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人对事物进行分类感知的底层原理(1)

2019年1月21日  来源:认知维度 作者: 提供人:liliros@57......

神经系统进行调节的前提是向中枢系统输入环境信息,人体有许多信息采集系统,其中较为典型的如触觉味觉等接触性感觉系统,它们的特点在于能够直接感受刺激信号的影响趋性以及影响程度。而有一类采集系统,它们并没有直接感受刺激信号趋性的能力,但是它们对刺激信号的处理方式存在着极大的冗余性,刺激信号的不同组合方式会被该系统理解为不同的对象,其典型代表就是视觉、听觉等非接触式系统。其中,视觉系统有100万条传入轴突[1],它所能采集的信息量远大于接触式感觉系统。相对于本觉来说,视觉、听觉等形成的通常不是对刺激信号的趋性分化,而是对集群刺激信号的组合编码,即基于对微观信号的分级处理而实现对宏观对象或特征的分类感知,故这类系统也称为感知系统。触觉具有编码信号并实现对物质表面纹理的区分,视觉系统则无法忍受刺眼的强光,这也说明各种采集系统可以兼具感觉和感知两方面能力。为了描述的严谨性,本文将感觉系统限定在对刺激信号的影响趋性感受上面,而将感知系统限定在对组合集群信号的分类识别上面,感觉系统、感知系统以及那些通过感受器转换而向大脑输入信号的传入系统都统称为信息采集系统。需要特别说明的是,本处感觉系统和感知系统的分类方法,与生物学或心理学上的分类有所差异,生物学或心理学上一般将视、听、触、味、嗅等所有的信号采集系统均视为感觉系统,本书则根据这些采集系统的信息处理机理的不同,而将它们一分为二。信息处理机制的不同,对于认知系统理解事物来说会带来巨大的差异性,因此极有必要对它们进行分开处理。

视觉系统具有强大的感知能力,视觉系统并不是在复制图像,而是将它编码成各种各样的神经元活动[2]。德国神经科学家马尔斯伯格认为,脑是利用同步化把神经元活动集群区分开来,从而实现对同一目标或事物的表征[3]。对此,史忠植指出:“时间同步性理论得到了一些认知心理学研究的支持,基于时间信号同步性的捆绑机制具有对机能结构要求低、适用面广和灵活性强的优点,目前尚没有更好的理论来代替它解释各种涉及捆绑问题的认知功能的神经机制[4]。”然而,虽然时间同步理论具有诸多优点,但是却并没有成为研究的重心和主流,这里面依然存在着一些问题。一些实验者发现,知觉到颜色变化要比知觉到运动变化快75毫秒[5],而在我们的印象中,运动中的物体通常与物体性状联系在一起的,由此使人很容易对时间同步捆绑理论产生质疑。每个神经元都有自己的发放特性,不同的神经元之间,其性状表现是存在较大差异的,这就导致了绝对的时间同步性是一件较为困难的事情,但是有一样同步性是容易做到的,那就是基于循环拮抗的结构性同步,离心调速器就是代表。离心调速器的各个组件都镶嵌在同一个循环进程当中,每个组件的运动既存在节奏上的一致性,相互间又具备高度的关联性,这种关联性建构于组件与组件之间的运动同步性之上。如果考虑组件之间的摩擦或缝隙的话,离心调速器的各组件的运动同步也并不是绝对的,相互之间可能依然有几十毫秒乃至数秒的误差,但是从整体上来看,这种同步性依然是存在的。因此,无论是结构性同步,还是基于时间的同步,实质上都属于一种同步性,只是描述的角度不同。每一类神经元的激发都各具特色,并且具有一定的冗余性,这使得神经系统有足够的灵活性来处理信号发放的频率、节奏问题,也为神经系统分拣各种形式的信号同步关联性奠定了基础。

人对事物进行分类感知的底层原理(1)

维纳指出:“和一定神经元具有突触连结的各传入神经元上的各个冲动,只有按照某种确定的组合才能引起那个神经元激发,而其它结合则不能引起它激发[6]。”这种特定组合才能激活靶细胞的神经传导机制,实质上就是同步相关的典型表现,校验一组信号是否具有关联性,通过底层神经元的连通性就可以实现。在建构价值认知模型的过程中,同步理论占据着极其重要的位置,生活中的大量案例也证实了同步理论的适用性。关于这一点,可以换一个角度来进行解释。任何事物都是发展变化着的,事物的变化可以理解为无数个子状态的集合,这些状态集合可以用若干个变量而形成的函数来形容,其中每个变量的运动轨迹都具有不确定性,以此来涵括事物的多样性。当其中有两个变量总是节奏一致的同步呈现时,那么对于目标函数来说,这两个变量之间的相对变化是静态的,因此这两个变量可以组建一个新的线性方程。换句话说,同步意味着两个变量之一成为常量,两个变量组合相当于单一变量。就以太阳系来说,土星和土星环总是在一起出现,虽然在任意时刻土星环均可以与木星同框,但是从节奏变化、相对位置来看,土星和土星环之间总是呈现出一致性,因此可以把它们视为一个整体,通过其中一部分就可以预判另一部分。神经系统基于信号的同步而实现对事物的分类识别,实际上具有类似的道理,持续同步的刺激信号会被神经系统组合归为一类,而不同步的信号会被归为另一类。

相关性代表的是感知系统的识别结果。一个由12个数字、60个刻度和指针背板同步组合而成的事物会被识别为表盘,代表着这些数字、刻度、指针之间的组合相关性;一个由若干水墨线条同步组合而成的事物会被识别为汉字,代表着这些线条与线条之间的组合相关性……这种因同步触发而被归类的组合信息,体现的是信息要素之间的一种关联关系。一件事物的内部要素相关与否,与要素的形式没有关系,只与要素同步性有关。感知系统对刺激信号或刺激源之间的相关关系判定,不仅包括时序同步性,还包括空间同步性(要素的方向位置等)。神经系统校验并定性刺激信息之间的同步关联性的认知建构过程称之为丛觉。丛,既代表一种相关,又代表相关性的聚合一体。机体从采集集群刺激信号到引发要素认知的行为过程称之为感知过程

【未完待续……】


[1] 詹姆斯?卡拉特.生物心理学[M].苏彦捷,等,译.10版.北京:人民邮电出版社,2011:164.

[2] 詹姆斯?卡拉特.生物心理学[M].苏彦捷,等,译.10版.北京:人民邮电出版社,2011:161.

[3] Von der Malsburg C. 1995, “binding in models of perception and brain function.” Current Opinion in Neurobiology 5:520-526

[4] 史忠植.认知科学[M].北京:中国科学技术大学出版社,2008:77.

[5] 克里斯托夫·科赫.意识探秘[M].顾凡及,侯晓迪,译.上海:上海世纪出版集团,2012:354.

[6] 维纳.控制论[M].郝季仁,译.二版.北京:科学出版社,2009:94.

意识 / 分类感知

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