什么是捆绑问题？

什么是捆绑？自从1981年von der Malsburg最初构想“捆绑问题”，并把它作为一个理论问题以来，它吸引了许多学科研究人员的注意，包括心理学、神经科学、计算模型，甚至哲学。虽然这个问题在这些领域中占有显著地位，但是捆绑的意义很难搞得清楚。这里将简单回顾并讨论有关捆绑的许多问题［5］。

标准的捆绑例子是当初在1961年由F. Rosenblatt提出来的。这个例子提到，视觉的某一特征例如物体形状，一定要正确地关联到另一特征，例如它的位置，这样才能提供整合的、统一化的物体的代表。当有更多视觉物体存在的时候，如此清楚的关联或“捆绑”变得特别重要。为了避免不正确的、归属于不同物体特征的组合，这种情况通常被称为虚幻结合（illusory conjunction）。有相当多的心理学证据表明，存在着虚幻结合的问题。这提示，对脑来说，在某些情况下捆绑确实是一个问题。此外，根据神经解剖学和神经生理学的证据，视觉系统的信息加工流动方向是分离的，因此一些特征性的维度，例如颜色、运动、位置及物体身份，它们是在不同的脑区被加工的。应该注意，解剖学加工信息流动的早期特征化（characterization），强调了它们的分离性，但是最近有越来越多的研究显示，脑区间有高度的干扰，并且有更多的证据表明，存在对于维度的敏感性，除了在多个脑区中选择某个脑区以外。这样看来，虽然神经解剖学信息对于了解脑的加工过程和形成代表是关键性的，但是我们当前的神经解剖学知识不应限制我们认识捆绑问题及其解答［5］。

这里的“问题”（problem）采用单数形式，提示捆绑是一个完整的单一问题（unitary problem）。但事实上，捆绑问题是一类问题。讨论捆绑时，某些含糊不清可能源于这样一些事实：同一名词被不同的人用来描述不同的现象。除视觉捆绑了所有视觉的空间信息之外，捆绑信息也可能牵涉不同类型的特征，可以捆绑不同皮层脑空间的神经信号，捆绑可以发生在不同的感觉模式之间。例如，可能需要听觉捆绑来区分嘈杂背景中单个发音的声音；为了解释物体运动，需要经过时间的捆绑；要把球撞球拍的声音和视觉的知觉形象联系起来，需要多感觉模式的捆绑。这两者都是作为单个事件的一个方面不费力气地被觉察的。我们将称这类问题为知觉捆绑问题，因为它们牵涉知觉形象各方面的统一化。此外，还有认知捆绑的问题：包括一个概念与一个知觉形象相关联，例如把关于苹果的视觉代表与所有关于苹果的语义知识关联起来，比方是可吃的，有什么味道，可以用在馅饼里，等等；包括跨越感觉模式的鉴定，例如能够确定一个项目，它以前仅仅是被感觉到的；包括在记忆里面加以重组，例如联系到以前编码的信息，形成一个结构或统一的代表等。虽然这种知觉/认知上的区别有点人为，但这是用来表明一个事实，即捆绑可以发生在许多不同形式的脑加工过程当中。下面所回顾的捆绑问题，主要聚焦于视觉捆绑问题。对于被研究的特定问题的性质如何，我们力求搞得越清楚越好，因为虽然多数不同型式的捆绑问题有可能用同一机制加以解决，但这仅是一个非常省力的假说而已。最终看来，这是一个经验性的问题［5］。

在问题的另一面，值得回忆的是，有些事情复杂到如同捆绑这样一个非常大的问题，很可能没有一个机制性的单一答案。这里所提出捆绑问题的种种潜在机制提示，它们可能并不是互相排斥的。脑内有充裕的加工信息空间，可以容纳注意的、时间的以及组合性的编码机制，可能还有其他尚不知道的机制参与其中［5］。

有两种类型的情况表明，捆绑是一个问题。第一个情况是脑在捆绑上会发生困难。这种困难可以发生在正常的脑，当由于时间或容量的限制而导致错误，例如错觉连接（illusory conjunction）；也可能发生在受损伤的脑。缺陷出来了，那就说明捆绑对于某些正常认知操作是关键性需要的。例如在Balint综合征(4)中，双侧顶叶损伤引起综合图画失认症（simultagnosia）。这个症状的表现是，在同一时间内不能觉察一个以上物体。其他实验显示，传导通路之间出现了预计不到的分离。例如有报道，在视觉为知觉及视觉为活动这两条传导通路之间出现了双重分离。病变局限于顶-枕叶皮层的病人，他虽然可以根据形状辨别物体，但不能够根据视知觉形象很好地把握物体；而腹侧皮层病变的病人不能进行辨别性作业，但能对刺激有良好反应，用适当的动作把刺激物抓住。在这种情况下不完全清楚的是，是否在正常通路之间发生了捆绑。然而类似的分离事实在脑未损伤的情况下没有看到过。这也提示，在通路之间共享了信息，而这可能是通过捆绑来完成的。这样看来，两类实验以及病理研究都表明，脑真正参与到某种操作中去了，这种操作负责合适的、联合的神经信号［5］。

对于捆绑，第二个情况是概念问题：即使在正确地捆绑信号的过程中，脑通常也并不出现什么问题。科学家仍然缺少了解，分布在不同神经放电型式中的信息，如何能够产生和谐、活泼的代表。因此，捆绑是一个我们尚不清楚而需要作出解释的问题［5］。

杂志上有好几篇文章详细地讨论了捆绑的可能机制。例如J. H. Reynolds和R. Desimone解释了，注意机制对于捆绑是不可或缺的，事实上有很多来自心理学和神经学的证据提示，注意是和捆绑密切联系的。C. M. Gray和W. Singer讨论了时间同步化（或者时间相关）如何可以用来捆绑神经元信号，而且描写了不利于和有利于时间捆绑的证据。他们根据神经科学的许多研究结果，把一些令人印象深刻的证据搬到前台，而且提供了有关神经编码的时间方面的展望，从细胞水平到系统水平。根据他们所提供的材料，清楚的是，脑内的神经振荡和信号同步化是存在的。神经元有这样的机制来处理这些信号，例如改变突触强度。然而，现在仅有一些提示性的而不是不容置疑的证据，这些信号可以用于捆绑，或它们对于脑功能起关键性作用。这些时间相关的提倡者们，特别小心谨慎地在他们的讨论中提出来，已有证据是符合的，但并不能够证明这个时间相关确实是应用于捆绑。而在另一个阵营，有作者对时间捆绑假说提出了非常尖锐的批评。他们争论说，时间信号没有这样的容量来编码捆绑关系。还有其他作者提出，在知觉捆绑中可以设计实验，帮助我们或者建立或者破坏时间同步，当然正确地完成这些实验可能是一个很大挑战［5］。

但也有人争论说，事实上没有捆绑这个问题。他们认为，经典的、有层次性的神经元编码可以一直追溯到Hubel和Weisel。神经元可以编码组合性信息来解决知觉问题，而并不需要引起组合性的爆炸。有人声称，至少一群特异细胞就可以有强有力的时间相关，可以支持丰富的代表；但是他们又提出，还没有可能用单元代表来进行解释，因此某些形式的捆绑一定是存在的。也有人不讨论这个大问题，但他们描述了一个模型，作为一个可能的证明，说明组合性编码已经足够满足对象的认知。他们的模型利用了中等数目的宽广调谐神经元，让它们来实施认知作业，结果是成功的，即使处于存在着其他物体的条件下。虽然它们的模型与已知的神经生理学资料符合，但还需要看一看，是否扩展的模型可以处理各种各样的、不同复杂性的刺激，而这些是我们的脑每天都要接触的。此外，此模型对于物体辨认的尺度是：一个调谐的单位对于为之调谐的物体比起对于一个分心物，反应会更大一些。如果能够看一看，当单位的数目和分散的数目增加时，作业实施的鲁棒性将会怎样，那将是很有意思的［5］。

有人提出了特别重要的两个问题，增加了讨论问题的前景。第一是脑功能的灵活性，这使得讨论离开了网络模型的模式；第二是，不论捆绑神经信号的机制是什么，学习或可塑性一定是基本成分。虽然模型的目标通常是模拟脑能够实行的简单作业，但脑的“目标”是要能够掌握、处理可能遇到的更复杂的刺激或情况。这就是说，模型太简单了。所以，Rosenblat在1961年关于捆绑问题的解答表明了一点，解决任何一个已知问题是比较直截了当的，可能并不需要时间捆绑那样一种复杂机制。然而，当试图建立一个更加一般性目标的模型时，困难就出来了。例如，组合性爆炸及个体发生因素，到这里，捆绑就变成显然必要的了。到底M. Riesenhuber和T. Poggio的模型能够普遍化到什么程度？它是否可以成为除认知以外其他视觉作业的框架？这类神经网络有多少可以变通，其灵活性如何？在分等级以及作业特异性等问题上进行透彻的考察以前，现在还很难说，这样的模型能够在多大程度上应用于脑功能［5］。

有作者指出，对于捆绑假说来讲，可能最基本的问题是：即使假定时间编码是信号传送的载体，而神经元群体又应当是捆绑在一起的，这个理论也没有合适地探讨一下，这些组合是如何计算的。从某种意义上说，捆绑问题又被推回一个水平，因为一定要解决这样一个问题，即使部分地解决，即缺少必要的时间相关。具有合适感受野特征及解剖学连接的神经元是否就是产生相关联信号的充分基础？在建立合适同步化的过程当中，自上而下的连接起什么作用？这些问题都很难回答，而且很难用生物学的实际来进行模型化。在时间捆绑假说的输出方面也有类似问题：如果相关是捆绑信号，那么这些信号又是如何读出的？读出问题是神经科学中诸多令人困惑的和基本的问题之一。群体神经元放电是如何被另外一群神经元所解释、转换，从而导致判断、动作、知觉等的？这个问题最烦扰多数（即使不是所有）的脑功能模型，因为在建立模型时，是模型建造者把语义赋予了网络节点。有一个办法可以潜在地躲开此问题，那就是完成模型和世界之间的回路。这样一来，世界碰撞到网络，网络又作用于并影响着世界，从而通过作用就产生了语义［5］。

这些讨论提出了一个问题，可能是捆绑问题中最迷惑人的问题——意识问题。像神经放电这样一个最简单和最机械的现象，怎么能够叠加起来而成为主观内态感，成为自我？那些使得我们能够把正确的颜色、形状赋予物体的机制和那个导致现象经验单一性的机制，是不是同一个机制？捆绑问题的解答是否就是意识谜团问题的解答？我们不想过多地解释这一点，因为问题的回答可能需要很长的时间，虽然没有一个科学家在讨论捆绑问题时讨论到意识，但可以打赌，围绕捆绑问题的兴趣、激情和争论的很大一部分，是由于跟这个问题相关的问题太多［5］。