从唯递归论看生物比较实验

从唯递归论看生物比较实验

1.人类语言生物演化的历史溯源语言学研究的基本任务是解决洪堡问题（语言知识的组成）、柏问题（语言知识的获得）和塞卡尔问题（语言知识的使用）。对这三个问题的回答,一方面离不开对大脑机制本身的研究,另一方面必然回归人类语言起源(languageorigin)和语言演化(languageevolution)研究。语言具有物种特质(speciesproperty),而任何物种特质最终必然要求生物演化解释。人类语言生物演化研究不仅源于儿童母语习得的经验性观察,更有生物遗传的哲学思辨:由于拥有共同的生物基础,即使语言起源和发展存在时空差异,人类语言依然存在深层共性。在漫长的演化过程中,人类与其它动物可能有相同或不同的演化模式,然而只有人类最终获得了语言能力。生成语法学者由此坚信人类具有共同的语言机能(facultyoflanguage,FL),而FL区别于其它动物的交际机制,最根本的是人类语言具有递归(recursion)性(Hauseretal.2002),Jackendoff和Pinker(2005)因而称之为唯递归论(recursion-onlyclaim)。唯递归论引发了一场重要的学术讨论(Fitchetal.2005;Pinker&Jackendoff2005;Jackendoff&Pinker2005),还有一些研究(Fitch&Hauser2004;Genteretal.2006)运用比较方法寻找生物证据(biologyevidence)。本文讨论唯递归论的生物行为比较证据(comparativeevidence)。2.人类语言的递归lact在计算机和数学等科学中,递归是指程序或函数等在运算过程中直接或间接调用自身而形成的重入算法。因此,递归成员集都能共享特征P,并且以内部投射方式排除非成员集不能共享P。根据运算方式的不同,递归可分为尾递归(tailrecursion)和中心内嵌递归(center-embeddedrecursion)。尾递归是在运算过程中最后一步调用函数自身,因此也称线性递归(linearrecursion)。中心内嵌递归也称真递归(truerecursion),它是在运算过程中调用函数自身,需要从上次运算结束的地方恢复到原来的程序。在运算过程中,只要结构或成分具有自我相似性,尾递归就可依靠迭代(iteration)完成输入—输出循环运算,而中心内嵌递归却因为重复调用自身而使得工作链不断加长,因而比尾递归更加消耗资源。在语言学研究中,递归很早就引起了人们的注意。19世纪德国哲学家和语言学家洪堡特就提出了语言规则具有“有限的方式,无限的使用”的特征。递归结构包括相同句法结构的重复使用、关系从句、名词所有格和附加语等1。在生成语法学者看来,递归是人类语言区别于其它动物交际方式的根本属性2。它不但是语言系统能无限制对概念结构(conceptualstructure)编码的前提条件(Fitch2005),而且允许语言以有限的规则生成无限离散句子,语言递归因而也可理解为“人类语言没有最长的句子”或“句子的数量没有上限”(Hauseretal.2002),其长度仅受制于记忆容量和在线处理能力(Premack2007)。语言递归建立在对语言的离散无限性(discreteinfinity)和梯级性(hierarchy)的观察之上。语言成份边界(如词素和词、词和词组、词组和句子等)具有表层连续性或线性关系,但这种表层线性关系并不是语言的本质反映。自然语言描写必然要求解释长距离约束(longdistancedependency)关系。在例(1)中,boys和V1、dogs和V2、cat和V3分别建立数和一致等语法关系,而不是其它。这种长距离约束要求中心内嵌递归机制。人类习得这种结构不但要求记忆机制存贮这种结构,而且还要求建立梯级结构。递归思想始终贯穿于生成语法的发展过程中,但自60年代以来,生成语法致力于建立抽象语法的数学模型以最大限度地描写和解释语言的普遍性,因而递归没有引起足够的重视。最简方案(MinimalistProgram,MP)提出来后,递归再度受到关注,唯递归论则把语言递归提升到了纯生物学的高度。根据唯递归论,人类语言机能可以分为广义语言机能(facultyoflanguage-broad,FLB)和狭义语言机能(facultyoflanguage-narrow,FLN)。人类与其他动物可能共享FLB,因而不能最终决定只有人类在演化过程中获得语言能力;FLN是一个抽象的语言运算系统3,其核心特征是递归(Hauseretal.2002),递归是句法底层的核心运算能力和语言底层的核心运算机制(Fitchetal.2005)。国内已有诸多学者介绍和讨论了唯递归论及由其引发的学术论战,我们拟进一步介绍和分析唯递归论的生物行为比较证据。3.基于波动理论的生物比较证据3.1中国语境下的语言研究人们最初对语言起源的思考带有浓厚的宗教或神话色彩,达尔文(1997:126-135)则以其生物演化论为基础,认为语言是自然选择渐变过程,源于人类对自然各式各样声音的模仿,以及动物原始情感交流能力的演化;达尔文对语言研究的贡献还在于提倡运用生物比较方法推演语言起源,使语言研究从此前的纯概念论转向了经验科学。达尔文和Chomsky关于语言起源的观点大抵相左:达尔文认为语言是自然适应而持渐变论(gradualtheory),而Chomsky则认为语言是人类在生物演化过程中的基因突变而持突变论(saltationaltheory),但达尔文提出的运用生物比较方法研究语言起源的思路在唯递归论中得到了完全的肯定。无论是渐变论还是突变论,最根本的任务是寻找相应的生物证据。语言不具有化石形式,生物比较实验就成为研究语言演化最理想的选择(O’Donneletal.2005;Fitch2005)。一方面,对其它动物的比较研究可以为人类感知、学习和认知等提供新的理解和线索(Margoliash&Nusbaum2009)。另一方面,人类与其它动物具有一些平行演化,人类语言有些方面与其它动物的交际形式具有共源特征(Christiansen&Chater2008;Hochmannetal.2008),如声音模仿是语言习得的重要条件,但人类和有些鸟类可能共享这一条件(Marris2008)。我们可以从现存物种之间相同或相似的生物行为推演相关演化的证据。通过生物比较而得到的证据不但可以帮助我们理解人类语言习得的生物特征,而且可以从这些经验证据中获得有关选择压力等演化推论,从而更好地解释语言的物种特性和语言演化。3.2猴的适应abn结构的训练唯递归论提出来后,Fitch和Hauser(2004)运用生物比较方法证明了只有人类才能掌握递归结构。他们训练了生活在南美哥伦比亚热带丛林中的棉冠狨猴4识别(AB)n和(AnBn)两组具有递归性质的人工语法(图2a和图2b),其中A(男声)和B(女声)分别从8组没有语义内容的辅-元音组合音节中随机选取。实验前首先训练狨猴适应(AB)n结构,然后测试分别根据(AB)n和(AnBn)(n={2,3}5)生成的新结构6。作为对比,实验选择了一组大学生参加了测试。结果表明,狨猴和学生都可以区分(AB)n结构,但学生还可以区分(AnBn)结构,而狨猴却不能区分此结构。Fitch和Hauser由此推断狨猴不能掌握递归。Genteretal.(2006)在借鉴Fitch和Hauser(2004)实验的基础上,采用发生程序(operantprocedure)方法重复训练了(约1万到5万次)11只欧洲椋鸟7区分(AB)n和(AnBn)结构(A和B分别为两种不同的声音)。实验结果表明,11只椋鸟中有9只(但没有报告雄雌)可以区分(AnBn)和(AB)n两种递归形式(n={2,3,4}),他们还发现椋鸟可以区分(AnBm)结构(其中n<4,m>0,且n≠m)。实验结果表明椋鸟也可能习得递归,从而证伪唯递归论。两个类似的生物实验却得出不同的实验结论,下文将从实验设计、材料和结果等三方面讨论有关唯递归论的生物比较证据8。(2)(AB)n和(AnBn)组合序列3.3生物行为实验的再分析3.3.1s/d任务和其它动物的能力Fitch和Hauser(2004)主要在接触(输入)频率相对小的情况下测试棉冠狨猴能否区分(AnBn)结构,而Getneretal.(2006)则在接触相对丰富且时间相对长的条件下测试椋鸟能否区分(AnBn)结构,特别是后者具有行为反馈性质和奖赏学习特征(Marcus2006;Okanoya2007)。因此,两个实验本质上都是技能或运动学习,都有行为主义和条件反射倾向。这种基于发生学的结论难以经得起更多比较实验的验证。两个实验都要求实验对象完成同异(sameness-difference,S/D)任务。S/D任务是一种感知相似性判断(judgmentofperceptualsimilarity),是生物认知和认知处理(如刺激概化、物体认识、范畴化等)的必要条件(Pennetal.2008)。S/D任务反映了人类和其它动物之间的连续性。大量生物实验表明,海豚、信鸽、狒狒、猩猩和大猩猩等动物都能完成不同符号形式的S/D测试任务。但和其它动物相比,人类还具有抽象相似性判断能力。人类可以不经过显性指导就可能判断鸟和鸟巢的关系类似于狗和狗舍的关系。类似地,人类判断语言中的递归性不需要任何显性指导,而且能够自由地概化这种递归性。假如人类知道了(AnBn)的递归性,不但可以将其迁移到新的环境中,而且可能将此结构泛化为(XnYn),甚至(Am(XnYn)Bm)等更复杂的递归结构。这就是说,人类语言习得的复杂性远远超越了S/D任务,因此,S/D任务与语言处理的类比可能过于理想。现有生物实验表明,其它动物完成S/D任务时可能采用了概念组块(concepchunking)和概念切分(conceptsegmentation)等认知策略(Halford&Busby2007)。概念组块可以减少认知处理负荷,测试中的人工语法也就可能失去原有刺激结构之间的递归规律,特别是实验任务不要求考虑结构之间的隐性关系时,实验结果不一定表明其它动物像人类一样掌握了隐含在实验材料的抽象规则;而概念切分就意味着实验材料被分割成不同的组块,实验对象仅需根据序列关系即可完成S/D任务。因此,实验对象在完成S/D任务时超越了刺激条件中的递归特征,实验结果并不能作为实验对象对实验材料抽象化的证据。这就是说,无论棉冠狨猴和椋鸟是否完成测试任务,我们都不能证明它们内化了人工语法中的递归规律。3.3.2人工语法anbn的性质根据实验设计,(AB)n为限定状态语法(finite-stategrammar,FSG),属于尾递归;(AnBn)是中心递归结构,是语境自由语法(context-freegrammar,CFG)的一个特例。两个生物实验的重点都是后者。在“乔姆斯基等级”(ChomskyHierarchy)四种语法形式中(参见司富珍2008:15-20),CFG的递归性最差,其典型代表是“有限马尔科夫过程”(FiniteMarkovProcess)。它是由一个初始状态、若干中间状态和一个终结状态构成的自动机,其基本思路是:由相对靠左的状态依次向右选择相邻的状态,构成无后效过程,类似于线性操作,如在(Xn-1,Xn,Xn+1)序列中,Xn+1与Xn-1无关。这种运算并不能完全反映语言的梯级性质。两个生物实验中的人工语法都是(AB)序列,而没有(BA)序列。也就是说,人工语法中的序列关系类似于“有限马尔科夫过程”。这实际上忽略了递归结构中内在的梯级关系。我们再看例(1):如果我们假设上例中的名词=A,动词=B,若不考虑引导词that,则上例中的线性序列也是(AnBn)。具有梯级性质的自然语言一般都有长距离约束特征。人类处理这类具有递归性质的语言时,一般都受语义内容限制,并要求A和B之间存在人称、格等语法形式的强制配对。尽管两个生物实验中的人工语法与上例有相同的线性序列关系,但人工语法(AnBn)只需A和B的简单重复就可以得到(AnBn)表层线性序列,(AB)n形式也可能只反映了成分或范畴之间的邻近关系或分布规律。这样,人工语法中的(AnBn)结构就没有如上例的梯级关系(图2c,见223页),而是表现了临近迁移概率性(localtransitionprobability),因而也就不一定具有中心内嵌递归性质。因此,即使椋鸟能够区分(AnBn)结构,也不一定意味着椋鸟具有如人类一样处理中心递归结构的能力。另一方面,即使我们承认(AnBn)的递归性,但这种递归结构具有对称性。因此我们还需进一步证明椋鸟或其它动物能否区分如(4a)和(4b)一样的非对称递归结构。其中(4a)类似于自然语言中的多重名词所有格(如“爸爸的弟弟的儿子的堂哥”),(4b)则因动词的语序不同而形成语义不同的递归集。3.3.3人工语法中的递归结构FSG是尾递归结构,不足以保证生成语言中的所有结构,语言生成机制至少要求短语结构语法(phrase-structuregrammar,PSG)程序。我们在前面指出,处理CFG时要求更复杂的分析能力和消耗更多的认知资源,如感觉能力和存贮结构的记忆力等(Makuuchietal.2009)。Kinsella(2009:150)甚至由此推测,之所以人类能够而棉冠狨猴却不能处理(AnBn)结构,可能是因为实验中的两种递归结构本身存在差别。与其说递归是语言的核心内容,不如说人类在演化过程中,记忆容量和提取记忆堆栈信息能力的提高起了关键性的作用。我们知道,很多动物对声音和数量具有天赋敏感性。椋鸟等擅长于模仿和发出重复声音序列,对声音和数量感知能力甚至可能超过人类(Brainard&Doupe2002)。因此,即使如实验设计所说人工语法具有递归性,椋鸟和棉冠狨猴也可能只是依靠对数量的敏感性而机械地感知到实验中的人工语法序列,所表现的可能只是声音范畴感知能力和数量统计能力。两个实验中的人工语法都使用了声音呈现形式,声音源不但有男声和女声之别,而且音高、音长和音质等方面也存在差异。这就意味着被试只需根据语音差异就可能区分两种递归结构。其后众多实验验证了这种猜测。如Perruchet和Rey(2005)重复了Fitch和Hauser(2004)的实验,结果表明,当梯级结构被打破而又没有音高区分时,受试并不能区分(A3A2A1B1B2B3)和(A3A2A1B1B3B2)结构;而Friedericietal.(2006)的实验结果表明,在受试可以区分(AnBn)结构的前提下,将(AnBn)中的A和B对换,受试仍能区分诸如(A1A2A3A4B2B1)和(A1A2A3B3B2A4)之类的结构。这就是说,受试只需使用数量匹配策略即可掌握人工语法中的递归结构。deVriesetal.(2008)的实验结果表明,受试只需运用计数策略(countingstrategy)也可掌握隐含在人工语法中的递归规律;Mulleretal(2010)的实验结果进一步表明,只要韵律线索(prosodiccue)明确,受试就可以识别隐含在人工语法中的递归结构。现有的一些心理实验(Corballis2007;Hochmannetal.2008)结果表明,人类在处理递归结构时,n与处理深度存在递减函数关系:n越大,准确率就越低;当处理n>4的递归结构时,就已超出了人类一般认知负荷和记忆容量。这也从侧面说明了椋鸟可能没有掌握人工语法中的递归性。4.思考与期待4.1生物演化的研究目标MP之前,生成语法采用了自上而下(topdown)的方法,目的是确定普遍语法在多大程度上能够解释语言习得。MP之后,特别是唯递归论提出后,生成语法采纳了自下而上(bottomup)的方法:在解释语言习得时,有多“少”归因于UG(Chomsky2007)。自下而上的方法坚持了FL是自然完美设计的理念,将FL看成是一个能生成无限表达式的运算系统,每一个表达式就是语音系统和语义系统建立接口关系的指令矩阵,递归则是实现接口的最佳设计形式。唯递归论进一步确定了语言生物演化的研究目标。FLB及其之外的一些因素对语言的演化可能会产生这样或那样的影响或限制,但其它动物也可能共享这些因素,因而也就不是人类最终获得语言能力的决定性因素。唯递归论是基于生物演化的前适应(preadaptation)思考。在某些选择性压力下,某一个体发生基因突变,生物表型(phenotype)特质从此被永远确定下来,人类语言的普遍性可能存在于FLN中的递归运算中。唯递归论遵循了新达尔文主义(neoDarwinism)的演化—发展(evo-devo)思想。新达尔文主义的中心论题是生物的物种特质在多大程度上由环境决定,又在多大程度上由遗传决定。根据新达尔文主义,遗传和适应是不同的生物演化过程。遗传由生物种质(germplasm)决定,而种质是稳定和连续的,不受生物体质(constitution)的影响,体质只负责种质的生长和营养等机能。在演化过程中,遗传问题由生物演化本身完成,而后生物无方向的变异则由自然进行适应性选择(Gould2002:236-237)。我们据此可以认为,人类语言具有基因普遍性,或者语言是在演化过程中形成的、具有遗传特征的生物客体;跨语言差异反映了表型差异,它是人类社会后发展的结果,受环境、经验、传统和认知习惯等因素影响。语言因而也就具有生物普遍性和生态多样性双重特征。4.2生物结构设计的原则假如递归机制具有遗传性,接下来的就是递归的起源和演化问题。对此,Hausereal.(2002)和Fitchetal.(2005)认为递归机制可能是从比人类更早的一些物种用于导航、社会认知或为了其它目的的计算机制演化而来。这似乎强调了语言和其它动物交际方式的连续性,实际在一定程度上顺应了渐变论。既然唯递归论以新达尔文主义为基础,坚持语言演化突变论,若以其它物种的生物机制来解释突变结果,就可能陷入自相矛盾的泥潭;假如坚持突变论,我们就需要解释是何种生物压力导致了个体突变,而突变结果又是以什么样的方式影响种群;若没有足够的生物证据,则只有放弃突变论。如果物种特质具有天赋性,则生物结构设计必然具有模块性(modularity)、简并性(degeneracy)和强有力性(robustness)等特征(Kinsella2009:97-110)。模块性保证了不同生物结构有不同的功能,而简并性则保证了生物结构可以由多种方式实现同一功能,强有力性则使生物结构在生长过程中能承受潜在损伤,并由其它生物结构替补(如在言语感知中,失明或失聪儿童可分别由听觉或视觉感知替补先天生理缺陷)。这些特征表明生物结构是一种生物适应过程的产物,且它们之间的相互作用导致了系统的产生,而复杂适应系统(adaptivecomplexitysystem)的首选解释是自然选择。因此,我们推断,语言递归机制可能是自然选择的结果,即渐变解释更为合理。4.3实验4:递归作为某物种共享特征所有生成语法学者都不言而喻地以语言天赋为理论出发点,但很少正面对其做出较为完整的定义。从生物学角度来看,天赋是一个恒量闭合过程(closedprocessinvariance),具有稳固性(fixity)、典型性(typicality)和目的性(teleology)等特征(Ariew2007)。在演化和发展过程中,同一物种的成员必然共享这些特征。据此,我们认为天赋假设应该符合这样的要求:设某物种成员共享特征P,若任何学习理论都不能解释P的习得,则P为天赋。如果递归具有生物遗传性,那么它就不能与其它物种共享,也不能被其它动物所学得,即递归以内部投射方式排除了其它非成员共享这一特征。从这个角度来说,无论椋鸟或棉冠狨猴是否掌握了人工语法中的递归规律,都不能证伪或证实唯递归论。例如,生物遗传决定了鱼能在水中自由游动,但人类也可以通过后天的学习而像鱼一样在水中游泳。这并不表明人类因此具有鱼的基因,而只说明了人学会了鱼的行为。同样,本文介绍的两个生物实验结果解释的可能只是生物行为,而不一定是抽象能力。本文介绍的两个生物比较实验都具有基于输入频率的重复学习特征。如果借鉴重复学习模型9(iteratedlearningmodel),将可以区分递归的椋鸟(或其它动物)强制配对,然后在输入相对小的情况下,看下一代(甚至第三代、第四代)能否区分具有递归性质的人工语法。可以预测,其结果与著名的小鼠尾巴切短实验结果一样。小鼠尾巴切短实验连续切割了22代,但小鼠尾巴并没有变短。这是因为,外界压力最多只能改变了生物的体质,而不能改变生物的种质。这就是说,假如递归具有生物遗传特征,它不可能被其它动物学得。4.4其它动物的递归生成语法自创立始就坚持句法自治的思想,句法几乎是其研究的全部内容。即使不是作茧自缚,句法中心论也为生成语法的发展构成了潜在的障碍。唯递归论仍然以语言的生成性和句法复杂性为理论起点,是句法中心论的延伸和发展。反对者(Jackendoff&Pinker2005;Pinker&Jackendoff2005)实际也直接以此为起点对唯递归论发难。他们认为,递归并不能概括语言的独特性,除句法递归外,语音、词汇和模式双层性(dualityofpatterning)等也都有递归性。语言之外的其它一些人类认知能力或活动,如数量、导航、音乐和博弈等,也都具有递归性。即使我们证明了只有人类语言才有递归性,而其它动物的交际方式没有递归性,我们还是不能由此证伪其它动物不具有如人类一样复杂的语言是因为缺乏递归机制。这是因为,与人类相比较,其它动物也许不只是缺少递归机制;只要FLN存在其它任何如递归一样独特的生物机制,唯递归论随即被证伪。即使其它动物的交际方式不具有递归性,但这并不能否定动物在其它方面不具有递归特征。例如,非人类动物在数量、导航、行走、捕杀猎物等复杂序列活动方面都具有尾递归性质,那么,语言递归与非人类动物的序列活动递归是否