探索认知围栏的奥秘

1、探索“认知围栏”的奥秘日期：2011-02-03 作者：何积惠 编译 来源：文汇报 从迷宫中寻找出路是一项惊人的高级认知任务 人类大脑是世界上最为强势的力量之一，由它形成的智能使我们得以耕种大片的稻田，建设四通八达的城市，勾勒引人入胜的图画，谱写美妙悦耳的音乐或撰写推理小说。 不过，要完整地描述人类思维如何产生自生物大脑，亦即数十亿个经由细微的电脉冲来保持沟通的神经元所组成的网络，这在目前依然是一大科学难题。神经科学的奠基人之一卡尔拉什利早在1951年就预料，可能会出现一门“逻辑生理学”。英国剑桥大学医学研究会（MRC）认知与脑科学小组的助理主任兼牛津大学访问教授约翰邓肯在其新著智能是如何发生

2、的中，讲述了这一梦想如何得益于心理学、人工智能、大脑成像技术和神经生理学在现代的整合而即将变为现实的故事。 从某种意义上说，人类大脑与其他脊椎动物的大脑很相似。许多动物的行为都建立在所谓“先天释放机制”（IRM）这一根基之上，它往往表现为一种由触发性的感觉事件来促成行动的固定模式。 “先天释放机制”最为世人熟知的例证，也许源自动物行为学的奠基人之一尼古拉斯丁柏根以及他对成对求偶刺鱼的分析。刺鱼是一种生有尖状背鳍的小鱼，以筑巢精致而著称。雄性刺鱼往往会通过巢口，看到一条雌性刺鱼进入他的领地，她的腹部因卵而鼓凸隆起，她的姿态表明对性行为是可以接受的。雄性刺鱼见到这番情景就会释放回应。他身子逐渐向雌

3、鱼靠拢，开始别具一格地大跳呈之字形的舞蹈。舞蹈引诱雌鱼接近，直到两者合而为一。这种模式在许多动物的身上得到了重复，至于复杂的、显然以目标为导向的行为，则由组合的片断或子程序所构成，从个体角度而言，它们代表着“先天释放机制”。 人类行为也是由复杂程序所构成的。对于我们的大部分生命而言，这些程序片断不是先天释放机制，相反，约翰邓肯称之为“认知围栏”，即数量浩大、导致目标达成的专注认知步骤。在任何一个智力程序中，清晰可辨的认知围栏是快速地彼此接踵而至的。比方说在动身去上班的片刻，我们会伸手到口袋里摸索汽车钥匙；在另一个片刻，我们会挤进车座；再稍过片刻，我们就会因驶离车辆行列而确认红绿灯状况。 将任务

4、细分为有用的认知围栏，对于这种日常习见的场景是必不可少的，就像它对更多被我们视为“智能”的大脑活动，例如对数学题加以验算或理解穿越迷宫的规则一样。 具有讽刺意味的是，从早期缺乏灵活性的马口铁盒到2010年问世的超速便捷式电脑，都表现出一种糟糕的倾向：无从胜任在人类看来微不足道的任务或子程序。计算机无法在熙来攘往的道路交叉口识别路标、步行者或汽车，也不可能通过阅读一段文本来构筑它所描绘的世界的图景。计算机擅长的是对复杂问题的解构，使它们经分割而形成各司其职、可独立解决的子问题，然后重新装配成一个秩序井然、以目标为导向的结构。这个凭经验来解构和装配的过程，我们人类能展示其中的某些段落。但对于像认知

5、围栏之间的过渡等谜团，我们只是刚开始掌握其中的些许奥秘。 线索源自许多场所。100多年来我们已确知的事实是：对一部分大脑皮层前额后面的额叶的损伤，会导致复杂思维和活动的结构趋于“懈弛”。例如甲方正在刨一块厚木料，却“忘了”歇手，不断地刨了又刨，直到长凳成形为止。又如乙方会列出一系列毫无条理的计算式，但就是解不了他所面临的数学题。这样的人在简单的认知测试中往往表现奇佳，却再也保不住职位或引领家庭生活。思维和活动的个别片断得到了保存，但整体的连贯性却丧失殆尽。 利用现代核磁共振成像或功能核磁共振技术，我们可望深入窥探额叶的奥秘，更多地了解这一生物编程是如何运作的。之所以挑选智能测试中所用的某些简单

6、任务（例如完成一系列的信件或从一组图像中选择剩下的一幅图），是因为它们可用来预测多种活动的成功与否，从基于实验室对语言或记忆的测定，到终身教育或工作成就，可谓不一而足。在功能核磁共振成像扫描中，我们从参与这些测试的人身上可以看清特定大脑网络的活动，连同额叶若干单独区域的组元。这个网络的活动还被视为大脑回应任何认知挑战的一部分，由此可见，有一个核心大脑系统在建立认知程序中起着举足轻重的作用。 核磁共振成像还会告诉我们很多有关这些区域的编码状况。正如我们对一个可编程系统所期待的那样，网络会回应每个新的认知挑战，专注于控制当前行为所必需的特定信息，了解当前的认知片断或围栏的具体内容。 神经网络由数亿

7、个互不连接的神经元所组成，每个神经元细小得令人难以置信，却常对由它激励的电脉冲的具体信息进行编码。当蟾蜍觉察有虫子的时候，它会通过极具特色的运动作出反应：转身对着虫子，逐渐靠拢，头部固定在位，吧嗒一声张开它的下巴。 约翰邓肯在其新著中用整整3页的篇幅，详尽地描述了神经元是如何使这一切发生的过程：从激励单一的神经元而使一部分视域显示细长的虫状物象开始，直到整合不同种类允许蟾蜍吃掉虫子的信息为止。 然而，即使是对这一相对较为简单的案例的解释，也暴露出我们依然存在的巨大知识缺憾。我们至今仍无法开始构建人工神经元网络，藉以模拟蟾蜍行为的复杂性。至于复杂程度令人叹为观止的人类智能，我们还是得在相当有把握的知识与未解谜团之间徘徊不止。从有利方面来看，我们确信刺鱼或蟾蜍的“先天释放机制”已被人类身上几乎是灵活多变的结构所取代，它着眼的目标从日常习见的活动到抽象推理，差不多涵盖了任何一类问题。 我们可以看到，这些围栏是如何在大脑里被组装起来的，由此提供了本质上属于人类的智能元素。这是一幅局部的图景，恰似早期的世界地图：有些国家被清晰地勾勒出轮廓，有些国家无非是一张草图，还有一些国家被简单地标以“未知”的字样。然而，这是一幅