意识运行在隐藏维度中？

数十年来，神经科学一直在绘制意识的地图。科学家识别出了神经元，绘制了脑区分布图，并耐心记录下当你认出一张面孔、回忆童年某个夏天，或在两个想法突然连通时喊出“尤里卡（Eureka）！”那一刻，哪些脑区会被激活。这张地图变得越来越精细，以惊人的精度揭示出新的神经元、神经回路和脑区。

但这张地图讲述的是全部故事吗？它是否不仅能够解释大脑由什么构成、各个组成部分位于何处，还能够解释数十亿个细胞如何组织成一个系统，并由此产生我们称之为意识的丰富内在精神世界？

神经科学在面对这类问题时有一种最喜欢的实验生物：果蝇。这种微小而恼人的昆虫经常盘旋在熟透的香蕉和被遗忘的厨房残渣周围。如今，这种不起眼的小虫子或许正预示着一种关于神经元如何生成意识的新观点，而这一观点建立在一种“隐形几何学（invisible geometry）”之上。

尽管果蝇只有大约13.9万个神经元——相比人脑约860亿个神经元只是极小的一部分——但它却是少数几种其连接组（connectome）被科学家极其详细绘制出来的生物之一。所谓连接组，就是连接神经元的庞大网络，如同由道路、桥梁和高速公路组成的交通系统。一项新研究表明，即便是这样一张经过精细重建的大脑地图，也可能无法讲述全部故事。

在2026年2月发布于arXiv上的一篇预印本论文中，布达佩斯罗兰大学的研究人员做了一件反直觉的事情。他们没有关注果蝇神经元在物理空间中的位置，而是研究这些神经元彼此之间是如何连接的。随后，研究团队将整个网络投射到双曲空间（hyperbolic space）中——一种具有数学家所谓“负曲率（negative curvature）”的弯曲几何空间。

https://arxiv.org/abs/2602.16417

主流的欧几里得几何——也就是大多数人在学校里学过的几何学——描述的是由尺子、网格、直线和普通三维坐标构成的熟悉世界。而双曲几何则不同，它偏离了欧几里得空间中的直线和规则网格。当你远离中心时，空间会以更快的速度扩张，从而为庞大的网络、层层分支的等级结构以及高度互联的枢纽节点创造空间。由于从大脑、生态系统到社交网络和互联网在内的许多现实系统都具备这些特征，研究人员越来越多地使用双曲几何来揭示复杂系统中的“隐藏几何”——即支配网络行为的深层组织蓝图，即使这种蓝图在物理结构上是不可见的。

“在标准的三维欧几里得表示中，物理布局会显得非常拥挤，从而掩盖了信号实际上是如何在系统中传播的，”该研究作者之一、布达佩斯罗兰大学网络科学研究员本代古兹·舒约克（Bendegúz Sulyok）说。通过转向一种负曲率数学空间——在那里，空间会迅速远离中心点扩张——他的团队在果蝇连接组中观察到了引人注目的模式。他们发现，那些承担主要通信枢纽功能的神经元聚集在空间中心附近，而那些负责特定功能的专门化细胞则分布在边缘区域，即便它们在真实大脑中的物理距离相隔甚远。

舒约克表示，这背后的原理虽然复杂，但本质上是：承担相似功能的神经元最终会指向大致相同的方向。例如，视觉神经元——帮助果蝇从房间另一端发现一块西瓜——以及中央神经元——帮助整合来自全脑的信息，从而决定如何躲避拍打过来的手掌——在地图上被划分到了不同区域。

然而，即便双曲地图揭示了传统平面连接图中隐藏的关系、群组和模式，一个更大的问题仍然存在：这种隐藏几何究竟反映了大脑组织自身的某种根本规律——甚至反映了意识本身的本质——还是说，它仅仅是一种巧妙的数学可视化工具，在实验室之外并无太大意义？

“答案两者都是。”舒约克说，“它是一种高度复杂的数学透镜，但它所追踪的也是一种根本性的生物学现实。”大脑神经回路天然就像一棵庞大的榕树。轴突和树突——神经元那些类似电缆的延伸结构——不断分叉和扩展，形成庞大的神经矩阵。舒约克认为，双曲几何为表示这些层级结构提供了一种特别自然的方式。为了验证这一想法，研究团队进行了大量数学测试，以检验这种隐形结构是否真的反映了大脑深层组织方式。结果一次又一次显示，双曲模型优于传统低维地图，这表明这种替代性的几何框架并不仅仅是一种漂亮的可视化技巧。

你可能会反驳说，果蝇毕竟不是人类。但你可能忽略了自然界的一个重要特征：从错综复杂的神经网络、生态系统，到昆虫的大脑，一切都倾向于围绕簇群、枢纽和子网络组织起来，而这些结构必须彼此沟通。如果这些系统共享某种支撑其组织方式的隐形代码，那么这种代码最清晰的体现形式可能正是双曲几何。而如果如此庞大的连接性已经存在于一个针尖大小的神经系统中，那么可以想象，人脑面临的组织挑战将会多么巨大。

舒约克怀疑，果蝇可能只是我们最先发现这种模式的地方。“我们预计，这些结果同样适用于人脑。”他说。仅这一点就引出了一个耐人寻味的可能性：在我们试图理解意识的过程中，我们是否过于执着于可见的解剖结构，而忽略了更深层的东西——那个当数十亿神经元开始协同行动时浮现出来的隐形连接网络？

这个问题指向神经科学中的一个更广泛趋势。越来越多研究人员正在超越“某个脑区负责什么功能”这一问题，转而关注一个更难捉摸的问题：认知、觉察，甚至意识本身，究竟存在于大脑各个组成部分之中，还是存在于它们彼此之间的交流过程之中？

理论神经科学家兼精神病学家卡尔·弗里斯顿（Karl Friston）将大脑视为一台预测机器，不断构建现实模型，并实时更新这些模型。网络神经科学的先驱奥拉夫·斯波恩斯（Olaf Sporns）则认为，大脑并不是由一组标签清晰的功能模块组成，而更像是一张纠缠交织的连接网络。而意识研究者朱利奥·托诺尼（Giulio Tononi）则认为，意识并不仅仅依赖于神经元放电，而取决于无数信号如何汇聚在一起，形成统一的现实体验。

这一观点也得到了神经技术公司Neurable首席执行官、神经科学家拉姆西斯·阿尔凯德（Ramses Alcaide）的认同。他表示，数十年来，将大脑划分为不同区域并赋予各自功能的研究方法确实带来了重要发现，但这种方法或许并未揭示全部真相。正如阿尔凯德所说，认知存在于流动之中，而非位置之中。

“解剖学告诉你事物位于哪里。网络几何则告诉你信息实际上是如何流动的……连接线路只能告诉你什么东西能够连接。它们无法告诉你，为什么某些特定的连接模式会产生思想、注意力或意识。”

参考资料

https://www.popularmechanics.com/science/a71483448/brain-hidden-dimensions-consciousness/

本文来自微信公众号“神经现实”（ID：neureality），作者：Stav Dimitropoulos，36氪经授权发布。