神經(jīng)科學(xué)與自由意志

周不潤  

neurotim

神經(jīng)科學(xué)范圍內(nèi)，自由意志是指人可以有意識地控制自己的行為。然而一直以來，很多人都認(rèn)為人類的自由意志根本是個幻覺。

這種說法的主要來源是1980年代美國科學(xué)家Benjamin Libet的一個實驗。實驗中，研究人員要求被試者坐在桌子前，面對桌上的一個計時器。然后把EEG的電極連在被試者的頭上，然后要求被試者做一些小動作，例如按一個按鈕，搖一搖手指等等。被試者被要求，在意識到自己將要做動作之前，注意一下計時器上的時間；被試者做出動作的時間同樣被記錄下來。通過這兩個時間的間隔，研究人員可以得知被試者從意識到自己要做動作，到真正做出動作，需要多長時間。這個時間平均是200毫秒。

被試者的EEG數(shù)據(jù)也同樣被記錄下來。研究人員發(fā)現(xiàn)，被試者在做出動作之前，次級運動皮層總會先有活動，這個活動發(fā)生的時間平均比做出動作的時間早500毫秒。這就是說，被試者意識到自己要做動作的時間，其實比大腦產(chǎn)生活動的時間晚了300毫秒。換句話說，大腦先“決定”了要做動作（這時候你并沒有意識到，但EEG能檢測到），然后你才意識到要做動作，最后做出動作。那么這也許意味著，人也許是沒有自由意志的，人的每一個決定，其實是大腦已經(jīng)安排好的，只是沒有意識到而已。

Benjamin Libet之后的很多研究試圖挑出他的錯誤，但更多的研究證實了Benjamin Libet研究的結(jié)論。更先進(jìn)的技術(shù)如功能磁共振成像（fMRI）以及電極植入對神經(jīng)元活動的直接記錄，都驗證了Benjamin Libet實驗的正確性。這些結(jié)果都說明，人是沒有自由意志的，人的每一個決定都是由意識控制之外的神經(jīng)活動所決定的。

而上個月PNAS上的一篇文章給了人們一點新希望。研究人員希望看到被試者的無意識大腦活動發(fā)生以后，是不是還能取消預(yù)定的動作，如果能，就意味著人可能可以有意識地干預(yù)和否決那些超出意志控制的活動。

任務(wù)很簡單，被試者被要求看到綠燈就踩腳踏板，看到紅燈就停止。然而在腦機(jī)接口的輔助下，電腦一旦檢測出被試者試圖做出動作的腦部活動，就打開紅燈。如果人的動作是無法被意識控制的，那么被試者會無法應(yīng)對突然出現(xiàn)的紅燈，踩腳踏板的動作就會一直做下去。事實證明，很多被試者都可以中止自己的動作。這就表明，人不是完全被無意識的大腦活動所控制的，人可以在決策過程中干預(yù)和中斷某些行為，雖然不能認(rèn)為自由意志完全存在，最起碼人類的“自由”比之前想象的要多一點。

在這之前，同樣有一批法國的科學(xué)家認(rèn)為，Benjamin Libet實驗中檢測到的大腦活動，只是人們在形成一個模糊的意圖過程中，神經(jīng)活動發(fā)生漲落的背景。而當(dāng)神經(jīng)活動一旦超過某個閾值時，決定就被作出，這時人就可以主觀上感覺到?jīng)Q定的產(chǎn)生。因此，人還是有自由意志的。

這場爭論，顯然還會持續(xù)很久。

從量子力學(xué)的角度看我們有沒有自由意志？

薛宇

華中科大，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，教授

我們“信奉”一個很大的宇宙，這個宇宙比托勒密、哥白尼、伽利略以及牛頓時代人們相信的宇宙要大的多。

“標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)”告訴我們，大約在137~140億年前，宇宙從一個奇點開始發(fā)生大爆炸，在大約10^-30秒內(nèi)，宇宙空間暴漲，從微觀變成宏觀長大了10²⁶倍，在這個極短的暴漲期內(nèi)，存在“量子漲落”的現(xiàn)象，各個方向存在極其微小的不均勻性，大約是十萬分之一。

物理學(xué)家告訴我們，正是因為這十萬分之一的漲落，才使得恒星、星系以及星系團(tuán)的產(chǎn)生，才有我們現(xiàn)在的世界【1,2】。

如果你愿意，不妨可以簡單的理解這十萬分之一的隨機(jī)漲落就是或者可能是宇宙的“自由意志”，因此在宏觀的層面，自由意志的存在是可能的。

在微觀的層面，有兩位學(xué)者John H. Conway和Simon Kochen在2006年證明了一個“自由意志”定理（CK定理）【3】，2009年又給出了一個更強(qiáng)的證明【4】，淼叔（著名物理學(xué)家李淼教授）花了很長的篇幅來解釋CK定理的推導(dǎo)過程，細(xì)節(jié)我沒有看懂，但這個定理的結(jié)論很容易搞懂，即如果我們?nèi)祟愑凶杂梢庵?，則基本粒子也同樣有自由意志（“It asserts, roughly, that if indeed we humans have free will, then elementary particles already have their own small share of this valuable commodity.”）

為這個問題我請教過淼叔，這玩意兒能證明人有自由意志嗎？答：不能證明，我認(rèn)為是證據(jù)。因為有這個定理的存在，所以很多人開始相信微觀層面可能是存在自由意志的。

不過，無論是宏觀還是微觀，是否存在自由意志都不能解釋我們，或者說人類，或者說，介觀，是否存在自由意志。

淼叔今年撰寫的兩本書里，對這個問題都有很詳細(xì)的探討，例如基督教或經(jīng)院哲學(xué)的兩位大家奧古斯丁和托馬斯·阿奎那都認(rèn)為人有自由意志，所以我們可以自由決定究竟是否信仰上帝。

但康德堅決支持決定論，排除自由意志的存在，其中最有力的證據(jù)是，決定論的基本規(guī)則是普遍因果性原理，這個原理是我們用來解釋任何經(jīng)驗的規(guī)則之一【6】。

舉個例子，我現(xiàn)在坐在辦公室里寫博文，突然就不寫了站起來拿頭去撞墻，撞完了之后又爬地上打滾，滾完了之后又開始大喊大叫，這叫自由意志不？不是，這叫神經(jīng)不正常。所以我這些假設(shè)的行為是果，神經(jīng)不正常是因，仍然符合因果律，所以也就沒有自由意志。

但假如我正在寫著博客，突然一下就漂浮在空中，然后下一時刻出現(xiàn)在家里，再一下刻又突然站在天安門廣場享受霧霾，再再下一刻又騎著引力波穿越地球了，各個前后出現(xiàn)的事件之間沒有因果關(guān)系，并且假如是真的出現(xiàn)了，那我是有自由意志的。

康德的這個證據(jù)非常之有力，以至于后來再探討自由意志的存在性時，因果性是否存在成為繞不過去的坎。

我最喜歡的哲學(xué)家休謨，否定因果性的存在，認(rèn)為事件出現(xiàn)的先后順序不必須存在必然的因果關(guān)系。

另一位哲學(xué)家伯格森，將決定論的觀點分為物理的和心理的，然后證明物理的決定論其實等同于心理的決定論，然后證明決定論其實就是心理上的幻覺，既然是幻覺，那么決定論當(dāng)然是不存在的，人是有自由意志的【7】。

伯格森這本書不長但通篇口水仗云里霧里，咱沒有本事看明白推導(dǎo)過程，所以只看了結(jié)論?？档码m然堅決捍衛(wèi)因果關(guān)系支持決定論，但又偷偷給自由意志的存在性留了個可能的窗口，即我們面對過去要用因果關(guān)系來解釋，面對未來我們又是自由的。

所以哲學(xué)和宗教上千年的口水仗打下來，最終究竟大家看的云里霧里，搞不清楚自由意志究竟是有，還是沒有。因此哲學(xué)也開始在做實驗了【8】。

對，你木有看錯，哲學(xué)家真的要做實驗，而且一個很好的問題就是要驗證自由意志是否存在。所以，連哲學(xué)家們都在做實驗，生物信息學(xué)家們還能不做實驗嗎？

另外，從生命科學(xué)的角度探索自由意志是否存在，主要是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的菜，其中認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的牛人邁克爾·加扎尼加的書里，認(rèn)為意識的基礎(chǔ)是大腦，或者是神經(jīng)元，或者是神經(jīng)元的活動【9】。

神經(jīng)元或大腦的活動受到環(huán)境的影響，從而決定意識的產(chǎn)生，進(jìn)而決定我們的行為，所以因果關(guān)系是存在的，我們沒有自由意志。有意思的事，這本書前三章基于科學(xué)證據(jù)，基本上可以推斷自由意志不存在，但后三章開始，作者又開始想辦法找各種理由推測自由意志可以存在，不過貌似證據(jù)不怎么有力。所以看后不禁莞爾。

當(dāng)然，這里你肯定要問，好吧，我們清醒的時候，也就是有意識的時候，我們的行為是受控的，可問題是我們常常處于無意識狀態(tài)。

例如我們進(jìn)入考場坐下看到試卷的時候，打開基金委網(wǎng)站準(zhǔn)備開始寫本子的時候，腦子里一片空白，事后我都不知道我究竟寫了什么東西，這也是決定的？還是自由意志的結(jié)果？

研究表明，即使是無意識，也能決定下一步的行為【10,11】。例如2008年的一項研究表明，根據(jù)大腦的無意識活動，可以比較準(zhǔn)確的預(yù)測其7秒之后的行為【10】。

這個研究組在2013年的另一項研究里，發(fā)現(xiàn)人類面對抽象問題的決策，可以被4秒之前的大腦無意識活動所決定【11】。所以即使是無意識的大腦活動，也決定了我們的行為。那么是否可以據(jù)此斷定自由意志必然不存在？先看下圖：

這兩幅圖摘自上述的兩篇論文，用的什么實驗方法做的什么實驗得到什么結(jié)果，我們可以忽略掉，這兩張圖縱軸是預(yù)測準(zhǔn)確性，橫軸是時間（單位是秒）。很顯然，準(zhǔn)確性最高也就60%左右，考慮到不同被試者之間存在差異，所以預(yù)測準(zhǔn)確性也就馬馬虎虎，不能算很高，因此有兩種解釋，一是實驗技術(shù)有待提高，等提高了之后預(yù)測也就準(zhǔn)了；另一種解釋就是自由意志還是存在的，所以預(yù)測不夠準(zhǔn)確。

好，做個總結(jié)：

第一，很多以前看起來不應(yīng)該是科學(xué)來解決的問題，已經(jīng)逐漸開始成為科學(xué)可以并且也必須面對和解決的問題；

第二，科學(xué)給我們的承諾，就是沿著科學(xué)的方向，我們可以嘗試探索一些“大問題”的答案；

第三，自由意志是否存在，這顯然已經(jīng)成為一個科學(xué)問題，除了從神經(jīng)科學(xué)的角度去探討，其他領(lǐng)域諸如胚胎學(xué)、細(xì)胞學(xué)以及進(jìn)化生物學(xué)也有探討，例如我寫完《周期素：學(xué)渣的驚天逆襲》【上，下】之后發(fā)給我的老師看，他推薦我看他師公Marc Kirschner和太師公John C. Gerhart合寫的一本書《生命的合理性》（The Plausibility of Life）【12】，提出了“促進(jìn)變異”（Facilitated Variation）理論，認(rèn)為生命在進(jìn)化過程中，其表型的變異是有方向而不是隨機(jī)的，所以有限的變異即可在自然選擇的作用下達(dá)到當(dāng)今的物種多樣性。因此生命的進(jìn)化過程并不需要自由意志。

第四，為什么量子糾纏會和自由意志扯到一起？這個咱懂的不多，貌似量子糾纏有很多奇妙的特性，可以不符合因果律。

參考文獻(xiàn)：

1. 李淼，《想象另一種可能》，鷺江出版社，2015年，176頁起（宇宙學(xué)）；126頁起（探討自由意志）

2. 查爾斯·詹克斯（Charles Jencks），《現(xiàn)代主義的臨界點：后現(xiàn)代主義向何處去》，北京大學(xué)出版社，2011年，145頁起

3. Conway, John; Simon Kochen(2006). ''The Free WillTheorem''. Foundations of Physics 36 (10): 1441.arXiv:quant-ph/0604079.

4. Conway, John H., and Simon Kochen (2009). ''The strong free will theorem'' (PDF). Notices of the AMS 56 (2): 226–232.

5. 李淼，《<三體>中的物理學(xué)》，四川科學(xué)技術(shù)出版社，2015年，第12、13章

6. 羅伯特·所羅門，凱思林·希金斯，《大問題：簡明哲學(xué)導(dǎo)論》，廣西師范大學(xué)出版社，2014年，294頁起

7. 伯格森，《時間與自由意志》，商務(wù)印書館，1958

8. Nichols S. (2011) Experimental philosophy and the problem of free will. Science, 331(6023):1401-3

9. [美] 邁克爾·加扎尼加著，《誰說了算?自由意志的心理學(xué)解讀》，浙江人民出版社，2013年

10. Soon CS, Brass M, Heinze HJ,Haynes JD. (2008) Unconscious determinants of free decisions in the human brain. Nat Neurosci., 11(5):543-5.

11. Soon CS, He AH, Bode S, HaynesJD. (2013) Predicting free choices for abstract intentions. Proc Natl Acad Sci U S A., 110(15):6217-22

12. Kirschner, Marc W./ Gerhart, John C./ Norton, John (ILT). 《The Plausibility of Life》，2006-11，Yale Univ P