认知科学的几个基础理论问题.doc

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1、1认知科学的几个基础假设认知科学的几个基础假设刘晓力刘晓力一、认知科学概况一、认知科学概况认知科学是以研究人类认知过程、智能和智能系统、大脑和心灵内在运行机制的一门学科。认知科学是以研究人类认知过程、智能和智能系统、大脑和心灵内在运行机制的一门学科。 2020 世纪世纪 7070 年代年代(50(50 年代？年代？) )兴起，是心理学、语言学、神经生理学、计算机科学、哲学和人类兴起，是心理学、语言学、神经生理学、计算机科学、哲学和人类 学的交叉学科。学的交叉学科。认知科学不同的研究进路认知科学不同的研究进路 认知科学依据不同的问题领域和研究方法划分为不同的研究进路认知科学依据不同的问题领域和研

2、究方法划分为不同的研究进路 心理学进路心理学进路 语言学进路语言学进路 生物物理学进路生物物理学进路 神经生理学进路神经生理学进路 人工智能进路人工智能进路 广义进化论进路广义进化论进路 复杂性科学进路复杂性科学进路认知科学的起源认知科学的起源 认知科学起源于不同学科领域，特别是：认知科学起源于不同学科领域，特别是： 图灵机概念的产生图灵机概念的产生 人工智能研究的兴起人工智能研究的兴起 心灵哲学中以普特南（心灵哲学中以普特南（H.PutnamH.Putnam）和福多（）和福多（J.FodorJ.Fodor）为代表的）为代表的“功能主义功能主义”理论的确立理论的确立 心理学和语言学乔姆斯基（心

3、理学和语言学乔姆斯基（A.N.ChomskyA.N.Chomsky）等反对激进行为主义的）等反对激进行为主义的“认知革命认知革命” . .认知科学所引发的一些基础问题成为认知科学所引发的一些基础问题成为 20-2120-21 世纪之交涉及领域广泛、争论最为激烈的世界性的世纪之交涉及领域广泛、争论最为激烈的世界性的 科学和哲学的热点问题。认知科学不同的研究进路，决定了关于它的哲学观上的巨大分歧和各科学和哲学的热点问题。认知科学不同的研究进路，决定了关于它的哲学观上的巨大分歧和各 种研究范式的激烈竞争种研究范式的激烈竞争 。二、认知科学的几个基础假设二、认知科学的几个基础假设D.KirshD.Ki

4、rsh （19911991）提出认知科学（人工智能）的五大问题）提出认知科学（人工智能）的五大问题 1 1）知识和概念化是人工智能的核心吗？）知识和概念化是人工智能的核心吗？ 2 2）认知能力及其所预设的知识能否脱离其有机体进行研究？）认知能力及其所预设的知识能否脱离其有机体进行研究？ 3 3）认知的知识形态或信息形态的轨迹是否可用类自然语言描述？）认知的知识形态或信息形态的轨迹是否可用类自然语言描述？ 4 4）学习能否与认知相分离加以研究？）学习能否与认知相分离加以研究？ 5 5）是否有对于所有认知的统一结构？）是否有对于所有认知的统一结构？ 这些问题最重要的是我们对于心灵哲学中的三个方面问

5、题的困惑和困难这些问题最重要的是我们对于心灵哲学中的三个方面问题的困惑和困难1 1、意向性问题、意向性问题 2 2、意识问题、意识问题 3.3. 心灵是否是涉身的？心灵是否是涉身的？ MarkMark JohnsonJohnson 总结总结 3030 年来认知科学的成就对传统哲学的挑战时说，认知科学的三大发现是：年来认知科学的成就对传统哲学的挑战时说，认知科学的三大发现是： 心灵本质上是涉身的；心灵本质上是涉身的； 思想大部分是无意识的；思想大部分是无意识的；2抽象概念大多是隐喻的。抽象概念大多是隐喻的。7070 年代以前认知科学主要是基于理性主义的符号运算传统。年代以前认知科学主要是基于理性

6、主义的符号运算传统。 7070 年代以后，许多人认为，年代以后，许多人认为， “理性绝不是宇宙的先验特征，理性也不是与身体无关的人类心灵理性绝不是宇宙的先验特征，理性也不是与身体无关的人类心灵 的先验特征。心灵依赖于身体的生理结构，是由人的身体的特殊性质，由人脑的神经结构的特的先验特征。心灵依赖于身体的生理结构，是由人的身体的特殊性质，由人脑的神经结构的特 殊细节，由我们在世界中的日常举止的特殊情况塑造的，理性、心灵、概念、推理、思维等都殊细节，由我们在世界中的日常举止的特殊情况塑造的，理性、心灵、概念、推理、思维等都 是涉身的。是涉身的。 ”三三 人工智能的基本信念及认知科学的基础假设人工智

7、能的基本信念及认知科学的基础假设人工智能的基本信念人工智能的基本信念 （1 1） 认知和智能活动是信息处理过程。认知和智能活动是信息处理过程。 （2 2） 人工系统可模拟生命和智能过程。人工系统可模拟生命和智能过程。 （3 3） 通过研究虚拟世界各类人工智能的详情可以把握真实世界人类认知和智能的基本性质。通过研究虚拟世界各类人工智能的详情可以把握真实世界人类认知和智能的基本性质。 （4 4） 虚拟世界与真实世界具有同样的实在性。虚拟世界与真实世界具有同样的实在性。 这些信念事实上基于认知科学如下一些基本假设这些信念事实上基于认知科学如下一些基本假设1 1）功能主义假说）功能主义假说 功能主义是

8、认知科学的最基本的假定。功能主义是认知科学的最基本的假定。 心理学心理学“认知革命认知革命”的结果是诞生了认知心理学，即心理学的信息处理理论。把智能有机体视的结果是诞生了认知心理学，即心理学的信息处理理论。把智能有机体视 作接收、存储和处理信息的信息处理系统。认知是信息加工的过程或计算过程。作接收、存储和处理信息的信息处理系统。认知是信息加工的过程或计算过程。普特南（普特南（ H.H. PutnamPutnam ）对功能主义的标准表述：人类心理状态就是大脑的计算状态，要理解）对功能主义的标准表述：人类心理状态就是大脑的计算状态，要理解 心理状态就必须进行抽象，就像我们在编程或使用计算机时，对硬

9、件进行抽象一样，心理状态心理状态就必须进行抽象，就像我们在编程或使用计算机时，对硬件进行抽象一样，心理状态 就像软件（普特南就像软件（普特南 1 1 观点观点 1960s1960s ） 。计算机隐喻是功能主义的基本隐喻。计算机隐喻是功能主义的基本隐喻。塞尔对功能主义的描述：心智之于大脑，如同程序之于硬件，因此即使不研究神经生理学，也塞尔对功能主义的描述：心智之于大脑，如同程序之于硬件，因此即使不研究神经生理学，也 能研究心智。程序是至关重要的，与它在计算机中的实现毫不相干，心智的功能与载体无关。能研究心智。程序是至关重要的，与它在计算机中的实现毫不相干，心智的功能与载体无关。随着后来联结主义的

10、兴起和发展，功能主义的计算机隐喻面临着一定的挑战，甚至普特南后期随着后来联结主义的兴起和发展，功能主义的计算机隐喻面临着一定的挑战，甚至普特南后期也放弃了早期的功能主义的普特南也放弃了早期的功能主义的普特南 观点：观点：“人脑是否能被模型化为计算机这一问题远远悬而人脑是否能被模型化为计算机这一问题远远悬而 未决，但我不再坚持心理状态与计算状态同构的思想了未决，但我不再坚持心理状态与计算状态同构的思想了” 。 2 2）物理系统符号假设）物理系统符号假设 物理系统符号假设是纽厄尔（物理系统符号假设是纽厄尔（NewellNewell）和西蒙（）和西蒙（SimonSimon）19761976 年提出的

11、理解人类认知行为的计年提出的理解人类认知行为的计 算主义形式化认知模型，为此提供理论基础和进一步阐释的有算主义形式化认知模型，为此提供理论基础和进一步阐释的有 Chomsky,Chomsky, Minsky,Minsky, FodorFodor andand PylyshynPylyshyn 等等. .认知科学的先驱纽厄尔（认知科学的先驱纽厄尔（A.NewllA.Newll）和西蒙（）和西蒙（H.A.SimonH.A.Simon）曾乐观地宣称：）曾乐观地宣称：“作为一般的智能行作为一般的智能行 为，物理符号系统具有的计算手段既是必要的也是充分的为，物理符号系统具有的计算手段既是必要的也是充分的

12、” 。 “所有人类认知和智能活动经编所有人类认知和智能活动经编 码成为符号，都可以通过计算机进行模拟码成为符号，都可以通过计算机进行模拟” 。一个物理符号系统有两个特点：（一个物理符号系统有两个特点：（1 1）遵从物理定律，可以由任何可能的物理机体）遵从物理定律，可以由任何可能的物理机体如人脑如人脑 或计算机或计算机来实现的系统。来实现的系统。 （2 2）不局限于人的符号系统，任何可以为认知器官或认知功能分）不局限于人的符号系统，任何可以为认知器官或认知功能分 辨的有意义的模式都可以归入符号系统。辨的有意义的模式都可以归入符号系统。物理符号包括印刷文字、光波、声波符号，计算机构造系统，人的神经

13、系统，大脑的神经元等。物理符号包括印刷文字、光波、声波符号，计算机构造系统，人的神经系统，大脑的神经元等。3一个完善的物理符号包括：输入符号，输出符号，存储符号，复制符号，建立符号结构，条件一个完善的物理符号包括：输入符号，输出符号，存储符号，复制符号，建立符号结构，条件 性迁移。性迁移。符号主义范式符号主义范式 在物理系统符号假设下，诞生了认知科学中的符号主义研究范式，而且至今这一研究范式仍然在物理系统符号假设下，诞生了认知科学中的符号主义研究范式，而且至今这一研究范式仍然 具有生命力，同时也产生了许多难以克服的困难。具有生命力，同时也产生了许多难以克服的困难。 符号主义采用经典一阶逻辑工具

14、，寻求知识的符号表征和计算，特点是自上而下。符号主义采用经典一阶逻辑工具，寻求知识的符号表征和计算，特点是自上而下。 这一假设受到来自联结主义和动力系统理论和整体论的挑战。这一假设受到来自联结主义和动力系统理论和整体论的挑战。3 3）联结主义假设）联结主义假设 联结主义受大脑神经网络研究的启发。联结主义受大脑神经网络研究的启发。8080 年代以来，随着不依赖于大脑研究认知和心智的功年代以来，随着不依赖于大脑研究认知和心智的功 能主义在理论上困境的加深，开始掀起认知神经科学研究，以人工神经网络、计算神经科学、能主义在理论上困境的加深，开始掀起认知神经科学研究，以人工神经网络、计算神经科学、 神经

15、计算等名义实践着联结主义思想。神经计算等名义实践着联结主义思想。 联结主义的核心是，认知和智能是从大量单一处理单元的相互作用中产生的。核心概念是联结主义的核心是，认知和智能是从大量单一处理单元的相互作用中产生的。核心概念是“并并 行分布式信息处理行分布式信息处理” 。目前普遍认可的大脑的功能和特征有：目前普遍认可的大脑的功能和特征有： 大脑是一个神经元联接的巨型复杂系统。大脑是一个神经元联接的巨型复杂系统。 大脑神经元个数大约是大脑神经元个数大约是 10101212 ，其不同的联结方式至少有，其不同的联结方式至少有 6106101313种以上。种以上。 大脑中的信息处理建立在大规模并行计算的基

16、础上。大脑中的信息处理建立在大规模并行计算的基础上。 大脑具有很强的容错能力和联想能力，而且善于概括、类比、推广。大脑具有很强的容错能力和联想能力，而且善于概括、类比、推广。 大脑功能虽然受先天因素制约，但后天的经历、学习、训练和文化环境作用等起重要作用。大脑功能虽然受先天因素制约，但后天的经历、学习、训练和文化环境作用等起重要作用。 大脑具有很强的自组织和自适应的特性。大脑具有很强的自组织和自适应的特性。联结主义范式联结主义范式 从从 19431943 年麦克洛克和皮兹的年麦克洛克和皮兹的神经活动中内在观念的逻辑运算神经活动中内在观念的逻辑运算到到 19861986 年鲁梅哈特和麦克莱年鲁梅

17、哈特和麦克莱 兰德兰德并行分布处理：认知的微观结构并行分布处理：认知的微观结构出版，经历出版，经历 4040 年联结主义在年联结主义在 2020 世纪世纪 8080 年代重新复年代重新复 兴，成为继符号主义之后真正有竞争力的认知科学研究范式。联结主义是要模拟发生在人类神兴，成为继符号主义之后真正有竞争力的认知科学研究范式。联结主义是要模拟发生在人类神 经系统中的认知过程，不同于符号主义之处在于强调，经系统中的认知过程，不同于符号主义之处在于强调， “构架至关重要构架至关重要” 。它的特征是自下而上的：它的特征是自下而上的： 内在并行性内在并行性 分布式信息存储分布式信息存储 容错性容错性 自适

18、应性（通过学习）自适应性（通过学习）4 4行为主义行为主义 自自 19251925 年华生提出年华生提出“行为主义心理学行为主义心理学” ，建立了，建立了“刺激刺激- -反应反应”的心智解释模式，否定人类心的心智解释模式，否定人类心 灵的存在。灵的存在。 新行为主义者引入新行为主义者引入“中介变量中介变量”概念，将概念，将“刺激刺激- -反应反应” 模式发展为模式发展为“刺激刺激- -中介变量中介变量- -反应反应” 模式，用行为与刺激、行为与环境之间的函数关系来体现和解释心智的内在存在。模式，用行为与刺激、行为与环境之间的函数关系来体现和解释心智的内在存在。 新激进行为主义更强调行为、环境、

19、心智三者互动的解释原则。新激进行为主义更强调行为、环境、心智三者互动的解释原则。认知科学中的行为主义吸收新行为主义思想，认为心智是可以信息加工的，心智表现为认知行认知科学中的行为主义吸收新行为主义思想，认为心智是可以信息加工的，心智表现为认知行 为，而行为不是有机体对刺激的单一的反应，而是表现为高度整合的功能，心智在与环境的作为，而行为不是有机体对刺激的单一的反应，而是表现为高度整合的功能，心智在与环境的作 用中得到进化。用中得到进化。4纳金斯强调世界是一个和谐不可分割的整体，人类行为的核心在于考察行为主体与环境之间的纳金斯强调世界是一个和谐不可分割的整体，人类行为的核心在于考察行为主体与环境

20、之间的 函数关系，这种关系涉及行为主体、行为环境和行为结果。函数关系，这种关系涉及行为主体、行为环境和行为结果。托尔曼认为，有目的的行为是利用环境作为手段和方法的。产生行为的环境是一个充满各种途托尔曼认为，有目的的行为是利用环境作为手段和方法的。产生行为的环境是一个充满各种途 径、工具、障碍的环境。有机体为了达到目的，必须把途径、工具、障碍等作为中介，与之进径、工具、障碍的环境。有机体为了达到目的，必须把途径、工具、障碍等作为中介，与之进 行特殊形式的交流。行特殊形式的交流。 动物和人类对于中介的动物和人类对于中介的“手段手段- -对象对象”具有选择性，使有目的的认知具有具有选择性，使有目的的

21、认知具有“认知色彩认知色彩” ，有机体，有机体 的认知选择性通过整体行为的的认知选择性通过整体行为的“符号符号- -格式塔格式塔”学习，建立起学习，建立起“认知地图认知地图” 。行为主义在人工智能中的体现是控制论、自动机理论模型、遗传算法、人工生命和自主机器人行为主义在人工智能中的体现是控制论、自动机理论模型、遗传算法、人工生命和自主机器人 的研究。因为行为主义适合解决环境交互型运动控制问题。的研究。因为行为主义适合解决环境交互型运动控制问题。 例如，布鲁克斯认为，人工智能应当强调现场化、实体化、智能化和突现性。在机器人在进行例如，布鲁克斯认为，人工智能应当强调现场化、实体化、智能化和突现性。

22、在机器人在进行 认知活动时，一种行为结构可以包容或控制另一行为的结构。认知活动时，一种行为结构可以包容或控制另一行为的结构。布鲁克斯（布鲁克斯（R.BrooksR.Brooks）基于行为的机器人研究）基于行为的机器人研究 布鲁克斯宣称，将建造一种完全自动的、能动的行为者（创造物）布鲁克斯宣称，将建造一种完全自动的、能动的行为者（创造物） ，它们与人类共存于世界上，它们与人类共存于世界上， 并被人类认可是有自己权利的智能存在。创造物在它的动力环境中必须以随机应变的方式恰当并被人类认可是有自己权利的智能存在。创造物在它的动力环境中必须以随机应变的方式恰当 处理问题。它们应有多种目标，能适应环境，也

23、能利用偶发环境。方案是把复杂系统分解为部处理问题。它们应有多种目标，能适应环境，也能利用偶发环境。方案是把复杂系统分解为部 分建造，再连接到复杂系统中。分建造，再连接到复杂系统中。 在他设计的机器人中，控制不同层次直接与环境作用，因此他宣称根本不需要表征。在他设计的机器人中，控制不同层次直接与环境作用，因此他宣称根本不需要表征。早期的艾仑（早期的艾仑（AllenAllen）会沿墙走、识别门口。）会沿墙走、识别门口。 后来赫伯特（后来赫伯特（HerbertHerbert）可躲避障碍物，拾起饮料罐。）可躲避障碍物，拾起饮料罐。 格根斯（格根斯（GenghisGenghis）有）有 6 6 条可独立

24、控制的腿，它可以利用感应器监控信息，产生新行为。遇到条可独立控制的腿，它可以利用感应器监控信息，产生新行为。遇到 障碍拾时，表现出自主学习和适应的能力。障碍拾时，表现出自主学习和适应的能力。 还研制了有更强功能的阿提拉（还研制了有更强功能的阿提拉（AttilaAttila）和有类似人的外貌的机器人考格（）和有类似人的外貌的机器人考格（CogCog） 。5.5.动力系统理论（动力系统理论（dynamicaldynamical systemssystems theorytheory）假设）假设 动力系统理论是运用复杂性思想将人类认知过程和智能行为看作复杂的动力系统，用微分方程动力系统理论是运用复杂

25、性思想将人类认知过程和智能行为看作复杂的动力系统，用微分方程 来表达，其核心概念是来表达，其核心概念是“吸引子吸引子” 。动力系统理论期望对认知功能提供不同于符号主义和联结。动力系统理论期望对认知功能提供不同于符号主义和联结 主义的新解释，认为这种理论是对人类认知的最好的描述。并且主张有可能代替符号主义和联主义的新解释，认为这种理论是对人类认知的最好的描述。并且主张有可能代替符号主义和联 结主义范式，成为第三种新的认知科学范式。结主义范式，成为第三种新的认知科学范式。6 6非还原的物理主义假设非还原的物理主义假设 狭义的物理主义是指狭义的物理主义是指 2020 世纪世纪 3030 年代维也纳学

26、派提出的以物理语言统一科学的主张（年代维也纳学派提出的以物理语言统一科学的主张（CarnapCarnap） ；广义的物理主义是一种科学还原的理论主张，主张从物理层次上对所有现象做出彻底的说明。广义的物理主义是一种科学还原的理论主张，主张从物理层次上对所有现象做出彻底的说明。 认知科学中的物理主义认为，认知科学中的物理主义认为， “每个心理过程在大脑中都有一个平行的物理过程，心理对象的每个心理过程在大脑中都有一个平行的物理过程，心理对象的 每个特性都明确地对应于大脑过程的某个物理特性。每个特性都明确地对应于大脑过程的某个物理特性。 ”非还原的物理主义是弱化了的物理主义。非还原的物理主义是弱化了的

27、物理主义。 认知科学中的非还原的物理主义首先否认精神实体的独立存在，同时，否定将人类认知活动完认知科学中的非还原的物理主义首先否认精神实体的独立存在，同时，否定将人类认知活动完 全用有机体的物理、化学语言描述，否认人类认知活动可以完全还原为大脑神经的生理活动。全用有机体的物理、化学语言描述，否认人类认知活动可以完全还原为大脑神经的生理活动。 但斯佩里但斯佩里 9090 年代以前、克里克等持有强物理主义。年代以前、克里克等持有强物理主义。 从心身类型同一论到功能主义的发展反映了由还原的强物理主义到非还原的弱物理主义的转变。从心身类型同一论到功能主义的发展反映了由还原的强物理主义到非还原的弱物理主

28、义的转变。 转变过程中，转变过程中，DavidsonDavidson 提出了作为非还原的物理主义基础的心身附随关系思想。提出了作为非还原的物理主义基础的心身附随关系思想。5PutnamPutnam 基于功能主义提出了心理状态多重实现论题。基于功能主义提出了心理状态多重实现论题。7.7.还原论与整体论还原论与整体论四、认知科学的计算主义纲领四、认知科学的计算主义纲领在功能主义假设下，目前占据认知科学主流的是认知科学的计算主义纲领。在功能主义假设下，目前占据认知科学主流的是认知科学的计算主义纲领。 计算主义纲领的核心是认知的本质是计算。计算主义纲领的核心是认知的本质是计算。 认为一切认知过程和智能

29、行为都是可计算的。认为一切认知过程和智能行为都是可计算的。 这一纲领从诞生之日起，就面临着来自各方的挑战。这一纲领从诞生之日起，就面临着来自各方的挑战。马尔（马尔（D.MarrD.Marr）的三层次理论）的三层次理论 对于研究复杂的信息处理系统，人们已经普遍接受了马尔的三层次理论，即分为计算理论层、对于研究复杂的信息处理系统，人们已经普遍接受了马尔的三层次理论，即分为计算理论层、 表征与算法层以及实现层。表征与算法层以及实现层。其中，计算理论层解决的是其中，计算理论层解决的是“处理信息（计算）的目的是什么处理信息（计算）的目的是什么” 、 “用什么理论处理用什么理论处理” ，以及，以及 “说明

30、所用理论为什么能达到此目的说明所用理论为什么能达到此目的”等问题。等问题。 计算理论层是最基本，也是最困难的。计算理论层是最基本，也是最困难的。 算法层要对计算理论找到具体的算法，尤其是，输入和输出的表征是什么，转换的算法是什么。算法层要对计算理论找到具体的算法，尤其是，输入和输出的表征是什么，转换的算法是什么。实现层是将表征和算法转化为可执行程序。实现层是将表征和算法转化为可执行程序。即使解决了计算理论层和算法层的问题，还有一个实现层的问题，计算是否可实现，还有一个即使解决了计算理论层和算法层的问题，还有一个实现层的问题，计算是否可实现，还有一个 计算的时间复杂性和空间复杂性问题。计算的时间

31、复杂性和空间复杂性问题。 如果求解一个问题，需要过量的时间和存储量，即使有算法存在，实际上也是不可解的。如果求解一个问题，需要过量的时间和存储量，即使有算法存在，实际上也是不可解的。丘奇图灵论题断言，可计算性是不依赖于形式系统的选择的。丘奇图灵论题断言，可计算性是不依赖于形式系统的选择的。 所有合理的计算模型都是等价的，即所判定的语言类都是相同的，计算能力是一样强的。所有合理的计算模型都是等价的，即所判定的语言类都是相同的，计算能力是一样强的。 但是，在复杂性理论中，模型的不同选择会影响时间复杂度，在一个模型上线性时间内可计算但是，在复杂性理论中，模型的不同选择会影响时间复杂度，在一个模型上线

32、性时间内可计算 的问题，在另一个模型上就不一定是线性时间内可计算的。的问题，在另一个模型上就不一定是线性时间内可计算的。1.1. 什么是可计算的，什么是可计算的， 什么是不可计算的？什么是不可计算的？ 可计算的问题就是存在算法可解的问题。可计算的问题就是存在算法可解的问题。 一类问题称为可计算的，即存在算法可解这一类问题中所有的问题。一类问题称为可计算的，即存在算法可解这一类问题中所有的问题。 一类问题不是可计算的，即不存在算法解这类问题中的所有问题。一类问题不是可计算的，即不存在算法解这类问题中的所有问题。一系列不可计算问题一系列不可计算问题 1 1）. . 停机问题是不可计算的。停机问题是

33、不可计算的。 2 2）. . 程序验证问题是不可计算的程序验证问题是不可计算的 3 3）. . 检查一个图灵机是否接受一个给定的输入符号串是不可计算的。检查一个图灵机是否接受一个给定的输入符号串是不可计算的。 4 4）. . 如下的如下的“波斯特对应问题波斯特对应问题”是不可计算的。是不可计算的。 一个重要问题：认知是可计算的吗？一个重要问题：认知是可计算的吗？ 在功能主义假设下，认知科学家的基本任务是探究在人类心智中发生的表征和计算的具体类型、在功能主义假设下，认知科学家的基本任务是探究在人类心智中发生的表征和计算的具体类型、6机制和形式。机制和形式。2.2.认知可计算主义纲领的核心认知可计

34、算主义纲领的核心 认知可计算主义纲领的核心认知可计算主义纲领的核心认知的本质是计算。认知的本质是计算。 其最初的含义是，作为信息处理系统，描述认知和智能活动的基本单元是符号，无论是人脑还其最初的含义是，作为信息处理系统，描述认知和智能活动的基本单元是符号，无论是人脑还 是计算机，都是操作、处理符号的形式系统。是计算机，都是操作、处理符号的形式系统。1 1）认知和智能的任何状态都是图灵机的一种状态，认知和智能的任何活动都是图灵意义上的）认知和智能的任何状态都是图灵机的一种状态，认知和智能的任何活动都是图灵意义上的 算法可计算的。算法可计算的。 2 2）认知和智能的任何活动都是信息的收集、存储和处

35、理的过程，因此都是算法可计算的。）认知和智能的任何活动都是信息的收集、存储和处理的过程，因此都是算法可计算的。自自 2020 世纪世纪 7070 年代，这一思想上升为统帅认知科学和人工智能的强纲领。年代，这一思想上升为统帅认知科学和人工智能的强纲领。 在这一纲领下，认知科学有两种基本工作范式：符号主义、联结主义。这一纲领至今仍有着强在这一纲领下，认知科学有两种基本工作范式：符号主义、联结主义。这一纲领至今仍有着强 大的生命力。大的生命力。 质疑：是走向计算主义？还是一条新的研究进路？质疑：是走向计算主义？还是一条新的研究进路？3.3.对认知可计算主义的质疑对认知可计算主义的质疑 质疑认知可计算

36、主义的几条路线：质疑认知可计算主义的几条路线： 哲学路线（现象学、反行为主义哲学路线（现象学、反行为主义） 生物学和复杂性科学路线（大脑的特异性生物学和复杂性科学路线（大脑的特异性 、意识的自指性、意识的自指性） 计算机技术路线（计算机技术路线（DNADNA 计算机、量子计算机、其他超越图灵机的各种设想计算机、量子计算机、其他超越图灵机的各种设想） 诉诸哥德尔定理诉诸哥德尔定理哥德尔不反对用不完全性定理作为推出哥德尔不反对用不完全性定理作为推出“人心胜过计算机人心胜过计算机”的部分证据。的部分证据。 但不完全性定理不能作为但不完全性定理不能作为“人心胜过计算机人心胜过计算机”论断的直接证据，要

37、推出如此强硬论断还需要其论断的直接证据，要推出如此强硬论断还需要其 他假定，例如他假定，例如“理性提出的问题理性都能解答理性提出的问题理性都能解答” 。哥德尔首先严格区分了心（哥德尔首先严格区分了心（mindmind） 、脑（、脑（brainbrain） 、计算机（、计算机（computercomputer）的功能。）的功能。 人类大脑的功能不过像一台计算机。人类大脑的功能不过像一台计算机。 心心- -脑同一论是我们时代的偏见。脑同一论是我们时代的偏见。 心的可计算主义是应当批判的。心的可计算主义是应当批判的。 假定存在超过人心的机器我们能证明吗？假定存在超过人心的机器我们能证明吗？ 哥德尔认

38、为，根据第二不完全性定理，不排除存在一台超过人心的计算机的可能，但是，假定哥德尔认为，根据第二不完全性定理，不排除存在一台超过人心的计算机的可能，但是，假定 有这样的机器，我们或者不知道它的详情，或者不知道它能够如我们期望的那样准确无误工作。有这样的机器，我们或者不知道它的详情，或者不知道它能够如我们期望的那样准确无误工作。为什么？因为我们无法消除内涵悖论（罗马教堂、上帝、机器觉知程序吗？）为什么？因为我们无法消除内涵悖论（罗马教堂、上帝、机器觉知程序吗？） 。4 4复杂性科学的观点复杂性科学的观点 1 1） 大脑结构的复杂性大脑结构的复杂性 许多人认为，与现代计算机不同，大脑不是一种通用图灵

39、机，大脑的每一部分都是特异化的，许多人认为，与现代计算机不同，大脑不是一种通用图灵机，大脑的每一部分都是特异化的， 并且是在相互作用中完成整体心智活动的，体现出一种内在的、依存性的、整体自涌现的形式。并且是在相互作用中完成整体心智活动的，体现出一种内在的、依存性的、整体自涌现的形式。协同学领袖哈肯（协同学领袖哈肯（H.HakenH.Haken）曾经预言，）曾经预言， “从长远的观点看，有希望制造出以自组织方式执行程从长远的观点看，有希望制造出以自组织方式执行程 序的协同计算机来模拟人类智能序的协同计算机来模拟人类智能” 。 哈肯在哈肯在 19961996 年的年的大脑工作原理大脑工作原理中，系

40、统阐述了他的脑活动和认知的协同学研究结果。中，系统阐述了他的脑活动和认知的协同学研究结果。7但事实上，目前，我们除了对但事实上，目前，我们除了对 大脑神经元及其联接在量级规模方面的复杂性有一些描述外，大脑神经元及其联接在量级规模方面的复杂性有一些描述外， 对其功能的复杂性并没有深刻研究，特别是没有有关复杂性测度的结果。对其功能的复杂性并没有深刻研究，特别是没有有关复杂性测度的结果。我们对大脑的功能和运作机制的复杂性仍然很无知。迄今提出的我们对大脑的功能和运作机制的复杂性仍然很无知。迄今提出的 5050 多种人工神经网络模型，多种人工神经网络模型， 虽然广泛用于模式识别、图象处理、控制和优化、金

41、融预测与管理、通讯等领域，但最大的困虽然广泛用于模式识别、图象处理、控制和优化、金融预测与管理、通讯等领域，但最大的困 难是，仍然不能解决人的意识问题。难是，仍然不能解决人的意识问题。 莱道文（莱道文（RadovanRadovan）19971997 年已经证明，目前的人工神经网络模型的计算能力与用传统符号逻辑年已经证明，目前的人工神经网络模型的计算能力与用传统符号逻辑 方法所得的计算能力没有差别。方法所得的计算能力没有差别。2 2）意识的复杂性）意识的复杂性 克里克（克里克（F.CrickF.Crick）提出惊人假说：）提出惊人假说： “现在是可以用科学的方法研究意识的时候了，人的意识和精神活

42、动完全由神经细胞、胶质细现在是可以用科学的方法研究意识的时候了，人的意识和精神活动完全由神经细胞、胶质细 胞的行为和构成方式、以及影响它们的原子、离子和分子性质所决定胞的行为和构成方式、以及影响它们的原子、离子和分子性质所决定” 。完全由物理化学规律。完全由物理化学规律 支配，果真如此吗？支配，果真如此吗？意识的最重要特征是的它的意向性、自明性，或称自指性，依照彭罗斯的观点，这些特征显然意识的最重要特征是的它的意向性、自明性，或称自指性，依照彭罗斯的观点，这些特征显然 是超越逻辑的，因此是超越目前的算法的。是超越逻辑的，因此是超越目前的算法的。 卡普坦尼（卡普坦尼（G.CaptainG.Cap

43、tain）19971997 年证明，符号逻辑方法不能完全描述意识现象。年证明，符号逻辑方法不能完全描述意识现象。依照彭罗斯（依照彭罗斯（R.PenroseR.Penrose）在）在皇帝新脑皇帝新脑 （19891989）和）和大脑的影子大脑的影子 （19941994）中的说法，目前）中的说法，目前 我们的物理理论，甚至包括量子力学还无法刻画意识的规律，需要一种建立在微管理论基础上我们的物理理论，甚至包括量子力学还无法刻画意识的规律，需要一种建立在微管理论基础上 的新的量子力学理论。的新的量子力学理论。艾德尔曼（艾德尔曼（G.G. M.M. AdelmanAdelman）在）在 19981998

44、年的年的意识的空间意识的空间中认为，人的意识和心智活动是动态中认为，人的意识和心智活动是动态 的达尔文过程，所有行为现象都是由神经细胞活动的时空模式决定的，意识和心智活动无非是的达尔文过程，所有行为现象都是由神经细胞活动的时空模式决定的，意识和心智活动无非是 大量神经活动中模式选择大量神经活动中模式选择“胜者为王胜者为王”的结果。的结果。 艾德尔曼强调的恰是意识的自涌现机制，和它的不可计算的特性。艾德尔曼强调的恰是意识的自涌现机制，和它的不可计算的特性。但是，依照遗传算法之父和复杂性科学先驱霍兰（但是，依照遗传算法之父和复杂性科学先驱霍兰（J.H.HollandJ.H.Holland）在）在

45、19981998 年年涌现涌现一书的说一书的说 法，我们目前还没有理论和模型能够清楚地表现意识的自涌现的现象。法，我们目前还没有理论和模型能够清楚地表现意识的自涌现的现象。 事实上，我们不但没有理论和模型，甚至还没有这样的人工系统，能显示每个神经元主体与成事实上，我们不但没有理论和模型，甚至还没有这样的人工系统，能显示每个神经元主体与成 百上千的通过突触连接的其他神经元主体之间的相互作用。百上千的通过突触连接的其他神经元主体之间的相互作用。著名的裂脑研究专家，诺贝尔奖获得者斯佩里（著名的裂脑研究专家，诺贝尔奖获得者斯佩里（R.W.R.W. SperrySperry）19911991 年指出：精

46、神和意识是大年指出：精神和意识是大 脑的整体性质。在认知过程中，神经元事件可看成是嵌入在更高层次的因果现象之中。脑的整体性质。在认知过程中，神经元事件可看成是嵌入在更高层次的因果现象之中。 在大脑活动的因果链中，意识经验以不可还原的突现形式出现在大脑过程的较高层次（认知层在大脑活动的因果链中，意识经验以不可还原的突现形式出现在大脑过程的较高层次（认知层 次）上。这些突现的心灵实体不仅在认知水平上相互作用，而且，对作为组成成分的神经元的次）上。这些突现的心灵实体不仅在认知水平上相互作用，而且，对作为组成成分的神经元的 活动实施自上而下的控制。活动实施自上而下的控制。我们不能再认为，仅靠化学和分子

47、生物学能对大脑功能作出完整的解释。统一的主观意图必定我们不能再认为，仅靠化学和分子生物学能对大脑功能作出完整的解释。统一的主观意图必定 因果地控制每个脑半球的神经元的激发模式。人的包括信仰和价值观念的整个精神系统具有因因果地控制每个脑半球的神经元的激发模式。人的包括信仰和价值观念的整个精神系统具有因 果效力地控制大脑行为。果效力地控制大脑行为。3 3）认知过程的复杂性）认知过程的复杂性 霍兰对复杂适应系统（霍兰对复杂适应系统（CASCAS）的研究对认知科学研究提供了非常好的范例。）的研究对认知科学研究提供了非常好的范例。 他提出他提出 CASCAS 的的 4 4 个特征（聚集、非线性、流、多样

48、性）和个特征（聚集、非线性、流、多样性）和 3 3 个机制（标识、内部模式、积木）个机制（标识、内部模式、积木）8从抽象角度讲，人类认知过程事实上构成了复杂适应系统（从抽象角度讲，人类认知过程事实上构成了复杂适应系统（CASCAS）的一个子系统。）的一个子系统。 由于霍兰的研究基本上是一种描述性的，还有一个寻求一般原理，并进一步数学化的过程，因由于霍兰的研究基本上是一种描述性的，还有一个寻求一般原理，并进一步数学化的过程，因 此仍在探索之中。此仍在探索之中。关于认知的复杂系统的研究，已经提出了两个模型，关于认知的复杂系统的研究，已经提出了两个模型，关于认知的复杂系统的研究，已经提出了两个模型，

49、关于认知的复杂系统的研究，已经提出了两个模型，BABABABA 模型和模型和模型和模型和 BCIBCIBCIBCI 模型。模型。模型。模型。 关于自相似现象，小世界现象的研究，关于自相似现象，小世界现象的研究，关于自相似现象，小世界现象的研究，关于自相似现象，小世界现象的研究，BABABABA 模型发现，自相似的出现与偏好连结的机理有关。模型发现，自相似的出现与偏好连结的机理有关。模型发现，自相似的出现与偏好连结的机理有关。模型发现，自相似的出现与偏好连结的机理有关。 由此有人提出两个设想：由此有人提出两个设想：由此有人提出两个设想：由此有人提出两个设想：1 1 1 1）复杂系统性质的出现，不完全在于系统的规模，而是在一定的规模下，取决于系统内连接）复杂系统性质的出现，不完全在于系统的规模，而是在一定的规模下，取决于系统内连接）复杂系统性质的出现，不