Nature意识之争：两大理论首次正面对决

原创集智编辑部 2025-05-04 20:56 上海

摘要

不同理论对主观体验如何从大脑活动中产生提出了各自的解释。这些理论虽各自积累了证据，但尚未被直接比较。本研究通过中立理论联盟，以开放科学对抗合作形式首次将整合信息理论（IIT）与全局神经元工作空间理论（GNWT）进行直接对照。理论提出者与联盟共同制定并预注册了实验设计、分歧性预测、预期结果及其解释。研究采用功能磁共振成像、脑磁图和颅内脑电图技术，记录了256名人类受试者在观察不同呈现时长的阈上刺激时的神经活动。我们在视觉区、腹颞叶和下额叶皮层发现了意识内容相关信息，其中枕叶和外侧颞叶皮层的持续反应反映刺激时长，而额叶与早期视觉区的特异性同步编码了意识内容。这些结果部分符合IIT与GNWT的预测，但也对两大理论的核心主张提出了实质性质疑：对IIT而言，后部皮层缺乏持续同步的现象与其"网络连接决定意识"的主张相矛盾；对GNWT而言，刺激终止时普遍缺乏神经点火现象及前额叶皮层对某些意识维度的有限表征构成了挑战。这些发现同样适用于其他具有相似预测的意识理论。除理论挑战外，我们提出通过原则性、理论驱动型合作研究推进认知神经科学发展的新路径，并强调需要建立系统化理论检验与构建的量化框架。

关键词：意识理论、对抗性合作、全局神经元工作区理论（GNWT）、整合信息理论（IIT）、功能磁共振成像（fMRI）、脑磁图（MEG）、颅内脑电图（iEEG）、后皮层、前额叶皮层（PFC）、神经同步

集智编辑部丨作者

论文题目：Adversarial testing of global neuronal workspace and integrated information theories of consciousness
发表时间：2025年4月30日
论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08888-1
发表期刊：Nature

意识如何从大脑活动中涌现？这一终极问题催生了多种理论，其中全局神经元工作区理论（Global Neuronal Workspace Theory, GNWT）和整合信息理论（Integrated Information Theory, IIT）最具影响力。GNWT认为意识源于前额叶皮层（Prefrontal Cortex, PFC）的“全局信息广播”，而IIT主张后皮层“热区”的神经整合是意识的核心。尽管两者各有证据支持，却从未被直接比较。

2025年，由Cogitate Consortium主导的跨学科团队在 Nature 发表重磅研究，首次通过对抗性合作框架，结合fMRI、MEG和iEEG三种神经成像技术，对两种理论的核心预测进行严格检验。这项涉及256名参与者的大规模实验，不仅挑战了传统理论，更为意识科学树立了新的研究范式。

集智俱乐部「整合信息论」主题读书会中，北京语言大学语言康复学院MEG实验室主管，讲师刘玲介绍了国际项目Cogitate: 尝试使用一种不同寻常的方法，试图从实验的角度来加速关于意识的科学研究。Cogitate 是一个创新的开放科学项目，致力于促进整合信息论（IIT）和全局神经元工作空间理论（GNW）这两种意识理论之间的对抗性合作。扫码查看视频👇

图 1.两个理论对三个问题各自的预测结果，以及实验设计。

解码意识内容：后皮层与前额叶的较量

研究首先测试了“意识内容在何处表征”这一核心问题。IIT预测后皮层（如视觉区和颞叶）应包含最丰富的意识信息，而GNWT强调前额叶的必要性。

通过多模态解码分析，团队发现：

后皮层（如梭状回面孔区）可解码刺激类别（如人脸/物体）和细节（如面部朝向），且信息跨任务泛化，支持IIT的“局部丰富性”假设。

前额叶虽能解码类别信息，但仅短暂出现（0.2-0.4秒），且无法解析具体朝向，与GNWT的“全局广播”预期不符。

关键矛盾点在于：IIT认为前额叶信息冗余甚至干扰解码，而实验显示其虽贡献有限却独立存在。这一结果既部分支持IIT，也暗示GNWT需修正“全或无”的广播机制。

图 2. 预测1：解码意识内容结果。

意识维持机制：时间动态的挑战

意识体验如何随时间维持？IIT假设后皮层的持续神经活动直接对应主观体验，GNWT则认为前额叶通过“点火”（ignition）事件瞬时更新信息。

高频伽马信号和跨时间表征相似性分析显示：

后皮层存在持续激活（如早期视觉区跟踪刺激时长，颞叶面孔区维持身份信息），符合IIT预测。

前额叶仅在刺激出现时短暂激活，缺乏GNWT预期的“终止点火”信号。当刺激消失时，前额叶未能反映意识内容的切换，这对“全局工作区更新”机制构成根本性质疑。

图 3. 预测2：意识内容维持结果。

神经同步模式：理论的核心裂缝

两大理论对脑区连接模式有截然不同的预测：IIT强调后皮层内部的短程伽马同步，GNWT主张前额叶与后皮层的长程跨频段耦合。

而实验结果发现：

后皮层仅在刺激早期出现低频（<25Hz）局部同步，未出现IIT预期的持续高频整合。

前额叶与后皮层的连接虽存在，但表现为任务无关的宽带伽马同步，与GNWT的“晚期长程广播”模型不符。

这些结果直接挑战了两大理论的生物学基础，暗示意识可能依赖更复杂的动态网络机制。

图 4.预测3：脑区间连接结果。

超越对抗：意识科学的新议题

这项研究的意义远超两项理论之间的胜负：

1. 方法论突破：通过预注册、多中心数据采集和理论中立的分析团队，对抗性合作有效减少了确认偏误，为认知科学提供了模板。

2. 理论演进：IIT需解释后皮层为何无法维持所有意识属性（如朝向信息），而GNWT需重新定义前额叶的角色——它可能参与抽象表征而非细节广播。

3. 新方向：意识的多维度特性（如类别、身份、时间）需更精细的神经描述，单一的“核心区域”框架恐难胜任。

正如研究者所言：“科学进步不是简单的宣判对错，而是在证据博弈中逼近真理。”这场意识理论的巅峰对决，或许正是下一场革命的起点。

彭晨 | 编译

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