新范式

《决策大脑》新范式,页面无弹窗的全文阅读!

引导我开始研究半脑的想法诞生于40年前的莫斯科。作为莫斯科国立大学的学生，我大部分时间都是在布尔登科神经外科研究所度过的，卢里亚在那里有一个实验室。我和几个小儿神经外科医生成了好朋友。当我们在医院的餐厅吃着索然无味的饭菜时，他们会讲述一些有关外科手术的故事。有一个故事听上去尤其让人困惑。对非常年幼的孩子来说，右半脑损伤会造成非常严重的后果，左半脑损伤的后果则没那么严重。虽然这些说法没有得到正式研究的证实，但它们提出了一个有待解释的问题，这对我来说是一个极具吸引力的智力练习。许多年后，美国发展神经心理学家伊丽莎白·贝茨做了一个针对儿童的正式研究，基本上证实了我的苏联神经外科医生朋友的猜测。

这个观点与成人大脑中应该发生的情况截然相反。对成人而言，左半脑往往被称作“优势半脑”，是极其重要的。神经外科医生担心影响语言功能，因而往往不愿意对左半脑实施手术。相反，人们认为右半脑的重要性不及左半脑。以前的文献往往将右半脑称作“次要半脑”。神经外科医生普遍更愿意对右半脑实施手术，电休克疗法通常也是对右半脑而不是对左半脑实施的。

左半脑有没有可能是专门为语言功能准备的，因而在语言功能发育完全之前一直保持“沉默”？这样一来，儿童左半脑损伤不会造成严重的负面影响就可以说得通了，但这个解释仍然无法回答右半脑损伤造成的极其严重的负面影响。此外，我的神经外科医生朋友纷纷告诉我，即便左半脑损伤影响了那些通常与语言关系不大的区域，这种影响也是良性的。

在发育过程中，左右半脑之间似乎存在着某种广义上的功能转换，具体而言，是从右半脑转换到左半脑，而且这种转换不限于语言的习得。该现象催生了这样一种观点：左右半脑的差异与认知新奇性和认知常规化有关。会不会右半脑在处理新信息方面极其熟练，而左半脑更擅长处理常规的、熟悉的信息？我带着这样的观点于1974年来到了美国。在1981年，我的朋友路易·科斯塔和我共同发表了一篇理论论文，首次在右半脑和认知新奇性与左半脑和认知常规化之间建立了联系。

诺贝尔奖获得者、心理学家赫伯特·西蒙认为，学习包括积累各种易于识别的模式。左半脑会不会就是储存这些模式的地方？

新奇性和熟悉性是所有具有学习能力的生物的精神生活的决定性特征。在简单的本能行为中，有机体对触发性刺激是瞬间“熟悉”起来的，熟悉的程度不会因为不断接触而改变。有机体的反应从一开始就已经被设定好了，并在其整个生命周期中保持不变。人们认为，控制刺激反应的神经组织不会因为经验而发生变化。简单的条件反射就是一个例子。当你的鼻子发痒时，你会不由自主地挠它。这种反应不是学习的产物，也不会在你的一生中发生变化。

包括人类在内的高等动物的大脑具有强大的学习能力。与本能行为不同，学习就意味着改变。有机体会遇到一些没有现成的有效应对方式的情形。当有机体在一段时间内反复遇到相似情形时，适当的应对策略就出现了。产生有效解决方案所需的时间和遇到这些情形的次数可谓天差地别。有时候只遇到一次就可以产生有效解决方案（这就是所谓的“啊哈反应”）。但总的来说，上述转变都是从缺乏有效的应对方式到发现有效的应对方式。这一过程就被称作“学习”，新出现的（或被教会的）行为就被称作“习得行为”。在每一个学习过程的早期阶段，有机体都会遇到新奇事物，而学习过程的后期往往和常规化或者熟悉事物联系在一起。从新奇性到常规化的转变是普遍存在于我们内心世界的循环，也是我们的心理过程在不同时间尺度上展开的规律。

在整个进化过程中，学习和习得行为的作用不断凸显，相比之下，本能行为的作用反而减弱了。会不会是在强化学习的进化压力的驱动下，左右半脑才产生了结构和化学方面的差异？换句话说，存在两个不同的、彼此独立却又相互联系的系统，一个与新奇性有关，一个与常规化有关，会不会是为了方便学习呢？

要得到该问题的实验性答案，需要对比两种有机体的学习能力：一种有两个半脑，一种没有两个半脑，但它们在其他方面的复杂程度是相同的。由于高等生物普遍具有两个半脑，这种实验是无法实施的。因此，研究人员顶多是绘制学习能力和半脑分化的进化生长曲线，看看二者是不是同步的。但是，类似曲线的绘制是一项不够精确的研究，往往基于主观的猜测。

不过，科学的武器库中不只有实验和实证的方法。虽然实验法是主流的科学研究方法，但它的作用是极其有限的，因此，比较成熟的学科都有其理论工具。理论是就事实的某一方面建立的简化模型，通常是由合乎规范的语言建构的，多数情况下是数学语言。与直接的实验不同，我们可以以合乎规范的方式（或者说是计算的方式）对一个模型进行检验，通过其他性质推导出它的某些性质。自从有了功能强大的计算机之后，一种单一的计算方法就可以同时囊括演绎法和实验法这两种研究方法。关于实验对象的模型被设计成了计算机软件的形式，然后在计算机上运行这个软件，以模型实验对象的行为。这样一来，我们就可以运用模型进行实验设计，并且通过模型的实际表现来研究它的动态性质。在认知神经科学的所有最新发展中，计算方法的潜力尤为突出。

最激动人心的要数形式神经网络了。神经网络由相对简单的单元组成的大型集合构成，和大脑极其相似。神经网络一旦得到对其行为的反馈，就能积累并储存环境信息（输入信息）。神经网络真的可以学习。

神经网络被越来越频繁地用于建模和更好地理解真实大脑中的过程。神经网络建模的先驱之一斯蒂芬·格罗斯伯格发现，将系统分为两部分，一部分负责处理新奇信息，另一部分负责处理常规信息，的确能够提升计算效率。其他计算理论也发现了新奇情形下的探索性行为与固定情形下的认知常规化之间的区别。虽然上述理论都没有明确地把这两个过程与两个半脑联系在一起，但它们从侧面证明了进化过程中出现的左右半脑的分离会让大脑在计算方面更具优势。

将认知新奇性与右半脑联系在一起，将认知常规化与左半脑联系在一起，这促使我们用一种全新的方式来看待大脑。以前对左右半脑在认知中的作用的理解是静态的、一般的。一些功能，如语言功能，被认为与左半脑有关系，而且这种关系是一成不变的。还有一些功能，如空间处理功能，被认为与右半脑有关系，而且这种关系也是不可改变的。神经心理学或行为神经科学的标准教科书列出了大脑从功能到结构的固定映射，而没有考虑映射性质的任何动态变化。那么，对赫拉克利特的箴言“人不能两次踏入同一条河流”又当做何理解呢？大脑过程的动态本质已被公认为神经生物学的基石，甚至啮齿类动物的大脑，也会表现出与学习有关的动态变化。虽然神经生物学的大多数分支都承认这一观点，但这个不证自明的真相被人类神经心理学忽视了许多年。此外，传统神经心理学和行为神经生物学默认所有个体的大脑功能映射都是相同的，不会因其教育背景、职业或生活经历的差异而有所不同。但它同样是违背常识的。试问，肖像摄影师和音乐家在观察人脸和聆听音乐时使用的是完全相同的大脑部分吗？

不过，新奇性和常规化是相对而言的。今天看来新奇的事物在一天、一个月或者一年后就是常规事物了。因此，左右半脑的关系必然是动态的，某项认知任务可能在一开始是由右半脑控制的，后来会逐渐转移到左半脑。这种时空上的动态变化如图4.1所示。此外，对我而言新奇的事物对你来说可能是老生常谈了，反之亦然。因此，左右半脑之间的功能关系在不同人身上也有所不同。

注：如果任务是全新的，则右半脑在学习初期居于主导地位。一旦与任务相关的认知策略已经确立，左半脑就开始占主导。这是一个极具启发意义的概念范式，没有与之相对应的具体实验，但可以用来表达戈德堡和科斯塔在1981年最先提出的观点的大意。

图4.1 在完成一项学习任务的过程中，事物从新奇性到常规化的转变

信息从右半脑向左半脑的转换并不是字面上所说的位置调换。更可能的是，两个半脑在互动中都会形成心理表征，只是生成速度不同。在学习一项认知技能的早期，右半脑形成表征的效率更高，但在这一过程的晚期，左半脑形成表征的效率更高。我们现在还不能完全理解上述差异背后的神经机制，但我们能够提出一些比较合理的假说。假设左半脑形成并存储了一般性表征，即反映了某类特定事物或情形的一般特征。从另一个方面来说，这些表征又是特定的，因为它们仅反映了某类范围相对狭窄的情形的共同特征。显然，要想反映某个人经验和知识的总和，就需要大量类似的表征。相比之下，右半脑形成并储存比较粗糙的表征，每一个表征都反映范围较为宽泛的某类情形的共同特点。显然，右半脑所包含的表征比左半脑少。还可以做一个更极端的设想，右半脑的联合皮质几乎不包含特定的表征，而是由一个单一的相对一体化的网络构成，这个网络在某种程度上反映了所有已有经验的平均属性。

当一个人面对一项比较熟悉的认知任务时，其左半脑中的特定表征会与之产生共鸣。当一个人遇到一项比较新奇的认知任务时，这项任务将会与右半脑中某个较粗糙的表征产生共鸣，因为这些表征的界限不那么明显，也不太具体。当个体通过这项新型的认知任务获得经验和专门知识后，其左右半脑的情况会变得非常不同。在左半脑中会形成一个全新的、范围相对狭窄的表征来反映这项全新的认知挑战的特性。而右半脑的反应就没有那么强烈了，仅仅会对大尺度的粗糙的网络进行更新。

我在《智慧大脑》一书中将左右半脑对同一数据集的表征比作描述统计学用以总结同一数据集的两种方式：右半脑好比是总结所有数据的标准差，而左半脑好比是散点图，每一个点都代表数据的某个特定的子集。显然，当新数据集出现时，左右半脑将会以不同的方式对自身的表征进行更新。散点图中会出现新的数据点，而之前已经录入的数据点不会因此而被清除（左半脑中会出现新的具体表征，先前已经形成的表征则不受干扰地被保存下来）。标准差将会被重新计算，得到的值会略有不同（右半脑中现有的全局性粗糙表征将会被整体修改）。右半脑中有一个布满沟壑的巨大网络，和沙漠中的沟壑有点类似，虽然这些沟壑深浅不一，但它们的深度都在重力的作用下不断地趋近一个平均值。左半脑中的沟壑彼此交织成独立的小型网络，每个小型网络本身就足够深，彼此之间依靠非常浅的沟壑相连接。图4.2描绘的就是左右半脑在网络结构上的差异。

注：左半脑（A）的神经网络的模块化特征更明显，右半脑（B）的模块化特征较不明显。这一启发性的表述是对总体情况的一种描述，并不反映实际的神经解剖学特点。

图4.2 左右半脑的网络结构差异

上述关于相似的输入信息在左右半脑中不同编码方式的描述引出了一个非常有意思的推测。由于左半脑的网络结构更优良（详见本书第3章有关认知本质的讨论），因此，储存于其中的信息对认知体验而言是更易得的。这还与我们先前讨论的先验模块和后验模块的区别有关。相对而言，左半脑的组织结构更加模块化，而这种模块化特征是后验的，而非先验的。我们得出的另一个有趣的推测是，右半脑更善于应对全新的情形。由于右半脑网络的界限相对不分明，所有初始激活在右半脑中的传播范围都要比其在左半脑中的传播范围更广，因而更可能“突然想出”能有效应对全新情况的方法。

当然，上述所有观点都是凭直觉得出的。不过，我希望将这些观点用非常清晰的方式表述出来，这对更严谨的实验和建模是具有启发意义的，我们不能止步于仅仅认为右半脑的加工模式是“全局的”，而左半脑的加工模式是“局部的”。我们将在第11章继续讨论可能的建模方法。

现在，我们得出了一个有趣的结论：右半脑被经验修改的速度小于左半脑。乍一看，这个结论似乎违反常理，因为右半脑对应的是认知新奇性，而左半脑对应的是认知常规化。但是，当我们进行更深层次的分析时就会发现，变化较缓慢的右半脑之所以更适合处理新奇事物，是因为右半脑中的平均默认表征能够反映众多已有经验的共同特征（因而区分度不高）。在缺乏应对某种情形的现成知识的情况下，援引已有经验不失为一个好选择。一旦掌握了眼下特定情形的特征，你就会相应地调整你的反应，并储存新获得的经验。

我对单侧额叶损伤患者及其以行动者为中心的决策过程进行了研究，实验结果对我得出的如下结论产生了深刻的影响：左右半脑以不同的速度更新心理表征（参见第5章）。计算工作也为该结论提供了聚合性证据。斯特凡诺·福斯及其同事用神经网络模型证明，当突触的增殖率是变量而不是常量时，神经网络的计算效率就会提升。换句话说，在不同的学习情境中，突触的改变速度应当是不同的。大自然会不会正是要耦合两个大体相似却不完全一致、具有不同学习速率的系统（大脑半球）来满足这个需求？这样的安排允许左右半脑轮流占据主导地位，这样一来，这个由左右半脑组合而成的系统就能够适应非常广泛的学习情境。

左右半脑的功能差异可能是由它们的神经解剖学差异造成的，我们将在本书的第11章和其他部分对该问题进行广泛的探讨。与此同时，让我们继续在严格的功能性、宏观层面进行讨论。两个半脑在选择应对方式的过程中是如何互动的呢？如果左右半脑会选择完全不同的应对策略，那么它们之间就会存在一种竞争关系，胼胝体和前部联合体的抑制性通道极有可能起到了协调作用。假设某种工作记忆窗口会对最近经历的成功和失败进行记录（假设已经经过了 i次试验），且系统设定了某种成功的标准，我们称之为m (0 < m < i)。然后，该系统会按照如下方式运行：当成功的试验次数n超过 m (0 < m < n < i)时，左半脑就会胜出，因为这意味着左半脑中的具体表征已经足以指导眼下的决策过程了。反之，当工作记忆窗口中成功的试验次数n低于该标准（0 < n < m < i）时，右半脑就会胜出，因为这意味着从储存在左半脑中的与眼前情境相关的表征无法胜任这一工作，此时就需要调动储存在右半脑中的全局默认表征了。我们将在本书的第11章进一步探讨左右半脑的宏观功能差异背后的神经机制和微观结构。

教育背景、职业、生活经历不同的个体在对新奇事物和常规事物的理解方面也有所不同。因此，左右半脑在认知方面发挥的作用是动态的、相对的、个性化的。更重要的是，新奇性和常规化之间的差异体现在所有有学习能力的生物身上，基于该差异的半脑差异可能已经存在于非人类物种身上了。至少，可以用实验对这一可能性进行研究，物种间的进化连续性也能为其提供佐证。这是一个更让人信服的科学研究框架。乔治·瓦洛蒂加拉及其同事已经证明了进化连续性的存在，他们发现数个物种的两个半脑与新奇性和熟悉性的联系是有差别的。

科学史充满了错误的开端。但科学的进步不是建立在用新观点全盘否定旧观点的基础上的。这意味着一种毫无希望的循环。当一个新理论或新发现可以把旧知识作为一个特例纳入更普遍的概念之中时，它就更具有建设性。半脑特化的新奇性-常规化理论并不意味着将左半脑与语言联系在一起的传统观念是错误的。相反，该理论将传统理论视为一种特例，即用清晰明了的常规化代码——语言——来表征信息。

我原以为我们在1981年首次发表的关于半脑特化的新奇性-常规化假说的文章能在该领域引起轩然大波，结果并没有。不过，这篇论文也并非石沉大海。一些有影响力的神经科学家和神经心理学家认为这个假说是一个重要的突破。其中就有已故的著名神经外科医生约瑟夫·伯根，他和罗杰·斯佩里一起率先研究了胼胝体切除术患者；还有加拿大发展神经心理学家拜伦·洛克，此后他对非语言学习障碍的研究基本上就是建立在半脑特化的新奇性-常规化假说之上的；还有同为发展神经心理学家的杰拉尔德·图尔凯维奇，他提出了大量有趣的观点，只是在这一领域还没有引起注意。受到我们的新奇性-常规化假说影响的几乎都是发展神经科学家，他们的工作和观察使他们理解了认知在一段时间内的动态变化。但是，其他神经科学家依然固守着大脑与行为之间静态的、误导人的传统观念。直到最近，人们才对认知新奇性和认知常规化之间的对比重新产生了兴趣，并将其归入“探索与开发”的范畴。我们将在第9章进一步探讨这种发展。