大脑不处理信息，也不是计算机（2016）

无论脑科学家和认知心理学家多么努力，他们都永远无法在大脑中找到贝多芬《第五交响曲》的副本——也找不到词语、图片、语法规则或任何其他环境刺激的副本。当然，人脑并非真的空空如也。但它确实不包含人们以为它包含的大多数东西——甚至连“记忆”这样简单的东西也没有。

我们对大脑的粗陋认识有着深远的历史根源，但20世纪40年代计算机的发明尤其让我们陷入了混乱。半个多世纪以来，心理学家、语言学家、神经科学家以及其他人类行为专家一直断言，人脑的运作方式就像一台计算机。

要看清这个想法有多么空洞，不妨想想婴儿的大脑。得益于进化，人类新生儿和其他所有哺乳动物的幼崽一样，来到这个世界时就已准备好与之有效互动。婴儿的视力是模糊的，但它会特别关注人脸，并能很快认出母亲的脸。它更喜欢人声而非非言语声音，还能区分一种基本语音和另一种。毫无疑问，我们天生就是用来建立社会联系的。

健康的新生儿还配备着十几种反射——对某些对其生存至关重要的刺激的现成反应。它会朝拂过脸颊的东西转过头去，然后吮吸进入嘴里的任何东西。浸入水中时它会屏住呼吸。它会紧紧抓住放在手里的东西，几乎能支撑起自己的体重。也许最重要的是，新生儿天生就拥有强大的学习机制，使它们能够迅速改变，从而越来越有效地与世界互动，即便那个世界与它们远古祖先所面对的世界截然不同。

感官、反射和学习机制——这就是我们一开始所拥有的，细想之下，这已经相当多了。如果我们在出生时缺少其中任何一种能力，恐怕都难以存活。

但我们不是与生俱来就拥有这些东西：信息、数据、规则、软件、知识、词典、表征、算法、程序、模型、记忆、图像、处理器、子程序、编码器、解码器、符号或缓冲区——这些让数字计算机表现出某种智能的设计要素。我们不仅不是天生就有这些东西，我们也从不发展出它们——永远都不会。

我们并不存储词语或告诉我们如何操作词语的规则。我们并不创建视觉刺激的表征，把它们存储在短期记忆缓冲区中，然后再把表征转移到长期记忆装置里。我们并不从记忆寄存器中检索信息、图像或词语。计算机做所有这些事情，但生物体不做。

计算机，毫不夸张地说，处理信息——数字、字母、单词、公式、图像。信息首先必须被编码成计算机可以使用的格式，这意味着由一和零组成的模式（“位”）被组织成小块（“字节”）。在我的计算机上，每个字节包含 8 位，其中某种特定的位模式代表字母 d，另一种代表字母 o， 还有一种代表字母 g。并排放在一起，这三个字节就构成了单词 dog。一幅图像——比如我桌面上那张我的猫 Henry 的照片——由一百万个这样的字节（“一兆字节”）组成的非常特定的模式来表示，周围还有一些特殊字符，告诉计算机它应该期待一幅图像，而不是一个单词。

计算机，毫不夸张地说，把这些模式从一个地方移动到另一个地方，这些地方是蚀刻在电子元件中的不同物理存储区域。有时它们也会复制这些模式，有时它们会以各种方式转换这些模式——比如，当我们校正手稿中的错误时，或者当我们修饰照片时。计算机遵循的用于移动、复制和操作这些数据数组的规则也存储在计算机内部。一组规则合在一起被称为“程序”或“算法”。一组协同工作以帮助我们做某件事（比如买股票或在线找约会对象）的算法被称为“应用程序”——也就是现在大多数人所说的“app”。

请原谅我这段关于计算的介绍，但我需要说清楚：计算机确实是在对世界的符号表征进行操作。它们确实会存储和检索。它们确实会处理。它们确实拥有物理记忆。它们所做的一切，无一例外，确实都由算法引导。

另一方面，人类不是这样——从来不是，也永远不会是。鉴于这一现实，为什么这么多科学家谈论我们的精神生活时，就好像我们是计算机一样？

In 他的书 In Our Own Image（2015）中，人工智能专家 George Zarkadakis 描述了人们在过去 2,000 年里用来试图解释人类智能的六种不同隐喻。

在最早的一种隐喻中——最终保存在《圣经》里——人类由黏土或尘土形成，然后一位有智慧的上帝将自己的灵注入其中。那个灵“解释”了我们的智能——至少在语法上是这样。

公元前 3 世纪液压工程学的发明，使人类智能的液压模型流行起来，这种观点认为，体内不同液体——“体液”——的流动既解释了我们的身体功能，也解释了我们的心理功能。液压隐喻持续了 1,600 多年，在此期间一直妨碍着医学实践。

到 16 世纪，由弹簧和齿轮驱动的自动机已被设计出来，最终启发了勒内·笛卡尔等领先思想家断言人类是复杂的机器。17 世纪，英国哲学家托马斯·霍布斯提出，思维源于大脑中的微小机械运动。到 18 世纪，关于电和化学的发现带来了关于人类智能的新理论——同样，本质上主要是隐喻性的。19 世纪中叶，受通信领域最新进展的启发，德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹将大脑比作电报机。

数学家约翰·冯·诺依曼曾断然指出，人类神经系统的功能是‘表面看来数字化的’，并在当时的计算机部件与人脑部件之间进行了一次又一次的类比。

每一种隐喻都反映了孕育它的时代最前沿的思考。可以预见，在20世纪40年代计算机技术诞生仅几年后，人们便说大脑像计算机一样运作，大脑本身扮演着硬件角色，而我们的思想则充当软件。标志着如今被广泛称为‘认知科学’的这一领域诞生的里程碑事件，是心理学家乔治·米勒于1951年出版的《语言与交流》。米勒提出，可以运用信息论、计算和语言学的概念来严格研究精神世界。

这种思维方式在1958年的小书《计算机与大脑》中得到了极致表达，数学家约翰·冯·诺依曼在书中断然指出，人类神经系统的功能是‘表面看来数字化的’。尽管他承认，对于大脑在人类推理和记忆中扮演的角色，人们实际上知之甚少，但他还是在当时的计算机部件与人脑部件之间进行了一次又一次的类比。

在随后计算机技术和大脑研究两方面进展的推动下，一项旨在理解人类智能的雄心勃勃的多学科努力逐渐发展起来，其根基牢固地建立在这样一种观念之上：人类和计算机一样，都是信息处理器。这项工作如今涉及数千名研究人员，消耗数十亿美元经费，并产生了大量文献，包括技术性和主流文章与书籍。雷·库兹韦尔的《如何创造心智：人类思维之谜的揭示》（2013年）正是这一视角的典型代表，书中推测大脑的‘算法’、大脑如何‘处理数据’，甚至其结构如何在表面上类似于集成电路。

人类智能的信息处理（IP）隐喻如今主导着人们的思维，无论是在街头还是在科学界。几乎没有任何关于人类智能行为的论述能够在不使用这一隐喻的情况下进行，正如在某些时代和文化中，任何关于人类智能行为的论述都不可能不提及神灵或神祇。在当今世界，IP隐喻的有效性通常被不加质疑地假定。

但IP隐喻毕竟只是另一种隐喻——一个我们用来理解自己实际上并不理解之事的故事。就像它之前的所有隐喻一样，它肯定会在某个时候被抛弃——要么被另一个隐喻取代，要么最终被真正的知识取代。

就在一年多以前，在访问世界上最负盛名的研究机构之一时，我向那里的研究人员提出挑战，要求他们在不参照 IP 隐喻任何方面的情况下解释智能人类行为。他们做不到，而当我在随后的电子邮件通信中礼貌地提出这个问题时，几个月后他们仍然拿不出任何东西。他们看到了问题。他们并没有把这个挑战当作小事而置之不理。但他们无法提供替代方案。换句话说，IP 隐喻是“粘性的”。它用如此强大的语言和观念束缚我们的思维，以至于我们难以绕开它们思考。

IP 隐喻的错误逻辑很容易陈述。它基于一个错误的三段论——一个有两个合理前提和一个错误结论的三段论。合理前提 #1：所有计算机都能够表现出智能行为。合理前提 #2：所有计算机都是信息处理器。错误结论：所有能够表现出智能行为的实体都是信息处理器。

抛开正式语言不谈，仅仅因为计算机是信息处理器就认为人类也必须是信息处理器，这简直是愚蠢的，而当有一天 IP 隐喻最终被抛弃时，历史学家几乎肯定会这样看待它，就像我们现在认为液压和机械隐喻很愚蠢一样。

如果 IP 隐喻如此愚蠢，为什么它如此粘性？是什么阻止我们把它拨到一边，就像我们拨开挡路的树枝一样？有没有一种方法可以在不依赖脆弱的知识拐杖的情况下理解人类智能？而我们如此严重地依赖这根特定的拐杖这么久，付出了什么代价？毕竟，IP 隐喻几十年来一直指导着多个领域大量研究人员的写作和思考。代价是什么？

在我多年来多次进行的一个课堂练习中，我首先招募一名学生在教室前面的黑板上画一张详细的美元钞票图——“尽可能详细”，我说。当学生完成后，我用一张纸盖住画，从钱包里取出一张美元钞票，用胶带贴在黑板上，然后要求学生重复这个任务。当他或她完成后，我揭开第一幅画的遮盖物，全班评论差异。

因为你可能从未见过这样的演示，或者因为你可能难以想象结果，我请 Jinny Hyun——在我进行研究的研究所的一名学生实习生——制作这两幅画。这是她“凭记忆”画的（注意这个隐喻）：

这是她随后在有一张美元钞票在场的情况下画的：

Jinny 和你可能一样对结果感到惊讶，但这是典型的。如你所见，在没有美元钞票的情况下画的画与参照实物画的画相比糟糕透了，尽管 Jinny 见过美元钞票数千次。

问题是什么？我们的大脑的“记忆寄存器”中不是“存储”着美元钞票的“表征”吗？我们不能只是“检索”它并用它来画画吗？

显然不能，一千年的神经科学也永远无法在人类大脑内部找到存储的美元钞票表征，原因很简单：它根本不存在，找不到。

认为记忆储存在单个神经元中的想法是荒谬的：记忆究竟如何以及在哪里储存在细胞中？

事实上，大量大脑研究表明，即使是最普通的记忆任务，也常常涉及大脑的多个区域，有时甚至是大片区域。当涉及强烈情绪时，数百万个神经元会变得更加活跃。在多伦多大学神经心理学家Brian Levine等人2016年对一次飞机失事幸存者的研究中，回忆坠机事件增加了乘客‘杏仁核、内侧颞叶、前部和后部中线以及视觉皮层’的神经活动。

几位科学家提出的特定记忆以某种方式储存在单个神经元中的想法是荒谬的；如果说有什么作用，这一断言只是将记忆问题推向了更具挑战性的层面：毕竟，记忆究竟如何以及在哪里储存在细胞中？

那么，当Jinny在美元钞票不在场的情况下画出它时，发生了什么？如果Jinny从未见过美元钞票，她的第一幅画可能完全不像第二幅画。由于以前见过美元钞票，她在某种程度上被改变了。具体来说，她的大脑被改变，使她能够想象一张美元钞票——也就是说，至少在某种程度上重新体验看到美元钞票。

两幅图之间的差异提醒我们，想象某物（即在它不在场时看到它）远不如在它在场时看到它准确。这就是为什么我们识别比回忆更擅长。当我们回忆某事时（来自拉丁语re，‘再次’，和memorari，‘留心’），我们必须试图重新体验一次经历；但当我们识别某物时，我们只需意识到我们以前有过这种感知体验。

也许你会反对这个演示。Jinny以前见过美元钞票，但她没有刻意努力去‘记住’细节。你可能会争辩说，如果她这样做了，她大概可以在钞票不在场的情况下画出第二幅图。然而，即使在这种情况下，美元钞票的图像在任何意义上都没有‘储存’在Jinny的大脑中。她只是变得更好地准备好准确地画出它，就像通过练习，钢琴家变得更擅长演奏协奏曲，而没有以某种方式吸入一份乐谱。

从这个简单的练习中，我们可以开始构建一个无隐喻的智能人类行为理论的框架——在这个理论中，大脑并非完全空白，但至少没有IP隐喻的包袱。

当我们在世界中穿行时，我们被各种经历所改变。特别值得注意的是三种类型的经历：（1）我们观察周围发生的事情（其他人的行为、音乐声、针对我们的指示、页面上的文字、屏幕上的图像）；（2）我们接触到不重要刺激（如警笛）与重要刺激（如警车出现）的配对；（3）我们因某些行为方式而受到惩罚或奖励。

如果我们以与这些经历相一致的方式改变，我们在生活中就会变得更有效率——如果我们现在能背诵一首诗或唱一首歌，如果我们能够遵循所给的指示，如果我们对不重要的刺激做出更像对重要刺激的反应，如果我们避免做出曾受到惩罚的行为，如果我们更频繁地做出曾受到奖励的行为。

尽管有误导性的标题，但没有人真正知道在我们学会唱一首歌或背诵一首诗之后，大脑是如何变化的。但那首歌或那首诗并没有被‘存储’在其中。大脑只是以有序的方式改变了，现在允许我们在某些条件下唱出那首歌或背诵那首诗。当被要求表演时，那首歌或那首诗在任何意义上都不是从大脑的某个地方‘检索’出来的，就像我在桌子上轻敲手指时，我的手指动作也不是被‘检索’出来的一样。我们只是唱或背诵——无需检索。

几年前，我问神经科学家哥伦比亚大学的埃里克·坎德尔——他因识别出Aplysia（一种海蜗牛）在学习某事后其神经元突触中发生的一些化学变化而获得诺贝尔奖——他认为我们需要多长时间才能理解人类记忆的工作原理。他迅速回答：‘一百年。’我没有想到问他是否认为IP隐喻正在减缓神经科学的发展，但一些神经科学家确实开始思考不可想象的事情——这个隐喻并非不可或缺。

少数认知科学家——尤其是辛辛那提大学的安东尼·切梅罗，《激进的具身认知科学》（2009年）的作者——现在完全拒绝人类大脑像计算机一样工作的观点。主流观点是，我们像计算机一样，通过对心理表征进行计算来理解世界，但切梅罗和其他人描述了另一种理解智能行为的方式——作为有机体与其世界之间的直接互动。

我最喜欢的例子，说明IP视角与现在一些人称之为人类功能的‘反表征’观点之间的巨大差异，涉及两种不同的解释棒球运动员如何接住飞球的方式——由现就职于亚利桑那州立大学的迈克尔·麦克比思及其同事在1995年《科学》杂志的一篇论文中精彩阐述。IP视角要求运动员对球飞行的各种初始条件——撞击力、轨迹角度之类的东西——做出估计，然后创建并分析球可能移动路径的内部模型，然后使用该模型在时间上连续地引导和调整运动动作以拦截球。

如果我们像计算机一样运作，这一切都很好，但麦克比思及其同事给出了一个更简单的解释：要接住球，运动员只需以保持球与本垒板和周围景物保持恒定视觉关系的方式移动（技术上，在‘线性光学轨迹’中）。这听起来可能复杂，但实际上极其简单，完全不需要计算、表征和算法。

我们将永远不必担心人类思维在赛博空间中失控，我们也永远不会通过下载实现永生

英国利兹贝克特大学的两位坚定的心理学教授——安德鲁·威尔逊和萨布丽娜·戈隆卡——将棒球例子与其他许多例子一起纳入其中，这些例子可以在IP框架之外简单而合理地加以审视。多年来，他们一直在写博客，阐述他们所称的‘一种更连贯、更自然化的人类行为科学研究方法……与占主导地位的认知神经科学方法相悖’。然而，这远非一场运动；主流认知科学仍然不加批判地沉浸在IP隐喻之中，而世界上一些最具影响力的思想家已经对人类的未来做出了宏大的预测，这些预测依赖于该隐喻的有效性。

其中一个预测——由未来学家库兹韦尔、物理学家斯蒂芬·霍金和神经科学家兰德尔·科恩等人提出——是，由于人类意识据说就像计算机软件，很快就有可能将人类心智下载到计算机中，在计算机的电路里，我们将在智力上变得极其强大，并且很可能获得永生。这一概念推动了反乌托邦电影《超验骇客》（2014）的情节，约翰尼·德普在片中饰演一位类似库兹韦尔的科学家，他的心智被下载到互联网上——给人类带来了灾难性的后果。

幸运的是，由于IP隐喻甚至没有丝毫有效性，我们永远不必担心人类心智在网络空间中失控；唉，我们也永远无法通过下载实现永生。这不仅是因为大脑中不存在意识软件；这里还有一个更深层次的问题——我们称之为独特性问题——它既令人振奋又令人沮丧。

B因为大脑中既不存在‘记忆库’，也不存在刺激的‘表征’，而且我们在世界中发挥作用所需要的只是大脑因我们的经历而有条理地改变，因此没有理由相信我们中的任何两个人会因相同的经历而以相同的方式改变。如果你和我参加同一场音乐会，我聆听贝多芬第五交响曲时大脑中发生的变化几乎肯定与你大脑中发生的变化完全不同。这些变化，无论是什么，都建立在已经存在的独特神经结构之上，每个结构都是在独一无二的经历中历经一生发展而来的。

这就是为什么，正如弗雷德里克·巴特利特爵士在其著作《记忆》（1932）中所证明的，没有两个人会以相同的方式复述他们听过的故事，并且随着时间的推移，他们对故事的复述会越来越不同。故事的‘副本’从未被制作出来；相反，每个人在听到故事时都会在一定程度上发生变化——足以使他们在后来被问及这个故事时（在某些情况下，是在巴特利特第一次给他们读故事之后的几天、几个月甚至几年）——能够在某种程度上重新体验听到这个故事，尽管不是很好（参见上方美元钞票的第一幅画）。

我想，这是令人振奋的，因为它意味着我们每个人都是真正独特的，不仅在我们的基因构成上，甚至在我们大脑随时间变化的方式上。这也是令人沮丧的，因为它使神经科学家的任务变得几乎难以想象的艰巨。对于任何给定的经历，有序的变化可能涉及一千个神经元、一百万个神经元，甚至整个大脑，而每个大脑中的变化模式都不同。

更糟糕的是，即使我们有能力对大脑全部860亿个神经元进行快照，然后在计算机中模拟这些神经元的状态，那个庞大的模式在大脑本身之外也毫无意义。这或许是IP隐喻扭曲我们对人类功能思考的最恶劣方式。计算机确实存储数据的精确副本——这些副本可以长时间保持不变，即使断电也是如此——而大脑只有在活着的时候才能维持我们的智力。没有开关。要么大脑继续运作，要么我们消失。此外，正如神经生物学家史蒂文·罗斯在《大脑的未来》（2005年）中指出的，大脑当前状态的快照也可能毫无意义，除非我们知道大脑拥有者的整个生命史——甚至可能包括他或她成长所处的社会背景。

想想这个问题有多难。要理解大脑如何维持人类智力的基本原理，我们可能不仅需要知道所有860亿个神经元及其100万亿个互连的当前状态，不仅需要知道它们连接强度的变化，不仅需要知道每个连接点存在的1000多种蛋白质的状态，还需要知道大脑每时每刻的活动如何促进系统的完整性。再加上每个大脑的独特性——部分源于每个人生命史的独特性——坎德尔的预测开始显得过于乐观。（在《纽约时报》最近的一篇专栏文章中，神经科学家肯尼斯·米勒提出，仅弄清楚基本的神经元连接就需要‘几个世纪’。）

与此同时，大量资金正在为大脑研究筹集，某些情况下基于错误的观念和无法兑现的承诺。神经科学偏离正轨的最明显例子，最近在《科学美国人》的一篇报道中被记录，涉及欧盟于2013年启动的13亿美元人类大脑项目。欧盟官员被魅力非凡的亨利·马克拉姆说服，相信他能在2023年前在超级计算机上创建整个人类大脑的模拟，并且这样的模型将彻底改变阿尔茨海默病和其他疾病的治疗，于是几乎无限制地资助了他的项目。不到两年，该项目就变成了‘大脑残骸’，马克拉姆被要求辞职。

我们是生物体，不是计算机。接受这一点吧。让我们继续努力理解自己，但不要被不必要的知识包袱所拖累。IP隐喻已经运行了半个世纪，沿途产生的洞见即使有也寥寥无几。是时候按下DELETE键了。