意识理论
摘要
近年来，关于意识的生物学和物理学基础的理论蓬勃发展。好的理论指导实证研究，使我们能够解释数据，开发新的实验技术，并扩大我们操纵感兴趣现象的能力。确实，只有当以理论的形式表述时，实证发现才能最终提供对现象的满意理解。然而，在意识的情况下，目前尚不清楚现有理论之间的关系，或者它们是否可以被经验区分。为了阐明这一复杂的格局，我们回顾了四种突出的理论方法来理解意识：高阶理论、全球工作空间理论、再入和预测处理理论和综合信息理论。我们通过识别它们提出解释意识的哪些方面、它们的神经生物学承诺是什么以及支持它们的实证数据是什么来描述每种方法的关键特征。我们考虑一些突出的实证辩论如何可能区分这些理论，并概述理论需要如何发展，以实现在意识神经科学中成熟的理论测试体系。有充分的理由认为，意识理论的迭代发展、测试和比较将导致对这一最深奥的谜团有更深入的理解。
在意识科学的早期复兴年代，研究的重点放在寻找“意识的神经相关物”（NCCs）上。从形式上讲，意识状态的NCCs是联合起来足以产生该状态的最小神经事件集合；在实践中，寻找NCCs涉及寻找与意识最密切相关的大脑状态和过程[1-3]。专注于寻找NCCs是有用的，因为NCCs的概念相对“理论中性”，因此NCC框架为持有不同理论和甚至形而上学承诺的研究人员提供了共同的语言和方法论。然而，NCC框架的局限性变得越来越明显，例如在区分“真正的”NCCs与意识的神经先决条件和后果时所涉及的挑战[4-7]。为了应对这些局限性，人们越来越关注意识理论（ToCs）的发展。有了ToC，我们就能超越基于NCC的方法论，转向提供解释性洞见的意识模型。实际上，拥有一个经过经验验证的ToC应该是意识科学的主要目标[8,9]。
NCC方法优先考虑寻找大脑活动与意识之间的相关性，而理论方法则专注于识别神经机制与意识方面之间的解释性联系[10]。尽管如此，理论家们经常使用不同的概念来确保大脑活动与意识之间的解释性联系。一些人假设一个令人满意的ToC应该并且能够弥合“解释性差距”（Box 1），并且有可能使大脑活动与意识之间的关系像水的化学结构与其总体行为特征之间的关系一样透明[11]。其他人怀疑或保持不可知论，是否解释性差距会完全弥合，但仍然希望有一个框架可以解释意识的某些方面，并在此过程中减少或消除围绕其生物物理基础的神秘感[12,13]。还有一些人认为解释性差距的直觉是误导性的，意识科学不应该将其当回事[14,15]。
现在有一系列候选的ToCs（表1）。值得注意的是，随着经验数据的积累，ToCs并没有逐渐被“排除”，反而似乎在增多。这种增多导致了将现有理论相互整合的尝试[16]，以及“对抗性合作”的发展，在这种合作中，竞争理论的支持者事先就一个提议的实验结果是否会支持或削弱他们偏好的理论达成一致[17]。然而，如我们所讨论的，理论整合和对抗性合作都面临着重大挑战。
框1 | 意识理论与“硬问题”
在1990年代，大卫·查默斯（David Chalmers）著名地区分了意识的“硬”和“易”问题[164]。易问题涉及与意识相关的功能和行为，而硬问题涉及意识的经验（现象、主观）维度。使硬问题变得困难的是“解释性差距”[165]——这种直觉似乎无法完全用物理或功能术语对经验进行还原性解释。
一些意识理论（ToCs）（例如，综合信息理论（IIT）和某些版本的高阶理论（HOT））直接解决了硬问题。其他理论（例如，全球工作空间理论（GWT））关注与意识相关联的功能和行为属性；尽管它们可以被视为在解决硬问题，但这并不是其支持者的主要目标。第三种策略（由一些预测处理理论家采用）旨在提供一个框架，在该框架中可以解决有关意识现象属性的各种问题，而不试图解释现象本身的存在——这种方法有时被称为“真正的问题”[13,166]。
在这个领域中一个关键问题是，硬问题是否真的是一个应该由意识科学来解决的真正挑战，或者是否应该被消除而不是解决。那些持后一种观点的人经常认为，一个独特硬问题的表象源于我们在表示自己的意识状态时所使用的概念（“现象概念”）的特殊特征[167,168]。相关的观点是幻觉主义，它认为我们实际上并没有现象状态，而只是代表自己拥有这样的状态[14,15]。不管这些提议的优点如何，随着我们解释、预测和控制意识的现象和功能属性的能力扩展，硬问题的控制力可能会减弱[166,169]。
在这篇综述中，我们考虑了一系列意识理论（ToCs）如何相互关联以及与实证数据的关系，并我们识别了一些有希望的途径，通过这些途径，理论发展和实证研究可以相互支持，共同寻找对意识体验的满意科学解释。我们的关注范围限制在那些用神经生物学术语表达的或者合理地推断出可以表达为神经生物学术语的主张的理论。（正如我们将看到的，一些“神经生物学”的ToCs是用功能关系或信息理论的抽象语言表达的，它们之所以被视为“神经生物学”的，是因为它们所依赖的抽象特征与特定的神经机制相关联。）我们还只考虑与已知物理理论一致的神经科学理论，并且我们也将那些将意识直接与量子力学过程联系起来的理论放在一边（例如，见参考文献18,19）。
解释性差距直觉
直觉认为，用物理、机械的术语完全满意地解释意识是没有前景的。
对抗性合作
不同理论的支持者共同设计实验以区分他们偏好的理论，并事先就结果将如何支持一个理论而不是其他理论达成一致的研究项目。
全局状态
与有机体的整体意识状态相关，通常与唤醒和行为反应性相关，并与意识的“水平”相关。
局部状态
与特定的意识心理状态相关，如意识感知、情绪或思想。局部状态也常被称为意识内容。
初步讨论
意识理论（ToCs）之间“对话”往往没有交集的一个主要原因是它们通常有不同的解释目标。因此，我们首先考虑一个全面的ToC应该旨在解释的内容，注意到即使是这个问题也是有争议的，理论家们经常对ToC应该解释的现象类型存在分歧。
意识问题的核心是“体验”或“主观意识”的问题。尽管无法提供这些术语的非循环定义，但可以通过一些直观的区分来阐明目标现象。对于一个有机体来说，有“某种感觉”是意识的[20]，一种意识状态的感觉与另一种意识状态的感觉是不同的。一个全面的ToC将解释为什么有些有机体或系统是有意识的，而其他则不是，并且它还将解释为什么意识状态以它们的方式相互不同。
意识状态可以分为两类：全局状态和局部状态。全局状态涉及有机体的整体主观轮廓，与唤醒和行为反应性的变化相关。熟悉的全局状态包括清醒、梦境、镇静、最小意识状态，以及（可能的）迷幻状态。这些全局状态有时被称为意识的“水平”，但我们更喜欢“全局状态”这个术语，因为它留下了这些状态不能根据单一维度给出完整排序的可能性，而最好被概念化为多维空间中的区域[21]。
局部状态——通常被称为“意识内容”或具有“感受质”的状态——以“在其中的感觉”为特征。与头痛相关的局部状态与与闻到咖啡相关的局部状态是不同的，因为头痛的感觉与闻到咖啡的感觉是不同的。局部状态可以用不同粒度的描述，从低级的感知特征（例如，颜色），到物体，到完整的多模态感知场景。一个重要的局部状态子集支撑着自我体验，这包括情绪、情感、意志、身体所有权、明确的自传体记忆等体验[13,22-24]。尽管神经生物学理论倾向于关注具有感官和感知内容的局部状态，意识也包括具有认知和命题内容的局部状态，例如解决填字游戏时出现的想法。重要的是，一个主体在特定时间拥有的局部状态并不是作为独立元素发生的，而是作为单个意识场景的组成部分被绑定在一起，这个场景包括了主体的每个局部状态[25,26]。
第二个区分是意识的现象属性和它的功能属性。前者指的是意识的经验特征，正如“感觉上是什么样”这个短语所暗示的。意识的功能方面涉及心理状态因有意识而在游戏中扮演的角色（s）。（这里的“功能”包括目的论功能——由进化塑造的功能角色——和倾向功能——一个过程在其所属的更大系统中所扮演的角色；参见参考文献27）。例如，有意识地看到一个咖啡杯可能使一系列功能成为可能，比如能够灵活地对待杯子（也许是喝它，或者把它扔到房间的另一边），建立对该事件的情节记忆，以及提供有关体验的口头报告。在做出这种区分时，我们并不是声称现象属性和功能属性是独立的（它们很可能不是独立的），只是它们为ToCs提供了不同的解释目标。正如我们将看到的，一些ToCs关注意识的现象特征，其他ToCs关注意识的功能特征，还有一些ToCs试图解释意识的功能和现象特征。
双眼竞争
这是一种现象，向每只眼睛呈现不同的图像，意识感知在两个图像之间交替出现。
第三种区分是关于局部状态（“内容”）的两种问题，ToC可能试图回答这些问题。一方面，人们可能会问为什么一个主体处于某个特定的局部状态（而不是另一个）。另一方面，人们可能会问为什么特定的局部状态具有它所具有的经验特征（而不是某种其他类型的经验特征）。这种区分可以通过参考双眼竞争来解释，在双眼竞争中，每只眼睛被呈现不同的刺激（比如说，右眼看到一个房子，左眼看到一张脸），被试的视觉体验在左眼刺激和右眼刺激之间交替[28]。假设在某个特定时刻，意识内容涉及房子，而脸没有被意识感知。在这里，我们可以问为什么对应于“房子”的心理状态是有意识的（而“脸”是无意识的），我们也可以问为什么看到房子的视觉体验具有它们所具有的独特经验特征，而不是比如说看到脸、听到铃声或感到疼痛的经验特征。
我们选择的理论包括那些本质上是神经生物学的，或者有可能用神经生物学术语表达的理论。
现象特征：局部状态的经验性质，比如体验到的红色的“红”或牙痛的“痛”——有时也被称为感受质。
元表征：一个心理表征，它以另一个心理表征为目标。
值得注意的是，可能有一些内容不能是意识的（例如，在早期感官或调节系统中的低级处理）；还有一些内容只能作为意识存在（例如，全局整合的感知场景）。因此，除了解释为什么一些心理内容在某些情境下是有意识的而在其他情境下不是，另一个挑战是解释为什么一些内容永远不能是有意识的，以及为什么其他内容只能作为有意识的存在。
与我们刚刚确定的问题范围相比，大多数ToCs的目标是解释意识的某些方面，可能是作为成为全面理论的一个步骤。虽然在某种程度上受到限制本身并不是对ToC的反对，但这确实意味着理论间比较的任务并不像它可能本来应该是的那样直接。如果理论针对的是意识的不同方面（比如说，一个理论专注于意识的现象特征，而另一个理论专注于其功能特征），那么它们可能并不是乍一看似乎是“对手”。
我们在这里回顾的ToCs被分为四类：高阶理论（HOTs）、全球工作空间理论（GWTs）、综合信息理论（IIT）和再入和预测处理理论。尽管一些意识账户跨越了多个类别，还有其他一些不太可能被归入这些类别中的任何一个（表1），这种四分法的ToCs提供了一个有用的视角，通过它来观察意识科学的现状（框2；关于其他理论分组方式，参见例如参考文献29）。接下来，我们介绍每个类别的关键要素，描述一些值得注意的类别内差异，并确定与每个类别最密切相关的意识方面。然后，我们展示了这些ToCs在一些突出的实证辩论中如何相互关联，并提出了几个建议，我们认为，这些建议将有助于推动理论发展和实验调查之间的良性循环。
框2 | 其他方法：注意力、学习和情感
意识理论（ToCs）的领域除了本综述中调查的那些之外，还包括许多其他理论方法（表1）。一种方法专注于注意力。例如，格拉齐亚诺的注意力图式理论将意识感知与注意力控制模型联系起来[148]。另一种基于注意力的ToC是被注意的中间表征理论。杰克恩多夫[141]首次提出，普林茨[142]详细辩护，该理论认为当中间级别的感知表征获得注意力时，意识就出现了。
其他理论方法专注于学习。这些包括贾布隆卡和金斯堡的提议，即最小意识是由他们称之为“无限联想学习”的一种联想学习形式支持的。根据他们的提议，这种学习形式使有机体能够将动机价值与新奇的、复合的和非反射诱导的刺激或行动联系起来[150]。其他基于学习的理论与我们已经描述的一些理论重叠，如克莱雷曼斯的高阶理论（HOT）版本[34,140]和拉姆梅的局部再入账户，该账户认为再入信号因其在学习中的作用而支撑意识[65]。基于学习的理论也与“选择主义”方法密切相关，这些方法将意识基础于神经元群体内部和之间的类似进化的动态[145,146]。
基于情感的理论强调大脑在生理调节中的作用是意识的基础。这些理论包括达马西奥的提议，即意识依赖于有机体生理条件的层次嵌套表征[147,170]，以及将基于情感的强调与预测处理结合起来的提议，将意识体验基础于控制导向的内脏预测[13,77,90]。一些基于情感的理论否认皮质机制对意识是必要的，而是将意识机制定位在脑干[171,172]（尽管参见参考文献173）。
高阶理论
所有高阶理论（HOTs）的核心主张是，一个心理状态因为有某种元表征状态作为目标而成为有意识的。元表征不仅仅是在处理层次结构中更高或更深的表征，而是以其他表征为目标的表征（图1）。例如，一个内容为“我有一个移动点的视觉体验”的表征是一个元表征，因为它的内容涉及主体对世界自身的表征，而不是世界本身。
HOTs之间的一个重要区别在于它们对负责意识的元表征的性质和角色的解释。这种方法的一些版本将对意识至关重要的元表征种类与具有概念内容的思维（或类似思维的状态）等同起来[30-32]。HOT的其他变体以计算术语表达。根据自组织元表征账户，意识涉及更高阶大脑网络学习重新描述低阶网络编码的表征，以一种算作元表征的方式[33,34]。或者，高阶状态空间理论提出，主观报告（例如，“我意识到X”这样的陈述）是关于感知内容的生成模型的元认知（更高阶）决策[35]，而感知现实监控则认为，当一个更高阶网络判断一个一阶表征是外部世界的可靠反映时，意识感知就产生了[36,37]。
从上述内容中应该清楚，HOTs专注于解释为什么一些内容是有意识的，而其他内容则不是。然而，这些理论并不局限于这个特定的焦点——它们也有资源来解决与局部状态的经验特征相关的问题。一个突出的例子涉及（有争议的）直觉，即感知体验的内容经常超出“一阶”感觉表征中可用的信息，如在周边视觉的情境中所声称的那样[38,39]。基于HOT的提议是，周边视觉体验中明显的“膨胀”现象是由对一阶状态的更高阶误表征引起的[40]。HOT方法也可以扩展到解释为什么一些内容无法成为有意识的（它们不能成为适当元表征状态的目标），以及为什么一些内容必然是有意识的（它们必然伴随着适当的元表征状态）。
HOTs很少关注意识的全局状态，但很自然地，它们会诉诸于（元）表征过程的完整性来解释全局状态之间的区别。
一个特别有趣的问题是，高阶理论（HOTs）是否（以及如果确实如此，如何）解释各种体验的独特现象特征。为什么与观看日落相关的现象特征与头痛相关的现象特征如此不同？高阶理论对这个问题的一般回答是，状态的现象特征由相关元表征状态归因给它的属性决定。大多数这种方法的例子都集中在视觉体验上[40]，但也有高阶尝试解释情绪状态[41]和元认知状态的现象特征，比如在感知决策中感到自信的“感觉”[42,43]。最终，任何完全还原性的高阶理论版本都必须解释为什么各种属性的表征会产生它的现象学（或与之相同），以及神经活动如何首先使相关属性得以表征。
高阶意识理论主要是关于什么使心理状态成为有意识的，因此，这种方法并不承诺对意识的功能有任何特定观点。实际上，一些HOTs淡化了意识有任何独特功能的观点[44]。其他版本的高阶理论将意识的功能角色与信心判断和错误监控相关的元认知过程等同起来[45]。然而，尽管高阶观点允许有意识的心理状态伴随着有意识的元认知判断——比如那些涉及在显性性能监控或主观信心报告中的——但大多数版本的这种方法并不要求有意识的感知总是伴随着相应的有意识的元认知状态。相反，为了使元表征成为有意识的，它们本身必须是适当元表征状态的对象。
关于意识的神经基础，对元表征的强调导致高阶理论家强调前皮质区域，特别是前额皮质[30]，因为这些区域与复杂的认知功能相关联。然而，尽管大多数HOTs提出前部参与与意识有关，但对于确切需要哪些前部区域（或过程）存在分歧[46]。
全球工作空间理论（GWTs）
GWTs起源于人工智能中的“黑板”架构，其中黑板是一个集中化的资源，通过它专门的处理器共享和接收信息。第一个意识的全球工作空间理论[47]在认知层面上构建。它提出，意识心理状态是那些对包括注意力、评估、记忆和言语报告在内的广泛认知过程“全局可用”的。GWTs的核心主张是，信息对这些消费者认知系统的广泛可访问性构成了意识体验（图2）。
这一基本主张后来发展成为一个神经理论——通常被称为“全球神经工作空间理论”——根据这一理论，当感觉信息在解剖学上广泛的神经工作空间内被“广播”时，它就获得了意识的访问，这个工作空间是通过高阶皮质联合区域实现的，特别（尽管不是唯一）强调前额皮质[48,49]。通过非线性网络“点燃”实现对全球工作空间的访问，其中递归处理放大和维持神经表征[50]。强调点燃和广播——与元表征相比——是GWT与HOT方法区分的一种方式。
像HOT一样，GWT关注的问题是什么使表征成为有意识的，GWT理论家很少尝试解释不同类型体验之间的现象差异（尽管参见参考文献[51]）。回到我们双眼竞争的例子，GWT观点旨在解释为什么在特定时刻，“房子”对应的心理状态是有意识的（而“脸”对应的是无意识的），但它没有直接解释看到房子与看到脸之间的体验对比。
GWT在体验特征问题上的相对沉默与这类理论通常关注意识的功能而非现象方面的总体趋势一致。实际上，GWT经常明确地被提出作为“意识访问”的解释；即，作为解释为什么某些表征可以被广泛使用的消费者系统灵活使用（而其他表征则不能）。GWT解决的核心功能属性是意识状态指导行为和认知的能力，以灵活、依赖上下文的方式。GWT还清楚地解释了意识与其他认知过程，如注意力和工作记忆的关系。根据GWT，注意力选择并放大特定信号，允许它们进入工作空间（从而成为有意识的），而意识和工作记忆密切相关，因为被注意的工作记忆项目是有意识的，并使用全球工作空间进行广播[49]。
GWT用工作空间的功能完整性变化来解释意识的全局状态变化。在神经层面上，意识的全球丧失反映在前-顶叶区域的功能或动态连接受损，这些区域被认为是全球工作空间中的“枢纽”节点[52]，以及功能连接越来越受限于直接反映潜在结构连接的模式[53-55]。
无报告范式：参与者不提供主观（言语、行为）报告的行为实验。
Φ（Phi）系统指定的信息量，这些信息量不能简化为其部分所指定的信息。Φ有很多变体，每种都以不同的方式计算，并做出不同的假设。
后热区：大脑后部的一系列区域，包括顶叶、颞叶和枕叶区域，以及像楔前叶这样的区域。
全球工作空间理论（GWTs）引发的一个重要问题涉及什么条件才能使一个工作空间被认定为“全球性”的。是工作空间能够广播给消费系统的数目（和类型）重要，还是工作空间内部发生的广播类型重要？或者，这两个考虑因素都与什么构成“全球工作空间”有关？这些问题需要得到回答，如果我们想要了解全球工作空间理论对于意识的预测，例如在婴儿、脑损伤个体、接受过裂脑手术的人、非人类动物和人工智能系统中的意识。
综合信息理论集
成信息理论（IIT）与高级认知理论（HOTs）或全球工作空间理论（GWTs）的出发点截然不同，它提出了一种数学方法来描述现象学。该理论首先提出了关于意识体验的现象学特征的公理（即被认为自明且适用于所有可能形式意识的属性），并从这些公理中推导出任何意识的物理基质必须满足的属性。IIT随后提出，实现这些属性的物理系统必然也实现了意识（见图3）。具体来说，IIT提出意识应该被理解为与物理系统产生的不可约信息集成的最大值相关的“因果-效应力量”。反过来，集成信息与信息论量Φ相关，它大致上测量了一个系统作为一个整体产生的信息量与其独立考虑的部分相比。在IIT中，意识是一个系统固有的、基本的属性，由组成它的因果机制的性质和它们的状态决定。
与HOTs和GWTs不同，IIT主要将意识与后皮质区域（所谓的“后热区”，包括顶叶、颞叶和枕叶区域）联系起来，部分原因是这些区域展现出适合产生高水平集成信息的神经解剖学属性。同样与GWTs和HOTs不同，后者将意识与皮质信息处理的方面联系起来（即系统功能的描述），IIT并不涉及“信息处理”本身。相反，它将意识与系统内在因果-效应结构的属性联系起来；即，与系统影响自身的因果力量联系起来。根据IIT，任何产生非零最大值（不可约）集成信息的系统都是有意识的，至少在某种程度上。因此，IIT似乎意味着已经存在有意识的非生物系统。
集成信息理论（IIT）是一个相对全面的意识理论，它既提供了对意识全局状态的解释，也提供了对局部状态的解释（见图3）。全局状态与系统产生的不可约整合信息量有关，用Φ来衡量。因此，IIT提倡用单维概念来理解全局状态，因为它将一个有机体的意识水平等同于其Φ值。局部状态的体验特征可以用“概念结构”来理解，IIT将其视为由系统的机械性因果结构所规定的高维空间中的“形状”。这些形状支撑（或等同于）特定种类的现象特征。例如，视觉体验的空间性质与早期视觉皮层中存在的网状机制所规定的因果结构有关。意识的全局统一性是通过整合信息的整合方面来解释的——即它与“整体”产生的信息相比“部分”产生的信息的关联。最后，根据IIT，内容是有意识的（而不是无意识的）当且仅当它们被纳入一个因果“复合体”中，这里的复合体是指物理系统的一个子集，它支撑了最大的不可约整合信息。
回到双目竞争的例子，IIT通过假设报告背后的复合体与对应于“房子”（而不是“脸”）内容的概念结构相关联，来解释为什么主体报告体验到了房子。它还用相应的概念结构的“形状”来解释看到房子与看到脸之间的体验对比。
尽管IIT比大多数意识理论（ToCs）提供了更全面的意识各个方面的处理，但它相对较少讨论意识如何与其他心理方面（如注意力、学习和记忆）相关，并且尚未专注于身体化和环境嵌入对意识的相关性（后者也是HOTs和GWTs的挑战）。尽管如此，IIT理论家已经通过开发“匹配复杂度”的度量来追踪代理与其环境之间的共享信息，并制定基于代理的模型，在这些模型中，能够有效地与其周围环境互动的代理被发现展现出更多的整合信息[^62^-^64^]。
重入和预测处理理论
最后，我们考虑两种理解意识的一般方法，它们强调自上而下的信号在塑造和使意识感知成为可能中的重要性。第一种——再入理论——本身就是意识理论（ToCs），并将意识感知与自上而下的（循环的、再入的）信号联系起来。第二组——预测处理理论——首先不是ToCs，而是更一般的大脑（和身体）功能解释，可以用来制定关于意识属性的解释和预测。
再入理论的动机来自于神经生理学证据，这些证据揭示了自上而下的信号对于意识（通常是视觉）感知的重要性（例如，见参考文献68-70）。在一个著名的再入理论——局部再循环理论中——Lamme认为，感知皮层内的局部循环或再入处理足以产生意识（在其他使能因素，如脑干唤醒的完整性等）的情况下，但顶叶和额叶区域可能需要用来报告感知体验的内容或利用它们进行推理和决策（见图4）。
总的来说，预测处理理论有两个动机。一个动机源于将感知问题视为对感觉信号原因的推断72,73。另一个动机——以自由能量原则为例74——诉诸于所有维持其组织结构的系统所适用的基本控制和调节约束75-77（但见参考文献78）。两者都导致了大脑实现了一个“预测误差最小化”的过程79，该过程通过（通常是自上而下的）感知预测和（通常是自下而上的）预测误差的相互交换来近似贝叶斯推断80（尽管见参考文献81）。一些预测处理的表达方式，如主动推断，增加了感觉预测误差不仅可以通过更新预测来最小化，还可以通过执行动作来实现预期的感觉数据——从而实现一种预测控制82,83。
尽管预测处理理论并非起源于意识理论（ToCs），但已有人提出，它们可以提供神经机制和现象学属性之间的系统性相关性67，其中“系统性”意味着具有理论考虑指导下的解释力，与纯粹的经验相关性形成对比，如在标准的神经相关性（NCC）方法中。从这个角度来看，预测处理理论实现了我们之前概述的ToCs的许多理想特征，但最好被视为意识科学的理论，而不是纯粹的ToCs，因为关于预测处理与意识的关系有多种观点84,85。
预测处理理论通常以自上而下的感知预测的内容来解释局部意识状态73,79,86,87：非正式地说，感知内容由大脑对其感觉原因的“最佳猜测”给出。局部状态的体验特征由所涉及的感知预测的性质决定。例如，视觉中“物体性”的现象学可能可以通过关于行动感觉后果的条件预测来解释87,88，而情绪状态的现象学可能可以通过内脏感觉预测在调节有机体生理状况中的作用来解释89,90。情绪的例子强调了预测处理理论比其他理论更全面地涵盖了与意识自我相关的问题13,77,91。
内感受预测：指的是关于源自身体内部的感觉信号原因的预测（内感受是指从身体“内部”对身体的感知）。
意识的统一性：指的是单一主体在同一时间所经历的体验似乎总是作为单一复杂体验的组成部分出现的事实。
认知访问：一种功能属性，其中一个心理状态能够访问广泛的认知过程，通常包括口头和/或行为报告。
预测处理可以解释意识和无意识状态之间的区别，即一个心理状态是否是感知推断过程中当前“最佳猜测”（或最优后验）的一部分。
在双目竞争的例子中，预测处理理论设想了两个相互竞争的感知假设（最佳猜测），其中一个“获胜”，导致感知优势。来自另一假设的感觉信号累积为预测误差，最终导致感知转换，在这一点上，由先前占主导地位的最佳猜测解释的感觉信号现在成为未解释的预测误差的来源，于是这个循环重复，。（如前所述，房子与脸之间的体验对比将由相应感知预测的属性来解释。）在强调主动推理的预测处理理论中，意识内容的变化只有在通过行动（行动可以是明显的，如眼球运动，或隐蔽的，如注意力焦点的转移）进行感知信念更新时才会发生，。
预测处理理论通常不涉及意识的全局状态，但很自然地，它们会诉诸于相关预测过程的完整性来解释全局状态之间的区别，就像高阶思维（HOT）账户可以诉诸于相关元表征机制的完整性一样。
关于意识的功能维度，再入理论和预测处理方法都对意识和注意力之间的关系提供了清晰的处理。在局部再循环理论中，就像在全球工作空间理论（GWTs）中一样，注意力为感觉信号提供了选择性的增强，使它们能够到达前额叶和顶叶区域，从而参与意识访问。在预测处理中，注意力与“精确度加权”过程相关联，在这一过程中，感觉信号的估计精确度被调节，这在直观上等同于改变信号的信噪比或这些信号的“增益”，；在主动推理中，如前所述，注意力抽样可能是意识内容变化所必需的，。
评估意识理论
在与对立的意识理论（ToCs）之间的辩论中，所涉及的数据范围非常广泛，我们无法在这里提供一个完整的清单。相反，我们提供了一些当前辩论的选择性概述，强调了可以用来评估ToCs的多样性数据。（在图1-4的图例中描述了通常用于支持每种ToC的其他经验数据）。
作为一个背景点，重要的是要认识到理论评估的全面性。理论不是由单一发现证实的；它们通常也不会被单一实验击败。相反，理论确认通常是一个渐进的过程，在这一过程中，一个理论通过提供对目标现象的解释，解释广泛的数据，并能与邻近领域的成功理论整合，从而胜过其竞争对手97-99。
对ToC的一个明显约束来源是意识的结构。尽管在ToCs中讨论了许多结构特征，但对于对比ToCs特别有用的一个结构特征是意识的统一性——即单一主体在同一时间所经历的体验似乎总是作为单一复杂体验的组成部分出现，这种体验完全捕捉了作为那个主体的感受。不同的ToCs对意识的统一性持有非常不同的态度。IIT非常强调意识的统一性。它不仅假设意识总是统一的，而且诉诸于意识必然统一的主张，以激发将意识与（不可约信息的最大值）联系起来。尽管GWTs不像IIT那样强调意识的统一性，但将意识与在功能整合的工作空间内的广播联系起来，表明它们也可能有资源提供对意识统一性的合理解释。其他ToCs，如HOTs和再入/预测处理理论，与意识的统一性关系更为模糊，倾向于只对这一属性提供一个解释，或者完全忽视它。ToCs对意识统一性的态度对比，部分原因是更根本的分歧，即意识是否（必然）统一。尽管意识的统一性有望为ToCs提供重要的约束，但要实现这一承诺，我们需要更好地理解意识在哪些方面是（必然）统一的。
第二个约束来源是由神经数据提供的。例如，普遍认为小脑对意识既不必要也不充分。ToC应该解释这一事实，并解释为什么小脑与意识无关。一些ToCs很容易提供这样的解释——例如，IIT认为小脑与意识无关，因为其结构不适合产生高水平的集成信息59。但这类解释只有在提供的解释比其竞争对手可能提供的解释更合理时，才会特别支持一个理论，而目前这还是一个开放的问题。例如，HOTs的支持者可能会争辩说，小脑缺乏支持相关类型元表征的能力；GWTs的支持者可以认为小脑没有实现一个全局工作空间；再入和预测处理理论家可以指出小脑中缺乏丰富的循环信号65。
尽管普遍认为ToC应该解释为什么小脑与意识无关，但还有其他类型的神经数据在ToCs看来更具争议性。一个重要的例证是由关于前额叶（“大脑前部”）过程在意识中的作用的辩论提供的。
使用各种实验范式，许多神经影像研究发现前额叶参与了有意识（与无意识）感知的过程，这一点基于区域活动和前额叶与其他区域之间的功能连接。一小部分灵长类动物研究也发现，在双目竞争、连续闪光抑制和快速连续视觉刺激呈现期间，可以从前额叶活动模式中解码出有意识的内容。此外，还有更复杂的情况，即在物体识别任务期间，从激活和未激活的广泛皮层区域中解码出与内容相关的信息。损伤证据和大脑刺激证据也被用来论证前额叶活动在意识中的关键作用。
HOTs（高阶思维理论）和GWTs（全球工作空间理论）的支持者引用这些发现来支持他们的理论而不是竞争理论。作为回应，IIT（集成信息理论）和再入理论的支持者认为观察到的前额叶活动是意识的（非必要）后果，可能与认知访问意识内容和提供行为报告的能力相关，而不是与有意识感知本身相关。那些捍卫“大脑后部”观点的人认为，包括感知和顶叶皮层以及前楔叶在内的后部皮质过程足以产生感知体验，而“大脑前部”过程并非必要。这一主张得到了所谓的“无报告”研究的支持，这些研究发现当受试者不提供关于他们感知的明确报告时，前额叶的参与度降低。“大脑后部”的支持者还引用积极证据支持后部活动与意识之间的紧密耦合。例如，一项创新的研究发现，在睡眠期间使用连续唤醒范式探测有意识内容时，后部皮层区域的活动预测个体是否会报告梦境体验，这一现象在快速眼动和非快速眼动睡眠阶段都存在。
最后，“大脑前部”对解码研究的解释也面临挑战，因为显示从特定区域可以“读出”有意识内容，并不建立大脑本身以构成相关类型的元表征或全局广播的方式“读出”那些内容。
尽管“大脑前部”与“大脑后部”辩论的某些方面确实涉及神经生物学数据，例如，对于前额叶皮层的解剖边界位置存在不同意见，但其核心是对意识和认知访问之间关系的分歧：将内容的口头报告可用性和行为的直接控制作为意识的代理是否合理，或者对意识的大脑基础的研究应该保持中立，即意识和认知访问之间的确切关系如何。关于这个问题的辩论反映在不同ToCs对认知访问的态度上。GWTs将认知访问置于他们对意识解释的核心位置，不仅暗示意识的内容总是可供认知访问，而且认为支持认知访问的过程（即，点火和全局广播）作为意识体验的基础。其他理论，如IIT和局部再循环账户，否认意识和认知访问之间的密切关系，认为心理状态可以是有意识的，而不需要直接控制思想和行动，而且原则上，心理状态可能可供直接控制思想和行动而不必是有意识的。尽管高阶方法并不承诺意识和认知访问之间的任何特定关系，但在实践中，他们的支持者通常假设意识的内容将是认知可访问的，尽管可能并非反之亦然。
评估对立ToCs的最有力数据来源涉及新颖预测。科学史上最重大的事件之一就涉及新颖预测的确认。例如，广义相对论因为预测了水星近日点的进动以及星光掠过太阳表面时的偏折方式而得到了强有力的支持。如果一个ToC能够做出被确认的新颖预测，那么它将得到强有力的支持，特别是与未能做出相关预测或做出不同且不兼容预测的理论相比。
许多当代意识理论（ToCs）所做出的新颖预测难以进行测试。例如，再入理论和IIT（集成信息理论）都预测，即使没有前部区域的贡献，后部皮质活动也能支持有意识的体验，但目前我们缺乏可靠的方法来验证这些主张，因为验证依赖于主观报告（或至少是某种形式的执行控制），而这又需要前部皮质活动。更引人注目的是，IIT预测意识在自然界中广泛分布，包括许多非生物系统中，甚至可能发生在像光电二极管和单个原子这样简单的系统中（尽管有趣的是，它不会出现在严格的前馈神经网络中）。这一预测与关于意识分布的广泛假设相悖，但在缺乏检测这些系统中意识存在的稳健方法的情况下，无法进行合理的评估。
在某些情况下，方法论的进步可能会使新颖预测变得可以测试。一个引人注目的预测，源自IIT，是神经结构的变化可能导致意识体验的变化，即使这些变化不引起神经活动的变化。例如，视觉皮层中的非活动神经元可能有助于视觉体验，而失活的神经元则不会。这一预测产生是因为，在IIT中，神经机制所规定的因果结构对意识至关重要。这意味着，如果通过干预神经机制来改变因果结构，那么即使相应的神经动态没有变化，意识也可能发生变化——在动态缺失的情况下（即对于非活动神经元），这一预测特别违反直觉。像这样的假设，不容易从这里讨论的其他理论中得出，可能可以使用精确的干预方法，如光遗传学，在动物模型中进行感知决策的测试。
评估对立意识理论（ToCs）的一个特别有成效的途径集中在有意识（与无意识）处理的时间轮廓上，这可以从例如电生理记录中的事件相关电位中反映出来。一些理论家（例如，见参考文献118）认为，有意识感知在刺激呈现后的早期（120-200毫秒）开始，他们引用证据表明感知意识与早期开始的模态特异性负向事件相关电位——被称为意识负向响应——之间存在强烈的相关性，同时质疑之前讨论的后期开始的标志（如P3b，一种在刺激开始后约300毫秒观察到的正向事件相关电位）的可靠性。Dembski和同事强调的早期负向电位在视觉和听觉中都被发现，使他们认为存在一个普遍的早期开始响应，强有力地指示感知意识。这样的数据支持IIT和局部再入意识账户（但见参考文献119，有关于意识感知的后期交叉模态标志）。
其他理论家120,121支持感知意识的开始时间要晚得多（大约在250-400毫秒）。除了有争议的P3b，后期开始的解释还受到各种似乎与这个时间尺度相匹配的感知现象的激励，包括心理不应期、注意力眨眼和后发效应——后者特别有趣，因为它显示了一个延迟的提示可以追溯性地触发意识感知。意识感知的候选后期神经标志包括长距离信息共享和分叉动态49,111。支持感知意识后期开始的证据通常支持高阶和全局工作空间ToCs。“早期开始”和“后期开始”感知体验之间的辩论可能在可预见的未来仍然是讨论的中心话题。请注意，意识处理的时间轮廓问题与持续时间的感知123和意识“瞬间”的时间特征124,125是不同的，这两个问题都反映了意识内容的方面，应该由ToC来解释。
走向
目前，意识理论（ToCs）通常被用作意识科学中的“叙事结构”。尽管它们指导了对神经和行为数据的解释，但专门设计用于理论验证问题的研究仍然很少。虽然以这种方式使用理论并没有错，但未来的进展将取决于能够测试和区分ToCs的实验。我们在综述结束时指出，为了使意识科学中成熟的理论测试体系蓬勃发展，需要解决三个问题。
首先，ToCs需要精确发展，因为只诉诸于模糊和不精确概念的理论只能产生模糊和不精确的预测。例如，HOTs（高阶思维理论）和预测处理以及再入理论需要具体说明那些独特于（特定方面的）意识的元表征和再入或预测过程；IIT（集成信息理论）需要明确其对意识的功能概况以及环境和身体对意识的影响；GWTs（全球工作空间理论）需要提供原则性解释哪些工作空间在相关意义上符合“全球”的资格。
在此领域，一个颇有前景的方法是使用计算模型，为可能以相对抽象或概念性术语表述的理论观点（ToCs）带来机制上的特异性。这些模型不仅能够为生成精细预测提供基础，还可能提供一种共通语言，用于比较不同理论观点的相对优劣，这对于比较从不同起点衍生出的理论观点尤其有用。例如，计算模型可以揭示高阶理论（HOTs）中的自上而下信号传递、再进入机制和预测处理理论之间的共同原则，同时明确高阶理论与全局工作空间理论（GWTs）129在元表征（例如，参见参考文献35）与全局广播（例如，参见参考文献127、128）之间的区别。计算模型的发展还可能使理论观点之间的对比不再局限于广泛的神经解剖学区域（例如，如“大脑前部”与“大脑后部”理论家之间的争论111），而是从（可能是分布式的）过程的角度进行重构。计算方法面临的一个关键挑战是开发模型，这些模型不仅要解释意识的功能特征，还要解释其现象学属性——这一挑战可以用“计算（神经）现象学”这一通用标签来描述（例如，参见参考文献37、130）。这带来了额外的挑战，即如何使用现象学数据来验证或区分计算模型（例如，参见参考文献131）——这一挑战至少可以通过在适当的现象学粒度层次上收集主观报告来部分解决（框3）。
框 3 | 测量问题
要测试意识理论（ToC），我们需要能够可靠地检测到意识及其缺失。目前，实验者通常依赖于受试者的内省能力，直接或间接地识别他们的意识状态。然而，这种方法存在问题，因为内省的可靠性不仅值得怀疑，而且有许多生物或系统（例如，婴儿、脑损伤个体和非人类动物）可能具有意识，但无法产生内省报告。因此，迫切需要识别非内省的“标记”或“特征”来标识意识。
近年来，已经提出了许多这样的指标。其中一些——如扰动复杂性指数（PCI）——被提议作为意识本身的标记，而其他一些——如视动性眼震反应或神经动态中的独特分叉——被提议作为特定类型意识内容的标记。前者已成功应用于评估脑损伤个体的全局意识状态，而后者已在“无报告”研究中用于意识内容的研究，其中没有明显的的行为报告。
然而，无论其焦点如何，任何提议的意识指标都必须经过验证：我们需要知道它既敏感又具体。尽管基于内省的验证方法存在上述问题，基于理论的方法也存在问题。因为ToCs本身是有争议的，似乎不太可能通过依赖基于理论的考虑来提供客观意识标记所需的相互主观验证。因此，解决测量问题似乎需要一种既不完全基于内省也不完全基于理论考虑的验证方法。文献中包含了一些解决这个问题的提议，但都没有争议。
计算（神经）现象学：使用计算模型来解释意识状态的现象特征，以（神经）机制为依据。
测量问题：确定特定心理状态是否为意识状态的问题，或确定一个有机体或其他系统是否是，或具有成为意识状态的能力。
脑类器官：在实验室中培养的神经结构，它们自我组织成具有细胞和网络特征的系统，类似于发育中的人类大脑的某些方面。
理论观点（ToCs）往往侧重于特定类型的局部状态（感知体验，尤其是视觉）、特定类型的全局状态（普通的清醒意识）以及特定类型的意识生物（成年人类）。尽管理论家们倾向于关注有限类别的意识状态和生物体有充分的理由——实验的可及性是一个重要因素——但一个全面的理论观点必须公正对待意识的丰富多样性。在局部状态方面，理论观点必须超越感知，例如，还要解释情感、时间性、意志和思维。在全局状态方面，理论观点必须超越普通的清醒状态，还要解释与梦境、冥想、意识障碍和迷幻状态等相关的独特意识模式。在意识生物方面，理论观点必须超越成年人的经验，解决关于人类婴儿、非人类动物甚至人工系统中的意识问题。虽然专注于有限范围的理论观点并无不妥，但能提供更全面意识解释的理论显然优于那些不能做到这一点的理论，尤其是如果它们能够揭示意识不同方面之间的解释性联系。
第三个要解决的问题是测量问题：即确定可靠的意识测量指标的问题132。解决这一问题至关重要，因为除非我们有能力验证详细且全面的理论观点的预测，否则它们可能不会有多大用处。区分测量问题的两个密切相关版本是有用的。第一个版本关注的是意识内容的检测。在这里，主要挑战是找到一种方法来区分有意识和无意识的心理状态，而不做出关于意识功能特征的争议性假设（例如，有意识的内容必须是可以报告的或以其他方式可供高级认知控制使用）114,133,134。测量问题的另一个版本则不关注内容，而是关注生物体。这里的问题包括如何确定动物王国中意识的分布135；某些类型的脑类器官136或人工智能系统135–137是否具有意识；意识在个体发育中何时首次出现138；以及在创伤性脑损伤的背景下何时保留意识139。在这里，挑战同样是开发出一种测量意识的方法，避免对意识功能特征做出争议性假设（框3）。
当然，上述挑战已经在不同程度上受到了意识研究者的关注。这些努力现在得到了诸如对抗性协作模型等倡议的补充，该模型鼓励理论观点（ToCs）的支持者设计实验，以明确区分不同的理论观点17。意识在科学上仍然充满争议，但有充分理由认为，通过对理论观点进行迭代开发、测试和比较，将使我们能够更深入地理解这一最深奥的谜团。
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