PNAS：身體自我感知過程中的覺知、整合與證據(jù)積累

導(dǎo)語

當(dāng)你打開這篇文章，用手指滑動(dòng)屏幕時(shí)，是誰的手在操作？你肯定毫不猶豫的回答：“這當(dāng)然是我自己的手！”然而，意識科學(xué)與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)長期討論的核心問題之一正是：當(dāng)我們說“這是我的手”時(shí)，這種確信究竟源自何處？是純粹的感官拼貼，還是一個(gè)必須到達(dá)閾值才會(huì)顯現(xiàn)的有意識事件？Lanfranco 等人在 PNAS 上發(fā)表的這項(xiàng)研究以橡膠手錯(cuò)覺為實(shí)驗(yàn)載體，將這一古老問題轉(zhuǎn)化為可操作的心理物理問題：他們嘗試拆解那些既影響“感官整合”又影響“有意識覺知報(bào)告”的因素，檢驗(yàn)有意識覺知是否與身體所有權(quán)的客觀辨別同頻共振，還是兩者存在明顯的時(shí)間或效能分離。研究發(fā)現(xiàn)有意識覺知報(bào)告與客觀的身體所有權(quán)整合高度一致，且在不同的多感覺整合強(qiáng)度與證據(jù)累積條件下都保持穩(wěn)健。

關(guān)鍵詞：身體所有權(quán)（Body ownership），有意識覺知（Conscious awareness），多感覺整合（Multisensory integration），信號檢測理論（Signal detection theory, SDT），元認(rèn)知（Metacognition），漂移-擴(kuò)散模型（Drift-diffusion model, DDM），橡膠手錯(cuò)覺（Rubber hand illusion, RHI）

mobility丨作者

趙思怡丨審校

論文題目：Conscious awareness, sensory integration, and evidence accumulation in bodily self-perception 論文來源：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2503629122

意識科學(xué)常把“看見”“聽見”當(dāng)作典型研究對象：刺激可以在無意識中被處理一部分，只有當(dāng)信號足夠強(qiáng)、或注意力把它“放大”，信息才進(jìn)入可報(bào)告的主觀體驗(yàn)。全局神經(jīng)工作空間理論（global neuronal workspace theory, GNWT）甚至為此給出一套經(jīng)典敘述：刺激跨過閾值后發(fā)生“點(diǎn)火”（ignition），信息被“廣播”（broadcasting）到廣泛網(wǎng)絡(luò)，于是我們“意識到”它。

但身體自我（bodily self）可能是另一類東西。你并不會(huì)像“偶爾看到一只鳥”那樣“偶爾擁有身體”。相反，正如 William James 描寫的那樣，身體在意識中是一種持續(xù)背景——“the feeling of the same old body always there”。大量研究表明，身體所有權(quán)源于來自不同感覺通道（視覺、觸覺、本體感覺等）的信號被整合為一個(gè)連貫的多感覺表征（multisensory percept）。但這種“屬于我”的感覺究竟是在無意識中先被計(jì)算出來，再被遞交給意識，還是從一開始就在有意識層面被構(gòu)建與維持？為回答這一關(guān)鍵問題，Lanfranco 等人試圖用心理物理學(xué)與計(jì)算建模，把“身體所有權(quán)進(jìn)入意識的程度”做成可量化、可檢驗(yàn)的指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：區(qū)分客觀與主觀

在經(jīng)典的橡膠手錯(cuò)覺（Rubber hand illusion, RHI）實(shí)驗(yàn)中，被試通常被詢問“你多大程度上覺得那只假手是你的？”，但這很難把“客觀可辨別信息”與“知覺覺知報(bào)告”拆開。在本文中，作者將 RHI 變成一個(gè)二選一強(qiáng)迫選擇（two-alternative forced choice, 2AFC）的辨別任務(wù)，并在每個(gè)試次緊接著收集有意識覺知報(bào)告。三只機(jī)械臂分別負(fù)責(zé)給真實(shí)手和兩只橡膠手施加敲擊刺激，其中一只橡膠手與真實(shí)手始終同步，另一只橡膠手與真實(shí)手存在隨機(jī)的毫秒級延遲，延遲水平在 18、31、52、88、150 ms 之間變化（圖1A）。其中，每個(gè)試次持續(xù) 12 秒，共 6 次敲擊。

在每一個(gè)試次結(jié)束后，被試需要先回答客觀問題：兩只橡膠手里“哪一只更像我的手”（2AFC），然后用三檔知覺覺知量表（Perceptual Awareness Scale, PAS）評價(jià)自己對“所選那只手的所有權(quán)體驗(yàn)”有多清楚：1=unclear，2=vague，3=clear。這樣就得到了“能不能區(qū)分”（一階表現(xiàn)）和“是否清楚意識到”（二階覺知）隨刺激強(qiáng)度變化的曲線，然后就可以進(jìn)一步判斷“是否存在客觀辨別領(lǐng)先于知覺覺知”的分離。

圖1｜(A) 實(shí)驗(yàn)裝置，兩臺機(jī)械臂對放置于上層平臺的兩只橡膠手施加觸覺刺激，另有一臺機(jī)械臂對位于該平臺下方、更低位置的被試真實(shí)手部施加觸覺刺激；(B) 試次流程示意圖。任務(wù)結(jié)束后，被試需多次活動(dòng)手指以打破錯(cuò)覺、減少遺留效應(yīng)，并在剩余休息時(shí)間內(nèi)放松手指。

實(shí)驗(yàn)分析

客觀辨別與知覺覺知的同步性

研究者用信號檢測理論（signal detection theory, SDT）把被試“選得對不對、穩(wěn)定不穩(wěn)定”轉(zhuǎn)成身體所有權(quán)敏感度d'（body ownership sensitivity）(圖2A) ，并用元認(rèn)知計(jì)算建模（metacognitive computational modeling）將“我覺得清楚這件事，是否系統(tǒng)性對應(yīng)于我在一階任務(wù)里確實(shí)掌握了信息”轉(zhuǎn)換為知覺覺知敏感度（perceptual awareness sensitivity）meta-d'（圖2D）。可以看到，知覺感知敏感度與身體所有權(quán)敏感度的變化是非常同步的：在延遲時(shí)間為18 ms 時(shí)d'和meta-d'還沒能穩(wěn)定高于隨機(jī)，但到了 31 ms，d'和meta-d'就顯著上升，并且延遲越大越容易分（圖2A&B）。這意味著身體所有權(quán)的客觀辨別與主觀覺知是同步的，且不同視覺 - 觸覺異步條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有極強(qiáng)穩(wěn)健性，不受先驗(yàn)分布設(shè)定影響。

圖2｜不同時(shí)間延遲下身體所有權(quán)客觀辨別與知覺覺知相關(guān)性分析。(A&D) 單樣本 t 檢驗(yàn)（檢驗(yàn)值為 0）結(jié)果：在視覺 - 觸覺異步程度為 31、52、88 和 150 毫秒時(shí)，身體所有權(quán)敏感性 d'值與知覺覺知敏感性meta-d'顯著大于 0；而在 18 毫秒時(shí)無顯著差異。同時(shí)進(jìn)行單側(cè)貝葉斯單樣本 t 檢驗(yàn)（檢驗(yàn)值為 0）；(B&E) 先驗(yàn)分布與后驗(yàn)分布：貝葉斯因子在不同異步程度下為不同假設(shè)提供了不同強(qiáng)度的證據(jù)支持；(C&F) 穩(wěn)健性評估的序貫分析：18 ms 的視覺-觸覺異步條件下，無論是身體所有權(quán)敏感性還是知覺覺知敏感度，支持零假設(shè)（即無顯著的身體所有權(quán)與知覺意識）的證據(jù)在不同先驗(yàn)分布中均保持穩(wěn)定，貝葉斯因子波動(dòng)幅度極小，表明該條件下無顯著效應(yīng)的結(jié)論可靠且不依賴初始統(tǒng)計(jì)假設(shè)的設(shè)定；而 31、52、88 和 150 ms 的異步條件下，支持備擇假設(shè)（即存在顯著的身體所有權(quán)與知覺意識）的證據(jù)均表現(xiàn)出極強(qiáng)的穩(wěn)定性，各條件下貝葉斯因子均處于對應(yīng)高值區(qū)間且波動(dòng)微弱。注：被試在實(shí)驗(yàn)里真的是在體驗(yàn)“這只手屬于我”（ownership），還是只是判斷“哪只手更同步”（simultaneity）？研究者把兩只橡膠手旋轉(zhuǎn) 90° 變成解剖學(xué)不合理姿勢，讓橡膠手錯(cuò)覺“失效”：如果被試還照樣答得很好，那就說明他們根本沒在做所有權(quán)判斷。結(jié)果恰恰相反，旋轉(zhuǎn)后被試的表現(xiàn)幾乎掉回隨機(jī)這說明被試不是在比同步，而是在認(rèn)真分辨“哪只更像我的手”。

知覺覺知效率的穩(wěn)定性

進(jìn)一步地，有沒有可能在延遲時(shí)間較小時(shí)（例如18ms），客觀信息大多在“無意識層面”發(fā)揮作用，只有少量進(jìn)入意識；隨著條件變?nèi)菀祝M(jìn)入意識的比例才上升？作者進(jìn)一步用知覺覺知效率（perceptual awareness efficiency）M-ratio進(jìn)行了檢驗(yàn)，也就是二階敏感度相對一階敏感度的比例。結(jié)果顯示，從 31 ms 到 150 ms，M-ratio 并沒有隨不同步大小系統(tǒng)性變化（圖3G&H）。也就是說，多感覺證據(jù)確實(shí)越來越強(qiáng)，但意識對這類信息的“訪問比例”并沒有只在容易條件下才提升，而是保持穩(wěn)定。因此，作者認(rèn)為身體所有權(quán)相關(guān)的客觀信息能夠持續(xù)地被覺知到，甚至相較于其他多感官整合信息具有優(yōu)先性（prioritized access）。

圖3｜基于貝葉斯分層模型評估知覺覺知效率。(G) 不同視覺 - 觸覺異步程度下 M 值比的差異估計(jì)（含 95% 最高密度區(qū)間，HDI），每個(gè)直方圖代表所有條件下 M 值比的后驗(yàn)密度分布，結(jié)果顯示各條件后驗(yàn)分布（對數(shù)單位）無差異；(H) 視覺 - 觸覺刺激異步條件間后驗(yàn)分布的成對比較結(jié)果，不同異步程度下的知覺意識效率無顯著差異。注：這種“意識對信息的穩(wěn)定讀取”會(huì)不會(huì)只是視覺-觸覺整合（multisensory integration）的通性呢？研究者干脆把“手”換成木塊，任務(wù)改成同步判斷：客觀上被試應(yīng)該照樣能分得很準(zhǔn)，但知覺覺知效率卻沒有出現(xiàn)身體所有權(quán)任務(wù)那種穩(wěn)定、偏高的匹配——因此身體自主權(quán)是不是一般的同步線索。

從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)：

如果橡膠手錯(cuò)覺不是“一瞬間點(diǎn)亮”，而是隨著一次次視覺–觸覺配對逐步累積證據(jù)才“長出來”，那么知覺覺知會(huì)不會(huì)在早期落后于客觀辨別、等錯(cuò)覺變強(qiáng)后才追上？作者把每個(gè)試次的敲擊次數(shù)設(shè)為 3/6/9 次對此進(jìn)行驗(yàn)證：發(fā)現(xiàn)敲擊越多，身體所有權(quán)的客觀敏感度d'提升，meta-d'也同步提高，但關(guān)鍵的效率指標(biāo) M-ratio 在不同證據(jù)量下保持穩(wěn)定。這說明意識對一階信息的“讀取比例”并不因錯(cuò)覺的增強(qiáng)而系統(tǒng)改變。

圖4｜不同敲擊次數(shù)下身體所有權(quán)客觀辨別與知覺覺知相關(guān)性分析。（A&D）身體所有權(quán)敏感性與知覺覺知敏感性隨觸覺刺激次數(shù)的增加而升高。單樣本 t 檢驗(yàn)（檢驗(yàn)值為 0）結(jié)果顯示，觸覺刺激次數(shù)為 3 次、6 次和 9 次時(shí)，身體所有權(quán)敏感性d'和知覺覺知敏感性meta-d'均顯著大于 0；同時(shí)開展單側(cè)貝葉斯單樣本 t 檢驗(yàn)（檢驗(yàn)值為 0）；（B&E）先驗(yàn)分布與后驗(yàn)分布。隨著觸覺刺激次數(shù)的增加，貝葉斯因子為備擇假設(shè)模型提供了極強(qiáng)的證據(jù)支持（C&F）穩(wěn)健性評估的序貫分析。在各觸覺刺激次數(shù)條件下，支持備擇假設(shè)模型的證據(jù)在不同先驗(yàn)分布中均表現(xiàn)出極強(qiáng)的穩(wěn)定性：3 次刺激的貝葉斯因子范圍為 0.327~0.98（r=0.624）；6 次刺激為 0.588~1.313（r=0.94）；9 次刺激為 0.64~1.38（r=1.004）；（G）不同觸覺刺激次數(shù)下知覺覺知效率M-ratio的差異估計(jì)（95% 最高密度區(qū)間，HDI），不同刺激次數(shù)間無顯著差異。每個(gè)直方圖代表所有實(shí)驗(yàn)條件下 M-ratio的后驗(yàn)概率密度分布；（H）不同觸覺刺激次數(shù)條件下后驗(yàn)分布的成對比較結(jié)果顯示，知覺覺知效率無顯著差異。

為了看到意識對一階信息讀取的動(dòng)態(tài)時(shí)間過程，作者讓被試盡快作答，并用層級漂移-擴(kuò)散模型（Drift-diffusion model, DDM）分解為漂移率等參數(shù)，把“證據(jù)如何隨時(shí)間積累形成決策”提取出來。結(jié)果顯示不同步差異越大，證據(jù)累積越快（漂移率更高），但把一階辨別與知覺覺知報(bào)告的累積速率做成動(dòng)態(tài)對應(yīng)（v-ratio）后仍不隨條件變化。

圖5｜基于層級DDM模型與v-raito的知覺證據(jù)累積測量結(jié)果。（A）DDM框架：假定知覺信息會(huì)隨時(shí)間不斷累積，直至達(dá)到某一決策閾值。其中，漂移率反映知覺證據(jù)的累積速率，決策偏向代表個(gè)體對特定選項(xiàng)的選擇偏好，非決策時(shí)間指代與知覺決策過程無關(guān)的加工環(huán)節(jié)，決策閾值為決策邊界間的距離，其大小決定做出決策所需的證據(jù)量；（B&C）漂移率與決策邊界的后驗(yàn)分布隨視覺-觸覺異步程度的增大而升高，表明隨著異步程度的增加，被試對同步接受觸覺刺激的橡膠手產(chǎn)生身體所有權(quán)的證據(jù)累積速率也隨之加快，需要積累的知覺證據(jù)量也越多；（D）平均 v-ratio 值比在不同視覺 - 觸覺異步水平下無顯著差異，說明被試對身體所有權(quán)相關(guān)信息的意識通達(dá)能力始終保持穩(wěn)定。

結(jié)語：意識并非身體的“旁觀者”

意識并非身體的“旁觀者”：如果橡膠手錯(cuò)覺真的只是大腦先在幕后完成無意識計(jì)算、最后才“通知”意識的結(jié)果，那么當(dāng)錯(cuò)覺隨著視覺-觸覺刺激不斷累積而增強(qiáng)時(shí)，我們的主觀覺知理應(yīng)出現(xiàn)明顯的滯后或分離。然而，本研究卻揭示了一個(gè)反直覺的現(xiàn)象：在身體所有權(quán)判斷中，客觀的可辨別性與主觀的覺知力呈現(xiàn)出高度的同步與耦合。換言之，只要大腦在客觀層面累積了足夠的信息來區(qū)分“哪只手屬于我”，意識層面幾乎同時(shí)就能訪問這些證據(jù)。這表明，在構(gòu)建“身體自我”的過程中，意識可能不是最后才到場的“旁觀者”，而是從信息處理的早期階段就已緊密參與其中。

為何身體信息享有“特權(quán)”？作者在討論中給出了兩條潛在的解釋路徑。首先是自我相關(guān)性（Self-relatedness）：身體所有權(quán)不僅是處理外界刺激，更是維持第一人稱視角連續(xù)性的核心錨點(diǎn)，這種關(guān)乎“我是誰”的信息可能在神經(jīng)機(jī)制上享有優(yōu)先接入意識的“VIP通道”。其次是整合復(fù)雜度（Integration Complexity）：構(gòu)建身體所有權(quán)需要跨越時(shí)間同步、空間對齊乃至痛覺與溫度覺的跨通道重映射（remapping）。這種高維度的多感官整合，可能本質(zhì)上更容易跨過全局工作空間理論（GNWT）所描述的“點(diǎn)火閾值”，從而在機(jī)制上與意識狀態(tài)內(nèi)在綁定，而不像簡單的視覺-觸覺同步那樣可以停留在無意識層面。

從“問卷時(shí)代”邁向“可計(jì)算時(shí)代”：除了理論突破，本研究在方法學(xué)上具有重要的“界碑”意義。它擺脫了過去對問卷量表和間接指標(biāo)（如本體感覺漂移）的依賴，通過引入信號檢測論（SDT）和漂移擴(kuò)散模型（DDM），將模糊的“身體自我體驗(yàn)”拆解為客觀辨別力、知覺覺知效率、與證據(jù)累積速率等可量化的數(shù)學(xué)指標(biāo)。這不僅讓我們能首次精確測量身體所有權(quán)的“意識通達(dá)性”，也提示未來的意識科學(xué)需要重新審視“外部信息”與“自我信息”的邊界——也許大腦對這兩類信息的處理，遵循著截然不同的路徑。

意識科學(xué)讀書會(huì)

從神經(jīng)元放電到自我意識的涌現(xiàn)，意識是人類最稀松平常的主觀體驗(yàn)，也始終是科學(xué)中最迷人的問題。在“我是誰”的終極追問下，當(dāng)我們深入意識的機(jī)制與機(jī)理，會(huì)發(fā)現(xiàn)更值得深思的是，無論是神經(jīng)機(jī)制的功能整合、信息的跨腦區(qū)傳遞，還是現(xiàn)象意識的主觀性質(zhì)，不同層面的問題都在共同指向一個(gè)核心挑戰(zhàn)：物理過程如何產(chǎn)生主觀體驗(yàn)？功能計(jì)算如何關(guān)聯(lián)現(xiàn)象感受？局部神經(jīng)活動(dòng)又如何整合為統(tǒng)一的意識？而要回答這些問題的并不簡單，它可能會(huì)挑戰(zhàn)我們對世界和實(shí)在，乃至科學(xué)方法本身的理解。

為了對意識問題進(jìn)行系統(tǒng)探討，集智俱樂部聯(lián)合來自哲學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、復(fù)雜科學(xué)領(lǐng)域的研究者共同發(fā)起，跨越理論與實(shí)證、功能與現(xiàn)象、生物與人工的視角，全面深入研討意識這一現(xiàn)象本身。重點(diǎn)探討當(dāng)代主流意識理論的核心主張與分歧，神經(jīng)機(jī)制與主觀體驗(yàn)之間的橋梁，以及AI意識、腦機(jī)接口等技術(shù)如何重塑人類意識主體的邊界與文明的未來。

詳情請見：

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.