大脑如何构建外部世界，这是一个科学问题，也是一个哲学问题。在今天人工智能逐渐挑战人类大脑功能的时代，意识是否会在机器中自然涌现，意识的本质是什么？等问题越来越受到人们的重视。

这里是科学美国人关于大脑构建外部世界的一些探讨。

一个作为医学生研讨会的年轻课程讲师，我忠实地通过书本教授神经生理学，热情地解释大脑如何感知世界和控制身体。来自眼睛、耳朵等的感觉刺激被转换为电信号，然后传输到处理这些输入并诱导感知的感觉皮层的相关部分。为了启动运动，来自运动皮层的脉冲指示脊髓神经元产生肌肉收缩。

大多数学生对我教科书上对大脑输入输出机制的解释感到满意。然而，少数人——聪明的人——总是问一系列尴尬的问题。“感知发生在大脑的哪个位置？”“是什么在运动皮层中的细胞放电之前启动手指运动？”我总是用一个简单的答案来发送他们的问题：“这一切都发生在新皮层中。”然后我会巧妙地改变话题，或者使用一些晦涩难懂的拉丁术语，我的学生并不真正理解，但这些术语似乎足够科学，以至于我的权威叙述暂时满足了他们。

像其他年轻研究人员一样，我开始研究大脑，并不担心这种感知-行动理论框架是对还是错。多年来，我对自己的进步和壮观的发现感到高兴，这些发现逐渐演变成1960年代被称为“神经科学”的领域。然而，从那以后，我无法对我最聪明的学生的合理问题给出令人满意的答案，一直困扰着我。我不得不努力解决试图解释一些我并不真正理解的事情的困难。

大脑如何“构建”外部世界 - 科学美国人 (scientificamerican.com)

多年来，我意识到这种挫败感并不是我独有的。我的许多同事，无论他们承认与否，都有同样的感觉。不过，也有好的一面，因为这些挫折激励了我的职业生涯。多年来，他们推动我开发一种观点，为大脑如何与外部世界互动提供另一种描述。

对我和其他神经科学家来说，挑战涉及一个沉重的问题，即究竟什么是思维。自亚里士多德时代以来，思想家们就认为灵魂或心灵最初是一张白板，是描绘经验的白板。这种观点影响了基督教和波斯哲学、英国经验主义和马克思主义学说的思想。在过去的一个世纪里，它也渗透到心理学和认知科学中。这种“由外而内”的观点将心灵描绘成了解世界真实本质的工具。另一种观点——一种定义我的研究的观点——断言大脑网络的主要关注点是维持自己的内部动态，并不断产生无数无意义的神经活动模式。当一个看似随机的行为为生物体的生存提供了好处时，导致该动作的神经元模式就会获得意义。当婴儿说出“te-te”时，父母会高兴地给婴儿“泰迪熊”，因此“te-te”的声音获得了泰迪熊的含义。神经科学的最新进展为这一框架提供了支持。

大脑“代表”世界吗？

神经科学继承了空白框架，几千年后，早期思想家给心理操作起了白板之类的名字。即使在今天，我们仍然在寻找可能与他们梦想的想法有关的神经机制。传奇科学二人组David Hubel和Torsten Wiesel的杰出发现说明了由外而内框架的主导地位，他们引入了单神经元记录来研究视觉系统，并于1981年获得诺贝尔生理学或医学奖。在他们的签名实验中，他们记录了动物的神经活动，同时向它们展示了各种形状的图像。移动的线条、边缘、明暗区域和其他物理特性在不同的神经元群中引发放电。假设神经元计算从简单的模式开始，然后合成为更复杂的模式。然后将这些特征在大脑中的某个地方结合在一起以表示一个物体。不需要主动参与，大脑会自动执行此练习。

由外而内的框架假定大脑的基本功能是感知来自世界的“信号”并正确解释它们。但是，如果这个假设是正确的，则需要额外的操作来响应这些信号。在感知输入和输出之间楔入了一个假设的中央处理器，它从环境中获取感官表征，并决定如何处理它们以执行正确的动作。

那么，在这种由外而内的范式中，中央处理器究竟是什么？这个鲜为人知和投机的实体有各种名称——自由意志、人类、决策者、执行功能、干预变量或只是一个“黑匣子”。这完全取决于实验者的哲学倾向，以及所讨论的心理操作是否应用于人脑、其他动物的大脑或计算机模型。然而，所有这些概念都指的是同一件事。

由外而内的框架的一个隐含的实际含义是，当代神经科学进步的下一个前沿应该是找到假定的中枢处理器在大脑中的位置，并系统地阐述决策的神经元机制。事实上，决策的生理学已成为当代神经科学中最受欢迎的焦点之一。高阶大脑区域，如前额叶皮层，被假定为“所有事物聚集在一起”和“所有输出都启动”的地方。然而，当我们更仔细地观察时，由外而内的框架并不能结合在一起。

这种方法无法解释落在视网膜上的光子如何转化为对夏季郊游的回忆。由外而内的框架需要人工插入观察此事件的人类实验者[参见下面的由外而内与由内而外框]。中间的实验者是必要的，因为即使神经元在感觉器官上的受体受到刺激时改变了它们的放电模式 - 例如光或声音 - 这些变化本质上并不“代表”任何可以被大脑吸收和整合的东西。视觉皮层中对玫瑰图像做出反应的神经元没有任何线索。他们没有“看到”花的外观。它们只是产生电振荡，以响应来自大脑其他部分的输入，包括那些从视网膜到达多个复杂通路的输入。

换句话说，感觉皮层区域甚至假设的中央处理器中的神经元都无法“看到”世界上发生的事件。大脑中没有解释器来为神经元放电模式的这些变化赋予意义。如果没有一个神奇的人用实验者的无所不知的方式观察大脑中所有神经元的活动，那么接受这一切的神经元就不知道导致它们放电模式发生这些变化的事件。神经元活动的波动只对科学家有意义，他们处于观察大脑事件和外部世界事件，然后比较两种观点的特权地位。