你的大腦里，有一群專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)“看空氣”的神經(jīng)元

追問(wèn)快讀：人們過(guò)去花了數(shù)個(gè)世紀(jì)來(lái)接納數(shù)字“零”的存在。而今，“零”正在幫助神經(jīng)科學(xué)家們理解人腦如何感知虛無(wú)。與感知和意識(shí)相關(guān)的神經(jīng)科學(xué)研究，大多聚焦于我們?nèi)绾我庾R(shí)到事物的“存在”。然而，對(duì)“不存在”的體驗(yàn)也構(gòu)成了我們意識(shí)體驗(yàn)的重要組成部分——我們經(jīng)常能覺(jué)察到那些肉眼無(wú)法看見(jiàn)的事物，而揭示這背后的神經(jīng)基礎(chǔ)對(duì)充分理解意識(shí)問(wèn)題同樣重要。

當(dāng)我觀鳥(niǎo)時(shí)，總是遇到這樣一個(gè)尷尬場(chǎng)景——同行的觀鳥(niǎo)人指著樹(shù)冠，讓我快看葉子后面藏著的那只鳥(niǎo)。而每當(dāng)我舉起望遠(yuǎn)鏡來(lái)回搜尋時(shí)，永遠(yuǎn)只能沮喪地看見(jiàn)鳥(niǎo)的“空影”。

這類(lèi)對(duì)“不存在之物”的生動(dòng)體驗(yàn)，對(duì)于我們的內(nèi)心世界而言非常常見(jiàn)，但大腦如何上演這出“皇帝新衣”式的獨(dú)角戲仍是個(gè)謎——當(dāng)沒(méi)有任何東西可供感知時(shí)，大腦如何產(chǎn)生感知體驗(yàn)？

作為一個(gè)對(duì)意識(shí)問(wèn)題感興趣的神經(jīng)科學(xué)家，研究“虛無(wú)”的神經(jīng)基礎(chǔ)無(wú)疑是個(gè)極其誘人而又富有挑戰(zhàn)的課題。幸運(yùn)的是，比起其他虛無(wú)，有一種更具體的虛無(wú)形式——0，至少0是有形的。為此，人們不惜花上大量精力，嘗試抓住“零”這個(gè)線索——研究人腦如何感知數(shù)字“零”，或許就能夠最終解開(kāi)大腦迷霧重重的“虛無(wú)主義”。

“零”在人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展中扮演了一個(gè)耐人尋味的角色。縱觀人類(lèi)歷史，它在那些懼怕虛無(wú)的文明中掙扎，又在那些擁抱虛無(wú)的文明中蓬勃。但這并非“零”如此令人著迷的唯一原因。正如我們對(duì)大腦如何感知“缺失”一無(wú)所知，“零”作為數(shù)字在大腦中如何表征也是個(gè)未知數(shù)。要知道，如果大腦進(jìn)化出了專(zhuān)門(mén)計(jì)數(shù)“樹(shù)枝上棲息的貓頭鷹”的機(jī)制，那么這套機(jī)制要如何從實(shí)際中抽象出“貓頭鷹”的概念，并對(duì)“不存在的貓頭鷹”進(jìn)行計(jì)數(shù)呢？

對(duì)“缺失”的感知和“零”的概念表征，兩者之間的諸多共同點(diǎn)大概率不是偶然。當(dāng)你的大腦識(shí)別數(shù)字“零”時(shí)，它很可能正在征用一套基本的感知覺(jué)機(jī)制——這套機(jī)制決定了你何時(shí)能看到（以及看不到）某物的存在。如果真是這樣，那些強(qiáng)調(diào)“缺失”體驗(yàn)的意識(shí)理論，或許能讓“零”發(fā)揮新的用途，成為探索意識(shí)本質(zhì)的新工具。

?What is Zero? Getting Something from Nothing - with Hannah Fry. 視頻來(lái)源：The Royal Institution

零的歷史

?蘇美爾人用于管理目的的粘土板，其上出現(xiàn)了最早的楔形文字和計(jì)數(shù)。圖源：Nissen，Damerow＆Englund 1993，收錄于Robinson 2007：66

零，誕生于濕黏土上的一枚印記。在約5000年前的美索不達(dá)米亞，蘇美爾人革命性地發(fā)明了一種數(shù)字書(shū)寫(xiě)方式。

為避免不斷為新數(shù)字創(chuàng)造更多符號(hào)，他們創(chuàng)造了“占位符”系統(tǒng)*——將同一個(gè)符號(hào)放置在數(shù)字的不同位置，以代表不同的數(shù)值。如果你聽(tīng)得有點(diǎn)兒懵，大概率是因?yàn)槲覀円呀?jīng)完全內(nèi)化了這個(gè)想法，導(dǎo)致語(yǔ)言解釋反而是在化簡(jiǎn)為繁。

以47和407為例：這兩個(gè)數(shù)字都包含4這個(gè)符號(hào)，但由于位置不同，4分別代表了400和40。我們需要依據(jù)4在數(shù)字中所處的數(shù)位（如百位/十位）來(lái)理解4的正確含義。

占位符系統(tǒng)這點(diǎn)兒格式上的不起眼變化，卻給數(shù)學(xué)世界帶來(lái)了巨大顛覆：它讓大數(shù)字的快速記錄和計(jì)算方法的高度簡(jiǎn)化成為了可能。

后來(lái)，蘇美爾人遇到一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：當(dāng)某個(gè)數(shù)位不需要放置任何數(shù)字時(shí)（正如407的中間位），該怎么辦？零的概念就此誕生——蘇美爾人選擇在4和7之間放置了一個(gè)“對(duì)角楔形”，來(lái)表示“這處為空”。

譯者注：

這段文字中提到的關(guān)于蘇美爾人發(fā)明“占字符”的說(shuō)法并不完全準(zhǔn)確。雖然蘇美爾人（約公元前3100年-公元前2000年）確實(shí)發(fā)明了世界上最早的書(shū)寫(xiě)系統(tǒng)之一——楔形文字，以及十進(jìn)制和六十進(jìn)制的數(shù)學(xué)系統(tǒng)，但“占字符”其實(shí)是后來(lái)的巴比倫人在公元前300年左右發(fā)展出來(lái)的。他們繼承了蘇美爾人的文化和數(shù)學(xué)體系，在使用六十進(jìn)制的過(guò)程中，遇到了需要表示不同數(shù)位之間空位的情況。于是，他們用一個(gè)簡(jiǎn)單的符號(hào)（通常是兩個(gè)楔形符號(hào)）來(lái)表示數(shù)位間的空缺。

圣奧古斯丁：虛無(wú)即魔鬼，是最大的邪惡。

盡管占位符系統(tǒng)和一個(gè)表示“無(wú)”的數(shù)學(xué)符號(hào)（“零”的原型）具有極高的實(shí)用性，但它們?cè)谧叱鲋袞|的過(guò)程中卻遭遇重重阻礙，甚至飽受譏諷。希臘文明所留存的關(guān)于零的使用記載非常有限，他們始終沿用一套類(lèi)似于羅馬數(shù)字的非占位數(shù)字體系。

實(shí)際上，希臘貴族——那些鉆研過(guò)數(shù)學(xué)體系的人——主動(dòng)回避了零的使用。畢竟，希臘是幾何的國(guó)度，希臘學(xué)者尋求用線、點(diǎn)、角描述世界，“無(wú)”的概念在其中顯然難有立錐之地。希臘人對(duì)邏輯的熱愛(ài)也成為另一大阻撓：“無(wú)”怎么能是“有”？亞里士多德的結(jié)論是，虛無(wú)本身并不存在——在邏輯上也不允許其存在。

?阿拉伯?dāng)?shù)字和羅馬數(shù)字體系下的加法運(yùn)算. 圖源：linguisticdiscovery.com

然而，占位記數(shù)法在商業(yè)活動(dòng)的巨大實(shí)用價(jià)值，使“零”的概念還是逐漸滲透到了那些原本漠然以對(duì)的人群當(dāng)中。工商階級(jí)掌控了“零”的命運(yùn)，并在公元前三世紀(jì)前后經(jīng)由貿(mào)易路線將“零”從巴比倫帶往印度。

相比于希臘的邏輯學(xué)派，“無(wú)”天然地貫穿于印度文化的哲學(xué)基礎(chǔ)中。印度人在不同語(yǔ)境下使用多種詞匯，如浩瀚的空間、以太或空虛，來(lái)表達(dá)“虛無(wú)”的概念，這反映了印度哲學(xué)體系將“無(wú)”本身視為可描述之物，而不僅僅是某物的缺席。

?印度瓜廖爾城出土的九世紀(jì)銘文，圖中央顯示了數(shù)字270。圖源： [1]

在這種氛圍中，“零”得以蓬勃發(fā)展。像婆羅摩笈多*（Brahmagupta，公元598-670年）這樣的天文學(xué)家及數(shù)學(xué)家設(shè)計(jì)并闡明了與“零”有關(guān)的數(shù)學(xué)規(guī)則：任何數(shù)減去其自身等于“零”，任何數(shù)乘以零等于“零”......“零”不再僅僅是表示空位的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，而是成為一個(gè)確立的概念，與其他數(shù)字平等。

已知最早使用空心圓來(lái)表示“零”的記載，出現(xiàn)于公元876年印度中部的瓜廖爾城。但鑒于零的流行發(fā)源于商人階層，早期用紙或樹(shù)皮標(biāo)記的“零”可能早已在幾個(gè)世紀(jì)前的貿(mào)易路線中遺失。經(jīng)由這些路線，“零”的概念——以其進(jìn)化后的形式——重返中東地區(qū)，隨后傳入歐洲社會(huì)。其中最著名的傳播者是一位名叫斐波那契*（Fibonacci，約1170年~1250年）的年輕旅行商人。

1202年，斐波那契出版了《算盤(pán)書(shū)（Liber Abaci）》，向歐洲讀者介紹了“零”的概念。然而“零”仍然遭到了反對(duì)和嘲笑。一方面，由于歐洲人不熟悉阿拉伯?dāng)?shù)字的計(jì)算規(guī)則，導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤；另一方面，由于其與虛無(wú)的聯(lián)系，零被認(rèn)為與神意直接對(duì)立：如果上帝從虛無(wú)中創(chuàng)造了世界，那么避免虛無(wú)不言而喻也是神意的要求。圣奧古斯丁將零等同于魔鬼——虛無(wú)是最大的邪惡。

再一次地，工商階級(jí)在推動(dòng)了“零”的應(yīng)用中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。隨著復(fù)式記賬法*的引入，“零”終于在歐洲站穩(wěn)了腳跟。到15世紀(jì)，知識(shí)階層已無(wú)法對(duì)“零”視而不見(jiàn)，“零”開(kāi)始被完全接納。

婆羅摩笈多（Brahmagupta）是7世紀(jì)印度的杰出數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家，他撰寫(xiě)了《婆羅摩修正體系》（Brahmasphutsidhanta）一書(shū)，在其中詳細(xì)闡述了零和負(fù)數(shù)的數(shù)學(xué)性質(zhì)，提出了早期的代數(shù)方程求解方法，并在天文學(xué)計(jì)算中做出了重要貢獻(xiàn)，對(duì)后世數(shù)學(xué)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

萊昂納多·斐波那契（Leonardo Fibonacci），意大利數(shù)學(xué)家，他提出了斐波那契數(shù)列其中每個(gè)數(shù)字是前兩個(gè)數(shù)字之和（例如：0, 1, 1, 2, 3, 5, 8...），廣泛應(yīng)用于自然界、藝術(shù)和科學(xué)中。此外，他的著作《算盤(pán)書(shū)》（Liber Abaci）將阿拉伯?dāng)?shù)字系統(tǒng)引入歐洲，對(duì)數(shù)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。

復(fù)式記賬法：一種會(huì)計(jì)核算方法，其核心原則是“有借必有貸，借貸必相等”，要求每筆交易都需要同時(shí)登記借方與貸方的賬目。

也許最值得一提的是，“零”的概念也使17世紀(jì)末微積分原理的創(chuàng)立（先后由萊布尼茨和牛頓獨(dú)立發(fā)表）成為可能——微積分的核心就是計(jì)算數(shù)學(xué)函數(shù)的最小值和最大值，而“零”無(wú)疑是這一切的基礎(chǔ)。

終于，“有”從“無(wú)”中誕生了。正如博學(xué)家萊昂哈德·歐拉（Leonhard Euler）所言：“世間萬(wàn)物，其意義都不外乎某種最大值或最小值。”或許，宇宙的秘密就潛藏在“零”的“無(wú)中生有”中。

?Nieder提出的“四個(gè)階段”：在人類(lèi)文化、個(gè)體發(fā)育、種系演化和神經(jīng)生理中，“零”的概念是如何逐步出現(xiàn)和發(fā)展的。圖源：[1]

零的習(xí)得

“零”在人類(lèi)歷史上緩慢的接受進(jìn)程，也反映在兒童發(fā)展中對(duì)“零”的延遲習(xí)得上。

1、2、3等自然數(shù)都與現(xiàn)實(shí)世界中可觀察到的實(shí)體相對(duì)應(yīng)，而0卻對(duì)于計(jì)數(shù)毫無(wú)用處。正如懷特海（Alfred North Whitehead）所說(shuō)：“沒(méi)有人會(huì)出門(mén)去買(mǎi)‘零’條魚(yú)。”理解并使用“零”，需要人們從物理世界轉(zhuǎn)向抽象概念的世界，這也許就是為什么兒童掌握“零”需要比其他自然數(shù)更長(zhǎng)的時(shí)間。

一系列發(fā)展心理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，語(yǔ)前嬰兒（preverbal infants）能夠留意展示給他們的物品數(shù)量。如果研究者先給嬰兒展示了一組圖片，其中包含四個(gè)玩具，后來(lái)突然變出五個(gè)玩具實(shí)物時(shí)，嬰兒會(huì)對(duì)此表現(xiàn)出驚訝。類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)也反映了幼兒內(nèi)隱的簡(jiǎn)單計(jì)算能力：如果五個(gè)月大的嬰兒看到兩個(gè)木偶被依次藏在幕布后，但當(dāng)掀開(kāi)幕布時(shí)卻出現(xiàn)三個(gè)木偶時(shí)，他們會(huì)注視更長(zhǎng)時(shí)間——這表明他們對(duì)計(jì)算錯(cuò)誤很敏感。然而，當(dāng)正確答案是零個(gè)木偶時(shí)，則不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象[2]。

?測(cè)試嬰兒數(shù)字能力的習(xí)慣化范式。圖源：[2]

隨著年齡的增長(zhǎng)，兒童雖然能初步理解“零”與“無(wú)”的關(guān)聯(lián)，卻難以完全掌握“零”的數(shù)學(xué)性質(zhì)。比如，盡管學(xué)齡前兒童知道“零”意味著“沒(méi)有東西”，他們?nèi)匀徽J(rèn)為1是最小的數(shù)字。類(lèi)似地，當(dāng)要求他們比較0與其他數(shù)字的大小時(shí)，他們的反應(yīng)模式常會(huì)接近于隨機(jī)猜測(cè)。只有當(dāng)用“無(wú)”代替數(shù)字“0”，幼兒才能順利完成這類(lèi)比較任務(wù)。

這些研究強(qiáng)調(diào)了“零”與“無(wú)”之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)：要將“零”作為一個(gè)數(shù)字來(lái)理解，首先需要將其歸類(lèi)到“無(wú)”的范疇，然后才能確立為數(shù)軸的起點(diǎn)。成年人雖然能將“零”概念化為數(shù)值，但仍存在一些認(rèn)知困難。比如和其他個(gè)位數(shù)相比，人們?cè)谂袛唷傲恪钡钠媾夹詴r(shí)更容易出錯(cuò)（零其實(shí)是偶數(shù)），而且讀取“零”所需的時(shí)間也更長(zhǎng)，表明處理零的認(rèn)知負(fù)擔(dān)普遍更大。

零的神經(jīng)表征

鑒于這些行為特征，人們自然會(huì)好奇“零是如何在大腦中被表征的”。但這個(gè)問(wèn)題直到最近才成為科學(xué)研究的主題。

大約10年前，兩個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室首次在非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的大腦中發(fā)現(xiàn)了零表征的趨同性證據(jù)。通過(guò)向猴子展示不同數(shù)量的點(diǎn)陣并同時(shí)記錄單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)人員識(shí)別出了一些對(duì)特定數(shù)量高度敏感的神經(jīng)元。兩項(xiàng)研究分別發(fā)現(xiàn)了所謂“零神經(jīng)元”的存在——這些細(xì)胞對(duì)空集（0個(gè)點(diǎn)）的放電反應(yīng)，比其他數(shù)量的點(diǎn)陣更強(qiáng)烈。其中一些“零神經(jīng)元”只關(guān)注空集，而對(duì)其他數(shù)量的點(diǎn)完全不響應(yīng)[3,4]。這是研究人員首次證明，大腦中存在專(zhuān)門(mén)編碼零的神經(jīng)元。

不僅如此，他們還在猴腦前部發(fā)現(xiàn)了另一類(lèi)呈現(xiàn)梯度放電模式的“零神經(jīng)元”。當(dāng)猴子看到空集時(shí)，這些神經(jīng)元放電最強(qiáng)，而看到一個(gè)點(diǎn)時(shí)，微弱放電，看到兩個(gè)點(diǎn)時(shí)，放電更加微弱，以此類(lèi)推。重要的是，這些神經(jīng)元特性反映了以零作為數(shù)軸起點(diǎn)的數(shù)學(xué)屬性。

?猴腦中對(duì)數(shù)字0-4的選擇性反應(yīng)。圖A、C為不同數(shù)字偏好的VIP神經(jīng)元(A)集群和PFC神經(jīng)元(C)集群調(diào)諧曲線，圖B、D為VIP區(qū)域(B)和PFC區(qū)域(D)中對(duì)各種刺激類(lèi)型產(chǎn)生最大響應(yīng)的神經(jīng)元所占比例。VIP：腹側(cè)頂內(nèi)區(qū)(ventral intraparietal area)；PFC：前額葉皮層(prefrontal cortex)。圖源：[4]

我們將“零”符號(hào)化的能力，可能起源自對(duì)“不存在”的非符號(hào)表征。

去年，兩項(xiàng)在人類(lèi)中開(kāi)展的新研究進(jìn)一步揭示了“零”的神經(jīng)基礎(chǔ)。人類(lèi)研究成功檢驗(yàn)了我們獨(dú)有的能力——將概念“零”符號(hào)化地表示為數(shù)字“0”。

其中一項(xiàng)研究，通過(guò)記錄人類(lèi)觀看點(diǎn)陣和數(shù)字時(shí)大腦中單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，以此重復(fù)此前猴子研究中的發(fā)現(xiàn)。研究中還發(fā)現(xiàn)，對(duì)空集放電的神經(jīng)元與對(duì)正數(shù)點(diǎn)集放電的神經(jīng)元，在活動(dòng)模式上有所不同。這種差異表明，大腦中可能存在一種更為基礎(chǔ)的“無(wú)”類(lèi)別，這并非“有”類(lèi)別的某種特例，這再次暗示了“零”與“缺失”之間可能存在著深刻的聯(lián)系[5]。

?左圖為數(shù)字0-9的選擇性神經(jīng)元的平均狀態(tài)空間軌跡。右圖為關(guān)鍵窗口期內(nèi)對(duì)神經(jīng)狀態(tài)的降維。基于k-means分類(lèi)器，小數(shù)字（0-4）、大數(shù)字（5-9）聚為兩類(lèi)。小數(shù)字中，0則相對(duì)獨(dú)立于1-4。圖源：[5]

另一項(xiàng)研究則使用了腦磁圖（MEG）技術(shù)，以此測(cè)量數(shù)千個(gè)神經(jīng)元在涉及符號(hào)零和空集的數(shù)字任務(wù)中的整體活動(dòng)。結(jié)果顯示，不同神經(jīng)元群組的活動(dòng)，無(wú)論是對(duì)陣空集還是符號(hào)零，零都是腦內(nèi)數(shù)軸的起點(diǎn)。此外，大腦對(duì)空集的激活反應(yīng)，在某種程度上與對(duì)符號(hào)零的反應(yīng)相似[6]。這再次印證了，我們將“零”符號(hào)化的能力，可能源于更簡(jiǎn)單的非符號(hào)化的“無(wú)”表征。

綜合來(lái)看，這些研究為神經(jīng)科學(xué)家安德烈亞斯·尼德（Andreas Nieder）于2016年首次提出的觀點(diǎn)提供了初步證據(jù)：人類(lèi)大腦對(duì)數(shù)字“零”的表征，可能與“無(wú)”的基本感知機(jī)制，有著共同的特性。

對(duì)缺失的感知

那么，感知“缺失”或“無(wú)”到底意味著什么？

這個(gè)哲學(xué)問(wèn)題可以借助一個(gè)心理學(xué)范式來(lái)回答：讓人在無(wú)意義的視覺(jué)“噪聲”中尋找有意義的圖像（光棧），并回答“看到的是圖案，還是噪聲？”

事實(shí)證明，就像理解“零”一樣，感知不可感之物的過(guò)程并不那么簡(jiǎn)單。大腦的感覺(jué)系統(tǒng)傾向于檢測(cè)物體的存在：一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)物體進(jìn)入你的視野時(shí)，視覺(jué)皮層中的神經(jīng)元會(huì)被激活，而物體從視野中消失時(shí)則不會(huì)。

這種對(duì)“存在”的感知偏好，也反映在學(xué)術(shù)界的普遍興趣上。大多數(shù)關(guān)于感知和意識(shí)的神經(jīng)科學(xué)研究，都只關(guān)注我們?nèi)绾我庾R(shí)到事物的“存在”。盡管如此，對(duì)“缺失”的體驗(yàn)也構(gòu)成了我們意識(shí)體驗(yàn)的重要組成部分。我們經(jīng)常能感知到那些“看不見(jiàn)的事物”，這說(shuō)明感知“無(wú)”的神經(jīng)基礎(chǔ)，對(duì)充分理解意識(shí)問(wèn)題而言同樣重要。

我們通常意識(shí)不到自己不擅長(zhǎng)檢測(cè)“缺失”。

類(lèi)似于對(duì)“零”的延遲習(xí)得，兒童對(duì)“無(wú)形”的感知也比“有形”發(fā)育得更晚。這方面的經(jīng)典證據(jù)來(lái)自“特征存在效應(yīng)”（feature positive effect），即人們更容易察覺(jué)到某物的存在，而非它的缺失。

?試試看，你能一眼發(fā)現(xiàn)哪個(gè)單詞拼錯(cuò)了嗎？?jī)山M中哪個(gè)找得更輕松？

例如，當(dāng)四個(gè)月大的嬰兒熟悉字母“F”后，他們會(huì)對(duì)緊接著出現(xiàn)的字母“E”表現(xiàn)出驚異，因?yàn)椤癊”相比“F”在底部多了一筆。但當(dāng)順序顛倒，先熟悉字母“E”再出現(xiàn)字母“F”時(shí)，幼兒并不會(huì)表現(xiàn)出類(lèi)似的驚訝或感到困惑——仿佛他們根本沒(méi)注意到“F”的底部比“E”少了一筆。有趣的是，這與之前描述的木偶實(shí)驗(yàn)中嬰兒無(wú)法識(shí)別零的情況非常相似[7]。

我們對(duì)“缺失”的感知困難，也并不會(huì)隨著長(zhǎng)大成人而消失。在校對(duì)書(shū)面文字時(shí)，成人也更容易察覺(jué)到字母中額外添加的筆畫(huà)，而非刪除的筆畫(huà)。例如，將“ONCE”寫(xiě)成“ONGE”很容易被發(fā)現(xiàn)，但將“STRANGER”寫(xiě)成“STRANCER”時(shí)則難以覺(jué)察。當(dāng)向成年人展示圖像序列時(shí)，他們也會(huì)表現(xiàn)出與兒童類(lèi)似的“特征存在”偏見(jiàn)。

這一現(xiàn)象不僅適用于各種聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)刺激，還在鴿子、老鼠、蜜蜂和猴子等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中都得到了證實(shí)，表明感知系統(tǒng)對(duì)“缺失”的檢測(cè)在自然進(jìn)化過(guò)程中始終處于劣勢(shì)。

不僅如此，我們通常意識(shí)不到自己在檢測(cè)“缺失”方面的劣勢(shì)。當(dāng)我們認(rèn)為自己“沒(méi)看到”某物時(shí)，總是不如認(rèn)為“看到”時(shí)自信，同時(shí)也更難判斷自己對(duì)“缺失”的判斷是否準(zhǔn)確。簡(jiǎn)言之，相比于“有”，我們更難對(duì)“無(wú)”的體驗(yàn)進(jìn)行自我反思。

感知缺失的神經(jīng)機(jī)制及意識(shí)理論

如果大腦感知“缺失”的方式如此獨(dú)特，那么它究竟是如何產(chǎn)生這些“虛無(wú)”體驗(yàn)的？

類(lèi)似于“零神經(jīng)元”的發(fā)現(xiàn)，最新研究表明，在鳥(niǎo)類(lèi)、猴子和人類(lèi)大腦中，確實(shí)存在一類(lèi)專(zhuān)門(mén)對(duì)“缺失”進(jìn)行編碼的神經(jīng)元。

在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)鴉科動(dòng)物和獼猴需要判斷屏幕上是否存在微弱刺激時(shí)，與人類(lèi)額葉近似同源的某個(gè)腦區(qū)中的一組神經(jīng)元，會(huì)在動(dòng)物作出“不存在刺激”的判斷之前被激活[8,9]。類(lèi)似地，在人類(lèi)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)參與者判斷手腕上的振動(dòng)刺激“并未出現(xiàn)”時(shí)，頂葉皮層中的某些單個(gè)神經(jīng)元會(huì)被特異性激活[10]。

?圖源：the Brain Maze

這些“缺失神經(jīng)元”，究竟是個(gè)體做出“刺激不存在”這一判斷后產(chǎn)生的結(jié)果，還是說(shuō)它們本身就是決策過(guò)程的一部分？目前還不得而知。但有一點(diǎn)似乎越發(fā)明確：

我們對(duì)“缺失”的感知，并非只是神經(jīng)活動(dòng)的空白或缺失所造成。相反，大腦可能具備一套獨(dú)特的神經(jīng)機(jī)制，專(zhuān)門(mén)用于編碼這類(lèi)關(guān)于“虛無(wú)”的特殊體驗(yàn)。

這套用于編碼“虛無(wú)”的神經(jīng)機(jī)制，正是知覺(jué)現(xiàn)實(shí)監(jiān)控理論（Perceptual Reality Monitoring，PRM）和高階狀態(tài)空間理論（Higher-Order State Space Theory，HOSS）等新興意識(shí)理論的核心內(nèi)容。這些理論聚焦于大腦做出“是否看見(jiàn)某物”的決策過(guò)程，并提出大腦中存在一個(gè)更高階的神經(jīng)機(jī)制，類(lèi)似于“事實(shí)核查員”，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)解讀來(lái)自視覺(jué)及其他感官區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)。

這套機(jī)制會(huì)檢查感覺(jué)區(qū)域的神經(jīng)信號(hào)是否包含足夠可靠的活動(dòng)模式，以判定個(gè)體是真正感知到了外部世界中的某個(gè)物體，還是僅僅是噪聲信號(hào)或心理表象（比如想象一顆蘋(píng)果時(shí)的視覺(jué)激活）。關(guān)鍵的是，這套監(jiān)察系統(tǒng)在感覺(jué)區(qū)域缺乏可靠活動(dòng)時(shí)，并非被動(dòng)地保持沉默，而是會(huì)主動(dòng)生成“未感知到任何事物”的判斷信號(hào)。這一理論框架，為我們?yōu)楹文軌蛞庾R(shí)到“缺失”這一現(xiàn)象提供了一個(gè)可能的解釋。

大腦必須能夠判斷“注意力系統(tǒng)是否足夠警覺(jué)”，以檢測(cè)到物體的存在。

那么，當(dāng)外部世界中沒(méi)有任何可感知之物時(shí)，我們究竟是如何感知“缺失”的？

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家馬坦·馬佐爾（Matan Mazor）提出了一種理論框架，認(rèn)為“感知缺失的前提是進(jìn)行某種形式的反事實(shí)推理”。例如，如果該物體存在，我就會(huì)看到它。這一模型的關(guān)鍵在于，它要求個(gè)體具備對(duì)自身感知系統(tǒng)的自知力：大腦必須能夠判斷其當(dāng)前是否處于正常運(yùn)作狀態(tài)，并評(píng)估注意力系統(tǒng)是否足夠警覺(jué)，從而能在刺激真實(shí)存在時(shí)檢測(cè)到它們。

實(shí)證研究支持了這一假設(shè)。在一項(xiàng)設(shè)計(jì)巧妙的實(shí)驗(yàn)中，研究人員要求參與者判斷噪聲圖像中是否含有字母。當(dāng)研究人員在圖像上疊加遮擋線，部分干擾受試者視線后，參與者更傾向于判斷圖像中存在字母（即便字母實(shí)際上不存在）。換言之，個(gè)體運(yùn)用了元認(rèn)知（self-reflective insight），洞察到了視覺(jué)感知系統(tǒng)在檢測(cè)字母時(shí)所受的阻礙，并因此調(diào)整了判斷策略[11]。

?視覺(jué)感知如何通過(guò)逆向光學(xué)過(guò)程，從感官證據(jù)中推斷出最有可能的世界狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程涉及到真實(shí)似然函數(shù)、內(nèi)部模型的似然函數(shù)、似然比以及先驗(yàn)信念的整合。通過(guò)這些步驟，觀察者能夠從噪聲證據(jù)中識(shí)別出最有可能的世界狀態(tài)。圖源：[11]

所有這些最終又將我們引回了“零”的問(wèn)題：驅(qū)動(dòng)我們對(duì)“零”的抽象數(shù)學(xué)理解，與驅(qū)動(dòng)我們感知“缺失”這一日常體驗(yàn)的，是否是同一套底層神經(jīng)機(jī)制？

如果答案是肯定的，那么這將意味著，當(dāng)我們使用零進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)，實(shí)際上也在調(diào)動(dòng)一套更為基本且自動(dòng)化的認(rèn)知系統(tǒng)——比如我在觀鳥(niǎo)時(shí)，正是這套系統(tǒng)幫助我察覺(jué)到鳥(niǎo)“不存在”。

負(fù)責(zé)從環(huán)境中提取正整數(shù)的大腦機(jī)制，已經(jīng)相對(duì)清晰。頂葉皮層的部分區(qū)域，已經(jīng)進(jìn)化出了剝離“事物形式”并抽象出“數(shù)量”的能力。例如，當(dāng)我看到四只貓頭鷹時(shí)，這一系統(tǒng)會(huì)直接輸出“4”，而不關(guān)心它們是貓頭鷹還是其他事物。

這套機(jī)制被認(rèn)為在我們學(xué)習(xí)環(huán)境結(jié)構(gòu)的過(guò)程中發(fā)揮了核心作用。如果未來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，決定我們是否有意識(shí)地看到某個(gè)刺激的神經(jīng)系統(tǒng)，也依賴于這套頂葉的數(shù)量表征機(jī)制，那將為HOSS和PRM等理論提供重要支持，幫助我們理解“我們感知虛無(wú)的能力從何而來(lái)”。

或許，就像這套機(jī)制能夠?qū)W習(xí)外部世界的結(jié)構(gòu)和規(guī)律一樣，它也能學(xué)習(xí)我們自身感官活動(dòng)的結(jié)構(gòu)和規(guī)律，從而判斷我們是否真正“看見(jiàn)”了某物。雖然PRM和HOSS已經(jīng)在理論上預(yù)測(cè)了這一點(diǎn)，但如果能將這些理論扎根于對(duì)大腦已知機(jī)制的實(shí)證基礎(chǔ)之上，無(wú)疑將為解釋我們意識(shí)體驗(yàn)的產(chǎn)生提供更堅(jiān)實(shí)的神經(jīng)科學(xué)支撐。

受以上觀點(diǎn)的啟發(fā)，一個(gè)有趣的假設(shè)是：如果我們對(duì)“零”的理解，確實(shí)依賴于那些被認(rèn)為是意識(shí)體驗(yàn)所必需的、與“缺失”相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制。那么，一個(gè)生物體要想成功掌握“零”的概念，可能首先必須具備感知層面的意識(shí)。換句話說(shuō)，對(duì)“零”的理解能力，或許可以作為意識(shí)存在的一種標(biāo)志。

?測(cè)試蜜蜂分辨數(shù)字的實(shí)驗(yàn)由來(lái)已久.圖源：theapiarist.org

不過(guò)，考慮到連蜜蜂都能展現(xiàn)出對(duì)“零”的初步理解[12]，這一觀點(diǎn)可能顯得太過(guò)激進(jìn)，但這一設(shè)想仍然極具吸引力：數(shù)字性缺失與感知性缺失之間的相似性，或許不僅能揭示我們?nèi)绾胃兄疤摕o(wú)”，更有可能成為理解意識(shí)本身的關(guān)鍵線索。畢竟，正如讓-保羅·薩特（Jean-Paul Sartre）所言，虛無(wú)本就是存在的核心。

數(shù)字“零”的出現(xiàn)曾幫助我們揭示宇宙的奧秘，而它能否解開(kāi)人類(lèi)思維的謎團(tuán)，目前仍未可知。但至少，就我而言，對(duì)零這一概念的研究已大大緩解了我觀鳥(niǎo)失敗的沮喪——畢竟，“看不見(jiàn)”本身也是種充滿復(fù)雜性的奇幻體驗(yàn)。更妙的是，正是這些“看不見(jiàn)”的，才讓我們得以“看見(jiàn)”更多。

虛無(wú)如蟲(chóng)，盤(pán)踞存在之心。

——《存在與虛無(wú)》讓-保羅·薩特

譯者后記

零，是自然數(shù)中最特殊的存在——接受與掌握零所面臨的坎坷，始終貫穿于整個(gè)歷史文明和人類(lèi)個(gè)體的發(fā)展過(guò)程之中。

虛無(wú)，則是人類(lèi)日常生命里最難以直視的存在——我們常常注意不到事物的流逝，也總是難以對(duì)“無(wú)”作出反思。

零和無(wú)本身的特殊，以及二者之間復(fù)雜又緊密的關(guān)聯(lián)，強(qiáng)烈地吸引著我們的好奇心。因此即便困難重重，借助最新的神經(jīng)科學(xué)手段，我們終究還是對(duì)零和無(wú)有了更深刻的把握——大腦能對(duì)“不存在”作出特異性反應(yīng)，無(wú)論是以符號(hào)（數(shù)字“零”）還是感知（“無(wú)”，空集vs.點(diǎn)集）的形式出現(xiàn)。

我們得到兩個(gè)關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)：

（1）“零”或“無(wú)”似乎確實(shí)是特殊的——“零神經(jīng)元”表現(xiàn)出不同于其他數(shù)字的激活特性，大腦中似乎存在專(zhuān)門(mén)的“無(wú)”類(lèi)別表征；

（2）“零”和“無(wú)”之間確實(shí)有著極其緊密的關(guān)聯(lián)——在人腦聯(lián)合皮層存在對(duì)符號(hào)“零”及非符號(hào)“無(wú)”的跨形式神經(jīng)表征。

新興的意識(shí)理論包括文章提到的PRM和HOSS嘗試解釋了人腦如何看到“無(wú)”，而基于上述“零”和“無(wú)”之間重要關(guān)聯(lián)的初步發(fā)現(xiàn)，也許“零”能為關(guān)于“無(wú)”的意識(shí)理論提供更進(jìn)一步的實(shí)證支持——零背后的數(shù)量表征機(jī)制，可能就是感知虛無(wú)的神經(jīng)基礎(chǔ)。

不過(guò)，這一領(lǐng)域的研究也揭示了一些值得展開(kāi)探討之處。比如，雖然當(dāng)前研究發(fā)現(xiàn)視覺(jué)感知中“無(wú)”的處理過(guò)程不同于“有”，但未知是否能直接推廣到其他感官模態(tài)。有研究表明，我們對(duì)聽(tīng)覺(jué)中的“無(wú)”（如寂靜）的感知特性，與對(duì)“有”聲音的感知高度類(lèi)似[13]。

此外，符號(hào)“零”與非符號(hào)“無(wú)”之間的神經(jīng)關(guān)聯(lián)仍存在爭(zhēng)議，比如有研究表明符號(hào)和非符號(hào)數(shù)字之間的神經(jīng)關(guān)聯(lián)會(huì)隨著兒童（5-8歲）年齡的增長(zhǎng)而逐漸分離[14]，提醒我們?cè)噲D用“零”來(lái)解釋意識(shí)的核心機(jī)制可能還為時(shí)尚早。

但無(wú)論如何，正如我們終究無(wú)法忽視虛無(wú)，對(duì)“零”的科學(xué)進(jìn)展給予了我們更多從“無(wú)”中生出“有”的信心。我們?cè)敢庀嘈牛?strong>生命總是在虛無(wú)之中自有解答。

https://aeon.co/essays/why-zero-could-unlock-how-the-brain-perceives-absence

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