有时候最简单的问题也最难回答。例如，你是如何决定摆动手指的？我们对涉及的肌肉和神经结构了解很多——就像木偶和丝线一样——但木偶师呢？
人类如何发展出有意愿地促成事情发生的能力仍然是个谜。在最近的一项研究中，我们试图捕捉婴儿发现他们影响世界的能力的行为。正如我们在去年九月发表在《美国国家科学院院刊》上的报告中指出的那样，我们识别出了这些顿悟时刻以及它们周围发生的事件，首次揭示了自主意识是如何形成的。
50多年来，研究人员一直使用一种非常简单的方法来研究婴儿期的学习。他们将婴儿放在一个婴儿床中，上方悬挂着一个移动玩具。然后，科学家将绳子的一端系在移动玩具上，另一端系在婴儿的脚上。如果婴儿移动，玩具也会移动。在多次实验中，科学家可以观察到婴儿学习并回忆起一个简单的因果互动：踢一下脚，移动玩具就会移动。
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我们使用该装置来确定婴儿首次意识到他们可以控制移动玩具运动的时刻。我们与 16 名三到四个月大的婴儿合作，采用运动捕捉技术来测量婴儿和移动玩具在三维空间中的运动。与以往的此类实验一样，当婴儿的脚被拴在移动玩具上时，他们踢腿的次数明显多于未拴住时。但他们知道是自己的动作在推动移动玩具吗？
当实验人员拉动绳子使移动玩具移动，而不是让婴儿自己移动时，出现了一条线索。在这种情况下，婴儿的动作比移动玩具静止时要少。这一发现排除了婴儿只是在看到移动玩具移动时兴奋地踢腿的想法。事实上，我们的数据表明，是脚和移动玩具的协调运动促使了婴儿的活动。
此外，当我们移除绳子后，婴儿仍然以他们被拴在移动玩具上时达到的最高频率踢腿，这表明他们期望玩具会做出反应。当这种情况没有发生时，一些婴儿明显感到沮丧。
那么，在他们被拴住的某个时刻，婴儿一定已经意识到他们可以控制了。为了精确定位这个顿悟时刻，我们开发了一种算法来搜索婴儿被拴住期间脚部运动频率的峰值。对于一些婴儿，我们发现活动突然爆发，同时运动频率也发生了剧烈变化，包括停顿以及速度的突然增加或减少。这种波动和转变是复杂系统——从股票市场到大脑活动——即将发生变化的典型特征。我们认为，最初的活动峰值与婴儿的顿悟发现同时发生。
我们的观察还揭示了一种模式：在被拴住的最初一分钟左右，每次移动玩具对婴儿的动作做出反应时，他们都会静止不动，等待移动玩具停止后再踢腿。移动玩具不熟悉且出乎意料的运动引发了婴儿身上一种奇怪的动态舞蹈：移动、暂停、移动、暂停。我们怀疑他们在某种意义上是在进行自己的实验：“如果我这样做（踢腿），我就会看到（移动玩具移动）”，反之，“如果我不踢腿，我就看不到移动玩具移动。”
值得注意的是，婴儿的行为方式并不完全相同。事实上，即使有一个孩子在与移动玩具互动时活动量增加了一倍，但她并没有表现出任何发现她的行为可能如何影响移动玩具的迹象。因此，这种方法可以帮助我们理解和预测健康婴儿以及有发育迟缓风险的婴儿的运动和认知发展的个体路径。
但是，这个实验告诉我们关于自主意识的起源什么呢？我们认为，很多。几年前，我们中的一位（Kelso）提出，自主意识的诞生是一个动态的、自组织的过程，并与已故物理学家 Armin Fuchs 一起，开发了它的模型。为了分解一下：“动态”意味着模式和关系会随着时间推移而演变。“自组织”指的是自然界中的许多复杂系统在没有任何指令的情况下自行组织成特定形式。在这些情况下，回到我们最初的问题，没有具体的木偶师在拉线。相反，模式在开放能量、物质和信息与其周围环境交换的系统中自发地出现和变化。
我们的理论是，当一个有机体（这里是婴儿）及其环境（移动玩具）相互作用时，它们会形成一个自组织的动态系统。当有机体意识到它的运动导致世界发生变化时，目标导向的行动就会自发地出现。
我们的发现与我们的理论完美契合。婴儿最初的动作包括蠕动和推撞，没有明显的目的或方向。但是，一旦被拴在移动玩具上，他们移动得越剧烈，他们的注意力就越被他们踢腿的效果所吸引（既有绳子拉扯的感觉，也有移动玩具做出反应的景象）。当婴儿对他们与玩具的关系的注意力达到临界水平时，他们意识到他们可以使移动玩具旋转。自发运动变成了有目的的行动。在那个转折点，我们观察到脚部活动爆发，以及婴儿和移动玩具之间紧密的协调。
从历史上看，生物的目的和自主意识的整个问题——甚至可以说“自由意志”——一直笼罩在哲学辩论和争议之中。许多论点都落在了两个极端之一：要么必须有一个内在的指导者——一个做出决定的自我——要么自由意志实际上不存在，因为环境和 circumstances 预先决定了一个人的行为。但我们的婴儿研究强调了理解有机体与其环境之间的关系对于揭示定向行为的起源至关重要。正如我们的模型所提出的，自主意识的体验只有当一个有机体（婴儿）感觉到它与它的环境（在这种情况下，是移动玩具装置）耦合时才会出现。在这种思维方式中，两者之间的互动和关系对于目的的产生至关重要。
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