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2.大脑如何表征时间

2025年1月24日  来源:意识的解释 作者:(美)丹尼尔·丹尼特 提供人:zhanbai93......

笛卡儿式物质论是这样的一种观点,没有人会支持它,但几乎每个人又都习惯用它来思考,该观点提出如下的底层图景。我们知道,信息在大脑里来来去去,被不同区域的不同机制处理。我们的直觉表明,我们的意识流由以序列形式出现的事件组成,而且在任何一个瞬间,在此序列中的每个元素都可以分为两类,它们要么是已经“在意识中”发生的,要么是尚未“在那里”发生的。如果情况如此,那么,(似乎)在大脑中穿行的内容的载体,必定就像走在路轨上的有轨电车一样;它们通过某点的顺序,也是它们“到达”意识剧场并(因此)“被意识到”的顺序。要确定意识在大脑里什么地方发生,我们就要追踪信息载体的所有轨迹,看看载体在它们被意识到的那个瞬间通过的是哪一点。

如果我们反思大脑的基本任务,我们就会知道这幅图景错在何处。大脑的任务是,在条件不断变化和意外不断出现的世界中,指引它所控制的躯体。所以,它必须收集来自世界的信息,并迅速地用它“生产未来”,也就是提取预期,以比灾难先行一步(Dennett, 1984a, 1991b)。于是,大脑必须表征事件在世界中的时间性质,它还必须很有效率地这样做。负责执行这个任务的诸多过程分布于大脑的不同位置,没有一个中心节点,而大脑各个区域之间的沟通相对缓慢一些;电化学的神经刺激的行进速度,只有光速(或电信号在导线里的速度)的几千分之一。因此,大脑承受着显著的时间压力。它必须设法在一个时间窗口之内按照它的输入调制输出,这个窗口没有任何延迟的余地。在输入一方,有知觉分析任务,比如言语知觉(speech perception)任务,如果大脑不能利用巧妙的预期策略(这些策略都以输入中的冗余信息为信息源),这些任务也许会超过大脑机制的物理界限。正常说话速度是每秒发出四五个音节,但是我们所演化出的“解析”说话的分析机器如此强大,以至于人类能够理解速度高达每秒30个音节的“压缩说话”——这时电子仪器会加速语词,但不会提高声调,使说话声变成耗子所发出的“吱吱声”那样。在输出一方,许多行动发生得如此快速,具有如此精细的触发作用,以至于大脑没有时间按照反馈去调整它的控制信号;任何像弹钢琴或精准确定摇滚乐音高这样的行动(Calvin, 1983, 1986),都必定是弹道式发动的。[弹道式的行动(ballistic act)是非制导导弹,一旦发动它们,它们的轨迹就不能调整了。]

那么,大脑如何追踪它所需要的时间信息呢?考虑这个问题:由于从脚趾到大脑的距离大于从臀部到大脑的距离,或者从肩到大脑的距离,或者从额头到大脑的距离,所以同时从这些不同地方传出的刺激,会以交错的相继序列(staggered succession)到达大脑总部——只要传播速度在所有路径上是一个常量。你也许会问自己,大脑如何“确保在中枢同时表征来自末梢的同时刺激”呢?如果你做一些推测性的逆向工程思考,你可能会这样想:也许所有的传入神经束就像弹簧式卷尺,而且它们的长度全都一样——去往脚趾的神经完全没有卷起来,而通往前额的神经则在大脑里卷起来。从后一神经束来的信号,在这些神经内侧的延时卷曲中,绕了一圈又一圈,它们进入总部的时间,正好就与来自脚趾的未经缠绕的信号进入的时间相同。或者,你可能会想,神经束伸得越长,它们的直径就会越细(就像黏土罐的线圈,或者像家里做的面条),传播速度也会随着直径不同而有所不同。(天哪!的确是这样,但方向错了!粗纤维的传导速度更快。)这些试图解决这个同时问题的机制模型都很生动(当然也很傻),但是,前提的错误在于以为大脑居然需要解决这个问题。大脑不应该解决这个问题,这里有一个明显的工程学理由:它浪费了宝贵的时间,在它的全部可能操作面前,选了一个“情况最坏”的日程表。为什么来自(比如)前额的至关重要的信号,就应该在前厅里闲着,只是因为也许某天出现这样一种情况,来自脚趾的、跟它同时发生的信号需要与它以某种方式会合?[5]

数字计算机的确依靠这种延迟来处理最坏的情况,以确保同步运行。并行的加法器电路中的机制,在一个定时脉冲释放完成加法总和之前会让这些总和一直闲着,而这个机制与上面设想的圈来圈去的神经相似。超级计算机的建造者还必须格外小心,以确保连接不同部分的导线有相同的长度,而这常常要求导线多绕几圈。但数字计算机之所以能够承担这种局部的无效率状态,是因为它们有速度可言。(事实上,随着市场竞争要求数字计算机的运行速度越来越快,人们正在重新考虑这些细微的时间无效率情况;其中许多情况之所以还能保留,其主要原因在于,工程师不知道如何设计整体不同步的计算机系统——一个不受任何主时钟脉冲调节的系统。)

把主同步施用于各项操作,这需要延迟。作为逆向工程师,我们可以推测,如果存在有效的方法让大脑可以表征它所需要的时间信息,来避免这些延迟,那么演化就会“找到这些方法”。事实上,确实存在这样的方法,对此我们可以借助一个历史事件来说明,这个事件展现的是在时间与空间上都极度放大的现象。

考虑一下在无线电与电报都还没出现的时代不列颠帝国所面临的通信难题。从伦敦的总部控制一个遍布全球的帝国并不总是可行的。最著名的事件显然是(第四次)新奥尔良战役,它于1815年的1月8日爆发,而终止1812年战争的停战协定已在此役爆发的15天前于比利时签订。在这场毫无意义的战役中,英国士兵死了上千人。我们用这次战败的消息传递情况来看这个系统当时是如何运作的。假设在比利时签署停战协定的第一天,停战的消息就通过陆路和水路传向美洲、印度和非洲等地。第15天新奥尔良的战斗打响,这次战败的消息通过陆路和水路传向英格兰、印度等地。第20天(当然太迟),停战协定的消息(以及要求投降的命令)到达新奥尔良。让我们还假设,第35天,这次战败的消息到达加尔各答,但是,停战协定的消息(通过陆上路线传递)直到第40天才到达。在印度的英军总司令看来,新奥尔良的战斗似乎在停战协定签订之前就已打响——如果不注明信件日期的话,这些日期当然可以让他做出必要的纠正。[6]

为了解决他们所面临的时间信息交流的大部分问题,这些遥远的代理人的做法是在他们信号的内容中植入相关的时间信息表征,这样,信号本身的到达时间,就与它们携带的信息严格地不相关。在信头上写的日期(或信封邮戳的日期)给接收者传达的信息是它的发送时间,这个信息即使延迟到达也有用场。[7]被表征的时间(见于邮戳)与进行表征的时间(信的到达时间)之间的这种区分,是常见的内容与载体之间的区分的一个实例。虽然大脑的通信者没有上面这种特殊的解决方案(因为它们不“知道”它们发出自己信号的“日期”),但是,内容与载体之间区分的总原则还是与大脑的信息处理模式相关,很少有人欣赏其中的方法。[8]

一般来说,我们必须区分表征活动(representings)的特征与被表征者(representeds)的特征。例如,人们可以大声喊:“轻点儿,小声点儿!”微小的东西也可以有巨大的图像,一个做炭笔素描的艺术家不见得就不能画出一幅油画。对一个站着的人进行书面描述,开头一句不必描述他的头部,最后一句也不必描写他的脚。这个原则同样适用于时间——虽然用起来不是那么明显。考虑一个说出的短语:a bright, brief flash of red light(“红灯明亮而短暂的一闪”)。的开头是“a bright”,它的结尾是“red light”。这个说话事件的这些部分,本身不是红灯短暂一闪的开始或终结的表征(类似的论点,可参见Efron, 1967, p. 714)。在神经系统里没有任何事件不占时间(就像没有任何事件不占空间一样),所以任何事件必定有一个开头和结尾,它们为一定量的时间所分隔。如果某个事件本身表征的是在经验中的一个事件,那么它所表征的事件本身必定也是占时间的,也有开头、中间和结尾。但没有理由认为,这个表征事件的开始就表征着被表征事件的开始。[9]虽然不同的属性的确被不同的神经设施以不同的比率抽取出来(如地点、形状、颜色之比),虽然如果要求对孤立的每个属性做出反应我们会需要不同的反应时间,但是,我们知觉到的是一个个事件,而不是一个相继得到分析的知觉要素流或知觉属性流。[10]

一部小说或一个历史叙事不必按它最终描写的顺序来创作——有时作者会从结局开始往回写。而且,这种叙事可以包含许多回放动作,在这些回放中,事件被表征为以一定的顺序进行,而表征它的活动(representings)又是以不同的顺序发生的。类似地,大脑对A的表征先于B,也不必以这样的方式完成:

首先:

表征A。

然后:

表征B。

短语“B后于A”是一个(说出的)载体的例子,该载体把A表征为在B之前,而大脑也可以从这种时间处理带来的自由中获益。对大脑来说,重要的并不必然是个别的表征事件于什么时候在大脑的各个部分发生(只要它们发生得足够及时,可以控制需要控制的事情!),重要的是它们的时间内容。这就是说,重要的是大脑可以“在A已经先于B发生的这个假设下”继续处理事情,无论“A已经发生”这个信息是否进入大脑的相关系统,并在“B已经发生”这个信息之前或之后被识别为是这样。(回想身在加尔各答的总司令:首先他得知那场战斗,然后他得知停战协定,但由于他能从这个消息里提取到停战在先的信息,因而他可以相应行事。他必须判断停战协定签订于那场战斗之前,他不必弄出某个“历史重构”的大戏来观看,好像在这出戏里他才以“正确的”顺序收到那些来信。)

但有一些人主张,时间是心智或大脑必定“随它自己”表征的一个东西。哲学家休·梅勒(Hugh Mellor)在他的著作《实时时间》(Real Time, 1981, p.8)中,清晰有力地表达了这一点:

例如,假设我看到一个事件e先于另一个事件e*。我必定首先看到e,然后看到e*;我在看到e*的时候,可以用某种方式回想起我看到e的情况。就是说,“我看见e”会影响到我看见e*:这就促使我(或者正确或者错误地)看到e先于e*,而不是反过来。但是,看到e先于e*就意味着,我先看到的是e。这样,我对这些事件的知觉的因果顺序,由于固定了我知觉到它们所具有的时间顺序,因此也就固定了这些知觉本身的时间顺序……这个显著的事实……我们应该予以注意,即对时间顺序的知觉需要有时间顺序的知觉。没有任何其他性质或关系必须像这样体现在对它的知觉中[强调为笔者所加]:例如,形状和色彩的知觉本身不需要它们有相应的形状或色彩。

这种说法是错误的,但其中也有正确的东西。因为大脑表征的基本功能是要控制实时行为,所以表征活动的定时(timing)在某种程度上对它们的任务来说是必不可少的,这体现在两个方面。

第一,在一个知觉过程开始时,定时可以是决定内容的东西。想想我们如何区分,一个在电影屏幕上从右向左移动的点与一个从左向右移动的点。这两者仅有的不同也许是两个(或更多)画面投影的时间顺序。如果先投影A再投影B,点就被看成在朝某个方向移动;如果先投影B再投影A,点就被看成在朝与刚才相反的方向移动。大脑能够借以做出这种方向区分的唯一刺激差别,就是它们发生的先后顺序。这种区分作为逻辑问题,要基于大脑的能力,它能以一定的灵敏度做出一个时间顺序区分。由于动画画面的放映通常为每秒24帧,所以我们知道,视觉系统可以解析大概在50毫秒内所发生的刺激之间的顺序。这就意味着,信号的现实时间性质,即它们的开始时间、它们在系统中的速度以及它们的到达时间,这些都必须得到精确的控制,直到这样一种区分可以做出为止。否则,作为辨别依据的信息就会丢失或被掩盖。

在一个更大的尺度上,这种现象也会在帆船比赛开始时出现。你看到一条船越过开始线,然后你才听到发令枪响,这条船是不是提前越线了呢?这在逻辑上是不可能分辨的,除非你能够计算出声音与光线到达你做出这个区分之处的不同传播时间。一旦做出一个判断(要么一切正常,要么7号船提前越线),这个内容就可以从容不迫地传送到参赛者那里,而不必考虑它必须走多快或走多远才能完成它的任务。

一些表征活动的定时,可以做出比如从左到右(或提前越线)这样的区分之前,是很重要的,但一旦大脑皮质的某个回路(或裁判船上的某个观察者)在局部做出判断,这个判断的内容就能以一种在时间上不太匆忙的方式,发送到大脑里任何会用到这个信息的地方。只有以这种方式,我们才能解释下面这个原本令人困惑的事实:人们在判断某些时间顺序时的表现也许无法比纯粹靠猜测好到哪里去,同时他们却能毫无差错地执行其他判断(如判断运动方向),这些判断在逻辑上要求更高的时间敏锐度。他们可以利用专门的(以及特别安放的)鉴别器来做出高质量的判断。

第二个定时上的约束上面已经附带提到:表征活动以什么顺序发生并不重要,只要它们可以及时发生,就有助于控制相应的行为。一个表征活动的功能也许取决于它能否赶上截止时间,这是做出这个表征的载体的一种时间性质。这在存在时间压力的环境中体现得尤其明显,比如人们想象的战略防御计划。问题不在于如何让电脑系统精确地表征导弹发射,而在于如何在短暂的时间内精确表征一次导弹发射,与此同时你还能对此做出一点儿反应。导弹于美国东部时间早上6:04:23.678发射,这个信息总是可以精确地表征发射时间,但它的用处在美国东部时间早上6:05可以说已经完全失效。因此,对任何一个控制任务来说,都有一个时间控制窗口,表征活动的时间参数原则上可以在这个窗口之内无限制地来回变动。

对这种窗口加以限制的截止时间并不固定,它取决于任务的性质。如果你不是要拦截导弹,而只是写作你的回忆录,或在水门事件听证会上回答问题(Neisser, 1981),那么你需要复原你生命中的事件序列的一些信息来控制你的行动,这些信息可以用任何顺序复原,而你就可以由着自己的时间做出推断。或者,举一个与我们现在讨论的现象更为接近的中间情况为例。假设你坐着小船漂流,你正犹豫:到底是冲向你看到的远处那个危险的暗礁,还是回避它?假设现在你知道你与礁石之间的当前距离(比方通过测量它在你视野中所对的角度),为了回答上述问题,你可以稍等片刻,再次测量这个角度,或者,如果你在半小时前用宝丽来相机给礁石照了一张快照,你就可以在这张照片上测量角度,再做一些计算,以回溯的方式计算出你那时离它有多远。为了判断你现在漂流的方向,你必须计算两个距离,比如中午12:00和12:30时你与礁石之间的距离,先计算哪个距离并没有什么区别。但是,你最好计算得足够快,以便你能及时抽桨、避免触礁。

因此,大脑表征时间的活动,从两个方面来看,都以时间为锚:表征活动的定时可以提供证据或者决定内容,同时,如果这种表征活动未能及时发生以产生它应该产生的影响,表征事情发生的时间就完全没有意义了。我预计梅勒能理解这两个因素,并在提出我上文引用的那种主张时好好考虑了这些因素,但是他犯了一个很自然的错误,他以为,它们一旦结合就能完全约束时间的表征活动,所以表征活动的顺序总是表征了内容的顺序。按照他的论述,没有时间“涂抹”(smearing)发挥作用的空间,而我则总在主张,一定存在时间涂抹——在小的尺度上肯定存在——因为(在小尺度上)观察者视点的空间涂抹必定是存在的。

原因必然先于结果。这个基本原则确保了时间控制窗口要以两个端点为界:一是信息可以到达系统的最早时间,二是信息可以从因果上影响某个特定行为控制的最晚时间。我们仍然没有看到,大脑如何可以利用控制窗口所允许的时间,搜出它所接收的信息,并把它转化为一个连贯的“叙事”,以此控制身体的反应。

那么,能通过大脑里的过程推断出有着时间要求的性质吗?系统有“日期邮票”或“邮戳”,这在理论上倒也不是不可能,但我们有一个更方便的方法,我们也许可以把它称为内容敏感的调整(content-sensitive settling)。这个方法虽然防错能力较弱,但在生物学上却更合理。人们编制声道、使其跟影片“同步”的电影工作室是一个有用的类比。录音带的各个部分也许本身已经失去它们全部的时间标记,所以没有什么简单的、机械的方法,可以把它们放到与图像适配的位置上。但是,我们可以对着影片把它们来回拖放,寻找会合之处,这样通常很快就可以找到“最合适的”位置。在每个镜头开始前拍击记录板(“第三场,第七个镜头,摄影机准备,打板!”),这种做法可以提供一个双重的显著特征,一个是听觉上的拍击,一个是视觉上的拍击,它们同步放送,让磁带的余下部分与画面处在同时的位置。但是,典型的情况是,许多地方都有这种显著的相互对应,以致在每个镜头开始时这种约定的显著特征,只是一种方便使用的冗余信息,即使这种信息不存在,人们也能做成事情。正确配准取决于胶片与磁带的内容,不取决于复杂的内容分析。一个不懂日语的编辑会发现,要将日语的声道与日语胶片画面同步,虽然十分困难和烦人,但也不是不可能。而且,使各个部分相互配准的过程,其各阶段的时间顺序都独立于产品的内容;编剧可以先组织第三场,然后再组织第二场,而原则上,甚至可以把整个工作都“倒过来”做。

一些相当“愚笨”的过程也能在大脑里做与此相似的跳动和调整。例如,计算随机点体视图的景深(见图5.7)是一个空间问题,我们很容易就能想出它在时间上的类似情况。因此,在原则上,大脑可以通过这样一种过程来解决它的时间推断的难题,它取得的数据不是来自左眼和右眼,而是来自在一个要求时间判断的过程中所涉及的任何信息源。

由此我们可以得到两个要点。第一,通过比较不同数据列的(低层次)内容,就能做出这种时间推断(也能做出这种时间区分),同时,这个实时过程发生的时间顺序也不必与它的产物最终表征的顺序相同。第二,一旦做出这样的时间推断(它也许可以先行做出,之后其他过程才提取高层次的特征),就不必再次做出这样的推断了!不必有一个在后的表征,把高层次的特征“呈现”在一个实时序列中,以方便第二个序列判断者。换句话说,在从这些并列的时间信息中做出推断后,大脑就可以用任何适合它的需要和资源的格式,继续表征结果——这个模式并不必然是“用时间来表征时间”的格式。

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