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大脑空空,它不是电脑——人类关于人类大脑的拙劣猜想

2019-11-20 20:07:07

你的大脑不处理信息、提取知识或储存记忆。简而言之:你的大脑不是电脑。

动画电影《大脑特勤局》截图

不管他们多么努力,大脑科学家和认知心理学家永远不会在大脑中找到贝多芬第五交响曲的副本,也找不到单词、图片、语法规则和任何其他类型的环境刺激。当然,人脑并不是真的空的,但它并不包含大多数人认为它应该包含的东西——甚至不包含像“记忆”这样的普通东西。

我们关于大脑的拙劣猜想由来已久,自从计算机在20世纪40年代发明以来,我们犯了更多的错误。半个多世纪以来,心理学家、语言学家、神经学家和其他研究人类行为的专家都声称人脑就像计算机。

为了意识到这个想法有多愚蠢,我们可以看看婴儿的大脑。多亏了进化,人类婴儿就像所有其他哺乳动物的新生儿一样,在出生前就准备好了与世界有效地互动。婴儿视力模糊,但他们特别注意脸部,能很快认出母亲的脸。与非语言声音相比,它更喜欢语言声音,并能区分基本声音。毫无疑问,我们生来就是为了建立社会关系。

健康的新生儿也有十几个反射——对某些对他们生存至关重要的刺激的现成反应。他们会把头转向擦在脸颊上的东西,吮吸放在嘴里的任何东西,在水中屏住呼吸,把东西紧紧地握在手中,甚至能达到自己的体重。最重要的是,新生儿生来就具有强大的学习机制,这使他们能够快速改变,并越来越有效地与他们的世界互动,即使这个世界与他们远古祖先面临的世界完全不同。

感觉、反射和学习机制——这些是我们天生的能力。仔细想想,仍然有许多这样的能力。如果我们出生时缺乏这些能力,我们的生存将变得特别困难。

但是下列东西不是我们固有的:信息、数据、规则、软件、知识、词汇、表示、算法、程序、模型、存储器、图像、处理器、子程序、编码器、解码器、符号或缓冲器。它们是使数字计算机显示一定程度智能的设计元素。我们生来不仅没有这些东西,我们也永远不会拥有它们。

我们没有存储单词和它们的使用规则;我们也不能创造视觉刺激的表征,把它们储存在短期记忆缓冲区,然后转移到长期记忆装置。我们不从记忆存储器中检索信息、图像或文字……所有这些都是计算机的能力,但不是生物能力。

所谓的计算机是一台计算和处理信息的机器——数字、字母、单词、公式、图像。信息必须首先被编码成计算机可以使用的格式,即由1和0(“比特”)组织的小块(“字节”)。在我的电脑上,每个字节包含8位。这些比特中的一个特定的块代表字母D,另一个代表字母O,另一个代表字母G。一幅图像——例如,我桌面上我的猫亨利的照片——由一个非常特殊的模块表示,该模块由一百万字节(“一兆字节”)组成,由一些特殊字符包围,告诉计算机我们期望的是一幅图像,而不是一个单词。

计算机的功能也是通过计算将这些模块从一个地方移动到另一个地方,并将它们放入蚀刻在电子元件上的不同物理存储区域。有时计算机会复制模块,或者以不同的方式改变模块——例如,我们可以纠正手稿中的错误或者润色照片。计算机在移动、复制和操作这些数据数组时遵循的规则也存储在其中。一组规则一起被称为“程序”或“算法”一组协同工作来帮助我们做一些事情(如购买股票或网上约会)的算法被称为“应用程序”——现在大多数人称之为“应用程序”。

请原谅我对计算机的介绍,但我必须说,计算机确实运行着世界的符号表示。它们确实存储和检索,进行序列处理,并且确实有物理内存。他们所做的一切都是由算法引导的,没有例外。

相反,人类不是——他们过去不是,将来也不会。鉴于这一事实,为什么这么多科学家仍然把我们的思维生活比作计算机?

人工智能专家乔治·扎卡达吉斯(George zarkadakis)于2015年发表了《在我们自己的形象中:救世主还是苔丝托耶》。艺术智能的历史和未来)列出了在过去2000年里,人们试图解释人类思维时使用的6种不同的隐喻。

最早的隐喻出现在《圣经》中:人类是由泥土或灰尘制成的,然后一位智慧的上帝将灵魂注入其中。这个灵魂“解释”了我们的智慧——至少在语法上。

公元前3世纪水利系统的发明导致了液压人类智能模型的普及,该模型认为人体内不同液体即体液的流动同时影响我们的生理和心理功能。这一水力学理论已持续了1600多年,一直阻碍着医学实践的发展。

16世纪,由弹簧和齿轮驱动的自动装置被发明出来,这最终启发了著名的思想家,如勒内·笛卡尔,他断言人类是一台复杂的机器。17世纪,英国哲学家托马斯·霍布斯提出,思维起源于大脑中微小的机械运动。到了18世纪,电学和化学的发现推动了人类智能的新理论——在很大程度上是隐喻性的。受19世纪中期通信技术进步的启发,德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹将大脑比作电报。

数学家约翰·冯·诺依曼(john von neumann)直言不讳地指出,人类神经系统的功能是“初步数字化”,并一次又一次地将当时的计算机组件与人脑组件进行类比。

每个隐喻都反映了那个时代最先进的思想。因此,可以预测,在20世纪40年代,计算机技术诞生几年后,大脑将被认为像计算机一样运行。大脑本身扮演着物理硬件的角色,而我们的思想扮演着软件的角色。心理学家乔治米勒在1951年发表了《语言与交流》,标志着广义的“认知科学”发展的一个里程碑。米勒指出,精神世界可以用信息论、计算和语言学的概念来严格研究。

这个想法在1958年出版的短篇小说《计算机和大脑》中得到了充分体现。数学家约翰·冯·诺依曼在这本书里直言不讳地指出,人类神经系统的功能是“初步数字化”。尽管他承认人们对大脑在推理和记忆中的作用知之甚少,但他仍然一遍又一遍地将当时的计算机组件与人脑的结构进行比较。

随后,随着计算机技术和大脑研究的进步,一项旨在理解人类智能的多学科研究雄心勃勃地发展起来。这项研究坚定地坚持“人脑和计算机是同一个信息处理器”的观点。到目前为止,成千上万的研究人员参与了这项研究,花费了数十亿美元,撰写了许多技术文章和主流文学作品。雷·库兹韦尔(Ray kurzweil)2013年出版的《如何创造一个心灵:人类思想揭示的秘密》一书就是这一观点的例证。这本书推测了大脑的“算法”、大脑如何“处理数据”,甚至大脑结构和集成电路之间的明显相似之处。

无论是在公众认知领域还是科学领域,人类智能信息处理的隐喻都是主导概念。事实上,任何关于人类智能行为的讨论都离不开这个隐喻,就像它离不开特定时代和文化中对灵魂或上帝的描述一样。知识产权隐喻的正确性在当今世界得到了认可。

然而,知识产权的隐喻毕竟只是一个隐喻--讲这个故事是为了给我们并不真正理解的事物赋予意义。像所有以前的隐喻一样,它肯定会在某个时候被丢弃——要么被另一个隐喻取代,要么最终被正确的知识取代。

就在一年多前,当我访问世界上最负盛名的研究机构之一时,我向那里的研究人员提出了一个挑战:在不涉及任何知识产权隐喻的情况下解释人类的智力行为。他们没有这样做,在随后的邮件交流中,我礼貌地再次问了这个问题。几个月后,他们仍然没有提供任何答案。他们看到了问题,并没有轻视挑战,但是他们仍然不能提供另一个选择。换句话说,知识产权的隐喻是"粘性的"--它阻碍了我们通过语言和思想进行思考,而语言和思想是如此强大,以至于我们不摆脱它就无法真正思考。

知识产权隐喻的逻辑错误很容易解释:它建立在错误的三段论基础上--一个有两个合理前提和一个错误结论的三段论。合理的前提#1:所有计算机都能智能工作。合理的前提#2:所有的计算机都是信息处理器。错误结论:所有能够智能操作的实体都是信息处理器。

我开玩笑的。仅仅因为计算机是信息处理器,就认为人类必须是信息处理器,这真是愚蠢。如果有一天知识产权的隐喻最终被抛弃,历史学家会认为它一定和我们现在对水力学和力学的看法一样愚蠢。

既然ip隐喻如此愚蠢,为什么它仍然如此难以摆脱?是什么阻止我们把它扫到一边,就像扫掉阻挡我们道路的树枝一样?有没有办法不依靠脆弱的智力拐杖来理解人类的智力?这么长时间依赖这种特殊的拐杖,我们付出了什么代价?几十年来,ip隐喻一直指导着许多领域的大量研究者的写作和思考。费用是多少?

这些年来,我在教室里做过多次同样的小测试。首先,我让一个学生在教室前面的黑板上画一张美元钞票的详细图片。我说,“越详细越好”。当学生们画完后,我用一张纸盖住这幅画,从钱包里拿出一美元,贴在黑板上,这样学生们就可以重复这个任务了。当他或她完成时,我撕掉先前的一块钱,让学生们对课堂上的差异发表意见。

因为你可能从未见过这样的演示,或者可能很难想象结果,我邀请金妮贤来画这两幅画。她是我学院的实习生之一。下面是她“凭记忆”拍的一张照片(注意这个比喻):

这是她后来在一张美元钞票上画的画:

金妮和你一样对这个结果感到惊讶,但这是一个非常典型的情况。正如你所看到的,在没有美元画的画和对照例子画的画之间有一个可怕的差距,尽管她已经看到了数千美元。

那么问题是什么呢?难道我们的大脑没有把美元“令牌”存储在“记忆寄存器”中吗?我们就不能“找回”它并用它来画画吗?

显然不是。在另一千年的神经科学研究中,人脑找不到一美元的存储图像。原因很简单,就是图像不存在。

记忆储存在单个神经元中的想法是荒谬的:记忆应该如何储存在细胞中,储存在哪里?

事实上,大量的大脑研究告诉我们,即使是最常见的记忆任务也经常涉及大脑的多个区域。当涉及强烈的情绪时,数百万神经元变得更加活跃。多伦多大学神经心理学家布赖恩·莱文和其他人在2016年对飞机失事幸存者的研究中发现,当回忆起飞机失事时,乘客的“杏仁核、内颞叶、前后中线和视觉皮层”增加了他们的神经活动。

一些科学家认为认为“特定的记忆以某种方式储存在单个神经元中”是荒谬的。更糟糕的是,这种观点只会将内存问题推向一个更具挑战性的层面:内存是如何存储以及存储在哪里的?

那么,如果金妮没有看美国的绘画账单,会发生什么呢?如果金妮以前从未见过一美元,她的第一张照片可能会和第二张完全不同。然而,由于以往的经验,情况有所改变。具体来说,她的大脑在某种程度上发生了变化,使她能够“想象”一张一美元的钞票——也就是说,至少在某种程度上,能够重新体验用自己的眼睛看到一美元钞票的感觉。

这两幅画的区别提醒我们,想象某物(即,当它不存在时看到它)远不如当它确实存在时看到它准确。这就是为什么我们更擅长识别而不是记忆。当我们重新成为某件事物的成员时(拉丁语词源是“再一次”);Memorari,“注意”),必须尝试完全重温这种经历;当我们意识到某事时,我们只需要意识到我们以前有过这样的感性体验。

也许你会质疑这个解释。金妮以前见过美元钞票,但她没有刻意“记住”细节。如果她这样做了,她可能不用钱就能画第二幅画。然而,即使在这种情况下,金妮的脑海里也没有储存任何美元的图像,但是更容易准确地画出来。就像通过练习一样,钢琴家在演奏协奏曲方面变得更加熟练,而不必每次都仔细理解乐谱。

通过这个简单的小实验,我们可以尝试构建一个没有隐喻的智能人类行为的理论框架——在这个理论中,大脑不是完全空的,但至少摆脱了知识产权隐喻的限制。

环游世界时,我们会被各种经历所改变。有三种经验值得注意:(1)我们观察周围发生的事情(他人的行为、音乐的声音、给我们的指示、页面上的文字、屏幕上的图像);(2)我们会接触到一些不重要的刺激(如警笛)和一些重要的刺激(如警车的出现);(3)我们因某些行为受到惩罚或奖励。

如果我们改善与这些经历的联系方式,我们的生活将变得更有效率——我们可以一次背一首诗或唱一首歌,我们可以严格遵循收到的指示,我们可以毫无歧视地对不太重要的刺激做出反应,我们可以避免会受到惩罚的行为,我们的行为可以得到更多的奖励...

事实上,这篇文章的标题是误导性的。没有人真正知道学习唱歌或背诵诗歌后大脑会发生什么。它只是有条不紊地变化着,这样我们就可以在特定的条件下唱歌或背诵,这首歌和这首诗都没有“储存”在里面。当被要求表演时,它们在任何意义上都不会从大脑的任何地方被“取回”,就像我用手指敲击桌子一样,我不需要“取回”我的手指运动。我们只是直接唱歌或背诵——没有必要搜索。

几年前,我问哥伦比亚大学的神经科学家埃里克·坎德尔(eric kandel),一位研究海兔学习后突触变化的诺贝尔奖获得者,我们需要多长时间才能理解人类记忆的工作机制。他很快回答,“100年了。”我没有问他是否认为知识产权的隐喻阻碍了神经科学的发展,但一些神经科学家确实开始思考曾经不可想象的事情——这一假设并非不可或缺。

一些认知科学家,尤其是辛辛那提大学的安东尼·奇美罗,《激进的认知科学》(2009年)的作者,现在完全反对人脑像电脑一样工作的观点。当前的主流观点是,像计算机一样,我们通过计算世界的心理表征来理解世界,但是奇美罗和其他科学家已经描述了理解智能行为的另一种方式——把它理解为有机体和外部世界之间的直接交互。

1995年,亚利桑那州立大学的迈克尔·麦克比思和他的科学同事发表了一篇论文,从知识产权隐喻和“去表征”的角度来看棒球运动员成功抓住飞球时人类机能的巨大差异,这是我最喜欢的解释之一。ip隐喻视角要求球员制定各种初始条件来估计球的飞行冲击力、轨迹角等。-然后创建和分析路径和运动轨迹的内部模型,并使用该模型连续引导和调整运动状态以成功拦截球。

如果我们真的像电脑一样运作,这是最好的主意。然而,迈克和他的同事们做了一个简单的解释:为了接球,球员只需要不断地在视觉上注意本垒板的位置和周围的环境,并保持移动(技术上来说,是一条直线光学轨迹)。这听起来可能很复杂,但实际上很简单。它根本不涉及计算、表示或算法。

永远不要担心人类的思想会在网络空间中任意运行,人类永远不会通过下载获得永生。

英国利兹贝克特大学的两位坚定的心理学教授安德鲁威尔逊和塞布丽娜戈洛宁卡(Sabrina Golonenka)将这个棒球例子纳入了许多简单而明智的观点,这些观点可以在知识产权框架之外理解。多年来,他们一直在写博客文章,讲述他们所谓的“一种对人类行为进行科学研究的更加连贯和自然的方法”...这与占主导地位的认知神经科学方法不一致”。然而,这还远没有改变:主流认知科学仍然不加批判地沉浸在知识产权的隐喻中,世界上最有影响力的思想家也对人类的未来做出了宏伟的预测——这些预测仍然基于知识产权隐喻的有效性。

未来学家库兹韦尔、物理学家斯蒂芬霍金和神经学家兰德尔科恩提出了一个预测:由于人类意识与计算机软件相似,在不久的将来,人类的思维有可能上传到计算机,在电路中,我们将拥有惊人的智力,甚至可能永生。这一概念推动了反乌托邦电影《超越》(2014)的情节发展,在这部电影中约翰尼·德普扮演一位库兹韦尔式的科学家,他的思想被上传到互联网上,给人类带来灾难性的后果。

幸运的是,由于ip之喻毫无道理,我们将永远不必担心人类的思想在网络空间中肆意妄为;遗憾的是,我们也永远无法通过上传实现永生。这不仅因为大脑中缺少意识软件,还因为一个更深层次的问题——让我们

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