物理学和神经科学如何决定你的“自由”意志

物理学和神经生物学可以帮助我们理解我们是否能选择自己的命运

在宇宙遥远的一角，在一个围绕银河系外围一个平凡太阳运转的小小蓝色星球上，生物从原始的泥泞和粘液中诞生，为了生存而进行了长达万古的史诗般的斗争。
尽管所有证据都与此相反，但这些两足生物认为自己非常特殊，在拥有万亿颗恒星的宇宙中占据着独特的地位。他们自负地认为，他们，而且只有他们，可以逃脱铁律
的因果关系，这种关系支配着一切。他们之所以能够做到这一点，是因为他们称之为自由意志的东西，自由意志使他们能够做任何事情而没有任何物质原因。

你真的能自由行动吗？自由意志的问题绝非仅仅是哲学上的玩笑；它以其他形而上学问题所不具备的方式吸引着人们。它是社会责任、赞扬和责备观念的基石。归根结底，它关系到你对生活的控制程度。

假设你与一位充满爱意和可爱的配偶生活在一起。与陌生人的偶然相遇彻底颠覆了这种生活。你开始在电话里聊几个小时，你分享你内心深处的秘密，你开始了一场婚外情。你非常清楚，从伦理角度来看，这一切都是错误的；它将对许多人的生活造成严重破坏，而且无法保证幸福和富有成效的未来。然而，你内心深处的某种东西渴望改变。

支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道订阅。通过购买订阅，您将有助于确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。

这种令人内心翻腾的选择让你面临这样一个问题：你在多大程度上真正拥有发言权。你觉得原则上你可以结束这段婚外情。尽管多次尝试，但你不知何故始终无法做到。

在我对自由意志问题的思考中，我忽略了数千年来博学的哲学辩论，而专注于物理学、神经生物学和心理学要说的话，因为它们为这个古老的难题提供了部分答案。

自由的阴影
我最近在美国洛杉矶地区法院担任陪审员。被告是一名纹身密集的街头帮派成员，走私和贩卖毒品。他被指控用两枪爆头谋杀了一名帮派成员。

当执法部门、亲属以及现任和前任帮派成员（其中一些人戴着手铐、脚镣、身穿鲜艳的橙色囚服作证）陈述犯罪背景时，我想到了塑造被告的个人和社会力量。他有过选择吗？他暴力的成长经历是否注定了他会杀人？幸运的是，陪审团无需回答这些无法解决的问题或决定他的惩罚。我们只需要排除合理怀疑地确定他是否有罪，他是否在特定的时间和地点射杀了特定的人。而我们做到了。

根据一些人所说的自由意志的严格定义，即勒内·笛卡尔在 17 世纪提出的定义，如果你在相同的情况下可以采取不同的行动，你就是自由的。相同的情况不仅指相同的外部条件，还指相同的大脑状态。灵魂自由地选择这样或那样，使大脑按照它的意愿行事，就像司机驾驶汽车走这条路或那条路一样。这种观点是大多数普通民众所相信的。

将这种强烈的自由概念与一种更务实的观念进行对比，这种观念称为相容论，是生物学、心理学、法律和医学界的主流观点。如果你能遵循自己的愿望和偏好，你就是自由的。一个长期吸烟者想戒烟，但又一次又一次地吸烟，他是不自由的。他的愿望受到了他的瘾的阻挠。按照这个定义，我们很少有人是完全自由的。

很少有人——圣雄甘地就是其中之一——能够坚定意志，为了更高的伦理目的而连续数周不摄取食物。另一个铁腕自制力的极端例子是 1963 年佛教僧侣释广德为抗议越南南部的压迫政权而自焚。这起事件最特别之处在于，在令人难忘的照片中捕捉到的，是他英勇行为的冷静和刻意性质。在被烧死时，德仍然保持冥想的莲花坐姿，纹丝不动，一声不吭，火焰吞噬了他。对于我们这些努力避免吃甜点的人来说，自由始终是一个程度问题，而不是我们拥有或不拥有的绝对好处。

刑法承认责任减轻的情况。当丈夫当场抓住妻子和情夫时，在盲目的愤怒中将妻子的情夫殴打致死，与他几周后以冷酷、有预谋的方式寻求报复相比，他的罪责较轻。 2011 年 7 月，挪威人安德斯·布雷维克冷血、有计划地枪杀了 60 多人，他是一名偏执型精神分裂症患者，被认定为精神错乱，可能会被关进精神病院。当代社会和司法系统建立在这种务实的、心理学的自由概念之上。

但我想深入挖掘。我想挖掘传统上被认为是“自由”的行为的根本原因。

一个机械宇宙
1687 年，艾萨克·牛顿出版了他的《原理》，其中阐述了万有引力定律和运动三定律。牛顿第二定律将作用在系统上的力——在绿色毡桌上滚动的台球——与其加速度联系起来。这条定律具有深远的意义，因为它暗示了在任何特定时刻构成实体的所有组成部分的位置和速度，以及它们之间的力，不可改变地决定了该实体的命运——即，它未来的位置和速度。

这就是决定论的本质。行星在绕太阳运行的轨道上运行时，它们的质量、位置和速度决定了它们在今天之后的一千年、一百万年或十亿年后的位置，前提是所有作用在它们身上的力都得到了适当的考虑。宇宙一旦开始运转，就会像钟表一样不可阻挡地运行下去。

未来可以准确预测的观念遭到了彻底的挫折，其形式是确定性混沌。已故气象学家爱德华·洛伦茨在求解描述大气运动的三个简单数学方程时遇到了它。当他输入仅相差极小量的起始值时，他的计算机程序预测的解发生了很大变化。这是混沌的标志：方程起点的无限小的扰动导致了截然不同的结果。 1972 年，洛伦茨创造了“蝴蝶效应”一词来表示这种对初始条件的极端敏感性：蝴蝶翅膀的拍打在大气中产生了几乎难以察觉的涟漪，最终改变了其他地方龙卷风的路径。

值得注意的是，这种蝴蝶效应在天体力学中被发现，天体力学是机械宇宙的缩影。行星庄严地沿着重力的测地线运行，由形成太阳系的气体云的初始旋转推动。因此，当 20 世纪 90 年代的计算机建模表明冥王星具有混沌轨道，发散时间为数百万年时，这真是一个巨大的惊喜。天文学家无法确定冥王星在 1000 万年后会在太阳的这一侧（相对于地球的位置）还是另一侧！如果这种不确定性适用于内部组成相对简单、在真空空间中仅在引力作用下运动的行星，那么对于一个人、一只小昆虫或一个微小的神经细胞的可预测性，所有这些都受到无数因素的影响，又预示着什么呢？

然而，混沌并没有使因果关系的自然法则失效。它继续占据至高无上的地位。行星物理学家不太确定冥王星在数百万年后会在哪里，但他们相信它的轨道将永远完全受制于引力。混沌中崩溃的不是行动和反应的链条，而是可预测性。宇宙仍然是一个巨大的机械装置，即使我们不能确定分针和时针在一周后会指向哪里。

不确定性的起源
对牛顿梦想——或者在我看来是噩梦——的致命打击是维尔纳·海森堡在 1927 年提出的著名的量子力学不确定性原理。在其最常见的解释中，它断言任何粒子，例如，光子或电子，不能同时具有确定的位置和确定的动量。如果你准确地知道它的速度，那么它的位置就会相应地不确定，反之亦然。海森堡的不确定性原理是对经典物理学的彻底背离。它用模糊性取代了教条式的确定性。

考虑一个实验，该实验最终有 90% 的几率电子在这里，10% 的几率电子在那里。如果实验重复 1000 次，大约在 900 次试验中，电子会在这里；否则，它会在那里。然而，这种统计结果并没有规定电子在下一次试验中会在哪里。阿尔伯特·爱因斯坦永远无法接受自然的这种随机性。正是在这种背景下，他著名地宣称，“Der Alte würfelt nicht”（老头，也就是上帝，不掷骰子）。

宇宙具有不可约的随机性特征。如果它是一个机械装置，那么它的齿轮、弹簧和杠杆就不是瑞士制造的；它们没有遵循预定的路径。物理决定论已被概率决定论所取代。一切都不再确定。

但是等等——我听到一个严重的反对意见。毫无疑问，人类经验的宏观世界建立在微观的量子世界之上。然而，这并不意味着汽车等日常物体会继承量子力学的所有怪异特性。当我停放我的红色迷你敞篷车时，它相对于路面的速度为零。因为与电子相比，它非常重，所以与其位置相关的模糊性在所有意图和目的上都为零。

汽车的内部结构相对简单。相比之下，蜜蜂、小猎犬和男孩的大脑要复杂得多，而且构成它们的大脑的组件具有噪声特性。随机性在它们的神经系统中随处可见，从接收视觉和气味的感官神经元到控制身体肌肉的运动神经元。我们不能排除量子不确定性同样会导致行为不确定性的可能性。

这种随机性可能发挥功能性作用。如果一只被捕食者追赶的家蝇在飞行中突然、急剧地转弯，它比其更可预测的同伴更有可能看到第二天的阳光。因此，进化可能偏爱利用量子随机性进行某些行为或决策的回路。量子力学和确定性混沌都会导致不可预测的结果。

从想法到行动
让我回到坚实的基础，告诉你一个经典的实验，这个实验使许多人相信自由意志一定是幻觉。这个实验是由加利福尼亚大学旧金山分校的神经心理学家本杰明·利贝特在 20 世纪 80 年代早期构思和进行的。

大脑和海洋有一个共同点——两者都不断地处于骚动之中。可视化这一点的一种方法是使用脑电图仪 (EEG) 记录头皮外部微小的电位波动，其大小为百万分之几伏特。就像地震仪的记录一样，脑电图轨迹狂热地上下移动，记录下方大脑皮层中看不见的震颤。每当受试者即将移动肢体时，就会产生电位。称为准备电位，它比实际运动开始提前一秒或更长时间。

直观地，导致自愿行为的事件顺序必须如下：你决定举起你的手；你的大脑将该意图传达给负责计划和执行手部运动的神经元；而这些神经元将适当的命令传递给收缩手臂肌肉的运动神经元。但利贝特并不信服。大脑和心灵同时行动，甚至大脑在心灵行动之前行动，难道不是更可能吗？

利贝特着手确定心理事件（一个人的慎重决定）的时间，并将其与物理事件（该决定之后准备电位的开始）的时间进行比较。他将一个亮点投射到屏幕上，这个亮点像时钟的分针尖端一样绕圈转动。在头部戴上脑电图电极的情况下，每位志愿者都必须自发地但刻意地弯曲手腕。他们在注意到自己意识到行动冲动时记下光点的位置。

结果讲述了一个明确的故事，后来的实验也证实了这一点。准备电位的开始至少比有意识地决定移动提前半秒，而且通常提前更长时间。大脑在心灵决定之前行动！这一发现完全颠覆了人们对精神因果关系的根深蒂固的直觉。

意志的意识体验
为什么你不现在重复这个实验：继续弯曲你的手腕。你会体验到与移动计划（意图）、你意愿的移动（一种称为能动性或作者身份的感觉）和实际移动相关的三种相关但又不同的感觉。如果一个朋友抓住你的手并弯曲它，你将体验到移动，但既没有意图也没有能动性；也就是说，你不会对腕部运动感到负责。这是关于自由意志的辩论中一个被忽视的观点——即身心联系产生了一种特定的、有意识的“我意愿这样做”或“我是此行为的作者”的体验。

哈佛大学的心理学家丹尼尔·韦格纳是现代意志力研究的先驱之一。在一项实验中，韦格纳要求一位志愿者戴上手套，站在镜子前，双臂自然下垂。在她正后方站着一位穿着相同的实验室成员。他将手臂伸到她的腋下，这样当这位女士照镜子时，他的两只戴着手套的手看起来像是她自己的。两位参与者都戴着耳机，韦格纳通过耳机发出指令，例如“拍手”或“弹响你的左手指”。志愿者应该报告实验室成员的手的动作在多大程度上是她自己的。当她在男人的手执行动作之前听到韦格纳的指示时，与韦格纳的指示在男人已经移动他的手之后发出相比，她报告说自己意愿行动的感觉增强了。

神经外科医生强调了这些意图感的真实性，他们有时必须用短暂的电流脉冲探测脑组织。在此类探索过程中，加州大学洛杉矶分校的外科医生伊扎克·弗里德刺激了补充运动前区，该区域是大脑皮层广阔区域的一部分，位于初级运动皮层前方。他发现这种刺激可以引发移动肢体的冲动。法国 INSERM 的米歇尔·德斯穆尔盖特和认知科学研究所的安吉拉·西里古在刺激后顶叶皮层（负责将视觉信息转化为运动指令的区域）时发现了类似的情况。患者评论说：“感觉我想移动我的脚。不知道怎么解释，”或“我渴望在嘴里卷起舌头。” 他们的感受来自内心，没有任何检查者的提示。

解放思想
我从这些见解中吸取了两个教训。首先，我对自由意志采取了更务实的观念。我努力尽可能不受约束地生活。唯一的例外应该是我自己有意识地强加给自己的限制，其中最主要的是出于伦理考虑而产生的约束：不要伤害他人，并努力让地球比你发现时更好。其他考虑因素包括家庭生活、健康、财务稳定和正念。其次，我尝试更好地理解我无意识的动机、欲望和恐惧。我比年轻时的自己更深入地反思自己的行为和情绪。

我在这里没有取得任何新的进展——这些都是来自所有文化的智者数千年来教导的教训。古希腊人在德尔菲阿波罗神庙的入口处刻有“gnothi seauton”（“认识你自己”）。耶稣会有一个近 500 年历史的精神传统，强调每天两次的良心省察。这种不断的内心审问会增强你对自己的行为、欲望和动机的敏感性。这不仅能让你更好地了解自己，还能让你过上更符合你的性格和长期目标的生活。

本文以“寻找自由意志”为题在印刷版上发表。