文章核心观点 - 文章对意识理论进行了跨学科综述，涵盖信息论、量子物理、认知心理学、生理学和计算机科学等领域，旨在从计算角度连接这些理论，为构建人工意识提供基础[2][8][9] - 意识被定义为由唤醒（清醒状态）和感知（主观体验）组成，二者是意识的必要条件但非充分条件，例如在微意识状态中唤醒和感知水平高但意识仍缺失[16][17][20] - 文章讨论了意识与智能的区别，智能定义为完成复杂目标的能力，而意识是主观体验，后者更难以测量和解释[22][23][26] - 自由意志与意识的关系存在争议，可能涉及量子随机性或幻觉机制，但目前仍无明确科学证据支持或否定[28][30][32] - 睡眠中的意识水平取决于大脑活动的整合程度，例如在NREM睡眠中整合信息能力降低导致意识减弱[35][36][37] - 现有意识理论包括整合信息论（IIT）、协调客观还原（Orch OR）、全局工作空间理论（GWT）、高阶层次理论（HOT）、注意图式理论（AST）和意识图灵机（CTM），各有不同解释和计算模型[38][40][102] - 意识测量指标包括基于电信号（如PCI、BIS）和行为（如GCS、CRS-R）的方法，用于评估临床意识水平[18][111][113] 整合信息论（IIT） - IIT认为意识对应于系统整合信息的能力，由最大不可约简的因果结构量化，使用有效信息（EI）和互信息（MI）等指标计算[42][46][47] - 理论提出意识与信息熵相关，系统需具备高信息整合能力，例如大脑皮层因功能整合而产生高Φ值，而小脑因缺乏依赖关系而不重要[42][44][49] - 生物学证据显示，在NREM睡眠或麻醉状态下，大脑皮层连接中断导致信息整合能力降低，与意识减弱一致[36][49][50] 作为物质状态的意识 - 意识被视为一种物质状态（"感知器"），需满足信息原则、整合原则、独立原则和动力学原则，但这些原则可能存在冲突[52][54][55] - 整合悖论指出经典系统（如Hopfield网络）的信息整合容量有限（例如1011个神经元仅37比特），远低于人类意识体验的信息量[56] - 独立原则导致量子芝诺效应，即系统分解为最大独立子系统时会停止演化，与动力学原则冲突[59][62][64] 协调客观还原理论（Orch OR） - Orch OR理论提出意识源于大脑微管中量子计算的终止，通过客观还原（OR）过程产生非确定性自由意志[65][66][71] - 微管蛋白的量子叠加状态（如电子自旋方向）可能在达到阈值（τ≈h/EG）时发生坍缩，触发意识瞬间[67][71][72] - 理论缺乏充分实验证据，但提供了可证伪的计算框架，例如γ同步脑电图（30-90Hz）可能与意识相关[72] 全局工作空间理论（GWT） - GWT将意识描述为"意识剧场"，包括工作记忆舞台、聚光灯、演员和观众等组件，意识容量有限且信息需被广播[74][75][77] - 计算模型如IDA和LIDA实现了GWT，用于任务处理和信息广播，例如海军岗位任务测试[78][79] - 理论激发后续研究，如EEG相干性分析情绪作用，或深度学习中的全局潜在工作空间（GLW）设计[79] 高阶层次理论（HOT） - HOT认为意识产生于高阶表征，分为高阶感知理论（HOPT）、高阶思维理论（HOTT）和自我表征理论（SRT）[81][82][86] - HOPT假设存在内感官生成二阶感知，HOTT强调心理状态引发高阶思维，SRT认为意识状态自我表征[84][87][91] - 计算模型如元认知神经网络使用一阶和二阶网络预测任务置信度，在爱荷华赌博任务等中测试[89] 注意图式理论（AST） - AST将意识定义为注意力的模型，主观意识（M-意识）是客观注意过程（I-意识）的自我建模[96][97][100] - 理论统一GWT和HOT，I-意识对应GWT的信息广播，M-意识对应HOT的高阶表征[102] - 实际实现涉及三个网络：注意力竞争网络（A）、预测模型网络（B）和报告生成网络（C）[101] 意识图灵机（CTM） - CTM扩展传统图灵机，加入"意识感"，由STM、LTM、上传树、下传树等组件构成，信息流通过竞争和广播实现[104][107][108] - 使用"心语"作为内部语言，自我建模通过"世界模型"处理器实现，自由意志由上传树竞争中的随机性模拟[108] - 与GWT相比，CTM的STM每次只处理一个信息块，且所有处理器位于LTM中[109] 意识测量指标 - 基于电信号的指标包括双谱指数（BIS）（0-100分评估麻醉深度）、扰动复杂性指数（PCI）（使用TMS-EEG计算复杂性）和可解释意识指标（ECI）（深度学习模型评估唤醒和感知）[113] - 基于行为的指标包括格拉斯哥昏迷量表（GCS）（眼动、语言和运动反应）、昏迷恢复量表（CRS-R）（情绪、记忆和注意力）和无反应全概述（FOUR）（眼、运动、脑干和呼吸评估）[111][113]