AI时代再问意识：量子意识 — 什么样的证据才算证据？（上）

一个富有争议的理论真正进入科学，并不是在它第一次被提出的时候，而是在研究者开始认真追问：什么样的证据能够证明它是错的？

几十年来，量子意识一直处在理论物理学、神经科学和哲学之间一个颇为尴尬的位置。罗杰·彭罗斯和斯图尔特·哈默罗夫提出的协调客观缩减理论（Orch-OR），已经具体到足以接受严肃讨论，却又激进到始终受到强烈质疑；与此同时，“量子”与“意识”这两个本来已经足够神秘的词结合在一起，又使这一理论在大众文化中获得了一种远远超过其科学证据的神秘色彩。支持者认为，它也许提供了经典计算和传统神经科学无法提供的物理机制；批评者则认为，它不过是把量子测量和意识这两个尚未完全解决的问题放到了一起，却没有证明为什么一个能够解释另一个。

然而，今天的争论已经与三十年前有所不同。量子生物学的发展已经表明，在过去被认为过于温暖、潮湿和嘈杂的生命系统中，某些量子效应确实可能具有生物学功能。围绕微管、麻醉剂、分子能量传递以及活体脑中某些异常信号的研究，也提供了一些被量子意识支持者视为值得注意的实验结果。近年来甚至已有研究者明确提出，这些发现正在使“微管可能构成意识的量子基础”从纯粹理论推测逐渐进入可以实验检验的领域。

与此同时，谨慎仍然十分必要。到目前为止，我们仍然没有得到被广泛接受的直接证据，证明完整活体神经系统中存在Orch-OR所要求的那些量子状态，更没有证明这些状态就是意识产生的原因。问题因此已经不再是“大脑中能不能发生量子现象”。当然能够。微管是否重要，也已经不是问题；它们显然是神经细胞的重要组成部分。

真正困难的问题是：我们究竟需要看到什么，才能有充分理由认为，意识需要一种普通神经理论无法取代的量子物理机制？

这个标准比在神经元内部发现某种量子现象严格得多。

首先必须证明：那个量子现象确实存在

任何严肃的量子意识理论都必须从一个物理事实开始。如果意识依赖量子相干、纠缠、客观缩减或者其他非经典过程，那么这些过程必须真实存在于相关的生物系统中，而不能只是数学上的可能性。

这一要求听起来似乎非常简单，但它实际上立即暴露出量子意识讨论中最容易混淆的一件事情：大脑当然是一个量子系统，因为所有物质最终都服从量子力学。分子为什么形成化学键，电子为什么具有特定能级，生化反应为什么能够发生，这些问题最终都离不开量子理论。然而，这种意义上的“量子”与量子意识几乎没有直接关系。如果仅仅因为组成大脑的物质服从量子力学就说意识是量子的，那么消化、血液循环和骨骼运动也同样都是“量子的”，这个判断在物理上没有错，却几乎没有解释意义。

量子意识真正需要证明的是更强的命题：在神经系统中存在某种具有明确非经典性质的量子状态，而且这种状态能够在与神经加工有关的时间和空间尺度上保持功能意义。

近年来围绕微管的实验因此值得关注。有研究报告了室温条件下与微管结构有关的能量迁移、量子光学性质以及可能影响神经元膜活动的共振现象。这些工作至少削弱了过去一种过于简单的反对意见——生命系统过于温暖，因此任何具有功能意义的量子效应都不可能存在。量子生物学本身的发展也已经证明，自然选择在某些情况下确实能够利用微观量子过程。

然而，从孤立微管中发现一种异常光学或者共振现象，到证明完整大脑中的意识依赖某种量子状态，中间还有很长的距离。真正令人信服的实验不仅需要证明某种信号存在，还必须说明这种信号对应什么物理状态、能够维持多长时间、涉及多大范围，以及它是否真的超出了经典热力学、电磁过程或者复杂分子动力学能够解释的范围。

最后这一点尤其重要。生命系统本身就是高度复杂的非线性系统，可以产生同步、集体振荡、远距离相关以及许多看起来十分反常的现象，而不需要量子纠缠。一个现象令人惊讶，并不等于它是非经典的。

因此，在量子意识成为意识理论之前，量子神经科学首先必须证明：它寻找的那个量子现象真的在那里。

其次必须证明：大脑确实在利用它

假设明天有一个实验室提供了令人信服的证据，证明神经元微管在正常生理条件下能够维持某种重要的非经典量子状态，这无疑会成为一个重要发现。

但它仍然不能证明量子意识。

自然界中存在无数发生在生命体内部、却与认知没有直接关系的物理过程。某种现象存在于神经元中，并不意味着大脑利用它进行信息处理，更不意味着它参与意识。量子效应完全可能存在于神经细胞内部，却只是复杂分子环境中的副产品。

因此，第二个门槛必须是因果性的：大脑必须真正使用这个量子过程。

这意味着，当我们改变相关量子状态时，神经信息处理应当发生可以预测的变化；反过来，当相关神经活动发生变化时，那个量子状态也应该以理论预测的方式改变。而且这种关系不能只在一个实验室出现一次，而必须能够被不同研究团队以不同方法重复验证。

近年来一些实验已经开始接近这一边界。例如，有研究探讨微管共振是否能够改变神经元膜电位和放电，也有动物实验研究稳定或者干扰微管之后，动物对于全身麻醉剂的敏感性是否改变。这些结果之所以有趣，是因为它们开始尝试把微管从“存在于神经元内部的结构”转变为“可能参与神经功能的动态系统”。

然而，这里存在一个非常重要的控制问题。微管本来就承担大量普通的细胞功能，包括维持结构、细胞内运输以及参与各种分子过程。如果改变微管之后神经元活动发生变化，我们首先应该想到的仍然是这些已经知道的经典生物学机制，而不是量子意识。

真正有说服力的实验，需要尽可能单独操纵理论所提出的量子变量，同时保持微管普通生物功能基本不变；反过来，也应该能够改变微管的普通功能，而不产生理论所预测的量子变化。只有把这两个层次真正分开，我们才开始知道究竟是哪一个层次具有解释意义。

然后必须证明：它与意识有关，而不只是与大脑活动有关

即使我们进一步证明大脑确实利用了某种量子过程，问题仍然没有结束。人脑的大量复杂活动根本不需要进入意识。视觉分析、运动控制、语言准备、记忆提取、自主生理调节乃至相当复杂的判断，都可以部分甚至大量发生在意识之外。

因此，一种量子机制完全可能对于神经计算十分重要，却与意识本身没有特殊关系。

接下来真正决定性的要求，是证明这种量子状态随着意识本身而变化。

全身麻醉因此成为一个特别有价值的研究窗口。它能够在相对短时间内可逆地改变意识状态，使研究者反复观察意识从存在到消失、再从消失到恢复的整个过程。假如未来能够发现某一种明确的微管量子信号在清醒时稳定存在，随着麻醉加深而逐渐减弱，在意识消失时消失，又在苏醒过程中重新出现，而且这一变化在控制其他经典神经生理指标之后仍然成立，那么这样的结果就会真正值得认真对待。

睡眠提供了另一个天然实验，意识障碍、癫痫过程以及有意识与无意识知觉之间的比较，也可能成为重要测试场景。

近年来已经出现了一些颇具争议的研究。例如，有研究者把某些MRI实验中的异常信号解释为活体人脑存在非经典相关甚至宏观量子纠缠的证据，并指出这些信号与清醒状态和工作记忆表现存在联系。支持者认为这可能是极为重要的线索，批评者则指出，目前这些信号究竟是否真正代表量子纠缠仍有争议，更谈不上证明它们导致了意识。

而这恰恰说明为什么必须严格区分相关性与机制认定。

脑电活动与意识相关，脑代谢与意识相关，大规模网络连接方式也与意识相关。意识状态发生变化时，整个大脑都会发生变化，因此找到又一个与意识相关的物理信号并不奇怪。真正困难的事情，从来不是找到相关物，而是证明它不可缺少。

（未完待续）

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