"研究是一門藝術，即如何設計一些方案去解決那些難題的藝術。"
——彼得·梅達沃爵士（Sir Peter Medwar)
嚴格地說，每個人所能確信的只是他自己是有意識的。比如說，我知道我是有意識的。在我看來你的行為舉止與我很相似，特別是你使我相信你是有意識的，故而我很有把握地推斷你也是有意識的。倘若我對自己的意識的本質感興趣的話，我就不必僅僅把研究局限在自己身上，而完全可以在別人身上做實驗，只要他們不是處於昏迷狀態。
要揭示意識的神經機制僅僅靠對清醒的受試者進行的心理學實驗是不夠的。我們還必須研究人腦中的神經細胞、分子以及它們之間的相互作用。我們可以從死者的腦中獲得關於腦結構的大部分信息。但要研究神經細胞的複雜行為，則必須在活體上做實驗。實驗本身並不存在什麼難以克服的技術問題。更多的是由於倫理道德方面的考慮使得許多這樣一類實驗變得不可能，或是十分困難。
大多數人並不反對在他們的頭皮上放置電極來測量腦電波。但是為了直接把電極插入活體腦組織而要移去部分頭骨，即便這只是暫時的，也是眾人所不能接受的。即便有人甘願為了科學發現而接受開顱實驗的話，也不會有醫生同意實施這種手術。他會說這是違背其希波克拉底誓言的，或者更有可能說會有人為此而控告他。在我們這個社會裡，人們會自願參軍並不惜受傷甚至犧牲，卻未必會願意僅僅為了獲取科學知識而接受那些有危險性的實驗。
有少數勇敢的研究者在他們自己身上做實驗。英國生物化學和遺傳學家霍爾丹（J．B。S．Haldane）就是一個著名的例子。他甚至寫了一篇關於這方面的文章，名為《作自己的實驗兔子》（On Being Ones Own Rabbit），此外還有一些醫藥史上令人傳頌的故事，如羅納德·羅斯爵士（Sir Ronald Ross）在自己身上證明蚊子傳播瘧疾。但除此以外，為那些可能有助於滿足科學好奇心的實驗去充當受試者，這是不被鼓勵的，甚至是被禁止的。
在某些情況下，必需對一些病人在清醒狀態下做腦部手術。這樣，如果病人同意，便可在裸露的腦做一些很有限的實驗。由於腦中沒有痛覺感受器，病人不會因為裸露的腦的表面受到輕微電刺激而感到不適。遺憾的是，在手術中可供做實驗的時間通常很短，而且也很少有神經外科醫生出於對腦的細微工作感興趣而進行這種嘗試。這種研究是在本世紀中期由加拿大神經外科醫生懷爾德.彭菲爾德（wilder Penfield)開創的。近一個時期西雅圖的華盛頓大學醫學院的喬治·奧傑曼（Gee Ojemann）領導進行了該領域的研究。他用短暫的刺激電流抑制電極附近的一小塊區域內神經元的活動。如果電流足夠微弱，去掉後並不會造成永久的影響。他將精力集中在與語言有關的皮層區域；這是因為當他切去患者的部分大腦皮層以降低他們癲癇病發作的可能性時，他希望儘可能少地使鄰近的語言區受到損傷。
奧傑曼有一個實驗結果很出名。患者自幼會講英語和希臘語。當大腦左側新皮層表面的一些區域受到電刺激時，她暫時無法使用某些英語辭彙，但這並不影響她使用相應的希臘語，刺激其他部位則會出現相反的情況，這表明兩種語言的某些特徵在腦中的定位有顯著的差異。
在大多數情況下，我們只能從頭骨外研究人腦的行為活動。①現在已有多種不同的掃描方法可以獲得活體腦的影像，但它們在空間或時間解析度上都有很大的局限性。大多數方法過於昂貴，並且出於醫學上的考慮被限制使用。
因此，神經科學家們優先選擇在動物身上做實驗便不足為怪了。雖然我並不確信一隻猴子也像你一樣有意識（sciousness），但我有理由認為它並非完全是一個自動機，即那種行為複雜但完全缺乏覺知（awareness）的機器。這並不是說猴子與人一樣具有自我覺知（self-awareness）。一些實驗，如鏡中識別的實驗等，表明某些類人猿（如黑猩猩），可能具有一定程度的自我覺知。而對猴子而言，即便有自我覺知，那也很少。但仍有理由大膽斷言猴子具有一種與人類相似的視覺意識，只不過它無法用語言來表達而已。
例如，可以訓練獼猴讓它鑒別兩種非常相近的顏色。這些實驗表明，獼猴的表現與我們人類是可以相比的，大約在2倍以內。而對於主要在夜間活動的貓則遠非如此，大老鼠則相差更大。由於黑猩猩和大猩猩過於昂貴，很少用它們做傷害性實驗，如果我們主要關心的是哺乳動物腦中的分子特徵，那麼作為實驗動物大老鼠和小白鼠是最好又是最便宜的。雖然它們的腦的特徵在許多方面比人類要簡單，但是腦的分子卻可能與我們非常類似。
用猴子和其他哺乳動物而不用人做實驗還有個優越之處，即目前它們更適於用來進行神經解剖學研究。原因很簡單。幾乎所有現代的關於腦中長程連接的研究方法部利用了神經元中分子的上行和下行的主動運輸。為此需要把某種化學物質注射到動物活體腦中的某個部位。該物質在腦中沿著神經元之間的連接被運送到與注射點直接相連的腦的其他部位。這一過程通常需要幾天時間。此後，實驗動物將被無痛苦地殺死，並檢測注射物質所到達的部位。用人做這種實驗顯然是不可能的，由於這種局限使得我們對獼猴腦的長程連接的了解遠比對我們自己的了解豐富得多。
人們或許認為，這種知識上的明顯的空白會使神經解剖學家憂心忡忡；由於人腦與獼猴的腦並不完全相同，他們會特別要求研究人體神經解剖學的新方法，然而事實並非如此。其實，現在是改變我們在人體神經解剖學上的缺陷的時候了，那些有遠見的基金會應當立即著手從事有關的新技術的發明。
即使我們設計出可以在人身上進行神經解剖學研究的新方法，仍有許多關鍵性實驗只能在動物身上進行。這些實驗有時會持續幾個月。儘管大多數實驗沒有什麼痛苦，或只有很少的痛苦，但實驗結束後常常需要把實驗動物殺死（仍舊是無痛苦的）。動物保護組織堅持要求善待實驗動物，這無疑是對的。由於他們的努力，實驗室中的動物現在得到的照顧比以前要好一些，但是，倘若把動物理想化，那就太多愁善感了。與被捕捉的動物的生活相比，野生的食肉和食草動物通常過著嚴酷的生活，壽命也較短。有一種觀點宣稱由於人和動物都是"自然的一部分"，因而應當完全平等地對待他們。這是沒有道理的。難道一隻大猩猩真的應當享受大學教育嗎？一味堅持完全像對待人類那樣對待動物，這種說法貶低了我們人類所獨有的能力。動物應當受到人道的待遇，但若將它們置於同人平等的地位，那則是一種扭曲的價值觀。
作為神經解剖學和神經生理學的實驗對象，猴子有什麼局限性呢？訓練機靈的猴子完成一些簡單的心理學測試是可能的，但這很費力。有個實驗要求獼猴保持凝視（即注視同一點）。當它看到水平線段時按動某一控制桿，而看到垂直線段時按動另一控制桿。這樣的訓練通常需要幾周甚至更長的時間。而讓大學畢業生來做這個實驗則多麼簡單！此外，人作為受試者可以用語言來描述他們所看見的一切。他們還能告訴我們他們所想像到的或是夢見的情景。而要從猴子身上得到這種信息則幾乎是不可能的。
看來只有一種策略是可行的。這就是分別在人和動物上做某些不同類型的實驗。這需要假設猴子的腦與人腦的相似程度（以及差異性），但這尚有一定的風險。沒有風險就不能取得大的進展。因此，我們既要大膽地按此方法進行研究，又應足夠謹慎，儘可能地經常檢查我們的假設是否合理。
研究腦波的一種最古老的方法是腦電圖（EEG）。它將一個或多個粗電極直接放在頭皮上。腦中有大量的電活動信號，但是頭骨的電學特性干擾了對電信號的提取。單個電極將提取多至上千萬個神經元產生的電場信號，因而單個神經元對電極貢獻的信號淹沒在它臨近的大量神經元的活動中。這就好像試圖從1000英尺高度上研究城市中人們的談話一樣。你能聽到足球賽場中人們的叫喊聲，卻無法判斷那裡人們用何種語言交談。
腦電圖最大的優越性在於時間解析度相當高，大致在1毫秒左右。這樣便可相當好地記錄到腦波的上升和下降。人們尚不太清楚這些波意味著什麼。處於清醒狀態與處於慢波睡眠狀態的腦波有非常顯著的差異。快速眼動睡眠時的腦波與清醒時很相似。因而它又有個別稱——反常睡眠，即人處於睡眠狀態，但他的腦看上去卻是清醒的。我們的夢幻大多出現在睡眠的這一階段。
有一種常用的記錄腦波的技術是在某種感覺輸入（如耳聽到的一聲尖銳的卡搭聲）之後立刻記錄。與背景的電雜訊相比，由刺激引起的反應通常很小（即信噪比很低）。因此，從單獨一次反應中幾乎看不出什麼，實驗必須重複多次，