認知科學——在自然科學和社會科學的交叉點上

07-20

趙南元（清華大學自動化系教授）在古代自然科學與社會科學是渾然一體的，十六世紀以後，自然科學逐步從神學或哲學中分離出來，取得了獨立的地位，自然科學的各個學科逐步融合，物理學、化學、生物學形成了完整的鏈條。按照基本粒子、原子、分子、生命、意識、社會的進化歷程，社會科學最終也會整合到這一鏈條之中，統一性是科學的基本要求之一。交叉科學的發展促進了科學的統一，生物化學使生物學與化學連成一體，化學鍵的量子力學解釋使化學有了物理學基礎。科學最後的也是最大的分裂是自然科學與社會科學的分裂，而認知科學的發展可能促成它們的統一，因為社會是由人組成的，而認知科學所解決的恰恰就是「人是什麼」的問題。反過來也可以說，不消滅自然科學與社會科學之間的斷層，認知科學也就沒有立足之地。一、認知科學認知科學研究人腦的認知過程和機制，包括意識、感情、思維這樣的高級神經活動。20世紀70年代興起的認知科學本身就是一門交叉科學，涉及哲學（認識論）、心理學、人類學、腦神經科學、語言學和計算機科學（人工智慧），還可以加上進化生物學和動物行為學。認知科學在國內又稱思維科學，目標是揭示人腦認知過程的機制，用計算機程序實現這一機制並加以驗證。認知科學與哲學認識論的對象是相同的，都是人的精神世界，但研究的層次不同：哲學層次的研究比較抽象、概括，認知科學則具體而詳細；二者的評價準則也不同，哲學的認識論無須經受嚴格的實驗檢驗，而認知科學的每一觀點都必須經受住實驗的證明，否則就無所謂科學。當然二者的關係也非常密切，認知科學的研究受認識論的影響，認知科學的成果對認識論構成檢驗。另一方面，認知科學所研究的內容實際上是用科學的方法回答「人是什麼」這一問題，而「人」是人文社會科學的基本元素，因此對這一問題的科學解釋將促進人文學科的科學化，促成自然科學和人文社會科學融合成統一的大科學。「人」正處在自然科學和社會科學的分界線上，成為二者之間的隔離帶，但如果對「人」能有科學的解釋，那麼「人」就可以成為連接二者的橋樑。二、現狀和困難自然科學與社會科學之間在很多方面遵循著不同的準則。例如，自然科學不接受超自然的解釋，而社會科學可以接受；自然科學要求實驗的重複性，社會科學不要求；自然科學崇尚理性，而社會科學可以容忍非理性；自然科學已經統一於共同的基礎，而社會科學則缺乏共同基礎；等等。在自然科學家看來，社會科學不象科學；而在社會科學家眼裡，自然科學沒有「人性」。關於人文學科與自然科學的關係早已有了諸多的議論，多數人認為二者之間有著「本質」的區別而難以融合，甚至有人認為人文學科與自然科學是兩種不同的文化。還有人認為，人文學科和自然科學是社會拱門的兩個支柱，由於自然科學發展太快，兩根支柱高度的差別越來越大，導致社會失衡乃至傾覆，主張限制自然科學的發展，以維持社會平衡。反之，也有人認為是社會科學太不發達，例如喬治·索羅斯就說：「我正好對真理有上癮一般的渴望，因此我堅持社會科學是一種鍊金術，不是科學，科學有崇高的聲望，因此說你在研究科學很有吸引力，這是一種有魔力的說法，社會科學家可能被這個說法迷惑了。……社會科學家和自然科學家一樣有心追求真理，但是他們有玩弄魔法的機會，自然科學家大致上沒有這種機會。」現狀似乎顯示在人文學科和自然科學之間存在著不可逾越的鴻溝，追求大統一的科學近乎幻想。但是如果我們對於人文學科與自然科學分裂的理由作出具體的分析和審視，就可以發現這種分裂並沒有必然性，其原因僅僅是成習和偏見。消除偏見往往需要漫長的過程，但指出偏見是現在就可以做到的。自然科學的各門學科幾乎都經歷過從非科學向科學的轉換，這種轉換用庫恩的話來說叫做範式的轉換，拋棄沒有生產能力的舊概念、舊方法論，創建能夠成為學科發展基礎的新概念和方法論。例如從亞里士多德物理學向伽利略物理學的轉換，從鍊金術向現代化學的轉換，從弗羅伊德心理學向實驗心理學的轉換。試想如果我們仍然接受亞里士多德的觀點，認為物體之所以下落是由於墮落的本性，現代物理學是不可想像的。從社會鍊金術向社會科學的轉換同樣需要範式的轉換。三、「人」是什麼這裡所說的「人」當然不是指人的生物學特徵，而是指與人文社會科學有關的部分，即人的精神世界，或者說是人的「意識」，也就是人之所以認為自己是個人的那種功能。克里克在《驚人的假說》一書中說：「我們多數人想像的圖景是，在我們大腦的某處有一個小矮人，他試圖模仿大腦正在進行的活動。我們將其稱為『小矮人謬誤』（the Fallacy of the Homunculus。在拉丁文中homunculus的意思是小矮人）。很多人確實有這種感覺（在一定的時候，這個事實本身就需要解釋）。但我們的『驚人的假說』並不認為是如此。粗略地說，它認為『所有這些都是神經元完成的。』」意識現象的存在被人們所公認，目前在很大程度上還依存於我們可以相互確認的主觀感覺。然而，就像「太陽圍著地球轉」一樣，直觀感覺很容易把我們引向謬誤。一些頂級科學家和哲學家，例如艾克爾斯、波普爾、彭羅斯等，都被「直觀感覺的擋不住的誘惑」引進了「小人模型」的陷阱。其實，要識破這種「偽理論」並不困難。「小人理論」與神創論、活力論、外星人雜交論等「理論」的共同特點是不能告訴我們事情是怎樣發生的，即不能揭示事情的「機制」。只要梢加追問，「理論」就會露出破綻：神創論說不清上帝是怎樣創造世界的，活力論說不清活力是怎樣產生的，外星人雜交論說不清外星人本身從何而來。這類「理論」的作用只是把問題推到更難以解決的地方，對於解決問題本身毫無幫助。這種「理論」往往使其提出者陷入困境，波普爾不得不承認「機器中的幽靈」，就算艾克爾斯找到「半開放的神經元」，彭羅斯說清了「量子微管」，也只是解決了心─腦之間的通訊問題，對於心靈（或曰靈魂、意識、精神世界）本身的結構或運行機制仍然一無所知。而如果我們要用這種理論進一步探求，得到的也只能是「小人」背後的「小人」，以至無限退行。關於意識的研究正處於自然科學與「社會科學」的交界之處，很容易受到「社會科學」中錯誤概念的干擾，造成一系列的矛盾、衝突和理論困境。以「自由意志」為例，在科學中我們只承認決定論或概率論（隨機性）的原因，不可能承認「自由意志」作為原因的存在；但在「社會科學」或「人文學科」中，「自由意志」卻是眾多「理論」的必要前題。關於意識的研究實際上是回答「人是什麼？」的問題。傳統的人文研究立足於一些糟糕的基本概念，其中的核心就是斯金納(Burrhus Frederick Skinner,1904-1990)所批評的「內在人(inner man)」假說，以及由此派生出的自由意志、人格、尊嚴等錯誤概念。把眾多學者引入歧途的「小人理論」也是「內在人」假說在科學界的投影。只有從「人是善於學習的機器」這一前題出發，關於意識（即關於人）的研究才可能是科學的。從而才有可能重建並非鍊金術的社會科學。四、關於自由意志自然科學與人文學科最難以統一的問題是物質與精神的關係問題，或稱為心—腦問題。董光壁在論述這一難題時列舉的第一個困難是「協調兩種世界圖象的困難」。即「價值觀、倫理體系和法律規範都是以自由意志為前提條件的。然而作為自然科學描述的客體，我們受著普適的自然規律的控制；如果確定論的意見是正確的，原則上作為原子集合的人的行為應該是必然的和可預見的，不可能有什麼自由意志。我們覺得我們自己是自由的，有責任感的人；而科學則告訴我們或似乎告訴我們，我們是遵循嚴格因果律的運動並相互作用著的原子集合。人類的自主性與自然的必然性之間的這種明顯的不相容性，能夠用以支持下述兩個結論中的任何一個：因為我們是自然界的一部分，所以自主性肯定是一種幻覺；因為自主性是一個事實，所以我們不可能完全屬於自然界，人類本性一定具有精神的或非物質的方面。」「因而人類自主性與自然必然性協調一致的問題便向哲學和科學提出了挑戰。」消除兩種世界圖像對立的關鍵在於機器學習的問題，也就是能否把人腦看成機器的問題。一般的機器沒有「責任」可言，但如果機器具備了學習能力，同樣存在賞罰問題，所有的學習演算法都離不開評價與賞罰的機制，當機器具有多個可學習的部分時，學習演算法就存在責任局部化的問題。更複雜的學習機器不僅能修改自己的行為方式，還能自行修改評價體系，此時機器也要處理價值觀的問題。多台這樣的機器以非集權的分布方式進行合作時，就需要處理群體中個體間的評價，即廣義的倫理問題。可見「價值觀」、「責任」、「倫理」應該以學習的需要為前提，沒有必要建築在「自由意志」的基礎上。所謂「自由意志」只是基督教世界圖景中的一個概念，對科學而言只是毫無意義的多餘假定。人文學科要科學化，必須拋棄「自由意志」假說，承認人完全屬於自然界。自然科學和社會科學的分裂源於前述的兩種世界圖象的對立。如果認知科學能夠說明人也是自然的一部分，那麼社會作為人的組合也不會需要非物質的解釋。因此自然科學所遵循的遊戲規則也應該適用於社會科學，例如不接受任何超自然的解釋，任何權威的言論不能作為初始的證據。如果討論倫理學問題還需要參考各宗教的意見，只能說明倫理學本身還處於前科學的階段。當然，社會科學與自然科學之間還是有區別的。由於自然科學的對象多數是簡單系統，理論對事實很少有影響，哥白尼的學說不會改變太陽出來的時間，達爾文的理論不會影響進化的歷程；但社會科學面對的卻是可以自己改變自己的複雜系統，因而可能存在自我實現或自我毀滅的理論，即理論影響社會現實而使得理論成立或失效。舉一個簡單的例子：假設一個經濟學家發明了一個演算法，可以準確預測明天的股價，在實驗室里屢試不爽，此時演算法是正確的，他自己可以大賺一票，如果他把演算法告訴親戚朋友，由於有一些人按他的預測買賣股票，本來錯誤的理論也會變成正確的，成為自我實現的理論，如果所有人都知道這個演算法，則誰也不能靠這個演算法賺錢，本來正確的理論會變成錯誤的，成為自我毀滅的理論。由於社會科學理論對社會的干擾，需要把社會科學家與社會充分隔離，嚴格區分理論工作與宣傳工作，把理論家的學術活動限制在學者圈子裡。絕對的學術自由是科學的生命線，社會科學也不例外。但按照科斯的說法，權利是交易的結果，而不是交易的前提，社會科學家要獲得學術自由的權利，必須付出隔離的代價。其實自然科學家也存在隔離的現象，製造原子彈的方法不宜到處流傳，化學家不會把實驗室洗試管的洗液拿回家洗碗，醫生都承認暗示療法的療效，但不能廣為宣傳，如果大家都知道暗示療法，暗示療法就會失效。醫學是自然科學，但因為對象是人，也會出現複雜系統的特徵，獸醫是不用暗示療法的。五、「是」和「應該」自然科學與社會科學之間的裂谷還可以體現為兩個休謨問題：一、有限個事例不能合乎邏輯地證明普遍的真理。二、從「是如何」（真偽）出發不能合乎邏輯地推導出「應該如何」（善惡）的結論。傳統的觀點認為，自然科學解決的是「真偽」的問題，而社會科學解決的是「善惡」的問題。為了填平二者之間的鴻溝，需要對雙方的哲學基礎進行改造，以取得一致。波普爾提出證偽主義，試圖解決第一個休謨問題，結果並不成功，未能擺脫懷疑論，不得不承認科學不能保證獲得真理。實際上休謨問題出在更深的層次上，問題在於「真理」這一概念本身是否有誤。如果我們相信「創世說」，就可以想像上帝按照某種規則創造了世界，那麼「上帝的藍圖」也就是「真理」的存在就不奇怪了。這就是「真理」這一概念的宗教背景。因此在中國的傳統文化中沒有與「真理」相對應的概念。我們可以把科學的目的由「追求真理」改為「追求好的理論」。用「善理」概念取代「真理」概念，同時消解了休謨的兩個問題，在哲學層次建立自然科學與社會科學的共同基礎。這一改變對自然科學來說並無太大影響，實際上自然科學家早已不說自己的理論是真理，科學已經建立了理論好壞的評價準則，例如統一性、深刻性、預見性等。「真理」概念對科學而言，就象「第一推動」之於牛頓力學，僅僅是畫蛇添足。波普爾和愛因斯坦也都承認科學理論是發明而不是發現，對於發明，當然談不上真偽。但是要把社會科學或人文科學統一到大科學之中，還需要一些徹底的重建。六、倫理學與經濟學倫理學是研究應該做什麼和不應該做什麼的學問，是社會科學的基礎。傳統的經濟學分為規範經濟學和實證經濟學，實證經濟學研究的是少生產一門大炮可以多生產多少黃油，規範經濟學研究的是到底應該生產大炮還是生產黃油。照此說來，規範經濟學應該以倫理學為基礎，但是倫理學應該以誰為基礎卻至今眾說紛紜，尚無科學的解答。近日有人給經濟學下了一個精彩的定義，說經濟學是「理性選擇的科學」。按照這種廣義的定義，倫理學可以建立在經濟學的基礎之上，除非我們認為倫理學可以是非理性的。當然目前世界上還有不少「非理性主義者」，因此我們需要說明為什麼應該崇尚理性。崇尚理性的理由就在於，如果我們的選擇與決策是有理由的，那麼在失敗時就可以找到原因，或修正理論，避免今後的失敗。而非理性主義就享受不到這種好處。上述說法可能被譏笑為「經濟學帝國主義」，但「經濟學帝國主義」確實可以稱得上是「社會科學」科學化的一線曙光。