大腦皮層的神經活動產生電脈衝和同步振盪，然而，從這些過程轉變為「成為自身是什麼樣」的感覺，仍然是科學最深奧的謎團之一。克里斯托夫·科赫（Christof Koch），世界領先的意識研究者之一，艾倫腦科學研究所（Allen Institute for Brain Science）所長，曾多次強調，正是生理學與體驗之間的這種鴻溝構成了意識問題的核心。
科赫是神經科學家朱利奧·托諾尼（Giulio Tononi）於2004年提出的整合信息理論（Integrated Information Theory, IIT）的積極支持者。根據這一觀點，當一個系統具有高度整合的信息時，意識就會產生，也就是說，整個系統不能被簡化為獨立部分的簡單總和。核心思想是：意識與具有因果聯繫的信息相關聯——系統的各部分以一種協同工作的方式相互影響。通過磁刺激大腦和測量 Φ（Phi）值進行的實驗證實了信息整合的複雜性與人們對意識感知報告之間的相關性。然而，實驗數據和理論本身都未能解釋最關鍵的問題：為什麼神經層面的信息整合伴隨著主觀體驗，而不是僅僅是數據處理？
另一種方法——認知心理學家伯納德·巴爾斯（Bernard Baars）於1988年提出的全局工作空間理論（Global Workspace Theory）——從不同角度看待這個問題。它強調意識的產生是因為信息在大腦中廣泛傳播：單獨的、專業化的腦區並行處理信息，但只有「聚焦」的信息——進入所謂的全局工作空間——才會被意識到。科赫和其他神經科學家認為這個理論提供了一個有前途的方向，但這裡仍然存在一個懸而未決的問題：為什麼信息的可及性會產生體驗，而不是僅僅讓系統更快地處理數據？
這兩種方法都面臨一個基本問題——哲學家大衛·查爾莫斯（David Chalmers）所描述並稱之為意識的「難題」（hard problem of consciousness）的「解釋鴻溝」（explanatory gap）。即使科學家們確定了意識的神經相關物（neural correlates of consciousness, NCC）的完整集合——即構成特定意識感覺所必需的所有神經過程——仍然會留下最後一個懸而未決的問題：大腦的物理活動是如何以及為何會產生「感受性」（qualia）——感覺的獨特主觀品質？無論有多少電極和掃描儀，都無法捕捉到對主體而言的「它是什麼樣」。
當前研究的 منهج限制也使得結論無法被視為最終。研究樣本通常較小，結果取決於受試者主觀的口頭報告，而且科學家們始終面臨著控制背景神經活動的困難。最近對人工智能模型的相關研究，研究人員發現了類似意識工作空間的結構，這反而加劇了悖論：如果功能等同性是充分的，那麼意識原則上可以在矽基芯片中，或在任何實現相同功能的系統中產生。
想像一個龐大城市的電網：數百萬盞燈以一種複雜、看似智能的節奏閃爍，信息以驚人的協調性流動。工程師們研究每一根電線、每一個開關，繪製出數據流圖——然而，沒有一個人能指出網絡何時不僅僅是*在工作*，而是開始*感知*黑暗或光明。意識的生理學類似於這項任務：我們記錄活動，描繪聯繫，但從未找到物理學轉化為體驗的那個點。
這個未解決的問題迫使我們重新審視不僅是神經科學的基礎，還有實際的、深刻的倫理問題。如果我們無法確定地回答複雜信息處理與真實意識體驗之間的界限在哪裡，我們又如何判斷動物是否像人類一樣感受到痛苦？處於植物人狀態的人是否擁有潛在的意識？未來的人工智能系統是否會擁有意識？意識究竟從何處開始的問題，變得越來越具有實際意義，而這個問題的答案將影響道德、法律以及我們對生命的態度。
