问题概述：（简要介绍本问题在现阶段学术研究和科技发展中的最新前沿进展和产生背景，以及未来面临的关键难点、挑战）

研究意识如何产生是揭示大脑奥秘的核心，意识的生物学基础是认知和神经科学研究所希望解决的终极问题之一。随着近年来基因遗传操作技术、新型的光电以及成像技术的发展，人们已经对大脑的结构连接到神经细胞间的信号传导的生化机制有了清晰的理解，并有望在未来若干年中逐步阐明神经系统中产生和执行各种功能的神经环路的工作规律，进而构筑计算神经网络来解析、演化和模拟大脑功能。而如何从神经细胞和环路的结构链接和功能活动中，发现产生特定意识状态和活动的意识相关神经细胞/脑区(neural correlates of consciousness, NCC)，进而实现对意识信息的读取和预测，将成为未来揭秘意识产生的神经基础的关键前沿科学问题。

目前，随着在体神经电生理（EEG，MUA）记录/刺激（DBS）技术和功能磁共振成像（fMRI）在清醒猴子和人类（包括健康人和病人）的研究巨大进展，我们对于大脑的结构和功能网络有了前所未有的理解。对构筑意识的各种认知功能单元，从感知觉处理（视觉、听觉、触觉、痛觉），记忆和情感（如情景记忆、语义记忆、恐惧、焦虑）到高级认知功能（如自尊、自信、自我认知、服从、社会等级、道德判断等）和价值判断等的神经表征都有了显著进展。为基于通过神经活动信息读取和调控实现意识状态和意识活动解析的目标提供了靶向的目标脑区集合和数据集合。而计算机科学中人工智能和深度学习网络技术的飞速发展，也为基于脑功能活动信息的解码器提供了更加强大的信息解释和处理能力。

近年来基于脑功能活动信息对意识活动解码研究正在蓬勃开展（从简单图形轮廓解码，复杂人脸图像重构以及主动的视觉或运动想象意图识别）。基于特定意识活动工作的单元是特定神经脑区集合的假说，功能磁共振影像（fMRI）的解码技术因其是无创的，同时可以提供大范围全脑尺度的脑区激活信息而被广泛采用。但是由于脑信息活动的高度时间动态性和随机性，fMRI的动态激活拓扑特征并不一定足以表征神经环路活动的规律，因而目前基于fMRI的对限定目标的视觉意识活动解码任务的正确率最高不足70 %，2013年发表在Science杂志首次报道对有视觉体验的梦境内容的fMRI解码实际上成功率也仅略高于50 %随机水平。而进一步意识活动产生在细胞水平是基于大量神经元协同活动工作的假说，基于神经电生理记录可以直接观测神经元集群的活动规律，但脑内神经元集群协同活动模式近似具有无穷多的类型，但我们目前的脑电EEG信号实际包含多种特征活动混杂的成分，甚至更高密度的植入式神经阵列电极能同时观测的神经元活动数目也不及特定意识活动产生所募集的神经元群数目的万分之一。

为了实现通过对脑功能活动信息解析的读取特定意识状态和意识活动内容的科学目标，未来面临的主要科学难点和挑战在于：首先，目前对特定意识活动和其对应的意识相关神经区的假设基于相关性的分析，而如真正找的对应功能脑区和神经细胞种类，需要进行因果性的研究，通过精确和定量的神经扰动手段来对功能进行解析。近年来应用光遗传学等高时空分辨率的神经细胞特异性调控技术，在小动物模型上已经对多种认知行为的精确细胞和神经环路进行了研究，而对于更加复杂的认知活动规律乃至自我意识的研究，需要在高级的灵长类大脑中实现精准、有选择性并且安全的神经扰动技术；其次，现有的工具已经无法满足探索作为意识产生基础的神经网络活动的研究，大脑中保护数以十亿计的神经细胞，又根据其遗传学基础和功能划分为数千种的细胞亚型，现有最先进的电生理或者光学成像技术在时间和空间分辨率上对神经元脉冲发放的监测水平，都距离达到对意识活动下神经元集群网络活动完备记录的能力差多个数量级。发展超高通量的神经元集群活动检测技术并建立新的计算模型，将是未来神经科学技术发展的重大挑战；最后，未来通过人机智能的技术对意识状态和意识活动信息进行的解码技术，在理论模型架构层面需要引入更加符合脑认知基本规律的生物物理模型。现有的研究的策略是将复杂的真实神经环路进行简化，从而可以被现有的神经网络架构近似描述。而如果希望未来人工智能系统有能力对复杂的神经细胞种类和连接模式进行模拟和计算，现有的微电子工艺和器件水平仍存在很大的挑战。

重要意义：（简要介绍本问题取得突破后，对本领域或相关其他交叉领域科技发展的重大影响和引领作用，以及可能产生的重大科技、经济和社会效益）

对意识状态和意识信息的读取，是理解人类自我意识的关键途径。自我意识是人类的高级认知功能，针对自我意识的产生机理以及神经调控的研究对我们理解脑认知的基本原理和众多神经精神疾病的发生机制至关重要。通过解析出具体参与产生和调控自我意识的神经基础，理解人类的心智是如何从物质中诞生的，从而为人工智能是否可能或如何产生自我意识提供理论依据。

对意识状态和意识信息的读取，在临床上具有重要的实际应用价值。最显著的目标是希望能够建立完全闭锁的植物人患者重新与外界沟通的途径，目前多项研究发现植物人患者具有残存的意识活动，希望该技术的发展能够为患者重新建立部分交流的途径乃至实现可能的意识康复和唤醒。同时对意识状态的追踪和读取可以让让医务人员对早产儿、婴儿、重度自闭症患者、早老性痴呆症患者等无法沟通的患者检测是否有意识；同时也可以指导麻醉师在麻醉手术中进行意识状态检测，改善麻醉药剂量，研究麻醉剂对脑意识活动的影响和保护措施。