认知有限性催生意识：大脑为什么不能“理解一切”？

撰文 | 罗欢（北京大学心理与认知科学学院教授、IDG/北京大学麦戈文脑研究所研究员）

意识，是我们“最熟悉的陌生人”。主观体验与客观机制在此交汇，这种既亲密又疏离的存在感，使意识成为哲学、心理学、物理学与神经科学交汇处最棘手的谜团之一。本文尝试在心理学与神经科学的交叉地带，提出一个可供讨论的理解框架：意识之所以产生，在于人脑认知资源的有限性。

一、最熟悉的陌生人

意识之所以令人着迷并引发热议，在于它是我们“最熟悉的陌生人”。人人都切身拥有意识，体验着丰富、细腻且生动的内心世界，日复一日地进行着无声的自我对话。尽管永远无法确知他人的意识内容，我们仍默认他们拥有独特的内心体验。然而，意识又是如此陌生——我们不清楚它的物质基础，也不明白它如何产生。可以说，意识是人类捍卫自我存在的最后堡垒。它如此真切、私密，甚至显得任意，以至于任何带有还原论色彩的解释都天然触发我们的抵触——“你怎么知道我在想什么？”这种绝对主观性赋予主体解释的终极话语权，令任何客观理论在其面前都显得脆弱。

如今，以大语言模型为代表的人工智能，也正不断冲击我们固守的意识阵地。十年前，我们或许能轻易举出上百条理由否认机器会产生意识；而今天，这种底气已愈发不足，图灵测试的效力也日渐式微。AI 展现的语言与“思考”能力挑战着我们的成见，催生着危机感：机器会产生意识吗？其他物理系统是否也能？是否存在判定意识的统一标准？意识是连续谱系，还是只是虚无缥缈的副现象，如同皇帝的新衣？

无论我们如何捍卫意识这最后的堡垒，对其本质和起源的探索始终是科学进步的原动力。历经近百年脑科学探索，包括感知、注意、记忆在内的认知过程的神经机制逐渐明晰，终于步入解析意识的“战国时代”。近期，包括笔者实验室在内的全球六家实验室联合开展的COGITATE 项目采用对抗性合作模式验证两大意识理论。众多国际项目也持续发力，试图通过透明公开的数据共享，合力攻克意识难题。

然而，每个个体面对关于意识的种种，内心仍难免存有抗拒。原因在于，我们鲜活、私密且自由流动的思维体验，竟被解释为物理系统的涌现产物。我们难道不是在自由地产生想法？自由意志如何可能源于受物理规律支配的系统？每当试图解释这一过程，仿佛总有一个更深层的自由之“我”在幕后操控。主观体验与客观机制在此交汇，这种既亲密又疏离的存在感，使意识成为哲学、心理学、物理学与神经科学交汇点上最深奥也最棘手的谜团之一。

本文无意全面综述意识的神经机制，而是尝试在心理学与神经科学的交叉地带，构建一个关于意识产生的理解框架，以供商榷。

二、意识的起点是主观性

首先，讨论意识的“起点”，需承认其背后的主观体验的事实性。换言之，我们需要接受这样一个前提：任何意识系统，都以其独特方式体验世界。若剥离主观性，意识也就失去了其最核心的定义。在本文中，“主观性”指每个主体所具有的特定且不可完全替代的体验结构。正是这种“因人而异”的体验方式，构成了主体性的基础。因此，在本文语境中，主观性即主体性。

那么，主观性如何在一个物理系统中生成？一个直观的假设是：主观性源于一个内部各要素相互约束、互为因果的复杂系统。从神经科学的视角来看，这样的系统是通过神经振荡、前馈–反馈-再入回路、跨区域同步等动态神经机制，构建出一种“共鸣体”式的网络结构，而非多个功能模块的堆叠。该结构具有高度的整合性、自洽性与压缩性，能够将庞杂的信息加工为一个统一整体。这种统一性正是主体感的核心体现。

举个例子，我们之所以认为视网膜或者显示屏不会产生意识，不是因为它们无法加工复杂信息——事实上，所有的复杂信息都可以在视网膜或者显示屏上存在展开——而是因为它们缺乏深层的信息整合机制，无法形成一个统一、自洽、并持续动态更新的整体。

三、主观性根源于认知资源的有限性

如果主观性是意识的起点，那么这种相互约束、互为因果，进而孕育出主体性的系统又是如何产生的？事实上，人们往往认为，丰富多彩且不可替代的主观体验应当依赖于庞大的脑认知资源。相应的，流行观点也提出人脑资源没有被充分利用，暗示着意识的丰富性源于巨大的脑加工能力。认知神经科学长期以来强调人脑的特殊性，例如占比巨大的前额叶、复杂折叠的大脑皮层等结构特征。这些被视为人类卓越信息处理能力的生物学基础，使我们能够应对外部世界的高度复杂性，生成层次丰富的意识内容。

然而，这里我想提出一个相反的观点：主体性意识的根源恰恰在于人类认知资源的有限性，而非庞大或者无限的处理能力。其理由是，正因为处理能力受限，系统将无法对外部信息进行全面、精确的表征，不得不依赖选择性加工与建构性整合，形成一种主体内部自洽的不可替代的主观体验。相反，若一个系统拥有无限资源，它便可毫无成本地处理所有输入，无需进行概念抽象、模型压缩或优先级排序，也就无从谈起主观感受与意识建构。

当然，认知有限性本身并不必然带来意识。如果一个系统过于简单、缺乏动态建构能力（如植物或低阶反射弧），同样难以形成主体性体验。

事实上，这种“有限性认知”在心理学研究中已有广泛体现。我们无法同时处理大量信息，因此需要依赖注意力机制进行选择性加工；我们无法保留全部细节，依赖模糊和重构性的记忆系统；我们无法像人工智能那样无限学习，反而不断遗忘、频繁“脑补”；我们也无法总能做出理性判断，而常常受主观偏好与认知偏差的影响。这些现象都表明，人类认知系统受限于自身资源匮乏，无法无偏无损地呈现外部世界。正是这种限制促使系统构建一个融合、自洽、并因人而异的主观世界，由此孕育出意识的主观性核心。因此，意识并非“全知全能”的标志，而是复杂性与有限性之间的权衡结果。

四、什么造就了因人而异的主观体验？

认知心理学的诸多研究表明，即便面对同一幅图像，每个人的体验却各不相同。二义性图形让个体在两种意识表征之间切换；变化盲视现象中，一个非常显著的图形却如过山车般来来回回进入或离开人的意识，几乎不受控制。这些现象说明，意识体验并非由感官输入直接决定，而深受脑内部状态的影响。事实上，即使是一个简单的“看”的过程，很早就被认为反映了“无意识推理”：个体会基于自身的先验知识对感知进行自动的建构性加工。几年前在社交媒体中大火的“蓝黑/白金裙子”即为典型例子。这种差异在更复杂的认知情境中表现得更为显著，例如电影音乐、艺术审美、社会事件、道德决策等。意识的主观性由此可见一斑。

经典的二义性图像与前几年火热的“蓝黑/白金裙子”。丨图源：网络

那么，是什么造就了这种因人而异的主观体验？最常见的回答是基因（微观层面）和环境（宏观层面）的共同作用。这些无疑是重要因素，但从介观层面来看，大脑作为一个多尺度复杂系统，其物理与动力学特性很可能是主体间差异性和多变性产生的原因。复杂系统的一个核心特征是整体不等于部分之和，在此类系统中，微小的初始差异就可能引发巨大差异的演化路径，而跨尺度的神经系统则进一步加剧了时空演化轨迹的多变性和复杂性。

因此，意识是复杂系统在有限资源约束下对信息的自我组织与动态建构。一个能够产生主观性的意识系统，其关键不在于其包含的信息总量的多少，而在于该系统是否具备有限性中的整合能力——即在多尺度、多层级的神经网络中，让信息在互动中相互塑造、彼此约束、动态演化，抵达为一种自洽和融合的状态。系统的复杂性越高，越具变异性与动态整合能力，就越可能在相同输入下产生不同输出，从而体现出更强的主体性与主观性。反之，若系统过于简单，缺乏必要的复杂性与动态建构能力，则难以产生个体差异和主观性，也就无法催生主体意识的产生。

五、“主观宫殿”

尽管认知资源有限，人脑却展现出前所未有的通用性、灵活性与创造力，缔造出如此丰富多彩的经验世界。人类是如何克服自身的认知约束，去理解并反作用于一个几乎无限复杂的外部环境？

早在八十年前，研究者便提出，人类具备建构心智模型（mental model）的能力——即以有限的资源，在内部构造出对无限复杂现实的近似表征。换言之，人脑并非逐点复制外部世界，而是在心智空间中搭建了一个简化的“世界模拟器”。这一模型具有相对稳定的结构与先验约束，通过结构匹配与归纳推断实现高效加工，使我们无需对每一信息事必躬亲地处理与计算。正因如此，人类能够高效地进行抽象、泛化与推理，而不至于淹没在信息洪流之中。心智模型，是人类克服认知容量限制的重要机制。

这一建构性视角有着悠久的哲学渊源。早在17世纪，莱布尼兹就指出，尽管人类受限于“单子”（Monad），却能通过其组合反映世界的无限多样。康德进一步提出，我们的认知受制于先天认知形式，无法真正接触“物自体” ，但仍能在感知框架中建构对经验世界的理解。维特根斯坦、怀特海、胡塞尔等人认为，人类可凭借有限的语言、符号与感知结构逼近无限的现实。心智模型，是人类在“有限中构造无限”的路径。

心智模型并不是对外界的被动复制，而是以内在结构为框架的主动建构，因此不可避免地携带个体偏向。换言之，建构性与偏差性是同一硬币的两面。结构使认知得以高效运行，同时也引入系统性误差与主观倾向。个体所构建的是一个在内部保持自洽的“主观宫殿”，而非客观世界的镜像。主观性——在内部自洽与外部输入的持续互动中产生。

现代神经科学也为这一主动建构机制提供了机制支持。近年来的神经科学研究逐渐打破了传统观点——即脑活动是对外界刺激的被动反应，发现无论是清醒还是睡眠，脑中都广泛存在着静息态活动和自发振荡。这些内在活动并非随机噪声，而是反映着主体内部状态和先验知识。相同的感官输入会在不同个体甚至同一大脑的不同时刻引发不同神经反应，脑区间通过振荡协同形成跨时间尺度的动态网络，持续塑造着感知、运动、注意、记忆、决策。这意味着大脑的信息加工并非完全由外界输入驱动，而始终受到内在结构的调节与塑形。

同时，过往经验也以缓慢而持久的方式在脑中反复激活，如同排练或复盘，在神经网络中留下具有个体特征的记忆痕迹；这些结构性痕迹又进一步影响着个体的当前和未来信息加工。过去的记忆和当前的加工之间相互印证和互动，形成了每个主体的主动建构过程——无论清醒或睡眠，我们的大脑始终在不断生成、更新和重塑一个带有个人偏好、结构与倾向的世界模型。这种模型不仅影响我们的感知、记忆与决策，更深刻地参与了“我是谁”的塑造过程。

笔者实验室近年来的研究也从不同层面印证了这一主动建构机制。当工作记忆面临超容量的复杂序列时，大脑并非“复制-粘贴”的被动存储，而是将一维序列折叠为二维结构，以压缩信息复杂度（Fan et al., 2025）。在感知决策过程中，近期经验会被自发再激活，并与当前输入相互作用，从而系统性地影响当前的判断（Zhang & Luo, 2023; Luo et al., 2025）。在少量局部学习条件下，即便个体接受完全相同的训练信息，大脑仍会主动构造出稳定且内部自洽、却因人而异的整体序列结构（Liu et al., 2025）。这些现象共同表明：人脑并非简单积累证据，而是在有限信息下构建具有结构偏向、内部自洽的整体解释框架。

由此可见，若将意识理解为对信息进行整合与组织，那么其核心功能正在于：在个体心智模型的框架下，对外部信息进行主动建构与结构化整合；而这种整合的产物，恰恰表现为具有个体特征的主观体验。意识并非被动接收，而是产生于有限资源与复杂环境之间的持续相互作用；在结构约束与经验积累的相互塑造下，逐渐形成个体化的“主观宫殿”。我们每日的念头、情绪与反应，都是内在世界模型与外部环境冲击下的结果——如同巨浪拍击下，礁石激起浪花，同时也在时间中被悄然塑形。

六、主流理论支持

笔者实验室有幸应邀作为全球六个实验室之一，参与了COGITATE国际意识项目，该项目是迄今最具规模的意识神经机制研究，以对抗性合作的方式对两大主流意识理论——整合信息理论（IIT）与全局工作空间理论（GNW）——展开实证测试。本文暂且搁置这两个理论各自侧重的意识的不同方面以及该项目的具体结果（可参见《Science、Nature报道惹众怒，“对抗性合作”能解决意识之谜吗？》），仅就这些理论与前述观点之间的内在契合性进行探讨。

IIT 强调系统内部的自我因果结构，主张意识只会出现在具有高度整合性与不可分性的系统之中；换言之，只有当系统中的各部分信息彼此约束、相互依赖，并形成不可还原的整体时，才可能生成意识。而 GNW 则从功能视角出发，认为意识依赖于一种信息的“全局广播”机制：即只有当信息通过前额叶的瞬间激发进入全局工作空间这个脑中的特殊网络，该信息才进入我们的意识。

尽管理论路径不同，IIT 与 GNW 却不约而同地强调了一点：意识产生的神经基础在于系统内部信息之间的协同与整合。GNW 所提出的能够“进入意识”的信息，正是那些在资源限制下被选中进入全局工作空间的部分。IIT 所定义的整合度 (φ, phi），本质上是对系统中“相互因果”结构的量化——在这种自洽闭环中，主体性的“统一视角”才可能实现。更进一步，IIT 所强调的非线性与复杂性也契合“多尺度复杂系统”对主观体验差异的解释。

还有一个比较有影响的“预测性理论”，是从生成模型的角度看待意识，认为意识是系统对外部环境做出的主动预测与误差更新过程的一种显现。在这一框架下，个体的主观性体验，源于其内部模型对于可控性与确定性的不断追求，而这种预期机制也是有限认知资源下的必要产物——因为我们无法处理一切信息，需要依靠模型来简化世界、预测未来。

因此，主流意识理论虽然各有侧重，但本文提出的观点都与之契合：意识源自一个资源受限而结构复杂的系统，通过信息整合、动态耦合与主动建构来形成主观性。主体性，不是外加其上的标签，而是系统为了克服资源有限性所产生的具有内部自洽的整体性——意识来源于“有限性—建构性—主体性”。

七、互动激发强化了主观意识

即使个体具备了丰富的主观体验，如果缺乏与他者的交互，这种体验也难以反观自身，更无法上升为具有自觉性的主观意识。换言之，个体意识的觉醒不仅源于内在建构，也有赖于与外部他人的相遇与映照。

人类对自身的认识，往往并非直接来自自身，还需借助他者之眼。我们难以完整看到自身的面貌，必须依赖镜子、照片或他人的评价。而主体性意识的建立亦如是：没有外界的差异性，我们很难意识到“自我”的特殊性。这一“认知错位”便是最基本的主观性觉醒。当个体逐步走出家庭，与陌生人交往，才真正意识到个体差异的普遍存在，主体意识由此进一步确立。这种社会互动不仅塑造了我们对“自我”与“他者”的基本区分，也反过来稳定和强化了我们内在的世界模型，帮助我们在内心中建立一个可以持续对话的“自我表征”。主体性因此不仅是一种内在认知结构，更是持续演化于社会集群互动之中。

值得注意的是，这种意识的映照关系并非对所有他者都成立。唯有在与具有相匹配的复杂程度的个体互动中，主观意识才真正被激发和深化。因为只有当互动双方都具备一定的认知层次与反应复杂度时，差异才得以被察觉，主观性也才具备“比照”的基础。而复杂度差异过大时，个体难以从对方身上映射出有意义的反馈，主观意识也就难以被激活。

因此，意识的发展并非止步于个体的神经系统内部，在与他者的持续关系中，个体意识到“我”与“你”，“我”与“他／她”的边界，主体感由此得以强化，并逐步演化出自我意识。更进一步地，这种互动奠定了同理心的基础：虽然我们无法直接感知他人的主观体验，但可以通过模拟机制（如“心智理论”）来建构对他人意识状态的间接理解。

八、现代社会中意识的“现代性”困境？

值得一提的是，信息爆炸与万物互联的现代社会，也催生了前所未有的意识困境。信息过载与人脑认知资源有限之间的剧烈碰撞，使个体主观意识愈发强烈且孤立。在海量信息面前，我们有限的认知系统被迫高频运转，个体差异感显著增强，那个“与众不同的我”日益凸显。与此同时，现实世界的复杂性又常常与我们主观世界模型中构建的意义结构相悖，导致主体性在信息洪流中被撕裂，个体频频陷入焦虑、内耗与迷茫。对此，人们提出了两条看似对立的应对路径：其一是削减外部信息输入，减轻负荷，返璞归真、简化生活、逃离社交媒体，转向静观与内省；其二是扩展认知资源，借助认知增强工具、人工智能等技术手段，提升信息处理带宽，加大外部支撑。

然而，一个带有讽刺色彩的推论是，系统越强大，选择的成本越低，主体感反而会随之弱化。一个拥有无限信息处理能力与全然预测能力的系统，将无需真正“选择”——也就无法真正“感受”。主体性来源于限制之中，意识也植根于不确定性。一旦系统进入一种“全知状态”，它或许拥有全景视野，却失去了局部感知的 “盲区”，也就走向了某种意识虚无——不再需要感受和挣扎。

因此，有限性，这一认知枷锁，固然带来痛苦、撕裂与困惑，但也正因其存在，赋予我们意识中那份珍贵的丰富、细腻与流动感；而无限的认知资源与全能系统，虽带来高效与便捷，却也可能剥夺我们赖以为傲的主观体验。

结语

意识的主观性是认知资源有限性与复杂神经系统交织的产物，并进一步被社会互动所塑造。有限的认知资源迫使系统进行选择性加工和主动建构，形成独特的世界模型，而多层级的神经网络复杂性赋予了个体意识以多样化和个性化。进一步，意识主体在与其他主体的互动中不断反观和拓实主体性，强化了主观体验和自我意识。

总之，本文的主要观点是，意识并非源于无所不能，而是诞生于有限性中的建构、整合与差异。它既是我们认知有限性的边界映照，也是我们持续追问“我是谁”的思想镜像。在复杂性与有限性的撞击中，主体性涌现，意识得以生成——它是“有限”中闪耀的光芒。

后记&致谢

本文的诸多零散思路，其实源于我对规范学术生活的一种逃离。作为一名长期从事认知神经科学与认知心理学研究的学者，我的日常工作，是在严谨的统计检验和数据支持下撰写论文，有一说一，无一绝不说二。在这样的学术规范中，得出一个结论常常步履维艰，刚迈出一步，已退后三步。常感慨，如今的科学论文越来越像八股文，为了“规范”而牺牲了“初心”——那些最初天马行空的思考与直觉性的假设。也许，科学首先应该是有趣的，其次才是严谨的。感谢这次写作的机会，让我得以写一篇参考文献不多的“胡思乱想”之作。

需要特别指出的是，意识作为一个横跨学科、跨越历史的宏大议题，其研究脉络极为丰富。本篇仅简略选取了和本文论述相关的综述和书籍，并非详尽罗列。为避免打断行文节奏，正文中未插入具体引文，而是将相关书籍与文献按主题类别统一列于文末。

我要感谢张惠惠博士，感谢我们在去学一、家园、学五食堂路上的多次交流，我仍记得我们在讨论主体性时的那种“Aha 时刻”。也感谢查征先生和罗木阔小友对本文初稿的肯定与建议。你们能听懂我在说什么，更增加了我的勇气。感谢匿名审稿人提出的批评意见。

“认知有限性”和“主动建构性”是近年来我实验室诸多研究的交汇点。在此也感谢实验室的小朋友们，感谢你们在不断挣扎、逐渐接受“人类认知是有限的”这一事实的过程中所付出的努力。

最后，因为我自身认知的有限性，我敢绝对保证本文提出的任何观点不是百分之百正确的。但如果它能激发你哪怕一丝思考，那它至少是百分之百 insightful 的。（本文采用 AI 工具对文稿进行了语法校对和辅助。）

参考文献

关于意识和脑

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3. Seth, A. (2021) Being You: A New Science of Consciousness. Faber & Faber.
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关于人类认知有限性

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关于人脑复杂系统、内生振荡和重演

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10. Buzsáki, G. (2019) The Brain from Inside out. Oxford University Press

笔者实验室的相关工作

11. Fan, Y., Wang, M., Fang, F., Ding, N., Luo, H. (2025) 2-D Neural Geometry Underpins Hierarchical Organization of Sequence in Human Working Memory. Nature Human Behavior 9(2): 360-275. DOI:10.1038/s41562-024-02047-8 (cover story)
12. Luo M., Zhang H., Fang F., Luo H.* (2025) Reactivation of previous decisions repulsively biases sensory encoding but attractively biases decision-making. PLoS Biology 23(4): e3003150. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003150
13. Zhang, H., Luo, H. (2023) Feature-specific reactivations of past information shift current neural encoding thereby mediating serial bias behaviors. PLoS Biology 21 (3), e3002056
14. Liu, D., Wang, M., Luo, H. (in press) Human brains construct individualized global rankings from identical few-shot learning input. PLoS Biology

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在开发者广场上，我们一直在探讨技术趋势与人类认知的边界。这种在有限性中不断建构自我的过程，或许正是我们能持续创新的原动力。