物理學上意識存在於哪裡？

 笛卡爾可以說是最早處理意識問題的哲學家。他認為意識經驗是一些呈現於一個內在時空中的心靈圖像和知覺。而意識處在我們「看」這些心靈圖像的位置。笛卡爾認為意識既不存在於知覺中也不存在於大腦上。它存在於位於對稱大腦半球中心的腺體上。現在普遍認為該腺體是松果體（pineal gland）。他之所以這樣宣稱是因為雖然大腦的構造都是左右對稱的，但是松果體卻只有一個。一個人的靈魂既然不會是分成兩半，也不會刻意選擇哪一邊，那必定是在中間的松果體。

  然而笛卡爾的心物二元論對於靈魂、或是意識如何透過松果體操控身體卻無法解釋。而現代腦科學也發現腦左右半的功能是不同的。也就是說腦基本上不是一個對稱的器官。因此笛卡爾的這種看似理性實質主觀的推論也就不成立。雖然其後大多的哲學家如休謨、康德都不認同意識透過松果腺操控身體，但是也沒有談論意識究竟位於哪裡。

當然，就科學家的立場而言，笛卡爾的論點絕對不會成立，因為心靈不可能是獨立於物理之外的存在。而心靈也必定存在於這個物理世界某個地方。

發現DNA雙股螺旋的克里克在其1997年出版的書中驚異的假說（ The Astonishing Hypothesis） 中論述意識的物理論。透過生物學的實驗，他認為他可以有力的提出一個假說：我們的意識、想法、情感以及自由意志不過是大量神經細胞以及相關分子系統的行為罷了。他認為這個假說將透過科學的方法在不久的將來得到驗證。

   今天哲學家以及科學家對於意識的位置有很大的歧見。甚至有哲學家如Tomas Reid 認為意識就是世界本身。並以某些科學觀點如光子、量子心靈（quantum mind）、意識的電磁理論(electromagnetic theory of consciousness)等為根基。但這些理論都沒有被證實，甚至受到質疑。然而最近，科學好像給出了答案。

  由於二十世紀末認知神經科學的進展，大腦不在只是一個黑箱，我們對於大腦的功能有了進一步的認識。我們發現大腦功能的區為化，因此意識在哪裡的問題進一步轉變成為特定的認知運作位在神經系統的哪裡。

神經科學的意識

  大腦有運動中樞，感覺中樞，視覺中樞，聽覺中樞，語言中樞，情緒中樞，記憶中樞等等，而左右大腦，不但控制對側肢體功能，也有其獨特的分工，腦的基本單位是腦細胞神經元 (Neurons) 與神經膠質 (Glia Cells)。我們的想法、意識，都是發生在大腦皮質裡。然而，究竟是哪裡？我們現看看腦的構造以及功能區位。

大腦皮質（cerebral cortex）：

 

是包圍於大腦表面厚約三到四公釐的一層，就像是樹皮包著樹幹。大腦皮質有很多的折縫和迴旋，分為腦溝、腦回和腦紋。大腦皮質構成80%的人類大腦，皮質越多思考的複雜性也就越高。大腦皮質使得我們可以思考，也就是我們不像爬蟲類那樣，全部靠反射性的本能（由中腦及腦幹負責）行為。我們可以壓抑本能，如忍受飢餓、忍受痛苦，以謀求更高更遠的目標。因為大腦皮質我們獲得推論歸納、預測、並且規劃未來的能力，也就是思考的能力、懷疑的能力。自我的概念以及意識（access consciousness）必定存在於皮質中。另一方面，因為現象意識就是經驗、情緒、授納，發生在皮質之外的地方，故像是爬蟲類、魚類也具有現象意識。

  大腦：

    大腦皮質之下就是大腦，是一個在演化史上較為古老的器官。這個部位與反射動作有關，是維繫生命知所需，但是與人的智力無關。大腦的存在是意識存在的必要條件，但不是充分條件。

前腦frontal lobe： 是大腦靠近上面和前面的區域，包涵了大腦皮質、基底核、邊緣系統、視丘以及下視丘。	邊緣系統limbic system 對情緒動機記憶學習非常重要。像是魚類以及爬蟲類的邊緣系統沒有發展，幾乎靠本能反應。 邊緣系統的發展可以壓抑本能的反應，以彈性的調整我們的行為以適應多變的環境。	海馬回：hippocampus	產生新記憶、讓我們知道事物的位置及空間關係。 似乎與意識密切關聯。
		杏仁核amygdala	在情緒中扮演要要角色、杏仁核對情緒知覺有增進的作用。切除杏仁核的動物對危險沒有害怕的感覺。
	下視丘：	控制物種生存的行為，如打架、進食、交配。情緒控制（快樂…） 對應到佛洛伊德的自我。
	視丘：Thalamus	感覺傳道大腦的基本傳輸站，藉由連結到大腦的投射纖維，將訊息傳輸到大腦皮質的正確區域。
	胼胝體（扣帶回）cingulate gyrus	兩個大腦半球間傳遞訊息的地方
中腦	上丘、下丘	上丘與視覺有關、下丘與聽覺有關
	網狀激發系統	對於意識（睡眠警醒）、注意力、心臟呼吸功能控制非常重要
	灰質、黑質、紅核	對於動作的控制很重要
後腦	小腦	溫度調節、睡眠、飲食、運動、平衡、心跳、呼吸。
腦幹		溫度調節、睡眠、飲食、運動、平衡、心跳、呼吸。 若沒有大腦皮質，只要腦幹活著，生命依然可以延續。

  

胎兒的腦部活動

 藉由正子放射斷層掃描（PET），我們可以知道胎兒的腦部活動部位。

新生兒的腦部活動限於腦幹、小腦、視丘這些皮質下的結構，表現出來的只有反射動作。在嬰兒出生兩三個月以後，幾個皮質部位的活動遽增，主管視覺的腦活動激增尤其顯著。但此時也只有知覺，而沒有意識。六到八個月後，前葉皮質的活動也上升，物種發展史上最早發展出來的區域會先啟動。

嬰兒的記憶是慢慢發展起來的，對於肌肉動作的記憶最先發展出來，然後可以記憶一些較短的情節，通常只有一到二天，但是嬰兒的記憶能力是非常有限的。大部分的人無法回憶起自己三歲之前發生的事情。

嬰兒一出生就具備固有的情緒以及理解他人情緒的本能。即使邊緣系統皮質尚未發育，嬰兒仍有豐富的情緒。這些情緒的用意與謀求食物、慰藉等需求直接關聯。當嬰兒發展出聽覺以及視覺後，它們便開始模仿他人。它的聽覺剛好適合聽到人的語調，它的嗅覺可以聞出母親的味道，而它的視覺認出那貼近的臉―父母的臉。

嬰兒的模仿可以說是自覺的開始。嬰兒才出生幾個小時就已經可以模仿各式的表情了―高興、悲傷、驚訝。畢竟嬰兒的面部肌肉再出生時已經發展完全。

這樣的模仿不只是行為上的、更是心裡上的。嬰兒看見對方高興、就會跟著咧嘴;看見對方悲傷時也會跟著撇嘴。本能上，嬰兒就具有共鳴的能力，與他人連結的能力，可以體會他人的感受。畢竟，這是生存下去的必要技能―要學會看臉色。這時的嬰兒是純粹情緒的。

在第六個月之後，嬰兒的腦前葉神經元開始大量生出樹突以及突觸，剛好呼應嬰兒智力的提高―嬰兒開始利用這些情緒知識準確的傳達出特定訊息。另外嬰兒會把糖果分給媽媽，代表同理心的產生。這是非常重要的訊息。它認出了「你」，而且做了將心比心的行為，也就是他意識到了自己。他開始會抑制自己的情緒，不再一味哭鬧。這些非本能的動作呼應了智力的提高。這說明智力一定要發展到某一個程度才有可能產生意識。而意識的出現也是隨著腦前葉的發達而漸進的，並非只是有或沒有的差別。而嬰兒的長期記憶出現時間大約在三歲半以後，而語言文法要到一歲半以後才有進步。

胎兒的腦部發育

外在世界的結構與神經系統的結構有對應關係？難道我們的腦不是早就被基因決定好了？

觀察胎兒腦部的發育，我們知道嬰兒的神經細胞的確是在產前就已經在各個腦室就定位。神經元從神經上皮細胞分裂出來以後，就順著已先發展出來的神經膠質細胞（neuroglial cell）劃出來的路徑前進，像腦室外圍遷移。胎兒在第五個星期就已經發展出五個腦室，裡面充滿液體。神經膠質細胞負責供給神間元構造骨架與新陳代謝的營養。神經元的製造速度十分驚人，每分鐘要產生五十萬個。膠質細胞如同輻彀一般，是從腦室向外延伸的強壯的長條細胞。新生的神經元細胞只有一個橢圓的細胞體（尚未發展出突觸），按照各種不同的分子訊號指示，搖搖擺擺的走向正在變厚的大腦之中欲定好的區域。

 懷孕期一半的時候，大說數神經元都已經就位，腦部的構造大致底定。但是這些神經元都只是小樹苗，神經元與神經元之間的突觸都還沒有連線，所以什麼是也不能做。

腦部發育的真正要務在於突觸的形成。突觸的形成是一個持久的過程，與神經的遷移不一樣，大腦皮質裡的細胞的突觸形成不但在懷孕期進行，還持續到出生後的第一年，某些部位的突觸形成甚至延續到出生後的第二年。將近83%的樹狀突，是在嬰兒出生以後生長。

腦部線路的自然淘汰

腦部發育出來的神經原有十億個以上，要長出的突觸更多達個，眼睛視網膜裡的神經元，如何知道要掠過無數其他目標，而只把軸突延伸到腦內核心區的視丘的視覺區？聽覺神經元又如何在個觸突中找到遠方一個特定的語言區的神經觸突？這一切不可能都是由基因決定的，因為基因的所有編碼加起來也沒這麼多種。

事實上，大腦的神經發育是先天後天兼有的過程。神經元就定位之後，會長出一個軸突苗，苗梢有個變大的追形體，叫做生長錐，如同樹根的生長點，。生長錐末端生出十來條長鬚，向雷達一樣往不同方向探測化學訊號。這種化學誘引物是潛在的目標神經元釋出的，藉此吸引遠處的配對軸突，被吸引的軸突朝吸引物濃度高的地方伸長，直到觸及有相配化學特性的目標神經元為止。當一個軸突一旦完成航行之後便大量的向外生出分枝，與上百個釋出強效引誘力的目標神經元發生接觸，接觸會導致突觸形成。因此在初期的時候，線路的連接系統有許多重疊，既不精確又沒效率。這時，視丘區域的神經元、聽覺神經元、視覺神經元以及腦中其它部位的的神經元很可能都是交互連在一起的。

接下來就是後天、外在環境的工作了。神經系統製造了過剩的觸突，使得神經之間必須相互競爭，就像動物進化或是自由市場一樣，只留下最適任的突觸。突觸的有用程度是由電位差評定的，高度活躍的突觸會接收較多的電脈衝，也放出較多的神經傳導物質，對其他的突觸的引誘訊號也較強。較小的突觸在沒有使用的情況下會慢慢退化。其實，幼童直到青春期這個過程每天大約有兩百億個腦神經細胞在死亡，代表這段時間是我們感受性、想像力、創造力、語言、推理形塑的關鍵時期。這樣的重整化、精簡化使得思考更有效率。因此，我們可以說們的智力就存在於這些強化後的神經的結構。

左圖：

不同年齡時腦部突觸的密度。可以看到突觸是出生後大量生長，而經由外在環境造成內部神經的競爭條件。青少年時期，不需要的突觸退化，需要的突觸強化，使得思考更有效率。

 環境刺激大腦發育

另外一個支持外在環境會影響內在結構的證據是對老鼠的實驗。
  實驗室的老鼠分別安置在「強化」的環境以及「貧瘠」的環境中。強化的環境是寬敞的空間以及幾群老鼠共處，貧瘠的環境則是一隻老鼠單獨關在狹小陰暗的籠子裡。研究者發現前者之中的老鼠腦部重量較中且大腦皮質較厚。皮質較厚是因為神經元較大、樹突較多、突觸也較多。換言之，前者得到的感官刺激以及社會刺激，促進了腦內的網路連接。

總括來說，這證明外在世界的結構決定了神經控制系統的結構。而神經系統的結構就是我們的智力、我們的意識。然而這一切，全部都逃不出達爾文演化論的控制。這個就是我給物理論的心靈難題的解釋。