化，就離主觀性愈遠。因為科學追求絕對客觀性，因此客觀科學無法解釋主觀意識經驗如何可能。持上述主張的人當然認為愛德蒙的理論無法解釋主觀意識經驗如何發生。

　　另一個問題是感質問題：腦的作用如何產生感質？視覺皮質區的神經元激發如何讓我看到淡水的黃昏夕景？科學家告訴你視覺皮質區如何作用，神經訊息如何傳來傳去，似乎與回答上述問題永遠隔了一層了解的障礙。如果你說因為如此的神經作用讓我產生淡水夕景，我仍然不解的是為什麼是「如此」，而不是其他的神經作用讓我產生淡水夕景的感質。哲學家法蘭克．傑克森（Frank Jackson）著名的瑪麗論證生動地說明問題所在。設想天才神經科學家瑪麗一生活在黑白房間內，她的視覺世界是黑白的。假設瑪麗知道一切關於視覺經驗的神經科學知識。有一天她走出房間看到紅色蘋果，她產生了紅色經驗。這時瑪麗是否增加了新知識？瑪麗會不會說，「雖然我知道紅色視覺經驗如何產生，但到今天我才知道紅色視覺經驗的感覺是什麼。」瑪麗是否由此新經驗獲得關於世界的新知識？直覺上瑪麗獲得了新知識。那麼前面假設瑪麗已擁有一切視覺經驗的神經科學知識，因此視覺經驗的直接感覺就超出神經科學能夠解釋的範圍。因此世界上有一部分，即主觀感覺經驗，是客觀科學無法解釋的。

　　愛德蒙的意識理論是由其哺乳類免疫系統的天擇機制發展出來。他提出神經達爾文主義假說（the hypothesis of neural Darwinism），主張在胎兒與幼兒發展階段，神經元的增長與連結，以及回應環境刺激時神經元的激發模式是依照達爾文式的天擇原理進行的。在回應外來刺激時，一群神經元會一起激發，形成一個範疇。這些神經元群之間會以複雜的方式相互連結。意識的產生源自於這些神經元群之間的再入迴路（reentry pathways）的作用。「再入」迴路是愛德蒙的意識理論的核心概念。再入迴路是一種動態的遞迴訊息傳遞，主要牽涉到視丘一皮質區系統（thalamocortical system）內的迴路，愛德蒙稱之為動態核心（dynamic core）。這個再入迴路的作用是意識產生的機制。這個動態核心的再入迴路產生初階意識。初階意識缺乏明確的時間意識，只發生在記憶的現在（remembered present）。愛德蒙認為所有的哺乳類與鳥類都具有初階意識。人類與部分靈長類（如黑猩猩）具有相當的語言能力，因此能產生像自我意識、反身性意識等高階意識。

　　愛德蒙在書中多次反對涂林機（Turing machine）模型。二十世紀的主流學派是涂林機模型，包括認知心理學、認知科學、人工智慧學派等。這個學派將人腦類比電腦，主張認知與心靈現象可以用涂林機模型充分解釋。涂林（Alan Turing）是電腦理論的創始人之一，後來的數據電腦都是根據涂林機的原理設計的。愛德蒙認為腦與電腦的運作原理差異太大，意識經驗不可能由電腦系統產生。因此依據涂林機原理而發展出來的認知科學無法充分解釋意識經驗。愛德蒙的理論模型比較接近八○年代興起的神經網路模型（neural network model）。愛德蒙的理論用到了一個重要概念，即冗餘性（degeneracy，內文譯作簡併性）。愛德蒙認為神經歷程是冗餘的。換言之，特定的神經結構會參與多不同的神經歷程，同一個神經歷程也會牽涉到許多不同的神經結構。用神經網路模型的語言來說，神經歷程的運作是分散的（distributed）。因為神經歷程的運作是由諸多神經結構或系統來執行，任何一個神經結構受損都不必然致命地摧毀該神經歷程，有時其他的神經結構會接管受損之神經結構。冗餘性是電腦模型辦不到的。電腦中不論是記憶區或運算區的局部輕微受損都足以引發當機。因此愛德蒙認為腦作用的冗餘性證明以涂林算機模型為本的認知科學是錯誤的理論。腦並非依據一套涂林算程（algorithm）在運作，因此也無所謂「思想的語言」，腦中也不存在擬似語言的心理表徵。愛德蒙的理論模型很接近神經網路（或大量平行分散計算模型）學派的主張。

　　在論及意識的涂林算機模型方面，愛德蒙的看法應屬正確。目前主張涂林算機模型的學者也愈來愈少。然而愛德蒙的意識理論基本上屬於認知神經科學的客觀性理論。許多人會質疑愛德蒙只不過提出腦如何處理感覺知覺訊息，而未能充分解釋意識經驗本身。哲學家奈德．布拉克（Ned Block）區分取用意識（access consciousness）與現象意識（phenomenal consciousness）。取用意識包括所有感覺知覺訊息的處理，現象意識則指主觀經驗或感質。許多實驗證據顯示這個區分具有經驗事實依據。心理學家馬文．古德爾（Melvyn Goodale）提出視覺雙系統理論，發現視覺系統分為背側路徑（dorsal pathway）與腹側路徑（ventral pathway），前者處理空間位置（where），後者處理看到什麼東西（what）。當腹側路徑受損，病人報告看不到東西，卻能在準確的空間位置拿取該東西。換言之，病人雖然沒有視覺經驗，卻仍可正確處理空間位置的資訊。這是一個取用∕現象意識區分的支持證據。許多學者認為愛德蒙的理論只能解釋取用意識，而無法解釋現象意識。

　　有些人認為意識經驗的產生過程不是可計算的（computable）過程。這點愛德蒙倒可同意，因為他也主張意識的產生不是依照一套算程運作的。物理學家羅杰．彭羅斯（Roger Penrose）認為腦中必然存在不可計算的生理歷程，藉以產生意識。他與神經生理學家史都華．哈蒙諾夫（Stuart Hameroff）合作提出的不可計算的歷程發生在神經細胞中的微細管組織（microtubules），在那裡產生量子一致性。意識的產生是起因於量子一致性的崩現（quantum collapse）。這個學派叫做量子意識學派。彭羅斯與哈蒙諾夫會質疑愛德蒙所提出的視丘－皮質區再入迴路能夠產生量子一致性。如果不能，這個再入迴路就不是意識產生的機制。

　　主體性與感質是意識的兩大難題。愛德蒙雖然提出有創意的理論，但是學界多不認為這兩大難題已獲解決。愛德蒙最有可能對的地方在指出意識產生的過程不會是計算的過程，以及找到感覺知覺訊息的處理迴路。然而腦與心靈在今天仍然充滿神祕性，困惑所有科學家與哲學家。這導致一些哲學家如約翰．瑟爾（John Searle）與托馬斯．內格爾認為要了解意識的話，我們現今的科學恐怕要經歷一次大革命。有些人如查爾默斯，則主張物理的世界觀也許是錯的。世界的根本存在不是物質，而是非物質也非心靈的東西，它可以呈現出物理與心理二種屬性。這種看法接近德國哲學家史賓諾莎（Spinoza）的雙面論（dual aspect theory）。這些不同的哲學主張都在刺激全新意識科學的誕生。愛德蒙的書是了解意識的一個好起點，卻絕非終點。

　　本文作者現為國立陽明大學心智哲學研究所的教授兼所長，並且擔任東吳大學哲學系的客座講座教授。曾任陽明大學副學務長及人文與社會科學院代院長、中正大學哲學系教授兼系主任。