量子物理學家沃爾夫岡·泡利對草率、無意義的理論表示鄙視，貶低它們為“甚至都不算錯”，意思是它們只是空洞的猜想，可以很快被駁回。不幸的是，許多非常流行的意識理論都屬於此類——例如，認為我們的經驗可以以某種方式用泡利本人在20世紀早期幫助提出的量子理論來解釋。一個更牽強的觀點認為，意識只在幾千年前才出現，當時人類意識到他們頭腦中的聲音不是來自神，而是來自他們自己的內在口頭敘述。
然而，並非每一種意識理論都可以被簡單地斥為無稽之談。在過去的幾十年裡，已經出現了兩種不同的框架來解釋什麼是意識以及大腦如何產生意識，每種框架都有其自身的說服力。每種框架都試圖解釋來自神經病患者和複雜實驗室實驗的大量觀察結果。
其中之一——整合資訊理論——由精神病學家和神經科學家朱利奧·託諾尼提出，我曾在這些頁面中描述過[參見“普遍的心智”；《大眾科學·思想》，2014年1月/2月]，它使用數學表示式來表示意識體驗，然後推匯出關於大腦中哪些迴路對於產生這些體驗至關重要的預測。[完全披露：我曾與託諾尼合作研究這個理論。] 相比之下，意識的全域性工作空間模型則朝著相反的方向發展。它的出發點是行為實驗，這些實驗在高度受控的環境中操縱人們的意識體驗。然後，它試圖識別大腦中支援這些體驗的區域。
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法國認知神經科學家斯坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）在巴黎法蘭西學院工作，他一生的大部分時間都致力於研究意識心理學，他剛剛出版了一本引人入勝的書，介紹了他對全域性工作空間模型如何對映到大腦的研究。
該模型源於這樣一種認識，即每當我們意識到某事時——無論是人群中熟悉的面孔還是陌生人的聲音——我們都可以在短時間內將我們感知到的東西保留在腦海中。這種感知可以保留在短期記憶儲存中，一種心理草稿紙，即使面孔已經消失或聲音已經消逝。加利福尼亞州拉霍亞神經科學研究所的認知科學家伯納德·巴爾斯（Bernard Baars）提出了全域性工作空間模型，他的核心洞察力來自人工智慧的早期，在人工智慧中，專門的程式訪問共享的資訊儲存庫，即黑板。根據巴爾斯的說法，正是將來自黑板的資料廣播到整個計算系統（無論是控制論的還是生物的）的行為，使其具有意識。意識只是大腦範圍內共享黑板記憶體緩衝區中的資訊。
這個神經緩衝區不僅僅處理最近的感官輸入。它還可以從很久以前呼叫記憶並將其移動到緩衝區中。一旦資訊被載入到這個工作空間中，許多強大的認知過程就可以利用它。資料可以被髮送到處理語言的特定大腦區域——語言模組——在那裡，這些知識可以準備好與其他人分享，透過制定口頭解釋：“猜猜我剛才在那裡看到了誰。”它也可以被轉發到規劃模組進行推理，並且可以儲存在長期記憶中。將這些資料從大腦的記憶體緩衝區傳輸到其各種功能模組的行為，正是意識產生的根源。
不幸的是，這個工作空間容量極其有限。在任何一個時間點，我們只能意識到一個或幾個專案或事件，儘管我們可以快速地將事物移入和移出意識。新資訊與舊資訊競爭，並可能最終覆蓋它。這種限制可能對於任何被湧入的資料流淹沒的資訊處理系統來說，都是不可避免的設計特徵，它必須將其最寶貴的資源集中在儘可能快地處理幾個關鍵專案上。
為了彌補神經頻寬的匱乏，大腦呼叫了大量無意識的過程，這些過程要麼完全繞過這個中央草稿紙，要麼在意識水平以下與之互動。因此，大量潛意識的資料將聲音轉化為有意義的詞語，將光子轉化為物體和可識別的人。這些過程評估和權衡證據，做出判斷，並同步肌肉骨骼系統發起的運動，以便生物體能夠在不斷快速變化的世界中生存。它們是複雜的，行動迅速，但彼此之間不共享資訊，也不將其轉移到公共工作空間中。就像情報機構一樣，資訊只在需要知道的基礎上共享。
然而，這些無數的無意識代理塑造了我們的日常生活。因為根據定義，我們無法訪問這些潛意識事件，所以我們始終低估了它們的重要性。然而，它們偶爾會非常戲劇性地顯現出來。日本小說家村上春樹在一次引人注目的採訪中很好地表達了這一點：“我們自己身上有房間。我們大多數人還沒有去過那裡。被遺忘的房間。我們時不時地可以找到通道。我們發現奇怪的東西……舊的留聲機、圖片、書籍……它們屬於我們，但這卻是我們第一次發現它們。”
迪昂使用一種稱為掩蔽的技術來探測這些無意識的巢穴。一張圖片，比如一張臉或一個詞，在顯示器上短暫閃現，前後跟著一堆隨機繪製的線條或一團X的影像。這些“掩蔽”阻止了顯示的臉或詞語變得有意識——受試者報告只看到了掩蔽。迪昂和他的同事將這種技術的不同版本與從癲癇發作監測患者大腦深處植入的電極記錄相結合，證明了無意識可以處理詞語組合的含義——大腦對“快樂的戰爭”的反應與對“快樂的愛情”的反應不同——這意味著它已經注意到一個具有積極情感意義的詞語後面跟著一個具有消極情感意義的詞語的不協調。
迪昂和傑出的分子生物學家讓-皮埃爾·尚熱（Jean-Pierre Changeux）已經超越了這個相當抽象的模型，正在尋找與全域性工作空間相對應的特定大腦區域和神經元群體。他們正在進行的利用功能性腦成像和放置在頭骨上的腦電圖電極的研究已經揭示了這些區域中明顯的神經特徵，這些特徵似乎代表了理論上的心理緩衝區。
在一個經典的實驗中，迪昂和他的同事讓志願者躺在磁共振成像掃描器中，同時觀看電腦螢幕上的一系列單詞，每個單詞顯示29毫秒。有些單詞被掩蔽了，這隻引發了輕微的大腦反應。但是當單詞清晰可辨時，就會發生神經活動雪崩。
啟用的區域構成了一個由相互鎖釦的大腦細胞組成的密集結構——特別是錐體神經元——它們將前額葉皮層、頂下小葉、顳中葉和顳前葉以及其他大腦區域連線在一起。軸突，從神經元細胞體伸出的線狀延伸，從大腦褶皺的表面，即大腦皮層，向外扇形展開，將廣闊的神經地形連線在一起。這個網路是迪昂和他的同事們開始尋找大腦草稿紙的地方，也是尋找訊號如何透過這個連線網路傳遞到大腦其他部分的地方。
每當刺激被有意識地感知到時，其神經元足跡——一種特定型別的大腦活動——就會出現在大腦皮層的許多部分。例如，以影像傳遞到頭部後部初級視覺皮層，然後從那裡傳遞到許多皮層區域所引發的強烈電活動為例。當它到達皮層前部區域時，訊號的幅度會增加，促使迪昂稱之為神經元雪崩。
強烈的神經元放電可以用腦電圖電極捕捉到，透過測量P300波，這是一種腦電波，在實驗中，它在大約在影像投射到電腦螢幕上後300毫秒開始出現。正如迪昂的實驗所證明的那樣，透過將視覺或聲音從被假定構成全域性工作空間的區域廣播到整個大腦，從而意識到視覺或聲音，通常與前額葉皮層（與更高層次的心理過程相關的大腦區域）中P300波的存在密切相關。相反，如果沒有標誌性的P300波，電活動就會消失，顯示的影像就不會被有意識地感知到。資訊未能進入全域性工作空間，因此仍然是潛意識的。
最初的閃光
迪昂和他的同事使用這種意識感知的電生理標記來繪製意識首次出現在5到15個月大的嬰兒中的時間[參見“有意識的嬰兒”；《大眾科學·思想》，2013年9月/10月]，併為嚴重腦損傷患者設計了一個聰明的意識測試，這些人無法使用言語、眼睛或手勢進行可靠的交流。這些測試依賴於有意識的個體檢測新奇刺激的能力——想象一下，當你的手機突然響起時，你正在讀書。這種意外事件可以觸發明顯的P300波，很容易被注意到。然而，當你沒有接電話，手機一遍又一遍地響起時，你開始期待它，P300變得越來越微弱，直到無法檢測到。
在實驗室裡，研究人員播放一系列五個簡單的音調：嗶 嗶 嗶 嗶 啵。最後一個與眾不同的音調會產生強烈的P300。當整個五音調序列重複三次時，大腦會適應偏離的聲音，意識標記就會消失。
然後，又出現了一個嗶 嗶 嗶 嗶 嗶序列。當一位專注的受試者意識到第四個序列中缺少偏離的聲音時，她的大腦會對最後的嗶做出P300反應，因為它已被條件反射地期望出現啵。
使用這種測試對腦損傷患者進行的初步試驗非常有趣。行為學證據表明意識水平最低的患者在他們的腦電圖上顯示出這種P300活動模式，而那些處於昏迷狀態、被認為沒有任何感覺的患者則沒有。正在進行的實驗試圖在猴子和小鼠身上利用相同的奇數正規化。
提出我們將有意識地體驗到的東西可以定義為大腦將資訊從全域性工作空間分發到大腦其餘部分的能力，這引發了幾個問題。例如，為什麼以及如何從全域性工作空間廣播資訊會產生意識？正在廣播什麼資訊？調節神經活動的血液傳播激素和化學物質也在全身和大腦中傳遞資訊。然而，我們並沒有意識到它們。為什麼不呢？網際網路上傳輸的資料或線蟲神經系統中流動的資訊能否代表意識活動？目前，全域性工作空間模型避免了這些棘手的問題。
當分子生物學家出身的神經科學家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和我於1980年代後期開始共同努力，試圖理解視覺和其他心理過程背後的腦活動時，很少有實驗工作致力於對意識的標誌進行實證研究。
正如迪昂、尚熱及其同事的工作清楚地表明，這種令人遺憾的局面已經發生了根本性的變化。他們的研究計劃開始理清腦細胞網路放電如何轉化為所有現象中最神秘的現象。