量子物理学家沃尔夫冈·泡利对草率、无意义的理论表示鄙视，贬低它们为“甚至都不算错”，意思是它们只是空洞的猜想，可以很快被驳回。不幸的是，许多非常流行的意识理论都属于此类——例如，认为我们的经验可以以某种方式用泡利本人在20世纪早期帮助提出的量子理论来解释。一个更牵强的观点认为，意识只在几千年前才出现，当时人类意识到他们头脑中的声音不是来自神，而是来自他们自己的内在口头叙述。
然而，并非每一种意识理论都可以被简单地斥为无稽之谈。在过去的几十年里，已经出现了两种不同的框架来解释什么是意识以及大脑如何产生意识，每种框架都有其自身的说服力。每种框架都试图解释来自神经病患者和复杂实验室实验的大量观察结果。
其中之一——整合信息理论——由精神病学家和神经科学家朱利奥·托诺尼提出，我曾在这些页面中描述过[参见“普遍的心智”；《大众科学·思想》，2014年1月/2月]，它使用数学表达式来表示意识体验，然后推导出关于大脑中哪些回路对于产生这些体验至关重要的预测。[完全披露：我曾与托诺尼合作研究这个理论。] 相比之下，意识的全局工作空间模型则朝着相反的方向发展。它的出发点是行为实验，这些实验在高度受控的环境中操纵人们的意识体验。然后，它试图识别大脑中支持这些体验的区域。
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法国认知神经科学家斯坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）在巴黎法兰西学院工作，他一生的大部分时间都致力于研究意识心理学，他刚刚出版了一本引人入胜的书，介绍了他对全局工作空间模型如何映射到大脑的研究。
该模型源于这样一种认识，即每当我们意识到某事时——无论是人群中熟悉的面孔还是陌生人的声音——我们都可以在短时间内将我们感知到的东西保留在脑海中。这种感知可以保留在短期记忆存储中，一种心理草稿纸，即使面孔已经消失或声音已经消逝。加利福尼亚州拉霍亚神经科学研究所的认知科学家伯纳德·巴尔斯（Bernard Baars）提出了全局工作空间模型，他的核心洞察力来自人工智能的早期，在人工智能中，专门的程序访问共享的信息存储库，即黑板。根据巴尔斯的说法，正是将来自黑板的数据广播到整个计算系统（无论是控制论的还是生物的）的行为，使其具有意识。意识只是大脑范围内共享黑板内存缓冲区中的信息。
这个神经缓冲区不仅仅处理最近的感官输入。它还可以从很久以前调用记忆并将其移动到缓冲区中。一旦信息被加载到这个工作空间中，许多强大的认知过程就可以利用它。数据可以被发送到处理语言的特定大脑区域——语言模块——在那里，这些知识可以准备好与其他人分享，通过制定口头解释：“猜猜我刚才在那里看到了谁。”它也可以被转发到规划模块进行推理，并且可以存储在长期记忆中。将这些数据从大脑的内存缓冲区传输到其各种功能模块的行为，正是意识产生的根源。
不幸的是，这个工作空间容量极其有限。在任何一个时间点，我们只能意识到一个或几个项目或事件，尽管我们可以快速地将事物移入和移出意识。新信息与旧信息竞争，并可能最终覆盖它。这种限制可能对于任何被涌入的数据流淹没的信息处理系统来说，都是不可避免的设计特征，它必须将其最宝贵的资源集中在尽可能快地处理几个关键项目上。
为了弥补神经带宽的匮乏，大脑调用了大量无意识的过程，这些过程要么完全绕过这个中央草稿纸，要么在意识水平以下与之互动。因此，大量潜意识的数据将声音转化为有意义的词语，将光子转化为物体和可识别的人。这些过程评估和权衡证据，做出判断，并同步肌肉骨骼系统发起的运动，以便生物体能够在不断快速变化的世界中生存。它们是复杂的，行动迅速，但彼此之间不共享信息，也不将其转移到公共工作空间中。就像情报机构一样，信息只在需要知道的基础上共享。
然而，这些无数的无意识代理塑造了我们的日常生活。因为根据定义，我们无法访问这些潜意识事件，所以我们始终低估了它们的重要性。然而，它们偶尔会非常戏剧性地显现出来。日本小说家村上春树在一次引人注目的采访中很好地表达了这一点：“我们自己身上有房间。我们大多数人还没有去过那里。被遗忘的房间。我们时不时地可以找到通道。我们发现奇怪的东西……旧的留声机、图片、书籍……它们属于我们，但这却是我们第一次发现它们。”
迪昂使用一种称为掩蔽的技术来探测这些无意识的巢穴。一张图片，比如一张脸或一个词，在显示器上短暂闪现，前后跟着一堆随机绘制的线条或一团X的图像。这些“掩蔽”阻止了显示的脸或词语变得有意识——受试者报告只看到了掩蔽。迪昂和他的同事将这种技术的不同版本与从癫痫发作监测患者大脑深处植入的电极记录相结合，证明了无意识可以处理词语组合的含义——大脑对“快乐的战争”的反应与对“快乐的爱情”的反应不同——这意味着它已经注意到一个具有积极情感意义的词语后面跟着一个具有消极情感意义的词语的不协调。
迪昂和杰出的分子生物学家让-皮埃尔·尚热（Jean-Pierre Changeux）已经超越了这个相当抽象的模型，正在寻找与全局工作空间相对应的特定大脑区域和神经元群体。他们正在进行的利用功能性脑成像和放置在头骨上的脑电图电极的研究已经揭示了这些区域中明显的神经特征，这些特征似乎代表了理论上的心理缓冲区。
在一个经典的实验中，迪昂和他的同事让志愿者躺在磁共振成像扫描仪中，同时观看电脑屏幕上的一系列单词，每个单词显示29毫秒。有些单词被掩蔽了，这只引发了轻微的大脑反应。但是当单词清晰可辨时，就会发生神经活动雪崩。
激活的区域构成了一个由相互锁扣的大脑细胞组成的密集结构——特别是锥体神经元——它们将前额叶皮层、顶下小叶、颞中叶和颞前叶以及其他大脑区域连接在一起。轴突，从神经元细胞体伸出的线状延伸，从大脑褶皱的表面，即大脑皮层，向外扇形展开，将广阔的神经地形连接在一起。这个网络是迪昂和他的同事们开始寻找大脑草稿纸的地方，也是寻找信号如何通过这个连接网络传递到大脑其他部分的地方。
每当刺激被有意识地感知到时，其神经元足迹——一种特定类型的大脑活动——就会出现在大脑皮层的许多部分。例如，以图像传递到头部后部初级视觉皮层，然后从那里传递到许多皮层区域所引发的强烈电活动为例。当它到达皮层前部区域时，信号的幅度会增加，促使迪昂称之为神经元雪崩。
强烈的神经元放电可以用脑电图电极捕捉到，通过测量P300波，这是一种脑电波，在实验中，它在大约在图像投射到电脑屏幕上后300毫秒开始出现。正如迪昂的实验所证明的那样，通过将视觉或声音从被假定构成全局工作空间的区域广播到整个大脑，从而意识到视觉或声音，通常与前额叶皮层（与更高层次的心理过程相关的大脑区域）中P300波的存在密切相关。相反，如果没有标志性的P300波，电活动就会消失，显示的图像就不会被有意识地感知到。信息未能进入全局工作空间，因此仍然是潜意识的。
最初的闪光
迪昂和他的同事使用这种意识感知的电生理标记来绘制意识首次出现在5到15个月大的婴儿中的时间[参见“有意识的婴儿”；《大众科学·思想》，2013年9月/10月]，并为严重脑损伤患者设计了一个聪明的意识测试，这些人无法使用言语、眼睛或手势进行可靠的交流。这些测试依赖于有意识的个体检测新奇刺激的能力——想象一下，当你的手机突然响起时，你正在读书。这种意外事件可以触发明显的P300波，很容易被注意到。然而，当你没有接电话，手机一遍又一遍地响起时，你开始期待它，P300变得越来越微弱，直到无法检测到。
在实验室里，研究人员播放一系列五个简单的音调：哔 哔 哔 哔 啵。最后一个与众不同的音调会产生强烈的P300。当整个五音调序列重复三次时，大脑会适应偏离的声音，意识标记就会消失。
然后，又出现了一个哔 哔 哔 哔 哔序列。当一位专注的受试者意识到第四个序列中缺少偏离的声音时，她的大脑会对最后的哔做出P300反应，因为它已被条件反射地期望出现啵。
使用这种测试对脑损伤患者进行的初步试验非常有趣。行为学证据表明意识水平最低的患者在他们的脑电图上显示出这种P300活动模式，而那些处于昏迷状态、被认为没有任何感觉的患者则没有。正在进行的实验试图在猴子和小鼠身上利用相同的奇数范式。
提出我们将有意识地体验到的东西可以定义为大脑将信息从全局工作空间分发到大脑其余部分的能力，这引发了几个问题。例如，为什么以及如何从全局工作空间广播信息会产生意识？正在广播什么信息？调节神经活动的血液传播激素和化学物质也在全身和大脑中传递信息。然而，我们并没有意识到它们。为什么不呢？互联网上传输的数据或线虫神经系统中流动的信息能否代表意识活动？目前，全局工作空间模型避免了这些棘手的问题。
当分子生物学家出身的神经科学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和我于1980年代后期开始共同努力，试图理解视觉和其他心理过程背后的脑活动时，很少有实验工作致力于对意识的标志进行实证研究。
正如迪昂、尚热及其同事的工作清楚地表明，这种令人遗憾的局面已经发生了根本性的变化。他们的研究计划开始理清脑细胞网络放电如何转化为所有现象中最神秘的现象。