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一:前言

前面一篇笔记里面已经说过,这一章节的讨论主题将是——简化论之别于整体论。但是实际上这个主题也是一个作为展开的素材(为别的主题做铺垫和引子),就像赋格本身一样,在简短的主题后面会进一步对主题旋律进行展开。当然前面关于“层次”的内容依然有提到,而且后面的很多论题,如果自始至终都保持着“层次”的概念来看待的话,很多问题就不会像表面上看起来那么难以理解了。
实际上简化论和整体论正是对应着之后将要展开的议题:“大脑的硬件是如何支持思维的?”我们知道作为形式的大脑可以以简化论来看待——也就是硬件层次:神经网络、左右半脑、下丘脑……大脑的各个部分和区域都可以分隔开来看待。然而当我们说到思维的时候,大脑就必须要以整体论来看待了——之前有些理论依然以简化论的方式来看待:哪些区域负责哪些思维。虽然在一部分上这些理论可以得到印证(而且后来不少还被推翻了),但是从整体上来看,很多问题却悬而未决。书里在这一章部分,对于大脑的大尺度和小尺度上进行了概览,并且对概念和神经行为的关系进行了一些推测性的讨论(这一个研究到今天还在进行,并且又有了一些小的收获——当然获得了更多的疑惑……)。
其实人工神经网络的概念并不是近年才有的(虽然对于公众认知领域,估计是最近几年才慢慢开始普及的),只不过技术上是在近年得到了一些进展而已。对于人工神经网络的概念,其实几乎是和人工智能研究本身差不多的时间就有了——人工智能早期的研究课题就有控制论和神经网络的内容,这一直是人工智能研究的一个方向之一。
这一篇章的对话可能对于读者来说有点乱,参与讨论的人物非常多:有阿基里斯、乌龟、螃蟹、食蚁兽。在开篇已经提到过侯世达在书中对于对话的写作,都会从技巧上对对话篇章对应的音乐载体进行模仿。这一篇对话模仿的是一个四声部赋格,那么出现的四个人物正好就可以对应四个声部。对话里面其实一直反复在暗示这种形式上的对应关系,因为他们四个人在对话的时候,多次提到他们正在听的那张唱片上的赋格中的对应技巧。(不过这确实让人看起来觉得很累),正因为形式上的严格对照,所以当作普通对话来看会觉得有点莫名其妙。
四个角色的对话开头基本上一字不差,但是在一些细节上稍有不同,这里就对应赋格主题从不同声部进入的形式。这里只提这一点,在早先的笔记里已经有详细介绍过赋格的形式,这里就不详细多说了。总之从形式上有所理解之后,这篇对话看起来就能轻松很多,不然废掉很多力气硬啃确实非常累。
在《蚂蚁赋格》的结尾,《前奏曲》中的主题又出现了,但是有意做了一些变形——这个主题内容就是关于“费马大定理”的内容。除了简化论、整体论和费马大定理之外,对话当中有一半的篇幅是在探讨蚁群的思维结构的内容。在对话里食蚁兽介绍了一位它的朋友“马姨”(书里就叫这名字),“马姨”是一个有意识地蚁群。通过整体论和简化论,阿基里斯他们从不同层次上对这个蚁群的思想过程进行了解构分析。我们可以看得出来,这里的蚁群正是用来在比喻大脑的。

二:《蚂蚁赋格》——四声部赋格

对话紧接着上一篇的内容,上一篇对话停止于前奏曲和开始演奏赋格之间的的这一段间隙。而从对话这里开始,正好开始播放那首四声部的赋格。然后同时的,阿基里斯、乌龟、螃蟹和食蚁兽跟着四个声部依次进入,继续开始他们的对话。不过如果不接着上一篇对话的结尾的话,这一段对话的内容开头就会让人觉得摸不着头脑。
(这里要提一句,这篇对话的长度果然刷新了记录,是目前为止篇幅最长的内容,而且整篇长篇大论的都在探讨同一个主题,很有可能会让读者产生阅读疲劳。)
在上一篇对话最后提到的一个问题是:“以什么方式去听赋格是正确的——作为一个整体,还是部分的总和?”这里大家对照着螃蟹的那份赋格乐谱(其实是一幅图画,这幅画上面已经贴出来了,阿基里斯他们的讨论需要对照着书里给出的图片来看才能明白)分别提出了自己的“答案”。(对应四个不同的声部)。
阿基里斯和乌龟认为这个问题的答案是:“无”、螃蟹认为答案是:“整体论”、食蚁兽认为是:“简化论”。(这里还是解释一下,他们看的这幅图是一幅字里有字的递归图画,这幅古怪的图可以在四个层次上来看:整体、笔画(有两种),构成笔画的字的笔画、构成笔画的笔画的笔画——这四个层次上的字分别是:“整体论”、“简化论”、“无”)。所以说其实他们四个看见的是不同层次上的不同答案,然后经过一番讨论之后,他们都看出了这幅图的构成,但是依然互相不接受对方的答案。他们依然没有达成共识,分歧依旧。
螃蟹支持“整体论”,它给阿基里斯解释:“整体大于各个部分的总合”。而食蚁兽与之相对,它支持“简化论”。它给阿基里斯的解释是:“如果你理解了一个整体的各个部分,以及把这些部分‘整和’起来的机制,那么你就能够理解这个整体。”螃蟹和食蚁兽互相反对,因为螃蟹认为“简化论”在面对大脑的意识从何而来的问题上面显得太无力了。
食蚁兽则提出另一个意见,它拿出了蚁群作为比喻,认为蚁群具有意识行为的这个现象可以类比于大脑的思维。但是要想解释清楚,用“整体论”就说不通了,而“简化论”则正好适用。这时候阿基里斯搬出了“无”,认为把这个问题直接非问了,也就不存在争论了,但是他同时被两边给反驳了。但是乌龟却给出了和阿基里斯一样的答案,这个时候文字正好有一段注解:
(就在他说这话的时候,那首赋格曲的第四个声部也加入进来了,正好比第一声部第一个八度。)
乌龟指出,自己得出的答案虽然表面看起来和阿基里斯是一样的,但是他得到的这个答案的层次要低于阿基里斯。(这里已经暗示了低八度的同一个音调的主旋律),不过乌龟说还是想先听听整体论和简化论之间的争论。比如说:它想听听食蚁兽是怎么以简化论来描述蚁群的。
这里食蚁兽向阿基里斯和乌龟他们解释了一下,自己这个“食蚁兽”的职业,并不是把蚂蚁群当作猎物来猎食。实际上自己这个身份更符合一种外科手术医生的性质,它会吃掉一群当中非良性的蚂蚁个体来维持蚁群的整体质量,保证蚁群不会神经错乱。(自然界中,生物食物链之间的关系,这个主题放到生物学里能说一大堆,这里就随口一提一句)。
阿基里斯问它蚁群的神经错乱是什么意思?食蚁兽解释说,蚁群比较经常得的一个毛病是失语症,这个时候他就要帮蚁群动手术了。阿基里斯表示奇怪:“蚁群的失语症?蚁群能说话?”螃蟹表示自己亲眼看到过,上个礼拜食蚁兽带着一个叫“马姨”的蚁群来它家做客。(据说是蚁群自己非要要求叫这个名字的)。阿基里斯表示:“我过去一直以为食蚁兽是蚂蚁的克星,而不是蚁中知识分子的保护神。
乌龟:“……刚才食大夫正要说明吃蚂蚁是怎样同做蚁群的朋友这件事完美无缺地协调起来的。
阿基里斯:“嗯,我现在模模糊糊地有点明白了,有规律地吞吃些数量有限的蚂蚁会改善整个蚁群的健康状况,这事也许是可能的——可真正叫人糊涂的是跟蚁群交谈这种鬼话。这是不可能的。蚁群只是一伙单个儿的蚂蚁,只会没头没脑地跑来跑去,忙着觅食做窝什么的。
食蚁兽:“如果你固执地只见树木不见森林,那你可以这么说,阿基。实际上,蚁群被当作一个整体来看时,是些良定义的的单位,具有自己的特点,又是这种特点还包括对语言的掌握。
随后食蚁兽解释说,蚁群的说话不是发出声音,而是排列组合成信息。
食蚁兽:“没问题。我跟马姨就是用这种方式交谈了数小时之久的。我拿一根棍往湿地上画道道儿,然后看着蚂蚁们弄明白我的这些道道儿。不一会儿,有的地方开始组合成新的列串。我非常喜欢看这些列串的形成过程。在它们组合时,我就预测它们下一步会怎么办(不过我猜错的时候比猜对的时候要多)。当串的排列完成时,我就知道了马姨在想些什么,接着就该由我作出回答了。
阿基里斯认为蚂蚁群可以表现出这样的智慧,一定是因为在个体当中有一个有智慧的头领。而食蚁兽否定了这个判断,它说蚂蚁的个体都蠢到不行,打死也说不了话。那么阿基里斯就实在想不通了,蚂蚁群是怎么做到可以和食蚁兽交流的?
这个时候乌龟插入了进来,它说蚁群这样的情况就类似于大脑的生物神经网络,神经原组成了大脑,而大脑具有思维,可是单个的神经原细胞不可能具有思维,于是这个情况就和“马姨”很类似了。但是阿基里斯说,蚁群的单个个体也具有一定的活动能力,不想大脑细胞是组成一个整体的。那既然是这样的话,蚁群又怎么能像这样高度智慧的进行交流呢?
螃蟹也插了进来,它解释说(这里请注意,因为螃蟹是亲眼见过“马姨”这个蚁群的,并与之交流过,所以肯定观察过了蚁群是怎么和他们进行交流的):“蚂蚁个体的随心所欲局限于一定的范围里面,这个小范围内的自由活动,不会影响到大尺度范围上面的结构稳定。”
可是阿基里斯却认为这不可能,因为蚂蚁个体不具备智慧的话,集群也无法具备智慧。(实际上这里阿基里斯这么想并没有问题,联想之前递归构建的复杂系统,递归会传导基础单位的一些特性,还有一些破绽。所以有时候同样的漏洞或问题,会因为递归而遍布小尺度层次和大尺度层次。):“……它们只是随随便便地转来转去,毫无条理,一点也不考虑作为更高一层存在的思想机能,可食大夫却宣称这些蚂蚁都只是这种更高一层存在的组成部分。
食蚁兽:“嗯,不过还有一点你没能看出来,阿基——统计学中的和规律性……比方说,作为个体来看,即使每个蚂蚁的活动路线似乎是很随意的,然而就大量的蚂蚁来说,从这种乱糟糟的状态中,还是能看出来存在着一些总的趋向……蚂蚁之间存在着某种程度的交流,这种信息传递恰好足以使它们避免完全随意的活动。靠着这种最低限度的交流。蚂蚁们可以互相提醒,以使它们意识到它们不是孤单的,而是正在同队友进行合作。这样就能调集大量的蚂蚁,用这种方式互相支援,去从事随便什么活动——例如组串——只是所需时间不限。我对脑外科手术模模糊糊的认识使得我坚信神经原的发射情形也是这样。一大堆神经原发射脉冲,以使另一个神经原发射……
紧接着螃蟹就跟着解释了一下大脑神经原的运作:“……以阿基里斯大脑中的神经原为例吧。每个神经原都从与它的输入线连在一起的那些神经原接收信号,如果输入的总和在某一时刻超过了临界点,这个神经原就会发射,并把它自己的输出脉冲传递到别的神经原,而这后一神经原也将发射——并沿着这条线一直传送下去。
听完解释,阿基里斯说,这样说老就好像人们的所谓想法和意识就只是某种神经结构按照自然规律产生的某种有机体的副产品——没有自由意识(注意这里是之前关于《西部世界》第二季的时候,重轻老师专门聊过的关于有没有自由意识的问题。似乎顺着这么看的话,从神经学上来说确实是没有什么自由意识,但是这里下结论还太过武断。)阿基里斯在这里已经提出了质疑,但是现在还没有办法立刻回答他的问题,于是乌龟说先等一等,它们继续讨论下去的话也许就会明白了。于是他们让食蚁兽接着解说蚂蚁群。
食蚁兽说自己很早就注意,到这两个截然不同的系统之间有着某种相一致的东西——这里的不同系统是指大脑神经系统和蚁群系统。食蚁兽说自己发现似乎蚁群的规模要达到一定的数量级,才能让蚁群呈现出条理性:“如果出现了某种指向某一目标的活动,这也许是某一地带少数蚂蚁的行为,那么就会发生下面两种情况中的一种:或者是在一个短暂而热闹的开头之后夭折……另一种情况是蚂蚁的数量达到了临界指标,那样一来那项活动就会像滚雪球一样,把越来越多的蚂蚁裹挟进来。”当共同目标的蚂蚁数量超过一定量级,那么蚁群的条理性就开始显现了,这里举得两个例子分别是:和食蚁兽聊天——蚁群排列成串,以及建造蚁窝。这里必须说一句,蚁群建造的蚁窝所具有的条理性确实非常令人惊叹(关于这个可以上B站去看看那些浇筑蚂蚁窝的视频,当然大多数那些蚂蚁窝都废弃了。而最后挖出来的蚂蚁窝无论是规模还是造型都令人惊讶)。
阿基里斯说:“我现在已经能从你的描述里掌握“紊乱中有序”这个观念了,可这离具有交谈能力还差得远呢。气体分子的随意碰撞同样也是混乱中的有序——这种混乱有三种参数可以对它进行描述;这就是体积、压强和温度。这同具有理解世界或谈论世界的要求,还差得远呢!
这里得注意,很多读者觉得书里的内容(实际上也包括笔者的笔记)内容过于杂乱,找不到重点。笔者不得不再次提醒一句。就像是这里的对话内容一样,实际上他们(书里)说的所有各种不同的事情“蚁群、脑神经、气体分子或计算机这些都是例子,拿这么多完全不同领域的东西出来做类比,就是为了让我们看清那个抽象的难以描述的背后的统一规律——从低层次到高层次之间的结构上的形式联系。当然了,这个道理确实一句话就能说清楚。但是这不等于能够真的理解,这就为什么必须举出这么多不同的例子来反复说(当然即使这样还是不一定说得明白——形式系统是有极限的)。
食蚁兽:“这显示出在对蚁群行为的解释与对某一容器中气体行为的解释之间存在着某种非常有趣区别。解释气体的行为只要计算一下其分子运动的统计规律就行了。除了考虑这种气体本身以外,无需讨论别的什么比分子更高一层的结构因素。而在另一种情况下,对于蚁群,除非你弄清了结构的各个层次,否则你便无法理解——哪怕一点儿——这个蚁群的活动。
阿基里斯:“你的意思我明白了。在气体的研究里,你可以从最低的层次——分子——一下子跳到最高的层次——气体本身。不存在结构上的中间层次。那么,蚁群中是怎样产生作为中间层次的有条理活动的呢?(事实上,如果我们把关于气体的层次上升的话,类似的情况也会出来,因为气体本身也是一个中间层次,而如果我们上升到气候的层面,这种复杂的对应关系就又显现出来了——混沌理论)。”
食蚁兽:“这跟蚁群内存在着好几种不同类别的蚂蚁有关。阿基里斯在这里又提到了”种姓制“,蚂蚁当中可以分成四个类型:蚁王、雄蚁、兵蚁……。不同种姓在蚁群中有不同的分布密度,每一只蚂蚁都在长期进化中获得了自己的专长,而这专长还会随着时间改变——也和“种姓”有关系。很明显之所以会有这几种分类正是因为蚁群要构建出一个有效率的可以运行的系统,所以这些不同的分类和部分是非常重要的。”
螃蟹:“某一特定种姓或专长的蚂蚁,其稠密度是随意的吗?或者换句话说,在某一地区某一类的蚂蚁分布的很集中,在另一地区不那么集中,是有什么原因的吗?
食蚁兽:“你这个问题提得很好,这对理解蚁群是如何思想的有着至关重要的意义。实际上,一个蚁群内各种姓的分布是很严格的,是长期进化的结果。正是这种分布规律使蚁群达到了能通我进行交谈的复杂程度。
阿基里斯:“在我看来,蚂蚁们来来去去的不断活动使分布的严格性完全不可能了。蚂蚁们那种随意的活动会很快地破坏掉分布的严格性,正像某种气体中分子的固定格局由于各方面分子的随意碰撞,一刻也不能存在一样。
食蚁兽:“在蚁群里,情况正相反。事实上,恰恰是蚁群中蚂蚁们这种来呀去呀永不停息的活动,使得种姓分布能适应不断变化的情况,因而也就保持了合适的种姓分布。你明白吗,种姓分布并不是始终如一、严格不变的,而是必须要不断变化,从而以某种方式反映出蚁群所处的现实世界的环境。正是蚁群里的这种活动使种姓分布不断得到更新,使蚁群能同所面临的现时环境相适应。
还是要反复强调,这里的蚁群描述实际上和大脑的结构上有对应。如果有看不懂的话,应该注意一下。因为侯世达在描写对话的时候,可以说是严格“拘泥”于形式。很多读者会因为这样的情况没有耐心把“比喻”的内容看下去,也有读者会因此看不懂对话到底要说什么。
回到对话上来看,这里对于蚁群的一些描述是要留意的,虽然目前为止对于大脑的物理研究这些情况还没有得到答案,但这些假设目前还是被广泛接受的——蚁群各个不同分类的部分互相之间变化搭配,对应不同的情况。正如同科学家们认为大脑会为了应对现实世界的诸多情况而改变内部的一些结构(神经元层次的)——这个研究在神经学领域里确实获得了成果,也启发了人工智能的研究。(关于这个部分可以去看笔记附录内容)。
食蚁兽随后讲述了“马姨”这个蚁群对于它的到来出现的一些反应,这个例子正是刚才它和阿基里斯还有螃蟹讲解的蚁群当中各个不同分类的部分还有变化的证明。同时这也映射出大脑,存在这样一种解释,大脑的内部结构的“微调”正是对应着大脑的诸多活动,包括:记忆、学习、梦……
食蚁兽:“……无论如何,你能理解了吧:由于我的到来所引起的蚂蚁的活动,完全改变了蚂蚁的内部分布。……这就是我刚才说过的更新。新的分布反映出了我的存在。这种从过去的状态向新的状态的改变,可以被说成是使蚁群增添了‘一条知识’。
阿基里斯:“你怎么能把一个蚁群内不同类型蚂蚁的分布说成是‘一条知识?’
食蚁兽:这里面有个至关重要的问题,需要详细解释。你知道吗,接下来的问题是你打算如何描述种姓分布。如果你继续用低层次的单位——单个的蚂蚁——来思考问题,那你就会只见树木,不见森林。这种层次太微观了,当你从微观的角度进行思考时,你必然会漏掉更大规模上的现象。你不得不用更恰当的高层次上的构架来描述种姓分布——只有这样,种姓分布如何能编码出许多条知识这一问题才有意义。
说到这里可能要再一次插播提醒,我们现在看的这篇对话《蚂蚁赋格》是和前面的《前奏曲》互相连接的,形式上甚至可以把二者看成一体。那么我们有必要先回顾一下之前的对话主要内容说的是什么——“层次问题”;组块化……同样的内容要平移过来,用同样的思路来看待食蚁兽对于“蚁群”——大脑的运作解析,这样就很明确了。
存在着复数个层次,并不是只有“高”和“低”两个层次,而是中间存在着复数个层次。这些层次要怎么看待,它们是用来解释同一个事物的,但是问题是不同层次对应会出现不同的现象,这会令人产生疑惑。食蚁兽在后面对阿基里斯讲解“蚁群”的运作原理的时候,其实就是在试着用这个例子来形象地表述这个概念,同时我们也不要忘记自始至终的一个问题——简化论与整体论之争。
先来看看对于“蚁群”的解释,很明显,蚂蚁的数量达到一定规模,形成了“蚁群”它才能够去做一些事(复杂操作之类的)。作为个体的蚂蚁肯定是做不了的。那么问题来了,为什么蚂蚁作为个体做不到的事情,在集群化之后就能做到了呢?这个“能不能”是从哪里来的?它们是怎么发动起来的?怎么就能够从这些简单的,智能低下的个体自发地进行集群然后去做更复杂的事情呢?
阿基里斯提出了问题:“可前面你说过如果一群蚂蚁的规模超过了某一临界点,这个群体就会集聚在一起。现在你又说如果有什么事可做,这个群体就会集聚在一起。
食蚁兽说这两个说法实际上是一个意思,简单来说蚂蚁个体和蚁群之间还存在着一些中间层次,这些层次被叫做“蚁队”。这个概念可以联系到前一篇笔记当中的组块化。这个中间层次是连接蚂蚁个体到群体的重要枢纽,食蚁兽比了一个蚁群发现食物的例子。一只蚂蚁如果发现食物,就会把信息传回去,然后引发连锁反应,一直到牵动了足够数量的蚂蚁集群过来搬动食物。俗话说——老鼠牵棒槌,大头在后面 。
食蚁兽:“有一种类型特别的蚁队,我把它称作‘信号’——结构中所有的更高级的层次都建立在信号上。事实上,一切比信号更高级的实体都只是由行动协调一致的信号所组成的集合。高层次上的队其组成单位不是蚂蚁,而是些低层次上的队。这样一直找下去,最后就到了最低层次的队——也就是所谓的信号——在这之下,才是蚂蚁……信号的作用是把具有各种专场的蚂蚁输送到蚁群中需要的部分。因此信号的典型活动就是这样的:信号产生是由于蚂蚁数量超过了维持一个信号的存在所必需的临界点,随后这个信号便通过蚁群向远处传递,在某些时候,信号便多多少少分解还原成为其单个的组成部分,并丢下它们不管。
但这个信号还不仅仅只是如此,它是一种现象,解释这个现象就能够明白很多背后的运作原理,尤其是关于高低层次之间的变化传播。乌龟觉得信号会在传递到目标之后自动解散,阿基里斯则觉得这个信号的传递没有那么简单。那么他们在讨论的是什么呢?就是在系统运作“启动”的那个机制,信号触发,然后引起系统运作。这个信号怎么发出来的上面已经有了描述,怎么传递的也有了面说。但是“信号”又是如何到位、如何结束?然后触发机制,“启动”系统呢?
食蚁兽:“这是个极端重要的问题,因为这涉及到对有目的的行为——或者说是似乎有目的的行为——从信号角度所作的解释。从对它们的描述里,人们倾向于把信号的行为说成是旨在满足需要,从而把它称作“有目的”的。但你也可以从别的角度看这一问题。
……让我先来描述一下正在传播中的一个信号。当信号发出的时候,组成这一信号的蚂蚁们或是通过直接的接触,或是依靠气味的传达,同位置上与它们相邻的蚂蚁进行合作,以使信号通过。这种接触与气味报道了某个地方出现了需求,诸如筑窝、哺育等这类事情。只要这种局部的要求还得不到满足,这个信号就会一直保持下去。但是一旦出现一批蚂蚁能够满足那一需求,信号便会解散,而奔赴来救急的蚁队就在现场前面铺开,进行工作。现在,你明白蚁群中的种姓分布如何发挥各队的指导作用是怎么回事了吗?
这里让笔者联想到了之前应该是第五篇笔记,那一篇笔记是关于“意义之所在”的主题的讨论,现在实际上我们又要回到这个问题上来了,只不过现在这个题目不是主题,而是我们在讨论的另一个主题下的一个分支小内容。这里关于“蚁群”的探讨,阿基里斯注意到了信息的“目的性”,同时螃蟹也注意到了。但是这里讨论的几位实际上对这个内容都没有得出真正确定的答案。
阿基里斯:“……我开始学会从两种互不相同的角度来看这一问题了。从蚂蚁的眼睛所看到的角度,信号是无目的的。信号中普通的蚂蚁只是在蚁群附近逛来逛去,没有什么特定的目的,知道发现了什么它觉得还可以的东西后,才停下来。它的队友们常常也同它意见一致,于是这时蚁队才算完成了任务,原地解散,有组织的集合就不复存在了,而只剩下一些散兵游勇。没有什么计划啦、事先的预测啦这一类东西,也不需要什么侦察来决定正确的方向。然而从蚁群的角度看,蚁队的行为却是队以种姓分布这种语言写成的信息所作的反应。所以从这一角度看,这种行为显得很象是有一定的目的。
螃蟹:“如果种姓分布完全是随意的,那会怎么样?那些信号还会集聚和解散吗?
食蚁兽:“当然啦。不过这个蚁群将不会保持多久,这是因为它的种姓分布是无意义的。
螃蟹:“这正是我想弄明白的。蚁群的存在是由于它的种姓分布有一定的意义,而这一意义是在其整体水平上产生的。在比整体水平低的层次上,是看不到这种意义的。你除非在这种高层次上进行解释,是看不到这种意义的。你除非在这种高层次上进行解释,否则就无法读懂它的意思。
食蚁兽:“蚁群几十亿年来一直在经历着严酷的进化选择。只有少数一些机制被选择除了,而大部分都被淘汰了。结果就形成了我们现在正在讨论的支配着蚁群的这套机制。如果你能在电影上观察这一完整的过程……你就会觉得各种机制的出现完全是对外界压力的自然反应……
这就是我的观点。无论泡沫有多大,其产生都可以追随到分子水平,你可以不管什么“高层次的规律”。蚁群和蚁队的道理也是一样的。通过从进化这一开阔的角度考虑这一问题,你就可以排除有意义有目的的蚁群这一想法。这样它们就变得可有可无了。
……当我撇开进化过程而对此时此地的现象进行观察的时候,就又回到了那种目的论式的语言:即种姓分布的意义和信号的有目的性。我不仅在考虑蚁群时采用这种角度,而且当我考虑我自己和别人的大脑时,也是如此。不过,如果必要的话,我也能采用别的角度,把意义排除于这些系统之外,只是这多少要费点劲儿。
这里笔者引用书中原文的时候,提出了一些对话交流当中的话语。和一些引导式的对话,把食蚁兽对于“蚁群”的解释集中到一起来看,这样看起来感觉论述就很清晰了。当然这样看起来也会觉得很累,因为当中的对话内容实际上是可以让读者有节奏地放松。(这个说不好,笔记里的引用内容和原文的比起来已经缩水很多很多了,但是看起来还是篇幅超出了预计)。
这里可以先提醒一下,我们已经知道,这里这么大篇幅的讲解蚁群的系统解构,实际上是在映射大脑的运作。蚂蚁的个体可以类比于神经原,不同的蚂蚁对应大脑中不同类型的神经原(这个在后面会细说的)。而我们面对的问题也已经开始现形了——我们的念头是怎么出来的?思维运作是怎么出来的?神经细胞、生物电流的物理和化学“无意义”的反应层层叠加为什么会产生出“意识”出来?这里的讨论已经开始为这个问题的讨论做铺垫了,但是我们实际上还没有正面讨论这些问题,但是已经开始隐喻了。
中间插了一段四个人的零散的对话片段,这里也是仿照赋格的形式,所以这部分内容就不太重要了,只不过再次点题提了“蚂蚁赋格”是四声部行进的赋格,仅此而已。中间这段过去之后,阿基里斯他们再一次和食蚁兽开始了关于“蚁群”的话题。这里是一段“四声部”的问答对话,所有人都参与了进来,他们的讨论详细地描述了蚁群在微观层面上的诸多特点,以及前面介绍的那些机制。
乌龟提出这样一个问题:“……一个信号,从它形成到解散,总是由同样一群蚂蚁组成吗?中间不会换吗?
食蚁兽:“实际上,如果附近有同样种姓的蚂蚁,信号中的蚂蚁经常脱离信号而由别的同种姓的蚂蚁来替代。大多数情况下,当信号解体的时候,组成这一信号的蚂蚁已经全都不是当初形成这一信号时的蚂蚁了。
螃蟹:“我搞清楚是怎么一回事了:蚁群中的信号不断影响种姓分布,这一活动是对蚁群内部的要求所做出的反应,而蚁群的这种内部要求则又是蚁群对其所处外部环境的反应。因此正如您所说的那样,食大夫,种姓的分布不断地调节、变化,最终反映外部世界。”——同样的比喻平移到大脑上来看,也就是说我们的大脑也存在着类似的情况,也就是之所以我们的大脑能够反映出那么多外部世界,正是因为其内部也在不断的进行着相应的调整(这么看起来基本上不存在闲着的脑细胞),那么如果出现脑部损伤的情况下(脑残了),依然可以在一定程度上(损失也会表现出来,因为“结构”的损害也会影响“信号”的传递)维持大脑的运作(“种姓分布”)这样的情况确实存在着实验依据。
阿基里斯:“可结构中的那些中间层次是怎么回事?你刚才一直在说种姓分布最好应该以由别的蚁队组成的蚁队为单位来描述,而不应以蚂蚁或信号为单位来描述,那些组成蚁队的蚁队又是由一些别的蚁队组成的,同理下推,直至组成蚁队的成员是单个儿的蚂蚁,而不再是蚁队。你还说,要想理解种姓分布何以能被描述为某种有关外部世界的编码了的信息,这个观点是关键性的。”——前面已经说过,“有效的”最小单位也是在“基本粒子”“组块化”之后的基础上形成的,否则单一的“基本粒子”不具备“功能性”,所以也就没有讨论的必要了。然而问题就在于这样的“中间层次”太多太繁琐,难以让我们准确找到那个功能“诞生”的那一层,如果找不到,我们也就无法观察,更无法知晓“生成原理”。
食蚁兽:“正是,我们现在正要谈这个问题。我喜欢把某些层次较高的蚁队称作‘符号’。你要注意,这个词在这里的意思与它通常的意义有所不同。我所说‘符号’是指一个复杂系统的主动的子系统,这种子系统是由更低层次的主动的子系统构成的……因此,它们与被动的符号很不一样,那些被动的符号在系统之外。汉字中的笔划或单个儿的音符,都属于这种符号,它们是死的,有待于某个主动的系统去处理它们。
“主动的系统”笔者注意到了这个词,我们在说的人工智能,真正的智能、意识、自由意志、思维……最大的隔阂,也是最难描述的问题就在于这里——“主动”和“被动”。也许还有更好的词来说,但是笔者这里实在是找不到了。这实在是很难说清楚;一种概念、思路、原理……都是,也都不是。从之前构建的符号化形式系统开始,我们实际上就是在跟着作者的思路,一步一步的感受,尝试让“计算机”逐步接近大脑的这种努力。然而在讨论的时候,始终有一种违和感萦绕着。现在终于明白,就是这种区别——我们的大脑正是一个“主动的系统”,而计算机则是一个“被动的系统”,如何从被动到主动?这个问题实际上不算是“一个问题”,它实际上是一系列问题的集合。
首先就是我们的大脑是“主动”的吗?——这可以引申到怎么定义“主动”?更进一步的细化可以追溯到我们关于是否存在自由意志的探讨……
其次,假设我们肯定我们的大脑就是“主动的”——“被动”和“主动”的界限何在?一个电路只要打开开关,它就能运作起来,这个电路是主动的吗?肯定大部分人说不是,因为它的开关是由我们来按下去的。那怎么样能让“开关”自己按下去呢?
我们知道在生物的神经网络中,那些神经元细胞的运作正如同“开关”一样,海量的不同开关编织出了超级复杂的运作系统。那说明我们脑子里确实也有“开关”,那我们是怎么做到主动自己按下自己的“开关”的?(自指问题)——最后我们似乎绕回到前面第一个问题上面去了——我们是自己按下的“开关”吗?……结果我们就被困在这个循环的矛盾里面出不来了,止步不前,而要想前进,不论是什么答案——对或错,总得选一个,才能前进。所以必然的,这个问题充满争议。
当然这些争议实际上是我们在遥望最终的答案产生的不同感悟,而实际上还是应该要脚踏实地,那么继续回来看看食蚁兽解析这个类比于“大脑”的蚂蚁群系统,最有效的前进始终是在实践中获得启发。
食蚁兽:“……结构中的所有这些层次对于各种各类的知识的储存都是必需的,有了这种知识储存,才能使这个机制变成‘有智能的’,‘有智能的’的意思在这里可以是这个词的任何合理的含义。任何能运用语言的系统基本上具有与此相同的一套内部层次。”——这里的定义恰好可以联系到关于“图灵测试”的问题,而实际上就在后面的章节里就会直接提到这个。
阿基里斯:“先慢着点。你是不是暗示说我的大脑实际上也是由一群窜来窜去的蚂蚁组成的?
食蚁兽:“哦,不。你不要从字面意义上理解我的话。最低的层次是全然不同的。比方说,食蚁兽的大脑就不是由蚂蚁组成的。但是你如果从大脑的最低层上溯一两个层次的话,你就会发现这些层次的机制在别的具有同等智力的系统中——比如蚁群中——有与它完全一致的对应物。”(有没有想过为什么我们可以很肯定地说其它的“动物”也都具有一定程度的智能?不论是哺乳类、节肢类、鸟类、鱼类、爬虫类……我们与自然之间,自然万物之间有如此紧密的联系,这确实不是玄学而是科学确定的)。
回到关于人工智能的主题上面来。这里的找寻对应关系是在做什么呢?——电子脑、人工大脑。早期人工智能就已经有这个概念了,人工智能早期第一个想到的概念就是利用计算机硬件来模仿大脑,从而做到可以以计算机来接近或达到大脑的功能。听起来非常简单,但其实最直接的方法也是最有效的。——而且这个研究主题一直持续到今天。
当然我们很清楚,这种“找对应”的关系不是那么随随便便的,螃蟹在这里提出了一个重点问题:“……最重要的是知道确实存在着这种对应,即使我们此时此刻还不完全清楚这种对应指的是哪一部分也没有关系。我只想对你提出的问题中的一点追问一下,食大夫,因为这一问题涉及究竟在哪个层次上,人们可以断定开始产生了这种对应关系。你似乎认为一个信号在大脑中有其直接的对应部分,然而我觉得只是在你所谓“主动的符号”这一层次上,才可能存在那种对应关系。
这里用了很多比喻关系来试着描述这种“结构”上的联结,很多当作科普来看的读者看到这里一定会找不到方向(实际上整本书都是如此,可是侯世达也没有办法,因为没有比比喻更贴近的描述方式了,但是这就导致了形式上太多的比喻让人看不出重点——直接报专业名词就更加看不懂了)。
在之前第五篇笔记的时候,我们聊过关于“意义之所在”的主题。而在这里的对话中我们已经知道了。“意义”的生成是在“层次”当中出现的,只有达到了一定的“层次”的时候,作为高层次的“整体”才开始具有了“意义”。(基本粒子之于人)……
食蚁兽在这里给了一个很好的比喻,就好比汉字当中,作为“字”它具有意义,而任何一个字都是由“笔划”构成的,而我们来看“笔划”似乎不具有意义。(估计原文应该是指英语单词之于二十六个字母,字母本身不蕴含意义,而组合起来具有了意义)。
食蚁兽:“这情形有点像字与笔划之间的区别。字作为具有意义的单位,是由笔划组成的,而笔划本身却不具有意义。这也正是符号与信号的区别所在。这实际上是个很有用的类比,条件是你不要忘了字和笔划是被动的,而符号与信号确实主动的。
这里我们已经把之前讨论过的多个主题都串联了起来:“意义”、“层次”、“同构”、“推理自动化”以以及这一章的“整体论”和“简化论”。这几个主体之间就像数学里的集合一样,而且有意思的是,它们之间的关系并不是母合集和子合集之间的属于关系,而是互相之间都能覆盖。
为什么他们会出现矛盾?而不是有机结合?阿基里斯问了个问题:有什么事情只能由符号做而不能由信号做?(信号的层次低于符号)这里就是争论的所在了——如果可以用一个解释涵盖全部层次就不存在阿基里斯所问的问题了。另一方面来说,高层单位的意义在于抽象系统和现实世界之间的同构关系——互相映射,简单来说就是当我们把基础单位换掉的时候,“联结关系”可以完全保持不变,而高层次的整体则变成了别的东西。那么这个关于“蚁群”讨论的重要性在哪里?问题的根源在于哪里?在于蚂蚁吗?并不是,作为基本单位的蚂蚁并不重要,重要的在于这种背后的关系,我们完全可以把蚂蚁替换掉,换成神经原——“蚁群”变成了“大脑”、换成个体的人——“蚁群”变成了“社会”、换成电子元件——“蚁群”就变成了“计算机”……重要的在于我们所探究的是背后那种看不见摸不着的抽象结构/关系,它是让我们跨域障碍(创造人工智能的障碍)的关键钥匙。
这里简单的串联一下几个论题:现实世界和抽象世界之间的关系;抽象系统与自然世界之间如何连接起来(为什么要在这里谈这个问题?很简单——现实化。所有技术的实现都要涉及到这个问题,所以这并不是什么空谈,而是一个很实际的问题),我们依靠“同构”,如果说“同构”是桥梁的话,那么“意义”就像是通过这桥梁的行人或者车子。而当我们寻找“意义”所在的时候,我们发现我们需要穿越“层次”。不论是现实世界还是抽象世界都是存在着“层次”的,我们的思维正是在这些“层次”之中来回穿梭。而现在我们遇到的是一个不确定的,充满着假设的我问题——这些“层次”的结构究竟是怎么样的?“意义”是怎么在“层次”中传递的?我们如何看待?这里就有了两个选择——“整体论”/“简化论”。但是这里我们只是发现:到了一定层次,“意义”就突然出现或者突然消失了。它究竟怎么生成的?在大脑中这个“意义”是怎么出现的?
阿基里斯:“……为什么强调主动与被动两种性质的区别具有如此重要的意义?
食蚁兽:“原因在于你加于被动符号上的意义,例如一页书中的某个字,实际上来源于你大脑中与之相对应的主动符号所产生的意义。因此,只有当一个被动符号的意义与主动符号的意义发生关系时,这个被动符号的意义才能被正确理解。
阿基里斯:“明白了。可是究竟是什么赋予一个符号——确切地说,是主动的符号——以意义的呢?信号虽然也是一种很出色的东西,可你却说它不具有意义。
食蚁兽:“这与符号可以使其它符号被触发的方式有关。当某一符号成为主动时,它并非是孤立无援的。它可以通过某种媒介——在蚂蚁这里就是种姓分布——转播开了。
螃蟹:“当然,大脑里是没有种姓分布这类玩意儿的,在大脑中,与种姓分布相对应的是“大脑状态”。你必须描述出所有神经原的状态,所有它们交互联系的状态,以及使每个神经原触发的临界点。
在前面就说过不止一次了:蚁群的系统可以比喻为大脑的系统。所以我们无论如何都无法排除掉“矛盾”,而只用一个清晰无比的解释来介绍系统从上层次到下层次的运作。
食蚁兽:“……对蚁群状态进行低层次上的描述将会非常麻烦,者需要确定每个蚂蚁的位置、年龄、种姓,以及其他一些诸如此类的事情。这种详细的描述实际上无助于统观为什么该蚁群处于这种状态。另一方面,在更高层次上进行的描述则需要逐一查清哪些符号可以被哪些其他符号的组合所触发以及触发条件等等。
直白的来说,如果试图以一个解释涵盖全部层次,就会发现进行这种概括会导致复杂性,最后这个复杂性会让这样的努力破产(希尔伯特计划的破产在前面提到过)。不完备,在于你会不断地发现现有的“解释”存在疏漏,而不断打补丁的结果是,最后原本的“解释”已经不那么清晰严谨了——到最后会和系统本身一样充斥着矛盾——奇了怪了,充斥着矛盾的系统却还能运作自如,为什么?也正因为如此,即使有着重重矛盾,我们依然还在前进。
这很困难,我们往往把目光集中于“高层次”——“符号”之上,因为那是和向现实世界有着直接的映射关系的。而如果要我们降低层次,则需要多年的训练才能做到——之前有一篇笔记里面说过,各个领域专家所看的问题,要别我们这些业余人士看见的层次更低,就是这个意思。而这并不影响他们看见高层次的东西。
食蚁兽他们进行的这番探讨,最终指向我们对于意识的解读。我们对于意识的活动,要求极大程度上的自我意识,而自我意识又包含在意识,之中,是其中的一部分。而实际上到最后,我们还注意到另一点,虽然在更低层次上我们看到了更多东西,然而我们还没有下到最低端。最后食蚁兽他们在《无之图》(就是前面他们一直在讨论的那个递归的汉字图)的最低层次,看见了“无”字——最低层次和最高层次具有着一定程度的一致性;这在我们之前举的例子:把蚂蚁替换掉,蚁群会变成什么样?的问题里,也看到了这种联系。而这种联系对于我们现在来说,还是玄而又玄(对于食蚁兽他们也是一样),所以虽然“中间层次”的讨论,食蚁兽可以说得头头是道,然而两个极端依然让人感到迷惑。
这可以引申到整体与个体之间的矛盾,要找一个最明显的例子的话,可以去看看《战锤40K》当中的IG,就是这么个感觉。宏观上的对于整体的好处,如果平移到个体上,就变成了巨大的悲伤和牺牲。(损失百万人打赢一场仗,是IG的胜利,是渺小个人的不幸)。这个例子不是强行联系上的,因为在对话里食蚁兽也说了类似的情况:“蚁群”为了和它进行交流,而选择把一部分蚂蚁喂给它吃。阿基里斯说,那群可怜的蚂蚁个体实际上不知道自己要被送去当饭吃了。
实际上这种关系并不是完全无知的,就好比我们的大脑实际上并不是完全感知不到自己的神经原运作,我们的思维也不是完全感觉不到自身各种“状态”的生发。但是这就是陷入“自指”,会使我们这个“系统”自身陷入紊乱,就像食蚁兽说的,“蚁群”一但开始想自己的“蚂蚁”,整个“蚁群”就会陷入神经质的紊乱当中去。
接着他们四个又翻出来另外一副自指的汉字图,上面写着两个名字——“巴赫”和“费马”,两位的名字,和前面的那幅字也一样互相递归的交织在图画当中。然后他们的对话就被引到了关于“费马猜想”的内容上面去,这里是为了和之前《前奏曲》的内容对应上才重新提到的。因为之前说过有些赋格当中会出现配套前奏曲的调,作为一种对应。
接下来食蚁兽又把话题拉到了蚁群身上,但是这里的描述实际上影射了之后要提到的内容。这里大概说说。食蚁兽告诉阿基里斯他们,实际上“蚁群”并不是始终如一的,现在的这个蚁群“马姨”是有一个前身的——“蚁·塞·蜚蚂”。这个叫“蜚蚂”的蚁群,遭遇了一场不幸的自然冲击(一场大暴雨,如果有人看过《虫虫特工队》可能会有印象)。
整个蚁群的“建制”都被摧毁了,当然还是有蚂蚁幸存下来的。有意思的就在这里,不久之后蚁群重新聚集,并且慢慢开始恢复“建制”。终于最后形成了现在这批“蚁群”——“马姨”。阿基里斯问过食蚁兽,毫无疑问这是同一批蚂蚁,但是整个“蚁群”却是截然不同的了。这里实际上提出了一个隐含的论题:记得我们之前讨论过遗传基因的话题吗?从基本构成单位来看,我们所有人都是一样的,从神经原细胞层面来看,根本部分“你、我、他”。那么为什么我们每个个人之间是那么的截然不同呢?(当然一些基本的部分还是相同的)
之后关于“费马大定理”的讨论就略过不说了,就内容上来说因为已经在之前详细的说过了,就没有必要浪费篇幅了。(侯世达在这里这么写,是为了在写作形式上和音乐体裁相对应)。最后他们的对话内容又来到了简化论和整体论的递归汉字图上面,只不过这一次 经过之前长篇大论的讨论,阿基里斯觉得自己的看法已经有所不同了。
阿基里斯:这次我终于听到主题的那个新转折了!真感谢你给我的指点,龟兄。我相信我最终还是开始掌握听赋格的艺术了。

三:“大脑”的整体论与简化论之争

1·如何看待大脑
这一章节的重点内容实际上是在前面的对话里面就已经揭示了。可以看得出来,原书当中对话的篇幅要比后面讨论的篇幅多了一倍,而且很多论题在前面都已经提到过了。在这里进行了一下串联,当然也进一步的提出了一些新的问题。
现代人工智能的历史基本上等同于现代计算机科学的发展历史,而我们知道现代计算机科学的发展同时也是其它诸多科学领域同时进步爆发的时间。我们的技术在进步的同时,我们也在更加深入对自身大脑和思维的了解。科学家们第一次开始真正的接触到了“思维”,并尝试拓展道路,接近它,了解它。“能思维的”机器对于科学家们是如此具有诱惑力,创造它不仅仅只是对于成就和能力的“虚荣”,同时也是探索的渴望——我们对于自身“思维”的探索。
在这个“能思维的”主题之上,发展出了各种各样的变奏,也完全让人类进入了一个全新的领域。而聚焦于计算机科学当中去,刚起步的那会,恰恰是进度最快的时候,一些程序被发明出来了,做到了一些前人都难以相信的事情。然而当时的所谓“智能程序”的能力与真正人类的“智能”相比,只不过是鹦鹉学舌的水平(实际上到现在来说也是,只不过学的好了一些罢了)。
这种新发现出来的能力,即用具有与人类完全不同的、但却是人工构造的思维形式——或思维的近似物——来做实验的能力,突然之间揭示出了人类思维的特性、缺陷、威力、捉摸不定之处和发展变化之道。结果是近二十年来,我们在关于思维是什么、不是什么这一问题上,获得了一些新的观点。与此同时,脑的研究者们对于大脑硬件的小尺度及大尺度的探索也都大有收获。这种探索目前还不足以清楚的揭示出脑是如何处理概念的,但已使我们对思维过程所凭借的生物机制有了一些认识。
借由技术的模拟,我们尝试构建了一个仿照自身大脑的“抽象模型”,书中的那些形式系统正是如此。虽然它们是非常粗糙、原始而且仅仅只有一部分的模拟,但是足以作为钥匙,引领我们进一步的深入了解自身的“思维”的内涵与外延。
思维必须依赖于在大脑硬件中对客观实在的表示。在前面几章中,我们已经开发了几个形式系统,数学实在的领域可以在那种符号体系中表示出来。用这样的形势系统作为大脑如何支配思想的模型,在多大程度上是合理的?”这个问题就被引到了“二元”争论上面来,有的人选择“合理”或者“不合理”,并且以此作为自己的理论基础,同反对一方进行争论。他们是有收获的,但是却因为互相之间的争辩又阻碍了他们进一步的深入。于是很多“假设”的理论纷纷都冒了出来,但没有一个真正拥有权威的力量作为最终解释。(因为到最后,谁都没有办法保证不会带入自己的情绪,严谨的逻辑推理工作也没有耐心继续下去拿来说服对方,到最后除了选择“我相信”或者抛弃自己的成果之外,也没有别的选择了——学术界的常态)。
在pq系统以及后来的几个更复杂的系统中,我们已经看到了意义——在这个词的受到一定限制的意思下——是如何作为一种同构的结果而出现的。这种同构吧印刷符号映射到数、运算和关系,把印刷符号串映射到陈述。在大脑中我们没有印刷符号,但我们有更好的东西:能动的成分,它们可以存贮、传送并从其它能动成分接受信息。也就是说,我们有主动的符号,而不是被动的印刷符号。在大脑中,规则就混在这些符号之内(而在纸上,符号是静止实体,规则是在我们的头脑里)。
这个“能动的成分”可以看作是神经原吗?可能是,但又不完全是。纯粹的神经原细胞确实具有着一些“功能”,然而和一些“抽象”的规则、“主动的符号”好像有没有完全联系上。如果完全把这些解释为化学物理反应的话,很容易就能找到一堆无法被证伪也无法被证明的例子出来——因为这当中依然缺少什么东西,那块拼图没有找到。由此看来对于大脑的这个“形式模拟”确实可以帮我们了解一些东西,却没有办法作为“最终的解释”甚至是“证明手段”。(说白了有些东西可能真的依靠形式说不清楚,但是形式却含沙射影的在表示其存在)。
前面的形式系统所做的努力,其中之一就是试着看清楚“同构”这条连接线,让“抽象思维”和“现实世界”是如何联系起来的。如果能够把这个关联弄清楚,也许上面的问题就可以得到解答。(或者至少可以前进一步)。
那么先从形式系统的符号开始,符号和现实世界之间确实是可以生成“同构”的,但是不应该是刻板的一一映射,这非常重要。(计算机缺乏的“灵活性”可能就在这里,它必须一一对应,否则没法运作)。书里拿前面的TNT系统举了一个例子:比如自然数“50”在TNT系统的符号串当中可以找到两个不同的对应:
((SSSSSSS0·SSSSSS0)+(S0·S0))”以及“((SSSSS0·SSSSS0)+(SSSSS0·SSSSS0))”。两个串都同时存在于TNT系统之内,但是它不是很明显的直接告诉你,这两个串是一个意思。也就是说符号的对应关系并不是很直接地在表面浮现出来的,而是隐藏在其之下的。用更加浅显一点例子来说,比如语言里面,两句截然不同的描述可以讲的是同一个人。但是这不等于,这两个不同的描述就都被归类在同一个描述对象的集合里面。
描述本身就可以被构造和处理。我们可以通过构造一个描述来创造不存在的人;当发现两个描述表示同一实体时,我们可以使它们合为一体;当发现一个描述表示着两个事物时,我们可以把它分成两半——如此等等。这种‘描述的演算’存在于思维的核心之中。它被称作是‘内涵的’而非‘外延的’,意思是描述可以‘漂浮’着,而不落实在具体的已知客体上。思维的内涵性与其灵活性相关联,它使我们能够想像假设的世界,合并不同的描述,或把一个描述砍成分离的几段,等等。”——这种感觉该怎么说呢,让笔者联想到了游戏中的“碎片化叙事”,会让人感觉有“深度”。这种“内涵性”带来了“自由度”(《血源诅咒》、《辐射》……)——虽然这并不完全是游戏本身的,也需要玩家联动。所以这个例子非常的粗略,也并不贴切……
一个关于世界的灵活的内涵表示是思维的全部所在。那么,像脑这样一个生理系统是怎样支持这样一个表示系统的呢?”所以按照上面这个例子来说,人为构造出来的系统,确实是大脑本身的一种非常粗略简陋的,但是确实有“同构”的模拟。(但我们发现即使这样构筑的工作量也已经非常非常大了)。而且从这个问题来说,我们还得联系到前面反复强调的另一个概念——“层次”。现在我们在思考这个问题的时候,正是我们在穿越“层次”的时候。而且这种穿越:由上往下很容易,但是由下往上……很容易迷失方向。(这个“层次”貌似还是“递归”的,这种复杂度如果画成曲线,呈现指数上涨)。
2·脑的基本单位——神经细胞
从前面的对话内容我们已经了解了,大脑硬件是什么样的构成。有鉴于上面提出的问题,那么在探索的同时,关于大脑“硬件”我们就必须了解一下。那么毫无疑问地,以目前的发现来说,大脑的最重要结构就是“生物神经网络”。而构成这个“网络”的就是生物神经原,我们需要了解的大脑“硬件”最低层次的基本结构。“神经原,它们大约有一百亿个(奇怪的是,胶质细胞的数目是神经原的十倍。据信,它们主要是对神经原这个主角起支持作用的,因此我们这里不讨论它们)。
神经原也叫神经细胞,在大脑中主要聚集在大脑皮质层(灰质层)。大脑皮质具有六层的构造,含有复杂的回路是思考等活动的中枢。人脑中,神经细胞约有860亿个,其中约有700亿个为小脑颗粒细胞(cerebellar granule cell)。生物神经网络的演化历史悠久,早在前寒武纪新元古代的时候,当时的腔肠动物就已经拥有了神经原和突触的弥散的神经网络。
形态学:
虽然神经元形态与功能多种多样,但结构上大致都可分成细胞体(cell body, or soma)和神经突两部分。神经突又分树突(Dendrites)和轴突(Axon)两种。轴突往往很长,由细胞的轴丘(axon hillock)分出,其直径均匀,开始一段称为始段,离开细胞体若干距离后始获得髓鞘,成为神经纤维。习惯上把神经纤维分为有髓纤维与无髓纤维两种,实际上所谓无髓纤维也有一薄层髓鞘,并非完全无髓鞘。
胞体的大小差异很大,小的直径仅5~6μm,大的可达100μm以上。突起的形态、数量和长短也很不相同。树突多呈树状分支,它可接受刺激并将冲动传向胞体;轴突呈细索状,末端常有分支,称轴突终末(axon terminal),轴突将冲动从胞体传向终末。通常一个神经元有一个至多个树突,但轴突只有一条。神经元的胞体越大,其轴突越长。
不论是何种神经元,皆可分成:接收区(receptive zone)、触发区(trigger zone)、传导区(conducting zone),和输出区(output zone)。
接收区(receptive zone):为树突到胞体的部分(伪单极神经元为接受器的部分),会有电位的变化,为阶梯性的生电(Graded electrogenesis)。所谓阶梯性是指树突接受(接受器)不同来源的突触,如果接收的来源越多,对胞体膜电位的影响越大,反之亦然。而接受的讯息在胞体内整合。
触发区(trigger zone):在胞体整合的电位,决定是否产生神经冲动的起始点。位于轴突和胞体交接的地方。也就是轴丘(axon hillock)的部分。
传导区(conducting zone):为轴突的部分,当产生动作电位(action potential)时,传导区能遵守全有全无的定律(all or none)来传导神经冲动。
输出区(output zone):神经冲动的目的就是要让神经末梢,突触的神经传递物质或电力释出,才能影响下一个接受的细胞(神经元、肌肉细胞或是腺体细胞),此称为突触传递。
形态分类:
神经元按照传输方向及功能为三种:感觉神经元(sensory neuron,或称传入神经)、运动神经元(motor neuron,或称传出神经), 和联络神经元(interneuron)。 不同功能、不同区域的神经元外型有所差异,依照突起的多寡分成多极神经元、单极神经元(伪单极神经元)、双极神经元。如感觉神经元中的伪单极神经元,因为看起来只有一个突触,只有单一条轴突,没有树突。 ——维基百科‘神经元’词条
关于生物神经网络的研究对人工智能的启发和影响,早在之前的好几篇笔记和附录内容中,就说过了不止一次了。这里就不重复多说了,只不过我们直接来看看神经原本身,其复杂程度超乎我们的想象,虽然按照功能上来说,可以简单地归纳为“开”和“关”。也就是说神经原时刻都在做的一件事情就是最简单的,判断是否发射电化学流(也就是移动的离子)。
其判断是这样的,离子从其他的神经原通过神经原之间的连接输入,并且在神经原内部进行积累,当来自同类的离子,在自身体内积攒超过一定的临界——我们管这个叫“阙值”,就会发射“离子流”,反之则不发射。这种离子的输入有时候会产生正向的积累,而有些时候则会互相抵消。也就是说假设这就是我们“思维的最低层次”,那么它就是以海量的这种最简单的“加减法”构筑起来的。
之前在介绍人工神经网络的时候提到过,当神经原之间,如果长时间保持同样的输入和输出,则两个神经原之间的连接会得到强化(赫布型学习)。现在的人工神经网络就是在模仿它们,但是说实话,单纯以量级上来说,目前最先进的人工神经网络也比一个个人的大脑要差了远了。
虽然做出决定的方式听起来很简单,但下述事实使问题复杂化了:一个神经原所具有的不同输入端口可以多达200000个,这意味着为决定该神经原的下一步行动需处理200000个被加数。决定一旦作出,一个离子脉冲将沿轴突射向其末端。但是,当离子到达轴突的末端前,可能会遇到一个或多个分叉点。在这种情况下,单一的输出脉冲在通过分叉点时将分裂,在到达末端时,‘它’已经变成‘它们’——而且它们可能在不同的时刻到达各自的目的地,原因是它们经过的轴突分支可能具有不同的长度和不同的阻抗。但重要的是,它们都始于一个出自胞体的单一脉冲。在一个神经原发射后,它需要一个短暂的恢复时期才能再次发射,这是以毫秒来度量的,因此一个神经原的发射频率可达每秒上千次。
按照前面关于蚁群和大脑之间的映射关系,那么很明显,神经原就可以对应于作为个体的蚂蚁。那么我们知道,作为个体的蚂蚁,对于高层次的蚁群来说,先得没有什么“意义”。同样的,虽然神经原是大脑思维的基础原件,但是单纯的收发离子信号似乎也没有办法届时我们的思维活动。那我们就必须升到高层次去看一看了。
3·脑的大尺度结构
首先一点要注意的是,为什么到达了“高层次”就会有不一样的意义了呢?在前面关于蚁群的比喻当中我们知道,还存在着中间层次“蚁队”。这些是作为信号,构成主动符号的基础。也就是说从蚁队这一层开始,有些东西开始发生质变了。
怎么解释这种质变比较好呢?我们可以参照一下数学当中的一些情况,就从最基本的入手就可以了。数学当中加减法就是最最基本的“底层次”,在这个层次当中存在着一些基础的情况。我们可以把乘除法理解为加减法的高一个层次,而当我们进入乘除法的“层次”的时候,有些现象确实发生了明显的“质变”
比如:正负数。很明显,在加减法当中,正负数只能互相抵消,而不会互换。正数相加永远是正,负数相加只会是负。但是这个规则在高一各层次的“乘除法”里面,就完全变化了:正负得负、负负得正……那么量变到质变这种情况可能就类似于此,循着这个思路,我们可以来看看大脑的“高层次”结构的情况,可能会有所启发。(这个例子是笔者自己猜想的,未必正确)
那么大脑的大尺度结构,很明显就是神经原的集群。联系到之前笔记提到过的关于“组块化”的概念,加上前面“蚁队”的比喻。“尽管单个神经原的输入很复杂,它却是能以一种非常基本的方式作出反应——发射,或不发射。这只具有很少量的信息。在传递加工大量信息的过程中,显然必须包括许多神经原。因此可能的猜测是:存在着由许多神经原构成的大尺度结构,它们在一个较高的层次上处理概念。这毫无疑问是对的,但最朴素的假设——每个不同的概念对应于一个固定的神经原群——却基本是错的。
先来看看大脑的大尺度结构,首先大脑是由端脑间脑组成:
间脑是脊椎动物胚胎神经管中,产生后前脑结构的部分,包括丘脑、下丘脑、垂体后部和松果体。下丘脑执行大量的重要功能,其中大部分直接或间接与通过其他脑区和自主神经系统调节与内脏活动有关。
端脑包括两侧大脑半球(左右半脑)、胼胝体与基底核,是脑的最高级部位。 在脊椎动物胚胎的神经发育过程中,脑部神经管分化为五部分:端脑、间脑、中脑、后脑、延髓。其中端脑与间脑合称前脑。人类端脑属于脑和整个神经系统演化史上最为晚出现、功能上最为高级的一部分。(胼胝体是哺乳动物大脑的一个重要白质带。它连接大脑的左右两个半球。胼胝体是大脑最大的白质带,其中约包含2-2.5亿个神经纤维。大脑两半球间的通信多数是通过胼胝体进行的。较为低级的脊椎动物,例如单孔目和有袋类的动物没有胼胝体。 )  
这里只需要大概了解一下就足够了,为什么呢?因为重点不在于“形式”,而在于“关系”。
我们不准备详细描述大脑的任何子器官,因为迄今为止在这些大尺度子器官和它们所负责的心智或物理活动之间只能建立起最粗略的对应。例如,已经知道语言主要是由两个半球之一来掌握的——事实上通常是左半球。我们还知道小脑的作用是发送一系列脉冲到肌肉,以控制运动。但是,这些区域是如何完成它们的功能的,这在很大程度上还是个谜。”(目前来说研究,即使是在理论上都没有太大的突破性进展,我们只有假设和想像,很多强行解释的理论——主要是人体的机械化解释理论,本质上只是一种选择性忽视全部现象——只聚焦于物理化学效应,否认其它“意义”,强行圆满答案的做法。)
4·整体论与简化论
上面看过了在两个不同尺度之间,大脑是什么样的。那么可以聚焦到这个问题上来了——我们如何看待大脑?或者说大脑的思维究竟是怎么来的?为什么这会引起简化论与整体论之争呢?先来看看这两个理论吧:
简化论也可以叫还原论(Reductionism),这种主张认为复杂的系统、事务、现象可以通过将其化解为各部分之组合的方法,加以理解和描述。还原论的思想在自然科学中有很大影响,例如认为化学是以物理学为基础,生物学是以化学为基础,等等。在社会科学中,围绕还原论的观点有很大争议,例如心理学是否能够归结于生物学,社会学是否能归结于心理学,政治学能否归结于社会学,等等。在学术研究上,对复杂系统的研究,令偏向抽象事物的研究者明白“还原”不足以解释一个复杂系统内部交叉产生的现象。
整体论现在也叫整全观(holism),主张的是一个系统(宇宙、人体等)中各部分为一有机之整,而不能割裂或分开来理解。这种观点认为,将系统打碎成为它的组成部分的做法是受限制的,对于高度复杂的系统,这种做法就行不通,因此我们应该以整体的系统论观点来考察事物。这样做可以将问题简化,但当然也有可能会丢失一些比较重要的信息。
不论以任意哪一种理论来解释大脑,我们都会发现问题没有得到解决(只能解释一部分),进而我们为了寻求答案不得不跨出原本的框架去走向对立面。然而最后却变成了一个矛盾的死循环,我们在二者之间跳来跳去。有的人选择抱住一根木头就不打算动了,而对于矛盾的部分只需要将其证伪就可以了。这就是而这争论的由来。(实际上这个基本可以套用到所有的,互相矛盾的学术理论之争上面……)
那么就肯定有人提出,为什么不把两个理论相结合呢?互补不就能得到完美了吗?问题就在这里,我们之前看见了“分层”的概念似乎隐隐暗示着,可以用一个大框架来把这矛盾消解包容(消除悖论确实是这么个方法)。然而在这个问题上这个看法是错的,目前来看两个理论朝着截然相反的方向越走越远,去强行结合它们的结果就是自相矛盾的,并且会直接破坏逻辑系统当中的一致性和完整性(很多伪科学理论就是犯这种错误,没有经过专业科学训练的人就很容易忽略这部分)。这样一来,强行整合出来的玩意就压根没有意义了。而且我们还隐隐的发现在这两者之外似乎还有空白没有被填充——大脑“大尺度硬件”和“高层次软件”之间的对应关系。(找到这个对应关系才能解决这个争端)。
另一个很重要的问题在于,我们虽然可以做到穿越层次去观察,可我们不知道“意义”是怎么生成的。基本粒子的运动对于我们的日常会产生意义吗?按理说是有的,但是怎么产生的呢?一个夸克、正负电子的运动对我们的身体有影响吗?跨层次之间似乎没有办法产生意义上的连接,但是它们确实是存在的——至少我们的身体确实也是由基本粒子构成的。(你不能去无视中间的“层次”,去直接把高层次和低层次就这么联系起来,它们之间不存在直接的逻辑关系,只能层层递进……)所以和上面所说一样,背后更深的地方还存在着一个“对应关系”而我们还没有找到。

四:大脑硬件与思维

1·脑之间的映射
说到这里,一个极其重要的问题出现了。如果思维的确是在脑中发生的,那么两个脑是如何彼此相区别的呢?我的脑和你的脑有什么不同呢?你的思想当然和我的不会完全一样,对其他任何人来说也如此。但我们的大脑都具有相同的解剖学划分。脑之间的这种一致性可以扩展到什么程度?能达到神经元层次上吗?
……随着你观察的对象在思维层次体系中的上升及其神经原个数的增加,折中不同个体的脑之间的一一映射关系很快就消失了——这支持了你的猜疑:并不是只存在一个人!然而,一旦在比单个神经原大、又比脑的主要子器官小的尺度上把不同人的脑相比较,仍然可以发现显著的物理相似性。个体的精神差异是如何表现在脑的物理结构上的?上述事实对这个问题来说意味着什么?如果我们来观察我们的神经原的相互联系,我们是否能发现各种结构,它们可以被确定为以编码的形式表示了我所知道的特殊事物、我所具有的特殊信念、我怀有的特殊愿望、恐惧和好恶?如果精神体验可以归因于大脑,那么知识和精神生活的其它方面是否也能类似地追溯到大脑中的特定位置、或大脑特定的物理子系统?”这一系列问题是这一章节还有下一章节要讨论的重点问题,在这一章关于大脑结构的讨论里引申出来的一个重要问题。
简单来说,几乎所有人的大脑,在医学范畴内、物理范畴内、化学范畴内等等等……都具有着相同的性质、相同的物理化学效应、相同的生理结构。假如说思维直接产生于大脑的生理效应,那么人与人的思维不是应该完全相同吗?(显然不是)。
即使我们完全抛开外在因素的影响——我们必须承认,外部环境对于人类思维的形成确实具有着一定程度的影响,甚至对于思维的发展能起到一定的引导作用。直白地说:我们的经验、经历、知识是我们性格、思维的重要塑造条件。但是你能说在同样的环境下,人们绝对会做出同样的选择吗?撇开环境影响,人与人之间的思维有什么不同?
人与人的大脑之间的这种映射——相同的生理结构、相似的物理化学反应。确实可以解释人们之间的共性(人和人之间确实有相似之处,这点毫无疑问,任何人之间都能找到)。但你绝对不能说人和人之间是完全一样的,毫无疑问我们每一个人作为个体都具有自身独有的,那么这种分别怎么来的?还存在什么超脱了大脑物理化学结构之外的规则吗?
也许这也可以用遗传基因的规律来解释,我们也都知道,每一个人在DNA的层次上,大家都是一样的。然而随着DNA在遗传过程中不断的递归自调用,生成更大的“组块化”结构,变得越来越复杂,最后变得不可预知。于是当它们构建到足够的“高层”时,人和人之间的不同就出现了。(我们知道,医学上来讲,我们大部分人都具有着相同的生理结构系统,可是外貌来说,完全一样的人是不存在的——哪怕是克隆人)。
这个问题目前还是个疑问,还没有办法用纯粹唯物的观点来进行解释,但是多多少少,摸到了一点边了。我们从目前对于自身研究方面获得的成果中隐约能感觉到一些什么。(医学、心理学、遗传学、生物学……)到了下一个章节里面,会直面这个问题,试着进行讨论。
2·谜一般的大脑过程
神经学研究一直是对于大脑探索的一个重要学术领域,不过这里要稍微做一下说明。因为如今学科的分类非常繁琐,各个领域都有很多叫法。有些时候往往一字之差就是完全不同的领域。这里说的神经学应当是:神经科学,也叫神经生物学。另外的神经内科和神经外科则是属于医学范畴之内的应用科学,算是神经科学的分支。
神经科学(英语:neuroscience),又称神经生物学,是专门研究神经系统的结构、功能、发育、演化、遗传学、生物化学、生理学、药理学及病理学的一门科学。对行为及学习的研究都是神经科学的分支。
对人脑研究是个跨领域的范畴,当中涉及分子层面、细胞层面、神经小组、大型神经系统,如视觉神经系统、脑干、脑皮层。
最高层次的研究是结合认知科学成为认知神经科学,其专家被称为认知心理学家。一些研究人员相信认知神经科学提供对思维及知觉的全面了解,甚至可以代替心理学。
神经科学致力于科学地研究神经系统。尽管神经科学学会成立于1969年,但是对于大脑的研究很早就已经开始。传统的神经科学是生物科学的一个分支。其研究范围包括对神经系统的结构,功能,进化史,发育,遗传,生理学,药理学和病理学研究,近年来神经科学的研究深度有了突破性成长,开始与其他学科有了越来越多的交叉与融合,如认知和神经心理学,精神疾病学,计算机科学,生物信息学,计算神经生物学,统计学,物理学,生物化学,犯罪学,医学科学和哲学陆续加入研究行列。
暂时最关心的课题是: 
神经突触的神经信号传递者
学习在生物层面的操作原理
基因在胚胎时期对神经系统的发育
其他生物的简单神经系统的操作
应用于感官、记忆及语言的复杂神经系统的结构及功能
——维基百科‘神经科学’词条。”
神经科学是人工智能研究的重要伴侣,一直到现在,人工智能的研究都需要向神经科学取经。(现在的人工神经网络也要感谢神经科学研究的帮助)我们的大脑究竟是怎么产生思维的?其运作原理是什么?这个问题目前可能是神经科学走得最深,然而它目前并没有取得特别明显的结果,目前获得的很多“结论”依然还是建立在理论建立者的“一厢情愿”之上。但是不可否认的是,神经科学的研究确实有所得。
神经病学家卡尔·拉施利从1920年左右开始进行了多年实验,试图发现老鼠在脑中的哪个地方存贮了它跑迷津的知识。史蒂文·罗斯在他的著作《有意识的大脑》中这样描述了拉施利的尝试与磨难:
拉施利试图确定记忆在皮层中的位置,为此,他首先训练老鼠跑迷津,然后切除皮层的不同区域,他让动物进行恢复,然后检查跑迷津技能的保持情况。出乎他意料的是,要找到一个迷津通路的记忆能力所对应的特定区域是不可能的。相反,所有进行了皮层局部切除的老鼠都受到了某种损害,而损害的程度大致正比于皮层的切除量。皮层切除破坏了动物的运动和感觉能力,它们可能一瘸一拐,步态踌躇,但总能设法穿过迷津。就记忆而论,皮层似乎是等势的,这就是说,所有的区域都有相同的可能效用。后来,在他发表于1950年的最后一篇论文‘寻找记忆痕迹’中,拉施利沮丧地断定唯一的结论是记忆根本就是不可能的。
奇妙的是,在40年代末,几乎在拉施利进行他的最后的工作的同时,支持相反观点的证据在加拿大出现了。神经外科医生怀尔德·潘菲尔德那时正在检查进行了某种大脑手术后的患者的反应。这种手术是把电极插入患者被暴露了的大脑的各种部位中,然后用微弱的电脉冲刺激那些与电极相接触的神经原或神经原群。这些脉冲和来自其它神经原的脉冲很相似。潘菲尔德发现:对某些神经原的刺激会可靠地给患者带来特定的幻象和幻觉。这些人工诱发的感觉是各式各样的,从陌生而不可名状的恐惧感到嗡嗡声及颜色等等不一而足。最令人印象深刻的是,其中还包括早年生活中事件的完整过程,比如童年时代的一次生日晚会。能触发这种特定事件的位置只限于一个很小的区域——基本上集中于一个单个神经原。于是潘菲尔德的这些结果戏剧性地回击了拉施利的结论:说到底,这些结果似乎意味着特定的记忆是由局部区域负责的。
这种情况和“关于大脑的简化论和整体论之争”似乎完全一样,我们研究自己大脑的理论似乎不论怎么走,都能找出反例来驳斥我们的“结论”。这更让我们觉得我们的大脑是那么的深不可测,书里对于上述的这个神经科学的例子做出了两个假设性的回答:首先确实存在着特定的神经原群模式用于记忆,而之所以出现上述这种矛盾的情况那么:
假设一:这种特定模式不止一个,所以即使切除了一部分神经原群组,大脑当中依然存在“备份”的神经原群,所以“记忆还在”。(多个神经原群组“备份”)
假设二:没有一个完全固定的“神经原群”模式存储记忆,但是大脑具有某种重建功能,可以随时在现有资源的情况下(如同上面所说,被切除了一部分)重新构建起神经原群的“记忆模式”。(并非特定的神经原群,而是特定的神经原群“模式”)。
但是书里说的这两个结论也只是假设性的,暂时对于这个问题还没有什么结论。(也许这只是笔者的一厢情愿,但是有可能我们的大脑的能力依然超乎我们的想象)。

五:神经网络与思维

1·视觉神经网络
对于大脑的神经研究最有意思的,也最直观的部分就是视神经的研究。有意思的是虽然我们的视觉信息接收是从眼球开始的,但是我们的视觉神经对信号的处理和图像的生成实际上是在我们靠近后脑勺的位置。
视神经(Optic nerve)是十二对脑神经中的第二对,始于眼球的视网膜,穿过视神经管入脑,传导视觉冲动。由于它起源于胚胎时期的间脑外翻,故也被视为中枢神经系统的一部分。视神经嵌套于全部三层脑膜(硬脑膜、蜘蛛膜、软脑膜)中。哺乳动物的中枢神经纤维曲目是不可再生的。因此,视神经损伤导致的失明不可逆转。
视神经由视网膜神经节细胞的轴突和支持细胞组成。它由眼眶发出,经视神经管指向后中部的视神经交叉,双眼的部分颞视野(鼻半视网膜)纤维恰在此发生交叉。交叉纤维的规模因物种而异,且与物种的双目视野最大可视角度有关。多数视神经轴突终结于向视觉皮层传递视觉信号的侧膝状核,少部分与眨眼反射有关的终结于顶盖前核。
整个大脑从视觉接受器官一直到内部生成处理的过程可以叫做“视觉通道”(眼/视网膜-视神经-视交叉-视束-外侧膝状体-视辐射-视皮层-MT区),视觉通道发端于视网膜上的神经纤维经过视神经直通九个大脑中的视神经核。视觉信号在此中继,再被传送至视觉神经皮层。视觉神经系统是一个可以帮助我们对大脑过程的定位进行研究的非常好的,也很直观的一个例子。
首先前面提到了拉施利关于大脑神经的研究,如果按照他的实验结论来说,那么视觉神经就是一个对于他理论的一个反例——存在有界说良好的神经通道这一点是不同寻常的。
已经发现,视网膜神经原基本上是对比感觉器。更具体地说,它们的活动方式是这样的:每个视网膜神经原通常都以一个‘常规速率’发射。当视网膜上它所在的部分被光照射时,它的发射速率或是加快或是减慢,甚至可能停止发射。但是,它这样做的条件是视网膜的周围部分受到的光照较少。这意味着存在两种神经原:‘开中心’和‘关中心’。开中心神经原的特征是:在它们敏感的圆形视网膜区域中,当中心亮外围暗时,它们的发射率会上升;关中心神经原的特征是:当中心暗外围亮时,它们发射得快一些。如果把一个开中心模式显示给一个关中心神经原,它的发射率会下降(反之亦然)。均匀的光照将不影响这两种视网膜神经原,它们仍继续以常规速率发射。”
视觉神经系统的过程,从细胞反应一直到大脑内生成图像整个过程。很明显就是一个大脑过程(不知有一种),是相对来说比较明显的一个过程。可能相比于其它思维生成的过程来说要简单些,目前来说对于视觉神经系统的研究的很多理论依然只是简化模型,和真实情况相比还有很多模糊的地方。不过里面存在一些有意思的现象,可以为我们的理论获得启发。
从视网膜开始,信号从这些神经原出发,通过视神经到达接近大脑中部的侧膝体。在那里,我们可以发现视网膜表面的一个直接映像。之所以这样说,是因为侧膝体神经原只能被落在视网膜特定区域的特定刺激所触发。在这个意义下,侧膝体消失了,它似乎仅仅是一个‘中继站’,而非进一步的处理器,(虽然公平地说,对比敏感性在侧膝体中有所增强)。视网膜图像按照侧膝体中神经原的发射模式以一种直接的方式编码,虽然事实上那些神经原不像视网膜那样分布于一个二维平面上,而是分布在一个三维团块中。这就既保持了信息又把二维映射到三位,形成了一个同构。(很明显我们大脑内生产的图像并非平面,而是立体,这是一个我们的大脑通过视觉生成空间概念的过程,这个过程本身就非常有意思,值得研究,)表示方式维数的变化可能还有更进一步的意义,这一点还没有充分揭示出来。不管怎么说,尚未得到解释的视觉阶段实在太多了,以至于对下列事实我们不应失望而应高兴——在某种意义上,我们已经把这一个阶段弄清楚了!
从侧膝体出发,信号向后传至视觉皮层。在这里某些新的加工出现了。视觉皮层细胞分为三类:简单的、复杂的和超复杂的。简单细胞的活动方式和视网膜细胞或侧膝体细胞相似:它们对视网膜特定区域中与背景形成对比的亮点或暗点作出反应。而复杂细胞则通常要从上百个其它细胞接收信号作为输入,识别视网膜上或特定倾角的明暗线条。超复杂细胞对应于沿特定方向运动的角、线条甚至于‘舌状物’。最后一种细胞是高度专门化的,因此它们有时被称为‘高阶超复杂细胞’。
所以我们的“看见”并不是直接把真实收入大脑,我们所看见的“真实世界”实际上,是我们通过“视觉神经系统”对现实世界的一个“映射”。在经过了“同构”处理、“模拟还原”之后,再在大脑正生成一个关于“现实世界”的映射。我们的眼见为实,其实是脑海中的同构于“真实世界”的一个“形式系统”。我们确实可以以这样的方式来看待我们的“视觉”,乃至于我们所有的感官系统都是如此。而且正因为这些系统实际上就是我们自身的一部分,我们感受不到这些过程,但它确实存在。
那么在之前讨论过的关于“形式系统的符号与现实世界之间的映射”,这个概念就可以带入到当下我们所讨论的话题中来看了,这样一来确实给了我们一些新的认识。
2·从视神经系统到思维
由于在视觉皮层中发现了能被复杂性不断增加的刺激所出发的细胞,有些人怀疑事情是否在向‘一个细胞,一个概念’的方向发展——例如,你可能有一个‘祖母细胞’,它当且仅当你的祖母进入视野时发射。这样一个‘极端超复杂细胞’的多少带点幽默的例子不过是个玩笑,但是,可供选择的理论中哪个更合理,这并不是显而易见的。
前面已经说到,既然可以把视觉神经系统看作一个“形式系统”,其生成的图像与现实世界就存在“同构”。那么“同构”一定具有对应关系。“祖母细胞”这个例子可以算是这种看法的一个及其粗略的一种比喻,但是我们知道事实要更复杂得多。
一种可能性是更大的神经网络被足够复杂的视觉刺激整体性地激活。当然,这些更大的多神经原单位的触发,可能以某种方式依赖于许多超复杂细胞发出的信号的整合。没有人知道这是怎样完成的,正当我们似乎接近了‘符号’怎样从‘信号’中形成这一关键点时,线索中断了——一个吊人胃口的‘且听下回分解’。但我们很快会回到这个故事,并努力再补充一些内容。
有一点要值得注意,前面说过我们不知道“意义”是怎么生成的,这个过程我们不知道。似乎是在我们往更高的层次进发的时候,它就突然显现出来了。这里的视觉神经系统过程,就是一个非常明显的例子。注意,在一开始的那些简单细胞仅仅是接受刺激和输出信号传递给后面,这是一个非常简单明了的物理化学效应。而随着这个信号不断地往后传递,进入越来越高层次的“组块化”神经原,以至于到达“极端超复杂细胞”的层次的时候。这个信号已经变成了“符号”了——这个比喻在前面阿基里斯和食蚁兽讨论蚂蚁群的时候,就用比喻的方式详细的描述过了。
我们脑海中生成的“图像”是具有概念性的,有意义的,并不是单纯的物理或化学符号。这中间的过程我们一直不知道,似乎只是复杂的超过一个临界点之后,就会发生“质变”。所以从人工智能最早开始,甚至是到现在,都有人还抱持着这个看法。但是这并不是答案,如果说就是按照这个过程发生的——那么量变到质变的界限何在?我们如何知道我们接近了?那么反过来说,如果不是这样,那么我们是不是还遗漏了什么“生成机制”?或者别的什么?(推翻原有概念?)
前面我提到过,人类的大脑之间在大的解剖学尺度上存在粗糙的同构,还提过蚯蚓的脑之间存在非常精密的神经元层次的同构。很有趣的事在猫、猴、人的视觉处理器管之间也有一个同构,其‘粗细程度’介于粗糙和精密之间。这个同构是这样的:首先,三个物种都在脑的后部为视觉加工‘特供’了一部分皮层,即视觉皮层。其次,在三者之中视觉皮层都分成三个子区域,称为皮层的17、18和19区域。这些区域仍具有普遍性,这就是说在三个物种的任何正常个体的脑中都可找到它们的位置。
我们知道“智力”是可以跨物种来比较的,目前我们所知,是人类最高,之后是动物当中:海豚、猪、鲸鱼……(智力或智能是指生物一般性的精神能力。这个能力包括以下几点:推理、理解、计划、解决问题、抽象思维、表达意念以及语言和学习的能力。)以“智力”这个例子来说,很明显所有生物之间的大脑,都存在一定程度上的“同构”。甚至于是昆虫,具有的感知器官,并且对一定的刺激作出反应,我们知道在一些很小的层次上,那些“同构”也是存在着的。然而这里还是要做出提醒,虽然“同构”可以让我们找到对应,借由“近似”给我们参考和方向。但同时它也会混淆我们的概念——没错我们的视力和大脑与其他动物确实存在着“同构”,但是我们不会划上等号对吧。
在猫脑和猴脑中的视觉加工之间,存在一个虽然次要但或许能说明问题的差别,这与把来自两眼的信息整合成单一的复合高层次信号的时刻有关,研究结果表明,在猴脑中这一整合发生的时刻稍迟于猫脑,致使每个单眼信号都有稍长的独立加工时间。这并不值得惊讶,因为可以设想,一个物种在只能层次体系中所处的位置越高,其视觉系统所要处理的问题就越复杂,因此信号在最终得到一个‘标签’前所要经过的预处理也就越来越多。对初生牛犊视觉能力的考察已经非常戏剧性地证实了这一点。小牛似乎一生下来就已经达到了它将来所可能具有的视觉分辨力。它会胆怯地回避人或狗,但不怕别的牛。有可能它的整个视觉系统在出生前就被‘硬性联接’了,而且只涉及较少的视觉皮层。与此相反,人的视觉系统深深地依赖于皮层,而且要经过若干年才能成熟。
不可否认,今天我们在技术上的图像分析、图像识别和图像处理。多少都是模仿自我们自身的视觉神经系统,而且为了通过硬件来实现,我们也有很多相关的技术和理论。但如果来进行横向对比,恐怕在一些程度上我们的技术还远远不及我们的自然生物功能。
图像是人对视觉感知的物质再现,是一种视觉符号。图像分为静态影像,如图片、照片等,和动态影像,如影片等两种。与其相关的技术包括图像采集、图像制作、图像分析和图像处理等。在应用上来说通过专业设计的图像,可以发展成人与人沟通的视觉语言。延伸来看图像也可以是了解族群文化与历史源流的史料。世界美术史中大量的平面绘画、立体雕塑与建筑,也可视为人类由古自今文明发展的图像文化资产。
图像可以由光学设备获取,如照相机、镜子、望远镜及显微镜等;也可以人为创作,如手工绘画。图像可以记录、保存在纸质介质、胶片等等对光信号敏感的介质上。随着数字采集技术和信号处理理论的发展,越来越多的图像以数字形式存储。如今更多的情况下“图像”一词实际上是指数字图像。
图像分析(image analysis)图像处理(image processing)关系密切,两者有一定程度的交叉,但是又有所不同。
图像处理侧重于信号处理方面的研究,是信号处理的子类(信号处理在图像领域上的一个应用),另外与计算机科学、人工智能等领域也有密切的关系:比如图像对比度的调节、图像编码、去噪以及各种滤波的研究。图像处理是对图像进行分析、加工、和处理,使其满足视觉、心理或其他要求的技术。当前大多数的图像均是以数字形式存储,因而图像处理很多情况下指数字图像处理。此外,基于光学理论的处理方法依然占有重要的地位。传统的一维信号处理的方法和概念很多仍然可以直接应用在图像处理上,比如降噪、量化等。然而,图像属于二维信号,和一维信号相比,它有自己特殊的一面,处理的方式和角度也有所不同。
图像分析一般利用数学模型并结合图像处理的技术来分析底层特征和上层结构,从而提取具有一定智能性的信息。侧重点在于研究图像的内容,包括但不局限于使用图像处理的各种技术,它更倾向于对图像内容的分析、解释、和识别。因而,图像分析和计算机科学领域中的模式识别、计算机视觉关系密切。
从上述内容来看,我们的大脑功能已经具有了上述相关技术的全部能力(甚至还更强,外部硬件图像生成的保真度始终不及人类视觉系统在大脑内生成的水平——你看照片和看事物总是感觉不一样的)。

六:信号到符号

1·大脑软硬件对应关系
令人迷惑不解的是,在迄今为止关于脑组织的发现之中,并没有找到多少大尺度硬件和高层次软件之间的直接对应关系。举例来说,视觉皮层就是块大尺度硬件,它的软件用途是很清楚的——视觉信息加工,但至今发现的所有加工过程仍都是层次很低的,远没有接近对象识别在皮层中的地位。这意味着没有人知道复杂细胞和超复杂细胞的输出在哪里或怎样转换成对形状、位置、图像、面容等等有意识的识别。人们已在寻找证据,试图证明许多低层次的神经反应‘汇集’成越来越少的高层反应,最终达到像所谓的祖母细胞的一类东西,或是前面提到过的某种神经原网络。显而易见,这个发现不会出于某种粗略的解剖学划分,而是需要进一步的微观分析。
这里提到的“汇集”过程,是争议所在。这个过程是怎么样的,是否是必要的?前面的“祖母细胞”的比喻,就是这个过程的一个解释,但是看起来似乎不太能被接受,而实际上可能也有谬误。另一种解释是,这个过程对应一组神经原(数量层级要比前面的“祖母细胞”小得多)。每一个可识别对象,对应一个这样的关系。这是在承认“汇集”过程的情况下,提出的很多种解释。但是大同小异——大脑对应硬件的尺度大小。
沿着类似的思路还可以提出更复杂的解释,包括可以用不同的方式而非固定方式激活的网络。这样的网络就是我们大脑中的‘符号’。”也就是说,前面提到的问题视觉到思维的过程当中“意义”(或者说概念/知识都行)是怎么生成的呢?——是因为本身大脑内部就有一种形式对应(不论是硬件或是软件)。识别过程就是一个激发大脑内部对应的过程。——这只是一个假设性的解释理论,而且还有很多问而且还有很多问题。(比如“汇集”过程是不是真的有都是个疑问,还有别的什么吗?目前并不知道)。
假设你在欣赏风景,这在你的视觉皮层上留下了印迹,但此后你怎样才能从中得到关于这个景象的词语描述呢?举例来说,法国后印象派画家爱德华·维亚尔的作品,往往需要几秒钟的审视,然后一个人的形象才突然呈现在你的面前。大概只需片刻其印迹就能形成于视觉皮层上——但这幅画是在几秒钟后才被理解的。这只是一个例子,实际上这种现象很普遍——在识别时好像感到有什么东西在你的脑海里‘结晶’了,这一过程不是发生在光线射在你视网膜上的时候,而是稍迟一些,要等到你智力的某些部分有机会作用于视网膜信号之后才行。
我们在这里还是在面对着如同简化论和整体论之间矛盾的问题,这个“汇集”过程的反例在于,我们看见事物一直到我们对其做出反应的这个过程并不是连着的。如同前面所说,视网膜接触光线刺激之后,我们“结晶”了一会,才会有所反应——有一个识别的过程。那么这样的话“汇集”这个直接的反应就遭到了反驳。(如果是低层次神经原反应一直“汇聚”到高层次的“概念”的话,按理说就应该直接反应出来,而没有这个识别过程。哪怕是看抽象画也是一样,因为这直接和视网膜接收的信号相关)。
但同时“汇集”这个过程又是具有论据的:同一个“印迹”可以做出多个解释:
例如埃舍尔的画《凸与凹》。正如这样一个显而易见的事实:我们从电视屏幕上感知到的不仅仅是点,还有组块,而且,假定当一片点状印迹产生于视觉皮层上之后感知就已经发生,这似乎有些荒唐。一定是有某种汇集,其最终效果就是触发某些特定的神经原模块,而每个模块都关联于场景中的概念——或称组块。”(这部分概念已经在之前的笔记里详细说过了)。
可以说存在一些“模块化”组织,是作为思维过程的媒介。由一小群神经原组成,或者别的那种神经复合体。但这个理论现在面对的一个问题是,这些模块在哪里?目前在大脑当中并没有找到这些作为“媒介”的模块。而且前面提到的拉施利的实验,则是这个理论的一个反例。但目前来说,只能是依然不明——思维过程目前依然是一个“黑箱”,但这些假设性的结论都可以提供一些研究方向。
这些假设性的神经原复合体可以使人想到许多问题,例如:
1它们是否延伸到了脑的内部区域,如中脑和下丘脑等处?
2单独的一个神经原能否属于一个以上这种复合体?
3单独一个神经原可以属于多少个这种复合体?
4一个这种复合体可以覆盖多少神经原?
5对每个人来说,这些复合体是否大致相同?
6在不同的人脑中,是否能在对应的位置找到对应的复合体?
7它们在每个人脑中的覆盖方式是否相同?
从哲学上看,所有这些问题中最重要的是:这些模块——例如一个祖母模块——的存在说明了什么?这是否使我们对自身的意识现象有所认识?还是说这和仅仅知道‘大脑是由神经原和胶质细胞所组成’一样,仍使我们对意识是什么一无所知?”(想想灵魂论的说法为什么到现在都没被否定掉?太多的问题无法被证明也无法被证伪)。
也许你在读《蚂蚁赋格》时已经猜到,我的感觉是,要想理解意识现象,我们还得经过一个漫长的过程。需要完成的关键步骤是:对同一个脑的同一个状态来说,低层次的描述——面向神经原的——要变成高层次的描述——面向模块的。或者再一次重申《蚂蚁赋格》中带有启发性的术语,我们需要的是把脑状态的描述从信号层转向符号层。
2·符号与思维
回到蚂蚁赋格的比喻上来看,我们知道信号是低层次的。我们以低层次的解释来看待整个系统,总是存在着效率低和漏洞多的问题,还有大量的矛盾存在着。可能是因为“信号”层次的功能和范围实在是太小了,即使我们试图把每一个单元都考虑到,都会顾此失彼。同时还有一些问题就显得很无解了。
这个道理几乎适用于所有的类似的复合系统,蚂蚁群的比喻是这样,大脑是这样,计算机也是一样(可能也可以拓展到社会学方面来)。这样的说法似乎还是有点词不达意,那么再换一种比喻:我们带入到人类社会中来看看。那么信号层级概念就是个人或者小团体这种级别的组织(最高不过公司或者稍大一些的集团——可以对应于超复杂细胞),这种层级的解析(个人心理分析、公司运营倾向等)是没有办法拿来解释于整个社会的。很明显要想对整个社会(国家)层面的行为进行解释,必须需要更高层次的视角才行。(比如我们说的领导者,其实不是直接指领导者个人。这是一个符号,其中还涵盖了整个决策层次的所有人。而这些人又有同样的类似结构往下延伸——有没有人想到分形概念?)
那么这里就已经说到了符号,符号可以看成是一种高度概括的“组块化”概念。把“一群”看成“一个”,然后可以在更高的数量级上进行调动,使用方面的例子在前一章节涉及到计算机语言的内容的时候就提到了,我们发现这个概念在实践中确实是可行的。
那么会过来看看大脑,我们把之前提到的各种复杂的,大规模的神经复合体都看成是个体单元——(不作为“信号”而是“符号”),而不再是一个一个神经原的集群。这样的话,我们对于大脑的解释可能就打开了新的局面。
首先要强调的是符号既可能是休眠的,也可能是觉醒的(激活的)。活跃的符号就是那些已经被触发了的——即其中由外部刺激造成发射的神经原数目已经达到了阙值。由于一个符号可以通过许多不同方式来触发,因此它在觉醒状态下可以按许多不同的方式活动。这提示我们不应把符号看成一个固定的实体,而应看成一个可变的实体。因此,仅仅通过说‘符号A、B、……、N是所有活跃符号’来描述大脑的一个状态是不够的,我们还必须为每个活跃符号提供一组附加参数,以刻画该符号内部工作的某些方面。”这里要提醒的一点就是,虽然我们说一个“符号”,但是不要忘记,这个依然是“组块化”的概念,事实上并不能忽略一个“符号”依然是一个最底层单位的集群。
符号是概念的硬件实现。一组神经原触发另一组神经原并不对应于外部事件,而一些符号对某个符号的触发却以某种方式对应着现实世界——或某个假象世界——中的事件。符号间通过来回传送消息来保持联系,其方式使得符号的触发模式与在我们的世界中发生的——或在一个类似于我们的世界中可能发生的——大尺度事件十分相像。意义在这里出现的原因实质上恰如在pq系统中的情形一样——同构。只不过在这里这个同构已变得极其复杂、微妙、精巧、多面化,而且是内涵的。
在跨入“符号”层次的时候,“意义”就已经具备了。所以符号可以来回传递复杂信息,而低层次的神经原很确定是做不到的。低层次的“信号”传递——直白来说不具有选择性,而到了高层次的“符号”的运作我们从上面原文里面提到的:“激活”、“休眠”。它们已经具有了一个状态,这是进一步复杂化带来的。
同时“符号”是“信号”的组块化概念,所以这里还涉及到一个重要的概念——规模。符号是具有尺度的,就如同基本粒子(中微子或者更小没有质量就无法引起物理效应,而组块化达到原子水平往上的时候,就可以产生明确的物理效应)组块化到了一定程度就产生质量了。
“符号”这样的概念有一定的道理,可以解释一些问题。然而如果把大脑单纯的看成是运行良好的“符号”集合的话,这个模拟就有点太简陋了。而且前面关于定位的问题依然得不到解答,因为不要忘记了“符号”依然是依靠“信号”(相同的神经原)构成的。这种递归复杂化系统会把底层的一些矛盾带到高层来,还记不记得之前的TNT系统吗?同样一组神经原形成不同的“符号”?这不是矛盾了吗?
面对这些问题,之前关于“符号”的理论很可能会破产,因为这么一来的话,就存在一种可能——我们对大脑神经原的看法打从一开始就错了。(就和数学界面对悖论的时候感觉一样)。我们可以选择推倒重来,或者想办法维持下去。(推倒重来就否定了之前全部的努力,但是我们知道之前的假设理论不是完全一无是处的)。
有一种办法可以维护一个基于符号的理论,哪怕这些符号在物理上重叠得很厉害甚至完全重合。想一想一个池塘的水面,它可以承载许多不同的波浪和涟漪。硬件——即水自身——在所有情况下都是同样的,但它具有不同的可能激活方式。这样,同一个硬件的软件激活方式就都可以互相区别。使用这一类比时,我无意要走得那么远,以至于认为所有不同的符号只不过是在统一的神经介质上传播的不同同类型的‘波’,而这种介质不能以有意义的方式划分成物理上可区分的符号。
……一种理论认为存在硬件上可区分的符号,另一种理论认为符号可以重叠,但能靠激活方式来彼此区别,这样两个理论的不同是前者给出的概念实现是硬件的,而后者给出的概念实现使部分硬件、部分软件的。
达到“符号”层次之后,有些问题变得暧昧不明了,互相之间高度重叠的“符号”会出现很多,而同时它们又是应该可以被区别开的。很多理论的解释开始试图寻找这其中的奥秘——某种激活方式或者某种模式,一种抽象的规则而不是精准无误的物理定律。书里给出了很多这方面的例子:我们在进行想像的时候、在运用自然语言的时候。在这些例子和研究当中,出现了一些非常有意思的现象,简而言之:想象力是研究大脑功能的一个最奇妙的主题。
想想下面这类怪事是会有所启发的:人们能够故意构造违反物理定律的精神事件序列,只要有这种愿望。例如,如果我建议你设想这样一个场面:两辆汽车相对行驶,然后互相穿过,你这样做时并不感到困惑。直观的物理定律可以被假想的物理定律所取代。但是,这种取代是如何完成的,这种想象序列是如何构造的——说到底,任何一个视觉想像是如何构造的——所有这些都厚厚地披着神秘的外衣,是我们的知识所未能达到的。
不言而喻,我们大脑中所具有的组块化定律不仅仅是关于非生物的活动的,也有关于植物、动物、人和社会的活动的——即组块化的生物学、心理学、社会学定律,如此等等。所有这些对象的内部表示都具有组块化模型的不必然特征:为保证简单性而牺牲确定性。我们对现实的表示的最终结果仅仅是可以预测抽象行为空间的某些局部结果的可能性——而不是以物理学的精确度预测所有的东西。
这里在讨论的是基于“符号”的大脑模型,同时也可以作为人工智能的开路先锋。后面的章节还要继续讨论这些问题,这个思路很明显。构筑模型是为了可硬件现实化(理论为实践指明方向),而我们的模型越接近真实的大脑,则通过这个思路最后可实现的“人工智能”则就越接近成功。

七:后记

笔记正篇内容比预计的晚了两个多月,这里要道个歉。因为之前有很多事情,所以笔记的写作进度很慢,虽然早在之前就已经开始写了。这一章节的内容很大程度上,是对大脑功能的研究。虽然笔记写了三万多字,但是和实际上的研究资料比起来,连冰山一角都不到。(连原书的内容估计也只是略微涉略),很多内容要是摊开讲,都足够成书了。
原书的内容到此为止后面还有八个章节,感觉距离结束还遥遥无期,不知道能不能在今年之内写完全部的笔记。这里笔者唯一能保证的就是不会坑掉,虽说拖的特别慢,内容又uoy特别冗长。对于能够有耐心看到这里的朋友由衷地表示感谢。
I
丑客
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有感而发
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