指向身體的任何一個器官，醫生都能告訴你它的一些功能，以及當該器官因意外、疾病而受損或被手術切除時會發生什麼——無論是垂體、腎臟還是內耳。然而，就像19世紀中葉中非地圖上的空白區域一樣，有些結構的功能仍然未知，儘管已經有了全腦成像、監測大腦各種電訊號的腦電圖記錄以及其他21世紀的先進工具。
考慮一下前壁。它是一層薄而 不規則的細胞層，位於新皮層下方，即允許我們看、聽、推理、思考和記憶的灰質。它四周都被白質包圍——白質是連線皮層區域之間以及皮層區域與其他大腦區域的神經纖維束或電線束。前壁——因為它們有兩個，大腦左側一個，右側一個——位於島葉皮層的一般區域下方，在太陽穴下方，耳朵正上方。它們呈現出細長而纖細的形狀，在檢查大腦影像的地形時很容易被忽略。
觀察進出前壁的白質纖維束的先進腦成像技術顯示，它是一個神經中樞總站。幾乎每個皮層區域都向前壁傳送纖維。這些連線透過從前壁延伸回原始皮層區域的其他纖維來回應。對小鼠和大鼠的神經解剖學研究揭示了一種獨特的非對稱性——每個前壁都接收來自兩個大腦半球的輸入，但僅投射回同一側上方的皮層。這在人類身上是否屬實尚不清楚。正如愛麗絲會說的那樣，真是越來越奇怪了。
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與大腦的大多數其他部分不同，沒有可靠的病例研究表明患者因中風、病毒感染或其他災難而選擇性地破壞了一個或兩個前壁。鑑於其細長和細長的性質，在實驗動物中損傷該結構具有挑戰性。出於同樣的原因，腦成像也不是很有用：透過正電子發射斷層掃描或功能性磁共振成像（兩種最廣泛使用的成像技術）可區分的最小空間特徵為兩到三毫米寬，大於前壁的寬度。而且由於它嵌入在白質內，並夾在兩個非常活躍的神經元組織之間——新皮層下方和殼核上方，殼核是位於大腦深處的一個更大的區域，即基底神經節的一部分——因此很難明確地查明流向前壁而不是附近大型結構的血流變化。
龍登場
理解功能的方法是研究結構。弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森在 1953 年出色地證明了這個想法。他們從 DNA（遺傳分子）的雙螺旋化學結構中推斷出 DNA 的關鍵功能——也就是說，儲存和複製遺傳資訊。半個世紀後，當時的生物學界最受尊敬的賢者克里克也嘗試了同樣的遊戲，將結構（前壁）與功能（整合的意識體驗的出現）聯絡起來。
儘管意識學者對這種最神秘現象的許多方面存在分歧，但幾乎所有人都同意，任何主觀體驗的定義屬性之一是它是統一的。任何體驗都不能還原為獨立的組成部分。每一種體驗都是不可簡化的。當我看著我妻子的臉時，我並沒有看到一張黑白照片中的兩隻眼睛，上面疊加著一層獨立的藍色。不，我將她的藍色眼睛感知為一個完整而無縫的整體。我也不會體驗到我的伯恩山犬用鼻子做著滑稽的事情，同時房間裡充滿了嘈雜的聲音；不，我聽到它的叫聲。“蜜月”這個詞的體驗不能還原為左邊看到“蜜”和右邊看到“月”的體驗。
我們知道，不同的神經元群會變得活躍，以響應常見的特徵，如顏色和運動、面孔和狗、文字、聲音等等。這些細胞分散在構成大腦皮層的 160 億個神經元中。活躍和不活躍的細胞共同產生了意識體驗。此外，我們從內省中知道，我們的意識內容處於不斷變化之中。
我正要轉回身寫文章，卻被我家外面的湖上駛過的一艘摩托艇吸引了注意力，這時我突然想起我答應去買狗糧，然後我的注意力突然轉移到收音機裡播放的理查德·瓦格納的《愛之死》。這些景象、聲音、記憶或想法中的每一個都要求快速繫結一組特權神經元的潛在電活動和化學活動，從而產生一種持續短暫瞬間的整合意識體驗，直到下一個神經元集合形成，新的體驗取代舊的體驗。
觀察前壁和皮層之間遙遠的雙向連線，克里克和我——因為在 2004 年的那個時候，我與他密切合作了 16 年——假設這個神經元活動的超級中樞可能是意識的關鍵。由於每個皮層區域都投射到其相關的前壁目標區域，並且這個神經通訊中樞回報了連線，因此前壁可以充當交叉電訊號的整合器，前提是所有這些資訊都可以在結構內自由混合。我們無休止地討論了前壁實現這種整合的各種神經解剖學和生物物理學方法，並撰寫了一份手稿。
弗朗西斯知道他的時間不多了；他患有晚期結腸癌。他在去醫院的路上給我打電話，平靜地告訴我不要擔心我們上次頭腦風暴會議後的手稿，因為他要對它進行更正（他確實這樣做了，在診所裡口述給他的秘書）。兩天後，在弗朗西斯的病床上，他幻想著與我辯論前壁與意識的聯絡，他真是一個至死方休的科學家。該論文一年後發表在世界上最古老的科學期刊《Philosophical Transactions of the Royal Society》（英國皇家學會哲學彙刊）上。
電極登場
在隨後的幾年裡，一些研究進一步描述了齧齒動物前壁的分子神經解剖學，以及人類前壁連線的粗略圖譜。一項調查側重於前壁在整合視覺和聽覺刺激中的作用。研究人員使用微電極記錄清醒猴子的電活動，證實前壁的一部分傾向於對視覺刺激反應更強烈，而其附近的區域之一對聲音敏感。但沒有單個神經元對視覺和聽覺事件都有反應，這反駁了前壁的多感官作用，從而使其失去了任何明顯的功能。
隨著一份引人注目的個案報告的出現，這種看似僵局的情況可能已經發生了改變。一位患有無法控制的癲癇發作的 54 歲女性在大腦深處植入了電極，以幫助查明癲癇發作的確切起源。在此過程中，電極可以三角定位癲癇發作的焦點區域，以便可以透過手術將其切除。他們還可以注入電流來幫助繪製大腦圖譜，識別負責重要功能（如言語或運動）的區域，從而在手術過程中避開這些區域。
由喬治·華盛頓大學神經病學系副教授 Mohamad Z. Koubeissi 領導的臨床團隊做出了一個非凡的觀察：在 10 次試驗中的 10 次中，用相當大的電流電刺激單個部位會突然損害意識——患者茫然地向前看，對指令沒有反應，並停止閱讀。一旦刺激停止，意識就會恢復，患者不記得失去意識期間發生的任何事件。請注意，她並沒有像通常意義上的那樣失去意識，因為如果刺激開始前已經開始執行一些簡單的行為，她仍然可以繼續執行幾秒鐘——例如重複做伸舌頭或手部動作或重複一個詞。 Koubeissi 小心翼翼地監測她整個大腦的電活動，以確認意識喪失的事件並非伴隨癲癇發作。
這位患者的病例有兩個方面是以前從未見過的。首先，儘管對清醒患者的前腦進行電刺激已有數十年之久，但以前從未報道過意識的突然而特定的停止和恢復。根據刺激電極的位置，患者通常不會有任何特別的感覺。較少見的情況是，患者可能會報告閃光、氣味或一些難以言表的身體感覺，甚至可能是電刺激喚起的很久以前的特定記憶。或者患者會抽搐手指或肌肉。但這個案例有所不同。在這裡，整個意識似乎被關閉，然後再次開啟。其次，它只發生在一個地方，即靠近前壁和皮層的白質中。由於已知對附近島葉的電刺激不會引起意識喪失，因此研究人員認為與前壁有關。
很難確信實際的因果機制——刺激可能觸發了來自神經元導線狀延伸部分的放電，從而在另一個部位產生影響。不幸的是，這個誘人的個案報告無法輕易地透過更多實驗進行跟進，因為患者的電極隨後被移除。
我們沒有奢侈地等待類似的發現，也許要等一個世紀之久，因此重要的是設計實驗來證實任何前壁的“開/關”開關的存在和特性。最有希望的想法是利用在前壁細胞中特異性表達但在其他大腦結構中不表達的蛋白質。瞭解這些細胞的分子郵政編碼後，就可以利用分子生物學工具，用彩色光束快速而短暫地開啟和關閉前壁神經元的電活動，並觀察對實驗小鼠行為的影響。
如果前壁真的在產生意識體驗中起著關鍵作用，我們將會發現，並朝著最終目標邁出又一小步，即在高度興奮的物質中識別出意識的足跡。 Per claustra ad astra! （透過前壁，通往星辰！）