PNAS：身體自我感知過程中的覺知、整合與證據積累

導語

當你打開這篇文章，用手指滑動屏幕時，是誰的手在操作？你肯定毫不猶豫的回答：“這當然是我自己的手！”然而，意識科學與認知神經科學長期討論的核心問題之一正是：當我們說“這是我的手”時，這種確信究竟源自何處？是純粹的感官拼貼，還是一個必須到達閾值才會顯現的有意識事件？Lanfranco 等人在 PNAS 上發表的這項研究以橡膠手錯覺為實驗載體，將這一古老問題轉化為可操作的心理物理問題：他們嘗試拆解那些既影響“感官整合”又影響“有意識覺知報告”的因素，檢驗有意識覺知是否與身體所有權的客觀辨別同頻共振，還是兩者存在明顯的時間或效能分離。研究發現有意識覺知報告與客觀的身體所有權整合高度一致，且在不同的多感覺整合強度與證據累積條件下都保持穩健。

關鍵詞：身體所有權（Body ownership），有意識覺知（Conscious awareness），多感覺整合（Multisensory integration），信號檢測理論（Signal detection theory, SDT），元認知（Metacognition），漂移-擴散模型（Drift-diffusion model, DDM），橡膠手錯覺（Rubber hand illusion, RHI）

mobility丨作者

趙思怡丨審校

論文題目：Conscious awareness, sensory integration, and evidence accumulation in bodily self-perception 論文來源：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2503629122

意識科學常把“看見”“聽見”當作典型研究對象：刺激可以在無意識中被處理一部分，只有當信號足夠強、或注意力把它“放大”，信息才進入可報告的主觀體驗。全局神經工作空間理論（global neuronal workspace theory, GNWT）甚至為此給出一套經典敘述：刺激跨過閾值后發生“點火”（ignition），信息被“廣播”（broadcasting）到廣泛網絡，于是我們“意識到”它。

但身體自我（bodily self）可能是另一類東西。你并不會像“偶爾看到一只鳥”那樣“偶爾擁有身體”。相反，正如 William James 描寫的那樣，身體在意識中是一種持續背景——“the feeling of the same old body always there”。大量研究表明，身體所有權源于來自不同感覺通道（視覺、觸覺、本體感覺等）的信號被整合為一個連貫的多感覺表征（multisensory percept）。但這種“屬于我”的感覺究竟是在無意識中先被計算出來，再被遞交給意識，還是從一開始就在有意識層面被構建與維持？為回答這一關鍵問題，Lanfranco 等人試圖用心理物理學與計算建模，把“身體所有權進入意識的程度”做成可量化、可檢驗的指標。

實驗設計：區分客觀與主觀

在經典的橡膠手錯覺（Rubber hand illusion, RHI）實驗中，被試通常被詢問“你多大程度上覺得那只假手是你的？”，但這很難把“客觀可辨別信息”與“知覺覺知報告”拆開。在本文中，作者將 RHI 變成一個二選一強迫選擇（two-alternative forced choice, 2AFC）的辨別任務，并在每個試次緊接著收集有意識覺知報告。三只機械臂分別負責給真實手和兩只橡膠手施加敲擊刺激，其中一只橡膠手與真實手始終同步，另一只橡膠手與真實手存在隨機的毫秒級延遲，延遲水平在 18、31、52、88、150 ms 之間變化（圖1A）。其中，每個試次持續 12 秒，共 6 次敲擊。

在每一個試次結束后，被試需要先回答客觀問題：兩只橡膠手里“哪一只更像我的手”（2AFC），然后用三檔知覺覺知量表（Perceptual Awareness Scale, PAS）評價自己對“所選那只手的所有權體驗”有多清楚：1=unclear，2=vague，3=clear。這樣就得到了“能不能區分”（一階表現）和“是否清楚意識到”（二階覺知）隨刺激強度變化的曲線，然后就可以進一步判斷“是否存在客觀辨別領先于知覺覺知”的分離。

圖1｜(A) 實驗裝置，兩臺機械臂對放置于上層平臺的兩只橡膠手施加觸覺刺激，另有一臺機械臂對位于該平臺下方、更低位置的被試真實手部施加觸覺刺激；(B) 試次流程示意圖。任務結束后，被試需多次活動手指以打破錯覺、減少遺留效應，并在剩余休息時間內放松手指。

實驗分析

客觀辨別與知覺覺知的同步性

研究者用信號檢測理論（signal detection theory, SDT）把被試“選得對不對、穩定不穩定”轉成身體所有權敏感度d'（body ownership sensitivity）(圖2A) ，并用元認知計算建模（metacognitive computational modeling）將“我覺得清楚這件事，是否系統性對應于我在一階任務里確實掌握了信息”轉換為知覺覺知敏感度（perceptual awareness sensitivity）meta-d'（圖2D）。可以看到，知覺感知敏感度與身體所有權敏感度的變化是非常同步的：在延遲時間為18 ms 時d'和meta-d'還沒能穩定高于隨機，但到了 31 ms，d'和meta-d'就顯著上升，并且延遲越大越容易分（圖2A&B）。這意味著身體所有權的客觀辨別與主觀覺知是同步的，且不同視覺 - 觸覺異步條件下的實驗結論具有極強穩健性，不受先驗分布設定影響。

圖2｜不同時間延遲下身體所有權客觀辨別與知覺覺知相關性分析。(A&D) 單樣本 t 檢驗（檢驗值為 0）結果：在視覺 - 觸覺異步程度為 31、52、88 和 150 毫秒時，身體所有權敏感性 d'值與知覺覺知敏感性meta-d'顯著大于 0；而在 18 毫秒時無顯著差異。同時進行單側貝葉斯單樣本 t 檢驗（檢驗值為 0）；(B&E) 先驗分布與后驗分布：貝葉斯因子在不同異步程度下為不同假設提供了不同強度的證據支持；(C&F) 穩健性評估的序貫分析：18 ms 的視覺-觸覺異步條件下，無論是身體所有權敏感性還是知覺覺知敏感度，支持零假設（即無顯著的身體所有權與知覺意識）的證據在不同先驗分布中均保持穩定，貝葉斯因子波動幅度極小，表明該條件下無顯著效應的結論可靠且不依賴初始統計假設的設定；而 31、52、88 和 150 ms 的異步條件下，支持備擇假設（即存在顯著的身體所有權與知覺意識）的證據均表現出極強的穩定性，各條件下貝葉斯因子均處于對應高值區間且波動微弱。注：被試在實驗里真的是在體驗“這只手屬于我”（ownership），還是只是判斷“哪只手更同步”（simultaneity）？研究者把兩只橡膠手旋轉 90° 變成解剖學不合理姿勢，讓橡膠手錯覺“失效”：如果被試還照樣答得很好，那就說明他們根本沒在做所有權判斷。結果恰恰相反，旋轉后被試的表現幾乎掉回隨機這說明被試不是在比同步，而是在認真分辨“哪只更像我的手”。

知覺覺知效率的穩定性

進一步地，有沒有可能在延遲時間較小時（例如18ms），客觀信息大多在“無意識層面”發揮作用，只有少量進入意識；隨著條件變容易，進入意識的比例才上升？作者進一步用知覺覺知效率（perceptual awareness efficiency）M-ratio進行了檢驗，也就是二階敏感度相對一階敏感度的比例。結果顯示，從 31 ms 到 150 ms，M-ratio 并沒有隨不同步大小系統性變化（圖3G&H）。也就是說，多感覺證據確實越來越強，但意識對這類信息的“訪問比例”并沒有只在容易條件下才提升，而是保持穩定。因此，作者認為身體所有權相關的客觀信息能夠持續地被覺知到，甚至相較于其他多感官整合信息具有優先性（prioritized access）。

圖3｜基于貝葉斯分層模型評估知覺覺知效率。(G) 不同視覺 - 觸覺異步程度下 M 值比的差異估計（含 95% 最高密度區間，HDI），每個直方圖代表所有條件下 M 值比的后驗密度分布，結果顯示各條件后驗分布（對數單位）無差異；(H) 視覺 - 觸覺刺激異步條件間后驗分布的成對比較結果，不同異步程度下的知覺意識效率無顯著差異。注：這種“意識對信息的穩定讀取”會不會只是視覺-觸覺整合（multisensory integration）的通性呢？研究者干脆把“手”換成木塊，任務改成同步判斷：客觀上被試應該照樣能分得很準，但知覺覺知效率卻沒有出現身體所有權任務那種穩定、偏高的匹配——因此身體自主權是不是一般的同步線索。

從靜態到動態：

如果橡膠手錯覺不是“一瞬間點亮”，而是隨著一次次視覺–觸覺配對逐步累積證據才“長出來”，那么知覺覺知會不會在早期落后于客觀辨別、等錯覺變強后才追上？作者把每個試次的敲擊次數設為 3/6/9 次對此進行驗證：發現敲擊越多，身體所有權的客觀敏感度d'提升，meta-d'也同步提高，但關鍵的效率指標 M-ratio 在不同證據量下保持穩定。這說明意識對一階信息的“讀取比例”并不因錯覺的增強而系統改變。

圖4｜不同敲擊次數下身體所有權客觀辨別與知覺覺知相關性分析。（A&D）身體所有權敏感性與知覺覺知敏感性隨觸覺刺激次數的增加而升高。單樣本 t 檢驗（檢驗值為 0）結果顯示，觸覺刺激次數為 3 次、6 次和 9 次時，身體所有權敏感性d'和知覺覺知敏感性meta-d'均顯著大于 0；同時開展單側貝葉斯單樣本 t 檢驗（檢驗值為 0）；（B&E）先驗分布與后驗分布。隨著觸覺刺激次數的增加，貝葉斯因子為備擇假設模型提供了極強的證據支持（C&F）穩健性評估的序貫分析。在各觸覺刺激次數條件下，支持備擇假設模型的證據在不同先驗分布中均表現出極強的穩定性：3 次刺激的貝葉斯因子范圍為 0.327~0.98（r=0.624）；6 次刺激為 0.588~1.313（r=0.94）；9 次刺激為 0.64~1.38（r=1.004）；（G）不同觸覺刺激次數下知覺覺知效率M-ratio的差異估計（95% 最高密度區間，HDI），不同刺激次數間無顯著差異。每個直方圖代表所有實驗條件下 M-ratio的后驗概率密度分布；（H）不同觸覺刺激次數條件下后驗分布的成對比較結果顯示，知覺覺知效率無顯著差異。

為了看到意識對一階信息讀取的動態時間過程，作者讓被試盡快作答，并用層級漂移-擴散模型（Drift-diffusion model, DDM）分解為漂移率等參數，把“證據如何隨時間積累形成決策”提取出來。結果顯示不同步差異越大，證據累積越快（漂移率更高），但把一階辨別與知覺覺知報告的累積速率做成動態對應（v-ratio）后仍不隨條件變化。

圖5｜基于層級DDM模型與v-raito的知覺證據累積測量結果。（A）DDM框架：假定知覺信息會隨時間不斷累積，直至達到某一決策閾值。其中，漂移率反映知覺證據的累積速率，決策偏向代表個體對特定選項的選擇偏好，非決策時間指代與知覺決策過程無關的加工環節，決策閾值為決策邊界間的距離，其大小決定做出決策所需的證據量；（B&C）漂移率與決策邊界的后驗分布隨視覺-觸覺異步程度的增大而升高，表明隨著異步程度的增加，被試對同步接受觸覺刺激的橡膠手產生身體所有權的證據累積速率也隨之加快，需要積累的知覺證據量也越多；（D）平均 v-ratio 值比在不同視覺 - 觸覺異步水平下無顯著差異，說明被試對身體所有權相關信息的意識通達能力始終保持穩定。

結語：意識并非身體的“旁觀者”

意識并非身體的“旁觀者”：如果橡膠手錯覺真的只是大腦先在幕后完成無意識計算、最后才“通知”意識的結果，那么當錯覺隨著視覺-觸覺刺激不斷累積而增強時，我們的主觀覺知理應出現明顯的滯后或分離。然而，本研究卻揭示了一個反直覺的現象：在身體所有權判斷中，客觀的可辨別性與主觀的覺知力呈現出高度的同步與耦合。換言之，只要大腦在客觀層面累積了足夠的信息來區分“哪只手屬于我”，意識層面幾乎同時就能訪問這些證據。這表明，在構建“身體自我”的過程中，意識可能不是最后才到場的“旁觀者”，而是從信息處理的早期階段就已緊密參與其中。

為何身體信息享有“特權”？作者在討論中給出了兩條潛在的解釋路徑。首先是自我相關性（Self-relatedness）：身體所有權不僅是處理外界刺激，更是維持第一人稱視角連續性的核心錨點，這種關乎“我是誰”的信息可能在神經機制上享有優先接入意識的“VIP通道”。其次是整合復雜度（Integration Complexity）：構建身體所有權需要跨越時間同步、空間對齊乃至痛覺與溫度覺的跨通道重映射（remapping）。這種高維度的多感官整合，可能本質上更容易跨過全局工作空間理論（GNWT）所描述的“點火閾值”，從而在機制上與意識狀態內在綁定，而不像簡單的視覺-觸覺同步那樣可以停留在無意識層面。

從“問卷時代”邁向“可計算時代”：除了理論突破，本研究在方法學上具有重要的“界碑”意義。它擺脫了過去對問卷量表和間接指標（如本體感覺漂移）的依賴，通過引入信號檢測論（SDT）和漂移擴散模型（DDM），將模糊的“身體自我體驗”拆解為客觀辨別力、知覺覺知效率、與證據累積速率等可量化的數學指標。這不僅讓我們能首次精確測量身體所有權的“意識通達性”，也提示未來的意識科學需要重新審視“外部信息”與“自我信息”的邊界——也許大腦對這兩類信息的處理，遵循著截然不同的路徑。

意識科學讀書會

從神經元放電到自我意識的涌現，意識是人類最稀松平常的主觀體驗，也始終是科學中最迷人的問題。在“我是誰”的終極追問下，當我們深入意識的機制與機理，會發現更值得深思的是，無論是神經機制的功能整合、信息的跨腦區傳遞，還是現象意識的主觀性質，不同層面的問題都在共同指向一個核心挑戰：物理過程如何產生主觀體驗？功能計算如何關聯現象感受？局部神經活動又如何整合為統一的意識？而要回答這些問題的并不簡單，它可能會挑戰我們對世界和實在，乃至科學方法本身的理解。

為了對意識問題進行系統探討，集智俱樂部聯合來自哲學、認知神經科學、計算機科學、復雜科學領域的研究者共同發起，跨越理論與實證、功能與現象、生物與人工的視角，全面深入研討意識這一現象本身。重點探討當代主流意識理論的核心主張與分歧，神經機制與主觀體驗之間的橋梁，以及AI意識、腦機接口等技術如何重塑人類意識主體的邊界與文明的未來。

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