神经世界和真实世界

脑功能最精彩但也最困扰人的问题是，它涉及真实世界的客观实在和被脑所反映的神经世界的主观觉察（awareness）之间的关系。脑的神智功能是个说不完的话题，也是脑研究中最困难的问题，其所以困难是因为问题涉及客观的现实世界与脑内世界这两个世界之间的关系。神智功能虽是一个脑研究的课题，但它涉及哲学上对客观事物的基本看法，所以值得特别介绍［6］。

此问题看起来简单，实际却不那么简单。至少神智（脑）的某些内部代表（internal representation）并不与被它代表的外界实在相似。例如，人主观上产生热或红的感觉，但外界实在是平均动能（热）、电磁反射系数（reflectance）（红，颜色）。前人的做法是把客观和主观两者区分开来，例如形状和运动是客观的真实特征，热和颜色则是主观的特征。然而这种思考问题的方法很不通顺。对认知神经生物学的挑战是，如何概括地特征化（characterize）脑的模型与真实世界之间的关系。多数脑科学家提出，脑发展了高维度的图像代表，其内部距离间的相互关系对应于真实世界分类结构的类似相互关系［6］。有的科学家则提出了“局域描绘语义学”（domain-portrayal semantics）假说。这个假说提出，初级代表的相互关系在作为整体的高维度图像中以及在类型/因果性局域（categorical/causal domain）中，都依然存在［6］。

脑一定构建了许多模型，例如身体的模型、身体以外世界的模型、脑本身活性的模型。这里所谓“模型”是指一个组构起来的代表方案（organized representational scheme），它是相对不太严格的。以身体为例，身体可以在几个方面被代表——躯体感觉和运动方面以及内环境方面，后者包括各种驱动（drive）、二氧化碳（CO2）浓度水平及血压水平等。外部世界的代表可能锚定于一个计算平台，该计算平台的组构被用来预见一些特性，例如存在于一定时空中对象的可食性（edibility）、友善性（congeniality）、敌意（hostility）等。运动计划由仿真器（emulator）执行，仿真器模拟环境中的身体，以便在运动实施之前预测运动的后果。某些神经活性还可以代表另一些神经活性，例如内态感（feeling）包括疼痛、恐惧、疲劳；有些则代表感觉状态，例如外界客观物体（例如一只蜜蜂）与个体之间的相遇（叮咬我）。按照A. Damasio的看法，存在于外部世界与身体之间的这种因果性相互作用之基本代表，承担（anchor）了意识性的自我代表——也就是说，作为内在自我（self-as-inner）与作为外在世界（world-as-outer）的意识性自我代表。至于在正常情况下各种内部模型之间有何等程度的整合，以及模型内部和不同模型之间又如何实现整合，这些都是未解决的问题。当然从用户的观点看，脑在内在自我和外部世界之间建构了区别，那是不言而喻的。脑并没有涉及外部世界模型活动的内省性代表，但它对于疼痛、生理需要、情绪等是有内省性代表的［6］。

这是一个初步近似的看法。这样的理论“卡通”（cartoon）仅是一种概念性平台，却被许多认知科学家和神经科学家想当然地认同，或者含蓄地或者明确地。勾画一个理论轮廓的目的在于，使得主要的承载片段容易被看清，因为可视化将会帮助我们进行探索，看看这个框架会带来什么后果，它能否组成一个有连贯性的方案；而且会让人看出，哪些部分从根本上说来是不完整的，或者某些部分可能完全是被误解的［6］。

这些问题并不是做一两个关键性实验就能够回答的。当前在脑科学发展的早期，有些问题可能是完全无法回答的。但是这些问题值得提出，因为被掩盖在其背后的假说可能最终会被证明是有问题的。此外，这类假设虽然已在幕后存在了很长时间，但也可能驱使我们做一些实验性的研究。它们不可避免地会在建立和检验假设方面起相当作用。最后，除非偶然地被推到前台，原来的那些背景假说会被认作当然的，例如“上帝创造”、“决无问题的真理”等。那不是一件好事情，在任何科学中教条都是不可取的，尤其在年轻的科学如解释脑功能和组构之基本原理的神经科学中就更是如此［6］。

值得一提的是，我们如何理解这样一种关系——世界的脑模型与世界本身之间的关系。特别是，相对于被脑所代表的物体而言，我们能够从脑代表的准确性学到些什么？这个领域里存在着一大堆相互关联的问题，所以很有意义的是，从中提炼出最棘手的问题，做进一步剖析［6］。

按一般的聪明才智就可以理解，由脑所代表的某些特性在真实的世界里并不真正存在，这些特性仅仅是脑活动的产物而已，典型的例子就是颜色、气味、声音。人们可以争辩说，薄荷油的味道是当特定分子引起嗅上皮细胞受体去极化，而由脑创造出来的。这些分子对于另一些动物的脑，可以是无关痛痒的。虽然分子存在于外部世界，但是气味本身并不存在于外部世界。类似的争辩还可以举出一些。某些特征例如质量、运动、时空关系等，它们在真实世界里是真实存在的，而我们脑的代表与它们很相类似。因此，后面这些客观存在被称为“初级性质”（primary quality），而前面说的嗅觉、颜色等则是“次级性质”（secondary quality）。次级性质是由初级性质在神经系统中引起的［6］。

天文学家伽利略（G. Galileo，1564—1642）可能是历史上提出有这种区别存在的第一人。当时他的目的是想阐明一个事实：真实世界可能并非正好跟我们经验中出现的那个世界一样。伽利略的假说是由“热”现象引发的。他推理说，实际上热可能是一种微小“颗粒”，即原子运动，如同古希腊哲学家德谟克利特（Democritus，460BC—370BC）所想象的那样。伽利略感到震惊，热并不是按照这个方式被感受到的。热的感觉似乎与已知的任何东西的运动无关。为了解释为什么表现并不类似于实际，他认为，颗粒运动开启了体内的某种因果关系过程，而此过程引起某些稍稍不同的事情，这就使我们感觉到热［6］。

在科学上知道了表观和实际存在之间这样或那样的差别以后，一些思想家如洛克（J. Locke，1632—1704）提出了普遍性的区别：一方面是真正世界的特征（初级性质），另一方面是脑构建的特征（次级性质）。类似于初级、次级区别的说法，还经常会在讨论上述理论框架的时候冒出来。虽然乍一看很有道理，但这个区别埋下了自我毁灭的种子［6］。

这个区别给了初级性质一个特权，说它是完全真实的，即具有不依赖于脑的真实性，它的出现不需要代表。如果说，颜色和嗅觉所代表的是脑对某些外界刺激的因果性关系反应，那么空间代表和运动代表也应该如此。脑不能将外部世界的代表与外部世界本身直接进行比较，如同我们比较舞台上的巫师与幕布后的人那样［6］。

可以肯定的是，仪器能给脑提供进一步的数据，就像伽利略那个聪明的热膨胀温度计向他提供热的资料那样。但是仪器所提供的资料需要人来观察，需要以理论为基础加以解释，这两者都需要经过代表模型的透镜过滤。因此，所谓“客观”的仪器测量也并非可以用来区分初级和次级性质的一般性方法［6］。

于是产生了两难困境：如果“内部-我”和“外部-世界”的区别是在脑的代表模型中建构的，那么由脑建立起来的特征和真正世界的特征这两者的基础是什么呢？为什么我们还要相信初级特征能够准确地特征化真正的实体，而次级特征仅是脑与实体互动的一种代表性加工？［6］

哲学家贝克莱（G. Berkeley，1685—1753）认识到，支持次级性质是由神智所创造的那种论点，将使我们沿着一个非常滑的斜坡面下滑（图1-1）。一旦走在斜坡上人们就会发现，你必须滑到下一步：所谓初级性质如同次级性质一样，都不过是由神智所创造、对真实世界的反应而已，而其真实本性我们是不可能知道的。在滑梯的底部是一个命题：所谓的外部世界，究其实质，也就仅仅是“我”对外部世界的概念。所以，唯一存在的东西也就是概念而已。此外，表观上的“我”的物理脑，也一定是一个概念，仅此而已。在此情况下，真正存在的仅有非物质的神智而已，它是一大堆的概念。按照经典的看法，此观点即所谓的“唯心论”——等待在滑梯底部的正是它［6］。

图1-1　滑向唯心论的滑梯

滑梯是从看起来初级和次级性质存在区别这样一种认识开始的。坐在滑梯最高处的是伽利略，他最先设想了这一区别，因为他碰到一个困惑，即热作为一种主观经验和热作为存在于世界的客观性质，这两者是不同的。洛克有类似的考虑，并进一步探讨了两者的区别。他看到了面前的滑梯，但是并不太担心。康德（I. Kant，1724—1805，德国哲学家）力图保持在滑梯上不滑下去。贝克莱确信，下滑是唯一的逻辑救助。黑格尔（G. W. F. Hegel，1770—1831，德国哲学家）则是一个彻底的唯心论者。（图引自［6］）

对唯心论的一个明显、基本的反对意见是，唯心论不能解释外部世界在观念上的连贯性及规则性，甚至不能解释唯心论者自己的神智生活。即使最简单的规则性也会成为无法解释的，例如把一个物体抛到空中，物体会有规则地朝地面掉下来；干燥的木材会合规则地燃烧；水能够可靠地灭火等［6］。

唯心论者也不能够说明科学在证伪（falsification）当中取得的进展，被科学证伪的命题，例如“疟疾是由坏空气引起的”，“地球是扁平的”，“地球是不运动的”，等等。对唯心论来讲，在推动接近客观实在的本性方面，证伪没有什么特别之处。在那里只有概念，然后是更多的概念［6］。

更一般地说，唯心论不能够解释科学上的壮观发展，这些发展证伪了那些直觉上容易接受的概念（例如“热是一种液体”），而用解释上更强有力、但并不明显的理论取代了它们，例如原子理论、统计力学和进化生物学等。具有讽刺意义的是，正是那些激起伽利略、洛克等来寻找外表-真实之间区别的认识论进展，顽强地抵御了唯心论的进攻。最后，令唯心论者尴尬的是，脑科学正在取得进展，可以解释为什么一些现象有时候会不同于事物真正应该是的那样，例如为什么一根直的铅笔泡在水里看起来变弯了（图1-2），为什么同等的两个灰色方块似乎会有不同的亮度（图1-3），为什么当圆月亮刚升起的时候比它已经升到头顶上的时候看起来要大一些。换句话说，种种证据越来越多地支持了一种观点，即科学可以通过更多、更系统的细节方面来解释神智特征，将神智作为物理的事物（神经系统）来解释，而唯心论者的程序只不过待在原处张牙舞爪而已［6］。

图1-2　折射错觉

当铅笔进入水中的时候，它似乎有一个弯曲。这个现象可以由水介质的折射特征来解释。（图引自［6］）

图1-3　亮度错觉

标记着A和B的方块，如果用亮度计来测，实际上其灰度完全相等，两处方块具有同等亮度。但是人看起来，B比A要亮得多。这是因为脑配置了一个假说，即光线来自柱子的右侧后面，而B处在其阴影之下；另一方面，跳棋棋盘的两种交替方块格子分别有各自同等恒定的灰度。这样脑就构筑了一个视觉经验：假如B不在阴影下，它会是跳棋棋盘型式（pattern）中亮度较大的一部分。（图引自［6］）

摆在我们面前的认识论问题是，如何富有创造性地讨论代表模型与那个被模型化了的世界，以及两者之间的相互关系。有一个反应是用伽利略之前的那种决断，回避整个混乱的态度，即认定我们正是准确地觉察到了真正的实在。换句话说，我们避开那个初级、次级的区分而且勇敢地声称，在表现和实在之间有完美的匹配。这是一种“天真实在论”，事实证明这种看法是不成功的，因为它对许多现代知识抱着似是而非的无知，包括对物理学、天文学、生物学和化学等。此外，它也忽略了越来越多地从认知科学及神经科学方面搜集到的证据，这些证据涉及脑的创造性过程。例如，那种歧义的图像可以看成不同的对象，尽管刺激并无改变（图1-4）。三维深度视觉可以有规则地从二维视网膜系列中建构起来（图1-5）［6］。

图1-4　模棱两可的图形

这幅图像包含9个区域，它们可以统一看成为人的一张脸，也可以分别看成为背景图案的一部分。例如，老人的耳朵可以看成为一个女人的上半身，老人的鼻子是另一个男人的右上臂和肩膀。此图在两种不同的解释之间并不是完全中性的，但是对老人大侧面（large profile）引人注目的知觉却显示了强有力的、自上而下的加工过程，它战胜了关于结构和立体深度的信息。（图引自［6］）

图1-5　立体观测中的主观效应（彩图见图版此处）

仅圆圈中的一段线真正是蓝的，其他都是黑或白的，但我们会看到单独的一片蓝，它在黑圆圈之上具有清楚的形状。这既演示了霓虹灯光扩散，也演示了主观图形的构建。左侧和右侧的图像是立体投影的一对光学影像，观察者可在主观上把它们融合起来，使之成为一个具有深度的成像（交互融合）。这样，蓝色片曲线的主观轮廓会伸展到空间，朝向观察者。（图引自［6］）

与天真实在论相反，那种认为在实在和代表（representation）之间有着完美匹配的结论是站不住脚的。通过开拓当前科学，有可能找到一个合理的解决方案，建构一个最可能的相互关系理论，例如脑和世界之间的通信［6］。

神经系统的代表模型有可能大致上像一幅图像，图像内部的抽象相互关系描绘着外部世界不同类别的相互关系。可用来进行粗糙和低维度类比的是一张城市道路交通图。在那张图中，一条路和另一条路之间的真实空间相互关系用纸质图上的线条作为代表。如同道路图有不同程度的真实性和细致程度一样，外部世界图的脑模型也以不同程度的可靠性和精细度来描绘外在世界的分类和因果关系结构。青蛙的脑与大乌鸦的脑相比，前者描绘了外部世界的少数几个分类和结构的区别；婴儿的脑与成人相比，前者描绘了外部世界较少的分类结构；科学未发达以前的人脑与经过科学训练的人脑相比，前者描绘了比较少的外部世界分类结构。也应当注意一点，如同面积图聚焦于所感兴趣的特定性质一样，脑所描绘的一般应该是跟有机体生存有关的某些特征，即“与我有关”特征。与二维纸质图不同，神经系统里面的代表模型应该是多维度的、很可能是高维度的图像［6］。

代表某些非自我中心的、持久存在于客体空间-时间中的客体及结构的那种高层次规律性的脑，会拥有强的代表性工具，可以用这些工具来探测和发现更多关于外部世界类型及因果结构的情况。神经系统可以利用外在工具例如显微镜和望远镜，来延伸自己的预测能力，扩展自己视野下的因果结构范围。神经系统可以发明或配置理论工具，提出种种看法，例如“化合价”、“比重”、“基因”，还可以把范围扩展到更远。那种用脑把社会群体知识梳理过的生物，可在众多个体中拓展知识的分布，从而节省单个个体必须知道的东西。其神经系统也使他们便于把新知识存储于后代、人为事物或者社会制度，这样就能够经过许多世代来修正和改进他们的内部图像［6］。

因此从广义上讲，科学对于伽利略的问题提供了具有普遍性的答案。伽利略的问题是：我们可以从什么样的认识论了解中，得到外表与实在的区别？为了提供更加详细的回答，我们必须好好地查考一下科学发现的历史［6］。

可以从最简单例子开始，例如计算显示，月亮不止地面上一个车库那么大小，它所在的位置可能比云层还要高；为什么霓虹灯颜色的扩展是一种错觉；为什么我们认为疟疾是由镰状疟原虫（Plasmodium falciparum）引起的，它的传播是通过雌性蚊子叮咬，穿刺我们皮肤。我们还可以接着往下思考，了解拉瓦锡（A.-L. de Lavoisier，1743—1794）的实验。他的实验发现，在燃烧过程中所谓“脱燃素气”（de-phlogisticated air，即氧）快速地与木块中的物质相结合，而不是从木块中吸出某些燃素（phlogiston）。然后我们可以进一步看到，由牛顿精心制作的运动定律以及它的预见性、解释性的革命观点。我们还可以再进到爱因斯坦狭义相对论的观点，进到近代脑科学的发展。了解这么多的科学及科学史，将有助于我们体会一个原理：科学在向前运动，它勾画了外部世界的分类及因果关系结构［6］。

如同理性没有算法规则一样，科学进步也没有算法规则，不过还是有一些指导性的原型及有用的规则，不妨列举若干：①观察；②思考；③试验；④不要教条化，也不要轻易改变你的想法；⑤不要被常规束缚，但也不要轻易抛弃它们；⑥应用统计学工具，但不要认为好的理论仅仅从统计学分析中就可以浮现出来，等等［6］。

最后，我们希望对神经机制了解得更详细一点，常识和科学都将通过这些机制来发展一致的代表模型；还希望了解，从神经方面看“连贯性”意味着什么。同时我们会开始发觉，“模型与外部世界的同型性”（isomorphism）这种隐喻，如何能够达到非隐喻性的程度［6］。