探索認(rèn)知圍欄的奧秘

1、探索“認(rèn)知圍欄”的奧秘日期：2011-02-03 作者：何積惠 編譯 來源：文匯報(bào) 從迷宮中尋找出路是一項(xiàng)驚人的高級認(rèn)知任務(wù) 人類大腦是世界上最為強(qiáng)勢的力量之一，由它形成的智能使我們得以耕種大片的稻田，建設(shè)四通八達(dá)的城市，勾勒引人入勝的圖畫，譜寫美妙悅耳的音樂或撰寫推理小說。 不過，要完整地描述人類思維如何產(chǎn)生自生物大腦，亦即數(shù)十億個經(jīng)由細(xì)微的電脈沖來保持溝通的神經(jīng)元所組成的網(wǎng)絡(luò)，這在目前依然是一大科學(xué)難題。神經(jīng)科學(xué)的奠基人之一卡爾拉什利早在1951年就預(yù)料，可能會出現(xiàn)一門“邏輯生理學(xué)”。英國劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)研究會（MRC）認(rèn)知與腦科學(xué)小組的助理主任兼牛津大學(xué)訪問教授約翰鄧肯在其新著智能是如何發(fā)生

2、的中，講述了這一夢想如何得益于心理學(xué)、人工智能、大腦成像技術(shù)和神經(jīng)生理學(xué)在現(xiàn)代的整合而即將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的故事。 從某種意義上說，人類大腦與其他脊椎動物的大腦很相似。許多動物的行為都建立在所謂“先天釋放機(jī)制”（IRM）這一根基之上，它往往表現(xiàn)為一種由觸發(fā)性的感覺事件來促成行動的固定模式。 “先天釋放機(jī)制”最為世人熟知的例證，也許源自動物行為學(xué)的奠基人之一尼古拉斯丁柏根以及他對成對求偶刺魚的分析。刺魚是一種生有尖狀背鰭的小魚，以筑巢精致而著稱。雄性刺魚往往會通過巢口，看到一條雌性刺魚進(jìn)入他的領(lǐng)地，她的腹部因卵而鼓凸隆起，她的姿態(tài)表明對性行為是可以接受的。雄性刺魚見到這番情景就會釋放回應(yīng)。他身子逐漸向雌

3、魚靠攏，開始別具一格地大跳呈之字形的舞蹈。舞蹈引誘雌魚接近，直到兩者合而為一。這種模式在許多動物的身上得到了重復(fù)，至于復(fù)雜的、顯然以目標(biāo)為導(dǎo)向的行為，則由組合的片斷或子程序所構(gòu)成，從個體角度而言，它們代表著“先天釋放機(jī)制”。 人類行為也是由復(fù)雜程序所構(gòu)成的。對于我們的大部分生命而言，這些程序片斷不是先天釋放機(jī)制，相反，約翰鄧肯稱之為“認(rèn)知圍欄”，即數(shù)量浩大、導(dǎo)致目標(biāo)達(dá)成的專注認(rèn)知步驟。在任何一個智力程序中，清晰可辨的認(rèn)知圍欄是快速地彼此接踵而至的。比方說在動身去上班的片刻，我們會伸手到口袋里摸索汽車鑰匙；在另一個片刻，我們會擠進(jìn)車座；再稍過片刻，我們就會因駛離車輛行列而確認(rèn)紅綠燈狀況。 將任務(wù)

4、細(xì)分為有用的認(rèn)知圍欄，對于這種日常習(xí)見的場景是必不可少的，就像它對更多被我們視為“智能”的大腦活動，例如對數(shù)學(xué)題加以驗(yàn)算或理解穿越迷宮的規(guī)則一樣。 具有諷刺意味的是，從早期缺乏靈活性的馬口鐵盒到2010年問世的超速便捷式電腦，都表現(xiàn)出一種糟糕的傾向：無從勝任在人類看來微不足道的任務(wù)或子程序。計(jì)算機(jī)無法在熙來攘往的道路交叉口識別路標(biāo)、步行者或汽車，也不可能通過閱讀一段文本來構(gòu)筑它所描繪的世界的圖景。計(jì)算機(jī)擅長的是對復(fù)雜問題的解構(gòu)，使它們經(jīng)分割而形成各司其職、可獨(dú)立解決的子問題，然后重新裝配成一個秩序井然、以目標(biāo)為導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)。這個憑經(jīng)驗(yàn)來解構(gòu)和裝配的過程，我們?nèi)祟惸苷故酒渲械哪承┒温?。但對于像認(rèn)知

5、圍欄之間的過渡等謎團(tuán)，我們只是剛開始掌握其中的些許奧秘。 線索源自許多場所。100多年來我們已確知的事實(shí)是：對一部分大腦皮層前額后面的額葉的損傷，會導(dǎo)致復(fù)雜思維和活動的結(jié)構(gòu)趨于“懈弛”。例如甲方正在刨一塊厚木料，卻“忘了”歇手，不斷地刨了又刨，直到長凳成形為止。又如乙方會列出一系列毫無條理的計(jì)算式，但就是解不了他所面臨的數(shù)學(xué)題。這樣的人在簡單的認(rèn)知測試中往往表現(xiàn)奇佳，卻再也保不住職位或引領(lǐng)家庭生活。思維和活動的個別片斷得到了保存，但整體的連貫性卻喪失殆盡。 利用現(xiàn)代核磁共振成像或功能核磁共振技術(shù)，我們可望深入窺探額葉的奧秘，更多地了解這一生物編程是如何運(yùn)作的。之所以挑選智能測試中所用的某些簡單

6、任務(wù)（例如完成一系列的信件或從一組圖像中選擇剩下的一幅圖），是因?yàn)樗鼈兛捎脕眍A(yù)測多種活動的成功與否，從基于實(shí)驗(yàn)室對語言或記憶的測定，到終身教育或工作成就，可謂不一而足。在功能核磁共振成像掃描中，我們從參與這些測試的人身上可以看清特定大腦網(wǎng)絡(luò)的活動，連同額葉若干單獨(dú)區(qū)域的組元。這個網(wǎng)絡(luò)的活動還被視為大腦回應(yīng)任何認(rèn)知挑戰(zhàn)的一部分，由此可見，有一個核心大腦系統(tǒng)在建立認(rèn)知程序中起著舉足輕重的作用。 核磁共振成像還會告訴我們很多有關(guān)這些區(qū)域的編碼狀況。正如我們對一個可編程系統(tǒng)所期待的那樣，網(wǎng)絡(luò)會回應(yīng)每個新的認(rèn)知挑戰(zhàn)，專注于控制當(dāng)前行為所必需的特定信息，了解當(dāng)前的認(rèn)知片斷或圍欄的具體內(nèi)容。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由數(shù)億

7、個互不連接的神經(jīng)元所組成，每個神經(jīng)元細(xì)小得令人難以置信，卻常對由它激勵的電脈沖的具體信息進(jìn)行編碼。當(dāng)蟾蜍覺察有蟲子的時(shí)候，它會通過極具特色的運(yùn)動作出反應(yīng)：轉(zhuǎn)身對著蟲子，逐漸靠攏，頭部固定在位，吧嗒一聲張開它的下巴。 約翰鄧肯在其新著中用整整3頁的篇幅，詳盡地描述了神經(jīng)元是如何使這一切發(fā)生的過程：從激勵單一的神經(jīng)元而使一部分視域顯示細(xì)長的蟲狀物象開始，直到整合不同種類允許蟾蜍吃掉蟲子的信息為止。 然而，即使是對這一相對較為簡單的案例的解釋，也暴露出我們依然存在的巨大知識缺憾。我們至今仍無法開始構(gòu)建人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，藉以模擬蟾蜍行為的復(fù)雜性。至于復(fù)雜程度令人嘆為觀止的人類智能，我們還是得在相當(dāng)有把握的知識與未解謎團(tuán)之間徘徊不止。從有利方面來看，我們確信刺魚或蟾蜍的“先天釋放機(jī)制”已被人類身上幾乎是靈活多變的結(jié)構(gòu)所取代，它著眼的目標(biāo)從日常習(xí)見的活動到抽象推理，差不多涵蓋了任何一類問題。 我們可以看到，這些圍欄是如何在大腦里被組裝起來的，由此提供了本質(zhì)上屬于人類的智能元素。這是一幅局部的圖景，恰似早期的世界地圖：有些國家被清晰地勾勒出輪廓，有些國家無非是一張草圖，還有一些國家被簡單地標(biāo)以“未知”的字樣。然而，這是一幅