概述在大腦模塊系統(tǒng)的扎根符號操作

包宗鑫

（赤峰學(xué)院 外國語學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

概述在大腦模塊系統(tǒng)的扎根符號操作

包宗鑫

（赤峰學(xué)院 外國語學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

符號操作在人類認(rèn)知方面起到重要作用，由于傳統(tǒng)符號理論的缺陷，知覺符號理論在扎根認(rèn)識論中產(chǎn)生，符號操作的實施通過仿真完成知識表征.Barsalou通過大量實驗對于符號操作理論的實施進行了證明總結(jié)，同時對于語言符號操作也進行了探討.本文闡述了相關(guān)實驗證據(jù)，提出了實驗所受的限制，最后對其進行了一定的評價和展望.

符號操作；大腦；仿真；知覺符號理論

現(xiàn)代認(rèn)知科學(xué)的中心主題是人類智能之中的符號解讀.人類大腦并不是簡單地記錄圖像.圖像的采集或記錄也并不構(gòu)成智能系統(tǒng).圖像內(nèi)容的符號操作是智能行為的基礎(chǔ)解讀，是人工智能與人類智能的核心內(nèi)容.

符號操作對智能系統(tǒng)進行了有力的經(jīng)驗解讀.使用類型標(biāo)記的結(jié)合，智能系統(tǒng)可以將各個組成部分圖像歸類到熟悉的類別（例如，分類的組成部分的形象為人和車）.從中可以推論得知預(yù)測分辨?zhèn)€體的行為，并選擇有效的可采取的行動（例如，認(rèn)為人可以說，汽車可以驅(qū)動）.符號知識可以進一步的分析個體圖像并預(yù)測的屬于他們的性質(zhì)和關(guān)系（例如，確定一個人是一個成年男性，或兩個人有相似的家庭）.這樣的結(jié)論將進一步支持高級認(rèn)知操作，如做一個決定（例如，采購買天然氣或電動車），規(guī)劃（例如，去周圍的鎮(zhèn)子給電動車充電），解決問題（例如，如果鑰匙鎖在車?yán)镌鯓幽玫借€匙）.符號操作還包括多種符號操作形式，這樣一個智能系統(tǒng)可以構(gòu)建復(fù)雜的符號表達（例如，結(jié)合詞的含義在語言理解）.最后，通過建立抽象的概念，心理狀態(tài)和心理活動，智能系統(tǒng)可以以元認(rèn)知方式去進行解釋.（例如，評價一個人的規(guī)劃和決策策略）.

由于認(rèn)知革命，語言符號和操作已被廣泛認(rèn)可.不僅在人工智能方面起到重要作用，并且在解釋人類認(rèn)知方面得到普遍應(yīng)用.但是，由于傳統(tǒng)的符號理論缺陷，研究者們認(rèn)為傳統(tǒng)的符號理論不適于高層次的認(rèn)知，尤其是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與力學(xué)方面.

值得注意的是，一些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究人員已經(jīng)意識到符號操作是在知識、語言、和思想方面實施較高層次的認(rèn)知現(xiàn)象所必不可少的.但是傳統(tǒng)理論中并不包括具體怎樣實施符號操作.出于這個原因，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究人員開發(fā)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的符號操作.有趣的是，這些方法并沒有被廣泛普及，無論是心理學(xué)家，還是知識工程師都難以有效地實施.結(jié)果，他們都得繼續(xù)使用傳統(tǒng)符號操作理論.

一個替代符號操作的理論在扎根認(rèn)知理論中產(chǎn)生.這不僅對于心理和神經(jīng)方面是可行的，而且它提出了一種新的圖像分析方法.基本上，這種方法發(fā)展的內(nèi)容是從圖像中提取.因此，符號可以綁定到區(qū)域的圖像，從而建立類型標(biāo)記映射.推論得出分類知識也以圖像的形式，這樣他們就可以被映射到感知.

扎根認(rèn)知的大腦的模態(tài)系統(tǒng)的衡量標(biāo)準(zhǔn)是非模態(tài)符號是由體驗形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹R表征.體驗一個類別時，情境模態(tài)產(chǎn)生在在視覺系統(tǒng)，聽覺系統(tǒng)，運動神經(jīng)系統(tǒng)，軀體感覺系統(tǒng)，等等.一旦情境模態(tài)中出現(xiàn)所有相關(guān)模態(tài)系統(tǒng)的一類，非模態(tài)符號代表概念的內(nèi)容在大腦中轉(zhuǎn)換為這一類別的知識表征.捕捉多模態(tài)情境是模仿代表一個詞的意思.神經(jīng)系統(tǒng)試圖重演情境模態(tài)狀態(tài)，這種再次進行的模仿可以被稱為仿真，這是大腦試圖模仿以往的經(jīng)驗.

關(guān)于仿真常常產(chǎn)生一些錯誤的理解.首先，這種結(jié)構(gòu)往往被視為一個實例典型的經(jīng)驗主義理論.其次，這種結(jié)構(gòu)通常被認(rèn)為是一個無法演繹的記錄系統(tǒng).第三，這種結(jié)構(gòu)往往被視為從外界的認(rèn)識世界獲取知識.原則上，具體的仿真是是基因決定的而不是從經(jīng)驗中獲得的.它也不是一個記錄系統(tǒng)，是可實施的演繹.并且不僅需要從外界的認(rèn)識世界獲取知識.而且，它可以從內(nèi)省中，即，從內(nèi)部知覺的影響，激勵，本體，痛苦，快樂，認(rèn)知狀態(tài)，認(rèn)知活動等獲得豐富的知識.因為人類的大腦某種程度上能夠感知內(nèi)部狀態(tài)，它抓住了這些情境和仿真在緊隨的時機，正如它捕捉和模擬感知外部狀態(tài).在這些描述后，捕捉和模擬的內(nèi)部狀態(tài)顯示抽象概念表征的核心，具體來說是人類的認(rèn)知.調(diào)查結(jié)果表明，感知、行為和內(nèi)省的大腦的模態(tài)系統(tǒng)是活躍在記憶，知識，語言和思想的較高的認(rèn)知行為中.

下面的內(nèi)容將描述預(yù)測、結(jié)合概念、和抽象概念怎樣實施符號操作.

知覺符號系統(tǒng)理論的主要創(chuàng)新內(nèi)容是使用圖像內(nèi)容作為實施概念及其解釋功能的基本構(gòu)建模塊.通過具體類別的實例，連接神經(jīng)元與類別的模態(tài)特征整合建立分布式多模態(tài)表征.知覺符號理論把這種多模態(tài)表征作為仿真器.

從概念上說，一個類型的仿真器的功能大致相當(dāng)于一個在標(biāo)準(zhǔn)理論中的概念.具體說來，一個仿真器使具體類別實例的多模態(tài)概念與個別詮釋能力合為一體.以汽車為例，關(guān)于車的樣子的視覺信息，關(guān)于車的聲音的聽覺信息，感覺信息與情緒反應(yīng)等把車看成為綜合的仿真器.這個結(jié)果是一個分布式系統(tǒng)通過大腦的特征和聯(lián)系區(qū)域積累這個類別的模態(tài)表征.

原則上，無限多的仿真器可以發(fā)展在內(nèi)存中的所有形式的知識，包括對象，屬性，設(shè)置，事件，行動，內(nèi)省，等等.仿真器使在大腦中的存在符號操作的實施成為可能.接下來將說明如何使三個典型的符號功能仿真，即，預(yù)測，概念的結(jié)合和抽象概念的表征.

實施預(yù)測，智能系統(tǒng)首先必須區(qū)分類型.在知覺符號理論中，仿真器仿真區(qū)別自然實現(xiàn)類型標(biāo)記的區(qū)別是預(yù)測中最基本的.這種區(qū)別可以進一步的解釋各種現(xiàn)象有關(guān)的預(yù)測，包括預(yù)測類型標(biāo)記，真實與虛假的命題，并解釋自旋.類型標(biāo)記預(yù)測的結(jié)果結(jié)合仿真器仿真.例如，結(jié)合汽車模擬器模擬汽車生產(chǎn)預(yù)測的實例是汽車類.此外，潛在的預(yù)測個體是無限的，從而產(chǎn)生自旋.因為無限期許多模擬器可以用來解釋個體，無限期許多真實和虛假的解釋是可能的.例如，一輛車可以被解釋為一車，車輛，轎車，廢棄的轎車，卡車（假），等.因此，仿真器仿真系統(tǒng)區(qū)分允許知覺符號理論實施典型符號功能相關(guān)的預(yù)測.

知覺符號理論如何實施概念結(jié)合，首先考慮一個仿真器的空間關(guān)系，“在上面”.一個仿真器可以對物體指出在知覺的重點對象比其他對象都具有較高的垂直位置（例如，直升機在醫(yī)院）.每一個“在上面”的關(guān)系指出，選擇性注意的重點是空間區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)，濾出的對象，并捕捉模態(tài)信息的形狀和大小的區(qū)域，它們之間的垂直距離，橫向偏移，等等.隨著時間的推移，“在上面”仿真器捕捉許多這樣的對區(qū)域和空間之間的關(guān)系.“在上面”仿真器本身產(chǎn)生的概念組合.想象這個模擬器產(chǎn)生一個特定的仿真.接下來，想像這個直升機仿真器運行一個在仿真在“在上面”仿真器上方的仿真，而且醫(yī)院仿真器運行仿真在較低的區(qū)域.由此產(chǎn)生的仿真表示直升機在醫(yī)院的上方，從而實現(xiàn)概念組合，表示上述命題（直升機，醫(yī)院）.無限的許多其他概念的組合，可以通過模擬不同類型的對象或事件“在上面”的的仿真實施，從而表達相關(guān)命題，如燈、桌子等.總的來說，這就是如何實現(xiàn)的概念組合.因為仿真器的代表組成情形和組成部分之間的關(guān)系，他們的仿真可以組合成復(fù)雜的，多元的仿真.就像一個有針對對象的繪圖程序，知覺符號理論藻提取物體組成部分的情況并結(jié)合起來表示以前所經(jīng)歷的情況或與有所不同的情形.

鑒于大多數(shù)研究解決具體的概念（例如，汽車，鳥），相對的對于抽象概念（例如，真理，思想）知之甚少.抽象的概念可以對人類認(rèn)知的本質(zhì)提出深入的見解，并幫助生產(chǎn)日益復(fù)雜的智能計算給出了元認(rèn)知能力.最近的Barsalou理論表明，抽象內(nèi)容的一個主要功能是代表內(nèi)省的狀態(tài).

對于預(yù)測、結(jié)合概念、和抽象概念經(jīng)過實驗的證明我們得出以下內(nèi)容：

我們開始與神經(jīng)的證據(jù)顯示神經(jīng)系統(tǒng)證明顯示，人們表明不同模態(tài)的性質(zhì)產(chǎn)生在相關(guān)的大腦行為模塊.人們感知味覺，視覺，聽覺，位置和機動性能，在大腦區(qū)域處理視覺，聽覺，味覺，位置和運動信息分別成為行為.因此，特定類型的屬性在各自的模態(tài)系統(tǒng)是與大腦行為活動相關(guān)的.雖然這些行為活動可能是附帶現(xiàn)象，與非模態(tài)符號操作同時發(fā)生，實際上執(zhí)行預(yù)測行為實驗表明，這些行為活動影響預(yù)測進程.當(dāng)一個預(yù)測性能轉(zhuǎn)移到一個新的模式，相對保持在相同的方式.預(yù)測性能的形狀和大小取決于性能同樣影響時間驗證性能和準(zhǔn)確性.因為感性的變量影響的預(yù)測能力，這表明模態(tài)激活不可附帶但是可以在實施預(yù)測中承擔(dān)重演角色.

通過吳和巴瑟羅的實驗，結(jié)果支持的結(jié)論是，人們操作仿真表示概念組合.當(dāng)一個仿真顯示閉塞的性質(zhì)，它們產(chǎn)生多于阻隔時.阻隔影響概念組合甚至新的組合，這表明仿真正被在線構(gòu)建代表他們.當(dāng)結(jié)合一個啟示性的修飾語的頭部的名詞并沒有涉及任何無阻隔的內(nèi)部性質(zhì)，阻隔的效果沒有產(chǎn)生.顯然，更多的證據(jù)是必要的建立在仿真在概念組合中發(fā)揮核心作用.然而，初步證據(jù)表明一些可改進的是有可能得到糾正的.

與概念組合類似，非常少的研究涉及到在抽象概念中的仿真角色.，初始證據(jù)再次表明仿真的重要性.通過研究得出語言是抽象的概念，仿真應(yīng)該是抽象概念表征的核心.因此Barsalou提出抽象概念是指在一個背景情況下的分布式核心內(nèi)容，其中重點內(nèi)容通常包括內(nèi)省的狀態(tài)，事件，以及它們之間的關(guān)系.實驗與研究表明這些結(jié)果表明，人們使用仿真表示抽象的概念.當(dāng)給一個表示抽象概念的詞，在給定的詞為一個抽象的概念，人們模仿在詞義情況下發(fā)生的概念.顯然，更需要進一步的證據(jù)證實這一發(fā)現(xiàn).結(jié)合以往的證據(jù)表明人們使用仿真表征情境，南加州大學(xué)模擬人代表的情況下，然而，這是合理的假設(shè)，未來的證據(jù)將表明人們也在仿真情境下表達抽象內(nèi)容.

這些支持知覺符號理論說明符號操作的發(fā)現(xiàn)顯然是受到限制的.雖然大量的研究目前為止已經(jīng)進行到預(yù)測環(huán)節(jié)，進一步的工作顯然需要得出關(guān)于仿真實施符號操作的決定性的推斷.鑒于對相概念結(jié)合和抽象概念的研究較之甚少，需要更謹(jǐn)慎的得出符號操作是怎樣產(chǎn)生的結(jié)論.然而，初步證據(jù)表明知覺符號理論證明這些符號操作是可行的.

符號操作在語言與仿真的相互作用中產(chǎn)生

在處理符號操作本質(zhì)的過程中，重點關(guān)注的是仿真.然而，人類行為中的符號操作不僅來自仿真也與語言與仿真的相互作用密切相關(guān).語言系統(tǒng)在產(chǎn)生仿真的合成結(jié)構(gòu)中似乎發(fā)揮主要作用.例如，句子的句法結(jié)構(gòu)可以控制的檢索，組合，和轉(zhuǎn)型成分模擬的組合表示句子和文本.同樣，語言和仿真之間的相互作用和模擬可以產(chǎn)生復(fù)雜的組成結(jié)構(gòu)，然后依據(jù)幾個組合有效地產(chǎn)生詞組和遞歸嵌入結(jié)構(gòu)，這是人類認(rèn)知的特點.很多其他復(fù)雜的符號操作也可能產(chǎn)生于語言與仿真的相互作用.總的說來，語言通過仿真器提供了一個強大的仿真索引系統(tǒng)區(qū)域和操縱語言與思維中的仿真.最重要的是，這兩個系統(tǒng)可能是實現(xiàn)強大的人類認(rèn)知符號能力系統(tǒng)所必不可少的.兩者共同產(chǎn)生的人類的符號能力.然而，相互作用的語言和仿真系統(tǒng)與其擁有的嘆為觀止的能力仍然有許多經(jīng)驗教訓(xùn)需要去認(rèn)識和吸取.

認(rèn)知科學(xué)理論中的一個核心問題是知識在頭腦中如何表征的.扎根認(rèn)知論是Barsalou(2008)提出的一種認(rèn)知觀.他認(rèn)為，環(huán)境、情境、身體和大腦模塊系統(tǒng)中的仿真構(gòu)成了認(rèn)知中核心表征的基礎(chǔ).同時Barsalou針對命題符號理論的不足提出了知覺符號理論.在本文中，對于大腦模塊系統(tǒng)中的符號操作如何實施Barsalou進行了實驗總結(jié)與論證.使認(rèn)知科學(xué)得到了新的發(fā)展方向，相信關(guān)于以上理論的研究將有更為廣闊的空間，我們期待Barsalou新的成果.

〔1〕Lawrence W.Barsalou,(2008)《Information Sciences》.

〔2〕謝久書，張常青，王瑞明，陸直.知覺符號理論及其研究范式.心理科學(xué)進展，2011.

〔3〕李瑩,王瑞明,莫雷.物體隱含的形狀信息對圖片再認(rèn)的影響.心理科學(xué)，2005.

〔4〕王瑞明,莫雷.知覺符號理論芻議.華東師范大學(xué)學(xué)報(教育科學(xué)版)，2010.

〔5〕伍麗梅,莫雷,王瑞明.情境模型的實質(zhì):命題符號與知覺符號之爭.心理科學(xué)進展，2005.

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