主题：【神经科学科普】惊人的假说--灵魂的科学探索(目次,前言) -- 衲子
家园 第七章 人脑的概述 第七章 人脑的概述
“他们越看越惊讶，他知道得那么多，那小小的脑瓜怎能容得下。”
――奥利佛?戈德史密斯的田园诗《荒芜的村庄》
（Oliver Goldsmith,The Deserted Village)
从老鼠到人类，所有的哺乳动物的神经系统犹如按照同样的设计图构建的一样，尽管它们在尺寸上有极大的差别，比如，老鼠和大象，它们脑的大小不同，各个部分的比例也不尽相同。爬行动物、鸟类、两栖类和鱼类的脑与哺乳动物的脑存在着极为明显的差别，但它们毕竟还有亲缘关系的。在此我将不多讨论。我也不打算描述在胎儿期及幼年期脑的发育过程。当然，这些都是有助于我们了解成熟脑的重要课题。一般说来，基因（以及正在发育中由基因控制的后天过程）似乎规定着神经系统主要的结构，但是还需要靠经验不断调整、精炼该结构的许多部件，这是要贯穿整个生命过程的。
身体的其他部分怎样附属于脑，又如何与之通讯的，这是一个极为明显的事实，却很少有人问津。神经系统就是接收来自身体上各种不同的传感器的信息。所谓传感器就是把化学或物理的影响，如光、声或压力，转换为电信号。
有些传感器对大量来自体外的信息有响应，像眼睛作为光感受器就是对光产生响应。它们对外界的环境起着监视作用。还有一些传感器对体内的活动有响应，比如：对你患有胃痛或是血液的酸性改变都很敏感。因此，它们也对体内变化起着监视作用，神经系统的运动输出就对身体的肌肉产生控制，脑还影响机体各种化学物质的释放，比如：某些激素。直接同所有的输入和输出有关的外周细胞仅仅占神经细胞总数的很少部分，因此，大量的神经细胞只参与系统内部的信息处理。
中枢神经系统有各种不同的分区方法，一种简单的方法是把它分为三部分：脊髓、脑干（在脊髓的顶端）以及在其上面的前脑。脊髓接受来自身体的感觉信息，并且把指令传输到肌肉。由于我们关心的是视觉，所以就不进一步讨论脊髓及脑干以下部分。我们主要的兴趣是前脑，特别是新皮层，它是大脑皮层最大的那一部分。
大脑皮层（通常简称为皮层）分为两片分离的细胞层，分别位于脑的两侧，对人脑来说，这两片神经细胞层总的面积比手帕稍大一点，因此需要充分地折叠后才能容纳在头骨内，神经细胞层的厚度略有变化，一般有2-5毫米厚，它就构成了皮层的灰质。灰质主要由神经元、细胞体和分枝构成，也包括许多称为“神经胶质细胞”的辅助性细胞。皮层中每平方毫米约有1 0个神经元。①因此，人脑的新皮层中约有几百亿个神经元，它可以与银河系中星星的数目相比较。
神经元之间有些连接是局域的，一般延伸不到一个毫米，最多也只有几个毫米；但有些连接可以离开皮层的某个区域，延伸一段距离，到达皮层的另一些区域或者皮层外的地方。这些长距离的连接表面覆盖着脂肪鞘，它是由一种称为髓鞘质的物质构成。脂肪鞘能够加快信号的传递速度，同时它还呈现出白色烁光的表面，因此被称为白质。脑中大约有40%是白质，也就是这些长程的连接，这生动而又简明他说明了脑中的相互连接与通讯是如此之多。
新皮层是皮层中最复杂的部分。旧皮层（paleocorex）为一个薄片，主要与嗅觉功能有关。海马（有时也称为古皮层）是一个令人感兴趣的高层次结构（这意味着它与感觉系统的输入相距较远）。在信息被传送到新皮层之前，对于一些新的、长程的、系列事件中一个事件的记忆编码要在海马中储存约几个星期。
在脑前部还有几个亚皮层结构与皮层有联系，见图23所示。这里面最重要的一部分叫丘脑，②有时也称之为皮层的入口。因为通向皮层的主要输入必须通过此处，③见图24所示。丘脑通常被分为二十四个区域，每个区域与新皮层的一些特定子区域相联系。丘脑的每个区域与皮层区域有大量连接，并且接受由那里传来的信息。这种反馈连接的真正目的还没有弄清楚。来自新皮层的许多其他连接并不都经过丘脑，这些连接还可以直接通往脑的其他部分。丘脑跨在皮层的重要入口，但不是在主要出口上。
丘脑不远处有一个发育完善的结构，通常统称为纹状体，见图25所示。尽管它们确切的功能尚不清楚，但这些区域在运动控制中起着重要作用。丘脑的一些特殊区域（统称为层内核）主要投射到纹状体，并且更广泛地投射到新皮层。
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在过去的一百多年来，有关不同精神功能在新皮质上的定位一直存在着争论。一种极端的观点是整体论，认为皮层所有区域的功能大致是一样的，而另一种相反的观点则认为皮层每一小块区域执行着相当不同的任务。
19世纪的早期，维也纳的解剖学家弗朗兹?约瑟夫?加尔（Franz Joseph Gall）相信脑功能的定位，他用各种富于奇异的属性来标记头骨的各部分（例如：崇尚、仁爱、尊敬等），而这些属性在皮层均被认为是定位的，见图26所示，带有这些标记的像陶器的人脑模型现在依然存在。加尔认为通过研究头骨的隆起，就能推导出一个人的许多特性。当我还是一个小孩时，当地的一个算命先生为骗取我母亲的钱而要相我头骨的隆起。他宣称我的头骨隆起非常有意思，但还需要付额外的钱，他便可以更详细地研究它们。但我从未发现他推演出的有关特性。
虽然加尔是第一个重要的脑功能定位的鼓吹者，但其具体的思想是完全错误的，结果使皮层定位在医学界留下了一个很坏的名声。现在，通过对猕猴皮层详细的研究，同时也来自人脑资料的支持，我们认为皮层存在着某种程度上的功能定位，但具有明显不同性质的皮层区域共同参与大多数精神活动，因此，不能把定位的思想极端化。
用一个小的有机分子的特性，比如糖或维生素C,作个可能有用的类比。每个原子的定位都与其他原子有关，每个不同的原子都有其本身的特性――例如，氧原子就极不同于氢原子。尽管有些原子通常比另一些原子更重要，而分子的整体特性又依赖于构成该分子的那些原子之间的相互作用，有时链接原子的那些电子是完全地被定位的。有些情况下，例如像苯之类的芳香族化合物，一些电子分布在许许多多原子上。
因此我们可以绘制一幅新皮层的略图，并根据它们主要的功能标记在不同的区域上，见图27所示。视觉区域定位在头的后部，见图23所示，听觉区域定位在头的两侧，而触觉区域位于头的顶部。就在体感区域的前面是控制随意运动输出的区域，也就是说这些区域的意欲性指令控制着肌肉的运动。前脑区的确切功能还没有定论，或许它们是负责作计划的，特别是作长时间的计划以及完成一些高层次的认知任务。前脑区中的一个小区域可能参与眼睛的自主运动。
广为人知但也非常奇怪的是皮层的左边却大部分与身体的右侧直接相关。①一束称为“胼骶体”的神经纤维，将皮层的两个区域连接在一起。在人脑中，胼胝体约有五亿条神经纤维，它们是双向传输的。
人类具有独一无二的语言功能。对所有惯用右手与大多数惯用左手的人，语言区主要位于脑的左侧。至少有两个主要区域与语言有关。一个区域位于脑后侧，称为“威尼科（Wernicke）区”，另一个在刚刚被发现时，称为“布洛克（Broca)区”，它近于脑前方侧边，离主要运动区不远。至今，它们当中没有一个区域已得到详尽的了解，主要原因是没有动物具有如此高度发达的语言，而动物正是我们了解大脑的主要实验材料。在这两个区域附近还存在着一些其他区域，尤其是皮层的额叶区，它也参与了语言的处理（见第九章 ）。我确信一定能够证实，包括布洛克与威尼科区在内每个这样的大区域都是由许多独特的小的皮层区域构成的，并以复杂的方式连接在一起。
当头的左侧受到猛击，则会导致身体右侧部分瘫痪，同时还会干扰言语的表达能力，然而未受损伤的右脑也许仍能发誓，甚至能演唱，此外，这样的一个人也许仍然能够分辨男性与女性的声音。如果右脑受损伤，这后一个功能也许会丧失。尽管演唱音乐的能力已丧失，但讲话的能力依然完好无损。
这些例子说明了两点：在脑中确实存在着某种程度上的功能分区，但究竟哪些被定位了并不如人们所猜测的那样。
在皮层外部有一个称为下丘脑的区域，见图23所示，对身体的许多运作是至关重要的，它具有许多小的亚区，而这些小的亚区的主要功能是对饥饿、口渴、温度、性行为及类似的身体运作起调节作用。下丘脑与垂体有密切的连接。垂体是一个将各种激素分泌到血液中的微小器官。
小脑是一个较大、也很引人注意，但并不算重要的脑区，它位于头的后部。在某些鱼类中，比如：电鱼、鲨鱼等，小脑高度发育。它可能参与了运动的控制，特别是一些技巧的运动。然而，天生没有小脑的人也可能正常地活着。另一个位于脑干的重要区域是网状结构。它们具有许多紧密相互作用的区域，它们的功能仅仅部分得到了解。这个区域的神经元控制着苏醒与睡眠的各个阶段。一团团这样的神经细胞可发送信号到前脑的各个部分，也包括新皮层，例如，一小团被称为蓝斑的神经元发送信号到包括皮层在内的各个地方。这些神经纤维可以从皮层的前区延伸到后区。在这个通路上，与其他神经细胞形成千千万万的连接。蓝斑确切的功能还不清楚。在睡眠的快速眼动期（REM），即我们大多数的梦发生在这期间，蓝斑的神经细胞基本上变得不活动。这种不活动有可能把一个记忆放人一个长期存储器中，也可能有助于解释为什么我们不能回忆起做过的大多数梦。
在脑干的顶端有一对结构对视觉系统是重要的。在蛙这样低等的脊椎动物中，这对结构叫作视顶盖，而在哺乳动物中称为上丘，它们或许构成了青蛙视觉系统的主要部分。但在哺乳动物中（特别是灵长类），这个角色就由新皮质担任了。在哺乳动物中，上丘主要与眼睛的运动有关，特别是眼睛的自发运动。
与我们身体其他器官相比，人脑不是个单一的结构。像心脏、肝、肾、胰具有极不相同的功能一样，大脑的各个区域也具有特定的功能。然而，身体中不同的器官有非常密切的相互作用，肝是造血器官，而心脏是泵送血液的。同样在大脑中也存在着许多的相互作用，参与运动控制的不仅有脊髓，而且还有在它上面的许多区域，例如运动皮层、纹状皮层与小脑。参与视觉的有上丘、丘脑的视觉部分与视皮层，它们必须各司其职。
从广义上说，我们对身体的绝大多数器官的主要功能以及每个器官究竟是怎样实现其功能的已有相当的了解。举一两个例子可以说明这些知识还是相当新的。当我在40年代末，开始研究生物学时，胸腺的功能还不清楚，甚至没有人会猜测出它在我们的免疫系统中起着关键作用。我最初了解它是由于小牛的胸腺是DNA一个方便的来源。遗憾的是我们对大脑的不同部分了解仍处在相当初级的阶段。丘脑、纹状皮层、小脑的确切功能是什么呢？我们只能对它们的行为作一般的概述。而详细的了解有侍于进一步的研究。我们对海马的功能也只有一个粗略的了解，但对其确切的功能没有统一的认识。这一切都有待于进一步的发现。
从最高层次的角度描述了什么是大脑后，让我们进入低层次的结构，看一看视觉系统中的主要构成及单个神经细胞。
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①灵长类动物的第一视区是例外，它有大于两倍这个数目的神经元。
②丘脑这个词来自于希腊语，它的意思是内房，即洞房的意思。视觉丘脑的一大部分被称为枕叶，这个词的原意是枕头。
③对脑干和其他一些稍有些扩散的系统不是这样的。
(1)嗅觉是个例外，鼻子的右侧连接到大脑的右侧。
家园 第六章 知觉瞬间：视觉理论 第六章 知觉瞬间：视觉理论
“心理学是一门很不能令人满意的学科。”
――沃尔夫冈?科勒尔（Wolfgong Kohler)
图标记忆和工作记忆的衰减时间可能是相当短暂的。我们对引起意识的各种处理过程所需的时间了解多少呢？回忆一下第二章 的内容就知道，某些认知学家喜欢把大脑的活动看成是执行计算的过程，他们认为，引起意识的不是计算本身而是计算的结果。
有些人声称，某些脑的活动并不能达到意识水平，除非它们持续的时间超过某个最短的时间。如果这种活动较弱，这一时间可能要长达半秒。单是为了指导我们探索意识的神经相关物，就需要我们了解与单个“知觉瞬间”（moment of perception）对应的脑活动的持续时间类型。单个处理周期涉及怎样的时间类型呢？
让我们考虑如下的情况。首先，给被试者呈现一个20毫秒长的瞬时红光刺激。之后，在原来的地方马上呈现一个20毫秒的绿光刺激。被试者报告看到了什么呢？他看到的不是一个红色闪光紧接着一个绿色的闪光，而是一个黄色闪光。就如同这两种颜色同时闪烁时所看到的情形一样。然而，如果绿色闪光不是紧跟红光之后，被试者就会报告看到红色闪光。这说明，直到来自绿光的信息被加工完之前，被试者不可能意识到黄颜色的存在。
因此，你不能感受到一个刺激的真正开始时刻，你也无法估计出一个短暂刺激的真正持续时间。早在1887年，法国科学家查蓬特尔（A.Charpentier）就发现，长达66毫秒的闪光刺激，看起来并不比7毫秒的闪光刺激持续更长的时间。
1967年美国心理学家罗伯特?埃弗龙（Robert Efron）就此问题写了一篇颇具洞察力的好文章。他通过用不同方法进行估算得出结论，处理周期的持续时间大约为60到70毫秒。这个数字是对较容易观察的突出刺激而言。对于不清楚或较为复杂的刺激，其处理周期将会更长，这是不足为奇的。。
那么，对于更为复杂的加工又需要多少时间呢？在这种情况下，通常是先呈现一个视觉刺激，然后紧接着一个快速的掩蔽（mask），即在视野中的同一位置呈现一个视觉模式，用以干扰观看原刺激所必需的某些处理过程，详细解释这一结果是困难的。如果系统是简单的、顺序进行的，信号从一个阶段稳定地进展到另一个阶段中间没有停顿，而且步入意识不花费时间，那么来自掩蔽的信号根本不可能赶上来自刺激的信号。既然掩蔽能够干扰刺激的知觉，这就意味着至少某些处理步骤是要花费时间的。这无论如何都是可能的。尽管在解释上还存在困难，但掩蔽效应仍可以向我们提供某些该过程的有用信息。
美国心理学家罗伯特?雷诺兹（Robert Reynods）通过若干个实验来研究这个问题。他希望说明，知觉的不同方面可以在不同时刻看到。换句话说，他试图研究从刺激呈现到形成相对稳定的知觉的时间历程。
作为一个例子，让我们看一看第四章 描述过的虚幻轮廓的知觉所形成的时间。为了避免被试者猜测或撒谎，雷诺兹向被试者呈现图22中两个图样中的一个。每个图案都是由如图所示的三个缺口圆盘组成，其中第一个幻觉边框是直线，而第二个为曲线。刺激呈现时间为50毫秒，经过某个延迟①时间之后，紧接着呈现的是如图22c所示的一个掩蔽。刺激模式大而明亮，即使呈现时间很短被试者也能够清楚地看见三个缺口圆盘，由于存在图标记忆，在没有掩蔽的情况下，我们有理由认为，来自显示图形的信号对大脑的作用时间将会超过图形闪烁的时间50毫秒（大概有几百毫秒）。
雷诺兹发现，如果掩蔽紧随刺激出现，则绝大多数被试者就看不到幻觉三角形。少数报告看到幻觉三角形的人也常常发生错误，将直线三角和曲线三角搞混。然而，如果延迟时间为50到75毫秒，即SOA为100到125毫秒，则所有的观察者都报告说看到了三角形，尽管他们还不能完全准确他说出三角形的边是直线的还是曲线的。
这清楚地表明，总的加工时间完全取决于他看到的是什么。在幻觉三角形出现之前的一段时间内，三个缺口圆盘（pacmen)可以看得很清楚。
需要注意的是，这些实验并不能精确他说明，在何时大脑产生知觉的“神经相关物”。它只能说明，对于知觉的某些方面其处理时间很可能比其他方面要长。
雷诺兹又进行了另一个更为复杂的类似实验。同样的幻觉三角形被画成是好像放置在透明的砖墙后面。对这样一种视觉图样的解释是不确定的。被试者先看见三个缺口圆盘，之后看见一个亮三角形，接着这个三角形又被拒绝，然后三角形知觉又重新出现①。这后三个阶段，每个的时间约为150毫秒。
显然，“计算”的时间（timing）依赖于它们的复杂度。尽管详细的解释仍然有赖于确切了解不同脑区之间信号的传递方式及它们之间的相互作用（这不大可能是简单的），但目前起码我们对视觉处理所需的各种时间类型已有了一个粗略的想法。直到我们对参与看（seeing）的不同大脑过程以及它们的相互作用②方式有了更清楚的了解之前，我们不大可能得到更为精确的时间。
我已经简要地阐述了视觉加工的诸多方面，但还没有系统他说明我们应如何认识所有这些加工，这是一个困难的问题。如果这是一本专门讨论视知觉的书，我将不得不用一定篇幅来描述一些有关视觉的最新思想，即大脑如何通过执行复杂的活动而使我们看见外部世界。除了第二章 中提到的那些认知科学家以外，大多数理论家对意识没有表现出多大兴趣，由于这个原因，再加上还没有一个被普遍接受的视觉理论，因此，很多不同的探讨我都没有给出详细的描述。然而，下面简短的综述将会给读者一个大体的印象。①
人们对视觉感兴趣有多种不同的原因。某些人希望制造一种视觉机器，它能像我们一样或比我们更好地看东西，以便把它应用于家庭、工业或者军事目的，除了把大脑看作是思想的源泉外，他们不太关心大脑如何完成这一工作。一个视觉机器并不需要严格模拟人脑，就像飞机并不需要扇动翅膀一样。
另外一些人的主要兴趣则是人类如何看物体。某些功能主义者持有一种极端的观点。他们认为，了解脑的细节永远得不到任何有用的东西（2）。这一观点是如此古怪，以至大多数科学家都惊讶它为什么能够存在。而另一种极端的观点是来自某些神经科学家，他们主要关心动物脑神经细胞对视觉图像的响应，却极少关心这一活动如何产生视觉。幸运的是，现在有少数研究视觉的学生，他们的观点介于这两个极端之间，他们既对视觉心理学感兴趣也对神经细胞的行为感兴趣。
人们对这些问题的想法也是千差万别的，某些人认为重要的是研究视觉环境――即我们脚下的大地、头顶的蓝天以及其问的万物。他们并不关心大脑，因为他们认为，所有需要去做的就是对环境的各方面产生“共鸣”，不管它意味着什么。他们将自己称为吉布森主义者。因其己故宗师吉布森（J．J．Gibson）而得名。另外的一些人则试图分析基本的、但是相当有限的视觉操作，如由阴影恢复形状、理发店标志错觉等，并且编制能解决这些问题的计算机程序。在人工智能领域，这种传统仍然很强。还有一些人则将大脑中的过程比作日常生活中的物体或事件。他们经常谈论“探照灯”或“为某一物体打开一个文件”之类的东西，在过去的二三十
年间，所使用的解释常常建立在计算机如何工作这一基础之上。他使使用一系列明确的规则以获得所需的结论，并且涉及某些计算机概念，包括中央处理、随机存储等，较新近的进展便是神经网络（由相互作用的神经元集合组成），它们的相互作用大致上是并行的，而且没有明确的规则。（在第十三章 中将作较全面的讨论。）
正如我们在第四章 看到的那样，格式塔心理学家希望揭示视觉活动的基本原理。他们争辩说，正如理解空气动力学定律对于理解鸟和飞机的飞行非常重要一样，理解视觉也必须寻找它所涉及的普遍原理。这一研究方法的现代形式常使用信息学术语表达他们的理论。毫不奇怪，数学家们则倾向于发现某种普遍的数学原理。对普通读者来讲，要描述所有这些思想也许需要一大本书的篇幅。
所有这些观点都有一定的价值，但它们尚未被融合在一起，形成一个详细的、被广泛接受的视觉理论，只要回避视觉意识问题。任何现有的视觉理论都是不充分的，无论如何，视觉是一个复杂和困难的过程，直到下一个世纪以前，我们都不大可能提出一个综合的视觉理论。如果现在我们就想研究视觉意识问题，我们就不得不竭尽全力。为此，我们需要某种尝试性的观点，否则我们就只能错失良机。
我认为，已故戴维?马尔（Devid MaIT）提出的研究方法是非常有用的，马尔是一个英国年轻人，为了给脑研究做准备，他在剑桥大学获得了一个数学学位。其博士论文提出了一个详细而新颖的小脑理论。后来，悉尼?布伦纳（sydney Brenner）和我在英国剑桥我们的实验室内为他提供了一间办公室，在那里，他提出了有关视皮层与海马的一般性操作理论，他的兴趣部分转向视觉人工智能，并到麻省理工学院（MIT）与意大利理论家托马索.波吉奥（Tomaso Poggio）合作，1979年4月，他们两人一块到索尔克研究所（Salk lnstitute）对我进行了为期一个月的访问。马尔曾经写了一本名为《视觉》的著作（他死后才出版）。在书中，他以简捷的方式解释了许多有关视觉的创新思想（他的科学论文不易读懂）。虽然并非所有这些思想都能经得起时间的考验，但在当时，这本书对这些问题的阐述仍然是巧妙精辟的。最后一章 中有一段马尔与一个勉强的信奉者（我本人）之间的假想对话，它大体上模仿了他和波吉奥在索尔克的时候，我们三人之间的多次谈话。
马尔设想出一个普遍的框架，用以描述视觉过程的粗略轮廓。他认为视觉的主要任务是获得形状的表象；明度、颜色、纹理等都不如形状重要，他自然而然地采纳了这样的观点，即大脑在其内部构建外部世界的符号表象，使隐含在视网膜图像中的很多方面显现出来。马尔认为（当然，这基本上是正确的），所有这些不可能一步完成，相反，他假设存在一个表象序列。他把它们称为“原始要素图”、“2.5维图”和“三维模型”表象。
原始要素图（primal sketch）使二维图像中的光强变化、几何分布和组织等重要信息显现出来。它处理的特征包括边界线段、斑点、端点、间断点和边界等。2．5维要素图使以观察者为中心的坐标系中的可见表面的朝向（和大概深度）和它们的轮廓显现出来。3D模型表象则描述以物体为中心的各种形状及其空间组织。
这样视觉任务至少可分成三个独立的阶段。这是非常有益的，因为它至少使我们意识到，看东西还需要做那么多事情。但在细节上不可能都是正确的。三个阶段可能只是一级近似，比如，颜色、纹理、运动理应加到“形状”之上。也许比三个阶段还要多，而且这些处理阶段也可能并不像他描述的那样具有严格的区别，它们可能存在双向相互作用，然而，他的框架毕竟说明了当我们看物体时所发生的处理类型，（我将在第十七章 中讨论它和神经科学的关系。）
马尔35岁时因患白血病英年早逝，这是理论神经生物学研究的一个重大损失。我坚信，如果他还在世，他绝不会固步自封，而会随着研究的进展进一步发展其脑理论，他的聪明才智和富于想像的创造力一定会帮助我们冲破今天所面临的一切困难。因为他不仅仅具有非凡的智力，对不同领域内的大量实验证据还有极强的消化吸收能力。
为了理解大脑我们需要怎样的解释风格呢？我本人所持的观点与拉马参准的知觉功利主义理论最为接近，他认为，视知觉既不涉及我们争论时所使用的那种严格的、理智的推论，也不涉及大脑对视觉输入的“共振”那种含糊不清的想法。视知觉也不像人工智能研究者经常暗示的那样，需要求解复杂的方程才能解决。与此相反，他认为知觉“使用的是粗略的拇指规则、捷径以及某些手法熟练的小窍门。这些都是经过亿万年的自然选择，由实验和错误获得的。这是生物中熟悉的策略，但由于某种原因没有引起心理学家的注意，他们似乎忘记了大脑本身就是一个生物器官。……”我也同意拉马参准的如下表述：“直接打开黑箱去研究神经细胞的响应是解决这一问题的最好方法。但是心理学家和计算机科学家却常常对此心存疑虑”。
按照拉马参准的观点，现阶段视觉心理学家的主要任务不是构建复杂的数学理论来解释他们的结果，而是去勾画出所谓的视觉“自然历史”，特别是视觉的旬级阶段。当视觉任务被分解成许多组成部分，特别是当显示出某些相互作用较弱或缺少时，我们就会知道到底哪些东西需要用神经元术语去解释。这些解释未必包括复杂的数学理论，但必定涉及相互作用的神经元的特性以及它们相互联结的细节。因此，由于视觉世界的复杂性，人们期望找到具有多种动态相互作用方式、粗糙但却有效的快速加工过程。
下一步我们就要了解人脑（和猴脑）以及组成它们的众多神经细胞和分子，这将是第二部分的主题。
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①雷诺兹报告他的结果时使用的术语是“刺激前沿非对称”（stimulus onselasynchrony）(SOA）。由于刺激的持续时间为50毫秒，因此，50毫秒的SOA意味着刺激结束后掩蔽立刻开始。我把它称为零延迟。
①请注意，被试者井非在一个实验中报告所有这些阶段。本结果是通过比较不同的掩蔽延迟之后的知觉做出的推论。
②我把里贝特（Libet）的某些研究工作放到第十五章 去考虑。
①当然，对于那些进行视觉意识实验的人，最重要的是要具备视觉心理学和各种视知觉理论的详尽知识。这样，起码可以避免出现不应有的错误。
(2）“关于大脑，你需要知道的一切就是如何模拟它。”哲学家、人工智能专家和语言学家常常采纳这种观点。在逃避严格的科学方法的人中间，这种观点并不陌生。
家园 第五章 注意和记忆 第五章 注意和记忆
“你没有注意，”海特说，”要知道，若非心神专注，你将一无所获。”
――据刘易斯?卡罗尔(Lewis Carroll)改写
每个人都懂得“你没有注意”这句话的一般意义。这可能是你的注意力不集中，也可能是你昏昏欲睡或是由于某些其他的什么原因。心理学把“唤醒”（或警觉）与“注意”（attention）区分开来。唤醒是影响一个人整个行为的一般条件，当你早上醒来的时候，就会注意到这种情况，正如威廉?詹姆斯所说，对心理学家说来，注意就意味着“摆脱某些事物以便更有效地处理其他事物”。
我们主要关心的是视觉注意，而不是在听音乐或从事某种活动时的注意。我们知道，注意被认为起码对某些形式的意识有所帮助。视觉注意的一种形式就是眼动（经常辅助以头部运动），由于在靠近凝视中心的地方我们看得较清楚，所以当我们双眼的视线正对着某个物体时，就会获得更多的信息。否则，如果不是直视物体，我们只能获得粗略的信息（至少有关形状的信息是如此）。
是什么机制控制眼动呢？这种眼动包括由反射性响应所引发的眼动（比如眼睛突然跳到凝视中心之外的某处）到由意志控制的眼动（“我想了解他正在那里干什么”）。所有形式的注意可能都具有反射性和意志性两种成分。
听觉选择性注意的一个例子，是让某个被试者集中注意从耳机进入一只耳朵的声音，而试图忽略进入另一只耳朵的不同声音。很多来自非注意耳的声音没能达到意识水平，但可以在头脑中留下某些痕迹，并对注意耳听到的东西产生影响。它们被记录于大脑的某一加工层次。
因此，注意就是滤除未被注意的事件。被注意事件的响应具有较快的速度、较低的阈值和较高的精度，注意还可以便该事件容易被记忆。过去，心理学家们并不关心我们头脑内部发生的事情，他们大多通过测量反应速度和误差水平等去研究注意。换句话说，他们研究的是注意某事件时所引起的结果（与未注意该事件时相比较），并试图从实验结果的模式中推论出注意的可能机制。
令人吃惊的是，当你的眼睛保持静止不动时，有些事情就无法完成。比如一个随机点模式在屏幕上快速闪烁，它的呈现时间很短，因而不可能产生眼动。在这种条件下，你能够说出随机点的个数吗？如果它们只有三四个，你可以正确地报告出它们的数目；但是，如果有六七个或更多，你就会发生错误。这并不能仅仅归因于刺激的亮度。如果闪烁光点非常亮，它们就会在视网膜上留下后像（这时如果你移动眼睛，固定在视网膜上的光点模式将随你的眼睛一起运动）。在数秒钟以内，你可以一直看到它们，但你仍然无法精确地数出它们的个数――这是一种非常奇怪的感觉。当你开始计数时，你就会忘记哪个圆点你已经数过了。
有没有某种形式的注意不依赖于眼动呢？注意能在两个大幅度的眼动之间转移吗？美国奥尔良大学的临床心理学家迈克尔?波斯纳（Michae1posner）对此进行了大量的实验。他和其他研究者表明，确实存在这样一种视觉注意形式。在一个典型的实验中，被试者通过注视某个特殊点而使眼睛保持不动。一个瞬时出现的信号提示被试者，在某个地点（比如说在注视点的右边）可能会出现一个物体。当看到物体出现时，要求被试者尽快地按动开关，其反应时间就会被记录下来。如果在某次实验中，物体没有出现在所期望的地方（如出现在注视点的左边），则反应速度就会变慢。反应时间的延迟被解释为被试者不得不将视觉注意从期望的一侧转向非期望的一侧。波斯纳认为，注意的这种变化可能涉及以下三个连续的过程：
解除原有注意―>移动注意点―>实施注意
首先，系统需要从视野中正在注意的地方解除注意。然后必须把“注意”点转向新的位置，最后在新地点实施注意。另一个重要的问题就是一个人能否同时注意视野中两个分离的位置或物体？有证据表明，这是办不到的①，尽管也许可以跟踪若干③个运动的点。但有确凿证据表明，注意可以在空间上进行精细聚焦或者在较大范围内扩展。比如：当你读一本书时，你主要注意的是单词而不是一个个分开的字母。而在校对时情况则不然，你必须仔细检查每一个字母和标点，否则小的差错就会被遗漏。对我个人来讲，校对是一件困难的事情。因为通常我的阅读速度很快，除非我集中注意，否则很难发现一些细小的印刷错误。
很清楚，注意改变了我们看物体的方式。理论家如何解释这一现象呢？我可以直截了当他说，目前还没有一个被普遍接受的注意理论。因此，我能做到的，充其量不过是描述某些当前流行的
粗略他讲，大家普遍同意的观点是，注意涉及一个瓶颈问题。其基本思想就是初级加工过程大体上是一个平行的过程，即许多不同的活动同时进行。然后，似乎有一个或多个阶段存在信息处理的瓶颈。一个时间只能处理一个（或少数几个）“对象”。它通过临时滤除来自非注意对象的信息而实现。然后，注意系统迅速转向下一个对象。因此，注意大体上是串行的（即，注意一个之后再注意另一个）而非高度并行的（正如系统同时注意很多事情时的情况）。①稍后，我们将详细讨论并行和串行加工的重要区别。
通常把视觉注意比喻为“探照灯”。在探照灯内部，信息以一种特殊的方式被处理。这样，我们就可以快速、精确地观察被注意物体，并使我们更容易记住它。在“探照灯”以外的信息，或者被处理得较少，或者处理方式有所不同，还可能根本不予处理。大脑的注意系统将假想的“探照灯”从视野的一个地方快速转移到另一个地方，就像我们移动眼睛一样，只不过这时移动的速度慢得多罢了。
探照灯比喻以最简单的方式向我们暗示，视觉系统注意的是视野中某个地方。许多间接证据表明，情况确实如此。另外一种观点认为，我们注意的并不是某个特别的地方而是特别的物体。在某些情况下，如果物体运动（眼睛仍保持不动），注意可以追踪该物体，而不是停留在一个地方不动。在目前看来，在一定程度上两种形式的注意（对视觉物体的注意或对视觉位置的注意）可能同时出现。
心理学家一般都严格区分前注意（preattentive）加工和注意（attentive）加工。在美国工作多年的匈牙利心理学家贝拉?朱尔兹已经给出了某些前注意加工的显著例证。请看图20。左边两种“纹理”之间的边界可立刻看出来。现在让我们看看该图的右半部：初看时没有明显的纹理边界，但仔细观察就会发现，一个区域是由不同朝向的字母L组成，而另一个区域则由字母T组成。但这种差别并不能立刻跳出（pop-out)。要看到它需要集中注意（focal attention）。
还有另一种研究跳出（或缺少跳出）的方法。在屏幕上呈现一个视觉图像并保持一段短暂的时间。在此情况下，刺激图像常由要求被试者检测的“目标”和其他稍微不同的物体（被称为“干扰项”）组成。比如，可能是大量的字母散布在图像上，除了一个字母是红色之外，其他的全部都是绿的。被试者的任务是一看到红色字母便立刻按下按钮。我们发现，被试者可以非常迅速地完成这一任务。更为重要的是，反应时间与只有少数几个绿色字母或者很多绿色字母无关。换句话说，不管那里有多少个干扰项，反应时间都一样。红色字母立刻跳出在眼前。
安妮?特丽斯曼（Anne Treisman）是研究注意有影响的心理学家之一。1977年，她和两个同事合作，完成了一个著名的实验。实验的要点是这样的。她首先证实了红色字母可以在绿色字母的背景上跳出。如果所有字母的颜色都相同，则单个字母T可以在字母S的背景中跳出。这意味着，对于颜色和形状两个方面，跳出都可以发生。然后，他们给被试者一个更为复杂的任务。一半是绿色字母T另一半是红色字母S，此外，还有一个红色字母T。被试者的任务是找出红色字母T这时，被试者既不能单找一个红色字母，也不能单找一个字母T；因为符合这两个条件的字母太多了。被试者必须寻找颜色（红）和形状（T）两者结合在一起的字母。而这种结合不能立刻跳出，要发现红色字母T需要一段时间，而且干扰项数目越多，所需时间越长。如果图案中有25个字母，发现单个红色字母T的时间要比仅有5个字母时长得多。①
这种情况被看作是串行搜索机制的证据，即为了判断一个字母既为红色又是T形，注意系统在一个时刻只能看一个字母。
注意从一处移到另一处需要多少时间呢？这是一件较为复杂的事情。似乎物体越“突出”（对注意系统有更大的影响），花费的时间也越短。这种情形是可能出现的。例如，若红色字母非常鲜艳，视觉系统就可以通过把”探照灯”扩展到较大范围，一次检测几个字母。这意味着只需较少的步数便能搜索完全部字母。因此，每个字母的处理时间就减少了。有人认为，一个时刻处理一个物体所需要的时间为60毫秒左右是有可能的。如果一个时刻处理两个物体，每步所需的时间仍为60毫秒，那么每个字母（一个时刻本来只能观察一个字母）现在的处理时间就只有30毫秒。而如果能够同时处理三个物体，那么每个字母的处理时间就是20毫秒。
但还有更复杂的情况。也许被试者的大脑经过训练而变得较为聪明，从而只注意红色字母（并忽略绿色的字母）。这样就会有
上半的字母被忽略。这就意味着，他可以在注意步速相同的情况下更快地完成搜索任务。在这种情况下，120毫秒的步速就可以得到同样的观察结果。
我们也会遇到令人遗憾的情况。在某些情况下，每步时间看起来可能少于20毫秒，而真实的步速可能长达120毫秒。这是由于在发现红色T字母之前，被试者不但只注意红色物体，而且他一批处理三个字母，因而“欺骗”了我们。在这种情况，探照灯移动一步的正确时间就难以确定了。
特丽斯曼同时说明，跳出也可以是非对称的。一个有缺口的圆圈可以在一群完整的圆圈的背景中跳出（图21a）；然而要在有缺口的圆圈背景中发现一个完整的圆圈就需要串行搜索（图21b）。
心理学家是怎样描述前注意加工和注意加工之间的差别呢？最初特丽斯曼认为，前注意加工是以平行的方式把视野内物体的朝向、运动、颜色等简单特征登记在某些特有的子系统中。然后，集中注意以某种方式将这些特征整合到一起。更仔细的实验使她发现，如果特征整合所允许的时间非常短，大脑就会出现差错。有时它会张冠李戴，错误地将特征整合到一起，从而给出一个虚假的组合。在授课时，特丽斯曼用一张快速呈现的幻灯片来演示这种现象。该幻灯片呈现的是一位黑发的红衣女郎。可是，观众中总有几位非常自信地称，他们看到的是一位红发女郎。女郎的毛衣的颜色被错误地“移植”到了头发上，因而产生了幻觉组合。
这种事情在日常生活中可能发生，只不过是为数较少罢了。特丽斯曼举了一个例子：“一个穿行在繁忙街道上的朋友‘看到’一个同事，并且正要打招呼。但他突然意识到那个人的黑胡子长到了一个过路人的脸上，而他的秃头和眼镜却属于另外一个人。”
“简单特征”究竟是什么，目前我们还不清楚。①但遗憾的是，大量的研究说明，跳出并非是直截了当的事。在这里，我并不打算描述众多此类实验的细节。
通常，特丽斯曼的很多注意模型都认为，跳出与较长过程的顺序搜索截然不同。但是，凯尔?凯夫（Kyle Cave）和杰里米.沃尔夫（Jeremy Wolfe）等其他的一些心理学家则认为，跳出只不过是注意过程的第一步。他们假设，注意系统有某种程度的“噪声”，因而容易出现错误。如果物体足够“突出”，则把注意的探照灯移到该物体所在的地方或移到该物体作为注意的第一步。如果物体并不突出，系统在选择目标时就可能遇到困难。在最终发现目标之前，也许经过了多次尝试，这样就会花费较多时间。这种机制可以产生与简单的顺序搜索机制相类似的结果。
邓肯（J.Duncan）和汉弗莱斯（G.Humphreys)甚至否认探照灯的存在，他们认为，视野中的不同物体全都试图达到短时记忆。如若成功，在某些情况下它们就会成为活动的焦点。他们的层次模型还考虑到不同干扰项之间的关系。比如，这些干扰项是相同的还是具有多种不同类型。
进一步的研究也许会使心理学家获得一个能被普遍接受的注意模型，不过，它可能不会很简单。我猜想，正确的模型将不大可能仅仅从心理学实验中得出，因为这一系统看来太复杂了。①大脑中某些相关神经元的行为的知识，对于获得正确答案也许是必需的。
因此，我们只是部分地了解了视觉注意。我们还没有一个被普遍接受的心理学注意模型。
短时记忆情况如何呢？我们对它知道多少呢？记忆也许定义为由经验引起的系统内部的变化，这种变化导致以后的思想或行为发生改变。但是，这种泛泛的说法并没有多大价值。它应该适用于疲倦、受伤和中毒等情况，又不应严格区分学习和发育（早期生长）。以色列神经生物学家雅丁?杜戴（Yadin Dudai）提出了一个更为有用和更为精确的定义。他首先描述了什么是“世界”（包括内部和外部环境）的“内部表达”。他将世界的内部表达定义为“能够有效地指导行为的结构化神经编码方式”。它强调的是，从根本上说，我们主要关心的是神经细胞（神经元）如何影响行为。“学习”则是由经历引起的内部表达的创新或修改。这一变化可以保持相当一段时间（甚至可以保持很多年）。不过，我们更关心的还是短时记忆。
我感兴趣的不是像习惯化或敏感化（sensitization）之类的极简单的记忆形式（如果你连续十次向小孩呈现一幅图画，开始他会表现出兴趣，但很快就会产生厌倦。这就是“习惯化”）。这些过程被归类为“非联想”过程。它们甚至在海胆等一些非常低等的动物身上也能表现出来。我们更关心的则是“联想学习”，有机体对刺激和动作的关系作出反应。(2)
将记忆分成几种不同的类型是有益的，尽管对它们的确切描述还存在争议。一种方便的分类是把记忆划分为情景记忆、类别记忆和程序记忆。清景记忆是对一个事件的记忆，它经常与某些与此有联系的无关细节交织在一起。(1)一个很好的例子就是，你会记得当你听说肯尼迪总统遇刺时你在什么地方。类别记忆的一个例子是单词的含义，如“行刺”或“狗”。而回忆如何游泳或驾驶汽车便属于程序记忆。
另外一种分类方法与时间有关：获得记忆需要多长时间，它一般能保持多久，某些记忆，特别是情景记忆被称为“一次性”或“闪光快门式”学习。仅仅一个事例就可记得很清楚。（当然，这种记忆也可以通过复述被强化。即把这件事再讲一遍，并不要求次次正确。）另一种类型的记忆可通过事件的重复被增强。人们从重复中抽提出某件事物的普遍性质，如，未经明确定义的单词的含义。
诸如开汽车之类的过程性知识常常很难从一次经历中获得，往往需要重复练习。它可以保持相当长的一段时间。一旦你学会游泳，即使多年没有游过你也会游得很好。当谈及一首熟悉的乐曲时，一位著名的钢琴家曾经对我说：“肌肉的记忆是最久的。”这意味着乐曲的演奏是自动的，无需思索的。
不同的记忆持续的时间也不同。它们经常被分为长时记忆和短时记忆。尽管这一术语对于不同人可能具有不同的含义。“长时”通常指几小时、几天、几个月乃至几年；“短时”则从几分之一秒到几分钟或更长。短时记忆通常是不稳定的，而且容量有限。
想一想你在梦中的一些事情。当你做梦时，你不能使梦中的任何情景进入长时记忆（或至少清晰地回忆起）。你的大脑把梦中的情景以某种形式的短时记忆保存起来。当你醒来之后（这可能会比你意识到的频繁得多），你的长时记忆系统才被接通。然后，仍然保存在短时记忆中的东西便进入长时记忆。所以你回忆起来的并非你梦到的所有事情，而只是梦的最后几分钟。如果你在刚醒来时受到电话铃或是什么别的干扰，梦的短时记忆就会衰减或完全丧失，以至电话之后你可能连梦的最后几分钟都回忆不起来了。
我们知道，记忆的回忆不是一个直接的过程。要回忆一件事情往往需要某个线索，尽管这时记忆有可能是扑朔迷离的。有些记忆很弱，需要更强的线索才能唤起。另外的一些甚至在完全丧失前就淡化了。一个相关的记忆可能会干扰和阻碍了你所需要的记忆内容的获取。
很明显，意识特别是视觉意识把很多存储在长时情景记忆和类别记忆中的内容结合起来。我们较为关心的是极短时的记忆。这是由于，如果我们丧失了对所有最近事件的记忆形式，我们很可能会失去意识，然而，这种最重要的记忆形式却仅能持续几分之一秒或至多是几秒钟。让我们集中讨论这些极短时间的记忆形式。
请你看一看面前的景物，然后突然闭上双眼。你看到的外部世界的生动图像很快就会消失。留给你的只是一个模糊的回忆。它通常在几秒内就会消失，早在18世纪就有人试图测量它消失的时间。一个黑暗中运动的光点（比如说一个发光的烟头）将在后面留下一个光尾。对光尾长度进行的现代研究表明，光的知觉大约可持续100毫秒，尽管有些是由于视网膜后像。
心理学家如何研究各种各样的短时记忆呢？美国心理学家乔治?斯帕林（GeorgeSperlig)1960年进行过一个经典的实验。他以极短的时间（约50毫秒）在屏幕上显示一个由十二个字母组成的字母集。字母排成三行，每行四个。由于时间太短，被试者每次只能回忆出四五个字母。然后在下一个实验中，他要求被试者仅报告其中的一行，他使用一个声音信号提示被试者应该报告哪一行。但这一线索仅在呈现的图形刚刚关闭之后才给出。在此情况下，被试者可以报告出该线索指示行的四个字母中的大约三个字母。
人们也许仅仅根据第二个实验就得出结论，既然被试者能够报告出三行中任意一行的四个字母中的三个，那么他就能报告出三行字母中的九个（三乘三）。但正如我们看到的，实际上他只能回忆出这十二个字母中的四五个。这有力他说明，字母是由大脑从迅速衰减的视觉痕迹中读出的，这种极短时的视觉记忆被称为“图标记忆”，它来自单词icon，是图标的意思。
对此问题，还有许多其他的研究。在刺激呈现前后，视场是亮或暗对衰减时间是有影响的。在暗视野中，衰减时间大约是秒的量级，而在较明亮的视野中则少得多，或许只有零点几秒。这种亮背景效应被称为“掩蔽”。还可以用某些模式作为掩蔽，但这两种俺蔽类型截然不同，简而言之，明亮背景的掩蔽可能发生在双眼的信息结合之前、视觉系统的初级阶段、可能是在视网膜阶段；而模式掩蔽在很大程度上依赖于字母呈现与掩蔽之间的时间间隔。数据说明，这大概发生在双眼信息结合之后视觉系统的若干个水平。
图标记忆似乎依赖于瞬时视觉信号的存留时间。它主要不是从信号的后沿算起而是从前沿算起。这表明其生物学功能是提供足够的时间（大约为100-200毫秒）来处理这种非常短暂的信号。这就意味着，要实现充分的视觉加工，至少需要某个最短的时间。
还有更长一些的短时记忆。英国心理学家艾伦?巴德利（AlanBadileley）对这种记忆进行了深入的研究，把它称为“工作记忆”，一个典型的例子就是回忆一个新的七位数的电话号码。你能回忆出来的数字的个数称为你的“数字广度”。对大多数人来说，它通常只有六到七个。换句话说，工作记忆的能力是有限的。这种记忆似乎具有几种不同的形式，它与感觉输入有关。对于视觉，他将其称为“视空间便笺簿”。典型情况所涉及的时间为若干秒。它似乎还与回忆面孔或熟悉的物体时的视觉想像有关。它的特性与较短的图标记忆有很大差别。图标记忆可能涉及大脑中不同的过程。
工作记忆对意识是必要的吗？有某种证据表明，情况并非如此。某些脑损伤的病人只有极小的数字记忆广度，除了他们听到的最后一个字母外，别的一概回忆不起来，但他们的意识却正常。事实上，他们的长时记忆可能并未受到损害。迄今为止，还没有发现一例丧失了所有形式的工作记忆（视觉和听觉）的病人。这是由于引起这种欠缺（而没有任何其他缺陷）的脑损伤，只能局限于某个非常准确的部位（而且还要在不同的地方），因此，实际上这种情况可能永远不会发生。
长时记忆看来不同于图标记忆或工作记忆。一个看过约2500张不同彩色幻灯片（每个10秒）的被试者，十天以后还能辨别出其中的90%。因为，如果只是要求被试者确认从前是否看过某幅图画（并不是无线索地回忆，那样会更困难），那么他只需要回忆每幅图画的很少一部分信息就可以了。
我们不会花费很大精力去考虑长时情景记忆，因为一个不能形成新的长时情景记忆的脑损伤病人，仍然是清醒和有意识的（见第十二章 ）。只有短时记忆特别是图标记忆才可能与意识的机制密切相关。
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①这里有一个可供参考的证据，如果切除胼胝体，每半大脑就可以注意不同的物体。
③然而，大脑有可能把这些运动的点看成是一个正在改变形状的单一物体的边角。观点，并提及一些主要的争论点。
①经过练习，大脑可以把某组特殊的物体（比如一组字母）作为一“组块”去跟踪。
①一个实验和另一个实验的响应时间差别很大。因此，要重复实验结果，就要让被试者作出多次响应，并对响应时间进行平均。在某些情况下，需要应用若干个被试者，并计算出他们的平均响应时间。
①有实验证据说明，这是可以发生的。
①有人提出过一个研究项目，用来探讨什么视觉特性可以跳出（它们应对简单特征，视觉“基元”进行响应);而复合特征需要进行顺序搜索。
②还有其他一些这里没有提到的简单记忆形式，其中有经典的条件反射，操作性条件反射和启动（priming）。
①有证据显示，在最初的一段时间内，很多人清楚地记得当他们第一次听到林肯遇刺时的情景。
家园 第四章 视觉心理学 第四章 视觉心理学
“当我们追溯心理学发展的历史时，我们就会陷入空想、矛盾和谬误与某些真理交织在一起的迷宫之中。”
――托马斯?里德（Thomas Reid)
我希望我已经说服了你，看并非如你想像得那样简单。看是一个建构过程，在此过程中，大脑以并行的方式对景物的很多不同“特征”进行响应，并以以往的经验为指导，把这些特征组合成一个有意义的整体。看涉及大脑中的某些主动过程，它导致景物明晰的、多层次的符号化解释。
我们现在要考虑的是，当我们观看物体、它与我们及其他物体的相对位置以及它的形状、颜色、运动等某一属性时，大脑必须执行的某些基本操作。也许，我们应该认识到的最重要的一点，就是视野中的物体并不像你看到的那样。每个物体并非以清楚和确定的方式做了标记，你的大脑必须使用各种线索，使景物中对应同一物体的各个部分整合在一起。在现实世界中，这并不是一件容易的事情。物体可能部分被遮挡或是呈现在易于混淆的背景之中。
举个例子就会较清楚了。请看图5中的这张照片。你会毫不费力地立刻看出，这是一张正在注视窗外的年轻女子的面孔。但仔细观看就发现，窗户的木窗棂将该女子的面孔分成了四部分。但是，你并没有把它看成是四个不同人脸的四个分离的片断。你的大脑将它们组合在一起，解释为一个单一物体――被面前的木窗棂部分遮挡的一张面孔。这一组合是怎样完成的呢？
这便是格式塔心理学家马克思?沃特海默（Max Wertheimer）。沃尔夫冈?科勒尔（Wolfgang Kohler）和库尔特?科福卡（Kurt Koffka）的主要研究兴趣之一。这场运动于1912年前后在德国兴起，并在美国结束。纳粹掌权后，他们三人全部离开德国。我的词典将“格式塔（gestalt)”定义为“一个各部分之间相互影响的有机整体，而整体大于各部分之和。”①换句话说，你的大脑必须根据你以往的经验和你的基因中所体现的远古祖先的经验，通过发现各个部分的最优组合，主动地构造这些“整体”。这种组合最有可能对应于真实世界中某个物体的有关方面。很明显，重要的是各部分之间的相互作用。格式塔学派试图对视觉系统共同的相互作用类型进行分类，并把它们称为知觉定律。他们的组合定律包括接近性、相似性、良好的连续性和封闭性。下面让我们依次对它们进行讨论。
接近律说明，我们倾向于将那些相互靠得很近且离其他相似物体较远的东西组合在一起。这在图6中就看得很明显。该图由许多规则的矩形阵列小黑点组成。你的大脑既可能将它们组织成水平线也可能组合成垂直线。但实际上，你把它们看成是垂直线。这是因为，一个点到其最近点的距离，在垂直方向要比水平方向短。其他实验显示，接近律通常指“空间上接近”，而非在视网膜上的接近性。
格式塔的相似律是说，我们将那些明显具有共同特性（如颜色。运动、方向等）的事物组合在一起。如果你看见一只正在跑的猫，你就会把它身体的各个部分组合在一起。因为一般来讲，当猫跑时，它的各个部分会在一个方向上运动。同样原因，正在树丛中爬行的猫也会被识别出来。但是，如果它纹丝不动，我们就很难发现它。
良好的连续性定律可以由图7加以说明。该图的上部分显示两条相互交叉的曲线。我们的确把它看成是两条线，而不是像该图的下部分所显示的那种交汇于一点的四条线或是两个靠近的V型。我们同样倾向于把中断的线段看成是被某个物体遮挡一部分的连续直线。
请看图8a所表示的一组八个奇形怪状的物体。中间两个与字母Y类似，另外六个为扭曲的箭头。而在图8b，你大概会看到一个被三个斜条遮挡的三维立方体框架。现在，那些奇形怪状的物体已成为上下两图的组成部分。第二个图形中更容易看成是立方体，因为它似乎是一个被斜条遮挡的单一物体。而第一个图形，由于缺少任何遮挡线索，因而更容易被看成是八个独立的物体。
封闭性在线画图形中表现得最为明显。如果一条线形成了封闭的或几乎封闭的图形，那么我们就倾向于把它看成是被一条线包围起来的图形表面，而不仅仅是一条线。①
格式塔学派还有一个被称为“简洁”（Pragnanz）的普遍原理，它可以近似地被译为“优良性”。它的基本思想就是视觉系统对输入的视觉信息作出最简单、最规则和具有对称性的解释。大脑如何判断哪个解释“最简单”呢？现代的观点认为，最好的解释往往只需要很少的信息（在技术意义上）进行描述，而坏的解释往往需要更多的信息。①
换句话说，大脑需要一个合理的解释而不是奇特的解释。这就意味着，这种解释不因观察点的微小变化而发生根本改变。这是由于，在过去当你看一个物体时，你常常在景物中运动，因此，你的大脑已经把该物体的各个不同方面记录了下来，并认为它们属于同一个事物。
格式塔知觉定律不能看作是严格的定律，而只能算是一种实用的启发式研究。因此，它们可以作为视觉问题的合适的人门知识。真正哪些操作过程导致了这些“定律”的出现，这正是众多视觉心理学家试图发现的东西。
正如格式塔学派已经认识到的那样，视觉中的一个重要操作就是图形背景分离。要识别的物体称为“图形”，其周围环境称为“背景”。这种分离也许并不总是轻而易举的事，仔细观察图9你就会知道，如果你从来也没有看到过这幅图，你会很难看出有什么可识别的物体。但过了一会儿，你就有可能意识到，图画的一部分代表一只达尔马提亚（Dalmatia,南斯拉夫地名）狗。在这种情形，图形背景的分离被有意复杂化了。
还可能构造一幅模棱两可的图形背景分离图像。请看图10。第一眼看来，它像一个花瓶，但继续观察就可能看成是两张脸的侧视图。本来花瓶是图形，而现在人脸的轮廓线成了图形，原先的花瓶就成为背景了。但是，这两种解释很难在同一时刻看到。
大脑在决定哪些视觉特征属于某个物体时，要依赖于大体上符合格式塔知觉定律的明显的视觉线索。因此，倘若一个物体较坚实（接近性）、具有明确的轮廓（封闭性）、朝一个方向运动（共命运），而且整个为红颜色（相似性），那么，我们就很可能认为这是一个运动的红球。
对一个动物来说，出色地完成此类任务是至关重要的。否则，它就很难发现天敌或猎物以及苹果之类的其他食物。它必须能把图形和背景分离开来。所谓的伪装物就是试图混淆这一过程，伪装的作用是破坏表面的连续性(如战士穿的迷彩服），并产生一个易于混淆的轮廓，从而使真实的轮廓伪装起来。颜色也可能与背景混杂在一起。一只蹑手蹑脚移动的猫不时地停下来，就是为了避免给猎物提供任何运动线索。正如有人所认为的那样，我们由进化获得的良好的颜色视觉，使我们的灵长类祖先能够在纷乱的绿色背景中发现红色的果实。能给我们带来众多视觉乐趣的东西，可能就是最初发现食物和识破伪装的装置。
我们对最早阶段视觉加工知识的了解，部分来自于对眼和脑的研究（参见第十章 ）。需要执行的最早操作差不多是去除冗余信息。眼中的光感受器对落人眼睛的光强起反应。假如你观察一面完全均匀而光滑的白墙，那么你眼内的所有光感受器将会对光作出同样的反应。有什么理由将所有这些信息传递给大脑呢？对眼底视网膜来讲，最好是先对这些信息进行处理，使大脑知道哪里是空间上光强变化的地方――墙的边缘。如果整个视网膜区域没有光强变化，那么就不发送任何信号。大脑从“无信号”就可以得出“无变化”以及墙的这一部分是均匀的推论。
正如我们在后面章节将会看到的，在某种程度上，大脑对不同类型信息的处理是在不同的平行通路中实现的。因此，对如何观看形状、运动、颜色等过程分别进行研究是有道理的，尽管这些过程具有某种程度的相互作用。
让我们先从形状开始，很明显，抽提轮廓对于大脑非常有用。这就是为什么我们对线条图能如此容易地产生反应的原因。即使没有任何阴影、纹理、颜色等特征，你仍然可以对某景物的线条图形作出解释（如图11）。这说明，大脑中某些元素对精细的细节有较好的反应，另外一些对细节较少的部分起反应，而其他元素则对空间上的粗略变化起反应。你如果仅仅能看到后者，这世界就会模糊得像焦距没调准一般。心理学家常使用“空间频率”一词。高空间频率相应于精细的细节，低空间频率对图像在空间上的缓慢变化起反应。
请看图12。你很可能将它看成是具有均匀灰度的一些小正方形的组合体。现在，如果把它弄模糊（摘掉眼镜、半闭着眼睛或将它放到房内的远处），你就可能认出是林肯的面孔。图的细节（小正方形的边缘）干扰了识别过程。当视觉变得模糊时，这些细节就不那么显眼了。这时，尽管由于图像中只有较低的空间频率信息，因此图像仍然有些模糊，但是你却能认出他的面孔了，当然，一般说来，不论低空间频率或高空间频率对解释图像都有帮助。
大脑面对的最为困难的问题之一，是从二维图像中抽提深度信息。我们需要深度信息，不仅是为了确定物体与观察者之间的距离，而且还要识别每个物体的三维形状，使用两只眼睛是有帮助的。但常可利用一只眼睛或看它的照片就能看出它的形状。大脑使用哪些线索从二维图像中获得三维信息呢？一个线索就是由入射光的角度产生的物体阴影。请看图13。你可能将其中的一排看成是平面上的四个凹陷物，而将另外一排看成四个突起物。这样的深度印象就来自人射光的阴影。
偶尔，这种解释也可能是模棱两可的。凝视一会儿该图或者将页面倒置，你就会把凹陷看成突起，或把突起看成凹陷（注意，这种变化是同时发生的）。你的大脑最初认为，照明光来自某一侧，但倘若照明光实际来自另一侧，那么同样的阴影就会对应不同的形状，正如你所看到的那样。
另一个令人信服的线索是“从运动恢复结构”。这是说，如果一个静止物体的形状难以看清楚（经常是由于缺少某些三维形状线索），那么稍微转动一下该物体就容易识别了。在讲课时，如果把一个由小球和辐条制成的复杂分子的模型投影在屏幕上，就不易理解。但如果播放它的转动模型的电影，其三维形状就会一目了然。在电视节目《生命的故事》的片尾，你可能看到过这种情景。在那里，DNA分子的模型随空中的音乐而旋转。
要进行三维观察，只看三维空间中的每个物体是不够的。你还必须观看三维空间的整个场景，以便弄清楚哪些物体离你近，哪些物体离你远。即便是二维图像也存在两种很强的深度线索。
第一个线索是透视，它可以用埃姆斯变形房间（因发明者阿德尔伯特?埃姆斯（Adelbert Ames)而得名）进行生动的演示。这种房间只能用单眼从外部通过小孔去观察。这样，就可以排除任何立体视觉线索。这个房间看起来像个长方体，但在实际上它的一边很长。与正方形房间相比，它的一个墙角要高得多，也离我们远得多。当我在旧金山“探索者博物馆”（Exploratorium）通过小孔观看这样的房间时，我看见一些在房间内跑来跑去的小孩。在房子的一侧他们显得很高（因为这时他们离我很近），而在另一侧则显得很矮（这时他们离得很远）。当他们从一边跑到另一边时（实际上是从近处墙角跑到远处墙角，再跑回来），他们的大小会发生惊人的变化。我当然明白，孩子们是不可能通过这种方式改变身高的。但这一错觉是如此逼真，使我无法立刻摆脱它。每个孩子的表观大小是由墙的虚假透视作用产生的。与其他错觉类似，这一错觉很难通过“自上而下”（即大脑的最高水平对这一错觉形成基础的理解）的作用进行校正。
另一个有力的线索就是遮挡。即一个靠近你的物体部分地遮挡远处的物体。我们在图5中就已看到过这种情景。一个女孩的面孔位于窗玻璃的框架之后。利用这一线索，大脑就能推断出，被遮挡物的各个不同部分应当属于同一物体，就像本章开头我们讨论过的那样。
线条能产生两种与遮挡有关的神奇效果。图2所示的卡尼莎三角属于第一种。白色三角形的虚幻边界是由黑色缺损圆盘的直线边界的延伸形成的。另一种效应如图15所示。
这种情况的幻觉边界主要由于了组线段的端点排成了一条线。机场中的“线”出现的原因有多种，如物体（如衬衫）的图案或斑马的条纹以及阴影等。一个遮挡背景的物体经常会截断背景中的线。在这种情况下，线段端点产生的虚幻轮廓将会勾画出这一物体的轮廓，就像图15那种故意设计的图形那样。正如心理学家拉马参准（V.S．Ramachandran）所说：“虚幻轮廓的感觉可能比真正的轮廓还真实（对我们更重要）。”
另外一个距离线索是纹理的梯度变化。如图16所示。你只要看到这种草地的图，就会立刻产生草地逐渐离你而去的印象。这是由于，页面上的草叶自下而上逐渐变小的缘故。你的大脑不会将它看成是一面平坦而垂直的墙，在它的下面草长得比较高，而上面草长得比较矮：而是把它看成一个伸向远方的具有均匀高度的草坪。
还有一些深度线索。一个是物体的表观大小。一个熟悉的物体，当它离我们较远时它在视网膜上的像就会变小。因此，如果该物体的表观尺寸较小，大脑就认为它离我们较远。另一个深度线索是远处的风景通常看起来比较蓝。所有这些线索都被艺术家们所利用，特别是在文艺复兴时期透视现象被发现以后。卡那来特（Canaletto）的威尼斯风景画便是很好的例子。
让我们转向讨论深度信息的主要来源(1)。它通常被称作“体视”，依赖于双眼观察同一物体时景物图像的微小差异。19世纪中叶，物理学家查尔斯?惠特斯通爵士（SirCharles Wheatstone）最早向人们清楚地演示，恰当呈现的双眼图像可以给人生动的深度印象。（怀特斯通还有一件趣事使人记忆犹新。有一次他在伦敦皇家学会等待发表星期五晚上演说时，因高度紧张而逃跑。从此以后，每个演讲者都要按惯例在演讲前被锁在一间小房子内等一刻钟。）怀特斯通还发明了体视镜（战后因设计简单而普及）。它使每只眼睛分别观察拍摄角度略有不同的照片成为可能。拍摄位置的差异就会产生并非严格相同的景观。大脑检测两个景观之间的差异（这在技术上称为“视差”），结果使照片上的场景显现出明显的深度感，似乎就出现在你的面前。
当你观察眼前较近的真实景物时，你可以通过闭上一只眼睛亲自体验一下什么是体视。对大多数人而言，此时的深度感并不像同时使用双眼时那么强。（当然，由于上面提到的其他深度线索的存在，即使闭上一只眼睛，你仍可具有较好的深度感。）另一个明显的例子就是建筑、城市、风景等的写生或摄影。在这种情况下，两只眼睛就能使大脑推断出画面是平面的。实际上，用单眼仍然可以获得较生动的深度感觉。只要你站在一个没有玻璃反光的位置，并用手挡住图画的框架。这些动作去除了图画表面的某些平面线索，使得艺术家在图画中用于表达深度信息的线索产生较强的效果。
离你较近的物体的体视最显著，因为此时双眼视差最大。显然，要使双眼看到同一物体的景象，物体差不多就要在你的正前方。它不能向一侧偏离太远，而使鼻子遮住一只眼的视线。靠捕食为生的动物如猫、狗等，通常双眼都在前方。这样它们就可以利用体视抓捕猎物。而对于其他动物，如兔子，双眼长在头的两侧更有好处，这样，它们就可以在宽广的视野内发现天敌。但与人类相比，它们的体视能力很有限，因为它们双眼的视野重叠很少。①
运动情况又怎样呢？视觉系统对运动感兴趣的原因是明显的。当你看电影时，尽管银幕上看到的是一系列快速呈现的静止画面，而你却具有运动物体生动的印象。这种现象称为“表观运动”。在这种相当人为的情况下，视觉系统可能会出现失误。汽车或马车轮子的辐条有时看起来会向相反方向转动。一般说来，它发生的原因已很清楚。这大体上是由于大脑把一幅图像中的一根辐条与下一幅图像中离它最近的那根辐条联系起来引起的。由于轮子在不停地转动，被联系在一起的可能并不是同一根辐条，而是其他邻近的一根。由于所有的辐条看起来完全一样，大脑很可能把相邻两幅图像中两根不同的辐条联系在一起。如果联系在一起的两根辐条所在的位置完全相同（相对于汽车），则轮子看起来就会是静止不动的。如果转速稍微放慢一点，则轮子的辐条看起来就会向后转动。特别是旧式电影中，这种现象时有发生。当汽车减速时，辐条看起来就改变方向（相对于汽车的运动）。心理学家们已经做了大量实验，试图确定获得好的表观运动所需要的条件。
另外一种运动效应是理发店标志牌错觉（barber's pole illusion)。因为圆柱上有螺旋条纹，当它绕长轴旋转时，条纹看起来不是在转动而是在顺其长轴方向运动，通常是向上运动。（这将在第十一章 中作充分讨论J因此，我们的运动知觉并不总是直接的。在这种情况下，你看到的并不是每个条纹的局域运动，而是大脑错误地把它想像为整个模式的全局运动。
大脑的运动知觉由两种主要过程进行处理。它们可以粗略地被称为“短程系统”和“长程系统”。前者发生在比后者较早的加工阶段。短程系统并不能识别物体，而仅能识别由视网膜接收并传递到大脑的光模式的变化。它可以抽提运动的“基元”，但并不知道是什么物体在运动。换句话说，作为初级的感觉，这种简单的运动信息是有用的。它是自动操作的，即不受注意的影响。
人们猜测，短程运动可以利用运动信息从背景中分离出图形①并与运动后效应（有时称为“瀑布效应”）有关。（如果你注视瀑布一段时间，然后把注视点很快移到邻近的岩石，在很短的一段时间内，你就会看到岩石向上运动。）现在对此现象还有不同的看法。因为最近的实验显示，运动后效应可以受注意的影响。
长程运动系统似乎与物体运动的登记（register）有关。它不仅仅登记运动本身，而且还登记是什么物体从一个地方运动到另一个地方。长程运动系统受注意的影响。
让我们举一个（过分简单的）例子。一个红色方块在屏幕上闪烁很短的时间，再隔一段时间后，在离红方块不远的地方紧接着出现一个闪烁的蓝色三角形。如果时间、距离等参数选取得使长程系统占优势，那么观察者就会看到红方块变成蓝三角并从一个位置移到另一个位置的表观运动。另一方面，如果选择的参数主要激发短程系统（时间间隔和距离都很小），那么观察者将只看见运动而看不见运动的物体。他感受到运动但不知道什么在运动。在大多数情况下，两种系统在某种程度上可能同时起作用。只有精心设计的刺激才会仅仅激活一个系统。
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大脑利用运动线索获得变化中的视环境的附加信息。我已经描述过，在某些情况下如何从运动恢复结构，还可以通过其他方式利用运动信息。一个正朝你眼睛跑过来的物体会产生一个逐渐膨胀的视网膜图像。如果一个屏幕上的物体突然增大，你就会感到该物体正向你冲过来（尽管屏幕还在同一距离）。这种视觉图像运动被称为“膨胀”。它产生的效果是如此鲜明，以至人们怀疑大脑中有一个特殊的部位对图像的膨胀加以响应。事实上这个部位已经被发现（见第十一章 ）。
视觉运动系统的另一个作用是指导你在环境中运动的方式。当你向前行走时，你的眼睛看着前方，你上下左右的视觉场景就会从你身边掠过。这种视网膜图像的运动被称作“视觉流”（visual flow），在飞机着陆时它对飞行员帮助极大，一个没有体视的单眼飞行员可以借助视觉流信息使飞机安全着陆。没有视觉流的地方是你正朝它运动的那一点。所有围绕该点的物体似乎都向远离这一点的方向运动，尽管它们的速度有所不同（如图17）。这种视觉信息帮助飞行员找到跑道上正确的着陆点。
颜色知觉也并非像看起来那样直截了当。基本的观点认为它与眼内不同类型的光感受器有关。每种光感受器只对有限波长范围内的光起反应。重要的是我们应当意识到，单个光感受器的反应怎么会不依赖于输入光子的波长。一个光感受器可能捕获一个光子，也可能捕获不到。如果确实捕获到，则不管光子的波长如何，其效果会完全相同。但它响应的概率却依赖于波长。某些波长激活它的概率很大，某些波长则很小。比如，它可以经常对“红”光子起反应，却很少对“绿”光子有响应。
对输入光子流的平均响应可能对应于敏感波段的少数几个光子，也可能对应于非敏感波段的许多光子；感受器无法分辨它们。初读这些内容时，这一切似乎相当复杂，但已有的经验告诉我们，如果眼睛只有一种类型的光感受器，你的大脑就会失去光的波长信息，因而只能看见黑白的世界。这种情况出现在特别昏暗的时候，这时，被称作“视锥”的一类光感受器不活动，只有“视杆”感受器起作用。这些全是一种类型的光感受器，对所有波长反应相同。这就是为什么在夜晚很暗的情况下，你在花园内看不到花的颜色的原因。
要获得颜色信息，就需要不只一种具有不同波长响应曲线的光感受器。它们的响应曲线是部分重叠的。但是，一个具有同一波长的光子流，对不同的光感受器引起不同程度的兴奋。大脑利用这些不同兴奋的比例，确定落在视网膜上某点光的“颜色”。
大家知道，大多数人具有三种视锥细胞（大致是短波、中波和长波锥细胞。它们常被称为蓝、绿、红视锥细胞）。但也有少数人缺少“红”视锥细胞，因此导致部分色盲。①他们在分辨红绿交通信号时可能会碰到困难。
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这就是对为什么我们能看颜色所作的基本解释。但它还需要进行某些修正。在此，我仅想提一下所谓兰德效应（因偏振片的发明者埃德温?兰德（Edwin Land）而得名）。兰德以戏剧性的方式向我们演示，视野内某斑块的颜色并不仅仅依赖于从该斑块进入眼睛的光的波长，它还与从视场其他部分进入眼睛的光的波长有关。
为什么会这样呢？进入眼内的信息不仅取决于表面的反射特性（颜色），还与落到该表面的光的波长有关。因此，在阳光下和在烛光下，妇女们色彩缤纷的服装会有很大区别。因此，大脑主要感兴趣的不是反射率和照明光的组合，而是物体表面的颜色特性。大脑试图通过比较眼睛对视野中若干不同区域的响应来抽提出这种信息。要做到这一点，大脑利用了如下约束（假设），即在某一时刻，在该景物的各处，照明光的颜色是相同的。尽管在其他场合，它们可能是明显不同的，如果照明光是粉红色，它就使所有的东西程度不同地变为粉红色。因此，大脑就力图校正它。这就是为什么阳光下的红色纤维在人工照明下看起来依然是红色的原因。但是，正如我们知道的，它看上去并不完全相同，因为校正机制并非工作得尽善尽美。
下面我们稍微提一下另外一些视觉恒常性。一个物体看上去总是大致相同的，即便我们没有直视它，使得它落在了视网膜上的不同部位也是如此，如果我们在不同的距离观察一个物体，物体的视网膜图像可能变大或变小或产生一定的旋转。然而，我们同样将它看做是同一物体。我们将这些恒常性视为理所当然的事情。但简单的视觉机器却无法做到这一点，除非它具备发育成熟的大脑所具有的完成该任务的固有装置。大脑到底如何完成这些任务，我们仍然不十分清楚。
运动和颜色之间具有奇怪的相互关系。大脑的短程运动系统有些色盲，它主要观看黑白图像。利用演示很容易说明这一点。将仅有两种均匀亮度的颜色（比如红和绿）构成的运动模式投射到屏幕上。然后调节两种颜色的相对亮度，使它们对于观察者来说看起来具有相同的亮度。这一过程必须对每个人分别进行，因为你和我的色平衡点不会完全相同。①这一平衡条件被称为“等亮度”。
现在，如果你在屏幕上观看一个绿色背景上的红色运动物体，而且两种颜色调整为等亮度，那么其运动速度就显得比实际情况慢得多，甚至可能停止运动（特别是当你注视屏幕的一侧时，情况更是如此）。这是因为你大脑中的黑白系统将屏幕看成是均匀灰色（因为两种颜色是等亮度的），所以短程运动系统几乎得不到运动信息。
所有这些例子都说明，大脑可以从视觉场景的多个不同方面抽取有用的视觉信息。那么，如果外界提供的信息不完整，大脑如何处理呢？眼睛的盲点就是一个很好的例子。如我们在第三章 中讲过的那样，你的每只眼睛中都有一个盲点，你的大脑会对它进行“填充”。因此，即使你闭上一只眼睛，也看不到视场中盲点处有一个洞。哲学家丹?丹尼特（DanDennett）不相信存在填充过程。在他的（意识的阐释）（Consciousness Explained）一书中，他正确地争辩说“信息的缺失不等于缺失的信息。”他还说：“你要看见洞，大脑的某个地方就必须对反差作出响应：或是内外边缘之间的反差（但在这个位置，你的大脑没有完成该任务的装置），或是前后之间的反差。”因此，他认为不存在什么填充，只是缺少那里有洞的信息。
但是，这一论证是不充分的。因为他没能证明，盲点处的信息无法推论出来。他只是说明大脑可能没有进行这一推论。说大脑肯定没有完成这件事情的必需机制也是不正确的。对大脑的细心研究表明，确实具有某些神经细胞有可能完成这一任务（见第十一章 ）。
加利福尼亚州大学圣迭戈分校心理系的视觉心理学家拉马参准做了一个巧妙的实验来反驳丹尼特（每个人都喜欢证明哲学家是错的），他向被试者呈现一个类似油炸面包圈似的黄色环形图案（见图18b）。被试者必须使眼睛静止不动，并用单眼进行观察。拉马参准将黄色圆环放在被试者的视野内，使它的外沿落在盲斑之外（睁开的眼），而内侧则落在盲点之内（图18b）。此时被试者报告说，他看到的不是一个黄色圆环而是一个完全均匀的黄色回盘（图18c）。他的大脑填充了盲区，使一个粗的圆环变成一个均匀的圆盘。
为了强调这一结果，拉马参准又将其他几个类似的圆环放入被试者的视野中，当这些图形呈现之后（其中一个圆环围绕盲点，其他圆环放在别处）。被试者报告说，他不仅看到盲点区域的完整圆盘，而且看到圆盘立刻“跳出”（pop out）。这表明，被试者的注意立刻被圆盘所吸引，这和你睁开双眼观看黄色环组成的随机阵列中有一个实心圆盘时的情况完全一样。明显与圆环不同的圆盘会立刻跳出在你前面。正如拉马参准所说，你确实对盲斑进行了填充，而不是仅仅忽略了那里存在的东西。因为，被忽略的东西怎么能真正跳出来呢？
在盲点处看到的东西是不容易研究的，因为它偏离凝视中心15度。正如我前面说过的，那里的东西我们不能看得很清楚。拉马参准和英国心理学家理查德?格里高理（Richard Gregory）已经完成了一个称为“人造盲点”的实验。该盲点离凝视中心较近。（丹尼特曾在脚注中提到这一工作，但对他们的结果不甚满意。）更引人注目的是，拉马参准及其合作者对一个病人进行了检验。他的问题不是出在眼睛，而是在大脑的视区内有一小部分损伤。这样的病人不能如实看到视场中相应位置的东西。这一块区域是盲区。但毋庸置疑，只要放宽时间，他的大脑就会利用从周围得出的合理推测来填充它。
他们的实验结果可用图19说明。在阴极射线屏幕上有两条竖直的线段处于同一直线上。一条在盲斑之上，一条在下。几秒钟后，病人就会看到一条直线完全跨过间隙。一个病人还报告说，当屏幕上的线条去掉后，他“在线的填充部分看见一个非常生动的幻象”，其持续时间有好几秒，更令人惊奇的是，如果呈现给两个病人的是两条错开的竖直线（图19c所示），开始，他们看到的是两条错开的直线，但后来两条线就会相互“漂移”靠近，最后两条直线完全对齐。然后，大脑填充上它们的间隙，形成一条连续的直线（如图19d）。报告称，这些线的水平移动（记住，它们实际上是完全静止不动的）栩栩如生。两位病人对此现象深感惊讶，并表现出极大的兴趣。
其他的一些实验表明，并非视觉每个方面的填充都是同时进行的。形状、运动、纹理和颜色的填充可以在不同时间内完成。例冤五章 注意和记忆如，当视场由许多运动的随机红点组成时，一个病人将颜色“渗入”到盲区几乎是立刻完成的，而在5秒钟以后才会形成运动圆点的动态模式。
需要注意的是，大脑中因伤害形成的盲斑与眼睛真正的盲斑两者所引起的结果具有重要的区别，对于后者，填充差不多是立刻完成的。在大脑损伤的情况，这个过程则需要若干秒。这大概是由于损伤失去了大脑中快速填充的部件。
填充可能并非是盲点所特有的过程。更可能的情况是，它以某种形式发生在正常大脑的多种水平。它使大脑能从仅有的部分信息中猜测出完整的图画。这是一种非常有用的能力。
现在，我们对视觉心理学的复杂性已有了大体的了解，显然，观看并非是一件简单的事情。这与我们仅凭日常经验作出的猜测有很大的差别。它的工作方式还没有被我们完全理解。它涉及许多我们不得不略去的实验和概念。下一章 我们将涉足看的两个其他方面――注意和短时记忆，用来拓宽我们的研究领域。它们都与视觉意识有紧密的联系，而且还会引人不同视觉加工所需时间这样一个十分棘手的课题。
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①正如我在第一章 所解释过的，如果过于简单地理解“和”这个词，这当然是正确的。
①最近，加利福尼亚大学（伯克利）心理学家斯蒂芬?帕尔莫（Stephen Palmer）提出另外两条律：共同区域（common region）和联结性（connectedness）。共同区域（或称包容性）意味着相同的知觉区域组合在一起。联结性是指视觉系统把均匀的、联结在一起的区域知觉为单一单元的强烈倾向。
①这可能或多或少地依赖于估计信息内容时采用的是哪些“基元”（primitives）。
①大脑如何利用视差是个值得重视的理论问题。比如，需要弄清楚，一只眼睛的图像中的哪个特征与另外一只眼睛的哪个特征相对应。这称为“对应问题”。最初认为，要解决这个问题，大脑首先要识别物体，在贝尔实验室工作的匈牙利心理学家贝拉?朱尔兹（BelaJulesz），用随机点立体图进行的精彩的实验清楚地显示，两图之间的“对应”可以在先于物体识别的、低水平的信息处理阶段实现。
①一小部分人似乎缺少真正的立体视觉。
①这种从背景分离图形的任务提出了一个困难的理论问题，因为大脑必须在不知道什么是图形的情况下进行图形背景分离。
①严格他讲，我们大家都是色盲。因为除了像紫外线这一类我们不能看见的波长外。可以构造出任何数目的、在我们看来是完全相同的波长分布；而它们如果用一个合适的物理仪器去测量，实际上并不完全相同。除了少数情况有保留外，我们对任一波长分布的响应可以与仅仅三种波长的合适组合相匹配。这是早在19世纪就已确认的事实。按数学术语，颜色是三维的。
①即使对于同一观察者，位于注视线上的物体与位于视场外围的物体，它们的平衡点也可能稍有不同。
家园 第三章 看（Seeing) 第三章 看（Seeing)
“眼见为实”。
在餐桌上，有些并非从事科学研究的人常常问我目前正在研究什么，当我回答说，我正在思考哺乳动物视觉系统的某些问题即我们如何看东西时，他们往往会表现出令人有些窘迫的沉默。提问者往往迷惑不解，为什么像看东西这么简单的事情还会有困难。当我们睁开眼睛时，毕竟不费吹灰之力就可以看到一个开阔清晰、充满五颜六色物体的世界。一切都显得轻松自如，因此还有什么问题可言呢？当然，如果我现在潜心钻研的是数学、化学甚至经济学这些需要花费脑力的问题，也许还有值得谈论的东西。然而，看……？
另外，很多人认为，既然他们的大脑工作得很好，于嘛还要自寻麻烦呢？他们认为，与脑有关的主要问题是当它出了毛病的时候我们如何去治疗。只有少数有科学头脑的人才会进一步追问：当我们看某个物体时，大脑究竟是如何工作的呢？
我们现有的视觉系统知识，有两方面是相当令人吃惊的，第一方面，我们已经具备的知识量，无论用什么标准衡量都是庞大的，学校设有齐全的视觉心理学（如：在什么条件下电影屏幕上快速连续呈现的静止图像能够产生平滑的运动）、视觉生理学（眼睛及相关脑区的结构和行为）和视觉分子及细胞生物学（神经细胞及其组成分子）课程。这些知识是众多从事人类和动物研究的实验家和理论家经过多年艰辛努力积累的结果。
另一个惊人之处是，尽管已经有了这些工作，但对如何看东西我们确实还没有清楚的想法。对那些进修这些课程的学生，往往隐瞒了这一事实。当然，如果经过所有这些认真的研究和详尽的讨论之后，我们对视觉过程仍然缺乏清晰、科学的了解，那可能就是不应该的了。按照严格的科学（如：物理学、化学、分子生物学）标准，我们对于大脑如何产生生动的视觉意识甚至还缺少大体的了解，我们只是把它看成是理所当然的事情。我们知道该过程的某些零散的片段，但我们还缺乏详尽的资料和想法来回答某些最简单的问题：我们怎样看颜色？当我回忆一张熟悉面孔的图像时，发生了什么事情？等等。
但是还有第三件令人奇怪的事情。你可能对自己如何看东西已经有了一个粗略的想法。你认为，每只眼睛就像一部微型电视摄像机，利用角膜透镜把外界景象聚焦到眼后一个特殊的视网膜屏幕上。每个视网膜有数以百万计的“光感受器”，对进人眼睛的光子进行响应。然后，你把由双眼进入大脑的图像整合到一起，这样，就可以看东西了。在没有考虑这些问题之前，你也许对可能的发生过程有了某些想法。但是，也许让你惊讶的是，即使科学家还不知道我们怎样看东西，但却容易说明，你把如何看东西想得太简单了，在很多情况下或者说是完全错了。
我们多数人想像的图景是，在我们大脑的某处有一个小矮人，他试图模仿大脑正在进行的活动，我们将其称为“小矮人谬误”（the Fallacy of the Homunculus。在拉丁文中homunculus的意思是小矮人）。很多人确实有这种感觉（在一定的时候，这个事实本身就需要解释）。但我们的“惊人的假说”并不认为是如此。粗略他说，它认为“所有这些都是神经元完成的。”
有了这一假设，看的问题就赋予了全新的特性。简而言之、大脑中必定存在某些结构或操作，它们的行为就好像以某种神秘的方式与“小矮人”的精神图像相对应。但它们会是些什么东西呢？为了研究这一难题，我们必须了解看所涉及的任务及头脑内完成该任务的生物装置。
你为什么需要视觉系统呢？一种巧妙的回答就是它能使你或帮助你的亲属繁衍后代。但这一回答太笼统了，我们从这里得不到多少东西。实际上，动物需要利用视觉系统去寻觅食物、躲避天敌和其他危险，交配、抚养后代（对某些物种）等等也离不开视觉系统。因此一个良好的视觉系统是无价之宝。
加利福尼亚州理工学院的神经生物学家约翰?奥尔曼（JohnAllman）认为，与爬行类相比，哺乳动物由于它们不停的活动和相对高而恒定的体温，因此就需要保存更多的热量。对于小的哺乳动物而言尤其如此，因为与体积相比，它们的表面积太大了，因而就有了软毛（这是哺乳类独一无二的属性）和高度发育的新皮层。他相信，这一脑区的发育使早期的哺乳动物更聪明，它们可以找到充足的食物用以保持体温。
尽管哺乳动物智力比较发达，但作为一类动物它们并没有特别的视觉系统。这可能是因为它们是从小型夜行动物进化而来的，而这些动物的视觉远不及嗅觉和听觉那么重要。而灵长类（猴、猿和人）则是例外。它们大多数具有高度进化的视觉，但和人类相似，其嗅觉也许是较差的。
恐龙灭绝以后，这些早期的哺乳动物很快发展起来，并取代了恐龙留下的生态真空。哺乳动物较为聪明的大脑帮助它们有效地完成这些任务，并最后导致在所有的哺乳动物中最为聪明的人类的突现。
哺乳动物的眼睛有什么用途呢？进入我们眼内的光子仅能告诉我们视野①中某个部分的亮度和某些波长信息，但是你想要知道的是那里有什么东西，它正在做什么和可能去做什么。换句话说，你需要看物体、物体的运动和它们的“含义”。即它们通常做什么，有何用处，在过去你在何种环境中见过它们或类似的东西等。
为了生存和繁衍后代，你需要的并不仅仅是这些信息。用计算机的术语来说，你必须做到“实时”，即在这些信息过时之前，足够迅速地采取行动。如果计算明天的天气预报要花费一周的时间，就算高度准确这也是没有多大意义的。所以，尽快地提取生动的信息是再重要不过的了。当动物试图捕杀其他动物时，无论对于捕食者或被捕食者，这都是特别重要的。
因此，眼和大脑必须分析进入眼睛的光信息，以便获得所有这些重要的信息。它怎样完成这一任务呢？在更详细地描述看所涉及的东西之前，首先让我给出如下三条基本的评论。
1．你很容易被你的视觉系统所欺骗。
2．我们眼睛提供的视觉信息可能是模棱两可的。
3．看是一个建构过程。
尽管三者并不相关，我们还是依次叙述。
你很容易被你的视觉系统所欺骗。比如，许多人相信，他们可以同样清楚地看任何东西。正如同我通过窗户观察花园时，我的印象是面前的灌木和右方的树木一样清楚，如果我的眼睛在短时间保持不动，就很容易发现这种感觉是错误的。只有接近注视中心，我才能看到物体的细节，偏离注视中心视力就越来越模糊，而到了视野的最外围，我连辨别物体都有困难，在日常生活中，这一限制之所以显得不明显，就是由于我们很容易不断地移动眼睛，使我们产生了各处物体同样清晰的错觉。
拿起一个有颜色的物体，比如蓝色的笔或红色的扑克牌，井把它放在头的侧后完全不能看见的地方。然后，慢慢向前移动它，使它刚好进入视野的边缘，注意，你的眼睛千万不能动！这时，如果你晃动该物体，在你看清楚它是什么之前，就已经感到那里有东西在动。在你能确定那笔是什么颜色之前，你能区别它是水平的还是垂直的。一直到你把它移到非常接近注视中心之前，即便你可以看见它的形状和颜色，但仍不能看清物体的细节。我的笔上有一个“extra fine point”标志。它印得非常小，但我戴上眼镜并把它放在一英尺处，就可以很清楚地读出它。但是，如果将手指放在笔的旁边，且注视点不是在笔上而是在指尖处，我就读不出笔上写些什么东西，尽管它们离注视中心已经很近。我的视锐度随着离开注视中心的距离而迅速下降。
为了用简单和直接的方法演示视觉系统如何欺骗我们，让我们看一下图1，这时，你立刻就会看到一条由背景包围的水平纹理条带。背景的左侧是黑色，然后从左向右逐渐变白，水平条带本身，左侧看起来明显地比右侧亮，但事实上，在整个水平条带的宽度范围，其纹理的亮度都是均匀的。如果你用手挡住背景，你会很容易看到这一点。
我们的视觉系统还可以以更加巧妙的方式欺骗我们。图2是著名的卡尼莎（Kanizsa）三角，因工作于的里雅斯特（Trieste）的意大利心理学家盖塔诺?卡尼莎（GaetanoKanizsa）而得名。你将会看到一个大的白色正三角形呈现在三个黑色圆盘①之前。而且这一白色三角形也许显得比图形的其余部分更亮一些。
这种错觉白色三角形的轮廓常被称为“错觉轮廓”，因为那里并不存在真实的轮廓线。当你用手挡住图形的大部分而只露出很短一段“轮廓”时，你就会发现，原来具有可见轮廓的纸面现在看来是均匀的亮度，没有任何轮廓。
我的第二个一般评论是，我们眼睛提供给我们的任何一种视觉信息通常都是模棱两可的。它本身提供的信息不足以使我们对现实世界中的物体给出一个确定的解释。事实上，经常会有多种可信的不同解释。
一个明显的例子就是在三维空间看物体。如果你将头固定不动并闭上一只眼睛，你仍然可以得到某种程度的深度知觉。这时仅有的视觉信息来自你睁开的那只眼睛的视网膜上的二维图像。假如你的正前方的物体是位于一定距离、具有均匀白色背景的正方形框架（如图3a），你当然会把它看成是一个正方形。
然而，这个线框图形也许实际上根本不是正方形，而是由一个倾斜的、具有某个特殊形状的四边形产生的（如图3b），而它在视网膜上的像刚好与正对着你的正方形完全相同。此外，还会有大量扭曲的其他线框图形可以形成相同的视网膜图像。
这个例子也许显得有些太特殊，因为一个人很少会闭上一只眼睛又固定头部来观察世界。假如你观察一幅照片或某个景物的写生画，此时，即使你转动头部和使用双眼，也只能看到一张平面的照片或图画。但在多数情况下，你仍可以看到图画中表达的三维信息。
某些简单的线画图形可能有几种同样可能的解释。请看图4。该图由画在纸的表面上的十二条连续的黑直线组成。但几乎每个人都会将其看成是三维立方体轮廓图。
这个被称为内克（Necker）立方体的特殊图形有一个有趣的性质。如果较稳定地注视一会儿该图形，立方体就会发生翻转，仿佛观察角度发生了变化一样。再过一会，知觉又会转换到原来的那样。在这种情况下，这幅图像有两种同样可能的三维解释，大脑无法确定哪一个更可取。但值得注意的是，某一时刻只能有一种解释，并不是二者奇特的混合。
对视觉图像的不同解释是数学上称为“不适定问题”的例证。对任何一个不适定问题都有多种可能的解。在不附加任何信息的条件下，它们同样都是合理的。为了得到真实的解，即与那里真正的东西最接近的解（有时用其他检验去测量，如走过去摸一摸它），我们需要使用数学上的所谓“约束条件”。换句话说，视觉系统必须得到如何最好地解释输入信息的固有假设。
我们通常看东西时之所以并不存在不确定性，是由于大脑把由视觉景象的形状、颜色、运动等许多显著的特征所提供的信息组合在一起，并对所有这些不同视觉线索综合考虑后提出了最为合理的解释。
我的第三个一般性评论认为，看是一个建构过程，即大脑并非是被动地记录进入眼睛的视觉信息，正如上面的例子所显示的那样，大脑主动地寻求对这些信息的解释。另一个突出的例子是“填充”过程。一种类型的填充现象与盲点有关，它的发生是由于联结眼和脑的视神经纤维需要从某点离开眼睛，因此，在视网膜的一个小区域内便没有光感受器。请你闭上或遮住一只眼睛并凝视正前方。垂直地举起一个手指，把它放在距鼻尖约一英尺处，使指尖和眼睛的中心差不多处于同一水平，在水平方向移动手指使它偏离凝视中心约15度。稍加搜索你就便会发现一个看不见你指尖的地方（一定凝视正前方）。你视野内的这一个小区域是盲区。
尽管这里存在盲区，但在你的视野中似乎没有明显的洞。比如我前面讲过的，当我在家中从窗户看外面的草坪时，即使我闭上一只眼睛观看正前方，我也感觉不到在草坪中有洞。也许看起来令人吃惊的是，大脑试图用准确的推测填补上盲点处应该有的东西。大脑究竟如何作出这种推测，正是心理学家和神经科学家试图找到的东西，（我将在第四章 较全面地讨论填充过程。）
本章开头我给出了一个短语“眼见为实”。按通常的说法它的意思是，如果你看到某件东西，你就应当相信它确实存在，我将为这一神秘的成语提出一个完全不同的解释：你看见的东西并不一定真正存在，而是你的大脑认为它存在。在很多情况下，它确实与视觉世界的特性相符合。但在某些情况下，盲目的“相信”可能导致错误。看是一个主动的建构过程。你的大脑可根据先前的经验和眼睛提供的有限而又模糊的信息作出最好的解释。进化可以确保大脑在通常的情况下非常成功地完成这类任务，但情况并非总是如此，心理学家之所以热衷于研究视错觉，就是因为视觉系统的部分功能缺陷恰恰能为揭示该系统的组织方式提供某些有用线索。
那么我们应当怎样看待视觉（vision）呢？让我们把那些并不重视视觉问题的人的朴素的观点作为出发点）很清楚，我的头脑中似乎有一幅面前世界的“图像”。但很少有人相信，在大脑的某处有一个真正的屏幕，它产生与外部世界相对应的光模式。我们都知道，电视机之类的装置能够完成这种工作。然而，在打开的头颅中，我们并没有发现按规则阵列排列的脑细胞，它们在发射各种颜色的光。当然，电视图像信息并不仅仅表现在其屏幕上。如果你使用一个特殊的计算机程序来迸行艺术创作就会发现，形成画面所需信息并不是以光的模式存储的。相反，它是以记忆芯片中电荷的序列储存在计算机的记忆中，它可能是以规则的数子阵列形式存储在那里，每个数字代表该点的光强。这种记忆看来并不像图形，然而，计算机可以利用它产生屏幕上的图像。
在此我们举一个符号例子：计算机存储的信息并非图像，而是图像的符号化表示。一个符号就像一个单词，是以一个东西代表另一个东西。狗这个词代表一种动物，但没有人会把这一单词本身看成是真正的动物。符号并不一定是词，例如红色交通信号灯代表“停车”。很清楚，我们期望在大脑中发现的正是视觉景象的某种符号化表象。
那么，你也许会问，我们大脑中为什么没有一个符号化屏幕呢？假使屏幕由一个有序排列的神经细胞阵列组成，每个细胞对图像中的特定“点”进行操作，其活动强度与该点光强成正比。若该点很亮，则该细胞活动剧烈，如果无光，则细胞停止活动。（每点有三个细胞的组合，就还可同时处理颜色。）这样，表象就会是符号化的，假想的屏幕上的细胞产生的并不是光，而是代表光的符号的某种电活动。难道这不就是我们想要的一切吗？
这种排列的毛病是除了每个小光斑之外不能“知觉”任何物体。它能看到的一点也不比你的电视机能看到的东西多。你能够对你的朋友说：“当那个和蔼的女郎开始读新闻的时候，请你告诉我。”但是，试图让你的电视机做到这一点是徒劳的。我们无法使设计的电视机去识别一位妇女，更不用说去识别一位正在做某种动作的特别妇女了。但是，你的大脑（或你的朋友的大脑）却可不费吹灰之力地做到这一点。
因此大脑不可能只是一群仅仅表示在什么地方具有什么光强类别的细胞集合。它必须产生一个较高层次上的符号描述，大概是一系列较高层次上的符号描述。正如我们所看到的那样，这不是一步到位的事情，因为它必须借助以往的经验找到视觉信号的最佳解释。因此，大脑需要建构的是外界视觉景象的多水平解释，通常按物体、事件及其含义进行解释，由于一个物体（比如面孔）通常是由各个部分（如眼、鼻、嘴等）组成的，而这些部分又是由其各个子部分组成，所以符号解释很可能发生在若干个层次上。
当然，这些较高层次的解释已经隐含（implicit）在视网膜上的光模式之中。但仅仅如此是不够的，大脑还必须使这些解释更明晰（explicit）。一个物体的明晰表象是符号化的，无需进一步深入加工。隐含的表象已包含这些信息，但必须进行深入的加工使其明晰化。当屏幕上某处出现一个红点时，要使电视给出某种信号是一件很容易的事情，只要在电视机上加一个小装置就行了，但是，如果想要设计一种电视机，使它当看到屏幕上的任何地方出现女人面孔时就给出闪光，则需要更复杂的信息加工。这实在是太难了，以至于我们今天还不能制造出完成这种任务的复杂装置。
一旦某个事物以明晰的形式符号化以后，该信息就很容易成为通用的信息。它既可以用于进一步加工，又可以用于某个动作。用神经术语来说，“明晰”大概就是指神经细胞的发放必须能较为直接地表征这种信息。因此，要“看”景物，我们就需要它的明晰的、多层次的符号化①解释，这似乎是合理的。
对很多人而言，说我们看到的只是世界的一种符号化解释是难以接受的。因为所有的一切似乎都是“真实的东西”，其实，我们并不具备周围世界各种物体的直接知识。这只不过是高效率的视觉系统所产生的幻觉而已，因为正如我们已经看到的，我们的解释偶尔也会出错。然而，人们宁愿相信存在一个脱离肉体的灵魂，它借助大脑这一精巧的装置，并以某种神秘的方式产生实际的视觉。这些人被称为“二元论者”（dualists），他们认为，物质是一回事，而精神是完全不同的另一回事。与此相反，我们的惊人假说却认为，情况并非如此。所有这些都是神经细胞完成的。我们正在考虑的，是如何通过实验在两者之间作出决断。
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①更加准确的术语应该是刺激野（stimulus field）。但对大多数读者来说，我认为视野（Visual field）、视场（field Of vision）、视景（visual scene）会更合适。当然，重要的是分清外部世界的物体和看这些物体时你头脑中的相应过程。
①图中单个黑色区域的实际形状――缺口圆盘，通常被称为“派克曼（Pacmen）”。
①使用符号一词并非意味真正存在小矮人（homunculus)。它仅仅表明，神经元的发放与视觉世界的某些方面密切相关，这种符号是否应考虑为一个矢量（而不仅仅是标量）是一个棘手的问题，在此我将不予考虑。换句话说，单个符号是如何分布的？_
家园 第二章 意识的本质 第二章 意识的本质
“在任何一个领域内发现最神奇的东西，然后去研究它。”
――惠勒（John Archibald Wheeler)
要研究意识问题，首先就要知道哪些东西需要我们去解释。当然，我们大体上都知道什么是意识。但遗憾的是，仅仅如此是不够的。心理学家常向我们表明，有关心理活动的常识可能把我们引入歧途，显然，第一步就是要弄清楚多年来心理学家所认定的意识的本质特征。当然，他们的观点未必完全正确，但至少他们对此问题的某些想法将为我们提供一个出发点。
既然意识问题是如此重要和神秘，人们自然会期望，心理学家和神经科学家就应该把主要精力花在研究意识上。但事实远非如此。大多数现代心理学家都回避提及这一问题，尽管他们的许多研究都涉及意识。而大多数现代神经科学家则完全忽略这一问题。
情况也并非总是这样。大约在19世纪后期，当心理学开始成为一门实验科学的时候，就有许多人对意识问题怀有极大的兴趣。尽管这个词的确切含义当时还不太清楚。那时研究意识的主要方法就是进行详细的、系统的内省，尤其是在德国。人们希望，在内省成为一项可靠的技术之前，通过对它的精心改进而使心理学变得更加科学。
美国心理学家威廉?詹姆斯（William James）（与小说家亨利?詹姆斯是兄弟）较详尽地讨论了意识问题，在他1890年首次出版的巨著《心理学原理》一书中，他描述了被他称为“思想”（thought）的五种特性。他写道，每一个思想都是个人意识的一部分。思想总是在变化之中，在感觉上是连续的，并且似乎可以处理与自身无关的问题。另外思想可以集中到某些物体而移开其他物体。换句话说，它涉及注意。关于注意，他写下了这样一段经常被人引用的话：“每个人都知道注意是什么，它以清晰和鲜明的方式，利用意向从若干个同时可能出现的物体或一系列思想中选取其中的一个……这意味着舍掉某些东西以便更有效地处理另外一些。”
在19世纪，我们还可以发现意识与记忆紧密联系的想法；詹姆斯曾引用法国人查尔斯?理迟特（Charles Richet）1884年的一段话：“片刻的苦痛微不足道，对我而言，我宁愿忍受疼痛，哪怕它是剧烈的，只要它持续的时间很短，而且，在疼痛过去之后，永远不再出现并永远从记忆中消失。”
并非脑的全部操作都是有意识的。许多心理学家相信，存在某些下意识或潜意识的过程。例如，19世纪德国物理学家和生理学家赫尔曼?冯?亥姆霍兹（Hermann vonHelmholtZ）在谈到知觉时就经常使用“无意识推论”这种术语，他想借此说明，在逻辑结构上，知觉与通常推论所表达的含义类似，但基本上又是无意识的。
20世纪初期，前意识和无意识的概念变得非常流行，特别是在文学界。这主要是因为弗洛伊德（Freud)、荣格（Jung）及其合作者给文学赋予了某种性的情趣。按现代的标准看，弗洛伊德不能算作科学家，而应该被视为既有许多新思想、又有许多优秀著作的医生。正因为如此，他成为精神分析学派的奠基人。
早在一百年前，三个基本的观点就已经盛行：
1．并非大脑的全部操作都与意识有关。
2．意识涉及某种形式的记忆，可能是汲短时的记忆。
3．意识与注意有密切的关系。
但不幸的是，在心理学研究中兴起了一场运动，它否定意识的应用价值，把它看成是一个纯心理学概念，这部分原因是由于涉及内省的实验不再是研究的主流，另一方面，人们希望通过研究行为，特别是动物的行为，使心理学研究更具科学性。因为，对实验者而言，行为实验具有确定的观察结果。这就是行为主义运动，它回避谈论精神事件。一切行为都必须用刺激和反应去解释。
约翰。沃森（John B.Watson）等人在第一次世界大战前发起的这场行为主义运动，在美国盛行一时，并且由于以斯金纳（B.F.Skinner）为代表的许多著名鼓吹者的影响，该运动在三四十年代达到顶峰。尽管在欧洲还存在以格式塔（Gestalt）为代表的心理学派，但至少在美国，直至50年代后期和60年代认知心理学成为受科学界尊重的学科之前，心理学家从不谈论精神事件。在此之后，才有可能去研究视觉意象，并且在原来用于描述数字计算机行为的概念基础之上，提出各种精神过程的心理学模型。即便如此，意识还是很少被人提及，也很少有人去尝试区分脑内的有意识和无意识活动。
神经科学家在研究实验动物的大脑时也是如此，神经解剖学几乎都是研究死亡后的动物（包括人类），而神经生理学家大都只研究麻醉后丧失意识的动物，此时受试对象已不可能具有任何痛苦的感觉了。特别是本世纪50年代后期，戴维?休伯（David Hube1）和托斯滕?威塞尔（Torsten Wiesel）作出划时代的发现以后，情况更是如此。他们曾发现，麻醉后的猫大脑视皮层上的神经细胞，对人射到其眼内的光照模式呈现一系列有趣的反应特性。尽管脑电波显示，此时猫处于睡眠而非清醒的状态。由于这一发现及其后的工作，他们获得了1981年诺贝尔奖。
要研究清醒状态下动物脑神经反应的特性，是一件更加困难的事情（此时不仅需要约束头部运动，还要禁止眼动或详细记录眼动）。因此，很少有人做比较同一个大脑细胞在清醒和睡眠两种状态下，对同一视觉信号的反应特性的实验，传统的神经科学家回避意识问题，这不仅仅是因为实验上的困难，还因为他们认为这一问题太具哲学味道，很难通过实验加以观测。一个神经科学家要想专门去研究意识问题，很难获得资助。
生理学家们至今还不大关心意识问题，但在近几年，某些心理学家开始涉及这一问题，我将简述一下他们中的三个人的观点。他们的共同点，就是忽视神经细胞或者说对它们缺少兴趣。相反，他们主要想用标准的心理学方法对理解意识作出贡献。他们把大脑视为一个不透明的“黑箱”，我们只知道它的各种输入（如感觉输入）所产生的输出（它产生的行为）。他们根据对精神的常识性了解和某些一般性概念建立模型。该模型使用工程和计算术语表达精神。上述三个作者也许会标榜自己是认知科学家。
现任普林斯顿大学心理系教授的菲力普?约翰逊-莱尔德（Philip Johnson-Laird）是一位杰出的英国认知心理学家。他主要的兴趣是研究语言，特别是字、语句和段落的意义。这是仅人类才有的问题，莱尔德不大注意大脑是不足为奇的。因为我们有关灵长类大脑的主要信息是从猴子身上获得的，而它们并没有真正的语言，他的两部著作《心理模型》（Mental Models）和《计算机与思维》（The COmputer and the 肋Mind）着眼点是放在怎样描述精神的问题（大脑的活动）以及现代计算机与这一描述的关系。他强调指出，大脑具有高度并行的机制（即数以万计的过程可以同时进行），但它做的多数工作我们是意识不到的。①
约翰逊-莱尔德确信，任何一台计算机，特别是高度并行的计算机，必须有一个操作系统用以控制（即使不是彻底的控制）其余部分的工作，他认为，操作系统的工作与位于脑的高级部位的意识之间存在着紧密的联系。
布兰迪斯大学（Brandeis University）语言学和认知学教授雷?杰肯道夫（RavJackendoff）是一位著名的美国认知科学家。他对语言和音乐具有特殊的兴趣。与大多数认知科学家类似，他认为最好把脑视为一个信息加工系统。但与大多数科学家不同的是，他把“意识是怎样产生的”看作是心理学的一个最基本的问题。
他的意识的中间层次理论（Intermediate-Level Theory of Consciousness）认为，意识既不是来自未经加工的知觉单元，也不是来自高层的思想，而是来自介于最低的周边（类似于感觉）和最高的中枢（类似于思想）之间的一种表达层次。他恰当地突出了这个十分新颖的观点。
与约翰逊-莱尔德类似，杰肯道夫在很大程度上也受到脑和现代计算机之间类比的影响。他指出，这种类比可以带来某些直接的好处，比如，计算机中存储了大量信息，但在某一时刻，只有一小部分信息处于活动状态。大脑中亦是如此、
然而，并非大脑的全部活动都是有意识的。因此，他不仅仅在脑和思维之间，而且在脑（计算思维）与所谓的“现象学思维”（大体指我们所能意识到的）之间作了严格的区分。他同意莱尔德的观点，我们意识到的只是计算的结果，而非计算本身。①
他还认为，意识与短时记忆之间存在紧密的联系。他所说的“意识需要短时记忆的内容来支持”这句话就表达了这样一种观点。但还应补充的是，短时记忆涉及快速过程，而慢变化过程没有直接的现象学效应。
谈到注意时他认为，注意的计算效果就是使被注意的材料经历更加深入和细致的加工。他认为这样就可以解释为何注意容量如此有限。
杰肯道夫与约翰逊-莱尔德都是功能主义者。正如在编写计算机程序时并不需要了解计算机的实际布线情况一样，功能主义者在研究大脑的信息加工和大脑对这些信息执行的计算过程时，并没有考虑到这些过程的神经生物学实现机制。他们认为，这种考虑是无关紧要的，至少目前为时过早。①
然而，在试图揭示像大脑这样一个极端复杂的装置的工作方式时，这种态度并没有什么好处。为什么不打开黑箱去观察其中各单元的行为呢？处理一个复杂问题时，把一只手捆在背后是不明智的。一旦我们了解了大脑工作的某些细节，功能主义者关心的高层次描述就会成为考虑大脑整体行为的有用方法。这种想法的正确性可以用由低水平的细胞和分子所获得的详细资料精确地加以检验。高水平的尝试性描述应当被看作是帮助我们阐明大脑的复杂操作的初步向导。
加利福尼亚州伯克利的赖特研究所的伯纳德?巴尔斯（BernardJ．Baars）教授写了《意识的认知理论》一书，虽然巴尔斯也是一位认知科学家，但与杰肯道夫或约翰逊-莱尔德相比，他更关心人的大脑。
他把自己的基本思想称为全局工作空间（GlObal Workspace）。他认为，在任一时刻存在于这一工作空间内的信息都是意识的内容。作为中央信息交换的工作空间，它与许多无意识的接收处理器相联系。这些专门的处理器只在自己的领域之内具有高效率。此外，它们还可以通过协作和竞争获得工作空间。巴尔斯以若干种方式改进了这一模型。例如，接收处理器可以通过相互作用减小不确定性，直到它们符合一个唯一有效的解释。（l）
广义上讲，他认为意识是极为活跃的，而且注意控制机制可进入意识。我们意识到的是短时记忆的某些项目而非全部。
这三位认知理论家对意识的属性大致达成了三点共识。他们都同意并非大脑的全部活动都直接与意识有关，而且意识是一个主动的过程；他们都认为意识过程有注意和某种形式的短时记忆参与；他们大概也同意，意识中的信息既能够进入到长时情景记忆（long-termepisodic memory）中，也能进入运动神经系统（motor system）的高层计划水平，以便控制随意运动。除此之外，他们的想法存在着这样那样的分歧。
让我们把这三点想法铭记在心，并将它们与我们日益增长的脑内神经细胞的结构和活动的知识结合起来，看看这样的研究方法能够得到什么结果。
我自己的大多数想法是在与我的年轻同事加州理工学院计算与神经系统副教授克里斯托弗?科赫（Christof Koch）的合作研究中形成的。科赫与我相识于80年代初，当时他还是托马索?波吉奥（Tomaso Poggio）在蒂宾根（Tubingen，德国城市）的研究生。我们的探索在本质上是科学的。②我们认为，泛泛的哲学争论无助于解决意识问题。真正需要的是提出有希望解决这些问题的新的实验方法。为了做到这一点，我们还需要一个尝试性的思想体系，它随着我们工作的进展不断加以改进和扬弃。一个科学方法的特点应是不试图建立包罗万象的理论，从而一下子解释意识问题的所有方面。也不能把研究的重点放在语言上，因为只有人类才有语言。而是应选择在当时看来对研究意识最有利的系统，并从尽可能多的方面加以研究，正如在战争中，通常并不采取全面进攻，而是往往找出最薄弱的一点，集中力量加以突破。
我们作出了两条基本假设。第一条就是我们需要对某件事情作出科学解释。尽管对哪些过程能够意识到还可能有争议，但大家基本同意的是，人们不能意识到头脑中发生的全部过程。当你意识到许多知觉和记忆过程的结果时，你对产生该意识的过程可能了解很有限。（比如，“我如何想起了我祖父的名字呢?”）实际上，某些心理学家已经暗示，即使对较高级的认知过程的起源，你也只有很有限的内省能力。在任一时刻，可能都有某些活跃的神经过程与意识有关，而另一些过程与意识无关。它们之间的差别是什么呢？
我们的第二条假设是尝试性的：意识的所有不同方面，如痛觉和视觉意识（visualawareness），都使用一个基本的共同机制或者也许几个这样的机制。如果我们能够了解其中某一方面的机制，我们就有希望借此了解其他所有方面的机制。自相矛盾的是，意识似乎如此古怪，初看起来又是如此费解，只有某种相当特殊的解释才有可能行得通。意识的一般本质也许比一些较常见的操作更容易被发现。像脑如何处理三维信息，在原则上可以用很多不同的方法去解释。这一点是否正确还有待于进一步观察。
克里斯托弗和我认为，某些问题可以暂且放在一边或者只是无保留地陈述一遍，根本无需进一步讨论。因为，经验告诉我们，如果不是这样的话，很多宝贵的时间就会耗费在无休止的争论上。
1．关于什么是意识，每个人都有一个粗略的想法。因此，最好先不要给它下精确的定义，因为过早下定义是危险的，在对这一问题有较深入的了解之前，任何正式的定义都有可能引起误解或过分的限制：①
2．详细争论什么是意识还为时过早，尽管这种探讨可能有助于理解意识的属性。当我们对某种事物的定义还含糊不清时，过多地考虑该事物的功能毕竟是令人奇怪的。众所周知，没有意识你就只能处理一些熟悉的日常情况，或者只能对新环境下非常有限的信息作出反应。
3．某些种类的动物，特别是高等哺乳动物可能具有意识的某些（而不需要全部）重要特征。因此，用这些动物进行的适当的实验有助于揭示意识的内在机制。因此，语言系统（人类具有的那种类型）对意识来说不是本质的东西，也就是说，没有语言仍然可以具有意识的关键特征。当然，这并不是说语言对丰富意识没有重要作用。
4．在现阶段，争论某些低等动物如章鱼、果蝇或线虫等是否具有意识是无益的。因为意识可能与神经系统的复杂程度有关。当我们不论在原理上和细节上都清楚地了解了人类的意识时，这才是我们考虑非常低等动物的意识问题的时候。
出于同样原因，我们也不会提出，我们自身的神经系统的某些部分是否具有它们特殊的、孤立的意识这样的问题。如果你偏要说：“我的脊髓当然有意识，只不过是它没有告诉我而已。”那么，在现阶段，我不会花时间与你争论这一问题。
5．意识具有多种形式，比如与看、思考、情绪、疼痛等相联系的意识形式。自我意识，即与自身有关的意识，可能是意识的一种特殊情况。按照我们的观点，姑且还是先将它放在一边为好。某些相当异常的状态，如催眠、白日梦、梦游等，由于它们没有能给实验带来好处的特殊特征，我们在此也不予考虑。(1)如果这看来像是唬人的话，你不妨给我定义一下基因（gene)这个词，尽管我们对
基因已经了解许多，但任何一个简单的定义很可能都是不充分的，可想而知，当我
们对某一问题知之甚少时，去定义一个牛物学术语是多么困难。
我们怎样才能科学地研究意识呢？意识具有多种形式。正如我们已经解释过的，初始的科学探索通常把精力集中到看来最容易研究的形式。科赫和我之所以选择视觉意识而不是痛觉意识或自我感受等其他的什么形式，就是因为人类很大程度上依赖于视觉。而且，视觉意识具有特别生动和丰富的信息。此外，它的输入高度结构化，也易于控制。正是由于这些原因，许多实验工作己围绕它展开。
视觉系统还有另外的优点。由于伦理学上的原因，很多实验不能在人身上进行，但是可以在动物身上进行（这将在第九章 进行充分讨论），幸运的是，高等灵长类动物的视觉系统似乎与人类有某些相似之处。许多视觉实验已经在诸如恒河猴等灵长类动物身上完成了。倘若我们选择语言系统去研究，我们就不会有合适的实验动物。
由于我们对灵长类大脑的视觉系统具有的详尽知识（这将在第十、十一章 进行充分讨论），因而我们知道大脑的各个视觉部分是如何分解视野的图像的。但我们还不清楚，大脑是怎样把它们整合在一起，以形成像我们看到的那样的、高度组织化的外部世界的景观。看来，大脑就如同把某种整体的统一性叠加到了各视觉部分的神经活动之中。这样，某一物体的各个属性（形状、颜色、运动、位置等）就可以组装在一起，不至于与视野中的其他物体发生混淆。
这一全局过程所需要的机制，可以用“注意”很好地去描述，并且还涉及某种形式的短时记忆。有人已提出建议，这种全局的统一性，可以用有关神经元的相关发放进行表达。粗略他讲，这意味着对某个物体特性进行响应的神经元趋于同步发放，而对其他物体响应的神经元的发放则与这一相关发放集并不同步（这将在第十四、十七章 进行充分讨论），为了探索这一问题，我们需要先对视觉心理学有一些了解。
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①约翰逊-莱尔德尤其对自我反应和自我意识感兴趣。出于策略上的考虑，这些问题先放在一边。
①杰肯道夫用自己的行后表达这一点。他把我称为“结果”的东西叫做“信息结构”。
①遗传学也关心各代之间和个体内部的信息传递。但真正的突破是在DNA结构把该习语所表达的信息显示得一清二楚之后。
①我不想赘述巴尔斯模型的所有复杂性。为了解释意识问题的各个方面，如自我意识、自我监控以及其他一些心理活动，如无意识的断章取义、意志、催眠等，他的模型附加了许多复杂性。
②下文我将广泛引述科赫和我在1990年在《神经科学研讨》（Seminars in the Neurosciences，SIN)杂志上发表的一篇关于该问题的文章中的思想。
家园 第一章 引言 第一章 引言
问：什么是灵魂？
答：灵魂就是离开躯体但却具有理智和自由意志的活的生物体。①
――罗马天主教教义问答手册
惊人的假说是说，“你”，你的喜悦、悲伤、记忆和抱负，你的本体感觉和自由意志，实际上都只不过是一大群神经细胞及其相关分子的集体行为，正如刘易斯?卡罗尔（DewisCarroll）书中的爱丽丝（Alice）所说：“你只不过是一大群神经元②而已。”这一假说和当今大多数人的想法是如此不相容，因此，它可以真正被认为是惊人的。
在所有的民族和部落之中，人类对大自然特别是自身特性的兴趣由来已久，尽管其表现方式有所不同，这可以追溯到有历史记载的远古时代，并且肯定比这个时间还要早。这从人类广泛出现的精致的墓葬中就可作出判断。大多数宗教都认为，人死后仍存在某种形式的精神，它在一定程度上体现了人类的本质。如果失去精神，则躯体就不能正常工作，人死后灵魂会离开躯体，至于以后发生的事情，是上天国、下地狱，还是人炼狱或者转世成为驴
子或蚊虫什么的，不同的宗教则有不同的说法，并非所有的宗教在细节上都完全一致。这通常是由于它们基于不同的教义，如基督教的圣经和伊斯兰教的古兰经就形成鲜明的对比。尽管不同的宗教存在差异，但至少在一点上它们有着广泛的共识：人类确实具有灵魂，这并不仅仅是一种比喻。当今大多数人还抱有这一信念，而且在许多情况下，这一信念相当强烈和执著。
当然也有少数例外。其中之一是少数追随亚里斯多德（Aristotle）的极端的基督教徒，他们怀疑女人是否具有灵魂或具有和男人一样品质的灵魂。某些宗教很少关心死后的生活，如犹太教就是如此。动物是否具有灵魂，不同的宗教也有不同的说法。有一个老笑话说，哲学家（尽管他们也有区别）大体上可分成两类：自己养狗的确信狗有灵魂；自己没有狗的则否认灵魂的存在。
然而，今天仍有少数人（包括共产党国家的一大部分人）持有完全不同的观点。他们认为，有别于躯体且不遵从我们已知的科学规律的灵魂完全是一种神话。我们很容易理解这类神话产生的原因。的确，倘若我们不甚了解物质、辐射以及生物进化的本质，那么这种神话的出现似乎就不足为奇了。
那么，灵魂这一基本概念为什么应当被怀疑呢？当然，如果绝大多数人都相信灵魂，在表面看来，这本身也是灵魂存在的证据。不过，4千年前，几乎每个人都相信地球是平的。现在，这一观点已发生了根本变化，其主要原因是现代科学的进步。按照我们今天的标准，地球是个很小的地方，但在当时却认为很大，尽管还不知道它的确切尺寸。我们今天的大多数宗教信仰就起源于那个时代。任何一个人的直接知识仅仅来源于地球的一个小小的部分。因而，当时人们有理由认为，地球是宇宙的中心，而人类处于宇宙的领导地位，随着时间的消逝，地球的起源渐渐被人们遗忘。而当时认为的地球的时间跨度，尽管与人的经历相比显得很长，但在今天看来仍然短得可笑。那时人们相信，地球的寿命少于1万年，这是不难理解的。现在我们已经知道，它的真正年龄是46亿年。在当时看来，星星似乎离我们很远，大概固定在球形的太空。而宇宙可延伸到无限远（大于100亿光年），这在当时简直是不可想像的事情（某些东方宗教，如印度教，则是例外。他们把夸大时间和距离纯粹作为一种乐趣）。
在伽利略（Gali1eo）和牛顿（Newton）之前，我们的基础物理学知识还是很原始的。太阳和行星被认为是以某种非常复杂的方式有规律地运动着。因而他们有理由相信，只有天使才能引导它们。还有什么别的力量能使它们的行为如此规律呢？甚至到了16、17世纪，我们对化学的理解大部分还是不正确的。事实上，直至本世纪初，还有某些物理学家怀疑原子是否存在。
今天,我们已经知道了很多有关原子的特性，并赋予每种元素一个原子序数。我们已经详细地了解到它们的结构以及控制它们行为的大部分规律。物理学已经为化学提供了理论框架。我们的有机化学知识与日俱增。
我们承认，在很短的距离（在原子核内）、极高的能量及极大的引力场中发生的事情我们还不能真正理解。但是大多数科学家认为，对于地球上我们通常所处的条件（只有在非常特殊的情况下，一种原子才转变为另外一个原子），我们知识上的这种不完备性，对理解思维和脑影响不大。
除了基本的化学和物理学知识之外，地球科学（如地理学）和天文科学（天文学和宇宙学）已经为我们生存的世界和宇宙描绘了一幅与传统宗教建立时的基本观念遇然不同的图画。宇宙的现代图景及其发展规律，构成了目前生物学知识的基本背景。在过去的一个半世纪的历程中，这些知识发生了根本性变化。直到达尔文（Darwin)和华莱士（Wallace）各自独立地发现了导致生物进化（自然选择过程）的基本机制之前，“造物的论点”（Argumentfrom Desgn）似乎仍然是不可辩驳的。像人体这样结构复杂和设计精巧的有机体的产生，不借助至灵至慧的造物主的设计怎么可能呢？今天，这一论点已经完全过时了。我们知道，一切生命，从细菌到我们人类自己，都是与生物化学水平的活动紧密相关的。地球上的生命已经存在了数十亿年，这期间许多种类的动物和植物都已经发生了变化，而且往往是根本性的变化。恐龙已经灭绝，在它们生活的地方，出现了很多新的哺乳动物。今天，无论是在野外还是在实验室内，我们都可以观察到基本的进化过程。
在本世纪，生物学有了突飞猛进的发展。对基因的分子基础及其精确的复制过程，对蛋白质及其合成机制的详细知识，都有了更深入的了解，现在我们已经知道，蛋白质具有很强的功能，其用途也非常广泛，它能构成精巧的生化装置的基础。胚胎学（目前经常被称为发育生物学）是当前研究的重点。一个海胆的受精卵经过多次分裂，最终会变成一个成熟的海胆，但是，如果把受精卵第一次分裂后的两个子细胞分开，那么每个子细胞就会各自发育成一个独立的、但却更小的海胆。类似的实验也可以在蛙卵上完成。经过分子自身的重新组织，从本来应该产生一个动物的物质中产生出两个小动物，这一现象在100年前发现时，曾被认为是某种超自然的生命力（Life Force）作用的结果。根据生化基础，用有机分子和其他分子的特性及其相互作用去解释生物的戏剧性复制，似乎是不可想像的事情。现在，对这一过程的发生机制，在原理上我们感到已经没有什么困难了。我们曾料想这种解释是很复杂的。科学史上充斥着一些观点，认为有的东西在本质上就是不可理解的（如“我们永远不会知道星星是由什么形成的”），在大多数情况下，时间将会说明，这些预言是不正确的。
一个现代的神经生物学家，无须借助灵魂这个宗教概念去解释人类和其他动物的行为。这使人想起当年拉普拉斯（Laplace）解释太阳系的运动规律时，拿破仑（Napleon）曾经提出的问题：“那么，上帝如何发挥作用呢？”拉普拉斯回答：“陛下，我不需要这一假设。”并非所有的神经科学家都相信灵魂是一个神话，约翰?埃克尔斯爵士（sir JohnEccles）就是一个明显的例外，但大多数科学家确实认为灵魂是神话。这并非是由于他们能证明灵魂这一概念是虚假的，而是他们目前并不需要这一假设。从人类历史发展的角度看，脑研究的主要目标不仅仅是理解和治疗各种各样的脑疾病（尽管这是很重要的），更主要的是掌握人类灵魂的真正本质。不管灵魂这个术语是比喻性的或是确实存在，它恰恰是我们正在试图研究的东西。
许多受过教育的人，特别是在西方世界，也都相信灵魂仅是一种比喻。一个人在被孕育之前和死后是不会存在个人生命的，他们也许会把自己称为无神论者、不可知论者、人文主义者，或是离经叛道的信徒，但他们都否认传统宗教的主要观点。然而，这并不意味着他们通常考虑自己时与传统的方式完全不同，因为旧的思维习惯是很难消逝的。一个人也许在宗教意义上并不是一个信徒，但在心理上也许会继续像信徒那样思考问题，至少在日常生活中是如此。
因此，我们需要使用更鲜明的术语来表述我们的想法，科学的信念就是，我们的精神（大脑的行为）可以通过神经细胞（和其他细胞）及其相关分子的行为加以解释。①对大多数人而言，这实在是一个惊人的概念，很难使人相信，我们自己仅是一群神经细胞的精细行为，即便这种细胞是大量的，它们的相互作用是极其复杂的，读者不妨想像一下这一观点。（“无论他说些什么，梅布尔，我知道我正在某处看世界。”）
为什么惊人的假说如此令人吃惊呢？我认为主要有三个原因，首先是许多人还不愿意接受被称作“还原论”的研究方法，即复杂系统可以通过它各个部分的行为及其相互作用加以解释。对于一个具有多种活动层次的系统，这一还原过程将不止一次地加以重复。也就是说，某一特定部分的行为可能需要用它的各个组成部分及其相互作用的特性加以解释。例如，为了理解大脑，我们需要知道神经细胞的各种相互作用，而且每个细胞的行为又需要用组成它的离于和分子的行为来解释。
这种过程在哪里终止呢？幸运的是，存在一个自然的中断点。这发生在（化学）原子的水平。每个原子有一个携带正电荷的重原子核，它被一个有组织的电子云所包围。这些电子既轻又灵活，而且携带负电荷。每个原子的化学性质几乎完全由核电荷确定。核的其他性质，如质量数及偶极矩、四极矩强度等次级电学性质，在大多数情况下，对它的化学性质影响很小。
大体上说来，原子核的质量数和电荷数不会发生变化，至少在生命赖以生存的温度和环境中如此。在此情况下，原子核的亚结构知识对研究化学是不必要的。原子核由各种质子和中子组成与质子和中子由夸克组成没有区别。为了解释大多数化学事实，所有的化学家都需要知道原子的核电菏数，为此，我们需要懂得一种料想不到的力学类型――量子力学，它控制微小粒子特别是电子的行为。实际上，由于计算很快就变得极端复杂，因此，人们主要是应用各种粗略的“拇指规则”（rules-of-thumb），以便用量子力学术语进行合理的解释。在这一水平以下，我们无需去冒险。(1)
至今仍有许多人企图说明还原论是行不通的。他们通常光是采用相当正式的定义形式，进而说明这种类型的还原论是不真实的。他们忽略的一点是，还原论并非是用一组低层次上的、固定的思想去解释另一组高层次的、固定的思想。它并不是一种一成不变的过程，而是一个动态的相互作用过程。它随着知识的发展，不断修改两个层次已有的观念。“还原论”毕竟是推动物理学、化学和分子生物学发展的主要理论方法。它在很大程度上推动了现代科学的蓬勃发展。除非遇到强有力的实验证据，需要我们改变态度，否则，继续运用还原论就是唯一合理的方法。反对还原论的泛泛的哲学争论是我们不希望看到的。
另外一个有些人喜欢的哲学论点是“还原论”中包含了“分类错误”，例如：本世纪20年代他们说，把基因视为一种分子（现在我们应该说是配对分子中的一部分）是一种分类上的错误，基因是一回事，分子则是另外一回事，现在看来，这种反对意见是十分空洞的。②分类对于我们来说并非是绝对的，只是人们的一种规定而已。历史告诉我们，某种听起来很合理的分类，有时也可能是错误的和会使人发生误解的，回想一下古代和中世纪医学上有关人体四种体液的分类（血液、粘液、黄胆汁和黑胆汁），我们就清楚了。
惊人的假说使人感到奇怪的另一个原因，是意识的本质。比如说，我们有一幅外部世界的生动的内部图画：，如果把它仅仅看成是神经元行为的另外一种描述方式，这看来也是一种分类错误。但是我们已经看到，这种论点并不总是可信的。
哲学家特别关心可感受特性问题，如怎样解释红的程度和痛的程度。这是一个非常棘手的问题，它来自这样一个事实：不管我们自己感受到的红色多么鲜明，都无法与其他人进行准确的交流，至少在通常情况下是这样。倘若你不能以确定的方式描述一个物体的特性，那么当你使用还原论的术语解释这些特性时，就可能遇到某些困难。当然这并不是说，在适当的时候无法向你解释清你看红色时的神经相关物。换句话说，我们有可能说，只有你头脑中一走的神经元和（或）分子以确定的方式活动时，你才能感受到红色。这也许说明了，为什么你能体验到鲜明的颜色感觉。为何某种神经行为必定使你看到红色，而另一种使你看到蓝色，而不是相反的情况。
即使得出结论说，我们不能解释红色的程度（因为你无法将你的红色感觉准确地告诉我），这也并不意味着，你我看到的红色是不同的。如果我们知道，你我大脑中的红色神经相关物严格相同，我们就可以作出科学推论，你我在观看红色时具有同样的感受。问题在于“严格”一词。我们能有的精确程度，取决于我们对该过程的详尽知识。如果红色的神经相关物主要依赖于我过去的经历，而你我的经历义大不相同，那么我们就不能推断出你我看到的红色完全相同。
因此，可能有人做出结论，要想了解各种不同形式的意识（consciousness），我们首先就需要知道它们的神经相关物。
惊人的假说让人感到奇怪的第三个原因，是我们无法否认意志（Will）是自由的这种感觉。两个相应的问题立刻就会产生：我们能够发现表现为自由意志的事件的神经相关物吗、我们的意志并不仅仅表现为自由的吗？我相信，只要我们首先解决了意识问题（problem ofawareness or consciousness），①再解释自由意志就会比较容易了。（该问题将在附录中用较长篇幅加以讨论。）
这一超常的神经机器（machine）是怎样产生的呢？要理解大脑，非常重要的一点就是要懂得，大脑是在长期的进化过程中自然选择的最终产物，大脑并非由工程师设计的，但它却能在狭小的空间内靠消耗微不足道的能量来完成十分巧妙的工作。由双亲遗传给我们的基因经历了千百万年的进化，它受到我们远古祖先生活经历的深刻影响。这些基因以及在出生前由其引导的发育过程决定了大脑各部位的基本结构。我们已经知道，出生时的大脑并非自纸一张，而是一个复杂的结构，它的很多部分已经各就各位。经验将会不断调节这一大体确定的装置，直到它能完成精细的工作。
进化并非是一个彻底的设计者。确实，正如法国分子生物学家雅克布（FranccoisJacob）所说：“进化是一个修补匠。”它主要通过一系列较小的步骤，根据从前已有的结构去构造。进化又是机会主义的。只要某一新装置可以工作，即使工作方式很奇特，进化也会采用它。这就意味着，最有可能被进化选上的，是那些较容易地叠加到已有结构上的改变和改进。它的最终设计不会很彻底，而是一群相互作用的小配件的零散累加。令人奇怪的是，这种系统比直接针对某项任务设计的机器往往工作得更好。
成熟的大脑是自然和培育的共同产物。从语言方面就很容易认识到这一点。只有人类才具备流利地使用复杂语言的能力，而与我们有着最近亲缘关系的类人猿，即使经过长期的训练，它的语言也是很贫乏的。而且我们学得的实际语言也在很大程度上依赖
于我们成长的环境和生活方式。
还需要说明两个更具哲学意味的观点。首先，大脑的许多行为是“突现”的，即这种行为并不存在于像一个个神经元那样的各个部分之中。仅仅每个神经元的活动是说明不了什么问题的。只有很多神经元的复杂相互作用才能完成如此神奇的工作。
突现（emergent）一词具有双重含义，首先它具有神秘的色彩。这就意味着，突现行为无论如何（哪怕在原理上）也不能理解为各个分离部分的组合行为，我发现很难说明这种想法指的是什么。突现的科学含义（或者说至少我是这样使用的）是指如下假设，即使整体行为不等同于每一部分的简单叠加，但这种行为至少在原理上可以根据每一部分的本性和行为外加这些部分之间如何相互作用的知识去理解。
一个简单的例子就是基础化学中的有机化合物，比如苯，苯分子由对称地排列在一个环上的六个碳原子和环的外侧与每个碳原子相连的氢原子组成。除了质量之外，苯分子的其他特性并非都是十二个原子的简单叠加。然而，只要了解各部分的相互作用机制，其化学反应和光谱吸收等特性都可以计算出来。当然，这需要量子力学告诉我们如何去做。奇怪的是，并没有人会从“苯分子大于其各部分的总和”的说法中获得神秘的满足感。然而却有很多人津津乐道于用这样的方式谈论大脑。大脑如此复杂而又因人而异，因此，我们也许永远得不到某个特定大脑如何工作的详细知识。但我们至少有希望了解，大脑如何通过很多部分的相互作用产生复杂的感觉和行为的普遍原理。
当然，也许还有某些重要的过程尚未发现。但我怀疑，即使我们已经知道大脑某个部分的确切行为，在某些情况下，我们也无法立刻了解对它的解释。因为其中可能包含了许多尚未阐明的新的概念和想法。但是我们并不像某些悲观主义者那样，认为我们的大脑生来就不能理解这些想法。如果这些困难确实存在，当我遇到它们时，我宁愿正视它们。我们具有高度进化和发达的大脑，它使我们能够顺利地处理与日常生活紧密关联的很多概念，无论如何，受过训练的大脑能够把握许多超越我们日常经验的现象，比如相对论和量子力学，这些思想是违反直觉的，但长期的实践能使受过训练的大脑正确地理解和熟练地处理这些现象。有关我们大脑的想法很可能具有同样的基本特点。初看起来它们似乎很陌生，但经过实践我们也许能满怀信心地操纵它们。
无论是大脑的各个组成部分，还是它们之间的相互作用，都没有明显的理由说明，我们无法获得这些知识。只是由于所涉及过程的极端复杂性和多样性，我们的进展才如此缓慢。
第二个需要澄清的哲学难题涉及外部世界的真实性。我们大脑的进化结果主要适宜处理我们自身以及与周围世界的相互作用。但这一世界是真实的吗？这是一个由来已久的哲学问题，在这里，我们不想被卷人由此引发的喋喋不休的争论之中。我只想陈述一下我自己的研究假设：确实存在一个外部世界，它大体上不依赖于我们对它的观察。我们也许永远不能全面了解这个外部世界，但我们能够通过我们的感觉和大脑的操作获得外部世界某些方面的近似信息。如我们将在下文中看到的那样，我们不可能意识到我们头脑中所发生的一切，我们只能意识到大脑活动的某些方面。此外，无论是对外部世界本质的解释还是对我们自身内省的解释，这些过程都可能出现错误，我们可能以为，我们知道自己某项活动的动机，但至少在某些情况下很容易说明，我们实际上是在欺骗自己。
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①当我的妻子奥黛尔（Odile)还是一个小姑娘时，一位年长的爱尔兰女子给她上宗教教义课。该老师常把“being”（生物）念成“be-in”。奥黛尔把它听成了“bean”（蚕豆）。她对灵魂是脱离躯体的活蚕豆（living bean）的想法着实感到迷惑不解。但她只是把困惑埋在心头，并没有和别人讲。
②“神经元”（neunron）是神经细胞（nerve cell）的科学术语。
①这个想法并不新奇，在霍勒斯.巴洛（Horace Barlow）的著名论文中就有特别明确的表述。
（1）主要的例外是放射性：一个原子变为另一个原子的罕见情况，这在星星、原子反应堆、原子弹、辐射矿的原子（这很少被注意）以及在实验室特殊设计的实验中会发生。辐射可以产生DNA（遗传物质）突变，因而不能完全忽略，但它不大可能是我们大脑行为的重要的基本过程。
②加拿大哲学家保罗和帕待丽夏?丘奇兰德（Paul and Patricia Churchland,现在加利福尼亚州大学圣迭戈分校）已经非常圆满地回答了那些反对还原论的观点。参见有关参考文献和阅读材料。
①我有时交替使用Awareness和Consciousness两个术语。对于Consciousness的某些特殊方面，我更倾向了使用Awareness(如Visual Awareness）。某些哲学家认为这两个词具有严格的区别，但对如何区分却没有一致的看法，我承认，在日常谈话中，当我想使人有些吃惊时，我用“Consciousness”，否则，就用“Awareness”。