@ 2018.01.29 , 11:00

意识可能是熵的副产物

意识可能是熵的副产物
Credit: 锐景创意

意识是人类的关键部分。意识来自哪里?我们为什么有意识?几千年来,人们始终没弄明白这些问题。

如今,法国和加拿大的研究人员进行了一项新研究,并提出一种新的可能性:意识是大脑在最大化信息量的过程中的自然产物——换句话说,意识是大脑熵增过程的副产物。

科学家用熵来描述系统的混乱程度,熵增定律指的是孤立系统会自发地从有序变成无序。宇宙大爆炸后,宇宙逐渐从低熵态变成高熵态。热力学第二定律(即熵增定律)还可以解释时间为何只能朝一个方向流动。

这回,多伦多大学和巴黎第五大学的研究人员决定从这条思路出发,探索大脑的连接——当我们产生意识时,大脑的连接方式是否存在某种模式?他们招募了9个人,其中7人患癫痫症。他们利用统计力学,建立他们的大脑神经网络模型。其中,他们主要关注神经元的同步性,以此来判断大脑细胞是否彼此连接。

首先,他们比较了实验对象的清醒状态和睡眠状态的大脑连接模式。其次,他们比较了5名癫痫患者的发病状态和正常状态的连接模式——正常状态下,大脑更“警觉”。结果发现,在正常的清醒状态下,大脑神经网络呈现出最大数量的可能的“组态相互作用”,代表着最高的熵值。也就是说,当实验对象处于“全意识”状态时,大脑呈现出更高的熵态。

于是,研究人员认为,意识可能只是大脑系统在最大化信息交流量的过程中产生的副产物。

不过,该研究也存在很大的局限性。它的样本太小,而且其中绝大部分都是癫痫患者。物理学家Peter McClintock认为,实验结果虽有趣,但却需要在更多人身上进行重复实验,同时也需要探究其它状态下的大脑连接模式,如麻醉状态。

接下来,研究团队打算测量不同大脑区域的热力学状态,看看实验结果究竟能否用熵态解释,抑或是其它类型的组织。此外,他们还打算将实验拓展到普通的认知行为——举例而言,当实验对象专心思考某项认知任务时,神经组织会发生什么变化?

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。
原作者:FIONA MACDONALD


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