灵魂的科学探索

惊人的假说

作者：弗兰西斯.克里克

题献

前言

第一章　引言第二章　意识的本质

第三章　看（Seeing)第四章　视觉心理学

第五章　注意和记忆第六章　知觉瞬间：视觉理论

第七章　人脑的概述第八章　神经元

第九章　几类实验第十章　灵长类的初级视觉系统

第十一章　灵长类的视皮层第十二章　脑损伤

第十三章　神经网络第十四章　视觉觉知（1）

第十五章　一些实验第十六章　种种推测

第十七章　振荡和处理单元第十八章　克里克博士的礼拜天（1）

关于“自由意志”的跋

致谢

题献

谨将此书献给克里斯托弗·科赫，没有他的热情和支持这本书就不可能面世。

原作者为中译本所作的序

很高兴《惊人的假说》一书已被译成中文。这使得它可以供许许多多有学识的中国读者

阅读。这本书是为对意识问题感兴趣的非科学界人士，同时也为科学家，特别

是那些具有一些神经科学背景的科学家而著。

自1994年本书出版以来，神经科学又取得若干进展。Nikos Logothetis和他的同事们

对双眼竞争的研究已经延伸到其他的皮层区，特别是视觉等级系统的较高层次，比如颞下区

（IT）。一个引人注目的结果是：很大一部分的相关神经元都按照猴子预先推测的感知

（percept）而活动，其中许多采取“全或无”的方式，这很明确地表明在这特定的任务

中，这些神经元的发放确实是意识的部分神经对应物。我们热切地期待有更多类似的工作成

果发表。

基于神经解剖学证据，Christof Koch和我认为，当视觉信息经过我们的眼睛时，尽管

大部分信息通过初级视觉皮层，但是人们并不能直接地知道在Vl视区上的神经元的发放。

我们确信意识是由视觉等级系统中的较高层次来清晰地表达。现在，视觉心理学的一些新的

实验证据支持了我们的假设，但这还不足以证明它。

David Milner和Melvyn Gopdale于1995年出版了一本重要著作，名为《行动中的视

觉脑》。在书中，他们提出在脑中或许存在着快速的“在线”系统，它对简单的视觉输入可

以作出适当的、但稍显刻板的行为响应，就像伸手去抓个杯子那样。这些系统是快速且无意

识的。相反地，Milner 和Goodale还提出存在着一个与此相并行的较慢的意识系统，而它

可以处理更复杂的视觉情况，并且能够影响到许多不同的运动输出（包括语言）的选择。这

种有意识的和无意识的两个系统并存的思想是一个令人振奋的假说，但是这些假定的通路究

竟怎样工作，它们又是如何相互作用的，还远远没有搞清楚。

已故的Irvin Rock从心理学的角度指出，视觉系统是将复杂特征的表达建立在简单特

征表达基础之上的分等级系统。他还做了一些实验支持这种想法，这与J．J．Gibson所偏

爱的直接感知的过于简单的假设是相矛盾的。

总之，自从这本书问世以来已有某些进展。但到目前为止，还没有强有力的证据所支持

的重大突破。它能使我们得出这样一个清晰的假设，即脑究竟干了些什么才使得我们具有了

意识。在这种突破到来之前，我们不大可能解决可感受的特性（如蓝色的程度）这样一个令

人困惑的问题。与此同时，哲学家们会继续喋喋不休地反对这个观点。

我希望这本译著能够引起中国读者在意识问题方面的兴趣，并且能鼓舞其中一些人对这

一困难且具有极大魅力的课题开展实验研究。

Francis Crick

1997年10月

译校者序

意识问题是对当代科学的巨大挑战。著名的数理科学家罗杰·彭罗斯在《皇帝新脑》一

书中阐述了电脑、人脑及物理定律之间的相互关系。他假托一个故事作为该书的开场白，故

事说某单位设计成功一台性能卓越、速度惊人的“超子”电脑，并在新闻发布会上让它当众

回答出席者的各种问题。与会者生怕自己的问题太粗浅而踌躇不前。突然，一位“不知天高

地厚”的十几岁男孩打破了沉默。他羞怯地问道：“你现在的感觉如何？”“超子”茫然不

知所措。彭罗斯借此说明，计算机虽然取得巨大成功，但与人脑相比，仍有许多原则区别。

现在，尽管人类设计的计算机能够战胜国际象棋世界冠军，但它并不具备意识功能。

意识问题历来是哲学家十分关注的研究对象，但是，经过长达几个世纪的探索，仍没有

取得实质性进展。心理学从哲学中分化出来以后，也把意识问题作为重要的研究课题。自从

德国心理学家冯特把心理学看作是一门行为科学之日起，意识问题就被打入冷宫。大多数神

经科学家往往讳言自己的研究与意识问题有关。只有当他们功成名就之后，才会对此发表议

论。例如：谢林顿、埃克尔斯等人，在他们获得诺贝尔奖以后，就出版了若干著作论述自己

对意识问题的看法。由于意识问题的极端复杂性，至今还没有取得突破性进展。

本书作者克里克独辟躁径，坚持一个数理科学家朴素的唯物主义思想，大胆地提出了一

个基于“还原论”的“惊人的假说”。他认为“人的精神活动完全由神经细胞、胶质细胞的

行为和构成及影响它们的原子、离子和分子的性质所决定”。他坚信，意识这个心理学的难

题，可以用神经科学的方法来解决。在《惊人的假说》一书中，他把视觉作为研究意识问题

的突破口，认为意识源于“注意”和“短时记忆”相结合的过程。在本书的末尾，作者大胆

地涉足“自由意志”问题。他分析了某些大脑损伤患者的行为反应，提出“自由意志”的解

剖部位可能与“前扣带回”密切相关。他还提出了研究意识问题的一系列心理学、解剖学和

神经科学的实验设计和方法，这些观点、理论和方法显然是对意识问题研究中长期处于主导

地位的哲学、心理学思想方法的严重挑战。“惊人的假说”把一个长期困扰哲学、心理学界

的复杂的意识问题还原成一个典型的现代神经科学问题，确实有些出人意外。

本书出版时适逢国际学术界对意识问题重新发生兴趣的时期。一方面计算机科学迅速发

展和普及，个人电脑正在进入千家万户，计算机的功能愈来愈强大。但是，要想设计一个具

有独立意识、能主动感知和适应周围环境的自动机，却遇到一些不可逾越的困难。虽然80

年代后期人工神经网络取得某些进展、但与人的复杂行为相比，尚有许多本质差别。另一方

面，近年来脑科学、神经科学发展迅速。20世纪90年代被科学界称为“脑的十年”。现在

一些新的实验仪器技术，如：正电子发射断层图（PET）、功能性核磁共振技术（fMRI）等

无损伤性技术的发明和改进，可以探测正常情况下人的神经活动。这些实验技术为探索意识

问题提供了前所未有的实验证据和可能性。科学的进步，人类生产活动和社会活动的需要，

呼唤人类揭开意识的奥秘。在此背景下，克里克的“惊人的假说”应运而生，揭开了用自然

科学方法研究意识问题的序幕。

克里克是学界泰斗，他与沃森一起因发现DNA双螺旋结构而获得1962年诺贝尔医学

奖，开创了分子生物学的新时代。70年代，他把兴趣转向神经科学，特别对视觉系统的理

论和模型产生了浓厚的兴趣。他认为，自从双螺旋模型提出以后，分子生物学中的一些基本

问题大体上已得到解决，而人类对自身的精神活动理解得太少。经过深入的调查研究，他选

择了意识问题作为研究目标。

译校者们极为赞赏克里克的朴素的唯物主义思想。人脑是一个极其复杂的系统。系统论

的精髓在于系统的功能不能完全还原成组成单元。特别是非线性系统，其复杂性远非是个别

单元可预测的。系统的组织结构、层次关系对系统的功能起重要作用。意识问题是心理学中

最为复杂的一个问题。在一段相当长的时间内，宗教的、哲学的、心理学的和神经科学的解

释可能仍会各执一词。长期共存。令人欣慰的是，人们终于开始用自然科学的方法探索意识

问题了。我们很高兴把克里克著作的中文简体译本献给中国的读者，为对此问题有兴趣的读

者提供一本重要的参考书。

原书出版不久，我们收到了程子习博士（我组已毕业硕士生）从美国寄来的克里克的原

版书。现在我们研究组正从事视觉理论与模型研究，承担着国家自然科学基金委重大项目。

大家抱着极大的兴趣读完了这本深入浅出的著作。我们感到这是一本难得的好书，对我们当

前的研究工作具有重要的参考价值。我们有义务向中国读者作一介绍，因此，我们向湖南科

学技术出版社“第一推动”丛书编辑部推荐了此书，立即得到他们的积极响应。

本书中译本是我们研究组的集体劳动成果。为了培养青年人的译作能力，大部分译稿由

博士研究生执笔。参加翻译、核校及审订者为吴新年、崔翯（第一至六章　）；潘晓川、齐翔

林（第七、八、十章　）；曾晓东、齐翔林、王志宏、汪云九（第九、十一至十八章　）；汪云

九、齐翔林、潘晓川、王志宏、倪睿、杨谦（其余部分）。我们从译校工作中学习了很多东

西。但是，由于国内尚无专门研究“意识”问题的机构和队伍，个别名词在不同专业中也有

不同译法；此外，国外研究“意识”问题的思想、理论尚未为国内学术界所熟悉，再加上我

们对此问题认识上的粗浅，因此，译作中的错误在所难免，望读者发现后不吝指教。

我们感谢国家自然科学基金委员会、中国科学院视觉信息加工开放实验室多年来的资

助，使得我们有可能在我们感兴趣的领域内从事长期研究，并提供必要的时间和条件，保证

了本书的翻译出版。最后，感谢湖南科学技术出版社，承诺了本书的出版工作，谈判取得本

书中译本的出版权。

译校者

1997.9于北京中国科学院生物物理所

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前言

本书试图用科学方法来解释意识的奥秘。在此，我并非想给出关于意识问题的直截了当

的答案。我倒希望能够如此，但是目前似乎太困难了。当然，某些哲学家误认为已经解决了

这一问题，但对我而言，他们的解释并不属于科学真理的范畴。这里我想做的是勾划出意识

问题的本质，并提出一些如何用实验方法来研究这一问题的建议。我将要提出的是一个特定

的研究策略，而不是一个充分发展的理论。我想要知道的是，当我看某个东西时，在我头脑

中究竟发生了什么事情。

某些读者也许会发现这种思维方法有点令人失望。因为它有意避开那些他们乐于听到的

关于意识的许多议论，特别是如何定义意识。仅仅靠争论清楚关于战斗一词的意义，你不可

能赢得胜利。你需要一支训练有素的队伍，装备精良的武器和出奇制胜的谋略，然后才能有

效地击溃敌人。这些同样适合于解决一个困难的科学问题。

本书是为那些对于意识问题有科学兴趣却没有专业知识的一般读者而写的。这意味着我

必须用相对简单的术语去解释关于意识的方方面面。即便如此，某些读者仍会发现本书的某

些部分难于理解。对此，我想说：不要因为那些不熟悉的争论和实验细节的复杂性而泄气。

再坚持一下，或者干脆只是浏览一下这些难懂的章节，大致的意思一般是很容易懂的。

研究心脑问题的哲学家和科学家，将会清楚地看到我忽略了许多他们非常感兴趣的问

题。尽管这样处理过于简单化，我仍希望他们能从本书中学到些东西，即便只是在他们所知

甚少的章节中，我尽量避免对事实的曲解）由于大自然的极端多样性，在生物学中做到这一

点不太容易。同样我也不能完全避免观点上的曲解，意识问题是一个远未取得一致意见的研

究课题，没有一些最初的偏见我们不可能得到什么结果。读者将会明白，此刻我并不热衷于

功能主义和行为主义的观点，也不倾向于数学家、物理学家或哲学家的论调。也许我明天就

会发现此时思考问题的错误，但今日我仍尽力而为。

现在应该从科学的角度来思考意识问题（以及它与假设上永存的灵魂的关系），而且最

重要的是，现在是开始严肃而精心地设计实验来研究意识问题的时候了。这正是本书给出的

启示。

以下关于本书的概述将有助于引导读者穿越脑科学的丛林。本书主要分为三个部分。第

一部分由以下几章组成：

第一章　，我开始大胆地陈述我的“惊人的假说”。它概括了我研究脑的方法。为了弄清

楚我们自身，必须要知道神经细胞是如何活动的，它们又是如何进行相互作用的。接着，比

较了意识和灵魂的前科学思想与宇宙的现代科学知识的不同。最后，我简要地讨论一些带有

哲学味道的问题，诸如还原论、可感受性、突现行为以及世界的现实性。

第二章　略述了意识的一般性质（如一个世纪前威廉·詹姆斯（Wlllian James）和三位

现代心理学家所论述的），并把它与注意机制和极短时记忆联系在一起。然后是我为解决这

个问题而做出的种种假设，说明了我为什么要集中于一类特殊的意识（视觉意识），而不是

其他类型的意识，如痛的意识、自我意识等等问题。

第三章　说明了为什么多数人所具有的关于如何看东西的朴素想法在很大程度上是不正确

的。虽然，至今我们还不清楚当我们观看事物时，头脑中真正发生了什么，但是，至少可以

大概他说出用科学的方法来研究这一问题的可能途径。第四、五章　用相当长的篇幅描述了视

知觉心理学中的少数几个复杂问题。这些章节将会给读者一个印象，即什么是必须解释清楚

的。

第二部分主要对大脑，特别是视觉系统，作了扼要的概述。我不想给读者过多细节的描

写，只提供了关于神经系统如何组织和如何工作的一些知识。我首先在第七章　中概述了脑的

解剖学，紧接着在第八章　中给出了单个神经细胞的简单描述。第九章　介绍了有关脑研究中常

用的（包括细胞学和分子生物学的）实验方法。随后的两章概述了较高级灵长类视觉系统的

一般性质。第十二章　说明了如何从研究大脑受到伤害的患者病例中获得有用的信息。第二大

部分以第十三章　为结论，描写了各种理论模型（称为“神经网络”），它可以用来模拟由一

小群类似神经元所构成的单元的行为。

前两部分为进入第三部分提供了必要的背景知识。在第三部分中论述了各种可能的研究

视觉意识的实验方法。其中任何一种都还没能导致谜底的揭晓，但其中有些方法是有前途

的。作为第三部分的结论，第十八章　讨论了由于我的提法而引起的一些普遍争议。最后我用

关于“自由意志”的跋作为本书的结束语。

为使文章保持紧凑，我把不太重要的论据作为脚注给出，并提供了词汇表以便对正文中

的科学术语加以简明扼要的解释，此外，在词汇表前，对长度、时间和频率等共同的科学单

位有注记，这是因为脑活动发生的距离和时间比之日常经验中要小得多。

对于那些愿意就某些东题作深入探究的读者，我提供了进一步阅读的书目表，有的适合

于外行，有的适合于专家。在多数情况下，关于它们的内容，我加上了简短的评注。正文中

方括号里的上标号码，牵涉到技术性更强的参考文献，主要是发表于一些研究性的期刊上的

（本书的附录部分列出了这些参考文献，译者注）。这仅仅是包含了有关文献中的极少部

分，但提供了进一步具体探索的起点。我并不想把这些论文推荐给外行读者，因为多数论文

写得太艰深、太枯燥了。

我要对那些指出本书不足之处的读者致以最崇高的敬意。但我对于一般性讨论缺乏热

情。许多人对意识问题有其自己的想法，其中不少人觉得很有必要见诸于笔端，请原谅，我

不能通读许多读者有关这一主题的所有来信。我的常规做法是，只考虑那些在有参考价值的

期刊上和有信誉的出版商出版的书籍中发表的思想。否则的话，别人的叽叽喳喳的建议会使

我无法有效地思考。我将继续探索这些困难的问题。希望这个前言会引起读者的一些兴趣。

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第一章　引言

问：什么是灵魂？

答：灵魂就是离开躯体但却具有理智和自由意志的活的生物体。①

——罗马天主教教义问答手册

惊人的假说是说，“你”，你的喜悦、悲伤、记忆和抱负，你的本体感觉和自由意志，

实际上都只不过是一大群神经细胞及其相关分子的集体行为，正如刘易斯·卡罗尔（Dewis

Carroll）书中的爱丽丝（Alice）所说：“你只不过是一大群神经元②而已。”这一假说和

当今大多数人的想法是如此不相容，因此，它可以真正被认为是惊人的。

在所有的民族和部落之中，人类对大自然特别是自身特性的兴趣由来已久，尽管其表现

方式有所不同，这可以追溯到有历史记载的远古时代，并且肯定比这个时间还要早。这从人

类广泛出现的精致的墓葬中就可作出判断。大多数宗教都认为，人死后仍存在某种形式的精

神，它在一定程度上体现了人类的本质。如果失去精神，则躯体就不能正常工作，人死后灵

魂会离开躯体，至于以后发生的事情，是上天国、下地狱，还是人炼狱或者转世成为驴

子或蚊虫什么的，不同的宗教则有不同的说法，并非所有的宗教在细节上都完全一致。

这通常是由于它们基于不同的教义，如基督教的圣经和伊斯兰教的古兰经就形成鲜明的对

比。尽管不同的宗教存在差异，但至少在一点上它们有着广泛的共识：人类确实具有灵魂，

这并不仅仅是一种比喻。当今大多数人还抱有这一信念，而且在许多情况下，这一信念相当

强烈和执著。

当然也有少数例外。其中之一是少数追随亚里斯多德（Aristotle）的极端的基督教

徒，他们怀疑女人是否具有灵魂或具有和男人一样品质的灵魂。某些宗教很少关心死后的生

活，如犹太教就是如此。动物是否具有灵魂，不同的宗教也有不同的说法。有一个老笑话

说，哲学家（尽管他们也有区别）大体上可分成两类：自己养狗的确信狗有灵魂；自己没有

狗的则否认灵魂的存在。

然而，今天仍有少数人（包括共产党国家的一大部分人）持有完全不同的观点。他们认

为，有别于躯体且不遵从我们已知的科学规律的灵魂完全是一种神话。我们很容易理解这类

神话产生的原因。的确，倘若我们不甚了解物质、辐射以及生物进化的本质，那么这种神话

的出现似乎就不足为奇了。

那么，灵魂这一基本概念为什么应当被怀疑呢？当然，如果绝大多数人都相信灵魂，在

表面看来，这本身也是灵魂存在的证据。不过，4千年前，几乎每个人都相信地球是平的。

现在，这一观点已发生了根本变化，其主要原因是现代科学的进步。按照我们今天的标准，

地球是个很小的地方，但在当时却认为很大，尽管还不知道它的确切尺寸。我们今天的大多

数宗教信仰就起源于那个时代。任何一个人的直接知识仅仅来源于地球的一个小小的部分。

因而，当时人们有理由认为，地球是宇宙的中心，而人类处于宇宙的领导地位，随着时间的

消逝，地球的起源渐渐被人们遗忘。而当时认为的地球的时间跨度，尽管与人的经历相比显

得很长，但在今天看来仍然短得可笑。那时人们相信，地球的寿命少于1万年，这是不难理

解的。现在我们已经知道，它的真正年龄是46亿年。在当时看来，星星似乎离我们很远，

大概固定在球形的太空。而宇宙可延伸到无限远（大于100亿光年），这在当时简直是不可

想像的事情（某些东方宗教，如印度教，则是例外。他们把夸大时间和距离纯粹作为一种乐

趣）。

在伽利略（Gali1eo）和牛顿（Newton）之前，我们的基础物理学知识还是很原始的。

太阳和行星被认为是以某种非常复杂的方式有规律地运动着。因而他们有理由相信，只有天

使才能引导它们。还有什么别的力量能使它们的行为如此规律呢？甚至到了16、17世纪，

我们对化学的理解大部分还是不正确的。事实上，直至本世纪初，还有某些物理学家怀疑原

子是否存在。

今天,我们已经知道了很多有关原子的特性，并赋予每种元素一个原子序数。我们已经

详细地了解到它们的结构以及控制它们行为的大部分规律。物理学已经为化学提供了理论框

架。我们的有机化学知识与日俱增。

我们承认，在很短的距离（在原子核内）、极高的能量及极大的引力场中发生的事情我

们还不能真正理解。但是大多数科学家认为，对于地球上我们通常所处的条件（只有在非常

特殊的情况下，一种原子才转变为另外一个原子），我们知识上的这种不完备性，对理解思

维和脑影响不大。

除了基本的化学和物理学知识之外，地球科学（如地理学）和天文科学（天文学和宇宙

学）已经为我们生存的世界和宇宙描绘了一幅与传统宗教建立时的基本观念遇然不同的图

画。宇宙的现代图景及其发展规律，构成了目前生物学知识的基本背景。在过去的一个半世

纪的历程中，这些知识发生了根本性变化。直到达尔文（Darwin)和华莱士（Wallace）各自

独立地发现了导致生物进化（自然选择过程）的基本机制之前，“造物的论点”（Argument

from Desgn）似乎仍然是不可辩驳的。像人体这样结构复杂和设计精巧的有机体的产生，不

借助至灵至慧的造物主的设计怎么可能呢？今天，这一论点已经完全过时了。我们知道，一

切生命，从细菌到我们人类自己，都是与生物化学水平的活动紧密相关的。地球上的生命已

经存在了数十亿年，这期间许多种类的动物和植物都已经发生了变化，而且往往是根本性的

变化。恐龙已经灭绝，在它们生活的地方，出现了很多新的哺乳动物。今天，无论是在野外

还是在实验室内，我们都可以观察到基本的进化过程。

在本世纪，生物学有了突飞猛进的发展。对基因的分子基础及其精确的复制过程，对蛋

白质及其合成机制的详细知识，都有了更深入的了解，现在我们已经知道，蛋白质具有很强

的功能，其用途也非常广泛，它能构成精巧的生化装置的基础。胚胎学（目前经常被称为发

育生物学）是当前研究的重点。一个海胆的受精卵经过多次分裂，最终会变成一个成熟的海

胆，但是，如果把受精卵第一次分裂后的两个子细胞分开，那么每个子细胞就会各自发育成

一个独立的、但却更小的海胆。类似的实验也可以在蛙卵上完成。经过分子自身的重新组

织，从本来应该产生一个动物的物质中产生出两个小动物，这一现象在100年前发现时，曾

被认为是某种超自然的生命力（Life Force）作用的结果。根据生化基础，用有机分子和其

他分子的特性及其相互作用去解释生物的戏剧性复制，似乎是不可想像的事情。现在，对这

一过程的发生机制，在原理上我们感到已经没有什么困难了。我们曾料想这种解释是很复杂

的。科学史上充斥着一些观点，认为有的东西在本质上就是不可理解的（如“我们永远不会

知道星星是由什么形成的”），在大多数情况下，时间将会说明，这些预言是不正确的。

一个现代的神经生物学家，无须借助灵魂这个宗教概念去解释人类和其他动物的行为。

这使人想起当年拉普拉斯（Laplace）解释太阳系的运动规律时，拿破仑（Napleon）曾经提

出的问题：“那么，上帝如何发挥作用呢？”拉普拉斯回答：“陛下，我不需要这一假

设。”并非所有的神经科学家都相信灵魂是一个神话，约翰·埃克尔斯爵士（sir John

Eccles）就是一个明显的例外，但大多数科学家确实认为灵魂是神话。这并非是由于他们能

证明灵魂这一概念是虚假的，而是他们目前并不需要这一假设。从人类历史发展的角度看，

脑研究的主要目标不仅仅是理解和治疗各种各样的脑疾病（尽管这是很重要的），更主要的

是掌握人类灵魂的真正本质。不管灵魂这个术语是比喻性的或是确实存在，它恰恰是我们正

在试图研究的东西。

许多受过教育的人，特别是在西方世界，也都相信灵魂仅是一种比喻。一个人在被孕育

之前和死后是不会存在个人生命的，他们也许会把自己称为无神论者、不可知论者、人文主

义者，或是离经叛道的信徒，但他们都否认传统宗教的主要观点。然而，这并不意味着他们

通常考虑自己时与传统的方式完全不同，因为旧的思维习惯是很难消逝的。一个人也许在宗

教意义上并不是一个信徒，但在心理上也许会继续像信徒那样思考问题，至少在日常生活中

是如此。

因此，我们需要使用更鲜明的术语来表述我们的想法，科学的信念就是，我们的精神

（大脑的行为）可以通过神经细胞（和其他细胞）及其相关分子的行为加以解释。①对大多

数人而言，这实在是一个惊人的概念，很难使人相信，我们自己仅是一群神经细胞的精细行

为，即便这种细胞是大量的，它们的相互作用是极其复杂的，读者不妨想像一下这一观点。

（“无论他说些什么，梅布尔，我知道我正在某处看世界。”）

为什么惊人的假说如此令人吃惊呢？我认为主要有三个原因，首先是许多人还不愿意接

受被称作“还原论”的研究方法，即复杂系统可以通过它各个部分的行为及其相互作用加以

解释。对于一个具有多种活动层次的系统，这一还原过程将不止一次地加以重复。也就是

说，某一特定部分的行为可能需要用它的各个组成部分及其相互作用的特性加以解释。例

如，为了理解大脑，我们需要知道神经细胞的各种相互作用，而且每个细胞的行为又需要用

组成它的离于和分子的行为来解释。

这种过程在哪里终止呢？幸运的是，存在一个自然的中断点。这发生在（化学）原子的

水平。每个原子有一个携带正电荷的重原子核，它被一个有组织的电子云所包围。这些电子

既轻又灵活，而且携带负电荷。每个原子的化学性质几乎完全由核电荷确定。核的其他性

质，如质量数及偶极矩、四极矩强度等次级电学性质，在大多数情况下，对它的化学性质影

响很小。

大体上说来，原子核的质量数和电荷数不会发生变化，至少在生命赖以生存的温度和环

境中如此。在此情况下，原子核的亚结构知识对研究化学是不必要的。原子核由各种质子和

中子组成与质子和中子由夸克组成没有区别。为了解释大多数化学事实，所有的化学家都需

要知道原子的核电菏数，为此，我们需要懂得一种料想不到的力学类型——量子力学，它控

制微小粒子特别是电子的行为。实际上，由于计算很快就变得极端复杂，因此，人们主要是

应用各种粗略的“拇指规则”（rules-of-thumb），以便用量子力学术语进行合理的解释。

在这一水平以下，我们无需去冒险。(1)

至今仍有许多人企图说明还原论是行不通的。他们通常光是采用相当正式的定义形式，

进而说明这种类型的还原论是不真实的。他们忽略的一点是，还原论并非是用一组低层次上

的、固定的思想去解释另一组高层次的、固定的思想。它并不是一种一成不变的过程，而是

一个动态的相互作用过程。它随着知识的发展，不断修改两个层次已有的观念。“还原论”

毕竟是推动物理学、化学和分子生物学发展的主要理论方法。它在很大程度上推动了现代科

学的蓬勃发展。除非遇到强有力的实验证据，需要我们改变态度，否则，继续运用还原论就

是唯一合理的方法。反对还原论的泛泛的哲学争论是我们不希望看到的。

另外一个有些人喜欢的哲学论点是“还原论”中包含了“分类错误”，例如：本世纪

20年代他们说，把基因视为一种分子（现在我们应该说是配对分子中的一部分）是一种分

类上的错误，基因是一回事，分子则是另外一回事，现在看来，这种反对意见是十分空洞

的。②分类对于我们来说并非是绝对的，只是人们的一种规定而已。历史告诉我们，某种听

起来很合理的分类，有时也可能是错误的和会使人发生误解的，回想一下古代和中世纪医学

上有关人体四种体液的分类（血液、粘液、黄胆汁和黑胆汁），我们就清楚了。

惊人的假说使人感到奇怪的另一个原因，是意识的本质。比如说，我们有一幅外部世界

的生动的内部图画：，如果把它仅仅看成是神经元行为的另外一种描述方式，这看来也是一

种分类错误。但是我们已经看到，这种论点并不总是可信的。

哲学家特别关心可感受特性问题，如怎样解释红的程度和痛的程度。这是一个非常棘手

的问题，它来自这样一个事实：不管我们自己感受到的红色多么鲜明，都无法与其他人进行

准确的交流，至少在通常情况下是这样。倘若你不能以确定的方式描述一个物体的特性，那

么当你使用还原论的术语解释这些特性时，就可能遇到某些困难。当然这并不是说，在适当

的时候无法向你解释清你看红色时的神经相关物。换句话说，我们有可能说，只有你头脑中

一走的神经元和（或）分子以确定的方式活动时，你才能感受到红色。这也许说明了，为什

么你能体验到鲜明的颜色感觉。为何某种神经行为必定使你看到红色，而另一种使你看到蓝

色，而不是相反的情况。

即使得出结论说，我们不能解释红色的程度（因为你无法将你的红色感觉准确地告诉

我），这也并不意味着，你我看到的红色是不同的。如果我们知道，你我大脑中的红色神经

相关物严格相同，我们就可以作出科学推论，你我在观看红色时具有同样的感受。问题在于

“严格”一词。我们能有的精确程度，取决于我们对该过程的详尽知识。如果红色的神经相

关物主要依赖于我过去的经历，而你我的经历义大不相同，那么我们就不能推断出你我看到

的红色完全相同。

因此，可能有人做出结论，要想了解各种不同形式的意识（consciousness），我们首

先就需要知道它们的神经相关物。

惊人的假说让人感到奇怪的第三个原因，是我们无法否认意志（Will）是自由的这种感

觉。两个相应的问题立刻就会产生：我们能够发现表现为自由意志的事件的神经相关物吗、

我们的意志并不仅仅表现为自由的吗？我相信，只要我们首先解决了意识问题（problem of

awareness or consciousness），①再解释自由意志就会比较容易了。（该问题将在附录中

用较长篇幅加以讨论。）

这一超常的神经机器（machine）是怎样产生的呢？要理解大脑，非常重要的一点就是

要懂得，大脑是在长期的进化过程中自然选择的最终产物，大脑并非由工程师设计的，但它

却能在狭小的空间内靠消耗微不足道的能量来完成十分巧妙的工作。由双亲遗传给我们的基

因经历了千百万年的进化，它受到我们远古祖先生活经历的深刻影响。这些基因以及在出生

前由其引导的发育过程决定了大脑各部位的基本结构。我们已经知道，出生时的大脑并非自

纸一张，而是一个复杂的结构，它的很多部分已经各就各位。经验将会不断调节这一大体确

定的装置，直到它能完成精细的工作。

进化并非是一个彻底的设计者。确实，正如法国分子生物学家雅克布（Franccois

Jacob）所说：“进化是一个修补匠。”它主要通过一系列较小的步骤，根据从前已有的结

构去构造。进化又是机会主义的。只要某一新装置可以工作，即使工作方式很奇特，进化也

会采用它。这就意味着，最有可能被进化选上的，是那些较容易地叠加到已有结构上的改变

和改进。它的最终设计不会很彻底，而是一群相互作用的小配件的零散累加。令人奇怪的

是，这种系统比直接针对某项任务设计的机器往往工作得更好。

成熟的大脑是自然和培育的共同产物。从语言方面就很容易认识到这一点。只有人类才

具备流利地使用复杂语言的能力，而与我们有着最近亲缘关系的类人猿，即使经过长期的训

练，它的语言也是很贫乏的。而且我们学得的实际语言也在很大程度上依赖

于我们成长的环境和生活方式。

还需要说明两个更具哲学意味的观点。首先，大脑的许多行为是“突现”的，即这种行

为并不存在于像一个个神经元那样的各个部分之中。仅仅每个神经元的活动是说明不了什么

问题的。只有很多神经元的复杂相互作用才能完成如此神奇的工作。

突现（emergent）一词具有双重含义，首先它具有神秘的色彩。这就意味着，突现行为

无论如何（哪怕在原理上）也不能理解为各个分离部分的组合行为，我发现很难说明这种想

法指的是什么。突现的科学含义（或者说至少我是这样使用的）是指如下假设，即使整体行

为不等同于每一部分的简单叠加，但这种行为至少在原理上可以根据每一部分的本性和行为

外加这些部分之间如何相互作用的知识去理解。

一个简单的例子就是基础化学中的有机化合物，比如苯，苯分子由对称地排列在一个环

上的六个碳原子和环的外侧与每个碳原子相连的氢原子组成。除了质量之外，苯分子的其他

特性并非都是十二个原子的简单叠加。然而，只要了解各部分的相互作用机制，其化学反应

和光谱吸收等特性都可以计算出来。当然，这需要量子力学告诉我们如何去做。奇怪的是，

并没有人会从“苯分子大于其各部分的总和”的说法中获得神秘的满足感。然而却有很多人

津津乐道于用这样的方式谈论大脑。大脑如此复杂而又因人而异，因此，我们也许永远得不

到某个特定大脑如何工作的详细知识。但我们至少有希望了解，大脑如何通过很多部分的相

互作用产生复杂的感觉和行为的普遍原理。

当然，也许还有某些重要的过程尚未发现。但我怀疑，即使我们已经知道大脑某个部分

的确切行为，在某些情况下，我们也无法立刻了解对它的解释。因为其中可能包含了许多尚

未阐明的新的概念和想法。但是我们并不像某些悲观主义者那样，认为我们的大脑生来就不

能理解这些想法。如果这些困难确实存在，当我遇到它们时，我宁愿正视它们。我们具有高

度进化和发达的大脑，它使我们能够顺利地处理与日常生活紧密关联的很多概念，无论如

何，受过训练的大脑能够把握许多超越我们日常经验的现象，比如相对论和量子力学，这些

思想是违反直觉的，但长期的实践能使受过训练的大脑正确地理解和熟练地处理这些现象。

有关我们大脑的想法很可能具有同样的基本特点。初看起来它们似乎很陌生，但经过实践我

们也许能满怀信心地操纵它们。

无论是大脑的各个组成部分，还是它们之间的相互作用，都没有明显的理由说明，我们

无法获得这些知识。只是由于所涉及过程的极端复杂性和多样性，我们的进展才如此缓慢。

第二个需要澄清的哲学难题涉及外部世界的真实性。我们大脑的进化结果主要适宜处理

我们自身以及与周围世界的相互作用。但这一世界是真实的吗？这是一个由来已久的哲学问

题，在这里，我们不想被卷人由此引发的喋喋不休的争论之中。我只想陈述一下我自己的研

究假设：确实存在一个外部世界，它大体上不依赖于我们对它的观察。我们也许永远不能全

面了解这个外部世界，但我们能够通过我们的感觉和大脑的操作获得外部世界某些方面的近

似信息。如我们将在下文中看到的那样，我们不可能意识到我们头脑中所发生的一切，我们

只能意识到大脑活动的某些方面。此外，无论是对外部世界本质的解释还是对我们自身内省

的解释，这些过程都可能出现错误，我们可能以为，我们知道自己某项活动的动机，但至少

在某些情况下很容易说明，我们实际上是在欺骗自己。

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①当我的妻子奥黛尔（Odile)还是一个小姑娘时，一位年长的爱尔兰女子给她上宗教教

义课。该老师常把“being”（生物）念成“be-in”。奥黛尔把它听成了“bean”（蚕

豆）。她对灵魂是脱离躯体的活蚕豆（living bean）的想法着实感到迷惑不解。但她只是

把困惑埋在心头，并没有和别人讲。

②“神经元”（neunron）是神经细胞（nerve cell）的科学术语。

①这个想法并不新奇，在霍勒斯.巴洛（Horace Barlow）的著名论文中就有特别明确的

表述。

（1）主要的例外是放射性：一个原子变为另一个原子的罕见情况，这在星星、原子反

应堆、原子弹、辐射矿的原子（这很少被注意）以及在实验室特殊设计的实验中会发生。辐

射可以产生DNA（遗传物质）突变，因而不能完全忽略，但它不大可能是我们大脑行为的重

要的基本过程。

②加拿大哲学家保罗和帕待丽夏·丘奇兰德（Paul and Patricia Churchland,现在加

利福尼亚州大学圣迭戈分校）已经非常圆满地回答了那些反对还原论的观点。参见有关参考

文献和阅读材料。

①我有时交替使用Awareness和Consciousness两个术语。对于Consciousness的某些

特殊方面，我更倾向了使用Awareness(如Visual Awareness）。某些哲学家认为这两个词

具有严格的区别，但对如何区分却没有一致的看法，我承认，在日常谈话中，当我想使人有

些吃惊时，我用“Consciousness”，否则，就用“Awareness”。

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第二章　意识的本质

“在任何一个领域内发现最神奇的东西，然后去研究它。”

——惠勒（John Archibald Wheeler)

要研究意识问题，首先就要知道哪些东西需要我们去解释。当然，我们大体上都知道什

么是意识。但遗憾的是，仅仅如此是不够的。心理学家常向我们表明，有关心理活动的常识

可能把我们引入歧途，显然，第一步就是要弄清楚多年来心理学家所认定的意识的本质特

征。当然，他们的观点未必完全正确，但至少他们对此问题的某些想法将为我们提供一个出

发点。

既然意识问题是如此重要和神秘，人们自然会期望，心理学家和神经科学家就应该把主

要精力花在研究意识上。但事实远非如此。大多数现代心理学家都回避提及这一问题，尽管

他们的许多研究都涉及意识。而大多数现代神经科学家则完全忽略这一问题。

情况也并非总是这样。大约在19世纪后期，当心理学开始成为一门实验科学的时候，

就有许多人对意识问题怀有极大的兴趣。尽管这个词的确切含义当时还不太清楚。那时研究

意识的主要方法就是进行详细的、系统的内省，尤其是在德国。人们希望，在内省成为一项

可靠的技术之前，通过对它的精心改进而使心理学变得更加科学。

美国心理学家威廉·詹姆斯（William James）（与小说家亨利·詹姆斯是兄弟）较详

尽地讨论了意识问题，在他1890年首次出版的巨著《心理学原理》一书中，他描述了被他

称为“思想”（thought）的五种特性。他写道，每一个思想都是个人意识的一部分。思想

总是在变化之中，在感觉上是连续的，并且似乎可以处理与自身无关的问题。另外思想可以

集中到某些物体而移开其他物体。换句话说，它涉及注意。关于注意，他写下了这样一段经

常被人引用的话：“每个人都知道注意是什么，它以清晰和鲜明的方式，利用意向从若干个

同时可能出现的物体或一系列思想中选取其中的一个……这意味着舍掉某些东西以便更有效

地处理另外一些。”

在19世纪，我们还可以发现意识与记忆紧密联系的想法；詹姆斯曾引用法国人查尔

斯·理迟特（Charles Richet）1884年的一段话：“片刻的苦痛微不足道，对我而言，我

宁愿忍受疼痛，哪怕它是剧烈的，只要它持续的时间很短，而且，在疼痛过去之后，永远不

再出现并永远从记忆中消失。”

并非脑的全部操作都是有意识的。许多心理学家相信，存在某些下意识或潜意识的过

程。例如，19世纪德国物理学家和生理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von

HelmholtZ）在谈到知觉时就经常使用“无意识推论”这种术语，他想借此说明，在逻辑结

构上，知觉与通常推论所表达的含义类似，但基本上又是无意识的。

20世纪初期，前意识和无意识的概念变得非常流行，特别是在文学界。这主要是因为

弗洛伊德（Freud)、荣格（Jung）及其合作者给文学赋予了某种性的情趣。按现代的标准

看，弗洛伊德不能算作科学家，而应该被视为既有许多新思想、又有许多优秀著作的医生。

正因为如此，他成为精神分析学派的奠基人。

早在一百年前，三个基本的观点就已经盛行：

1．并非大脑的全部操作都与意识有关。

2．意识涉及某种形式的记忆，可能是汲短时的记忆。

3．意识与注意有密切的关系。

但不幸的是，在心理学研究中兴起了一场运动，它否定意识的应用价值，把它看成是一

个纯心理学概念，这部分原因是由于涉及内省的实验不再是研究的主流，另一方面，人们希

望通过研究行为，特别是动物的行为，使心理学研究更具科学性。因为，对实验者而言，行

为实验具有确定的观察结果。这就是行为主义运动，它回避谈论精神事件。一切行为都必须

用刺激和反应去解释。

约翰。沃森（John B.Watson）等人在第一次世界大战前发起的这场行为主义运动，在

美国盛行一时，并且由于以斯金纳（B.F.Skinner）为代表的许多著名鼓吹者的影响，该运

动在三四十年代达到顶峰。尽管在欧洲还存在以格式塔（Gestalt）为代表的心理学派，但

至少在美国，直至50年代后期和60年代认知心理学成为受科学界尊重的学科之前，心理学

家从不谈论精神事件。在此之后，才有可能去研究视觉意象，并且在原来用于描述数字计算

机行为的概念基础之上，提出各种精神过程的心理学模型。即便如此，意识还是很少被人提

及，也很少有人去尝试区分脑内的有意识和无意识活动。

神经科学家在研究实验动物的大脑时也是如此，神经解剖学几乎都是研究死亡后的动物

（包括人类），而神经生理学家大都只研究麻醉后丧失意识的动物，此时受试对象已不可能

具有任何痛苦的感觉了。特别是本世纪50年代后期，戴维·休伯（David Hube1）和托斯

滕·威塞尔（Torsten Wiesel）作出划时代的发现以后，情况更是如此。他们曾发现，麻醉

后的猫大脑视皮层上的神经细胞，对人射到其眼内的光照模式呈现一系列有趣的反应特性。

尽管脑电波显示，此时猫处于睡眠而非清醒的状态。由于这一发现及其后的工作，他们获得

了1981年诺贝尔奖。

要研究清醒状态下动物脑神经反应的特性，是一件更加困难的事情（此时不仅需要约束

头部运动，还要禁止眼动或详细记录眼动）。因此，很少有人做比较同一个大脑细胞在清醒

和睡眠两种状态下，对同一视觉信号的反应特性的实验，传统的神经科学家回避意识问题，

这不仅仅是因为实验上的困难，还因为他们认为这一问题太具哲学味道，很难通过实验加以

观测。一个神经科学家要想专门去研究意识问题，很难获得资助。

生理学家们至今还不大关心意识问题，但在近几年，某些心理学家开始涉及这一问题，

我将简述一下他们中的三个人的观点。他们的共同点，就是忽视神经细胞或者说对它们缺少

兴趣。相反，他们主要想用标准的心理学方法对理解意识作出贡献。他们把大脑视为一个不

透明的“黑箱”，我们只知道它的各种输入（如感觉输入）所产生的输出（它产生的行

为）。他们根据对精神的常识性了解和某些一般性概念建立模型。该模型使用工程和计算术

语表达精神。上述三个作者也许会标榜自己是认知科学家。

现任普林斯顿大学心理系教授的菲力普·约翰逊-莱尔德（Philip Johnson-Laird）是

一位杰出的英国认知心理学家。他主要的兴趣是研究语言，特别是字、语句和段落的意义。

这是仅人类才有的问题，莱尔德不大注意大脑是不足为奇的。因为我们有关灵长类大脑的主

要信息是从猴子身上获得的，而它们并没有真正的语言，他的两部著作《心理模型》

（Mental Models）和《计算机与思维》（The COmputer and the 肋Mind）着眼点是放在

怎样描述精神的问题（大脑的活动）以及现代计算机与这一描述的关系。他强调指出，大脑

具有高度并行的机制（即数以万计的过程可以同时进行），但它做的多数工作我们是意识不

到的。①

约翰逊-莱尔德确信，任何一台计算机，特别是高度并行的计算机，必须有一个操作系

统用以控制（即使不是彻底的控制）其余部分的工作，他认为，操作系统的工作与位于脑的

高级部位的意识之间存在着紧密的联系。

布兰迪斯大学（Brandeis University）语言学和认知学教授雷·杰肯道夫（Rav

Jackendoff）是一位著名的美国认知科学家。他对语言和音乐具有特殊的兴趣。与大多数认

知科学家类似，他认为最好把脑视为一个信息加工系统。但与大多数科学家不同的是，他把

“意识是怎样产生的”看作是心理学的一个最基本的问题。

他的意识的中间层次理论（Intermediate-Level Theory of Consciousness）认为，意

识既不是来自未经加工的知觉单元，也不是来自高层的思想，而是来自介于最低的周边（类

似于感觉）和最高的中枢（类似于思想）之间的一种表达层次。他恰当地突出了这个十分新

颖的观点。

与约翰逊-莱尔德类似，杰肯道夫在很大程度上也受到脑和现代计算机之间类比的影

响。他指出，这种类比可以带来某些直接的好处，比如，计算机中存储了大量信息，但在某

一时刻，只有一小部分信息处于活动状态。大脑中亦是如此、

然而，并非大脑的全部活动都是有意识的。因此，他不仅仅在脑和思维之间，而且在脑

（计算思维）与所谓的“现象学思维”（大体指我们所能意识到的）之间作了严格的区分。

他同意莱尔德的观点，我们意识到的只是计算的结果，而非计算本身。①

他还认为，意识与短时记忆之间存在紧密的联系。他所说的“意识需要短时记忆的内容

来支持”这句话就表达了这样一种观点。但还应补充的是，短时记忆涉及快速过程，而慢变

化过程没有直接的现象学效应。

谈到注意时他认为，注意的计算效果就是使被注意的材料经历更加深入和细致的加工。

他认为这样就可以解释为何注意容量如此有限。

杰肯道夫与约翰逊-莱尔德都是功能主义者。正如在编写计算机程序时并不需要了解计

算机的实际布线情况一样，功能主义者在研究大脑的信息加工和大脑对这些信息执行的计算

过程时，并没有考虑到这些过程的神经生物学实现机制。他们认为，这种考虑是无关紧要

的，至少目前为时过早。①

然而，在试图揭示像大脑这样一个极端复杂的装置的工作方式时，这种态度并没有什么

好处。为什么不打开黑箱去观察其中各单元的行为呢？处理一个复杂问题时，把一只手捆在

背后是不明智的。一旦我们了解了大脑工作的某些细节，功能主义者关心的高层次描述就会

成为考虑大脑整体行为的有用方法。这种想法的正确性可以用由低水平的细胞和分子所获得

的详细资料精确地加以检验。高水平的尝试性描述应当被看作是帮助我们阐明大脑的复杂操

作的初步向导。

加利福尼亚州伯克利的赖特研究所的伯纳德·巴尔斯（BernardJ．Baars）教授写了

《意识的认知理论》一书，虽然巴尔斯也是一位认知科学家，但与杰肯道夫或约翰逊-莱尔

德相比，他更关心人的大脑。

他把自己的基本思想称为全局工作空间（GlObal Workspace）。他认为，在任一时刻存

在于这一工作空间内的信息都是意识的内容。作为中央信息交换的工作空间，它与许多无意

识的接收处理器相联系。这些专门的处理器只在自己的领域之内具有高效率。此外，它们还

可以通过协作和竞争获得工作空间。巴尔斯以若干种方式改进了这一模型。例如，接收处理

器可以通过相互作用减小不确定性，直到它们符合一个唯一有效的解释。（l）

广义上讲，他认为意识是极为活跃的，而且注意控制机制可进入意识。我们意识到的是

短时记忆的某些项目而非全部。

这三位认知理论家对意识的属性大致达成了三点共识。他们都同意并非大脑的全部活动

都直接与意识有关，而且意识是一个主动的过程；他们都认为意识过程有注意和某种形式的

短时记忆参与；他们大概也同意，意识中的信息既能够进入到长时情景记忆（long-term

episodic memory）中，也能进入运动神经系统（motor system）的高层计划水平，以便控

制随意运动。除此之外，他们的想法存在着这样那样的分歧。

让我们把这三点想法铭记在心，并将它们与我们日益增长的脑内神经细胞的结构和活动

的知识结合起来，看看这样的研究方法能够得到什么结果。

我自己的大多数想法是在与我的年轻同事加州理工学院计算与神经系统副教授克里斯托

弗·科赫（Christof Koch）的合作研究中形成的。科赫与我相识于80年代初，当时他还是

托马索·波吉奥（Tomaso Poggio）在蒂宾根（Tubingen，德国城市）的研究生。我们的探

索在本质上是科学的。②我们认为，泛泛的哲学争论无助于解决意识问题。真正需要的是提

出有希望解决这些问题的新的实验方法。为了做到这一点，我们还需要一个尝试性的思想体

系，它随着我们工作的进展不断加以改进和扬弃。一个科学方法的特点应是不试图建立包罗

万象的理论，从而一下子解释意识问题的所有方面。也不能把研究的重点放在语言上，因为

只有人类才有语言。而是应选择在当时看来对研究意识最有利的系统，并从尽可能多的方面

加以研究，正如在战争中，通常并不采取全面进攻，而是往往找出最薄弱的一点，集中力量

加以突破。

我们作出了两条基本假设。第一条就是我们需要对某件事情作出科学解释。尽管对哪些

过程能够意识到还可能有争议，但大家基

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