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意识是什么?物理学家寻找答案

著名物理学家爱德华·威滕(Edward Witten)此前指出,意识可能永远是个谜。但他的这番话并没有阻止其他物理学家试图解开它。

是的,物理学家。

在过去,意识几乎完全是局限于哲学家的冥想,这太过于虚无缥缈。但随着科学的进步,科学家也有能力来进行相应的研究。生物学家加入研究意识,然后是有着大脑扫描仪的神经科学家。直到最近,有些物理学家把注意力从诸如宇宙大爆炸、量子信息和电动力学等方面转移到了意识研究上。

牛津大学的著名物理学家罗杰·彭罗斯爵士(Sir Roger Penrose)曾公开提出,在量子力学的亚原子世界内发生的相互作用可能引发了意识。

加州大学圣塔芭芭拉分校的理论物理学家、诺贝尔奖获得者戴维·格罗斯(David Gross)则提出了另一种看法。他推测,意识可能类似于物理学中的相变,从多个微观变化引起的突然大规模转变。某些金属当被冷却至低于一个临界温度时就会出现超导现象,这就是相变的一个例子。

格罗斯或许参透了其中奥秘。有关意识的一个主导理论来源于威斯康星大学的神经科学家朱利奥·托诺尼(Giulio Tononi)。类似于格罗斯的相变概念,托诺尼指出,随着大脑整合越来越多的信息,就会越过一个临界值。突然,一种新的突生状态出现:意识。根据这一理论,只有大脑的某些部分整合所有信息,这些区域就是构成意识之处。

最近,由巴伊兰大学的物理学家Nir Lahav领导的研究小组搜寻了这个有意识活动的核心。这个包括神经科学家和数学家在内的跨学科团队,使用六个大脑的详细扫描图来组装人类大脑皮层(神经组织外层)的信息地图。有了这个信息地图,科学家观察并记录了皮层的某些部分是如何连接到其他部分的。他们绘制了高连通性和低连通性的区域。地图表明了信息如何在皮层中“流动”,并显示了这种流动在哪里集中。拥有最高流量区域很可能就是意识所在之处。

拥有最高连接数量的区域——Lahav称为“核心”——主要是由额上回、扣带皮层、韦尼克区和布罗卡区组成。虽然这些区域分散于大脑中,但它们是高度互联的。

在发表于《新物理学杂志》(New Journal of Physics)的论文中写道,这种独特的层次结构是单一高度互联的组件,这使之能进行高层次的数据整合与处理,并可能参与了最高认知功能。这也可能是意识在大脑中的位置。

意识是什么?

Lahav下一步计划来分析整个大脑,而不仅只是皮层。除了这方面的研究,他还有更加宏伟的雄心。

他表示,物理学试图通过建立能描述尽可能多的自然现象的普适数学公式,来揭开自然的本质。如果我们真的想了解“意识是什么”以及“大脑是如何工作”,我们就需要发展出人类大脑和意识的数学公式。不过现在还没有实现,实际上离这个目标还很远,但物理学家Nir Lahav认为我们已经开始走在这条路上了。

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