39. 神經電信號如何轉化為主觀的感覺

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一、解釋大腦意識的困難問題(the hard problem)

今年2021年9月號的科學人雜誌(SCIENTIFIC AMERICAN)封面就在宣傳本期最有特色的文章,也就是科學上探討神經電信號刺激大腦各部位所造成意識的改變,作者最後提出了一個腦科學面對的最困難的問題,神經電信號如何轉化為主觀的感覺 ?這也是紐約大學哲學系大衛‧察耳摩 (David Charlmers) 教授研究大腦意識長久以來所聲稱的「the hard problem」,幾十或上百年來科學研究大腦碰到這個問題就向碰到高牆一樣嘎然而止,停止下來無法再往前推進一步。在唯物論的哲學指導原則之下,心物是二元的, 意識與大腦是兩種不同統屬的事物。

二、泛靈主義 (Panpsychism)

為了解釋意識的物理,愈來愈多的腦及神經科學家及哲學家不相信唯物論的觀點,認為物質的大腦是第一性的,意識只是由複雜神經網路運作下所湧現出來的性質,屬於第二性的。例如電晶體是用來放大電流,但是6個電晶體經過適當的連接,就可以作為儲存0或1的記憶單位。記憶就是複雜系統所湧現出而來的新性質。問題是新性質仍然是屬於物質的屬性,與心或感覺本質上是不同的。因此為跨越心物的鴻溝,開始相信主觀的感覺(feeling)、明瞭(awareness)等特性是任何物體本身具有的基本性質,給它取了一個名字叫做 靈質「qualia」,這種觀點稱為泛靈主義,主張心物本來就是合一的,但是泛靈主義也碰到三大困難:

(1) 基本粒子夸克、電子、質子、中子、原子、分子有 qualia嗎 ?
(2) 這些微小的原子、分子的「qualia」要聚集起來複雜到甚麼程度才會出現像人類可以經驗到的意識 ? 這個問題又叫做 bination problem)
(3) 大腦是如何組合這些原始qualia形成每個人所經驗到的意識 ?

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三、量子心靈

我在2014年提出的複數時空意識模型之下,提出「量子心靈」的概念,認為意識是一個量子現象,由於虛數時空充滿意識及信息網站,因此虛數 i 在數學裡雖然只是一個符號,但是在物理上它卻代表了意識。因此我建議複數量子場或量子波函數中虛數i的出現就是把意識帶進了物理學,也就是1920年代量子力學的發展早已把意識帶進了物理,只是當時及以後沒有朝這方面來做解釋。虛數部分如果與意識有關,可以說這也就是量子心靈的出現。結論是凡能進入複數量子態的物體它的意識都會出現,因此只要進入量子態 「萬物皆有靈」,替泛靈主議提供了科學的基礎,基本粒子夸克、電子、質子、中子、原子、分子只要進入量子態就會出現靈質 qualia,這回答了泛靈主義的第一個問題,只是靈質太簡單,意識太單純。

這些微小的靈質要怎樣組合? 才能出現越來越複雜的意識 ?關鍵就在於複數量子波函數或量子場的實數部分,實數部分在空間的幾何分布狀態代表了意識的內容,越複雜的分布代表愈複雜的意識。比如幾個原子化合形成分子,它們的3D幾何結構就比原子複雜,因此它們的意識就比單獨的原子要複雜。等到分子組成了神經系統,10的11次方個神經形成了大腦這麼複雜的立體結構,就會產生非常複雜的意識,這解決了泛靈主義的第二個組合問題。

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四、近代意識的物理

大腦的意識牽涉到大腦神經維管束的量子化現象是2020年諾貝爾物理獎得主英國的物理學家羅傑·潘若斯 (Roger Penrose)與美國亞歷桑納大學的骨科醫師史都爾特·漢默若夫(Stuart Hameroff)在1994年共同提出意識的物理,他們認為意識的基礎不在神經活動電位上,而是發生在神經元內擔任骨架功能之微管束(microtubule)的物質進入有序的量子狀態。腦神經細胞是由許多可形成量子穿隧效應的維管束組成(直徑約1.4奈米),當感官刺激輸入時便會產生有序的量子狀態,是不同量子狀態的疊加態 (superposition),當時間流逝,也就是當量子態擴散到重力之變化滿足某些策畫的條件下(orchestrated),宏觀的量子波會客觀的陷縮(objective reduction: OR)簡稱為 “Orch OR”機制 ,宏觀量子態崩潰的一瞬間大腦的意識就產生了,接著小部分維管束又開始進入量子態,意識就逐漸消失了等待下一次的”Orch OR”機制再產生新的意識,因此大腦的念頭是一波接一波,周而復始。

我認為他們的模型已經接近意識的本質,不過與他們相反的是我認為意識的產生是形成疊加的量子狀態時產生,客觀縮陷時消失。因為疊加的量子狀態是複數狀態,這時虛數意識掃描進入量子狀態的3D神經網路複雜的幾何架構(腦神經放電的架構),產生意識的複雜內容如記憶、思想、判斷、行動。有時埋藏在神經網路的經驗會產生抑制力,不要衝動、給於建議限制行動。有時量子波會此鑽入虛空,遨遊宇宙時空獲得靈感,產生創新的思想。 量子波客觀縮陷以後又恢復實數空間運作,等待下一次維管束的有序量子狀態出現,意識出現,我的量子心靈模型可以解決泛靈主義的三個困難。讓泛靈主義奠基於堅實的科學基礎上。