理解意識：比較兩大領先理論的突破性研究
意識——感覺、觀看或思考的主觀體驗——長期以來一直是科學家和哲學家難解的謎團。大腦，一個物理器官，如何產生觀看多彩日落或感受到尖銳疼痛的鮮活感覺？兩個主要的理論，整合資訊理論（IIT） 和 全球神經工作空間理論（GNWT），為這個謎團提供了不同的解釋。2025年4月發表於《自然》（Nature）的一項突破性研究，由Cogitate聯盟進行，通過大規模、開放科學的實驗直接比較了這兩個理論。本文將探討該研究的發現、對我們理解意識的意義，以及這種方法如何可能塑造神經科學的未來。
什麼是IIT和GNWT？
• 整合資訊理論（IIT） 提出，意識源於大腦整合其網絡資訊的能力。根據IIT，神經網絡的互聯性和差異性越高，產生的意識水平越高。IIT預測，意識主要與大腦後部區域（如視覺皮層）內的持續、短程連接相關。
• 全球神經工作空間理論（GNWT） 認為，意識在資訊被廣播到大腦的「全球工作空間」時產生，特別是涉及前額葉皮層（PFC）。GNWT預測，意識感知的特徵是刺激開始和結束時，前額葉皮層出現突然的活動爆發（「點燃」），並伴隨前額葉皮層與其他腦區的長程連接。
這兩個理論多年來都積累了證據，但很少被直接比較。Cogitate聯盟的研究旨在通過設計實驗直接評估它們的預測來改變這一現狀。
實驗：協作方法
該研究涉及256名參與者，他們觀看了不同持續時間（0.5秒、1.0秒或1.5秒）的圖像（面孔或物體），同時使用先進工具記錄他們的腦部活動：功能性磁共振成像（fMRI）、腦磁圖（MEG）和顱內腦電圖（iEEG）。這種多方法結合的方式使研究人員能夠以高空間和時間精度捕捉腦部活動。
這項研究的獨特之處在於其對抗性協作。IIT和GNWT的擁護者與中立研究人員合作設計實驗，預先提出他們的預測，並就如何解釋結果達成一致。這確保了透明度並減少了偏見，解決了意識研究中常見的問題，即方法選擇可能導致結果偏差。
研究人員測試了三個主要預測：
1. 解碼意識內容：特定腦區是否能解碼參與者意識感知的內容（例如，面孔與物體）？
2. 時間動態：在意識感知期間，腦部活動如何隨時間演變？
3. 腦區間連接：哪些腦區在意識體驗中進行交流，以及如何交流？
主要發現：對兩個理論的意外挑戰
研究結果同時支持並挑戰了IIT和GNWT的核心觀點，揭示了比任一理論預測更複雜的意識圖景。
• 解碼意識內容：研究發現，參與者看到的內容（例如，面孔或物體）可以從多個腦區解碼，包括視覺皮層、顳葉腹側皮層和下額葉皮層。這在某種程度上支持兩個理論，因為IIT強調後部區域，而GNWT突出前部區域。然而，前額葉皮層對某些意識維度的表現有限，這挑戰了GNWT關於前額葉皮層是意識內容主要中心的說法。
• 時間動態：在枕葉和側顳葉皮層的腦部反應反映了刺激的持續時間，這與兩個理論對感覺區域持續活動的預期一致。然而，GNWT預測的刺激開始和結束時前額葉皮層的強烈「點燃」事件並未始終觀察到，這削弱了該理論的一個關鍵支柱。
• 腦區間連接：研究發現，前額葉與早期視覺區域之間存在內容特定的同步，支持GNWT對長程連接的強調。然而，後部皮層內缺乏持續的短程連接，這與IIT預測的短程連接對意識至關重要的觀點相矛盾。
這些發現表明，兩個理論都無法完全解釋意識的神經基礎。相反，意識可能涉及腦區和過程的動態交互，這是IIT和GNWT都未完全闡明的。
影響：重新思考意識研究
這項研究的結果對神經科學有深遠的影響。通過挑戰IIT和GNWT的關鍵原則，它突顯了需要更細緻的理論來整合兩個理論的元素。例如，意識可能同時需要IIT強調的資訊整合和GNWT提出的全球廣播，但以目前尚未完全理解的方式。
對抗性協作模式也為科學研究樹立了新標準。通過匯集競爭觀點並預先提出預測，該研究避免了確認偏見，並促進了對理論的更客觀評估。這種方法可以應用於神經科學中的其他複雜問題，通過建設性的分歧加速進展。
最後，這項研究強調了需要一量化框架來測試和完善意識理論。當前的理論往往提出難以直接比較的定性預測。開發數學模型或標準化指標可能有助於研究人員精確指出理論的成功或失敗之處。
*使用grok3協助編輯文字
撰文：廖晨絜
Reference: Cogitate Consortium, Ferrante, O., Gorska-Klimowska, U., et al. Adversarial testing of global neuronal workspace and integrated information theories of consciousness. Nature.(2025)
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