當代認知科學的困境與突圍

自認知科學于20世紀60年代建立以來，在現代計算機技術和fmri（功能磁共振成像）等無損傷腦成像技術的幫助下，人們在研究認知和意識等人類精神現象方面取得了巨大成功，但認知和意識的理論模型先后建立。例如，巴巴的全球空間理論（第47頁）、多諾尼的“支配空間”理論（第35頁）、托諾尼的“動態核心”理論（第10頁）等。但令人遺憾的是,意識至今仍是一個尚未被人類認識的“當今世界幾乎唯一幸存下來的不解之謎”、(p10)“一個人們目前尚不知道如何去思考的問題”。(p13)陷入了一種令人尷尬的“研究所積累的資料越多,關于意識問題的觀點也越是紊亂”的理論困境之中。(p3)一、認知科學研究陷入困境的主要原因及可能出路筆者認為,盡管使當代認知科學研究陷入目前困境的原因有很多,但其在研究方法或策略上所犯的片面主義錯誤,則是造成這種困難局面的最主要原因。縱觀當代認知科學發展的現狀可以發現,人們對認知和意識問題的研究,都是從現有人類大腦的基本結構和工作模式出發而“自上向下”展開的。雖然這種“自上而下”或“從高到低”的研究策略本身無可厚非,而且確實能夠通過“模擬”、“仿真”等途徑的研究取得一些實用性的技術成果(如現代人工智能和機器人技術的發展等)。但這種片面的研究方法,卻無法從根本上解決諸如認知和意識的本質及其自然起源與演化的基本規律等基礎性的理論問題。因為人類現有的認知和意識能力,就像人類現有的生命一樣,既不是上帝創造的,也不是從來就有的,而是隨著物質世界,尤其是生命世界的不斷進化與發展而逐漸發生或演化出來的一種自然現象。故其最可理喻、也許最為有效的研究辦法,應是緊跟近現代生命科學研究的步伐,或者直接就像生命科學研究一樣,從原本沒有認知和意識能力的原子、分子入手,沿著物質世界自然進化與發展的基本方向,從發生學的角度來逐步探索認知和意識的自然發生機制與演化過程,從而逐層剝開籠罩在認知、意識等人類精神現象之上的神秘面紗,最終達到科學揭示認知和意識的本質及其演化與發展規律的目的。一個不爭的事實是,當代認知科學所采取的上述片面主義的研究策略,正在重蹈著人們早期對生命現象研究的覆轍。其所犯下的方法論錯誤不僅已使其陷入到嚴重的理論困難之中,而且若這種錯誤得不到及時的糾正,其所要陷入的困境還會越來越深。既然使當代認知科學研究陷入困境的主要原因源于其形而上學的方法論錯誤,我們就應該及時調整研究方向或策略,幫助其擺脫困境。其實,這種正確的研究方向或策略,早已被馬克思主義經典作家所預見。在《自然辯證法》一書中,恩格斯曾明確指出,對“會思維的人腦”的研究應通過“追溯人類精神的史前時代”的方式來進行,即通過“追溯人類精神從簡單的、無構造的、但有刺激感應的最低級有機體的原生質起到能夠思維的人腦為止的各個發展階段”的方式,來最終解決人的思維和意識的本質以及起源與演化的基本規律等問題。因為“如果沒有(對)這個史前時代(的研究),那么能夠思維的人腦的存在就仍然是一個奇跡”。(p538)可見,恩格斯在此不僅指明了對人類精神現象進行研究的正確方向,而且認為沿著這個方向對“人類精神的史前時代”的研究,至少應追溯到構成生命的基本物質———蛋白質分子(即原生質)那里去。而在對“人類精神的史前時代”的研究究竟應該追溯到哪里去的看法上,列寧甚至走得還要更遠些。因為列寧在其重要哲學著作《唯物主義與經驗批判主義》一書中曾指出:“斷言一切物質都具有意識,這是不合邏輯的(但是假定一切物質都具有在本質上跟感覺相近的特性、反映的特性,這是合乎邏輯的)”。(p90)按照列寧此處這種(雖未明確講出的)看法,我們對人類認知和意識的自然起源與演化的研究,甚至要追溯到“一切物質”那里去,追溯到諸如分子、原子甚至基本粒子等無機世界中的一般物質形態那里去。從恩格斯和列寧的上述論斷中我們可以看出,對人類精神現象的研究,原則上應采取一種從無機到有機、從低等生命到高等生命的某種“自下而上”的方式進行。只有通過這種具有發生學意義的基礎性研究,我們才能在物質世界進化與發展的每一個層次上,逐漸尋找認知和意識自然起源與演化的蛛絲馬跡,并最終揭示認知和意識等人類精神活動的本質以及起源與演化的基本規律,使認知科學從根本上擺脫其所面臨的理論困境。二、對“人類精神的史前時代”的研究應追溯到原子、分子的自然感受和行為選擇性上去雖然經典作家的英明論斷,為我們指明了追溯人類精神的史前時代的基本起點、方向和思路,但他們因受時代認識水平的限制,并未(也不可能)明確指出這種“跟感覺相似的反映特性”和“刺激感應性”的具體發生機制。而國內學術界在對人類精神的史前時代的研究中,雖然也確實將對人類認知和意識的起源與演化研究追溯到了諸如原子、分子等一般物質的反映特性那里去,但卻大多以重申經典作家的看法為滿足,亦未以現代自然科學為工具,對其具體發生機制進行深入研究。可見,如何根據經典作家的指示,在物質結構的原子、分子層次上,弄清楚其所具有的跟感覺相似的反映特性或刺激感應性的具體發生機制,已是我們在馬克思主義意識論基本原理指導下,通過追溯人類精神的史前時代的方式來探索人類精神家園的奧秘時必須攻克的第一座堡壘。而原子、分子所具有的跟感覺相似的反映特性或刺激感應性,實質上就是它們在外來環境作用面前所表現出來的各種物理、化學反應行為。而原子、分子的物理、化學反應行為又是由基本物理規律決定的。所以,對“人類精神的史前時代”的研究,最終要間接地追溯到影響和決定著原子、分子的物理、化學行為的基本物理規律上去。因為只有從這些基本物理規律出發,弄清了原子、分子的物理、化學行為(尤其是化學反應行為)的具體發生機制,才算最終弄清了原子、分子所具有的跟感覺相似的反映特性或刺激感應性的發生機制,才能真正從人類精神現象自然發生的歷史源頭出發,沿著物質世界進化與發展的基本方向,通過“自下而上”式的研究來一層層地揭開籠罩在人類精神現象之上的神秘面紗。當我們利用基本物理規律,追溯原子、分子化學反應的具體發生機制時,會驚奇地發現,原子、分子因遵守基本物理規律而在化學反應中表現出來的自然的行為選擇性,極有可能是我們將要撩開的籠罩在認知和意識的自然起源之謎上的第一層面紗。在漫長的太陽系演化過程中,地球表面因適宜的質量和溫度而覆蓋了一層厚厚的大氣層和巨大的海洋。大量以氣態、液態和固態等形式存在的各種物質,在地球表面時刻都在發生著頻繁的接觸和碰撞作用。雖然這些碰撞發生的頻率極高,但只有在有些物質的原子或分子間發生的碰撞才是能引發化學反應的有效碰撞,其他的碰撞即使再激烈,也不可能導致化學反應的發生。即各種物質的原子、分子對是否應該與其他原子或分子發生化學反應有著一種自然的選擇性,好像對來自與其發生碰撞的其他原子、分子的性質有著一種自然的“感受”和“判斷”能力一樣:只有當外來原子、分子的性質符合一定的要求時,它們才在相互之間的碰撞中,與之發生化學反應,形成某種新物質。否則,則通過在兩者之間形成某種排斥性相互作用的方式,相互逃避開去。那么,物質世界中的這些既沒有生命,又不具有像人類大腦那樣的專門認知器官的原子、分子所具有的這種神秘的“感受”、“判斷”或“選擇”能力,究竟來自何處,又是如何發生的呢?答案是:它們并不神秘,它們來自于原子、分子在化學反應時對一條基本物理規律———能量最低原理和兩條量子力學規則的嚴格遵守。能量最低原理是自然界普遍有效的基本物理規律之一,它和能量守恒定律等其他基本物理規律一樣,能對物質世界的基本運動過程和方向發揮重要的影響和制約作用。其基本含義是:對任一物質系統來說,只有當其處于較低或最低能量狀態時,它才是一種較為穩定或最穩定的系統。所以當某一系統由于受到外來因素的干擾,其內部存在狀態發生了一定的改變,并因此而偏離了其原來的最低能量狀態時,該系統總是能夠因為對能量最低原理的遵守,而通過其內部元素之間的相互作用“感受”到這種偏離,并力圖通過這些相互作用而恢復到其原來所處的較低或最低能量狀態去。如當某一處于平衡狀態的鐘擺,因外來作用的影響而偏離了其原來的豎直狀態時,鐘擺和地球共同構成的系統的總能量便會因為這種內部存在狀態的改變而有所增加,這時系統就會因為能量最低原理的存在而自然地“感受”到這種狀態的偏離,并立即通過其內部的萬有引力作用而在地球和鐘擺之間形成一種指向原平衡位置的恢復力,努力使鐘擺再回復到使系統能量為最低的豎直狀態去。對原子、分子系統來說,能量最低原理要求原子核外的電子總是盡可能地占據能級較低的軌道,從而使整個原子、分子系統的能量處于最低狀態。當核外電子因外來因素的影響躍遷到了某個較高能級上去以后,該原子、分子系統會因為對能量最低原理的自然遵守,而通過其內部復雜的電磁相互作用,再使該電子躍遷到其原來所處的較低能級軌道上去,就好像該原子、分子系統能對其內部某一較低能級軌道的出現,立即通過其內部相互作用而形成某種自然的“感受”一樣。所以對原子、分子系統來說,其對能量最低原理的遵守,決定了電子在原子核外分布的順序,即電子總是最先占據能量較低的軌道,然后才占據能量稍高的軌道,并因此使整個原子、分子系統的能量為最低。同時,由于能量最低的系統最為穩定(破壞該系統需要消耗更多的能量),所以能量最低原理還使包括原子、分子系統在內的一切物質系統,自然地獲得了某種維持其自身存在穩定性的能力。兩條量子力學規則,分別是泡利不相容原理和洪特規則。前者用于確定原子的每個軌道或每個電子層可以容納的電子數量。雖然能量最低原理決定了原子核外的電子總是企圖占據能量最低的軌道,但泡利不相容原理又決定了并非所有的電子都能夠“一窩蜂”地擠到能量最低的軌道上去。當能量最低的軌道已被其他電子占據以后,后來者只能按泡利不相容原理的要求再去占據其他能量相對較低的軌道,直到所有電子最終都能根據能量最低原理和泡利不相容原理的要求而各居其所。洪特規則指的是,在主量子數和角量子數都相同的等價軌道中的電子,總是盡量先占據磁量子數不同的軌道,而且其自旋相互平行。洪德規則雖然聽起來比較復雜,但它其實只是能量最低原理的一個特例而已,因為只有在最外層電子按該規則排列時,原子系統的能量才最低。(p209)有了上述原理與規則,我們就可以對原子、分子在化學反應中所表現出來的對外來原子、分子的性質進行“感受”和“判斷”,并據此做出是否與之發生化學反應的“選擇”性行為的發生機制做出科學的解釋,從而對經典作家關于原子、分子所具有的那些跟感覺相似的反映特性或刺激感應性的具體發生機制,做出科學解釋了。現以常見的由兩個原子通過形成共價鍵而結合為分子的化學反應為例,對原子所具有的對外來環境事物或作用的性質形成某種跟感覺相似的自然感受并據此做出某種自然判斷和行為選擇的發生機制給出科學的說明。當某一原子在受到來自環境的其他原子的相互作用時,其原有的系統存在狀態必然要因為這種相互作用的出現而發生某種變化。如果外來原子的最外層電子是一個未配對電子且其自旋方向與所考察原子的最外層電子的自旋方向相反,那么,這種狀態變化的結果,就是在不違背泡利不相容原理的情況下,使來自兩個原子的最外層電子通過搭配成對的方式而共處于一個發生了一定重疊的軌道中,被兩個原子所共用,形成一種化學上所謂的共價鍵,并因此在兩個原子之間形成一種吸引性質的相互作用,將兩個原子結合在一起,形成一種新的穩定物質系統———分子。而這種情況之所以能夠發生,是因為根據量子力學的計算,當兩個自旋方向相反的外層電子,在通過搭配成對的方式共處于一個軌道中而被兩個原子所共用時,由這兩個原子構成的某種新的物質系統的總能量會有所下降,即這兩個原子結合成一個分子的化學反應行為,是符合能量最低原理的要求的,其反應后形成的物質系統也因此具有更高的穩定性。反之,當被考察原子和外來原子之間不存在上述可配對電子,或存在可配對電子但兩個電子的自旋方向卻相互平行,從而違背了泡利不相容原理時,即使它們之間的距離是如何地接近,也不可能通過形成共價鍵的形式而結合成某種分子。因為在違背泡利不相容原理的情況下,相互接近的兩個原子之間不僅不會產生吸引作用,形成某種能量更低的穩定物質系統,反而會產生出很強的排斥作用,并因此把兩個相互接近的原子分離開去,使兩者之間不可能發生任何形式的化學反應。可見,此處被考察的原子系統,在能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規則的支配下,確實具有一種通過對由外來原子引起的自身存在狀態的改變形成某種“跟感覺相似”的自然感受的方式,而對外來環境作用的性質形成某種最為原始的判斷,并因此而表現出一種自然的行為選擇性———若作為環境作用的外來原子所引起的被考察原子系統內部的存在狀態的變化,符合能量最低原理的要求,有利于鞏固其系統存在的穩定性或有利于推動系統從一個穩定狀態過渡、發展到另一個穩定狀態,那么,被考察的原子系統就會通過對這種變化所形成的自然感受,而在自己和外來原子之間形成某種吸引性質的相互作用,并因此對作為外來環境作用載體的外來原子表現出某種自然的“迎合”或“趨向”的選擇性行為,自然地與之發生結合性質的化學反應。否則,則通過在自己與外來原子之間形成某種排斥性作用的方式,而表現出自然的“遠離”或“逃避”開該原子的選擇性行為,不與之發生化學反應。筆者認為,原子在化學反應中因遵守能量最低原理而表現出來的上述原始的自然感受能力和與之相應的自然判斷和自然