來源：Mindverse Research ，作者郭瑞東
相比無意識的時間，當你有意識時，你會有怎樣的直觀感受？是覺得更加不可預測，還是能夠用相距更長的事件進行描述？如果將有意識時的大腦活動記錄下來，並找出與無意識時大腦活動的區別，就能夠佐證某些對意識的解釋。
11月3日，自然子刊《Communications Biology》上發表的論文「The complexity of the stream of consciousness」，通過動力學和複雜度，對比健康人和意識障礙（Disorders of consciousness，即常說的植物人）患者腦活動的時序和空間核磁，發現了意識相關動力學的獨特特徵，並為已有的數種意識理論提供了佐證。
原文連結
https://www.nature.com/articles/s42003-022-04109-x
要想了解一個事物，不妨看看其缺失時會發生什麼。故此，該研究將人分為 4 類狀態，分別是正常（CON）、催眠後靜臥（SED）、陷入植物人狀態（UWS）以及處於最小意識狀態（MCS），並使用磁共振成像記錄並提取其時序腦活動數據。
1）發現：有意識的大腦更複雜
首先基於 TDSM （temporal decay of similarity model）計算不同時間點之間的相似程度。對比不同分組。可以看出，正如預期的那樣，無意識狀態相比於有意識狀態的大腦活動，在短時間內更為相似（圖 1）。這可能表明，當一個主體處於無意識狀態時，他們過去和未來的狀態更可預測地類似於現在的狀態，這可能表明在短期連通性狀態重構過程中更為遲緩，也可能意味著無意識者的大腦狀態在長期上更為相似。
圖1 ：TDSM 模型中的元矩陣相似性可預測不同程度的清醒（有意識）水平
接下來看不同時間點之間的相關性，發現無意識狀態下，大腦不同狀態間改變的程度更大（圖 2c），變化的標準差更大（圖 2d）。這意味著相比無意識，有意識者大腦的變化更緩，內部更為一致，網絡配置的變化更加穩定，與之對應的，是時間序列的複雜度（即熵）更高（圖 2e）。
圖2：臨近網絡轉換的描述和分析，對比四種狀態下，大腦活動元矩陣變化的均值，方差以及信息熵。
之前關注的是近距離的大腦活動，接下來看時間差距更大的狀態間大腦活動的關係，這裡考察的是不同狀態差異之間的可壓縮性（compressibility），如果一個數據更難被壓縮，說明其中的有效信息更多。對比不同狀態下，大腦活動遠端的可壓縮性，可以發現清醒，睡眠及最小意識狀態時的大腦活動再這一指標上依次降低，而無意識組的下降更加明顯。這意味著無意識者的大腦活動，從較長的時間尺度（30s）來看，是更可預測的，這一發現，也與之前的發現（圖 2e）能對應。
圖3：對比不同狀態下遠距離大腦活動的可壓縮性
之後比較不同狀態下，各個腦區的功能動態。可以發現，不論是皮層，皮層下還是腦幹，無意識狀態下的大腦活動複雜性都在下降（圖 4），這支持了腦幹在意識活動中也發揮作用這一觀點，與之前的預期（即由於腦幹沒有參與高級認知，故與意識無關）不符合，對此可能的解釋是腦幹在意識活動中提供了反饋。
圖4：不同狀態下腦的功能-結構動態複雜度對比
2）討論
西雅圖艾倫腦科學研究所的首席科學家兼所長克里斯多福·科赫（Christof Koch）提出了整合資訊理論（IIT），該理論被認為是意識活動的多種解釋中，較有希望的一種。該理論把意識看作系統藉以「改變」自身的因果效力（causal power）。科赫說意識是「系統被自身過去的狀態影響，並影響自身未來狀態的能力。一個系統的因果作用力越強，它就越具有意識」。
通過對比缺少意識的異常狀態和正常狀態的區別，該研究的結論支持了 IIT 理論，即意識活動會讓大腦的活動變得更為複雜，更難以預測。在短時間內的變化，也會更平滑。通過這一研究，從方法論上，指出了複雜性科學，可用來量化意識存在的程度，這種交叉研究可以促進了解意識的本質。而從實際的應用潛力來看，未來也許可以通過核磁，判斷處於植物人狀態的患者是否更有可能醒來，或者處於輔助判定是否處於最小意識狀態。