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第一章超脑认知论的起源

本章的目的是要阐明超脑认知论产生的理论背景，追溯那些推动超脑认知产生的思想来源。其中，超脑认知论产生的理论背景基于的是认知科学从认知主义到联结主义再到超脑认知论的理论嬗变；另外，由于认知科学的交叉学科性质，超脑认知论的产生自然会受到多学科的影响。可以说，超脑认知论既得益于哲学中现象学、杜威（John Dewey）实用主义和维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）“日常语言哲学”等理论的发展，又受到了科学领域中生态心理学、发展和教育心理学、机器人学与人工智能以及动力系统理论的推动。因此，本章的内容主要包括以下三个方面：一是超脑认知论产生的理论背景，主要是认知主义到联结主义再到超脑认知论的理论嬗变；二是超脑认知论产生的哲学来源，包括现象学、杜威实用主义和维特根斯坦的“日常语言哲学”；三是超脑认知论产生的科学来源，主要有生态心理学、发展和教育心理学、机器人学与人工智能以及动力系统理论。

第一节超脑认知论的理论背景

第一代认知科学是基于计算表征范式的认知研究，这一研究范式主要表现为认知主义和联结主义，超脑认知论可以说是继认知主义和联结主义之后产生的第三种认知研究理论。因此，我们说认知科学经历了从认知主义到联结主义再到超脑认知论的理论嬗变。

一认知主义

认知主义可以追溯到20世纪40年代的控制论运动。当时的控制论学者试图建立一种关于心灵的科学。他们认为心理学家和哲学家关于心灵的研究已经误入歧途，我们有必要澄清心理现象背后的机制和数学形式。这种关切最为典型地体现在麦卡洛克和皮兹于1943年的论文《神经活动内在概念的逻辑演算》中。在这篇论文中，他们提出了一个非常重要的观点：符号逻辑可以用来刻画神经元网络的活动。这些基于逻辑计算的心智观念对后来的认知主义和联结主义的心理学和人工智能都产生了巨大的影响。[1]1956年的达特茅斯会议是认知主义形成的标志。在这次会议上，西蒙（Herbert Alexander Simon）、乔姆斯基（Avram Noam Chomsky）、明斯基（Marvin Minsky）以及麦卡锡（John McCarthy）等人的人工智能研究奠定了现代认知主义的基础观念。在他们看来，认知就是对符号表征的逻辑计算。西蒙和纽厄尔（Allen Newell）的物理符号系统理论最为典型地体现了这种观念。根据物理符号系统理论，符号是智能行动的根基，而且，对于一般智能行动来说，物理符号系统具有必要和充分的手段。所谓“必要的”是指，任何表现出一般智能的系统都可以经分析证明是一个物理符号系统。所谓“充分的”是指，任何足够大的物理符号系统都可以通过进一步的组织而表现出一般智能。在他们看来，认知过程是类似于计算机操作的信息加工过程。这一思想被带入到心理学之中，成为了一种标准的认知心理学研究纲领。在很多时候，它成为了认知主义的同义词。

随着认知主义的发展，认知主义通常表现为以下五种观念：（1）心智被视为“自然之镜”。认知的基本关注是表征，智能体的认知过程就是对表征的计算操作（记忆、存储和加工）;（2）心智是一台抽象的机器，它以计算机的方式通过算法计算来操作符号；（3）认知活动仅仅出现在个体的头脑中（inside the head），即抽象的理性中；（4）思想是抽象符号的机械操作。人类思想被视为抽象的、非体化的（disembodied）和非情境依赖的，身体和环境对于理性认知过程而言是非本质的；（5）意义是客观的。符号的意义出自符号（语词、心理表征）和外在世界中的事物之间的对应；这些符号形成了外部实在的内在表征，而且它们独立于身体（知觉系统、运动系统和神经系统）与环境。因此，人的经验活动和环境对客观的意义而言不是本质的和内在的；意义是情境独立的、非体化的和普遍的。[2]

因此，对于认知主义而言，人类认知就是类似于数字计算机那样的符号操作。可以说，认知主义的观念在早期人工智能研究中发挥了重要的作用，如以“自上而下”的中央逻辑处理器来命令机器人的操作，通过计算器为机器人设定一系列的符号程序，使机器人产生类人的行为动作等（如走路，捡起饮料瓶）。然而，认知主义实现的只是对人类意识活动的部分理解，它所解释的只不过是人类更为成熟的智能，是更容易被形式化的智能。面对人类自然智能形式，认知主义就很难提供强有力的解释。威尔逊（S.W.Wilson）就认为，早期的人工智能研究过于关注具体化的功能，不能从周围环境中学习或适应环境，而这些是哪怕最简单的生物都会具有的功能，但却被早期的人工智能学者忽视了。[3]

二联结主义

在认知主义之后，由于神经科学的发展，20世纪80年代在认知科学领域又兴起了一股联结主义的思潮，联结主义以鲁梅哈特（David Rumelhart）和麦克兰德（James McClelland）的并行分布处理为代表，根据联结主义理论，认知就是大脑神经网络的并行计算，而且，认知活动就是对人类生物大脑活动的功能模拟。

由于联结主义的核心隐喻是神经网络，因此，联结主义的认知过程模型采取了人工神经网络的形式，它是一种运行于数字计算机上的虚拟系统。人工神经网络由多层简单的类神经元节点组成，这些节点通过数值加权的联结方式连接起来；而且，联结的权重会随着各种学习规则和系统活动的历史而变化。

联结主义通过模拟大脑神经网络来研究人类认知活动，大大克服了以符号计算为主要特征的认知主义对智能进行形式化处理的困难，因为联结主义能够较好地处理认知主义所棘手的快速认知、联想记忆以及范畴概括等问题。[4]而且，与认知主义将认知仅仅局限在大脑中的做法不同，联结主义提供了一个有关认知过程与环境之间相互关系的更加动态的观念。[5]因此，可以说，联结主义与认知主义相比，更接近对人类真实智能的模拟。

然而，联结主义和认知主义并没有本质的区别。前面所述的麦卡洛克和皮兹所著的《神经活动内在概念的逻辑演算》，正如博登所说，题目本身就表明了认知主义和联结主义的共同起源。他们的逻辑演算思想，影响了人工智能的开创者对思维的形式模型的思考；他们对神经元活动的讨论，成为后来联结主义的各种神经网络模型的先声。[6]因此，认知主义和联结主义在理论和逻辑上是相容的。而且，联结主义与认知主义一样都主张计算和表征。首先，对于计算来说，认知主义和联结主义都认为，计算对于理解智能是充分必要的。关于表征，无论是认知主义还是联结主义都把认知看作表征，只不过认知主义把符号加工看作表征的适当载体，而联结主义则认为突现的整体状态表征着世界的特征。[7]另外，更为重要的是，认知主义和联结主义的计算和表征都只是发生在大脑之中，主张认知仅仅由大脑过程实现。以记忆过程为例，在记忆的形成过程中，无论是记忆的编码、存储还是提取，都只是大脑的信息处理活动。这也是认知主义和联结主义能够被综合为计算表征范式的原因。但是最终，联结主义与认知主义本质上的相似性导致联结主义与认知主义一样，面临着诸多理论困难。

三超脑认知

超脑认知的产生正是为了摆脱认知主义和联结主义遭遇的理论瓶颈。超脑认知并不是一个单一的理论，而是第二代认知科学的代表性研究纲领，这一研究纲领包含多种不同的研究路径。然而，为了摆脱认知主义和联结主义的理论困难，超脑认知论的各个研究路径都不同程度地强调了身体和环境对于认知的作用，而这些作用在认知主义和联结主义那里明显地被忽视了。

在拉考夫（George Lakoff）看来，相对于基于英美哲学的认知主义假设之上的第一代认知科学，这种强调认知能动者与其环境交互作用的新一代认知科学可以被称为第二代认知科学。第二代认知科学更加强调意义与我们的身体功能的相关性，而不仅仅将其视为符号间的抽象关系。[8]因此，不少人认为，基于体化性和情境性的第二代认知科学实际上带来了一种范式转换，它标志着一场新的认知科学革命。[9]也就是说，超脑认知不仅更新了认知科学的基本概念和理论框架，而且重设了它的本体论基础。在拉考夫等人看来，认知主义实际上是笛卡儿主义主客二元论的现代翻版。[10]相对于认知主义，超脑认知可看作是非笛卡儿主义的认知科学。惠勒（Michael Wheeler）也认为，通过融合海德格尔哲学、动态系统理论和各种新形式的机器人学，可以构造一种替代认知主义的非笛卡儿主义的认知科学。[11]事实上，超脑认知重返了包括海德格尔在内的大量反笛卡儿二元论的思想家，来为超脑认知提供新的哲学论证。

超脑认知包含了诸多的进路，比如情境认知、体化认知、生成认知、嵌入认知、延展认知、分布认知、认知的动态系统进路等。当然，很多研究者也将情境认知视为强调不同情境性和体化性的认知科学进路的总称，或者说，情境认知是类，而这些不同进路是属。[12]这样的情境认知概念，其内涵接近于我们所说的超脑认知。虽然这些进路之间的观点千差万别，但总体而言，它们相比于认知主义，更加强调能动者的身体和环境在认知过程中的地位。它们主张，智能行为来源于能动者与环境的动态耦合，而不是仅仅出于能动者的心灵本身。

根据罗斯和霍尔内特看来，情境认知包含五个相互关联又有时相互独立的论题。根据他们对情境认知的定义，我们也可以将这五个论题归诸于超脑认知。这五个论题分别是：

1．认知源于并关联着一个能动者的物质身体对其物理环境的容纳，认知是体化的和情境的。

2．认知来源于并且关联着，一个能动者对其社会环境的容纳：认知是情境化于它的社会语境的。这个语境可以是直接的，当典型行为与其他能动者相关的时候，也可以是间接的，比如当典型行为出现在更大的社会语境中的时候（共同体、社会网络、社会）。

3．认知来源于行动，并且是为了行动的目的：认知是生成的（enacted）。涉及周围世界和目标的关系赋予了人类行为和工具使用的特征。

4．认知是分布在物质和社会设施间的，因为1—3的特征。语言使用和物质实践是相关的范畴，它们都具有这些特征。

5．大量的智能行为不需要明晰的内部（心理）表征。比这更重要的是世界如何对一个能动者显现自身。[13]

一般而言，超脑认知的大多数进路都共享了这些特征，我们将在后文中进行更进一步的阐述。

第二节超脑认知论的哲学来源

我们知道，第一代认知科学又被称为笛卡儿式认知科学，原因在于第一代认知科学的研究是以笛卡儿式的理性主义哲学传统为基础的。在笛卡儿那里，心灵与物质是两种独立的实体，心灵与物质的最大不同是心灵没有广延。但是，心灵没有广延并不等于说它没有空间位置，笛卡儿认为，心灵具有空间位置，它位于大脑中松果腺的周围。即使现在看来，这一假设已不是真相，但许多认知科学家和哲学家依然坚信，心灵以大脑为界不能被延展到大脑之外。因此，心理属性即大脑属性是笛卡儿式认知科学的重要特征，这一特征将认知过程紧紧地束缚在了大脑之中。[14]但超脑认知的出现却试图突破这种大脑界限，认为我们的身体与环境在认知的形成过程中也发挥着重要作用，一部分哲学家甚至认为身体与环境构成了我们认知过程的一部分。超脑认知的这种对身体与环境的强调可以说是对笛卡儿式哲学的反叛，反叛的结果是认知科学哲学基础的改变，而这一可能的基础就是现象学。下面我们就从超脑认知所强调的身体与环境两方面来探讨现象学对超脑认知产生的影响。

一现象学

加拉格尔（Shaun Gallagher）和扎哈维（Dan Zahavi）认为，认知科学哲学长期以来被英美分析传统所主导，但因为20世纪90年代以来对“意识的难问题”的重视、体化认知的兴起、神经科学研究中对意识经验描述的需要三个方面的原因，现象学开始在认知科学和心灵哲学中发挥重要的作用。[15]因为“现象学反对将心灵视为一种独立的实体或属性，现象学通过对主体、对象、心身关系以及认识活动的辩证理解，展示了一种身中之心的非笛卡儿主义心灵观念”。[16]因此，现象学是超脑认知最为重要的思想来源。

首先，现象学强调了身体的作用。现象学中以梅洛·庞蒂（Merleau Ponty）为代表的知觉现象学包含着丰富的身体性思想，但是在以往的知觉理论中，身体常常被看作是纯粹的生理因素，梅洛·庞蒂认为，其实我们的身体才是知觉行为的主体。因为我们的身体不仅仅是一种被动的物理生理客体，也是一种主动的能动主体，梅洛·庞蒂将身体的这种双重内涵也称为身体的含混性（ambiguity）。[17]正是因为这种身体的含混性，我们的身体经验才成为我们能意谓、思考、知道和交流之一切的最初的基础。另外，梅洛·庞蒂还认为，我们可以通过主动的身体对工具的操作，从而扩展或提高我们的知觉能力。比如说，一个盲人，常常需要通过使用拐杖来为他探明方向，这时，拐杖就像它的眼睛一样弥补了他的视知觉能力，而且，当拐杖成为他的一样习惯工具时，可以说，拐杖就成为了他身体的一种延伸。[18]

除了对身体作用的强调，现象学也非常注重环境在认知中的作用。海德格尔认为笛卡儿主义忽视了认知主体的情境性，我们与情境性紧密相关的东西在科学的第三人称观察中丢失了。在他看来，人与外部世界并非是一种认知的、反思性的关系，而存在着一种意向性的关联，人的存在方式是“在世界中存在”，人在对世界的反思之前，就已沉浸在与世界交互的实践活动中。在这个意义上，情境性是人类存在结构的构成部分。[19]根据海德格尔，认知不能被理解为主体与独立客体之间的关系，人的认知活动是对情境或世界的开放反应。因为人类存在于世界之中，而且，人的这种存在方式不是在地理的意义上而言的，有意义的世界其实构成了我们存在的一部分。可以说，人类存在的这种情境性特征渗透进了我们的认知和实践活动以及社会关系的方方面面。另外，梅洛·庞蒂也认为，世界整体绝不是一个对象，而是一个视域，这个视域将我们圈在里面，我们生活于其中，我们与世界是扭结在一起的。[20]由此我们可以看出，无论是海德格尔还是梅洛·庞蒂，都认为认知是发生在情境中的，是在主体与世界持续地互动中建构出来的。

另外，胡塞尔（Husserl）在探讨空间中事物的知觉体验的可能性条件时，胡塞尔证明，视觉感知在构成上取决于视觉与移动身体的体验之间的某种不变的功能性的相互依赖。体化认知和生成认知的支持者汤普森就认为，胡塞尔的这一分析预见到了生成认知中关于生成知觉的解释，根据这些解释，知觉就是练习熟练地把握各种因身体移动而产生的感觉刺激变化的方式[21]（将在诺伊生成知觉部分详细讨论）。

这些现象学思想极大地启发了认知科学领域的研究者对基于认知主义的人工智能的批判。在德雷福斯（Hubert Dreyfus）看来，传统的人工智能的症结在于它认为一切知识都是可以表征的，然而，诸如人的情感、信念、欲望这些精神元素却是很难被符号所表征的，而这些都是认知过程中的基本构件。人类的很多高级智能尤其是一些专家技能，可以不根据固定的程序规则而是依据具体的情境作出反应，这样的技能是不涉及表征的。[22]

总之，现象学为超脑认知提供了丰富的思想资源和哲学素材，但是超脑认知论并没有完全在现象学的意义上展开，因为超脑认知论更加注重解释认知论是如何基于身体的并且受身体结构限制的，以及有机体与环境互动的机制。因此，超脑认知在与现象学汇聚的同时又体现了超脑认知论丰富的创见。

二杜威实用主义

杜威的实用主义的一个特点是充分考虑到了效用、实践和环境在认知中的决定作用，强调身体和环境对于整体的生物有机体的重要性，因此也是超脑认知的重要思想来源。杜威反对他同时代的反射弧理论，认为感觉刺激、中枢联结和运动反应三者之间并非是孤立的，有机体与环境构成了一个统一的整体，认知是在二者的交互中涌现的。因此，并不存在一种简单的刺激反射，有的只是一种感知的协调活动。在杜威看来，认知并非是笛卡儿式的“我思”，而是关涉着有机体在环境中的运动。在这个意义上，感觉运动并非是次要的，而是首要的，正是身体在环境中的运动决定了认知主体所经验到的质。[23]对于杜威而言，认知就是一种行为形式，而不是心灵中的某种思考和世界中的某种行为之间的关系。经验的基本构成是有机体-环境，而不是笛卡儿主义的我思或康德主义的纯粹自我。[24]可以说，杜威的这种认知观念与我们今天所谈论的超脑认知论非常接近。体化认知的支持者约翰逊和生成认知的支持者诺伊都大量利用了杜威的思想来支持其所理解的体化认知和生成认知观念。

具体来讲，在杜威的实用主义哲学中，经验自然主义是其理论的基础和核心。但是要理解经验自然主义必须理解杜威所谓的“经验”。杜威对经验的理解建立在他对传统哲学的反叛和改造的基础之上。因为在杜威看来，以往的哲学对于经验的理解之所以是错误的，是因为以往的哲学将统一的世界分割成了两种独立的实体，这种二元哲学将认知的主体和被认知的对象区分开，然后再试图协调这两个分开的领域。但杜威认为，经验是一个不可分割的整体，是主体和客体的统一。经验不再是被动的，而是与环境进行不断的相互作用。杜威的这种经验论既不同于洛克（John Locke）的“白板说”，因为经验不仅仅是有机体被环境所塑造，而且，有机体也会积极主动地对环境加以改造；同时又不同于詹姆斯（William James）“彻底的经验主义”把经验等同于自然或实在。因为杜威并不否认经验以外的自然的存在，承认经验的存在是以具有有机体赖以生存的环境为前提的，从而消除了传统经验主义和自然科学发展相矛盾的现象。基于杜威的这种经验观，我们可以说杜威的经验自然主义实际上是主体、对象和过程三者的统一。就像杜威所说：

个体在世界中生存，这一论断具体来说意味着，他们生活于一系列的情境中。“在……中”（in）一词的意义，不同于我们说钱“在”口袋“里”或者颜料“在”盒子“里”。这个语词意味着……在个体、对象和他人相互之间存在着互动。情境的观念和互动的观念相互之间是不可分离的。[25]

那么，我们到底是如何与环境互动、打交道的呢？在此，杜威使用了一种问题化的情境概念来描述认知如何介入与陌生环境打交道的活动。当情境中存在某种混乱、扰动、不确定性或者不完备的因素需要加以解决，并且没有明确的方向来指引问题的解决的时候，情境就成为问题化的情境。在这些情境中，认知就成为一种问题探究形式，并且这种探究形式被理解为一种上手实践活动，通过这种活动我们就能够将情境转化为一种不再混乱和更加完备的情境，并且在这种情境中使行为成功所需要的观念开始出现。但是这种观念并不是一种头脑中存在的理智实体，而是当某种活动依据可见条件得以执行的时候，有机体对将会发生什么作出的一种预期。也就是说，认知探究并不是一种纯粹的心理现象，而是涉及了一种在情境的因果耦合特征中产生出真实变化的有机体和环境之间的互动。另外，在与问题化情境打交道的过程中，杜威主张，我们不仅运用了观念而且运用了工具，不仅运用了诸如锤子之类的改变环境物理状态的物理工具，而且还运用了通过交流场景可以很好重塑情境的动力学状态的语言工具。对于杜威而言，观念与身体姿势以及言语行为一样，自身都是有机体与环境互动的工具。[26]认知活动就是在有机体与其所活动的物理与社会环境之间交互作用的关系中涌现出来的。杜威的这样一种认知观无疑为超脑认知论提供了又一理论基石。

三维特根斯坦的“日常语言哲学”

我们知道，在维特根斯坦的语言哲学中，经历了从前期的“语言图像论”到后期“日常语言哲学”的转变。因为前期的维特根斯坦对日常语言是非常不信任的，在前期的维特根斯坦看来，语言就是世界的逻辑图像，为此他还力图构建一套严格精确的理想的逻辑语言以防止日常语言出错。[27]但是到了后期，维特根斯坦却对日常语言的态度发生了极大的转变，他发现日常语言并非是易错的，日常语言是动态的鲜活的正确语言，而且由于日常语言的动态鲜活性，日常语言与世界并不是一一对应的静态关系，为此，维特根斯坦摒弃了前期的“语言图像论”，转而研究日常语言。所以，后期的维特根斯坦在其《哲学研究》（1953年）一书中对语言与日常生活的关系给予了特别的关注，形成了日常语言哲学。因此，我们所说的维特根斯坦“日常语言哲学”就是指后期维特根斯坦的语言哲学思想。

之所以说后期维特根斯坦语言哲学为超脑认知论提供了有价值的思想资源，是因为在加拉格尔（Shaun Gallagher）等人看来，维特根斯坦的日常语言哲学认可了某种形式的外在主义，即语词或者陈述的意义依赖语词使用的社会环境并且依赖环境中存在或发生的事物。[28]而这样一种外在主义正是超脑认知论的支持者所倡导的。例如，我们在下文中将要提到的罗德尼·布鲁克斯（Rodney Brooks）自主机器人研究就是在维特根斯坦的框架中进行的。那么，维特根斯坦是如何论证语言的意义与其社会环境的不可分离的呢？

首先，按照维特根斯坦的看法，我们对语言的运用类似于参与一种具有特定规则的游戏活动。因为语言游戏就是在人类活动中生长着的一种活生生的日常行为。而且，语言游戏是在世界的某一背景中进行的。对语言的任何一种使用都涉及一种不同的语言游戏，因为各种游戏都依据不同的规则进行，普遍性的规则是不存在的。[29]语言游戏就是按照一定的规则在一定的场合中进行的一种活动。从语言游戏出发，维特根斯坦进而得出了意义即用法的结论。因为是语言规则规定了用法，从而决定了语言的意义，例如，在象棋游戏中，象棋中的棋子如果没有规则的存在，它就只不过是一块块儿的木头或塑料，本身并没有意义。然而，一旦人们给游戏制定了规则，那么就赋予了其中的每一枚棋子特殊的意义。维特根斯坦认为，语言也只有在各种语言游戏之中，才能真正赋予语言以意义。[30]也就是说，语言的意义产生于那种具体场景化的交流活动之中。以建筑工地上的一个建筑工人及其助手之间的语言交流为例，在这项实践活动中语言的意义通过清晰的指称得以创造，原因是活动场景的范围狭隘从而建造了一种共享的交流情境。我们知道，在建筑工地的场景中，砖石、柱、石板、横梁是建筑工人工作中经常使用的四件材料的名称。单单从语法上看，毫无疑问，砖石、柱、石板、横梁都是名词。但是在实际的工作中，如果建筑工人对他的助手说：“砖石。”这时的“砖石”一词，显然就不是一个名词了。因为建筑工人说的其实是一个省略句，建筑工人要表达的意思是：“给我拿一块砖石来。”由此可见，在这一工作场景中，一个语词的表达就是一个语句。此外，当建筑工人说出砖石这个语词时，某件事情就完成了；也就是说助手传递了一块砖石。因此，我们可以说，语言和概念系统是通过情境中的特定目标得以创造的。语言的意义决定于任何活动于其间的环境。正如维特根斯坦所断言的，决定概念的，就是“喧闹的人类行为整体，就是我们看见任何行为的背景”[31]。为此，维特根斯坦也否定了私人语言（即一种掌握一定概念真理并且由此简单利用从孤立心灵中获得意义的语词来表现这种真理的个体语言）的可能性。

总之，根据维特根斯坦，语言就是植根于特殊情境中的行为，产生于各种生成意义的场景、实践和活动的体验之中。语词的意义也不是语言系统的产物，它产生于语词被使用的各种活动之中。[32]维特根斯坦的日常语言哲学与现象学、杜威实用主义有着异曲同工之妙，它们都为超脑认知论提供了有效的哲学思想来源。

第三节超脑认知论的科学来源

一生态心理学

生态心理学是认知心理学的生态学研究取向，这一研究取向的产生也是基于对主流心理学中认知主义和联结主义的反动。因为在前文中我们已经提到，认知主义和联结主义是基于计算表征范式的研究；也就是说，认知主义和联结主义重视的是认知过程中大脑内部的表征和计算，忽视了外在环境在认知形成过程中的作用。而生态心理学则注重研究人与环境的动态交互过程，生态心理学这种对人与环境动态交互作用的强调无疑为超脑认知提供了重要的理论支撑。生态心理学的代表人主要有巴克（Roger Barker）和吉布森。

首先，巴克作为生态心理学的创始人之一，以他1968年出版的《生态心理学》一书而闻名。巴克基于他对人类行为的研究，提出了行为背景论（behavior setting theory）。其中行为背景就是指引发行为的特定情境或者说小生态系统。根据行为背景论，不仅不同的背景会产生出不同的行为，而且行为的意义也要从行为者和情境的互动中获得理解。[33]在巴克之后，吉布森通过早期的直接知觉研究进一步揭示了人类认知活动的情境性要素，直接知觉理论（direct perception theory）主要体现在吉布森1950年出版的《视觉世界的知觉》（The Perception of the Visual World）一书中，根据直接知觉理论，知觉是人与外界接触的直接产物，是由外界刺激直接引起的，不需要思维的中介过程。也就是说，人的知觉是从真实的环境信息中直接获得的。而这种直接知觉的能力是长期进化的结果。1979年，吉布森又在《视知觉的生态学进路》（The Ecological Approach to Visual Perception）一书中提出了视觉[34]生态理论，这一理论受到了超脑认知支持者不同程度地拥护。但是为了与第一代认知科学的代表性成果——马尔（David Marr）的视觉计算理论（computational theory of vision）——形成对比，在此，我们先介绍马尔的视觉计算理论。这一理论产生于20世纪70年代，视觉计算理论的提出是为了解决逆光学问题（inverse-optic problem），逆光学问题是说，我们的二维视网膜图像如何能够表达出不同的三维世界。因为我们的视网膜是一个凹面，无数不同的形状在视网膜上投射出的是相同的二维图像（如图1所示），但是我们通过视觉看到的却是三维的世界，如何由二维图像转换成三维的世界，这就需要了解逆光学（inverse optics）问题。[35]

图1 无数不同的形状在视网膜上投射出相同的图像[36]

马尔认为，通过融入表征这些真实世界约束的算法规则，逆光学问题就可以解决。[37]因为视觉就是一种复杂的信息处理任务，目的就是要把握对我们有用的外部世界的各种情况，并把它们表达出来。[38]在马尔看来，视觉图像的表征可分为三个阶段：（1）基元图（the primal sketch）：由输入图像而获得，基元图主要描述的是图像的密度变化及其局部几何关系。（2）2.5维图（2.5 dimensional sketch）：以观察者为中心，描述可见表面的方位、轮廓、深度及其他性质。（3）三维模型表征（3-D model representation）：以物体为中心，用来处理和识别物体的三维形状表征。[39]由此我们可以看出，在视觉计算理论中，表征和信息处理（过程）是其核心。整个认知过程就是由大脑的内部心理表征实现的规则性的操作过程。而且，正如第一代认知科学的计算表征范式所要求的那样，不管是表征还是操作过程的转换也都仅仅发生在大脑之中。[40]认知起始于对脑的输入并终止于来自脑的输出。因此，根据第一代认知科学的计算表征范式，认知科学可以将其研究限制在头脑之中，而无需考虑有机体外的世界。正如赫尔利（Hurley）所说：

如果知觉是世界对心智的输入而行动是心智对世界的输出，那么不同于世界的心智就是输入所归于的东西和输出所从来的东西。因此，抛开有机体与环境之间的因果关系网，我们认为，心智必须存在于一个分离的地方，处在某个将其与世界隔开的边界内。[41]

但与马尔的视觉计算理论不同的是，在逆光学问题上，吉布森认为，我们完全可以抛弃这一问题，因为逆光学问题存在这样一个假设：知觉刺激是贫乏的，二维的视网膜图像不足以说明引起它的表面形状，形状信息必须来源于视网膜信息与关于世界结构的各种假设的总和。也就是说，视知觉是一个推理和建构的过程。但吉布森否认了这样一种假设，吉布森认为知觉输入并非是不充分的。[42]因为视知觉并不源于视网膜图像，而是源于光阵（optic array）（如图2所示）。光阵是吉布森视觉生态理论的关键。光阵不仅存在于感知有机体之外，还承载着关于环境的信息。例如，物体表面纹理结构的变化，引起物体在视网膜上的映像流的变化，这种变化直接提供了物体的三维特性的信息。[43]而一旦我们认为光阵是一种承载环境信息的外部结构，我们就得承认关于知觉的一些信息存在于知觉者的环境之中。那么，如何将光阵承载的信息转化为我们可使用的信息呢？吉布森认为，这需要另一个重要的元素：行动。因为光阵不会撞击被动的观察者，有机体总是积极地从周围环境中抽取这些信息。[44]在知觉系统中包含各种抽取信息的感官和行动，正如吉布森所言：

每一知觉系统都以一种适当的方式定向自己以便采集环境信息，并依靠全身的这个一般定向系统。头的运动、耳的运动、手的运动、鼻和嘴的运动以及眼的运动是知觉系统不可或缺的一部分……它们充当探索在声音、机械接触、化学接触以及光中可得到的信息。[45]

从吉布森的理论我们可以看出，在第一代认知科学中发挥重要作用的心理表征的概念在吉布森这里衰减了，相反地，行动的作用增加了。一些传统的心理表征的角色被有机体依照世界的行动代替了。这一特点可以说是超脑认知论的标志。因为有机体的行动使得一些心理过程的完成不是发生在头脑之中，而是发生在头脑之外，要么是他们的身体中要么是更为广阔的环境中。[46]

图2 根据吉布森，环境中充满了物体表面之间的光线，在环境中的每一个物理点，光线的汇聚会形成一组固定的视角，这些视角由不同的光强和波长组成。光线的这种空间格局就是光阵，而且，从一个光阵（相对于坐着的观察者）到另一个的（相对于站着的观察者）转换提供了关于环境表面的丰富的信息资源。[47]

在吉布森的视觉生态理论中，除了我们在前文中所说的光阵和有机体的行动是其关键之外，给予性（affordance）[48]也是该理论的核心。所谓给予性是指有利于行为的那些可知觉和可凭依的环境的可能性和机会。[49]吉布森之所以创造“给予性”这一概念就是为了说明有机体和环境之间的相关性。因为一方面环境可提供的感觉信息比我们通常所了解的要多的多，而另一方面我们总是能够知觉到那些有利于行为的环境信息和特征。给予性就是要表达有机体和环境之间的这样一种互补性，而且这一互补性既不内在于环境也不内在于有机体，而是有机体和环境之间不断协同的过程。因此，吉布森认为，在认知过程中人类认知依赖他所生存的环境，而且，人类认知并不仅仅是由内在地图、记忆模块或认知图式所控制的，人类认知过程是人与环境的持续的交互过程。因而，在研究人的认知过程时，以吉布森为代表的生态心理学提倡，最好使用自然实验的设计，而不是在实验室之中进行认知过程的模拟。

生态心理学作为认知心理学的一种新趋向目前并不是心理学的主流，但是认知主义和联结主义的困境使得生态心理学受到了更多的关注，特别是超脑认知的出现，吉布森的视觉生态理论得到了超脑认知的广泛支持，成为了超脑认知支持者的代表性科学文本。

二发展和教育心理学

在发展和教育心理学中，超脑认知吸收了皮亚杰（Jean Piaget）和维果茨基（Lev Vygotsky）的许多开创性工作。因为无论是皮亚杰的认知发展理论还是维果茨基的文化历史理论都主张认知是主体和环境相互作用基础上的进化的和历史的建构。皮亚杰和维果茨基这一共同的主张与超脑认知的许多观点是不谋而合的。

首先是皮亚杰的认知发展理论，皮亚杰的认知发展理论以“图式”（心理活动的组织结构或框架）为核心。皮亚杰认为，图式的形成、变化和发展映射了认知的发展。而且，根据皮亚杰，图式的发展变化需要两个基本过程，分别是同化（有机体把环境因素整合到自己已有的结构中去的过程，其本质是个体对环境的作用）和顺应（有机体调节自己的内部结构来适应特定环境的过程，其本质是环境对个体的作用）。同化和顺应相伴而行，没有纯粹的同化，也没有纯粹的顺应，正是同化和顺应的协同作用使得个体的认知图式不断地发展变化。而且，更为重要的是，也正是通过同化和顺应，主体与环境刺激之间相互作用的关系才得以显现。另外，皮亚杰认为，同化和顺应之间必须不断地达到动态的平衡（在个体与环境的互动中，由较低水平的平衡状态向较高水平的平衡状态的过渡），才能使认知形成持续不断的发展过程。

与皮亚杰的观点相似，维果茨基的文化历史理论也非常注重主体与环境之间的相互作用。维果茨基从马克思的“人是社会关系的总和”这一论断出发，认为人的高级心理功能是社会历史发展的产物。从历史的观点来看，人的认知并不是源于内部，而是产生于人与环境的协同作用。首先，人所特有的心理机能是在人与人的交往中产生的；其次，人的新的心理过程结构是从人的外部活动内化成为内部的心理过程结构的。因此，只有从历史—社会—文化的语境出发，才能对人的认知机能有准确的认识。在此，与皮亚杰强调同化和顺应不同的是，维果茨基认为活动和交往在其理论中发挥着重要作用。维果茨基理论的另一个重要组成部分是最近发展区。最近发展区意指学习者在能力更高的同伴、成人或工具的帮助下可以达到的行为区域。通过最近发展区，维果茨基想要说明教学、同伴与合作学习对于个体心理发展来说具有重要意义。但是最近发展区同时也说明人的认知或学习能力在不同的社会情境中其发展潜力是不同的。因此，在维果茨基看来，个体的认知过程就是在人与社会环境之间的交互作用中实现的。[50]

总之，通过皮亚杰和维果茨基的发展和教育心理学，我们同样可以看到认知主体和环境（无论自然环境还是社会环境）不可分割的联系，这无疑为超脑认知提供了重要的依据。

三机器人学与人工智能

20世纪60年代，机器人已在工业、农业等领域得到了较为普遍的应用，但是这些机器人大多并不具有我们所谓的智能。随着机器人学的研究以及工业自动化和计算机技术的发展，人们对机器人的智能水平有了更高的要求，人们希望建造各种具有不同智能水平的机器人，从而推动了智能机器人的研究。智能机器人与人工智能有着密切的联系。因为人工智能的目标就是要模拟人的智能，让机器做本需要人的智能才能够做到的事情。因而，智能机器人与人工智能的研究有时会交叉进行，在这个交叉领域中，罗德尼·布鲁克斯的无表征智能理论及其自主机器人研究极大地推动了超脑认知的发展。

布鲁克斯认为，根据传统的人工智能，要建立自主活动的机器人（这样的机器人能够在环境中走动，躲避障碍物，设定路线，寻求目标等）不仅需要知觉模块（用于产生对环境的表征），还需要中心处理模块（中心处理模块包含学习、计划、知识表征和其他任务等亚模块）和行动模块（行动模块使中心处理变成了行为）。也就是说，传统的人工智能是一种基于知觉—建模—计划—行动而建构的模型，但布鲁克斯认为这一模型存在重大缺陷，因为这一模型会使得测试特定模块变得十分困难，因为一个模块要发挥作用依赖其他的模块。因此，在设计出其他模块之前想要检测一个单独的模块是不可能的。为此，布鲁克斯发展出了一个包含层次的结构，其中的每一个层次都直接连接知觉与行动，而且，这些层次是通过他们实施的行动来定义的。例如躲避障碍物的层次将使得机器人一直前行直到它探测到障碍物。也就是说，在这一过程中，是传感器的激发自主地导致了躲避的行为。再如，与躲避障碍物层次平行的另一层次是“造访远距离物体”，这一层次将导致机器人朝远距离物体移动。这两个层次虽彼此平行，但却彼此扶持。在这两个层次之上再平行添加其他层次也是如此；而且，随着层次的增加，机器人的能力也会增强。[51]布鲁克斯的这种包含层次的结构他称为“包容结构”（subsumption architecture）,[52]这种包容结构的一个重要特征是传统人工智能所强调的中心处理模块不存在了，没有了对环境的表征，没有了用于指导行为的规则的表征，没有了对于目标的表征（如图3所示），包容结构使感觉与行为直接相连。根据包容结构理论，布鲁克斯创造了艾伦（Allen），赫伯特（Herbert），成吉斯（Genghis）等多个自主活动的机器人，这些机器人有一个共同的特征，那就是它们只需要对世界的特征作出反应，而不需要对世界的特征进行表征。

因此，布鲁克斯的包容结构蕴含的是轻表征（representation-lite）的和由世界驱动（world-driven）的思想。为了与传统的人工智能理论相区分，布鲁克斯的理论又被称为“无表征智能理论” （intelligence without representation）或人工智能的行为主义学派。布鲁克斯注重的是智能产生的自下而上的与世界交互作用的机制，而不是复杂的计算和表征。由于布鲁克斯是从20世纪80年代初期才开始以全新的眼光来看待人工智能和机器人研究的，布鲁克斯的理论和研究与超脑认知的产生不仅在时间上几乎同步，在理论上与超脑认知也有极大的相似性。因而，布鲁克斯为超脑认知提供支持的同时也是超脑认知的代表人之一。

图3 上图是传统人工智能的模型；下图是布鲁克斯的包容结构[53]

四动力系统理论

动力系统理论是一种描述系统如何随时间变化的数学装置。也就是说，动力系统理论本身是一种数学工具，是数学的一个分支。动力系统的一个重要特征就是动力系统具有时间属性，而且，动力系统的各个变量之间相互影响，相互决定，正是这种相互影响相互决定塑造了系统的动态演化。在描述动力系统的行为时通常有三个步骤：首先是确定变化的部分；其次是绘制出变化部分所有可能的方式，在动力系统中，所有这些可能的变化被称为状态空间；最后是设计一个动力的描述还要确定变化的规则，这一规则可以描述系统如何从这一时刻变化到下一时刻。[54]以钟摆为例，当钟摆来回摆动时，它的角速度和垂直位置的角度都会发生变化。钟摆的状态空间就包含了它所有可能的角度和角速度。在任一时刻，钟摆将处于特定的状态中，拥有特定的角度，并伴随着特定的角速度。根据牛顿定律F=ma，我们就可以描述钟摆随时间的变化行为。

之所以说动力系统理论是超脑认知的思想来源，是因为动力系统理论被运用到了认知领域，形成了动态认知论，而动态认知论的许多观点是超脑认知支持者极为推崇的，特别是动态认知论对变量之间耦合关系的强调为超脑认知提供了极为重要的论证依据。正如兰德尔·比尔（Randall Beer）所言：“虽然一个动力学进路当然可以独自存在，但是它只有与一个情境的、体化的认知观点结合时才最有力也最独特。”[55]动态认知论的代表人主要有西伦（Esther Thelen），史密斯（Linda Smith），盖尔德（Van Gelder）等。1994年，西伦和史密斯为了反对认知发展中传统的先天论观点，将动力系统理论应用到了发展心理学当中。西伦和史密斯认为，多年来，许多研究者将婴儿够取物体的行为和行走的能力仅仅归结为负责这些活动的脑神经发育的成熟。但是研究表明，婴儿够取物体的行为和行走能力取决于发育的神经系统、生物力学（如够取物体时“手臂能否稳定保持”、能否掌握行走的“重心”等）和局部环境参数之间的多因素的复杂的相互作用。也就是说，西伦和史密斯不再将儿童的动作发展仅仅视为神经活动的产物，而是站在了动力系统的立场上，把“神经—动作”视为一个动力系统，儿童的动作发展就是神经系统指令、身体姿势、肌肉重量，肢体长度以及动作活动的环境条件等多种因素共同作用的结果。[56]

西伦和史密斯之后，盖尔德于1995年又在“认知若不是计算，是什么？”（What Might Cognition Be, If Not Computation?）一文中提出了认知的动力假设，这一假设包含两个部分：首先是关于认知主体的本质，也就是认知的主体是什么；其次是我们应如何理解认知。根据盖尔德的假设，认知主体是一个动力系统，而且我们能够并且应该动态的理解认知。盖尔德之所以提出这一动力学假设源于他对英国工业革命时期瓦特离心控制器与计算控制器的对比[57]。其中，计算控制器是通过分解任务和统筹计算来实现的一种燃料自动控制器，它的具体步骤如下：测量飞轮速度；比较目标速度和实际速度；如果速度不一致，就重新测量，如果没问题就可以测量当前蒸汽压力，计算目标压力，计算节流阀调整数据以及作出调整；最后回到第一步。计算控制器还相应地需要一系列的物理计算装置，例如测量飞轮速度的转速计、测量速度差异的装置、蒸汽压力计，节流阀调整计算装置、节流阀调整器，等等。[58]在盖尔德看来，相较于计算控制器，瓦特的离心控制器是一种更优美的方案，离心控制器是一种典型的动力学装置，在这种设计中，它把一个垂直的轴连接在主飞轮上，从而使其旋转的速度能够直接依赖飞轮自身的速度。有两个机械臂通过铰链依附着轴，每个机械臂的末端是一个金属球（又称“飞球”）。当轴旋转时，离心力就会驱动飞球向外展开和向上腾起。通过某种精巧设置，让机械臂运动与节流阀直接相连。这样，当主轮的速度加快时，机械臂随之腾起，同时开始趋向关闭节流阀和限制蒸汽流；当速度减慢时，机械臂随之下落，同时开始趋向打开节流阀和增加蒸汽流。这样，机器就能够自动获得稳定速度并且在压力和负荷变化的情况下维持流畅的运转（如图4所示）。

通过计算控制器和离心控制器的对比，盖尔德认为，如果将这两种方案运用到认知科学的研究中，那么计算控制器更接近于认知主义的研究，因为认知主义就将认知系统视为了一种计算装置，而离心控制器则是与认知主义相区别的观点，因为根据离心控制器的设计，我们可以将认知系统视为一种动力学装置，而且在此认知活动并不需要借助于复杂的计算。这种区别于认知主义的观点盖尔德称为认知的动力假设。

图4 瓦特离心控制器工作机制

认知的动力假设得到了瓦雷拉等部分超脑认知倡导者的支持，他们认为，盖尔德的认知动力假设要比计算和表征更适合解释认知。原因在于[59]：第一，认知是在时间中发生的，而且认知系统的成分是连续变化的。关于这一点，我们可以从吉布森的知觉描述中吸收有益的成分。在吉布森看来，知觉者是积极探索环境的主体，而且，知觉者通过行动来获得对他们有用的信息。也就是说，是行动导致了知觉，但这一知觉又为新的行动创造了机会，新的行动反过来又会导致新的知觉。但传统的计算机模型是静态的，它们只说明系统必须经过的不连续的状态系列。第二，之所以倾向于动力学而不是计算和表征，是因为瓦特的离心控制器是一个因果耦合的系统，在这一系统中，飞轮的速度、飞球的高度以及节流阀的打开都是相互依赖的。认知过程的各个成分也是一样，认知过程中的大脑、身体和环境相互依赖，如果我们不理解身体和环境的活动我们就无法理解大脑的活动。认知是从大脑、身体和环境的相互作用中突现出来的。而计算主义者们将大部分重点放在离散状态上，将变化视为当系统从一个分离状态切换到另一个状态时发生的事情。最后，认知的动力描述具有统一性。因为大脑、身体和环境作为一个耦合的动力系统它们自身也是一个动力系统。也就是说，认知系统的每一个成分包括大脑、身体和环境都可以使用动力系统理论的描述，都可以使用相同的数学语言。而主张表征和计算的理论没有这种统一性。因为他们没有假设适合于大脑过程的计算描述也可以解释身体和环境中的过程，或者他们使用了不同的解释方式来分别理解大脑之内和大脑之外的活动。这样，心理物理的解释鸿沟就依然存在。

本章小结

总之，通过分析超脑认知产生的理论背景，追溯超脑认知产生的思想来源，我们发现认知理论在不断发展变化的同时也在积极汲取多学科的思想资源，超脑认知论的产生也不例外。从本章的内容我们发现，哲学中的现象学、杜威实用主义、维特根斯坦日常语言哲学，科学中的生态心理学、发展和教育心理学、机器人学与人工智能以及动力系统理论都极大地促进了超脑认知的产生和发展。但我们想表明的是，我们要从深入思考它们的贡献中获得新的思想，从而深入地了解超脑认知。

[1].关于控制论与认知主义的渊源，参见 [智]瓦雷拉等《具身心智》，浙江大学出版社2010年版，第31—33页。

[2].参见盛晓明、李恒威《情境认知》,《科学学研究》2007年第10期。

[3].李建会、符征、张江：《计算主义——一种新的世界观》，中国社会科学出版社2012年版，第37页。

[4].刘晓力、孟伟：《认知科学前沿中的哲学问题：身体、认知与世界》，金城出版社2014年版，第77页。

[5].埃文·汤普森：《生命中的心智》，李恒威、李恒熙、徐燕译，浙江大学出版社2013年版，第8页。

[6].[英]博登：《人工智能哲学》导言，上海译文出版社2006年版，第3页。

[7].参见费多益《寓身认知心理学》，上海教育出版社2010年版，第150页。

[8].George Lakoff and Mark Johnson, Philosophy in the Flesh, New York: Basic Books, 1999, p.78.

[9].李其维：《“认知革命”与“第二代认知科学”刍议》,《心理学报》2008年第12期。

[10].George Lakoff and Mark Johnson, Philosophy in the Flesh, New York: Basic Books, 1999, p.76.

[11].Michael Wheeler, Reconstructing the Cognitive World, Cambridge: MIT Press, 2005, p.ix.

[12].Philip Robbins and Murat Aydede, “A Short Primer on Situated Cognition”, The Cambridge Handbook of Situated Cognition, Cambridge University Press, 2009, pp.3-10.