摘要：神经科学作为探索意识物理机制的主要学科，采用了多种方法来揭示意识产生的神经基础。本文将分析神经科学在揭示意识物理机制方面的尝试，介绍该领域的最新发现，并探讨其面临的挑战。

#以书之名# 作者梁子@熵元探索​

摘要：意识是人类思维活动的基础与核心，解开其物理基础是现代科学中最前沿和最重要的问题之一。

神经科学作为探索意识物理机制的主要学科，采用了多种方法来揭示意识产生的神经基础。本文将分析神经科学在揭示意识物理机制方面的尝试，介绍该领域的最新发现，并探讨其面临的挑战。

神经科学；意识；物理机制；最新发现；挑战

一、引言

意识是一个人的主观体验，如看见一朵花、听到一首歌、思考一个问题或感受一种情感等。作为人类思维活动的基础与核心，意识体验是如何产生的，它的本质和物质基础是什么，这些问题的探究对理解人类心智、治疗临床意识障碍患者及指导人工智能系统进一步发展等均具有重要作用。因此，探究人类意识的生物学基础成为了现代科学中最前沿和最重要的问题之一。

二、神经科学揭示意识物理机制的尝试

2.1 关注意识的全局和特定方面

当前关于意识的生物学基础（即神经机制）研究主要分为两种，分别关注意识的两个最重要的方面：全局意识状态和特定意识内容。全局意识状态如清醒、睡眠、麻醉、昏迷等，很多研究报道了其转换背后的神经基础，但这类研究难以回答日常生活中如何产生特定的意识体验。因此，另一部分研究者通过结合心理学、行为学与脑成像的方法来探索特定意识体验的神经基础，视觉意识则是此类研究最广泛使用的方法。

2.2 提出意识理论

基于数十年的实验和理论研究，研究者发现了诸多意识相关的脑活动，并据此提出了不同的意识理论，如全局神经元工作空间理论、整合信息理论等，来理解和预测人类意识的本质与原理。全局神经元工作空间理论认为信息只有在被大范围的神经网络（尤其是额叶、顶叶和丘脑等区域）广播和共享时才进入意识；整合信息理论则认为意识是复杂系统整合信息的能力。

2.3 借助技术手段研究

神经科学借助多种技术手段来研究意识的物理机制。功能性磁共振成像（fMRI）技术的发展彻底改变了意识研究，使科学家能够在人类执行任务时观察大脑活动，首次能够将特定的主观体验与脑区活动模式相关联。脑电图（EEG）、事件相关电位（ERP）等技术也为研究意识神经基础提供了重要工具。

三、神经科学领域的最新发现

3.1 丘脑高阶核团的关键作用

2025年4月4日，北京师范大学与中国人民解放军总医院团队合作在《科学》发布最新研究成果，揭示了位于人脑深部的丘脑高阶核团在人类意识体验产生中的关键作用。该成果通过直接在丘脑和前额叶中同时记录立体定向脑电图信号（sEEG），发现了丘脑高阶核团通过丘脑 - 前额叶环路瞬时调控人类意识体验的新机制，极大挑战了当前意识研究领域以大脑皮层为中心的主流观点，为理解人类意识的神经基础和原理提供了重要证据。

3.2 麻醉研究的新线索

维斯理学院教授Mike Wiest和他的研究团队在2024年进行的一项关于麻醉的新研究中，发现当给大鼠注射一种与微管结合的药物时，大鼠在吸入麻醉气体后陷入无意识状态所需的时间明显延长。这一结果支持了微管是麻醉剂作用靶点的观点，为理解意识的物理基础提供了新的线索，并可能有助于开发新的麻醉剂和治疗药物。

四、神经科学面临的挑战

4.1 意识的主观性难以捉摸

意识具有主观性，每个人的主观体验都是独特的，难以用客观的物理指标来完全描述和测量。尽管神经科学可以通过观察大脑活动来推测意识状态，但无法直接了解个体的主观感受。例如，即使我们能够精确地测量大脑中与疼痛相关的神经活动，但对于个体所感受到的疼痛程度和性质，仍然难以准确把握。

4.2 神经活动的复杂性与整合问题

大脑是一个极其复杂的系统，包含约860亿个神经元，这些神经元通过突触形成复杂网络。意识产生的神经活动涉及多个脑区和神经通路，它们之间的相互作用和整合机制目前还不清楚。如何将大脑中分散的神经活动整合为一个统一的意识体验，是神经科学面临的一大挑战。

4.3 缺乏统一的意识理论

目前，虽然提出了多种意识理论，但没有一种理论能够完全解释意识的所有方面。不同的理论在不同的层面上对意识进行解释，但彼此之间缺乏统一和整合。例如，全局神经元工作空间理论和整合信息理论都有其合理性和局限性，无法单独解释意识的复杂现象。

4.4 技术手段的局限性

尽管神经科学已经取得了很大的进展，但现有的技术手段仍然存在一定的局限性。例如，fMRI的时间分辨率较低，无法实时捕捉快速的神经活动；EEG的空间分辨率有限，难以精确定位神经活动的具体位置。此外，目前的脑机接口技术还不够成熟，无法实现大脑与外部设备之间的高效、准确交互。

4.5 量子意识理论的争议

一些科学家提出量子意识理论，认为意识可能与量子力学有关，如大脑微管中的量子过程可能是意识产生的基础。然而，这一理论目前还缺乏广泛的实验证据支持，并且存在很大的争议。量子现象在微观世界中表现出与经典物理不同的特性，但将其应用到宏观的意识研究中，还需要解决许多理论和实验上的问题。

五、结论

神经科学在揭示意识的物理机制方面已经取得了一些重要的进展，如发现丘脑高阶核团在意识体验中的关键作用以及麻醉研究提供的新线索等。然而，该领域仍然面临着诸多挑战，包括意识的主观性难以捉摸、神经活动的复杂性与整合问题、缺乏统一的意识理论、技术手段的局限性以及量子意识理论的争议等。未来，神经科学需要进一步发展新的技术和方法，加强跨学科的合作，以克服这些挑战，更深入地揭示意识的物理基础。尽管目前距离完全解开意识的物理基础还有很长的路要走，但随着研究的不断深入，我们有理由相信，神经科学将在揭示意识奥秘方面取得更大的突破。

来源：彭友科学社