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清华大学雨课堂公益课主讲嘉宾邹晓辉今天下午5点讲授维果斯基的最近发展区理论
geneculture 2020-5-15 16:14
个人分类: 高教管:特色与质量|1216 次阅读|3 个评论
爱犯错的智能体--视觉篇(八):由粗到细、大范围优先的视觉
热度 1 heruspex 2018-9-30 09:14
第一次睁眼的时候,我还在娘胎,仿佛看到了一片红色,然后我又继续睡了;第二次睁眼时,已是出院的时候。我被母亲抱着坐在三轮车上,我看到一位白大褂医生站在一个拱形的门前向我们招手。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 人的记忆是非常奇妙的。可能有些时候记忆是先存储,再被自己重新分析的。也可能完全是错乱不可靠的,但通过不断的心理暗示后,结果自己都信了,如同引文中的一样。未出生的胎儿怎么会看到颜色,又知道颜色是哪种呢? 不过新生儿的视力刚开始时,确实能看到的也就是一片完全模糊不清的世界。原因有两个,一是眼睛的发育虽然已经基本完成,但眼球前后直径仍较短,晶状体的调节功能还没达到最优,视力只有成人的三十分之一,视角只有 45 度。二是大脑在此时还处在一个刚买回来的电脑主机状态,除了安装了后面会定期自动升级但几乎不会蓝屏的神奇操作系统外,应用程序还很少,硬盘也几乎是空的。因此,大脑还无法及时和准确处理从视觉神经元输送过来的信息,也无法从模糊的视觉信息中生成更清晰的“图像”。一切皆在学习的初级阶段。另外,人类的新生儿刚出生时是没有行动能力的。比如新生儿脖子的力量连头都撑不起,更不用说转动了。新生儿的四肢也根本不能支持其独立行动。这些都使得新生儿在刚出生时,只能看到、听到、学习到有限的信息。 发育到 1 个月左右时,听觉基本就发育成熟了,但视力仍然处在近视阶段。新生儿能看清物体的距离最多 15 到 30 厘米,而能集中注意力观察的时间不超过 5 秒。 3 到 4 个月后,能看清的距离延长到 75 厘米,平均视力仍仅为 0.1 。新生儿也能控制自己的头的转动了,所以,可学习的信息量长了不少。据统计,一般到 6-8 个月后,新生儿的视力才会和大人一样,能基本看清楚。但看到的内容,从已知的文献来看,会如同引子中看到的白大褂一样,只是一些外在轮廓的印象。正常情况下,儿童的视力在 5 周岁时发育完全,视力达到 1.0 或以上。 从进化角度来看,如果新生儿是独立在野外成长,这么缓慢的视力发育似乎不符合优胜劣汰原则的。作为对比,小 鹿生下来几小时内就得睁开眼睛、学会走路。所幸地是,与小鹿不同,新生儿的父母庇护要强大得多,所以不会立刻走路、眼睛一片花白也没关系。那么,这种拼爹式的视觉发育 对人的智能有何益处呢? 当新生儿最初的视力非常弱时,多数情况下能看到的只有物体的整体结构,对细节的抓取和记忆能力则还不具备。同时,大脑的视觉中枢系统在建构的过程中,对相同目标的反复学习和再认识,应该多会以最初模糊知觉形成的认知原型为基础来提升,而不应建立在对先前的经验的全盘否定上。随着视力的提高和大脑发育的继续完善,大脑会逐渐丰富各个认知原型的细节,从而获得对目标粒度更丰富的认识,直至稳定。这一视觉发育过或多或少与认知心理学中常被提及的大范围优先理论相关,也与计算机视觉中常常用到的由粗到细 (Coarse-to-fine) 框架很相似。 一、异曲同工:由粗到细与大范围优先 与近代知觉研究中占统治地位、强调视知觉过程是从局部到整体的初期特征分析的理论不同,“大范围优先”假设强调全局特征的认知要优于局部特征,最早是 Navon 于 1977 年提出来的 。直观来说,就是“先看到森林,再看到树”。其观点通过一组认知实验进行了验证。粗略来讲,他将若干小的字母拼成一个大的字母,大小字母可以相同或不同,如图 1 。通过测试者对大小字母辨别反应时间的判断,他发现在多数情况下,辨识大字母的反应时 (Response Time) 要短于小字母。尽管在实验细节上,后来的研究形成了诸多的变化和新的发现, 但并没有完全推翻 Navon 强调的“整体优先”观点。而对此现象的解释,众说纷纭。如有借鉴格式塔心理学的对称性、平行性、封闭性来解释整体认知性质的,而中科院院士、著名认知科学家陈霖也提出了“大范围优先”的拓扑性质初期知觉理论 。但因为某些情况下小范围也具有这种性质,目前似乎还没有令大家都满意的答案。 图 1 Navon 关于大范围优先假设使用的复合刺激图形 不过,如果从视觉发育的角度来看,这种大范围优先的策略也许多少与人类的视觉发育机理有些关系。因为最初的弱视,人类只能看清楚目标的大致结构或轮廓,因此必须要根据这些结构或轮廓来形成对目标的辨识。试想当人类看到捕食者如豹子的时候,只根据轮廓这一整体特征就能快速辨识豹子,显然更便于人类避免危险。如果等他仔细把豹子的各项局部特征如纹理、脸部特征、毛发长短等分析完成,再决定是否为豹子和要逃跑时,可能已悔之晚矣。另外,如果一开始视力就是非常完善的,一来刚混沌初开的大脑可能会因接受的信息太多,无法处理,导致宕机;二来只看轮廓,大脑分析消耗的计算资源和能量都小,因此形成辨识的时间会短,更有利于生存。因此,大范围优先的策略能帮助形成对目标的快速判断,而不需要大脑进行不必要的、深层次的分析。 无独有偶,计算机视觉或人工智能领域也有着异曲同工之妙的策略。 一是由粗到细的策略。这一策略最早见于 90 年代初期的人脸检测算法中。那时, CPU 刚刚到 486 的水平,想玩游戏都得拿个容量 1.2M 的 8 寸软盘去拷贝,和现在算力和容量都很强大的计算机相比简直就弱爆了。如果人脸图像分辨率稍微高点,就很难做到高效检测。要解决这一问题, Yang 和 Huang 提出了由粗到细的方案 。具体来说,就是先把人脸图像大小缩小 64 倍 ( 长宽各 8 倍,也称为降采样 ) 。缩小后的图像直接放大回原图大小的效果就是马赛克了。虽然马赛克的图像,人看也不清楚内容是什么,但从图像像素光强的分布来看,可以考虑规则“人脸的中心部位有四个格子 (Cell) 具有基本一致的强度”。这一规则可以用于初筛潜在的人脸区域。再根据人脸上眼睛和嘴巴的固有关系,可以继续做进一步的筛查。完成候选区域筛查后,再回到原始图像上,从选好的候选区域中根据原始像素来查找真正的人脸。由于降采样这一步将人脸缩小了 64 倍,且规则的搜索不需要执行复杂的浮点计算。于是,这一由粗到细的人脸检测算法,在当时算力很弱的环境下,也能非常高效地完成人脸检测任务。如果不考虑人类视力发育需要的时间,由粗到细和人的视觉感知中的整体到局部的策略是类似的,也可以看成是一种结构或大范围优先的策略。 图 2 : 由粗到细的人脸检测算法;左:子采样效果;右:人脸灰度规则 另一个相关的是金字塔策略。众说周知,金字塔在能量收集上有着神奇的能量。所以,计算机视觉和图像处理领域的科学家们也喜欢在处理计算机视觉任务时,用它能来收集比单幅图像更多的能量信息。比如,在做图像压缩时,大家喜欢把图像缩小一倍,然后再用原图减去缩小后插值放大的图,得到图像的残差信息。再把缩小的图继续缩小一倍,然后与之前缩小的图相减,得到缩小图像的残差信息。迭代下去后,可以得到一组持续缩小的残差图像。因为每次图像都缩小二倍,叠起来看的话,就像是一个金字塔。由于残差的像素灰度或强度值往往比较集中,所以就比较容易找到短的编码来刻画这些频繁出现的值,因而能帮助提高压缩编码的效率 。还有将金字塔策略用于高阶特征抽取的,如深度学习之前流行的 SIFT(Scale-Invariance Feature Transform) 算子 和随后改进了速度的 SURF(Speeded Up Robust Features) 算子 。这两种算子都采用不同尺度的高斯 (Gaussian) 核来模糊图像,以提取不同尺度的特征。 SIFT 算子是在金字塔式的图像上提取特征,而 SURF 则把特征提取算子本身做成了金字塔。尽管没有涉及大范围优先的思想,但这两种多尺度的特征提取技术或多或少体现了由粗到细的思想。 即使现在人工智能中很流行的生成式对抗深度网络,也不免俗套地将图像金字塔技术嫁接在该网络上,提出了金字塔生成对抗网,以便能生成更为精细的图像 。 这些都表明了由粗到细、整体与局部特征相结合、大范围优先的策略,在人工智能的多数相关应用中是有实际意义的。 (a) (b) (c) (d) 图 3 :计算机视觉、图像处理中的金字塔策略; (a) :图像压缩 ; (b) : SIFT 算子 ; (c) : SURF 算子 ; (d) :金字塔生成对抗网 二、由细到粗和模糊的艺术 模糊到清晰是一种由粗到细,体现了大范围优先的思想。但如果反过来,从清晰到模糊,有时候会带来一些奇妙的错觉。人视觉的模糊程度不仅会影响认知,也会影响人对图像内容的评判,如图 4 左。这张图中有两个人物,爱因斯坦和玛丽莲 · 梦露。不近视的能看到爱因斯坦,近视的戴眼镜看到的是爱因斯坦,取下眼镜看到的是梦露。而图 4 右是一幅满是马赛克的图片。近视眼的同学不妨把眼镜取下来,仔细看看,是不是感觉图像变清楚了? 图 4 左:爱因斯坦 / 玛丽莲 · 梦露;右:马赛克图像 ( 网图 ) 这都是因为取下眼镜后,人的大脑会对视觉系统输入的信息进行自动平滑。平滑后的图像就没有原马赛克图像那么明显的边缘,结果视觉上反而会觉得更清楚了。 这种平滑不仅能让人类视觉产生“清晰”的错觉,有的时候它还能帮助提升目标识别的性能。举例来说,根据行人走路姿势来识别行人身份的研究。我们曾经发现,当把行人步态轮廓图缩小 4 倍再放大时,其识别效果反而会比直接在原图上好。后来我也和几个朋友交流过,他们发现在人脸识别中也存在类似的现象。为什么把图像缩小再放大后,会帮助提升性能呢?我们给出的一种解释是,原始步态或人脸图像包含的噪声相对较多,缩小再放大需要经过一个插值平滑过程。有可能这个平滑过程帮助去除了图像中影响判别的噪声,因此导致识别性能提升了。但我们也只是猜想,最终也没有谁认真从理论上去分析过真正的原因。 除此以外,模糊的视觉能让人从不同的视角去看世界,它对艺术也是有重要贡献。据说法国印象派开创先河的领袖式人物莫奈是近视眼,于是画出来的油画都比较模糊。虽然模糊,却有不同的效果。如果摘下眼镜看他们的画, 如 印象派发展史上有领导地位的人物之一、法国画家皮埃尔 - 奥古斯特·雷诺阿于 1876 年创作的《煎饼磨坊的舞会》 ( 图 5) , 就能从平面图像中感受到强烈的立体感。有人戏称,印象派是专属近视眼的独特风景。 图 5 《煎饼磨坊的舞会》 不难看出,视觉的发育是个有趣的过程。他影响了人的视知觉系统,影响了人在不断认识、学习和记忆事物的策略,甚至于大脑视觉中枢对原型的存储方式。他与认知心理学关心的大范围优先性可能也存在某种关联。理解视觉的发育,也许就能更好地理解人工智能了。 参考文献: 1. Navon D. Forest Before Trees: The Precedence of Global Features in Visual Perception. Cognitive Psychology, 1977, 9(3): 353-383. 2. 韩世辉 , 陈霖 . 整体性质和局部性质的关系 -- 大范围优先性 . 心理学动态 , 1996, 4(1): 36-41. 3. Chen L. Topological Structure in Visual Perception. Science, 1982, 218(12):699-700. 4. Yang G., Huang T. Human face detection in a complex background. In Pattern Recognition, 27(1):53 – 63 (1994). 5. Gonzalez R. C., Woods E. R., Digital Image Processing (Third Edition). 2017. 电 子工 业 出版社 6. Lowe D.G. Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints. International Journal of Computer Vision, 2004, 60(2): 91-110. 7. Bay H., Tuytelaars T., Van Gool L. SURF: Speeded Up Robust Features. ECCV 2006. 8. Denton E., Chintala S., Szlam A., Fergus R. Deep Generative Image Models Using a Laplacian Pyramid of Adversarial Networks (LAPGAN). NIPS 2015. 9. Zhang J., Pu J., Chen C., Fleischer R. Low-resolution Gait Recognition. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B: Cybernetics, 40(4): 986-996, 2010. 张军平 2018 年 9 月 30 日星期日 \0 延伸阅读: 1、 深度学习,你就是那位116岁的长寿老奶奶! 2、 童话(同化)世界的人工智能 3、 AI版“双手互搏”有多牛? 浅谈对抗性神经网络 4、 爱犯错的智能体 - 视觉篇(一): 视觉倒像 5、 爱犯错的智能体 - 视觉篇 (二):颠倒的视界 6、 爱犯错的智能体 - 视觉篇 (三):看不见的萨摩耶 7、 爱犯错的智能体 - 视觉篇(四):看得见的斑点狗 8、 爱犯错的智能体 - 视觉篇(五):火星人脸的阴影 9. 爱犯错的智能体(六):外国的月亮比较圆? 10. 爱犯错的智能体 -- 视觉篇(七):眼中的黎曼流形 张军平 ,复旦大学计算机科学技术学院,教授、博士生导师,中国自动化学会混合智能专委会副主任。主要研究方向包括人工智能、机器学习、图像处理、生物认证及智能交通。至今发表论文近100篇,其中IEEE Transactions系列18篇,包括IEEE TPAMI, TNNLS, ToC, TITS, TAC等。学术谷歌引用2700余次,ESI高被引一篇,H指数27.
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55、中医现代化更深层次的意义
baishp 2018-3-31 19:56
中医现代化更深层次的意义 先看看《认知心理学》关于“科学范式”的概念: 图55-2陈12 图55-2陈13 既有的“科学”所涉及的领域,几乎都是建立在“外部感觉”的基础上。研究者与研究对象是截然分开的。看看现代物理学所建立、所依赖的7个基本量纲:长度L、质量M、时间T、电流I、温度Θ、光强度J和物质的量n。除了最后一项“物质的量n”是一个数量单位,其余的量纲,都对应于某种“外部感觉”。长度L与光强度J对应于“视觉”,质量M对应于肤觉中的“触压觉”,电流I对应于肤觉中的痛觉、温度Θ对应于肤觉中的“温度觉”。以上几种感觉都属于“外部感觉”。只有“时间T”,是一个很特别的量。我认为它本来是对应一种“内部感觉”,是人对整个生命机体流逝的一种感觉,是不能共享的。但人们很早以前,就发明了各种计时工具,并用它的视觉运动代替“时间T”,成为一种“约定俗成”的、公认的事实。这样,时间T就成了一种对应于视觉的量纲。 在现代医学的诊断中,使用了大量实验检测与辅助检查方法。使用这些方法的结果,是得到患者有关的视觉等外部感觉刺激。这就是现代医学能够不断发展,现在已经成为高度成熟学科的原因。但这种方法的缺陷,是不能解读过于微弱、淹没在强烈噪声中的人体信号,不能作出尽量早的早期诊断。预测疾病发生就更难了。 在对道家学术与中医医理的研究中,引入了科技手段(人工智能,模式识别)。为什么一定要引入人工智能呢?因为一般的“内部感觉”,我们无法用某种外界物理量“约定俗成”地代替。“内部感觉”又不可能直接测量。于是只能先测量人体可以测量的生理指数,再对其加以计算,得出人体状态参数,定性的“符号”,与定量的“数值”。“人工智能”实质上是对“内部感觉”的一种间接测量行为。 对道家学术与中医医理的研究,是科技第一次进入了“内部感觉”领域。研究者与研究对象合二为一。这不仅是医学革命,无疑也是一种新的科学范式,因此也是一场科学革命。 基于“内部感觉”所获得的经验知识,是真正进入了“生命科学”的领域,是在活生生的生命里体验、认知与把握生命,是升华生命,探求生命终极意义所必须经历的。与以前基于解剖学、显微镜等手段所建立的生命科学,具有截然不同的性质。后者是不可能探知到生命的终极意义的。 探究生命的终极意义,也是宗教、哲学要解决的问题,是人文文化最重要的组成部分。因此,中医现代化不仅是一场医学革命,一场科学革命,还是人类文化的一场革命。 佛法中有关于气脉、呼吸部分的内容,那也是基于“内部感觉”的经验知识,与道家中医互为佐证。同时我们知道,佛法修证是结合科学、哲学与宗教三位一体的人类生命认知活动。因此,道家中医的现代化,也是将科学与宗教哲学联系起来的一座桥梁,也可以说是现代科学进入后现代科学的一个标志。(见下面示意图) 图55-3人类文明周而复始示意图 总而言之,人类社会医学、科学与文化进一步的发展,必定是以认知科学、人工智能等学科唱主角,以内部感觉刺激为认知基础的发展。 (注:原创文章,转载请注明出处。欢迎对本博主题有兴趣的朋友加本人QQ554240962,注明“科网博友”
个人分类: 夸夸其谈|1920 次阅读|0 个评论
54、再谈中医现代化路径
baishp 2018-3-30 10:39
再谈中医现代化路径 我在博文《48、中医现代化研究步骤计划》列出了中医研究计划的一个大纲。鉴于此前的博文,对中医问题谈的仍较片面,前几天又写了一篇从《认知心理学》角度看造成中医问题根源的博文。今天再接着从《认知心理学》角度谈解决中医问题的途径、方法。 中医、西医(现代医学。为简单计,以下即称“西医”)为什么会有这种差别?因为二者对人体疾病的认知方法有着很大的不同。在认知过程的“模式识别”中,西医的认知对象(模式)是“病”,中医的认知对象(模式)是“证”。“病”与“证”有什么不同?就“概念(范畴)”来说,“病”的外延小,内涵大,“证”的外延大,内涵小。“病”对应的是下位范畴,“证”对应的是“基本水平范畴”与“上位范畴”(见上篇博文“图53-54艾345”)。实际中当然不止三层。按中医理论,最上层的概念范畴应该是“阴阳”,其次是“八纲”“六经”“六淫”……了。下位范畴缺乏区分度,西医中使用的各种诊断仪器很大程度上弥补了这一缺陷;上位范畴缺乏信息量,中医中关于“证”的规律性知识,弥补了这一缺陷。 如我上篇博文所言,中医认知过程中,“感觉刺激”来自于内部感觉,肌体觉,无法共享;西医认知过程中,“感觉刺激”来自于各种影像、生化设备仪器检验的结果,是对“病”模式的特征提取,属于“外部感觉”(主要是视知觉),可以共享。因此西医的概念名词,可以在人群中顺利传播,并促成此一学科今日的高度发达。 但是,西医的这种认知方法,同时也带来了它的局限。一方面,各种影像、生化设备仪器检验的结果,必须在“病”很重时才被认为有意义,否则,其蕴含的信息是不予考虑的。另一方面,因为“病”的种数太多,无法形成概括性更高的概念范畴,无法找出产生“病”的更深层原因,与“病”的发展变化规律。虽然西医也根据其医学、生理学理论,对疾病进行了分类,但那种分类没有抓住“病”的最本质特征,没有解决根本问题。只能依赖于已经出现过的案例。 中医的认知方法,正好弥补了西医上述的缺陷。我以前说过,中医的研究,可以分为“道家”的方法,与“医家”的方法。前者侧重于医理研究,后者适宜于临床医术研究。随着道家文化的衰落湮灭,“中医学”越来越失去医理的支撑,以至于变成每况愈下的命运。 我在上一篇及本篇博文里讲的“中医”的认知方法,特指道家的认知方法,而没有包括医家方法。我提到这种方法的困难,与其说是远古正宗道家的困难,还不如说是我自己经历的困难,一个在新时代,企图用道家方法研究中医医理者的困难。困难的要点,就是试图仅仅通过“内部感觉”这种“数据驱动”,而在几乎完全没有“概念驱动”的情况下,完成对“证”的认知,在自己的长记忆中建立其表征。 远古正宗道家,其实是没有我这么困难的。因为他们对“证”的认知,不仅有“机体觉”的数据驱动,也有师徒相授的“概念驱动”。这种“概念”,就是以时间为自变量,通过一系列公式的推算,算出一个因变量符号。这个符号,是一个约定俗成的概念词语,具有确定的内涵、外延。它在师徒之间传递,就好像某乙请某甲“吃一个苹果吧”传递了“苹果”概念那么简明扼要。如果算定某甲在T1时刻的“证”是“Z”,算定某乙在T2时刻的“证”也是“Z”。虽然某甲与某乙是在不同时间T1与T2受到相同的“感觉刺激”,但由于T1与T2之间的关系是确定的,因此可以视为他们在同一时间“共享”了相同的感觉刺激。 中医的现代化,就是医学的现代化(为了与“现代医学”相别,可以称之为“后现代医学”),就是用现代科技(人工智能,模式识别)的方法,找回远古道家所用的那一系列公式,将“内部感觉”无法多人共享的特性,变成可以多人共享的性质。 将实验者身体状态(“证”),视为一个离散时间符号变量。将其长期测得的、每一个时间采样点的生理数据,当作一个状态(“证”)样本数据,进行聚类分析。由此得到一列实现的符号时间序列Z。再通过即时(“在线”)的身体状态(“证”)的“模式识别”,将其长记忆中自定的“证”的表征,改换成相应符号。这样,“证”就有了一个可以约定俗成的名词表征,成了一个普通的、可以交流传播的“概念”。 根据各种道家、中医典籍,可以列出如下方程: F(X,T)=Z。 F是待试模型结构,X是待定参数集,T={t1,t2……tn}是时间向量,Z是已知的符号向量(道家医理研究中认知的“证”序列)。 通过参数估计,得到在F1模型条件下的参数集X1。于是得到“证”Z(t)的理论计算公式: Z(t)=F1(X1,t)。 将此理论Z(t)与实验观测值Z比较,不断修改原方程F与X,使得Z(t)与Z越来越趋于一致,于是得到最终的Z(t)计算公式Z(t)=F(X,t)。 这只是适应于一个人的计算公式。将许多人所获得的不同公式综合起来,可以得到普适的公式 Zy(t)=F(X,t,y)。y代表某个具体人的个性参数(性别、出生时间信息)。 这个大体过程写起来很简单,要完成这个工作却是极不容易的,需要投入大量的时间、精力、人力、物力…… 现在在民间,常常闻见有某某“大师”、“高人”的说法,其实就是指懂得这个“公式”的大体结构与参数的人。至于其“公式”计算的准确度,无法验证。因为文化的环境,在没有验证之前,没有人愿意给这样的“大师”、“高人”以尊重;而在没有基本尊重的情况下,没有人会愿意那么廉价卑贱地提供“验证”。这是一个难解的怪圈。 这个公式,一定要算得很准,才会有意义。我常常打比方:将一支枪固定在一个高速转动的转盘上向外射击,要求击中远处固定的目标。如果枪的扳机是遥控击发的,那么击发时间一定要算得极准才行。是所谓(时间)差之毫厘,(角度)失之千里。这当然是一个很夸张的比喻,但可以说明民间“大师”“高人”所处窘境的原因,以及流行语“中医理论了不起,中医实践起不了”的流行原因。一句话,就是算的不够准。中医现代化,就是要用现代科技手段,把它算准。 这一篇就到这里。下一篇略谈谈中医现代化的更深层意义。 (注:原创文章,转载请注明出处。欢迎对本博主题有兴趣的朋友加本人QQ554240962,注明“新浪博友”)
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拨开经典的迷雾,袒露大脑的秘密——学习、记忆、梦和意识
热度 29 Wildbull 2017-2-10 06:25
我们的存在就是用一个主观的虚拟世界来感受一个客观的现实世界。一方面,我们能感知身边的大自然,看到颜色、听到声音、闻到芬芳、品尝美味、感触肌肤 …… 另一方面,我们能感知自我,体验自身的冷热、快乐、惆怅、妒忌、痛苦或恐惧 …… 其实,我们每个人都会体验(直接或间接地)自身或他人的喜怒哀愁。 我们又能在虚拟世界中重演现实世界。在睡梦中,我们的大脑,虽然是无意识的,呈现出一幕一幕的浮现——缥缈无定的姿影、毛骨悚然的幽灵、飘飘荡漾的欢悦 ...... 它既可以是现实,又可以超越现实。 人类的神奇被归结为我们具有的一种特殊能力——意识,它被誉为大自然最大的神奇之一,亦是人们渴望知晓的心理谜题。我们拥有意识,但并不是每时每刻,譬如,我们会在癫痫发作、使用镇静剂或睡眠时进入无意识的状态,但在梦中,我们似乎又与现实的意识若离若即,沉浸在一种无意识的漫游之中。精神分裂症病人失去了清醒时的意识,好像游荡在无拘无束的梦境之中,虽然活着,其精神却被禁锢在一个无视他人的自我世界之中。 我们很轻松地欣赏着大自然的色彩斑斓与瞬息万状,却不清楚是如何实现这种视觉过程的。美国心理学家迈尔斯( David G. Myers )猜测说,“当你注意某人时,视觉信息是以几百万神经冲动的形式发送到大脑,然后构造出其成分特征,最后,以某种神秘的方式,组成一个有意义的知觉图像,之后与大脑先前储存的图像进行比较并加以识别,例如,认出你的祖母。整个过程比把汽车拆卸成一块一块的零件,并把它们放在不同的位置,然后让专业工人把它重新装起来更复杂。所有这些过程的发生是迅速而毫不费力的连续过程,这确实很神奇”( Myers 2004 )。 从有历史记载时起,人们就开始思考和争论人的本性。身体和精神是如何联系的?我们的大部分知识是与生俱来的,还是我们生来就像‘白板’以供经验在上面书写( Myers 2004 )?迈尔斯说道:人脑最大的挑战是什么?就是理解人脑本身。我们的大脑如何进行自我组织和信息交流?我们的遗传如何预设大脑?我们的经验又如何修改大脑( Myers 2004 )? 一、我们并不了解自己的内心 英国文学家斯威夫特( Jonathan Swift, 1667-1745 年)在《礼仪对话》中留有这样一句名言:“你并不了解你的内心”。从古至今,人类对自身认知和心理——感知、记忆、思维、梦、心灵、意识、精神等——的思索与探求从未歇息,包括了无数的思想界、哲学家、文学家、政治家、科学家 …… 早在古希腊时代,哲学家柏拉图就认为脑是心理的场所。但我们并不真正了解自己的内心,它既神秘,又脆弱,还惰性! 我们内心的复杂与神秘绝不亚于浩瀚的宇宙。古罗马帝国的思想家奥古斯丁( Saint Aurelius Augustinus , 354 - 430 年)曾在《忏悔录》中说道,“我考察的不是天空的广阔,丈量的不是星星的远近,也不是试图发现地球是如何挂在空中,我要探究的是我自己,我的记忆,我的心灵”。英国散文家刘易斯( Clive Staples Lewis, 1898-1963 )曾说,在整个宇宙中有且只有一种事物,我们对它的了解比从外部观察所获得的要多得多,这种事物就是我们自己,可以说,我们拥有内在的信息。 在大多数情况下,内心似乎是一种自洽的过程。正如法国数学家和思想家帕斯卡尔( Blaise Pascal , 1623-1662 )在《沉思》中所说,“心有自己的逻辑,而这是理性所无法知晓的”。但人性有时是脆弱的,因为,并不是所有人都能有效地管控自己的内心。英国哲学家培根( Francis Bacon, 1561-1626 )在《新工具论》一书中说道,“所有的迷信大抵都是相同的,不管是占星术、释梦、预言,还是惩罚性的判决等等,被欺骗的人们总是看到这些事件中实现的部分,而将那些未实现的部分都忽略掉,尽管被忽略的部分更常见”。 思维安逸于现状——这是一种惰性,是人类理性的一个缺陷。英国哲学家罗素( Bertrand Russell , 1872-1970 年)无情地讽刺道,“绝大多数人还没来得及思考就死了;而实际上,他们根本就没有思考过”。纳粹魁首希特勒( Adolf Hitler , 1889-1945 年)嘲笑说,“民众不思考对当权者而言是一件多么幸运的事啊”。 二、关于内心的科学——认知心理学 人具有认知能力,这也是一种心理现象,亦被认为是哺乳动物的本质特征。学习、记忆、梦和意识等问题属于认知心理学的范畴。根据维基百科的定义,所谓认知心理学主要研究像注意、语言使用、记忆、知觉、问题解决、创造、思维等精神过程( Cognitive psychology is the study of mentalprocesses such as attention, language use, memory, perception, problem solving,creativity, and thinking )。亚里士多德曾问:感觉和感知是什么 ? 这种属性为什么会在动物中出现?遗憾的是,即使是今天,我们也依然难以回答清楚这些问题。 心理在本质上是一种生物现象,这是不言而喻的,即你所有的想法、心情、冲动都可归结为生物过程,无论它是多么的复杂!难道你不是用你的身体来思考、感受和行动吗?你可以不通过自己的身体与外部世界进行联系吗?试试看,如果不通过身体,你能笑、能哭,能爱别人吗?没有身体——基因、大脑、身体中的化学过程、外貌——你谁都不是( Myers 2004 )。 另一方面,认知问题并不是孤立的,而是相互耦联的。有了感觉经历之后,才可能留下记忆;没有记忆,就不可能有学习。从感觉到知觉就出现了意识现象,它是大脑的一种复杂的生理和心理现象。人的生理活动大多都不是有意识的,甚至有些心理现象(如梦)都不受人的主观意识的控制。 目前对大脑认知过程的探索主要是沿着两条主要的路径——传统的心理学分析和神经生物学研究。心理学仿佛到了穷途末路的境地,而认知神经生物学研究则是一派生机盎然,人们倾情于从各种层次(如分子、细胞或整体)以及各种手段(物理、化学、分子生物学、遗传学、大数据分析等)对大脑功能模块和网络连接的深度解析,特别是脑成像、电生理、神经递质等的飞速发展仿佛让我们如鱼得水、如虎添翼。 一些科学还原论者,如美国生物学家威尔逊( Edward O. Wilson ),乐观地认为,一旦我们了解了大脑形成和运作的后天规则,我们就能应用这些规则来理解人类行为,包括标准行为,甚至伦理学和美学也能这样还原分析,他称之为协调( consilience )( Wilson 1998 )。 美国生物化学家、 1972 年的诺贝尔生理学或医学奖得主埃德尔曼( Gerald Maurice Edelman )指出,“神经科学有坚实证据表明,我们的认知能力是自然界中进化的产物。显然,这种能力不是来自逻辑或计算,而是随着感知、记忆、运动控制、情感和意识本身等各种大脑功能的出现而涌现出来的” ( Edelman 2006 )。 但遗憾的是,关于意识,现在基本停留在心理学家的抽象定义或生物学家的过程勾画上,偶尔也会出现量子意识这样的物理学猜测。但可以肯定的是,我们离识别、量化、模仿和理解意识还差得十万八千里! 三、为什么做梦? 梦,一种沉睡心灵的幻想,既生动又情绪化,有时还具有奇异的色彩。一个晚上会有那么几次,你创作着超现实的心灵电影,这些事件经常以混乱的顺序出现,突然进行场景的切换,有人出现又会消失,而且可能经常违背类似重力这样的物理定律。然而,梦是如此生动以至于我们可能会将其与现实混淆( Myers 2004 )。 在整个人类史上,人们一直在寻找梦的意义,梦——灵魂的脱离,还是现实的预兆?奥地利精神病医师、心理学家弗洛伊德( Sigmund Freud )指出,梦是梦者的镜子,不是神的显圣,也不是现实的预兆(卢斯和西格尔 1991 )。美国精神分析心理学家弗洛姆( Erich Fromm )问道:“梦是低级自我的声音,抑或是高级自我的声音”(弗洛姆 1991 )? 1900 年, 弗洛伊德在《释梦》中指出,梦表现了被压抑的内驱动力和梦者潜意识中的情感冲突,这些东西在睡眠时表现为可见的象征(戴明 1991 )。 弗洛伊德将梦比作可以理解我们内部心理冲突的钥匙。但批评者认为,弗洛伊德的理论本身实际上就是一个科学噩梦,到了该从其梦论中觉醒的时候了。美国心理学家霍伯森( John Allan Hobson )批评道,“人们将(梦境)解释为有意义的,并且随后会兜售一解释,这是骗子行径”。早在十八世纪,英国文学家斯威夫特( Jonathan Swift, 1667-1745 )在《论梦》中说,“那些在宁静的夜晚闯入并迷惑我们心灵,而且经过转化伪装的梦只是大脑的一种产物。只有傻瓜才会考虑那些无谓的梦”( Myers 2004 )。 其实人们对梦的生理学机制依然是知之甚少,基本停留于心理学的猜测。虽然有些人认为梦可能有利于大脑的信息加工,即梦可以帮助我们对进入我们记忆的白天的经历进行筛选、分类和巩固,但具体为何如此则无人知晓。 四、记忆是什么? 人们给“记忆”下了十分洋气的定义——“信息的编码、储存与提取”,但可笑的是人们既不知道记忆如何编码,也不知道如何储存,更不知道如何提取。人们发现了一些破坏记忆的蛋白,如一种称为 CPEB3 的朊蛋白( Pavlopoulos et al. 2011, Fioriti et al. 2015 ),一种名为 DNMT3A2 的蛋白,还有一种叫做 PKMzeta 的蛋白( Shema et al. 2007, Sacktor 2010 ),等等,但这能告诉我们记忆是如何形成或储存的吗?这与人人熟知的“睡眠不足导致记忆力减退”的说法基本是异曲同工。 当你合上双眼,可以回忆刚才、几天前甚至几十年前的往事,这就是记忆。记忆是我们在童年就开始形成的能力,它将伴你终身,幼年的,成年的,老年的 …… 记忆可谓大自然的奇迹,但无人知道物质世界为何演变出这种不可思议的能力? 记忆渗透入生活的方方面面,譬如,你可以凭借记忆旅行到曾经去过的地方。你可以和接触的人分享记忆,美好的记忆你想珍藏,而痛苦的记忆你想遗忘。记忆丢弃生活中的大多数细节,但勾勒出生活的脉络与原则,并使人憧憬未来。记忆提供行为的决策,也形成对自我的约束 ...... 记忆既塑造人生,也定义了自我 ...... 因此,你的记忆代表了你自己,就是你自己。如果一个人的记忆能力丧失,后果将不堪设想,当然,随着人的衰老,我们曾经的大部分记忆也将会慢慢逝去,甚至会彻底丧失对自我的感知。 人们对自身的记忆充满困惑,很多问题都是未解之谜:人的大脑是如何对一个有形并具有色彩的物体进行记忆的呢?是存放在单一的脑区还是拆分成不同的特性分存放在不同的脑区?如何对时空场景中所发生的系列事件进行记忆?记忆的对象是完整的事件还是随机的单元?如果是随机的单元,它们为何以及如何得以组合成一个工作网络呢?迄今为止,我们并不知道大脑对感觉信息(视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉)是否进行了编码以及如果是,那是如何编码的,因此也就谈不上它们是如何被准确储存以及如何被快速提取的。我们对记忆的认识都还只停留在表象上,对本质几乎是一无所知。我们对记忆机制的解读还得依赖传统的办法,即主要根据伴随着病人或动物模型中特定区域的损伤出现的记忆缺陷来构建逻辑。 从生物学上来说,记忆就是细胞本身。人生的春天会渐渐逝去,花蕾会凋萎,叶子会干枯,生命的血液会凝固 ...... 当我们虚弱的躯体被光阴焚毁时,还剩下什么呢?什么也没有,这当然包括印刻在那些神经细胞之中的我们曾经拥有的一切记忆。当弥留之际,记忆或许填满了自我的经历——神秘与梦想 …… 在死亡的霎那,记忆随意识的静静消失而坍塌,它们与累赘的躯体一道挣脱了光焰,返归了昏冥。 五、意识可被认识吗? 20 世纪 80 年代之前,意识曾是自然科学的禁忌之地,随着脑科学特别是脑成像技术的发展以及临床医学证据的积累,意识之火开始在自然科学家眼前燃烧,对此,一些知名科学家如克里克( Francis Crick )、埃德尔曼和坎德尔( Eric R. Kandel )等诺贝尔奖得主的添材加油功不可没(顾凡及 2012 )。 意识是第一人称事物,而科学的客观方法论是第三人称立场,信念、主观性之类的东西不被科学实验所承认。科学是辅以可验证真理的想象,而想象实际上是依赖于意识的,因此,科学本身也必须依赖于意识,然而我们的意识却长期被排除在科学之外( Edelman 2006 )。 笛卡尔早就将思维从自然中完全除去了,认为只存在两种物质: 1 )广延之物——可被物理学研究的事物,和 2 )思维之物——既没有实体也不能被物理学研究的思想之物。正是受到这种二元论观念的影响,意识长期无法成为科学研究的合法对象。 奥地利物理学家、 1933 年的诺贝尔物理学奖得主薛定谔( Erwin Schrödinger )曾说,物理学的所有理论都不包括感官知觉,因此要发展就必须认定这些现象超出了科学所能理解的范围( Schrödinger 1958 )。澳大利亚神经生物学家、 1962 年的诺贝尔生理学或医学奖得主埃克尔斯( John Eccles )宣称,“我的使命是专注于我们经验世界里最卓越的事件,即我们每个人是怎样成为有自我意识的、独一无二的存在的。这是超越科学之所及的一个奇迹”( Eccles 1989 )。 美国哲学家塞尔( John Searle )认为,意识在本体上是主观的,而科学研究的对象在本体上是客观的,因此将意识作为科学研究的对象是不可能的。他批评道,“科学还原论宣称,唯物主义最终能以神经活动模式来解释精神世界里所发生的一切。我坚持认为,科学还原论(简化发)极度贬低了人类的奥妙。这种信念肯定会被归类为迷信那一类”( Searle 1997 )。 我们知道很多物理定律,但却不知道它是如何构建出大脑这样一个物理系统中的意识的。我们知道自己的身体由大约 10 29 个夸克和电子组成,它们的运动都得遵守基本的物理定律。因此,意识发生在特定的物理系统中,但为何有些物质实体有,而另一些又没有呢? Edelman and Tononi ( 2000 )认为,意识是由一般物质的组合中浮现。意识肯定是生命系统复杂到一定程度之后涌现出来的客观属性,然而,意识的生物学机制依然是个未解之谜。譬如,我们并不清楚在神经系统中运行的意识需不需要重新编码,如果需要,是如何被编码的呢?此外,我们也不知晓意识是否像一台计算机那样进行运算,如果是,那它是如何根据输入进行运算并产生输出的呢?可否进行这样的物理学比喻,即大脑像一个线圈,外部世界的信息如同磁场,意识恰似所产生的感应电流?还有,我们也不知道意识是否是生命复杂化造就的一个副产物?为何神经细胞能从相互作用中涌现出意识?其实,我们亦不知道如何去实证这些问题的真伪。 六、脑科学的二个伟大发现——二个“死胡同”? 1. 脑电波的发现 1924 年,德国医生汉斯·贝格尔( Hans Berger, 1873-1941 )从一个颅骨受损的病人头部检测出极为微弱的电流,后来他确认了这种电流来自于脑部活动,并发明了脑电图( Electroencephalogram , EEG )。现在认为,大脑在活动时,大量神经元同步发生突触后电位,经总和后形成谓脑电波,它是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层的总体反映。脑电波来源于锥体细胞顶端树突的突触后电位,根据频率高低区分为 4 种主要类型:α波( 8-13HZ )、β波( 14HZ 以上)、θ波( 4-8HZ )和δ波( 0.5-3HZ )。其实,直到今天,人们都还不清楚这些波意味着什么( Crick 1994 )。 Hans Berger (1873-1941) 但是,这一伟大发现引来了潮水般的跟踪研究,导致了一种将大脑的活动局限于一种电化学信号的根深蒂固的偏见。美国神经科学家所斯奈德( Solomon H.Snyder )说,“在大脑里加工的所有信息都涉及神经元在突触间隙彼此‘交谈’”,美国神经解剖学家布卢姆( FloydBloom )也说, “当我们谈到大脑时,如果你想了解大脑的活动,跟随神经递质即可”。 Myers ( 2004 )宣称,“神经元是神经系统的基本成分,是我们身体的一种快速的电化学信息系统”。可是,神经冲动的传递比计算机的内部信息慢一百万倍,虽然我们已经设计出装有识别面孔软件的安全相机,但是我们的大脑即刻识别一个熟悉面孔的能力却超过任何一台计算机( Myers 2004 )。我的问题是,如果视觉需要通过编码转变为电信号,那我们瞬间的视觉辨识何以可能? 这种偏见淋漓至尽地体现在我们所发明的研究大脑的许多所谓的“先进”技术上,几乎都聚焦于神经元的电化学(或能量)过程,借助它们生产了无数“宝贵”的数据。像很多其他领域的科学家一样,不少神经科学家对获取这样的数据可谓欲壑难填,图谋着从这种海量信息中找出一些规律性,但我们却依然是雾里看花。脑电图( electroencephalogram , EEG )被用来检测大脑表面由几十亿神经元的电活动产生的电波,这被誉为就像通过听马达的轰鸣声来研究汽车引擎的活动一样( Myers 2004 )。类似的技术还有通过 X 射线的 CT 扫描( computed tomography scan )、通过各个脑区的化学燃料——葡萄糖的消耗来描述脑活动的 PET 扫描( positron emission tomography scan )、利用结合在神经细胞脂膜上的染料将膜电位转化为荧光或光吸收信号,并用光学成像方法对神经电活动进行多点测量的电压敏感染料成像( voltage sensitive dye imaging, VSDI )技术、采用静磁场和射频磁场获得高对比度的大脑清晰图像成像(既不用电子离辐射、也不用造影剂就可)的核磁共振成像( magnetic resonance imaging, MRI )以及在 MRI 基础上发展出的弥散张量成像( diffusion tensor imaging ),等等。还有一些衍生的多通道技术,如多道 EEG 、胞外多通微电极记录、微电极阵列,等等。 这些所谓的新技术创造出了海量的电生理数据,对此一些人信誓旦旦地宣称我们拥有大数据运算能力,但问题是,有谁知道什么是我们试图检验的关键性科学假说吗?还有,请不要忘记,神经细胞有数百亿之多!虽然不能否认这些新技术带来了些许进步,但还远未达到揭秘大脑工作原理的地步。笔者认为,这些所谓的脑成像新工具绝不可能像 Myers ( 2004 )宣称的那样如显微镜之于生物学、望远镜至于天文学。试问,何以能从马达的响声中窥视出汽车引擎的工作原理?这似乎是天方夜谭! 海量的数据并不一定意味科学探索就能尘埃落定。譬如,人们曾经予以厚望的人类基因组计划早已曲终人散,但人们并未能实现当初的期许,面对癌症、衰老这样的医学难题,我们依然还是一筹莫展。收集数据是一回事,揭示匿藏其中的逻各斯( Logos )——事物运行的法则又是另一回事。从浩如烟海的脑电数据中寻求顿悟可能是不切实际的期待,无奈的困局或许还会延续下去。 2016 年 1 月 17 日,结构生物学家施一公院士在“未来论坛”年会上发表的题为《生命科学认知的极限》的演讲中感叹道,“对大脑这样一个神秘的器官我们也知之甚少,我们基本上可以说什么都不知道。尽管我们有很好的学习记忆模型,我们可以模拟出学习记忆的过程,但究竟是不是这样?我们真的不知道。我甚至认为包括我们的电信号记录的神经冲动电位,只是一个表象,不一定是学习记忆的本质”。 2. 视觉功能柱的发现 在所有的感觉信息中,视觉机制可能是最复杂的了( 图 1 )。我们每个人都能轻而易举地欣赏大自然的美景——青翠的草木、飞舞的蝴蝶、苍茫的白雪 …… 但我们并不知晓大脑是如何浮现曾经目睹过的外部世界的各种图像的。 在美国哈佛大学的两位神经生物学家——美裔加拿大人休伯尔( DavidHunter Hubel )与瑞典人维泽尔( Torsten Nils Wiesel )自 1958 年开始对视觉机制进行了长达 25 年的合作研究,共同获得了 1981 年诺贝尔生理或医学奖。他们首次用微电极研究外侧膝状体和视皮层神经细胞感受野,并提出视觉信息是通过三条独立的通道进行加工的。 David Hunter Hubel (1926-2013) 他们将动物(猫)麻醉,将头固定于立体定向头架中,将一个细金属电极插入到视皮层( visual cortex )中,并尽量靠近(不损伤细胞膜)单个神经细胞或纤维以检测由神经冲动产生的电流。同时使猫的眼睛保持张开并阻止眼球转动。将猫面向几米外的屏幕,使用幻灯机在屏幕上投射与背景不同几何性质的图形(如线条等)( 图 1 )。通过利用这样的装置来研究动物神经细胞对不同类型光刺激的反应(电信号)。 图 1 Hubel Wiesel 的实验示意图(引自 Purves et al. 2004 ) 他们在反复多次的实验中发现认,视皮层中的神经细胞对光点或大面积弥散光刺激并无反应,但却在一次偶然中惊喜地观察到,这些细胞对一定朝向(或方位)的亮暗对比边、光棒或暗棒反应强烈(产生密集的电信号),但若偏离该细胞“偏爱”的最优方位,细胞反应停止或骤减。他们发现,绝大多数视皮层细胞都具有强烈的方位选择性,各个细胞的感受野位置连续地发生漂移( 图 2 ),即最优方位大致以 10 度 /50 μ m 的变化率按顺时针或逆时针方向发生连续变化,有时在旋转 90 ~ 270 度以后,旋转方向发生逆转。 图 2 1958 年发现功能柱的实验,垂直和倾斜穿刺连续纪录得到的细胞最优方位分布,短线的长度代表该细胞反应的强弱,短线的朝向代表每一纪录到细胞的最优方位(引自 Hubel and Wiesel 1962 ) 他们注意到,视觉信息在经由视网膜感受野→外膝体感受野→视皮层的传递过程中,视神经细胞的感受野( receptive field )发生了质的变化。其实,感受野并不神秘,譬如,视觉感受野就是指影响视觉神经元的刺激区。他们发现视网膜上神经节细胞的感受野与外膝状体神经元上的感受野是一一对应的,两种神经元对光点照射均呈现中心与周边相互拮抗式的响应模式(同心圆状的感受野),但是,视皮层神经元的感受野对应视网膜上的一个更大的区域,因为它是由若干个外膝体细胞的感受野共同会聚到一个视皮层细胞的感受野上的( 图 3 )。他们宣称,简单细胞的感受野再汇聚成复杂细胞的感受野,后者再进一步汇聚成超复杂细胞的感受野。但笔者认为,感受野充其量只是一种电生理响应(发放),只能反映神经活动的一个有限的侧面。 图 3 简单细胞感受野与外侧膝状体神经元和神经节细胞感受野的关系(引自 Hubel and Wiesel 1962 ) 之后,感受野的研究开始疯狂,因为 Hubel and Wiesel ( 1962 )的这篇文章(发表在 The Journal of Physiology )的 google 引用已超过 12000 次!人们对类似实验重复的热情使我感到震惊。尤其令我惊讶的是,迄今为止,无人能够回答为何感受野会发生这样的变化!在生命科学领域中,类似的不可思议的事情司空见惯,譬如,人们对遗传密码子、光合作用和生化循环等的工作原理描绘得栩栩如生,但却一点都不知道它们是怎么来的。 20 多年之后,休伯尔与其学生在 Science 上的一篇综述论文( Livingstone and Hubel 1988 )中指出,我们的大脑会把一个视觉场景划分为各个子维度,例如颜色、深度、运动和形状,然后对各个维度同时加工( 图 4 )。 Hubel ( 1988 )深信在视觉过程中,信息是先被分解后被整合起来了的,这被称之为视觉信息的加工。但他又无奈地感叹道,像形状、颜色与运动等特征由不同的脑部位所负责,这就产生了一个问题,即不同的信息是如何组合在一起而形成例如跳跃的红球这样的知觉的呢?除了负责捕捉球的运动神经之外,它们显然地要在脑中某个地方进行组合,但关于在哪里组合以及如何组合,我们则一无所知。 图 4 猴子的 V1 视区和 V2 视区内加工形状、颜色、运动和深度知觉信息的分离处理通路( LGN :外侧膝状体, MT :颞中区)(引自 Livingstone and Hubel 1988 ) 自休伯尔和维泽尔于 1958 年开始进行的开拓性的研究之后,已经过去了半个多世纪。最近,在 Nature Reviews Neuroscience 的 1 篇综述论文之中, Nassi and Callaway ( 2009 )指出,“并行处理是视觉系统的一个独有的特征,十几种类型的神经节细胞将射入的视觉信号解析与导入到在功能和解剖上特化的通道中,再平行地投射到 LGN ,再到 V1 。覆盖在视网膜上的这些神经节细胞提供一个可以传递到大脑的整个特征性视野的完整表征。一旦到了 V1 ,这些平行的输入通道被整合成模块,这些模块具有空间定义以及局域连接,因此,形成一些新的平行信息通道,传送到大脑的其它区域。从 V1 和 V2 的输出进入了纹外皮层中的两个相互分离但相互关联的加工路径——外背侧通路和腹侧通路。这两个通路使用了一套相似的视觉属性,但进行了不同的计算,以介导非重叠的行为目的。但在每个通道中,每个纹外皮层区域可能使用了在 V1 中使用的同样的策略去重组与整合多端输入( multiple inputs ),形成输送到下游的新的输出”。然而,依笔者之见,对视觉机制,并未见到革命性进展,虽然人们添加了若干新的视觉通道( 图 5 ),并还在继续挖掘中,但对视觉信息在这些通道中的具体传输机制依然是一无所知。 图 5 视觉信息从丘脑内侧膝状体( LGN )到颞中区( MT )的多端传输,其中,粗:粗条纹区,细:细条纹区,浅:浅条纹区(引自 Nassi and Callaway 2009 ) 沿着 Hubel and Wiesel 指引的方向,有人将视觉场景的加工进一步细分为三个层次——低水平加工是简单特征(如方位、颜色、对比度、视差、运动方向等)的分析,中等水平的加工用低水平特征解析视觉场景,包括轮廓整合、表面特征、形状区分、对象运动等,高水平加工就是运用表面和轮廓来辨识对象( Kandel et al. 2013 )。 迈尔斯说,“要在头脑中表征这个世界,我们必须识别环境中的物理能量,并且将其编码为神经信号,这个过程通常被称为感觉( sensation )。同时我们必须选择、组织并且解释我们的感觉,而这个过程通常被称为知觉( perception )”( Myers 2004 )。但笔者认为,即便在感觉过程中存在神经元产生电活动现象,也难以认定像视觉这样的感觉信息都被编码成了电信号。 3. 视觉信息真的需要重新编码吗? 很多人相信视觉信息需要编码,提出的各种假说令人眼花缭乱:发放频率编码( firing ratecoding )假说( Barlow 1972 )、同步振荡( synchronizationoscillation )假说( Gray and Singer 1989 )、时间编码( temporal coding )假说( Hopfield 1995 )、神经细胞集群( cell assembly )假说( Hebb 1949 )、基本图形( icon alphabet )假设( (Tanaka et al. 1991 )、稀疏和粗编码( sparse and coarse coding )假说( (Rolls and Treves 1990 ),等等。 在 Nature Reviews Neuroscience 的 1 篇论文之中, Harris ( 2005 )指出,近年围绕神经编码( neural code )的争论集中在脉冲发放频率编码( rate coding )和时间编码( temporal coding )。主张频率编码的人认为,神经元用于传递信息的唯一变量就是瞬时发放率( instantaneousfiring rate ),一般用一定“编码时间窗口”中的脉冲发放率( spike rate )来表征。简单地说,脉冲频率是神经信息的携带者。而主张时间编码的人认为,脉冲发放系列的精确时序在信息传输过程中也起到了部分作用。从理论上来说,时间编码似乎更具有优势,因为所有发放序列的组合比瞬时脉冲发放频率的组合要大得多,因此,能传递更大量的可能信号。但是时间编码是怎样被下游神经元“读取”的却并不清楚。 首先, Hubel and Wiesel ( 1962 )结果的真实性毋庸置疑。但依笔者之见,不能排除它被错误地解读为视觉信息需要重新编码的可能性,因为在视路中神经细胞感受野的变化并不一定就意味着视觉信息进行了编码。这是否恰恰反过来说明,视觉信息并不是像人们想象的那样都转变成了电信号了呢?因为,如果我们只是为了传输电信号,我们的大脑视觉皮层为何要演化出那么复杂的特征分离的功能超柱呢?还有,难道我们每个人瞬间就能够认出的图形还需要被编码吗?事实上,人们也未发现视觉信息被编码的任何可靠证据。笔者强烈怀疑大脑对视觉信息的处理需要编码与解码,理由赘述如下: 1 ) 如何解释 视觉信息的复杂性? 视网膜的神经细胞将成像转化为电信号(称之为编码)经视交叉、视束传到视皮层已经成为一个教条。并非说脑电波毫无用处,其背后的电化学涌动在神经系统行为指令的传递中重要作用(轴突外面的脂质髓鞘可能确保了精准的电化学传递)毋庸置疑。但由光驱动的视觉机制是极为复杂的,由亮度、颜色、深度、纹理、形状、轮廓、运动等诸多特性所刻画。如果认为视觉信息都转换成了电信号,我们必须解释大脑是如何通过电信号对复杂的视觉信息进行加工、传输和存储记忆的。 2 ) 如何解释 视觉感知的瞬时性? 光的传输速度是无与伦比的,在人类可感知的距离范围内都是瞬时的,像一个小小的大脑就更不用说了。因此,如果能直接利用光的反射对物体的外部信息进行传输最符合我们视觉感知的瞬时性。因为无论多么复杂的景物我们都能在瞬时之间可以感知,这表明在视网膜上的景物与视觉中枢之间不大可能存在像编码与解码这样繁琐而耗时的中间过程。即使是我们为了进行辨认或判断需要启动对过往记忆的搜索,也几乎是瞬时性的,也不大可能需要经过编码与解码的介导。总之,我们必须解释电信号何以能如此神速地编码与解码极为复杂的视觉信息。 3 ) 光学印刻还是电化学印刻? 整个视路(从视网膜 →内侧膝状体→视皮层 )上的神经元都保留着对光刺激(点、线或更复杂的图形)的电化学响应。如果无需直接对光进行反应,而在视网膜那里的视觉信息都被转换成了电信号,我们必须解释在视皮层中广泛存在的功能柱是如何响应这些电信号的。如果这些功能柱是为了感应光而存在的话,是否表明在视网膜上的光学影像直接传递到了视皮层?如果是,又是如何进行传递的呢?大脑对图像的记忆莫非就是在皮层中对景物的光学印刻、并等待着新的视觉信息之光对它们的再度搜索与辨认?无论如何,大脑对视觉信息的记忆绝不会是直接以神经脉冲的形式,无论是一种电化学印刻,还是一种光学印刻,底板都必须是生物大分子,这是揭秘视觉原理的必经之路,即使是天堑我们也必须越过!既然视锥细胞中视蛋白的改变能导致色觉缺陷,类似的化学机制为何不能出现在视路的其它地方? 几乎所有的人都相信视觉信息的传递需要重新编码的说法。一些人认为,在视网膜中的信号是逐级压缩的,然后到大脑这些信号又被重新解压缩,因为眼睛的 1.2 亿个感光细胞接受的光信号传递给越 1 千万个双极细胞,再到 120 万的神经节细胞,接着通过长长的轴突传递给外膝体的 50 万个细胞,最后到达皮层(陆绮 2016a )。 让我们瞧瞧眼前的马路,我们能同时看到道路旁绿叶葱葱的树木、疾驰而过的车辆、来去匆匆的人群 …… 我们区分颜色、亮度、形状、运动等的视觉通道都是同时开启的。难道你不能瞬间就能感知与辨认出进入我们视野的景物,而需要经过繁琐耗时的信息编码、解码和整合这种荒唐的过程?遗传系统是迄今为止我们在生物体内发现的唯一一套需要编码与解码的系统,但其运行的每一步几乎都要酶促反应的支撑,这是一系列复杂而耗时的生化过程,根本不可能满足得了视觉的瞬时性。 在我看来,当今世界的脑科学一方面受到 Berger 电生理的马达轰鸣声所牵引,另一方面又叠加了 Hubel and Wiesel 的令人晕眩的生理之光,为此,很多人(宛如误入歧途的羔羊)颇为忙碌却收获甚微!我推测,大脑皮质对视觉信息的印刻应该是在大分子水平的,无论是通过光还是通过电,这应该是一种化学或生物化学过程,因此,与此相关的结构生物学研究或许能带来一线新的希望。 七、还原视觉的真相——非编码二步式并行传输模型 我们的视觉表象上看似复杂,因为 沿着视路( 图 6 )的各种神经细胞的多样性以及它们之间对应关系的复杂性可谓令人眼花缭乱: ① 存在不同的感光神经元, ② 存在不同的神经节细胞, ③ 存在 特征分离的神经通道,以及 ④存在 视网膜中感光细胞与神经节细胞的类型对应、再与外侧膝状体细胞的类型对应、进而再与视皮层细胞的类型对应、还有视皮层中的简单细胞 - 复杂细胞 - 超复杂细胞的对应 …… 等等。但是,这些都不意味视觉信息就一定需要被肢解成诸如颜色、形状、明暗、动作等不同的特征来进行传输。 图 6 大脑的主要分区以及穿越其中的视路( LGN :外侧膝状体, MT :颞中区)(来源: http://www.jamie-terry.com/notes/Learning/Psychology/Biological%20Psycology.html ) 在此,笔者提出一个新的设想,称为非编码二步式并行传输( Non-coding two-step parallel transportation )模型,这种传输是在多种特征性神经纤维或微通道( multiple featured nerve fiber or microchannels )中进行的。 简单地说,该模型认为,大脑神经系统分二步同时使用着多种不同特性的通道对视觉信息进行传输,视中枢对传递而来的关于同一个景物的视觉信息进行同步感知( synchronousperception )。因此,视觉过程并不需要任何编码与解码,也不存在压缩与解压缩( 图 7 )。 图 7 关于视觉信息的非编码二步式并行传输( Non-coding two-step parallel transportation )模型 第一步是利用多种特征性神经纤维进行的光点传输,路径是从视网膜出发, 经由 丘脑外侧膝状体, 最后到达 纹状皮层( V1 )。光点传输的证据是视网膜神经节细胞和丘脑外侧膝状体神经元的感受野均是对光点敏感的同心圆结构(中心和周边相互拮抗)。可以设想,不同的神经纤维具有不同的效应分子( 图 7 中的 a , b , c , d , e…… ),因此可传递不同的特性(如颜色、敏感、深度等)。因有足够多的神经纤维,按一定比例排列的特征性神经传输纤维可以满足对景物的分辨率。 第二步是利用多种特征性微通道并行传输,路径是从 V1 到视觉的终点——视中枢。 V1 及其它视区的神经元通过自身的特征性分子及其适当的空间配置组织成不同的功能柱(斑点柱、朝向柱、眼优势柱等)和超柱,并以图形要素(线条、边界等)以及最终以整体的形式感知来自 LGN 的光点信息。形象地说,视皮层就像一台可同时观看的多(微)通道(以功能超柱为单位)望远镜,不同微通道中的镜片就是不同特征的生物大分子,而大量的微通道就可以满足对景物不同特征的视觉分辨。 图 7 中的 A 、 B 、 C 和 D 等表示设想的不同效应分子(如蛋白质)。颜色、运动、形状等不同的视觉特性之所以不能在同一个通道中一次完成,可能是因为需要性质十分不同的效应分子来传输景物的不同特性的缘故。如果某一类通道受损就会丧失对相应特性的传输,如色彩通道受损,我们就只能看到黑白的外部世界,运动通道受损,我们就只能看到静止的物体,等等。既然颜色、形状与运动信息必须使用不同的微通道进行传输,它们就不可能作为同一个模块(神经集群)被一起记忆,而在大脑皮层中的记忆可能主要以轮廓模式为主,色泽可能并不那么重要,就像我们看到一个女性友人,无论她如何打扮(譬如,穿不同颜色的衣服),我们一眼就能认出她来。 视觉是一个信息在传输上的降维与表征上的升维过程。在视网膜那里,对外部景物的三维视觉信息降为一维进行传输,但实际上,信息的三维性借助眼睛中视网膜中神经元的精致空间结构得到了保存。而从视网膜到视觉中枢,视觉信息又经历了一个复(升)维过程,即从点 ∙ 线( 一维 )→面(二维)→非完形立体图形(破缺三维)→完形(动态、彩色、立体和复合)三维图景,这是通过按一定空间规则配置的不同效应分子的感应来实现的。也可以认为,这是一种逐级投射过程,即完形三维源自破缺三维的投射,破缺三维源自二维的投射,二维源自一维的投射,而视网膜是一维的初始投射源。这种投射物到底是物质、能量还是信息呢?也许是其一,或其二,或全部。既然色彩、形状、运动是在分离的通道中进行投射的,那在我们依然还未知的那个视觉终点站,是如何形成一个完形三维图景的呢?莫非再现一个类似于视网膜那样的结构?只有实现这样的完形三维图景,我们才会自如地体验直觉与灵感! 还有以下几个疑问还难以回答, 也是未来的研究需要进一步确认的。 1 )视觉传输通道中的效应分子到底是对电信号感应还是光信号感应?它们是如何感应的?视觉信息的储存应该是通过生物大分子结构的变化及其恰当的空间配置来实现的。我坚信,视觉信息的传输、觉知和储存都不需要进行所谓的编码过程。 2 )我们的头脑中是否有一幅面前世界的“图像”呢?如果没有,那我们对外部景物的感知为何如此地连续与完整? Crick ( 1994 )指出,“很少有人相信,在大脑的某处有一个真正的屏幕,它产生与外部世界相对应的光模式。我们都知道,电视机之类的装置能够完成这种工作。然而,在打开的头颅中,我们并没有发现按规则阵列排列的脑细胞,它们在发射各种颜色的光”。但是,我们见到过的许多外部世界的景象真真切切地镌刻在了我们的大脑皮质(由无数神经细胞编制而成)中,否则我们不会梦见它们。 人类的视觉中枢可能存在一个类似于屏幕的区域,不一定是平面的,也许还是分离的,但它作为一个整体性的功能单元 / 系统承接多种通道投射而来的光学信息(哪怕是间接地),瞬间就自动形成了我们的视觉。而当下的视觉顷刻间自动搜索、比对与激活在层层折叠的视皮质区(展开之后犹如一幅庞大无比的屏幕)中错综复杂地印刻着的过往的各种景物(轮廓或模块),立刻就能形成我们的觉知。 3 )既然视觉信息未被编码也未被压缩,那它们是如何被储存在大脑的记忆中的呢?用于对物体特征进行记忆的大脑皮层可能是一个不断结构化的过程,它的基本框架在发育关键期伴随最基本生存经历的刺激就被快速搭建起来。之后,就是一个不断被内外部经历填充、瓜分、修正或改写的模块化过程,从特定记忆类型的始点不断向外周扩展,先构建低级模块,再逐渐向高级模块扩展。此外,如果没有对各种类型模块进行快速识别的独特标签,意识的活动窗口如何能在记忆模块之间自由、准确而快速地穿梭? 八、风靡全球的脑计划——南辕北撤? 人的大脑虽然只有 1.5 kg ,但它褶皱的皮质含有约 300 亿个神经元细胞,有多达 1000 万亿条神经突触连接,如此复杂结构中的可能反应通道的数量远远超出了宇宙中基本粒子的数量( Edelman 2006 )。 大脑是认知的核心,但遗憾的是,我们目前对大脑工作机制的了解几乎是空白,我们对认知的探索依然如在茫茫黑夜中航行。神经生物学家 Ralph Adolphs 说:“我们不了解任何一个单个机体的大脑工作机制,就连只有 302 个神经元的小虫,我们目前也没法了解它的神经体系”。 个别极端的功能主义者宣称,了解脑的细节永远得不到任何东西( Crick 1994 )。 Crick ( 1994 )预言,“新皮层可能是人类无比的荣耀,故它不会轻易地将秘密公诸于世”。美国科学记者霍根( John Horgan )说,研究心灵的科学家擅长于分解脑,但却不知如何将其重组回来( Horgan 1999 )。 世界各国已经拉开了新一轮脑科学大战的序幕—— 2013 年,美国总统奥巴马宣布启动名为“推进创新神经技术脑研究计划( Brain Research through Advancing InnovativeNeurotechnologies )”的计划,同年欧洲也启动了类似的“人脑计划( Human Brain Project )”, 2014 年日本启动了名为“通过整合神经技术构建服务于疾病研究的大脑地图( Brain Mapping by Integrated Neurotechnologiesfor Disease Studies )”, 2016 年中国也启动了名为“脑科学与类脑科学研究( Basic Science and Brain-like IntelligenceTechnology )”的计划,将持续 15 年之久。 美国脑计划 旨在解决: 1 )统计大脑细胞类型, 2 )建立大脑结构图, 3 )开发大规模神经网络记录技术, 4 )开发神经回路的工具, 5 )了解神经细胞与个体行为之间的联系, 6 )把神经科学实验与理论、模型、统计学等进行整合, 7 )描述人类大脑成像技术的机制, 8 )为科学研究建立收集人类数据的机制, 9 )知识传播与培训。 欧盟脑计划 旨在解决: 1 )研发神经信息学、脑仿真和超级计算机的 ICT 平台, 2 )全新的医学信息学平台将把全世界的临床数据汇集起来,使医学研究人员得以提取有价值的临床信息,并结合进有关疾病的计算机模拟中, 3 )仿神经计算平台和神经机器人学平台,根据脑的构筑和回路研发新型的计算系统和机器人。而 日本脑计划 旨在通过对狨猴大脑的研究来加快对人类大脑疾病(如老年性痴呆和精神分裂症)的研究。 中国脑计划 旨在解决: 1 )大脑对外界环境的感官认知,如人的注意力、学习、记忆以及决策制定等, 2 )通过动物模型研究人类以及非人灵长类的自我意识、同情心以及意识的形成, 3 )探究语法以及广泛的句式结构等语言认知,用以研究人工智能技术。 2005 年7月1日, 在纪念美国《科学》杂志创刊125周年之际,科学家们总结出了125个最具挑战性的科学问题(前25个被认为是最重要的问题),其中,与认知心理学有关的问题见 表1 。再比较一下世界大国的新一轮脑研究计划,面对这些最具挑战性的科学问题,难言具有逢山开道之精神,更像是兜圈绕行之战术,给人的感觉是似乎依然难以从魂牵梦绕的经典之中得以挣脱。而本书斗胆触及了这些问题中的相当一部分,并试图以独特的视角来进行诠释,欢迎读者的客观审读与批判。爱因斯坦曾说,“宇宙最不可理解之处是它是可理解的”,而虽然我们每天都在运转意识,但却一点都不知道它是何物以及是如何工作的。 表1 在与认知心理学相关领域中,最具挑战性的科学问题 序号 问题 领域 2 意识的生物学基础是什么? 生理 15 记忆如何存储和恢复? 生理 16 人类合作行为如何发展? 进化 84 为什么要睡眠? 生理 85 人类为什么会做梦? 生理 86 语言学习为什么存在临界期? 生理 89 导致精神分裂症的原因是什么? 医学 90 引发孤独症的原因是什么? 医学 92 致瘾的生物学基础是什么? 医学 93 大脑如何建立道德观念? 生理 112 是什么提升了现代人类的行为? 进化 113 什么是人类文化的根源? 进化 114 语言和音乐演化的根源是什么? 进化 115 什么是人种,人种如何进化? 进化 九、来自梦的启迪——模块化记忆? 很少有人关注梦与记忆的关系,除了有人推测梦可能有助于对记忆的整固,这主要是基于一种经验,即缺少睡眠(因此也减少了做梦)会导致记忆力减退。问题是,记忆也不是白天事件的精确重复,而且绝大部分梦都被忘掉了,这如何能整固记忆呢?有人认为,梦是对心的重新编程,但为何以及如何这样呢? 在睡眠状态下,大脑几乎切断了与外部世界直接的感官联系(如关闭了视觉),这样,梦及其中的景或人只能来源于储存在大脑中的记忆。因此,梦的特性应该可以袒露一些记忆的秘密。我们能梦见我们曾经见过的亲人、朋友、动物、房子、河流 …… 它们也能在梦中组合出一些情节,有时合理,有时离奇 …… ,在梦境中的人物还能跨越时空 …… 在我们的记忆中似乎保存了这些模块及一些情节片段。这是为什么呢? 生命的演化就是一个不断的模块化过程——生物大分子(核酸、蛋白质、多糖等)由一些小的分子模块拼接而成,真核细胞由一些共生的原核细胞特化而成的细胞器功能性地整合而成,动植物体则包含无数微小的细胞,它们功能性地整合成各种组织和器官,并通过模块化的发育程序构建复杂的躯体,物种的演化就是一系列发育模块的重组。难道只有记忆会脱离这种普遍的模块化原理吗? 模块在心理学领域亦受到过一定关注。十八世纪的颅相学是在倡导一种心理模块,它被现代的脑功能分区所取代,但不是为了解释记忆原理。 20 世纪初出现的格式塔心理学论述了对图形视觉过程中人的心理活动规律,但不涉及记忆原理。 20 世纪 50 年代 Donald O. Hebb 提出的“细胞集群”概念,但过于微观。 20 世纪 80 年代 Jerry A. Fodor 提出的心理模块虽然富于启迪性,但停留于孤立的模块特性描述。 在模块化的生命世界中,记忆绝不会顾影自怜。本书斗胆提出了一个新的理论——记忆模块学说( memory module hypothesis ),可以很好地解释人类的记忆特征、我们为何做梦以及梦的特征,亦与记忆分子的标记证据相吻合。从进化上来看,类型模块可满足对动态环境的适应需要,亦可满足快速决策的需要。我甚至曾打算将本书取名为“模块认知心理学( Modular Cognitive Psychology )”或“梦——袒露了大脑的终极秘密( Disclosure of the Brain’s UltimateMysteries by Dreams )”,虽然很快打消了念头,因为这些题目仅能涵盖本书的部分内容。 十、人脑的终极秘密——用“未知”打开“未知”? 大脑的精神产物——人性与心智是难以预测的。在我们不足百年的人生之旅,外部现实不断地塑造着我们的内心——铸造理性、理智、智慧 ...... ,我们的心境跌宕起伏——放纵、炫耀、奢望、贪念、幻想、沮丧或绝望 ...... ,一些人性情彪悍,像脱缰的野马,而另一些人萎顿不堪,像长久被关在圈里的羊羔 ...... 一些人聪明伶俐,而另一些人愚昧笨掘 ...... 一些人似天国的爱神,而另一些人如地狱的恶犬 ...... 为何同样一个大脑却产生出如此不同的性情与心智? 其实,即使是今天,我们都还不知道为何我们的肉体会形成这样那样的主观意识——宛如车水马龙的诗章,或更似不会再现的绝唱,此时,已经消逝的又化为了现实,虽然是在朦胧与虚拟之中。然而,雾霭与惆怅常常笼罩着一些可怜的病人,剥夺着他们的感官体验与情感思维。 一方面,在文明之光被点亮之前的原始人类,只是为了满足其在大自然中的野性生存,因此,绝不需要承载像今天如此之多的复杂知识的记忆,譬如,只需要辨别眼前的花草果木以便充饥果腹,需要认清豺狼野兽以免惨遭杀戮,当然还要学习一些关于渔猎、哺幼、用火、制作工具等方面的技能 …… 人类从野性荒蛮之中的解脱在进化的历史上来看,只是一个短短的瞬间,因此,切忌按现在人脑的法则来复杂化本性纯朴的生物学大脑。 另一方面,我们用这个神奇的大脑创造了自然界的最大奇迹,但我们却不知道这个大脑是如何实现这一壮举的。美国学者 Neil R. Carlson 在《生理心理学》一书中说,“这个世界最后一个有待开发的领域——也许是最重要的——就是我们自身。人类神经系统使我们所能做的,所能了解的,所能体验的一切成为可能。它的复杂性无与伦比,研究它、理解它的任务使先前对我们自身的所有探索都相形见绌”( Carlson 2007 )。 Eccles ( 1989 )问道,“每个人主观上都有精神统一性的经验 …… 然而大脑有几乎无数种不同的神经活动模式。神经活动的这种多样极端性又是怎样每时每刻地整合成我们所体验到的统一性的呢”? 我们虽然对自己的大脑是如何工作的几乎一无所知,但却凭借它从森罗万象的表象中抽象出了精致迷人的本质,进而构筑了惊天的知识与技术体系,籍此,我们彻底地征服了大自然 ...... 但是,我们能否用这个“未知的”大脑所建立起来的知识体系返回来打开它自身这个未知的黑箱呢?我们能否演奏出一个旖旎的和音? 我很欣赏这样的名言:很多科学奠基者都是在大自然面前非常谦逊而对权威抱有怀疑的人( Merton 1938 , Hooykaas 1972 )。我们的经验之路由平淡无奇的青枝绿叶所铺垫,是理性在认知的荒原上点缀上了朵朵鲜花,最后,超凡脱俗的天才再用它们编织出彩绘缤纷的荣冠,这——是一种智慧的奔涌,真理的顿悟,滋养与启发一切世人! ————————————————————————————————————————— 本文源自下列新书的前言: 谢平. 2018. 探索大脑的终极秘密——学习、记忆、梦和意识. 科学出版社,北京 ( Xie P. 2018. Exploring Brain's Ultimate Mysteries - Learning, Memory, Dreams and Consciousness. Science Press, Beijing) “探索大脑的终极秘密——学习、记忆、梦和意识”一书的电子版免费下载地址: http://wetland.ihb.cas.cn/lwycbw/qt/201811/P020181119397549207145.pdf 目录 第一章 大脑和神经系统及其演化 一、人的大脑 二、人的神经系统 1. 中枢神经系统和周围神经系统 2. 神经元 3. 神经胶质细胞 4. 动作电位 三、动物神经系统和脑的演化 四、人脑的演化 1. 三位一体的人脑 2. 新皮层的结构与信息联系 五、脑功能分区与整体论 1. 颅相学 2. 整体论 3. 脑功能分区 4. 认知的发育、可塑性与后天塑造 第二章 感觉——视、听、嗅、味、触 一、何谓感觉? 二、人类对感觉的认识历程 1. 古希腊时期的感官生理学认识 2. 感觉中心——大脑 vs 心脏之争 3. 专化神经能量定律 三、感觉的多样性 1. 为了生存而感觉 2. 视觉 3. 听觉 4. 嗅觉 5. 味觉 6. 触觉 四、对感觉的再定义 五、难点 第三章 感受野——对刺激的级联响应 一、感觉神经元的感受野 二、视神经元的感受野 三、神经节细胞和内侧膝状体神经元的感受野 1. 明暗感应 2. 颜色感应 3. 感受野的变化 四、视皮层神经元的感受野 第四章 视觉系统的演化——从眼点到眼睛 一、视觉器官的演化 1. 原生动物的眼点 2. 刺胞动物的感觉棒 3. 环节动物、软体动物和节肢动物的复眼 4. 脊椎动物的眼睛 二、光感受器的演化 四、视觉的分子起源 1. 眼睛中的神奇物质——视黄醛 2. 在嗜盐古菌中视黄醛可用于生产 ATP 3. 同样的感光物质服务于完全不同的生存目的 第五章 视觉的原理——信息真的需要加工吗? 一、视觉分子的发现之旅 二、视循环——视紫红质的分解与合成 三、视觉信息的传递——从视网膜经外侧膝状体到视皮层 四、视觉信息传递过程中感受野的变化 五、视觉的始站——视网膜 1. 基本结构 2. 对明暗和颜色的感知 3. 视网膜内的神经回路 六、视觉的中站——丘脑外侧膝状体 七、视觉的末站——视皮层 1. 从外侧膝状体到初级视皮层的视觉信息投射 2. 视觉皮层功能专门化 3. 柱状结构 八、视觉通道 1. 三条平行的视觉加工通路 2. 视觉信息的传递与折返——前馈与反馈 九、视觉机理 1. 格式塔知觉律 2. Marr 的视觉框架 3. Ramachandran ——拇指规则 4. 神经达尔文主义 5. 视觉层次化加工 第六章 记忆——信息的编码、储存与提取 一、记忆的定义 二、对记忆的认识历史 1. 亚里士多德的“图章假说”和三大联想律 2. 霍布斯的“感觉残迹说” 3. 洛克的联想 4. 哈特莱的神经振动说 5. 艾宾浩斯的记忆遗忘曲线 三、记忆的类型 1. 按感觉类型分类 2. 按记忆时长分类 3. 据信息类型分类 4. 按时间方向分类 四、边缘系统与记忆 1. 海马体 2. 杏仁核 3. 其它脑区 五、记忆的原理 1. 祖母细胞理论 2. 信息如何编码? 3. 记忆的增强与整固 4. 孔哈克的认知记忆假说 5. 多重储存模式 6. 工作记忆模型 7. 构建假说 六、记忆的特性 1. 模糊性 2. 规律性 3. 选择性 4. 聚类性 5. 模块性 6. 记忆检索的瞬时性 七、影响记忆的因素 1. 遗忘 2. 脑损伤 3. 睡眠 4. 胁迫 5. 干扰 6. 年老 八、记忆蛋白 九、困境 第七章 学习——新知识的获得、修正与强化 一、何谓学习? 二、古希腊哲学家的认知观 1. 赛诺芬尼——神能认识真理,凡人的认识只是意见 2. 赫拉克利特——逻各斯是万物变动的原则 3. 巴门尼德——感觉提供猜测,思想通向真理 4. 普罗泰戈拉——人是万物的尺度 5. 恩培多克勒——感官考察部分,心灵认识全体 6. 苏格拉底的“回忆说” 7. 柏拉图——理念世界和可感世界 8. 亚里士多德的“蜡块说” 三、近代欧洲哲学家的认知观 1. 笛卡尔的“心物二元论” 2. 斯宾诺莎的实体一元论 3. 洛克的“白板说” 4. 近代唯理论 5. 康德的“先天综合判断” 四、十九世纪之后的学习理论 1. 巴甫洛夫的经典条件反射理论 2. 桑代克的联结—试误论 3. 突触可塑性与赫布法则 4. 苛勒的顿悟学习论 5. 维果斯基的“文化─历史”发展论 6. 皮亚杰的同化和顺应 7. 苏伯尔的认知结构迁移理论 8. 普雷马克的“祖母原则” 五、学习的类型 1. 非联想式学习 2. 联想式学习 3. 主动性学习 4. 玩耍 5. 濡化与涵化 6. 情景学习 7. 机械学习 8. 理解式学习 9. 其它 第八章 梦——脱离现实的自由意识? 一、何谓梦? 二、古人论梦 1. 梦——神的启示 2. 梦——自己的世界 3. 梦——残留的(精神)映像 三、梦、脑电波和眼动 1. 不同睡眠阶段的划分 2. 为何在梦中眼动? 四、为何做梦? 1. 激活—综合理论 2. 连续激活理论 3. 紧张性不动反射是梦的前身 4. 危险模拟假说 4. 激发长时记忆或强化语义记忆 5. 测试和选择心理图式 6. 梦是随机的副产物 五、为何白日梦? 六、梦——放飞的本能、预感、启迪或真实? 1. 梦——被压抑的愿望和本能的释放? 2. 梦——现实的预兆? 3. 梦——也能带来启迪? 4. 梦——偶尔也能成为真实的记忆 七、梦——与现实若离若即? 1. 梦——对内外刺激的虚幻响应 2. 梦——时空颠倒性 3. 梦——无意识的事件重构 八、梦与记忆 1. 梦——对心的重编程序? 2. 梦——对记忆模块的整固 3. 夜梦与记忆的偶联——自然选择的产物 第九章 记忆模块学说 一、模块化——生物界的普遍规律 二、与心理模块相关的理论 1. Hebb 的“细胞集群” 2. Fodor 的学说 3. 进化心理学家的观点 4. 符号描述 5. 格式塔图形素描法 三、记忆模块学说 四、模块记忆的进化解释 1. 类型模块可满足对动态环境的适应需要 2. 较小的模块可满足快速决策的需要 五、支持记忆模块学说的若干证据 1. 记忆证据 2. 记忆分子标记证据 3. 记忆归档证据 4. 心理加工理论的支持 5. 视觉加工过程 六、梦——支持记忆模块学说 1. 梦中的记忆模块 2. 自己的一个真梦 3. 用模块学说对梦境的解析 4. 达利的油画——“由飞舞的蜜蜂引起的梦” 5. 记忆模块形成与遗忘的神经生物学机制 七、记忆模块与景物识别 1. 冗余折返回路 2. 互联网系统中的图片搜索 3. 大脑真的会对感觉信息进行编码吗? 第十章 终极秘密——意识 一、何谓意识? 1. 意识的定义 2. 意识的特许存取 3. 意识的其它用法 二、关于意识的争论与迷茫 1. 神经科学的无助 2. 哲学家的迷茫 3. 物理学家的狂想——量子意识 4. 心理学派之间的争论 5. 物质与意识之间的鸿沟 三、自我、本我和超我 四、波普尔的三个世界 五、自我意识 六、是否存在动物意识 七、意识在哪里? 1. 笛卡尔的松果体 2. 爬行动物脑——小脑和脑干 3. 古哺乳动物脑 4. 新皮质 八、意识是如何运行的? 1. 整合信息理论 2. HOR 理论 3. 自我表达论 4. 自我交互论 九、狮子也能理性思维 十、意识的终极解释 第十一章 人的由来 一、何许人也? 1. 人的定义 2. 人的生物学本领平淡无奇 3. 人是唯一能用火的动物 4. 人是符号化的动物? 5. 从猴到人的演化中,体型和脑容量明显增大 二、劳动创造了人? 三、人类演化简史 1. 现代人起源地点之争 2. 人类演化年表 四、人类起源研究之南辕北辙 1. 独特性≠起源 2. 依旧迷茫 3. 关键何在? 五、文字创世论 六、自然的超越 1. 技术麻醉了人的动物意识 2. 意识的巅峰——互联网与智能时代 主要参考文献 作者:谢平,研究员,中国科学院水生生物研究所(xieping@ihb.ac.cn)
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科学臆想:何时能打开大脑中的“临时文件夹”
热度 1 panfq 2013-6-29 16:15
上一篇博文有点臆想。感谢学工科的博友给我提供了相关的科学知识。 这里再来一篇博文,又是一种臆想。 有一天晚上做梦,梦见有人打开我大脑中的“临时文件夹”。尽管我做过的梦连我自己都不记得了,但是那人还是从临时文件夹中拷贝某个片断,通过视频软件播放出来。梦中的某些情节连我自己看了都觉得吃惊,部分情节是不宜曝光的。 为何做这样的梦?仔细分析,原来是白天我想从电脑上下载某个声音或视频片断。我懒得下载和安装某些下载程序,而是直接进入电脑的临时文件夹,根据浏览时间和文本大小、类型,大体能找到需要的那个文件。我们知道,凡是你浏览过的网页的各种类型的文件,在电脑临时文件夹中都能找到。 于是,由这个梦境,自然想到人脑的研究。前一段时间看到科学网上的一则研究,说某科学家已找到有关人的痛苦的记忆的基因。 我想,终有一天,梦境中的情景可能会变成现实。脑科学家终究能打开和复制人脑中的临时文件夹的内容。据电脑来推测人脑,只要你做过的或想到过的事情,大脑临时文件夹中都可能留有痕迹。 拷贝复制后就能重现。 上一篇博文: 相信未来的人类会有效利用雷电的 2013-06-28
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读《为什么学生不喜欢上学?》
热度 1 fuleiucas 2012-12-6 21:09
读《为什么学生不喜欢上学?》
为什么学生不喜欢上学?这是一个无论学生、教师、家长,还是教育家、科学家、政府官员等都非常感兴趣的话题。这个问题的确是个真问题,至今尚未得出令所有人都满意的答案。而更进一步、也是更要紧的是,如何解决这个问题,这个问题不仅仅是 question ,还是 problem ,我们需要的不仅仅是 answer ,还需要 solution 。这本书更像是为了解决问题而来的,而非简单回答问题。 学生不喜欢上学的原因可能有很多,兴趣不在这里,不喜欢某个老师,不喜欢学校的建筑,不喜欢某个同学……可以举出更多的原因来。其中有一个原因是,学生觉得学习很累,很辛苦,很枯燥,不会学习,无法从学习中获得成就感和愉悦感,因此他不喜欢上学。这就涉及到“学生是如何学习的”这个问题,更本质的是人这种生物是如何学习的。这门学问兼有自然科学和人文社会科学的性质,可以叫做认知科学,或者学习科学,较窄的一种叫法是认知心理学。 其实,要想搞清楚人是如何学习的,并非易事。学习是一种行为,这种行为背后有深刻的心理学因素,还有更深层次的生理学因素。研究的路经,包括对人脑的生理研究、人的感官系统对于刺激的反应、问卷访谈等很多种。尽管很难,认知科学家还是在此领域取得了很多成绩。在这方面,我想不得不提到皮亚杰( Jean Piaget , 1896 — 1980 ),他对于儿童认知行为的研究及其成果,堪称典范。他和他的后继者在认知科学领域做出了一系列贡献。而这些研究成果不单单是论文和书稿,也已经应用于教育和心理咨询等行业中。 威林厄姆是美国弗吉尼亚大学的心理学教授,近年来一直致力于认知心理学在基础教育中的应用的研究。他的这本《为什么学生不喜欢上学?》( Why Don ' t Students like School? )就是这样的一本书:运用认知心理学的研究成果,改善中小学生的学习,改善中小学教师的教学。 本书并没有罗列大段的认知心理学术语和理论,而是通过具体的案例、丰富的图表娓娓道来。作者结合学生学习、也是教师关注的焦点,介绍了相关的认知心理学原理及其应用,他想要达到的两个目标是:让读者知道大脑是怎么工作的?如何利用这一点成为更优秀的教师?全书的内容分为九章,每章都是先提出一个问题,给出这个问题背后的认知原理,然后详细地阐释该原理及应用该原理的方法,最后给出对于教学的启示。下表是这本书的骨干所在: 章节 认知原理 所需知识 教学启示 1 人生来就有好奇心,但我们不是天生的杰出思想者;除非认知环境满足一定要求,否则我们会尽可能避免思考 学生所知、所会的界限 将要学的内容看成答案,花点时间给学生解释问题本身 2 事实性知识先于技能 学生已经知道了什么 缺乏相关的事实性知识是很难思考的 3 记忆是思考的残留物 学生上课会思考什么 教案最好的晴雨表:学生会想到什么? 4 我们利用已知的事物理解新事物,大多数知识时具象的 学生的旧知识里哪些是理解新内容的关键 以深层结构作为目标,但要先认识到表层结构 5 没有充分的练习,你不可能精通任何脑力活 如何让学生练习,又不让他们感到枯燥 仔细考虑哪些是需要学生熟练掌握的,安排分散练习 6 学习早期的认知力和晚期的截然不同 学生和专家的区别是什么? 目标是深层理解,而不是创造新知识 7 儿童在学习和思考方面相似点比不同点更多 学生的学习风格不重要 通过思考教学内容,而不是学生间的差异来决定如何上课 8 孩子智能上的差异可以通过持久努力改变 学生如何看待智能? 在提到成功或失败的时候,以努力的程度而非能力来衡量 9 教学和其他任何复杂的认知技能一样,必须通过练习得以提高 我的教学哪些可以保留,哪些需要改进? 提高不仅仅需要经验,还需要有意识的投入和信息反馈 这本书中提到的一些观点,对于很多教师或者学生和家长来说,可能是很新颖的,有些甚至是与以前的认识相冲突的,然而这些观点背后是大量的研究,而非少量的个案。下面举几个例子,我将稍事解读: l 大脑不是用来思考的。 人类虽然有很强的好奇心,但是好奇心很脆弱,要是由于好奇而引发的思考让人感觉很吃力、没有成就感,他就会放弃思考了。人思考的目的之一,就是为了减少思考。想想看,让一个小学三年级的学生解决一个高三学生才能解决的智力测验,尽管这个智力测验可能很好玩,故事性也很强,插图也很漂亮,他会一直思考下去吗? l 大量的练习不见得就是坏事。 我们可能都还记得在上小学的时候,老师让我们回家把生字抄写几十遍,课文抄写七八遍,乘法口诀烂熟于心。这些机械重复曾经让我们深恶痛绝,但是过来以后我们发现,那些东西都记住了。想想看,上了初中的时候写一篇几百字的作文的时候,还会仔细琢磨每个字的偏旁部首吗?解方程的时候还会查找四则运算法则吗?练习的过程是加深记忆的过程,很多东西记住了、变成自动化的了,也就免去了思考的麻烦,省下来的工夫我们可以思考更要紧的事情。当然,练习肯定也有一个度,如果默写 20 遍就完全可以达到自动化的话,写 50 遍就是一种变相体罚了。 l 儿童在学习上的共性比个性更多一些。 我们都知道每个孩子都是不一样的,教师应该因材施教。但是,在学习这件事上,学生的差异并没有那么大。绝大部分人的学习行为(或者说认知行为)是相似的,他们学习的方式或风格可能有一些差异,但这并不影响老师实施普遍性的教学。想想这样的问题:学得快的学生,一定就真正理解他学过的东西吗?做题的时候得分率高一定意味着他理解题目需要的那些知识了吗?其实,很多物理专业的本科毕业生依然说不清楚电流和水流的本质区别,地球科学的本科生也未必知道为什么三九天要比冬至的时候冷。另外,如果一个班里有 40 名学生,该如何让老师适合每个学生的学习风格呢?这样说,并不是为老师找借口逃避责任,学习不仅仅是认知科学的事,社会环境、家庭因素等都会影响学生的学习,所以个别辅导也是少不了的。 这本书的很多提法,可能会招来不少人的反对。不过,我觉得,在反驳作者观点之前,建议还是先读一读这本书,看作者是用什么证据来捍卫他的观点的。 人是如何思考的,大脑是如何工作的,我们是如何学会一样东西的?这样的问题,一直困扰着人类。这些问题不仅仅是很基本的问题,而且是很有用的问题。脑科学、学习科学、认知科学,正在试图回答这些问题,并藉此帮助人们更好地学习,相信会带给我们越来越多的惊喜。 最后,我想说,有的孩子学不好,不是因为他笨,而是因为他不喜欢上学。 附:图书基本信息 书名:为什么学生不喜欢上学? 作者:【美】丹尼尔· T ·威林厄姆( Daniel T. Willingham ) 译者:赵萌 审校:朱永新 出版社:江苏教育出版社( 2010 年)
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对认知心理学的第一印象
热度 1 zlhua 2011-5-3 19:01
到目前为止,我还没有和认知心理学亲密接触,在走进这个门之前,我想我需要先把我对它的最初印象留下来,然后若干年后,等我再回头,就知道自己究竟发生了哪些改变... 现在,我正站在 认知心理学 城堡外向里张望,我是顺着 心理学原理 这条大道,然后再经由 个性心理学 胡同,再钻进 心理测量 小巷后来到这里的。站在认知心理学城堡前,我很好奇,因为我觉得它应该是解决 信息甄别问题 的必由之路.... 虽然我还不知道怎么进入这个城堡...但打心眼里我还是感谢我的好朋友( 我的老公和成都书市 )的帮忙,让我能找到这个西式城堡.... 我在城堡外来回的逛.......功夫不负有心人....运气很好,呵呵...终于找到了一扇窗户( 读书笔记(1)提到的认知心理学基础第7版 ),窗户是很典型的西式风格,蓝色的纱帘,感觉很美...呵呵,这些都不重要,重要的是它开着...但有点遗憾,窗户很高,需要跳起来才能看到里面,我努力跳了跳,只看到窗户里面站在最外面的两个人.... 站在前面的是 王垒 ,我听到他在谈论关于工作压力的问题,还有关于人力资源管理方面的心理测量问题...呵呵,我暗自窃喜....好像找对了地方... 后面站着的是 傅小兰 ,她正在谈论认知心理学的历史,其间,她谈论到她的课题组网站,看得出,她在这里和他们一道工作,很快乐...我正认真听着他们谈话,突然,头被什么东西轻轻砸了一下,我低下头一看,是朵花....这朵花( 百度文库 里的一则名为 "人的数据理解" 的PPT),很明显,这朵花的主人应该是傅小兰,可能是她工作地太专注了,以至于自己的东西掉下来都全然不知,我捡起了这朵花,仔细端详它,它不漂亮(PPT不美观,但还大方),而且有很多刺(感觉内容并不通俗易懂,这和我的期望有点反差,因为在我看来,研究认知心理学的人应该很注重人的认知特点,知道什么是大众喜闻乐见的认知形式,但这里并没有明显体现),不过,它有种特殊的香味( 数据挖掘 ),这是我喜欢的味道,我把这朵花小心地插进了自己的手袋...然后,继续前进.... 过了一会了....我来到了一个花圃前( 傅小兰的课题组网站 ),里面有好多人,都在侍弄自己喜欢的花.... 我又看到傅小兰...我主动给她打招呼( E-mail ),但她好像比较忙...呵呵,没关系,我继续前行... 突然,我觉得自己肚子有点饿了,该吃东西了,我拿出了自己的背包.... 背包里有我自己做的蛋糕,呵呵,第一次做,不知道好不好吃,现在跟大家一起来分享吧... 在我现在看来,认知心理学是心理学发展到一定阶段的必然产物,认知问题不仅是心理学发展中必须要解决的一个基本问题,而且也是现代科技普及必须要解决的一个瓶颈问题。 那什么是认知心理学?所谓认知心理学,它应该是研究人的认知基本过程、主要特点以及人的认知发展基本规律的科学。它不同于传统意义的心理学,它把研究的视角进一步拓宽,不仅关注人自然的认知,还关注给予人的认知不同环境刺激后的反应,其现阶段的目标是尝试创造一种符合人认知特点和规律的有利于进一步优化人的认知能力的环境(现代信息系统环境)。 如何实现这个目标? 要实现这种研究目标,可以尝试使用钟义信先生提出的信息科学方法论,但又必须给予改良、并具体化,具体应该怎么做? 首先,仍然应该从信息系统的角度研究人的认知,首先把人的认知系统看作一个黑箱,然后从研究输入信息和输出信息之间发生的差异入手,研究人自然认知系统所应该具备的功能,然后尝试采用计算机系统的方式采用不同的物质和能量手段来尝试实现这种信息功能,然后将其输出作为人自然认知系统的输入,再将人自然认知系统的输出作为计算机系统的输入,当适应一种认知系统类型后,再反复变换多种自然认知系统类型,使得计算机系统具有良好的认知能力,能适应更多的自然认知系统.... 其次,记录整个认知能力的变化过程,挖掘其认知变化的基本规律,然后反作用于人的自然认知系统,进一步提升人自然认知系统能力。其中记录的过程是个难点,谁来记录,怎么记录,需要记录什么?都是需要进一步思考的... 还有什么.... 哎呀!我的肚子好饿,管他三七二十一,先吃下去填饱肚子,然后再继续....
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[转载][+原创]读书笔记:认知心理学学习进行时(1)
zlhua 2011-4-28 10:59
认知心理学基础 第7版/(美)里德.亨特(Hunt R.R.),亨利.埃利斯(Ellis H.C.)著-北京:人民邮电出版社,2006,9 这本书买了很久了,当时记得还是特意到成都书市2楼买的(2007年12月19日),现在想起来,如果那个时候我就开始看的话,估计已经看得差不多了...呵呵,后悔只是浪费更多的时间...不多想...开始学习... 本书开篇由北京大学心理学教授王垒作总序 以下为王垒的简介: http://www.psy.pku.edu.cn/faculty.php?fid=6 研究领域: 管理心理学 人力资源管理与开发 经济心理学 人格-社会心理学 文化心理学 联系电话: +86-10-62757551 通信地址: 北京市海淀区北京大学心理学系209室,邮编:100871 电子邮件: leiwang@pku.edu.cn http://psy.pku.edu.cn/labs/applied/index.htm 王垒,北京人,北京大学心理学系学士、硕士、博士,博士生导师,心理学系副主任(2008--)。1988年1月就职于北京大学心理学系。1995.9-1996.8 英国牛津大学高级访问学者。1996.6-2003.12 北京大学心理学系主任。Clifton 领导科学讲座教授(Chair Professor)(2002--)。慕尼黑大学人类研究中心研究员(2002--)。2005.1--2005.5 伯克利加州大学Freeman访问教授。伯克利加州大学Research Professor (2006.10-- )。国家自然科学基金委重大研究计划专家指导组成员。国家科技支撑计划重大项目工作压力、职业枯竭示范研究主持人。国家自然科学基金委资助创新群体成员。教育部高等学校心理学教学指导委员会主任。中国社会心理学会副会长。国务院学位委员会全国应用心理专业研究生教育指导委员会主任。 学术兼职:《心理科学》、《应用心理学》编委;Journal of Cross-Cultural Psychology编委;Asian Journal of Social Psychology编委;国际应用心理学会会员;国际跨文化心理学会会员;美国心理学协会会员;美国人格与社会心理学学会会员 曾任:北京大学心理学系主任(1996-2003);中国心理学会普通心理与实验心理专业委员会主任;全国人力资源管理专业技术职称考试专家委员会副主任;国家职业技能鉴定专家委员会技术方法指导委员会委员;Cognitive Development编委;国际行为发展研究学会会员;美国市场营销学会会员;国家人才高交会国际人才高峰论坛主持人(2007,2008,2010);曾主持中国国家自然科学基金、美国国家自然科学基金、瑞士雅各布基金等十几个基金项目,接受上百家企业、事业、政府机构委托从事技术开发与管理咨询,为国家部委、科研院所、中国空军、中国火箭研究院以及SHELL壳牌石油公司、日本TOTO公司、IBM公司、PG公司、法国La Farge公司、德国汉高Henkel公司、英美格兰素-史克GSK公司、意大利Luxottica公司、阿尔卡特公司、新加坡维信集团等三资企业,百度、四通、万科、华远、清华同方等民营企业,北京市百货大楼集团公司、首都机场公司、中国国际航空公司、招商集团、招商银行、中航集团、中国银行、中邮银行、中兴集团公司、联想集团、TCL集团公司、广州移动、深科技、中联重科、深大通迅、长沙卷烟厂、中国人才热线等国企、上市公司上百家单位提供组织及人力资源管理技术、开发、咨询与培训服务,为多家媒体和咨询机构如中央电视台、北京电视台、湖南卫视、湖南经视、泰来猎头公司、央视调查咨询公司、新生代公司等机构提供技术支持和顾问服务。曾任中国上市公司独立董事。 我比较感兴趣的论文 孔翮敏,李慧斯,王垒 (2011). 以高承诺HRM赢得员工高忠诚度。北大商业评论, 2 (79), 118-122. 王垒, 张琪 (2009). 自我认知与价值定位:企业家的精神救赎. 北大商业评论, 12 , 61-64. 王明姬、王海妮、王东霞、李文茵、王垒(2008). 管理者的情绪表达方式对员工的影响。中国人力资源开发,8, 89-91. 陈阳, 黄韫慧, 王垒, 施俊琦(2008). 结构需求量表的信效度检验. 北京大学学报(自然科学版) , 44(3), 490-492. 童佳瑾, 王垒, 解雪(2008). 情绪智力对工作绩效的影响. 中国人力资源开发, 2, 90-94. 潘莹欣,王垒,任湘云,曾艳(2006). 员工工作压力感问卷的初步编制。心理科学,29(2),312-314. 陈阳, 施俊琦, 王明姬, 刘霞, 王垒(2005). 消费者独特性需求量表的修订. 心理科学, 28(6),1449-1451。 施俊琦,王垒(2005). 一般性自我效能量表的信效度检验.《中国心理卫生杂志》,9(3): 191-193. 郭跃, 陈景秋, 王垒(2005). 职业清晰度:概念、调查分析与应用. 《中国人力资源开发》. 2: 22-25. 邝怡,施俊琦,蔡雅琦,王垒(2005). 中文认知需求量表的修订。《中国心理卫生杂志》,19(1): 57-61. 姚翔,王垒,陈健红(2004). 项目管理者胜任力模型. 《心理科学》,27(6):1497-1499。 袁蓉, 陈景秋,王垒(2004). 民航业员工变革适应性的调查分析. 《中国人力资源开发》, 12: 83-86. 王垒(2004). 新资本管理的新思维. 《新资本》, 5: 20-23. 刘新,姚翔,王垒(2004)。利用平衡计分卡走出绩效考核的怪圈。《中国人力资源开发》, 10:78-80。 任湘云,王垒 (2004)。跨团队绩效考核:案例研究与启示。《中国人力资源开发》, 9: 64-67. 王垒 (2004). 离职因素的研究:结构与预测模型。《新资本》,3: 46-49。 王垒,陈怡,严丽华,吕晓薇 (2004). 领导胜任特征:员工知觉模型的建立。《中国人力资源开发》,5: 50-51. 潘芳,姚翔,王垒 (2004). 报酬公正知觉的有关研究与启示。《新资本》,2: 38-41. 程延,陈景秋,王垒 (2003). 西方有关企业福利影响因素的研究。《新资本》, 6: 46-48。 马淑婕, 陈景秋, 王垒. 员工离职原因的研究,《中国人力资源开发》, 2003, 9, 18-20. 王垒,马洪波,姚翔(2003)。当代大学生工作价值观研究。心理与行为科学,1,23-28. 李峥, 王垒. 关于工作压力的研究.《中国人力资源开发》,2003, 7, 41-42. 严丽华,王垒,邱成富,姚红琼(2002)。职业市场供需分析。职业,10,34-35。 陈景秋,童佳瑾,王垒(2002)。求职者类型与择业策略分析。职业,11,38-40。 王垒. 工作满意度:测量与组织策略。《中国人力资源开发》, 2000, 11: 51-52. 王垒等(2001). 自我复杂性的实证研究. 《心理科学》, 24(1): 92-93. 陈景秋 童佳瑾 王垒(2002)。职业困惑与职业发展:职业指导实务分析。职业,12,36-37。 刚刚整理王垒资料时,我突然明白了一个道理,为什么有的人可以做科学家,有的人却不能做科学家,尽管他(她)可能比有些科学家在某些方面更优秀,原因很简单,全是因为兴趣的持恒性...有兴趣,并且能坚持,就算遇到挫折也不放弃,能始终如一地在某个领域钻研,直到弄明白为止...看来在这点上,我是需要学习的,虽然我不以成为科学家为目标,但是我喜欢科学...态度很重要!!!
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[转载]哲学不是玄学,experimental philosophy
yue 2010-9-8 22:55
Experiments in Philosophy By JOSHUA KNOBE Aristotle once wrote that philosophy begins in wonder, but one might equally well say that philosophy begins with inner conflict 思想斗争. The cases in which we are most drawn to philosophy are precisely the cases具体情况 in which we feel as though there is something pulling us toward one side of a question but also something pulling us, perhaps equally powerfully, toward the other. But how exactly can philosophy help us in cases like these? If we feel something within ourselves drawing us in one direction but also something drawing us the other way, what exactly can philosophy do to offer us illumination启示? One traditional answer is that philosophy can help us out by offering us some insight into human nature人性. Suppose we feel a sense of puzzlement about whether God exists, or whether there are objective客观 moral truths, or whether human beings have free will自由意志. The traditional view was that philosophers could help us get to the bottom彻底 of this puzzlement by exploring探索 the sources起源 of the conflict within our own minds. If you look back to the work of some of the greatest thinkers of the 19th century Mill, Marx, Nietzsche you can find extraordinary intellectual achievements along these basic lines. As noted earlier this month in The Timess Room for Debate forum, this traditional approach is back with a vengeance复仇. Philosophers today are once again looking for the roots of philosophical conflicts in our human nature, and they are once again suggesting that we can make progress on philosophical questions by reaching a better understanding of our own minds. But these days, philosophers are going after these issues using a new set of methodologies方法论. They are pursuing the traditional questions using all the tools of modern cognitive science. They are teaming up 集合with researchers in other disciplines学科, conducting experimental studies, publishing in some of the top journals of psychology. Work in this new vein流派 has come to be known as experimental philosophy . The Room for Debate discussion of this movement brought up an important question that is worth pursuing further. The study of human nature, whether in Nietzsche or in a contemporary psychology journal, is obviously明显 relevant to certain purely scientific questions, but how could this sort of work ever help us to answer the distinctive独特 questions of philosophy ? It may be of some interest just to figure out发现 how people ordinarily think, but how could facts about how people ordinarily think ever tell us which views were actually right or wrong? Erin Schell Instead of just considering思考 this question in the abstract抽象, lets focus in on one particular example. Take the age-old problem of free will a topic discussed at length here at The Stone by Galen Strawson , William Egginton and hundreds of readers . If all of our actions are determined by prior events先前的事件 just one thing causing the next, which causes the next then is it ever possible for human beings to be morally responsible for the things we do? Faced with this question, many people feel themselves pulled in competing directions it is as though there is something compelling them to say yes, but also something that makes them want to say no. What is it that draws us in these two conflicting directions? The philosopher Shaun Nichols and I thought that people might be drawn toward one view by their capacity for abstract, theoretical reasoning, while simultaneously being drawn in the opposite direction by their more immediate emotional reactions . It is as though their capacity for abstract reasoning tells them, This person was completely determined完全被客观规律注定 and therefore cannot be held responsible, while their capacity for immediate emotional reaction keeps screaming呼唤, But he did such a horrible thing! Surely, he is responsible for it. To put this idea to the test, we conducted做实验 a simple experiment. All participants in the study were told about a deterministic universe (which we called Universe A), and all participants received exactly the same information about how this universe worked. The question then was whether people would think that it was possible in such a universe to be fully morally responsible. But now comes the trick技巧. Some participants were asked in a way designed to trigger启动 abstract, theoretical reasoning, while others were asked in a way designed to trigger a more immediate emotional response. Specifically, participants in one condition were given the abstract question: In Universe A, is it possible for a person to be fully morally responsible for their actions? Meanwhile, participants in the other condition were given a more concrete and emotionally fraught可怕的 example: In Universe A, a man named Bill has become attracted to his secretary, and he decides that the only way to be with her is to kill his wife and three children. He knows that it is impossible to escape from his house in the event of a fire. Before he leaves on a business trip, he sets up a device in his basement that burns down the house and kills his family. Is Bill fully morally responsible for killing his wife and children? The results showed a striking difference between conditions. Of the participants who received the abstract question, the vast majority (86 percent) said that it was not possible for anyone to be morally responsible in the deterministic universe. But then, in the more concrete case, we found exactly the opposite results. There, most participants (72 percent) said that Bill actually was responsible for what he had done. What we have in this example is just one very simple initial experiment. Needless to say, the actual body of research on this topic involves numerous different studies, and the scientific issues arising here can be quite complex. But let us put all those issues to the side for the moment. Instead, we can just return to our original question. How can experiments like these possibly help us to answer the more traditional questions of philosophy? The simple study I have been discussing here can offer at least a rough sense of how such an inquiry works. The idea is not that we subject philosophical questions to some kind of Gallup poll. (Well, the vote came out 65 percent to 35 percent, so I guess the answer is human beings do have free will!) Rather, the aim is to get a better understanding of the psychological mechanisms at the root of our sense of conflict and then to begin thinking about which of these mechanisms are worthy of our trust and which might simply be leading us astray误导. So, what is the answer in the specific case of the conflict we feel about free will? Should we be putting our faith in our capacity for abstract theoretical reasoning, or should we be relying on our more immediate emotional responses? At the moment, there is no consensus on this question within the experimental philosophy community. What all experimental philosophers do agree on, however, is that we will be able to do a better job of addressing these fundamental philosophical questions if we can arrive at a better understanding of the way our own minds work. Joshua Knobe is an assistant professor at Yale University, where he is appointed both in Cognitive Science and in Philosophy. He is a co-editor, with Shaun Nichols, of the volume Experimental Philosophy.
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