你的大脑里究竟有什么？


不论脑科学家和认知心理学家如何努力，他们始终无法在大脑中找到贝多芬第五交响曲的副本，或是话语、图片、语法规则以及其他环境刺激物的影子。当然大脑并不是真的空无一物。但是大多数人们认为大脑中所含有的东西——甚至是“记忆”这种简单的东西，大脑中也没有。



我们对大脑粗浅的认识由来已久，但是20世纪40年代电脑的发明让我们尤为困惑。大半个世纪以来，心理学家、语言学家、神经学科学家和其他研究人类行为的专家一直断言人脑和电脑的运作是一样的。



要想知道这个想法有多站不住脚，想想小宝宝的大脑就可以了。由于进化，人类新生儿和其他哺乳物种的新生幼崽一样，在进入这个世界时已经准备与世界进行有效的互动。婴儿的视力是模糊的，但是它对人脸格外关注，并能很快认出妈妈的脸。与非语言的声音相比，婴儿偏爱说话声，且能分辨出不同的基本说话声。毫无疑问，我们生来就是要进行社会交际的。




刚出生的婴儿视力到成年后的变化


一个健康的新生儿还具备十几种本能反应，即婴儿为了生存对于某些刺激做出既定反应。婴儿的头会转向擦过它脸颊的东西；会吮吸进入嘴里的东西；没入水中时会屏住呼吸；会用力抓住手里的东西，甚至能支撑他自己的重量。可能最重要的是，新生儿有着强大的学习机制，能使其迅速变化，所以它们可以越来越有效地和世界互动，即使这个世界不同于遥远的祖先所面对的世界。



转念一想，上述能力，如果我们出生时缺少任何一种，可能就会难以生存。



但是以下是我们生来没有的：信息、数据、规则、软件、知识、词汇、表征、算法、程序、模式、记忆、图像、处理器、子程序、编码器、解码器、符号或缓冲区——这些都是让数字电脑表现得稍微智能化的设计要素。我们不仅生来没有这些东西，而且永远也形成不了。



我们无法储存语言或是告诉我们如何操控语言的规则。我们无法创造视觉刺激的表征，再并将其储存在短期记忆缓冲区，最后将其转存至长期记忆装置中。我们无法从记忆寄存器里检索信息、图画或话语。电脑可以完成这些事情，但是生物不可以。







电脑实际上就是处理信息——数字、字母、词语、公式、图像。信息首先被编码成电脑可以使用的格式，也就是指1和0（比特）的模式结合成小组块（字节）。在我的电脑上，1个字节有8比特，比特的一种模式代表字母d，另一种模式是o，还有一种则代表g。这3个字节一起构成了单词dog。一幅图像，比如说我的猫咪亨利坐在我电脑上的照片，是由100万个字节（1兆字节）的特定模式表现出的，再辅以一串特定字符，告诉电脑这是一幅图像而不是单词。 



电脑实际上就是将不同物理储存区里的模式从一个地方搬到另一个地方，这些储存区被刻在电子元件里。电脑有时复制模式，有时以不同的方式转换模式——比如我们修改手稿里的错误或修饰照片。电脑移动、复制或运行这些数据阵列时遵循的规则也储存在电脑里。一组规则统称为“程序”或“算法”。一组一起运行时能帮我们做事（如购买股票或寻找约会对象）的“算法”叫做“应用”，也就是现在大部分人口中的“App”。 



原谅我这样介绍电脑运算，但是我要澄清一下：电脑确实在全世界符号表征的基础上运行。电脑可以储存、检索、处理信息，有物理记忆，做的所有事情都毫无例外地受算法指导。 


另一方面，人类不管是以前、现在还是以后都不能像电脑一样。鉴于这个事实，为什么这么多科学家讨论我们的思维活动，就好像我们是台电脑一样？ 



人工智能专家乔治·扎卡达基斯（George Zarkadakis）在其著作《在我们自己的形象里》（2015）中描述了过去2000年里人们用过的6种不同的隐喻，以求解释人类的智能。 



据《圣经》记载，在最早的时候人类是由粘土或泥土造就的，智慧之神将他的灵魂融入造人的泥土中，这个灵魂至少在语法层面“解释”了我们智力的出处。






公元前3世纪，水利工程的诞生导致人类智能水力模型的流行，该模式认为人体内不同液体的流动（即“体液”）负责我们的生理和心理运作。这种水力的比喻持续了1600多年，一直阻碍着医学操作。



到了16世纪，人们设计出弹簧齿轮驱动的机器人，勒奈·笛卡尔等思想家先驱受到启发，断言人类是复杂的机器。17世纪，英国哲学家托马斯·霍布斯认为思考来源于大脑里微小的机械运动。到了18世纪，有关电学和化学的发现引发了人类智能的新理论，但本质上大半还是一种比喻。到了19世纪中叶，受通讯的最新进展启发，德国物理学家赫尔曼·冯·赫尔姆霍茨将大脑比作电报机。




笛卡尔《第一哲学沉思集：论上帝的存在和人的灵魂与肉体之间的实在区别》（1641）中解释大脑松果体的绘图



对比当时计算机和人脑的组成后，数学家约翰·冯·诺伊曼平静地说，人类神经系统的作用是“初步认定的数字形态”。



每种比喻都折射出那个时代最先进的思想。可以预见的是，20世纪40年代，电脑技术出现几年后，大脑被说成是像电脑一样运作。大脑自身扮演了物理硬件的角色，我们的思想就是软件。1951年心理学家乔治·米勒发表的《语言和交流》成为了现在被广泛称作“认知科学”的标志性事件。米勒提议说，可以通过使用信息理论、计算和语言学的理论来彻底地研究精神世界。




《电脑和大脑》（1958），约翰·冯·诺伊曼


这种想法在《电脑和大脑》（1958）中找到了最终的表达方式。数学家约翰·冯·诺伊曼平静地说，人类神经系统的作用是“初步认定的数字形态”。尽管他承认他对大脑在人类思考和记忆方面扮演的角色所知甚少，但他一一对比了当时计算机和人脑的组成。



受电脑技术和随后大脑研究进展的推进，旨在了解人类智能的多学科研究逐渐发展起来，这些研究牢牢地基于人类和电脑一样是信息处理器这种想法。现在已有上千名研究者致力于此，花费数十亿资金，创作出了一大批出版物，包括技术和符合主流的文章和书籍。 雷·库兹韦尔的《如何创造思维：揭开人类思想的秘密》（2013）一书举例说明了这个观点，他推测了大脑的“算法”，大脑如何“处理数据”，甚至是大脑的结构如何表面上类似于集成电路。



将人类智能比作信息处理的比喻现已控制了人们的思想，无论是在民间还是在科学界。就像在某些时代或文化中讨论人类智能行为时必须提及神灵，讨论人类智能行为时也必须用上这个比喻。今天信息处理这种比喻的正确性渐渐被认为是毋庸置疑的。



但是信息处理比喻毕竟也就是另一个比喻，是我们为了弄清楚不理解事物所讲的故事。和它之前的所有比喻一样，在某个时间点它也会被抛至一边。要么最终被另一个比喻替代，要么被真知取代。



就在一年前，我参观了世界上最负盛名的研究所之一。我“为难”了那里的研究者，让他们在不提及信息处理比喻的情况下描述人类智能行为。他们说不出。我在之后的邮件交流里再次礼貌地提到这个问题时，过了几个月他们仍回答不了。他们意识到了问题，也不认为这个“为难”是小事。但是他们也想不出另一个比喻。也就是说，信息处理这种比喻是“根深蒂固”的。它用语言和想法限制了我们的思维，我们无法避开这些有力的语言和想法来思考。



信息处理比喻的错误逻辑很容易说明。它是基于错误的演绎推理——两个合理的前提和一个错误的结论。合理前提1：所有电脑能够做出智能行为。合理前提2：所有电脑都是信息处理器。错误的结论：所有具有智能行为的事物都是信息处理器。







不用正式的语言，只是因为电脑是信息处理器，就认为人类肯定是信息处理器的观点是极其愚蠢的。当某一天信息处理这种比喻最终被抛弃了，历史学家认为这是必然趋势，就像我们现在觉得水力比隐喻和机械比喻很傻一样。



如果信息处理比喻真这么愚蠢，为什么它这么深得人心？是什么阻止我们把它抛至一边，就像我们会把挡在我们路上的树枝扔到一边？有没有不依靠脆弱的智力拐杖而理解人类智能的方法？长期极度依赖这个拐杖会让我们付出什么样的代价？毕竟信息处理比喻引导不同领域中众多研究者的写作和思考已经几十年。为此付出的代价是什么？



有一个课堂练习几年来我做了多次，一开始我让一名学生在教室前方的黑板上具体画出一美元纸币，“越具体越好”。学生画完后，我拿一张纸挡住了画作，再从钱包里抽出一张一美元纸币，并把它粘在黑板上，让那学生重画一次。他（她）完成后，我将第一幅图的挡纸撤掉，让全班同学对两幅图差异进行评论。



因为你可能从没有看过这样的展示，或者你可能想象不出结果，所以我让我研究所里的实习生吉尼·铉画了这样两幅画。这是她靠“记忆”画出的（注意这种比喻）：




这是她看过一美元纸币后画出的：

 
你可能和吉尼一样惊讶于结果，但是这个例子很典型。如你所见，和看过纸币的画相比，没看过纸币画出来的画简直让人不忍直视，即使吉尼已经看过不下一千次一美元纸币。



问题出在哪儿？在我们大脑的“记忆寄存器”中难道没有储存一美元纸币的标识吗？难道我们不能单单“检索”到它然后作画吗？



当然不能。有着一千年历史的神经科学无法找到人脑里一美元纸币的标识，原因很简单，大脑里根本就没有。


认为记忆被储存在神经元里的想法是荒唐的：那么在脑细胞里，记忆是怎样被储存的，又是被储存在哪里呢？


大量的大脑研究告诉我们，实际上大脑的绝大部分区域处理的是最为寻常的记忆任务。当涉及到强烈的情绪时，几百万的神经元会变得更加活跃。在2016年关于坠机幸存者的研究中，多伦多大学神经心理学家布莱恩·莱文和他同事发现，回忆坠机会增加幸存者乘客的“杏仁核、内侧颞叶、前后中线、视觉皮层”的神经活跃度。



几个科学家认为特定记忆被储存在个体神经元里的想法是荒唐的，这个断言将记忆问题上升到一个更具挑战的高度：如果真是这样，那么在脑细胞里，记忆是怎样被储存的，又是被储存在哪里呢？



没看过纸币的吉尼在画画时，她的大脑里发生了什么呢？如果吉尼以前从没有看过一美元纸币，她第一次画出的和第二次应该截然不同。既然她以前看过，从某种方式上她就有所变化了。特别是她的大脑变得能够让她想象出一美元纸币的样子——也就是重新体验看见一美元纸币，至少从一定程度上来说。



两幅图的差异提醒我们想象某物（即凭空想某物的样子）远不如真正看到某物那么准确。这就是为什么我们比起回忆更擅长识别。当我们回忆事物时（来自拉丁语，re是“再一次”，memorari是“留意”），我们需尝试着再经历一次；但当我们识别某物时，我们仅需意识到我们以前有过这个感知经历。



可能你对这个展示持反对观点。吉尼以前看过一美元纸币，但是她没有刻意去“记忆”这些细节。你可能会反驳，如果她努力去记了，即使没有对照纸币她也能画出第二张图来。但即使是这样，一美元纸币的图像也绝不能储存在吉尼的大脑里。她只是能更准确地画出一美元，就像一个钢琴家通过练习可以更熟练地弹奏协奏曲，而不用看着乐谱。



看过这个简单的练习，我们可以开始建立一个没有比喻的人类智能行为的理论框架。在这个理论里，大脑并不是完全空无一物，但是至少没有信息处理这类比喻的说法。



在世间生活的我们被许多经历改变了。特别注意以下三种经历：（1）我们观察到周围发生的事情（其他人的行为，音乐声，指引的说明，书上的文字，屏幕上的图像）；（2）我们接触到的非重要刺激物（如汽笛）和重要刺激物（如警车的出现）；（3）我们因某种表现而被惩罚或奖赏。



如果我们按照和这些经历契合的方式变化，就能够在生活里变得更加高效——比如说，如果现在我们可以背诵诗歌或唱歌，能够听从所给的指令，能像回应重要刺激物那样回应非重要刺激物不再犯被惩罚过的行为，多实施受奖励的行为。



尽管标题具有误导性，没人真的知道我们学会唱歌或背诗后大脑会如何变化。但是歌曲和诗都没有“储存”在大脑里，大脑只是以规则的方式发生变化，从而让我们在特定情况下唱歌背诗。当人要表演时，歌曲和诗绝不是从大脑中被“调取”出来，就像我在桌上轻敲手指时，手指动作也不是从大脑里“调取”的。我们只是在唱歌背诗——没必要检索大脑。



几年前，我问哥伦比亚大学的神经科学家埃里克·坎德尔——他因发现海兔（一种海洋蜗牛）神经突触里发生的化学变化而获得诺贝尔奖——还要多久我们才能明白人类记忆的工作原理。他迅速回答我：“100年。”我并无意问他是否他认为信息处理比喻延缓了神经科学的发展，但是一些神经科学家确实开始思考这个以前不予考虑的问题——这个比喻并不是不可或缺的。



少数认知科学家——特别是辛辛那提大学的安东尼·切么罗，他著有《激进的典型认知科学》（2009）——现已完全反对人类大脑像电脑一样运作的观点。主流观点是我们和电脑一样，通过对思维活动进行计算来理解世界。但是切么罗和其他科学家描述了另一种理解智能行为的方式——生物和世界直接交流。



在体现信息处理观点和关于人类功能的“反表征”观点之间巨大差别的例子中，我最喜欢的是1995年亚利桑那州立大学的迈克尔·麦克贝思和他的同事在《科学》杂志上发表的一篇论文该论文完美说明了棒球运动员如何接球的方式（www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7725104）。信息处理观点需要运动员预估球飞行的各种初始条件——打击力度，飞行轨道的角度等等——然后创造并分析球可能运动路线的内部模式，再用那个模式不断及时指导并调整身体运动以求拦截住球。







上面两张图是个LOT（线性光学轨迹）模型。这个模型说明了外野手是如何通过调整自己的奔跑轨迹，来抵消棒球运行轨迹的曲率对自己的观察造成的影响，从而实现了对棒球位置的实时把控。这使得在外野手眼中，棒球的运动轨迹从一条曲线变成了直线，简化了棒球和外野手的视觉关系。


如果我们能像电脑一样运作当然甚好，但是麦克贝斯和他的同事做出了更简单的解释：要想接住球，运动员只需要跟着球移动，让它和本垒以及周围环境保持视觉关系（术语上是“线性光学轨迹”）。这可能听起来很复杂，但实际上极其简单，完全不涉及计算、表征和算法。


我们永远不需要担心人脑在虚拟空间中变得恣意横行，我们也永远无法通过下载获得永生。


英国利兹贝克特大学有两位态度坚决的心理学教授——安德鲁·威尔逊和萨卜雷娜·葛龙卡。他们和棒球例子一样被看作完全理性地抛开了信息处理的框架。他们多年来在博客上发声，呼吁采用“更有条理更自然的方式来对待人类行为的科学研究”，这和主流认知神经科学的方法有分歧。但这远非一场运动；主流认知科学仍不加批判地深陷在信息处理比喻的泥沼里。一些世界上最有影响力的思想家基于这个比喻的正确性对人类的未来做出了大胆的预测。



预测一：预测者有未来学家库兹韦尔、物理学家史蒂芬·霍金、神经科学家兰德尔·科隆等。他们认为因为人类的意识理应像电脑软件一样，很快就可以将人的内心世界下载至电脑上。在电脑的回路里我们将变得无比强大、智力超群，更有可能长生不老。这个理念催生了反乌托邦电影《超验骇客》的情节。主演约翰尼·德普就是库兹韦尔式的科学家，他的思维被下载到了电脑上，给人类带来灾难性的后果。





反乌托邦电影《超验骇客》（2014）中，约翰尼·德普就是库兹韦尔式的科学家，他的思维被下载到了电脑上


幸运的是，因为信息处理的比喻完全不正确，我们永远不需要担心人的头脑在虚拟空间中变得恣意横行，我们也永远无法通过下载获得永生。这不仅是因为大脑中没有意识软件，还存在着一个更深层的问题——我们把它叫做独一无二的问题。这个问题既鼓舞人心又让人沮丧。






因为大脑中既没有“记忆库”，也没有刺激物的“标识”，而且我们在世上行事只需大脑按照我们的经历有序地变化，所以没有理由相信任意两个人会被相同的经历按同样的方式改变。如果你我听同一场音乐会，我听贝多芬第五协奏曲时大脑里发生的变化和你脑中的肯定全然不同。无论那些变化是什么，都是建立在独特的已有神经结构上的，而每个结构都是由一生的独特经历发展而来。





英国心理学家弗雷德里克·巴特莱特（1886-1969），认知心理学的先驱者之一。不过，巴特莱特认为他的认知心理学研究，特别是记忆，是运用社会心理学最近的发展成果将他的概念个性化，从而进行研究。


正如弗雷德里克·巴特莱特在他的书《记起》（1932）里所言，这就是为什么没有两个人会以相同的方式复述听到的同一个故事，也是为什么时间越久他们叙述的故事就会相差得越大。那个故事没有形成“副本”，而每个人听到故事后在一定程度上都发生了改变——这种改变使他们在之后（在一些情况下，巴特莱特给他们读完故事后的几天或几个月）被别人问起这个故事时，可以一定程度上再现听故事的经历，尽管效果不太好（见上面第一幅画一美元纸币的图）。



我认为这十分鼓舞人心，因为它意味着我们每个人是真正独一无二的，不只是我们的基因构造，甚至是我们的大脑随着时间变化的方式。但这也令人沮丧，因为它让神经科学家的工作变得超乎想象得吓人。任意既定的经历里，由于每个大脑里变化模式不同，有序的变化可能涉及一千个、一百万个神经元，甚至整个大脑。



更糟糕的是，即使我们能够捕捉到大脑里860亿个神经元，然后在电脑里刺激这些神经元的状态，这个巨大的模型一旦脱离了制造出它的大脑将没有任何意义。这可能是信息处理的比喻扭曲我们有关人类运作的想法的最坏方式。然而大脑确实储存数据的确切备份，即那些即使大脑不运作了也可以长期不变化的备份。只要大脑活着，它就保存着我们的智能。实际上大脑没有开关。要么大脑继续运作，要么我们就会消失。另外，正如神经科学家史蒂文·罗斯在《大脑的未来》（2005）一书中指出的，大脑当下状态的捕捉也可能是无意义的，除非我们知道大脑主人的整个人生历史——可能甚至还需要知道他或她生活的社会背景。



想想这个问题有多困难。即使要理解人脑如何维持人类智能的基础道理，我们可能不仅要知道所有860亿神经元和它们100万亿互连物当下的状态，还有它们连接时不同的强度；不仅要知道每个连接点上1000多个蛋白质的情况，还需要知道大脑实时活动如何保持系统的完整性。大脑的独特性也增加了困难程度，部分因为每个人人生历史的独特性。坎德尔的预言开始听起来过于乐观（神经学家肯尼斯·米勒最近在《纽约时报》一则专栏里提出，仅仅要理清神经的基本联系人类都还需要“几个世纪”）。




欧盟斥资13亿美元的“人类大脑工程”（HBP）


同时，大量经费投入了大脑研究项目中，一些情况下研究基于错误的观点，因此无法自圆其说。最近《科学美国人》的一篇报道（www.scientificamerican.com/article/why-the-human-brain-project-went-wrong-and-how-to-fix-it/）记录了神经科学领域的骇人事例——欧盟在2013年为“人类大脑工程”注资13亿美元。亨利·马克拉姆声称自己能于2023年在超级计算机上创造出整个人脑的模型，这种模型将革新老年痴呆症和其他疾病的治疗。欧盟官员被魅力四射的马克拉姆说服，全力资助了他的项目。还没满两年，该项目就变成了“大脑短路”，马克拉姆本人也被迫辞职（io9.gizmodo.com/europes-1-6-billion-human-brain-project-is-on-the-verg-1602991993）。



我们是生物，不是电脑。忘了错误的观点吧。让我们继续尝试理解自我，不要被不必要的智力包袱所拖累。将人脑比作计算机这种观点已经盛行了半个世纪，几乎没有带来任何深刻的见解。我们是时候按下删除键了。
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