今天小編分享的科技經驗：認知的莫比烏斯環：我們如何用大腦研究大腦？，歡迎閱讀。
文 | 追問 nextquestion
幾個世紀以來，對人類大腦的研究一直吸引着科學家和哲學家。随着我們對其結構和功能的理解不斷進步，這一探索也引發了一個悖論：作為認知和自我意識的復雜器官，大腦如何能研究自身？
你是否也思考過這一問題呢？或者更準确地說，你的大腦是否思考過這一問題？它挑戰了我們對自我參照、意識和自我理解的根本認知。有一些觀點認為 " 自我模型（一個系統，如人類大腦，對自身的表征或理解）通常無法由實現它們的系統進行實證檢驗 "，即由于這個模型是由系統自身生成和運行的，系統無法完全跳出自身來客觀地檢驗這個模型的準确性。換句話說，我們無法像外部觀察者那樣，以獨立的方式驗證其自我模型的真實性或完整性。
但另一方面，我們每個人都需要承認自我參照在區分自我與他者方面起到的關鍵作用。在神經層面，自我參照是識别 " 自我 " 與 " 非自我 " 的核心機制。這種觀點強調了自我參照的積極功能，尤其是在維持個體身份和邊界方面的重要性。
01 悖論是如何形成的
我們通常通過測量和感知研究外部現象。然而，當研究對象是我們自己時，情況就變得復雜了。大腦既是研究的主體，又是研究的客體，這種自我參照的特性使得研究自身變得異常復雜。為了理解自身，大腦不僅需要依賴外部的感知，還需要内省（即自我反思）。
我們認為針對 " 意識 " 會產生内省和感知兩種版本的假設，但由于感知和内省依賴于不同的認知機制，它們產生的證據可能并不一致——支持其中一個假設的證據并不能支持另一個假設。這種自我研究的悖論類似于 " 尺子無法測量自身長度 "。大腦在試圖将自己納入研究對象時，既應該在集合内，又應該在集合外，從而導致悖論的存在。
本文旨在探讨大腦自我研究這一悖論的復雜性，并從多個角度提供關于大腦如何追求理解自身的見解 [ 1 ] 。為了更好地理解這一復雜問題，我們将從四個層次進行分析。
首先，在認識論層面探讨了自我參照研究中固有的知識限制，即大腦在試圖理解自身時可能遇到的認知邊界。随後在本體論層面讨論意識的本質，即意識如何作為一種湧現現象自我維持。另外本文還會結合神經科學的還原技術（如功能成像和腦刺激）從方法論層面來研究意識的神經基礎，同時引入非還原的現象學視角，以解釋主觀體驗。最後從實證層面通過實驗數據為跨領網域的假設檢驗提供支持。這樣既涵蓋了還原論的視角，也包含了非還原論的觀點，能為理解意識提供了一個全面而包容的框架。
02 神經科學的進展
随着神經影像技術的飛速進步，科學家們得以更深入地研究大腦的動态活動、連接模式和功能結構。功能性磁共振成像（fMRI）、正電子發射斷層掃描（PET）等技術使研究人員能夠實時觀察和測量大腦在不同認知任務中的神經活動，從而揭示語言處理、感知、記憶形成和決策等復雜認知功能的神經科學基礎。這些技術不僅幫助我們理解大腦如何執行特定任務，還為我們提供了關于大腦網絡如何協同工作的寶貴見解。
此外，計算建模在模拟神經過程中發揮了關鍵作用。科學家能夠通過構建復雜的計算模型，模拟大腦生成自我參照思想的過程以及主觀體驗。這些模型不僅幫助我們理解大腦的運作機制，還為測試關于意識和自我意識的假設提供了虛拟實驗平台。例如，基于神經網絡的模型可以模拟自我意識的動态過程，揭示不同層次的自我觀察如何影響認知狀态；而預測編碼和自由能原理則解釋了大腦如何平衡預測誤差以維持自我意識穩定性。
與此同時，非侵入性腦刺激技術，如經顱磁刺激（TMS）和經顱直流電刺激（tDCS），為我們提供了直接幹預大腦活動的工具。這些技術能調節特定腦區的神經活動，幫助研究人員探索這些區網域在自我意識和認知功能中的作用。例如，TMS 針對颞頂交界處的刺激已被證明可以改變自我感知，表明該區網域在區分自我與他人中的關鍵作用。
綜合這些技術和方法，科學家們不僅能夠更全面地理解大腦的自我參照能力，還能夠探索意識的主觀體驗如何從神經活動中湧現。這些研究為我們提供了關于大腦如何平衡感知與内省，以及如何維持自我意識的深刻見解，并為未來的神經科學研究開辟了新的方向。
▷ 經顱磁刺激（TMS）示意圖。圖源：suncloudhealth
03 歷史與哲學的視角
" 存在感 " 源于認知、感知和内省過程的相互作用，是人類意識的深層表現。神經科學研究表明，自我反思作為意識的關鍵過程，使主體能夠内省并推斷自己的思想、情感和體驗。此外，抽象思維和符号表征的能力使人類能夠超越感官限制來思考自己的存在 [ 10 ] 。值得注意的是，這種存在感不僅由個體認知塑造，也受到社會文化因素的深刻影響。例如，語言、共同信仰和社會規範通過構建 " 叙事自我 " [ 2 ] ，進一步定義了我們對 " 存在 " 的集體理解。然而，當我們将視角從人類擴展至其他生物時，一個根本問題随之浮現：意識是否僅限于人類，還是可能存在于動物甚至植物中？這一追問至今仍是哲學與神經科學争論的焦點。
對于意識的判定，一種常見觀點認為需通過觀察對象是否表現出有意識的行為來推斷。但這一标準本身充滿争議——意識并非如物理屬性般界限分明，其模糊性類似于 " 沙堆悖論 " 中 " 多少粒沙子構成一堆 " 的無解之問。意識非常主觀，可能無法完全用客觀的物理過程來解釋，也很難找到确鑿的證據來證明意識的存在 [ 3 ] 。這種主觀體驗源于大腦生成的自我模型，是一個復雜的内部過程和表征的集合，它讓我們產生了 " 自我 " 的感覺 [ 4 ] 。
▷ 沙堆悖論，如果一個堆沙一次減少一粒沙子，那麼在什麼确切的時間點上它就不再被視為一個 " 堆 " 了？圖源：Wikipedia
歷史上，哲學家們對意識的本質和心靈與身體的關系進行了廣泛探讨。笛卡爾的二元論認為，心靈和身體是分離的實體，這一觀點為理解大腦的自我反思能力提供了框架。然而，由于缺乏實證工具，這一觀點無法被真正檢驗。現代神經科學則試圖通過整合大腦功能模型來彌合這種二元論，但主觀體驗的邊界仍然是一個難以逾越的障礙。這種從二元論到神經科學的歷史演變，反映了我們在研究大腦自我參照時所面臨的挑戰，尤其是如何調和内省與感知描述這兩個極端難題。
此外，叔本華等哲學家也認識到大腦自我參照的復雜性。當代科學家則通過強調大腦功能與人類心理的相互依賴性，質疑了二元論的觀點。盡管如此，大腦研究自身的意圖和最終目标仍然是一個未解之謎。
大腦的自我研究能力對我們理解意識、自我意識和人類認知具有深遠的意義，但這一過程也帶來了潛在的偏見和倫理考量。
自我研究的概念本質上涉及自我參照，這種自我參照在數學邏輯和哲學中引發了經典的悖論，如說謊者悖論和羅素悖論，并構成了哥德爾不完備性定理的基礎。這些理論表明，任何足夠復雜的系統都無法完全描述自身，這揭示了自我參照的固有局限性。當大腦試圖 " 研究自身 " 時，它既作為研究的主體，又作為研究的客體，而主觀體驗與客觀測量具有不可調和性。從中，我們可以看到認知系統中的自反性問題，這體現了從第一人稱視角理解意識的根本局限性。
不過，盡管大腦自我研究的悖論尚未完全解決，但它為我們提供了深入研究意識和自我意識的動力。通過跨學科的合作，我們或許能夠逐步揭開這一復雜謎題的面紗，進一步理解人類大腦的奧秘。
04 意識的 " 簡單問題 " 與 " 困難問題 "
意識的 " 簡單問題 " 是指解釋大腦如何實現意識功能的問題，例如感知和元認知。稱其為 " 簡單問題 "，是因為它已經通過現代神經科學技術（例如神經影像學）得到一定程度的解決，并且正在以越來越精細的方式改善解決方式。這些技術用于收集證據來判斷實驗對象是不是一個有感知的人工制品。如果我們将這種證據收集視為一種感知構建 [ 5 ] ，那麼 " 這是一個有感知的人工制品 " 這一假設在我的大腦中就是用來解釋我感官輸入中的統計——這是一種規律性，而不是反映預測誤差的不規律性。
但 " 困難問題 " 像要解釋的是為什麼這些物理過程會產生主觀體驗，即 " 為什麼會有感覺 "？例如，為什麼我們看到紅色時會有 " 紅色 " 的主觀體驗，而不僅僅是大腦中的神經活動？
" 困難 " 首先體現在自我參照的局限性上，就像上文所說的那樣，大腦同時扮演了研究的主客體兩個角色，而這兩個角色存于一身時的不可調和性使研究自身變得異常復雜。另外，主觀體驗還具有不可測量性：你可以通過測量身高來判斷一個人是否 " 高 "，但你無法通過類似的方式測量自己的意識。你的内部體驗（如感覺、情緒）是私密的，無法通過外部觀察直接驗證。你的大腦就像一個被 " 馬爾可夫毯 " 或 " 全息螢幕 " 包裹的系統，這些邊界隔絕了内部動态與外部世界的直接互動。你無法完全突破這些邊界來客觀地研究自己。
總而言之，意識可以被看作一個解釋我們如何感知和理解世界的有用假設。例如，我們可以假設 " 你是有意識的 "，并通過觀察你的行為來驗證這一假設。然而，當我們試圖将這一假設應用到自身時，就無法像測量外部對象那樣測量自己的意識，因為觀察别人基于感知證據，是在解決一個可觀測的、客觀的假設。觀察自己則基于内省證據，只能證明主觀假設，是 " 困難問題 "，兩者之間不能互相證明。就像試圖用鏡子看到它的背面，我們的大腦可以研究外部世界，但當我們試圖研究自己時，就會遇到無法逾越的邊界。
▷在貝葉斯網絡中，節點 a 的馬爾可夫邊界包括其父節點、子節點及其所有子節點的其他父節點。圖源：Wikipedia
05 概念二元論的視角
為了進一步理解意識的 " 簡單問題 " 與 " 困難問題 "，我們可以引入概念二元論。這一理論提出，意識狀态可以從現象學和物理學的角度來區分。雖然主觀體驗和大腦的物理狀态實際上是同一事物，但為了理解它們，我們給出了不同的概念（現象概念和物理概念）。
這種雙重概念導致了 " 獨特性 " 的錯覺，即我們誤以為意識和物質是分離的。例如從神經科學版本理解意識時，它屬于物理概念類别，關注的是大腦如何實現意識功能。而哲學版本的意識屬于内省概念類别，關注的是主觀體驗的本質。這種區分能幫助我們理解為什麼感知和内省證據之間無法直接相互支持。
現在，讓我們重新從概念二元論來理解意識的 " 簡單問題 " 和 " 困難問題 " 之間的關系。意識的 " 簡單問題 " 關注的是大腦如何實現意識功能，而 " 難題 " 關注的是這些功能如何產生主觀體驗。通過概念二元論的框架，我們可以更好地理解這兩種視角之間的關系，并為統一感知與内省證據的讨論提供理論基礎。
統一感知與内省證據是意識研究中的一個重要挑戰。感知證據是通過外部觀察和測量獲得的，而内省證據則是通過内部反思和自我觀察獲得的。這兩種證據可能并不一致，因為它們源于不同的認知機制。例如，通過感知（如神經影像技術）獲得的關于大腦活動的證據，與通過内省（如自我報告）獲得的關于主觀體驗的證據之間，可能無法直接相互支持或驗證。這種不一致性使得大腦在試圖理解自身時面臨獨特的挑戰。
▷該圖描繪了内省、感知和意識之間的動态相互作用。内省由一系列帶有齒輪和拼圖圖示的大腦來描繪，象征着基于科學和獲得的知識的自我反思和内部觀察。感知是通過整合神經和身體反饋的感覺能力來表現的，突出了外部輸入對塑造意識的作用，最終形成了整合和處理的信息。在中心，意識被視為一個統一的球體，從内省和感知過程的整合中產生。閉環箭頭和重疊區網域強調信息的永久雙向流動以及内部和外部經驗的融合，最終形成意識，調和内省和感知證據，以解決自學大腦的悖論。圖源：sciencedirect
06 未來可能的突破方向
未來的研究可以通過計算建模和實驗神經科學的結合，進一步探索自我參照的挑戰。自我參照性是這一悖論的核心概念——即大腦既是研究的主體，又是研究的客體——這種特性在其他涉及系統觀察或與自身互動的領網域中同樣引發了類似的挑戰。例如，在物理學中，量子力學長期以來一直在應對諸如觀察者效應——即測量過程本身會影響測量結果的現象 [ 6 ] ——之類的自我參照問題。這些類比表明，我們在研究自我意識時遇到的悖論可能并非神經科學獨有，而是系統試圖觀察自身時所面臨的根本認識論限制。
借鑑這些跨學科的見解，我們可以提出新的方法來研究意識中的自我參照挑戰。科學家們正在利用先進的計算工具和理論框架，試圖模拟和理解大腦如何在自我參照的過程中保持平衡，而不陷入不穩定的反饋循環。計算建模為研究自我參照的悖論提供了一個強大的工具。通過創建遞歸的、自我互動的模型，研究人員可以模拟系統 " 觀察 " 自身的條件，從而研究反饋循環和自我參照動态如何影響行為。例如，基于神經網絡或基于代理的系統的模型可以模拟簡化版的自我意識 [ 7 ] ，揭示不同層次的 " 自我觀察 " 如何影響認知狀态，甚至模拟自我意識的動态。
預測編碼和自由能原理是理解自我參照過程的另一個重要理論框架。根據自由能原理，大腦通過最小化預測誤差來維持内穩态并适應環境。這一框架可以應用于自我參照過程，幫助我們理解大腦如何在感知和内省的遞歸層次中保持平衡，而不會陷入不穩定的反饋循環。具體來說，預測編碼的公式可能為我們提供關于自我意識如何維持的見解，有效地平衡大腦的内部表征與外部一致性的需求 [ 8 ] 。通過計算理解這些過程，我們或許能夠揭示大腦如何避免認知過載或不穩定性，從而闡明在遞歸的内省層次中如何維持心理一致性。
将計算建模與實驗神經科學相結合，可以為未來的研究提供肥沃的土壤。例如，基于模拟的模型可以讓我們系統地改變自我參照處理的 " 深度 "，測試更深層次的内省是否會導致不同的穩定性模式或認知狀态。
此外，這種研究還可能幫助解釋其他與自我參照相關的病理現象，如科塔爾綜合征 [ 9 ] 。在這種病症中，自我參照處理似乎受到了幹擾。科塔爾綜合征患者常常否認自己的存在或意識，這表明自我參照處理的損傷可能會破壞主觀體驗的感覺。通過模拟這些病理條件下的自我參照動态，研究人員可以更好地理解自我意識的神經基礎，并為治療這些疾病提供新的思路。
通過利用模拟和計算模型，我們可以開始彌合自我研究悖論所提出的理論鴻溝，将意識擴展為哲學和計算問題。這種跨學科的視角最終可能會豐富我們對意識的理解，并擴展我們的方法論，利用這一悖論作為推動神經科學和哲學研究的動力。例如，計算模型可以幫助我們理解意識的主觀體驗如何從神經活動中湧現，從而為意識的 " 難題 " 提供新的見解。通過将哲學問題轉化為可計算的模型，我們可以更好地理解意識的本質，并為未來的研究提供新的方向。
總體而言，未來的研究可以通過計算建模、預測編碼和跨學科研究來解決自我參照的悖論。這些方法不僅幫助我們理解正常情況下的自我意識，還可能揭示某些病理條件下的異常現象。通過整合計算建模和實驗神經科學，我們可以逐步解開意識的謎題，并為未來的研究提供新的工具和視角。這種跨學科的研究方法不僅豐富了我們對意識的理解，還擴展了我們的方法論，将自我參照的悖論用作推動神經科學和哲學研究的動力。通過這種方式，我們或許能夠逐步揭開意識的奧秘，進一步理解人類大腦的復雜性。
07 總結
大腦自我研究的悖論不僅是一個科學難題，也是一個哲學問題。它促使我們重新思考意識的本質，以及我們如何通過感知和内省來理解自身。盡管這一悖論尚未完全解決，但它為我們提供了深入研究大腦和自我意識的動力。通過跨學科的合作，我們或許能夠逐步揭開這一復雜謎題的面紗，進一步理解人類大腦的奧秘。
參考文獻
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