二次计算足够吗？      

——对心理模块理论中计算机制的研究

1范毅强 2李侠

（上海交通大学科学史与科学哲学系上海 200240）

摘要：输入模块的计算功能作为范围特异性和封装性的基本前提，支撑了整个心理模块理论，文章探讨了输入模块与中枢系统的计算差异，以及语义加载过程中的渗透问题。通过对心理模块理论中输入模块与中枢系统计算机制的比较和梳理，尝试对心理模块理论中两次计算的观点中存在的问题进行揭示并指出可能的解决路径。

关键词：模块；输入模块；中枢系统；表征；计算

中图分类号：B15    文献标识码：A

自1983年《心理模块性》一书问世以来，以先天论和功能主义为视角的心理模块理论在认识论上宣告了新笛卡尔主义的回归，模块理论预设的范围特异性和封装性等核心概念也随之成为了心灵哲学领域争论的热点问题,甚至在神经生物学界也引起了不小的震动，如Nancy Kanwisher（2010）[①]，科赫（2012）[②]，Wayne Wu（2013）[③]通过神经生物学实验为我们带来了范围特异性和封装性的实验证据，确证了在大脑内部存在着范围特异性的区域，它们承载着高度特异化的信息处理功能，甚至有数据显示，大脑内部与神经元之间存在着前向联接和反馈联接。但是，作为范围特异性和封装性支撑点的计算或推理方式（暗含于输入模块的结构中）却少有学者涉及，它与中枢系统中的计算方式有何区别，以及两种计算模式的对接方式和语义内容的加载是如何实现的，这些问题目前都还不是很清楚，现行的理论观点之间也是颇多矛盾之处。把问题的主要线索以及思路梳理出来，并尝试给出建议，就是本文力图实现的主要目的。

一、             计算功能在心理模块理论中的地位

 “心的信息加工过程就是对心理表征信息的计算过程。”[④]福多非常肯定的描述了计算在心的运演过程中的作用，可是计算功能与心理模块理论之间有着怎样的从属关系呢？在心理模块（module of mind）假设中，福多将认知过程中知觉信息的表征、编码、加载和计算过程看作三种功能结构的产物，依照信息流依次转换的顺序，将这三种功能结构划分为传感器、输入模块和中枢系统。传感器描述了机体“知觉”刺激的分布情况，中枢系统类似计算机的中央处理器的功能，对表征信息进行计算和归纳，而在传感器和中枢系统之间，输入模块不仅充当着中介的作用还暗含着知觉分析与将特定的背景信息进行分离的作用，“背景是指能够使所有的表征得以发生的一个由非表征心理能力组成的集合。”[⑤]这种分析和分离直接表现为输入模块的分类功能，从而使各种感觉信息以特异性的方式被区分开来，如视觉模块只处理视觉信息，嗅觉模块只处理嗅觉信息，这种知觉信息的分类，有助于提高模块对相应信息的计算速度，这类似于认知过程中的分工机制，可以快速实现对刺激的反应。从这个意义上说，心理模块假设符合人类进化的合目的性，由此，便于计算就成为输入系统具有模块性的最有力支撑。  

计算功能（暗含于输入模块）的核心地位直接表现在传感器、输入模块和中枢系统三种功能结构所面对的信息形式中。福多认为,传感器的输出通常可以解释为描述了机体体表上刺激的分布情况,传感器将体表的刺激信息转变成了共变的神经反射信息。“在精神事件及其神经相关物之间，必然存在着某种外显（explicit）的对应关系。”[⑥]传感器主要充当着物理层面上的信息转换工作，比如，对表皮的伤害性刺激会转化为C类神经纤维反射信息。因此，从传感器中输出的信息是不参杂语义的纯粹刺激信息。

在中枢系统信息处理过程中，“中枢系统一边看着输入系统传递来的表征，一边看着记忆中的信息，并利用这些信息来限制对世界是什么样子的最佳假设的计算。”[⑦]在福多设定的中枢系统中，中枢系统所计算的信息来源于两方面信息，记忆中的信息和输入模块提供的信息，记忆信息的存在是不可能脱离意义而单独存在的，记忆片段的关联直接依赖于语义，所以记忆中的信息是必须包含语义的，而输入系统提供的信息是否包含语义信息呢？相比记忆中的信息形式，如果输入系统提供的信息形式存在语义的缺失，那么中枢系统能否直接计算这两种不同类型的信息呢？还存在一种情况，即一种全新的经验，头脑中没有相关的记忆信息，此时来自各个模块的纯粹信息（没有意义）在中枢系统进行计算与整合，这种情况下，意义又是如何产生的呢？

传感器和中枢系统中不同的信息形式直接反映着输入系统中计算功能的重要作用。福多在输入系统范围特异性的描述中确定了输入模块输出信息的语义特征。“首先，输入系统本身与大多数计算系统不同，它在某种程度上是范围特异性的，这其中表明了某种含义。然而很令人乏味的是，这种含义仅仅是语义上的。”[⑧]最初的语义信息加载发生在输入模块的计算过程中，经过输入模块的计算之后，物理层面的刺激信息转化为加载了初始语义内容的信息。对于语义的负载过程，福多是这样阐述的，“通过假定心理表征具有句法结构，思想的逻辑形式随附在相应的心理表征的句法形式上，进而心理过程在计算的特有意义上是计算性的，它开启了句法的因果驱动关系。”[⑨]从物理刺激的纯粹信息到语义内容的增生，这个转换发生在从传感器、输入模块到中枢系统的信息表征过程中。信息性质上的改变，即意义加载最初发生在在输入模块内部，在输入模块计算的作用下从单纯物理层面的信息转化为加载了初始语义内容的信息。“心理表征不是图片，也不是映射，而是一种像语言一样的媒介，它传达着心理状态的表象信息，并提供了心理计算的范围。”[⑩]这些初始的来自于不同输入模块的不同种类语义信息，最后都要到中枢系统完成系统的整合。由于中枢系统具有领域一般特性，因此，它的计算机制与语义加载模式也与输入模块的内在机制存在根本性的差异。

二、             输入模块和中枢系统中计算方式的区别

输入模块和中枢系统都是具有计算功能的。输入模块和中枢系统中的计算功能先后作用于从传感器中输出的刺激信息，以及从模块输出的经过初始表征的信息，输入和输出信息内容的不同标志着其计算方式具有实质性的区别。输入模块中计算的信息是远端刺激分布的表征，而中枢系统的计算过程被福多比喻为知觉信念的固化。作为心理模块理论的设计师，福多在设计输入模块和中枢系统的两次计算方式时考虑了哪些因素呢？范围特异性，领域一般性，反馈性还是封装性，或者全部？下面将围绕着模块的基本特征，以输入模块内部功能和特性为基础，对输入模块与中枢系统中的计算方式的区别进行分析。

在输入系统中，计算机制并不是唯一的，而且各个计算机制之间相互独立且互不干涉。福多将输入系统分为六个，视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉五种传统的感觉方式和语言，但是，每个输入系统中的计算机制并不是单一的，单一的计算机制并不能满足单个输入模块的功能需求而且会对模块的快速特性产生阻碍。“在传统方式的范围内（而且，非常可能在这些方式之间），存在着高度特异化的计算机制来产生有关近端刺激的远端来源的假设。”[11]“在模块中，存在着与各个问题对应的具有封装性的计算机制，它们为各个问题提供解决方案。”[12]例如，在视觉输入系统中就包括了颜色知觉机制、形状分析机制、对三维空间关系进行分析的机制。这种知觉、分析的特征直接表现为一种计算形式，而听觉系统中的计算特征表现得更为明显，听觉输入系统包括了语法描述的计算系统、检测节奏的计算系统、识别同类声音的计算系统等等，不同的计算机制负责与之相对应的信息处理方式。

在模块基本特性的影响下，输入系统和中枢系统中的计算方式的区别是如何体现在计算过程中的呢？现以模块的基本特性为参照，分别阐述它们的区别。在输入系统的范围特异性问题上，哈斯金斯实验室的实验为心理模块理论中输入系统的范围特异性提供了可靠的证据，该实验表明，一个信号被听者听成或感受成什么样依赖于信号传送时候的背景。同一个音节，在语言背景下，被实验者可以将其理解为是语音的组成部分，而脱离语言背景，实验者将其理解为单纯的音素。“参与语言知觉分析的计算系统是有特色的，他们只作用于那些被当作是话语的听觉信号。只有受到相对限制的刺激类型才能够控制对它进行加工的机制的开关，证实了输入分析器的范围特异性。”[13]福多认为，背景知识的参与直接干预了实验的结果，就像福多所说的限制的刺激类型与加工机制的开关那样，背景知识的注入决定了计算机制的选择开关，当没有受到背景知识影响时，单纯的因素信息比语音信息更有竞争力，当受到背景知识干扰后，语音信息则更有竞争力。

既然这种高度特异化的计算机制只有在接受限制的刺激类型时才能产生作用，那么这种受限制的刺激类型是如何辨别的呢？这个过程就好比在河沙中淘金的过程，如果不能分辨出河沙和金沙的区别，就无从下手。高度特异化的计算机制在面对信息选择时，信息的选择标准或者参考规则是什么？福多在阐述输入模块的原型和普遍性问题时通过视知觉和语言分别进行了论述。在视知觉路径中，“对牛的知觉识别受到某个机制的影响，该机制提供了解决方案来处理有关形状的计算问题。”[14]根据福多的观点，在输入模块内部至少存在着两个功能，一个是非常明显的计算功能，而另一个则是为计算机制提供信息辨别和信息标准的“原型”，原型的设置为输入模块中计算机制的计算范围划定了边界，也为意义加载提供了条件。“那是因为只要我们有一个非常一般的计算系统，并且已知对待特定范围内知觉对象的原型的详细描述和相似性度量，就可以计算出该范围中相对的距离关系。”[15]从知觉缺失患者反映出来的表征困难的现象中，能够揭示出两个重要问题：“与领域特殊性有关的先天论的观念以及心理内容的表征问题，通过概念性经验内容的表征与非概念性经验内容的表征区别，并借助于知觉缺失现象印证了心理过程的两种表征机制，因果机制与整体联结机制。”[16]

在语言进路中，“已有的证据都表明，句子识别所进行的计算必须被近似地调整为句子所特有的刺激特性的集合。大体上看，这种观点认为句子识别系统的结构和语言普遍的特性相对应，于是该系统只能在具有这些特性的范围中起作用。”[17]在语言输入模块中，语言信息的辨别同样需要“原型”，所以福多提出了语言的普遍性原则作为计算机制信息范围的选择原则，关于普遍性原则中语义信息的来源、信息源的封闭或开放性问题，可以参考福多的学习悖论和乔姆斯基的普遍语法理论。福多的学习悖论可以追溯到柏拉图的《美诺》（MENO）篇，柏拉图认为，如果我们对某件事物一无所知，那么我们对于学习这件事物也是无从下手的，因为我们甚至该从哪里先下手都无从所知。总结福多对语言学习悖论的说明可归为三点：  “1.一个人只有在识别某件物品后，才能对这件事物进行学习；

2.学习一门语言之前往往需要对这门语言进行分辨和识别；

3.因此，识别和分辨是先于学习的。”[18]

以语言学习为例，在学习一门语言之前，我们的识别和分辨能力被大多数学者忽视了，而福多将这种先于语言学习的识别和分辨能力的发展融入到输入模块理论中。我们可以从原文中找到解答，“大体上看，这种观点认为句子识别系统的结构与语言普遍的特性相对应，于是该系统只能在具有这些特性的范围中起作用。”[19]“一个封装了的系统的确认尺度只能参照特定的有限的数据来决定接受哪个假设。”[20]福多对视觉机制中原型和语言机制中普遍性的描述，可以明确地看到，在输入模块内部，计算机制负责信息的加工，还有一个非常重要的机制，它最直观的功能就是开关的作用（其它功能暂且不能从福多理论中观察到），为进入到计算机制的计算提供范围选择，在此笔者尝试性地将其称为参考机制。

如果说范围特异性和普遍性是对输入模块中参考与计算机制的功能性描述，那么反馈和封装性则是对输入模块、中枢系统信息关联性的描述，福多通过反馈和封装性完成了对输入系统的模块性的界定。“在计算一个对于结构的描述时，在相对于较高水平上进行描述的表征信息，完全有可能会反馈回来以决定相对较低水平的分析。原则上是存在这些可能的，但我要论证的是输入系统的操作在特定的一些方面不受这种反馈的影响。”[21]按照福多的设定，高水平的计算与低水平的计算之间是存在反馈的，表现在感觉到的表征信息不仅仅是由传感器的信息决定的，高水平的冗余信息反馈回来填充缺失了的感觉信息。可是，针对“特定的一些方面不受这种反馈的影响”该如何理解呢？如果低水平（输入模块）的计算无限制的接受高水平（中枢系统）计算后的信息，那么参考机制的意义内容将被无限放大，根据模块理论强制输入的特点，输入系统的计算过程必须考虑无限多的语义信息，那么这必定与输入模块的快速性，有固定的神经结构等特征相矛盾，所以，福多提出了封装性，并借用缪勒-莱尔错觉实验论证了封装性观点。在实验中，即使被试者被事先告知正确的答案，缪勒-莱尔错觉同样会产生，这表明了，并不是所有的知觉过程都受到被试的知识和信念等背景知识的干扰。封装性的存在说明了输入系统的计算在一定程度上是不受反馈信息的干扰与影响的，这种特性保证了在输入模块内部信息的同质性，以及与此相关的计算的速度与效率。

输入系统中计算的产生必须要参照参考机制中的意义信息，而参考机制中的意义信息有两部分来源，其一是天生的，内在固有的，比如以语言习得为例，这种天生固有的特征表现在各种语言的共性上；另一部分意义信息则来源于反馈，这种反馈信息有限的选择于背景或记忆信息。输入系统中计算所依赖的参考机制，其在各子机制中（如，福多将视觉输入系统，就包括了颜色知觉机制、形状分析机制、三维空间关系进行分析的机制）是独立存在的还是具有相互渗透性呢？福多给出了肯定的描述，“一些证据表明可以完成输入系统工作的计算机制具有认知渗透性，这不能证明输入系统具有认知渗透性” [22]根据福多的观点，在输入系统内部存在着多个计算系统，虽然与各个计算系统合作的参考机制和反馈有着密切的联系，但是单个输入模块作为独立的认知环节，是具有模块性的，既非渗透性，“知觉辨认过程中进行的一些加工毫无疑问是认知渗透性的。而这与输入系统的本身的封装性是相容的。”[23]

各个输入模块中参考机制的普遍性信息是相对独立的，它们之间不存在任何的信息渗透，其信息只提供给对应的输入系统中的计算机制。虽然输入系统中的参考机制对传感器提供的物理刺激信息提供了辨认和操作范围，但是，因为不同输入模块相对独立的特点，所以它们信息的单一性特点，决定了其处理结果内容（意义）的单一性。相对比输入模块输出信息的相对单一，中枢系统中的计算则面对着来自不同模块的信息的综合处理，它对所有输入系统中子系统的输出信息进行计算，“这种加工机制以如下方式发生作用：它们同时考察不同输入系统所传递的表征以及当前记忆中的信息，并且根据这些各式各样的数据提出一个有关世界是什么样的最佳（即最可能的）假设。”[24]

参考机制所具有的意义信息以先天固有的状态为初始意义，在认知的过程中，参考机制受到反馈信息的影响不断发生变化，意义参考信息不断丰富，输入模块中的计算能力不断增加。输入模块计算能力的增强，并不是对中枢系统计算能力的否定，相反为信息处理的快速性提供了有力的支持。如果出现超载现象，这时输入系统会通过注意机制，对信息进行选择，以此解决输入系统计算能力不足的问题。比如，在婴儿学步的过程中，随着身体机能的成熟和对重心、平衡的控制与掌握，才能逐步形成稳步的行走，机能的成熟和对重心、平衡的控制过程就是输入系统不断强化与中枢系统综合计算能力逐渐增强的结果。如果将该过程划分为“学步中”与“稳步后”两个时期。在“学步中”时期，因为参考信息的内容是有限的，所以在输入系统模块阶段，尚不能提供足够丰富与详细的表征信息，因此，中枢系统的计算逐步完成对参考信息中意义信息的补充，逐渐实现整个身体的协调行动，比如在步行中膝盖、脚踝、脚趾关节的具体角度，以及各肢体具体的动作幅度与协调标准的匹配程度的高低等问题，因此在这个过程中，需要一次次的步行尝试，因为输入模块的计算功能还未能达到实现正常步行要求，输入模块只能提供粗糙表征。当各个模块提供给中枢的表征信息都是粗糙的时候，中枢系统的计算结果必然也是粗糙的，导致孩子的步行是不稳定的，为此中枢系统会对输入模块提供反馈信息，以此推进输入模块细化初级表征，为将来的中枢系统的计算提供精细表征内容。中枢系统对来自输入系统、背景（记忆）信息传来的内容进行计算，然后储存至记忆，再反馈给参考机制，达到对参考机制中内容的修正。而在“稳步后”（即婴儿能够稳步行走之后）时期，参考机制中的内容校正或完善之后，即以思维定势的非意识的自动化形式存在，一旦遇到相近问题就可以无需意识到而直接调用经验模式，这种模式是一种节约资源和提高大脑运算速度的机制，它有效地避免了大脑皮质运算速度低的先天缺陷。我们的日常生活就是通过这种机制来保证正常运行的，就如同我们在步行时，是不需要思索具体的步伐长度，具体的膝盖弯曲度等问题的，一旦外在环境刺激信息与大脑中已有的背景知识发生较大不一致时，或遇到输入模块不能解决的问题时，比如前方出现一个水坑或者完全陌生事物之时，这时才需要中枢系统重新开启计算，并通过计算输出指令对行为做出及时调整。

三、             二次计算对于正确认知而言是不够的

通过对心理模块理论中的输入系统和中枢系统的两次计算方式的梳理，我们能够清楚地观察到参考机制、计算机制与反馈的相互作用形式。在借鉴大量的认知心理学和神经生理学的研究成果的前提下，福多的理论贡献在于引入了输入模块作为一种功能假设的天才洞见，可是在其理论提供的两次计算模式中，意义的整合与拆分是心理模块理论中必须要面对的两个难题，然而遗憾的是，福多的两次计算理论并不能很好地解释人类的认知实践。据我们的研究显示：一个真实的认知过程是从模块到中枢系统的多次计算的结果，而非两次，这多重计算即发生在模块内部也发生在中枢系统。

意义的整合与拆分分别出现在中枢系统和参考机制中。很多研究已经确证这点，因为中枢系统的计算依赖背景（记忆）信息和来自各个输入模块经过表征的初级信息，所以意义的整合问题是在中枢系统的计算下完成的，既各个输入系统的信息整合问题。虽然，在输入系统中模块已经将同类的物理刺激信息通过计算实现了初次语义的加载，可是由于输入系统内部的非渗透性，输入系统所加载的意义信息都是独立和片面性的，而记忆系统中的意义信息则是全面的，是中枢系统计算整合各个模块信息的结果。现在的问题是，各类初级表征的信息在中枢系统是如何实现计算的，它的内在机制目前还处于争论中。在全部输入模块输出信息之后是否存在将这些信息进行完全整合的计算也是我们需要思考的新问题，如信息竞争问题，“究竟是皮层脑细胞能够在几十豪秒的时间里把大量的输入整合起来，还是神经元能够以亚毫秒的精度检测同时到达的输入信息？”[25]抛开输入模块内部计算的多通道性不谈，中枢系统的计算多重性，还存在一种情况即心理学家卡米洛夫-斯密斯提出的表征重述理论，即RR（representational redescription）。卡米洛夫-斯密斯认为，表征重述包括如下几个环节：“在水平I上，表征的形式是对外在环境中的刺激进行分析和反应的程序。水平I表征是分类的，因此，不能形成领域内和领域间的标准联系；这产生了以偏爱方式计算特定输入的能力，并快速地和有效地对环境做出反应，但由水平I表征产生的行为相对是不灵活的。RR模型假定随后有一个表征重述的反复过程，这包括了E1、E2、E3。”[26]其中，E1阶段已是外显表征，但还没有通达意识，E2阶段的表征通达意识，但不能用言语表达，只有E3阶段的表征才能用语言表达。这期间每一次的表征重述就是一次计算，而且，为了达到更为准确的认识事物，我们经常要把这个过程重复很多次。由此，也有力对证明了福多的二次计算模型是与人类认知实践不相符合的。

在意义整合问题确定之后，意义的拆分问题出现在向参照机制提供的反馈信息中,反馈过程中是否存在意义筛选或者意义拆分的计算机制呢？参考机制是从属于输入模块内部的，并且为每个计算机制划定计算的范围、限定计算的内容，充当着开关的角色，参考机制与计算机制的关系很可能是水平或者串联的关系，不经过参考机制的信息是不能够通过计算机制进行计算的，甚至中枢系统都无法接到这些信息。然而，意义的拆分问题接踵而来，参考机制中的参考信息是通过中枢反馈逐渐完善的，可是来自记忆的反馈信息其意义构成是整合的（全面的），这个整合的信息是如何拆分反馈给各个参考机制的呢？诺贝尔奖获得者英国生理学家克里克（Francis Crick，1916-2004）认为：“有可能每个特殊的丘脑区域都使用它自己的注意形式，允许它的皮质区域集团中的神经元发送信息到丘脑的神经元，而丘脑的神经元又将信息反馈回去，如此通过某种方式来协调它们的发放。这里还有一种推测性的观点：即丘脑-皮质-丘脑贿赂可能是紧密地关系到极短时记忆的回响回路。处理假设并不意味着神经元活动仅有一种流动方式，即从较低处理单元到较高处理单元。几乎可以肯定存在多个方向的信息流动。”[27]现代的研究已经能够证明，从高级处理单元向低级处理单元的反馈，可以越过其中的某些环节，这可以看作是完成拆分的一种神经机制。诺贝尔奖获得者美国神经科学家杰拉德。埃德尔曼（Gerald M.Edelman,1929）提出的折返（reentry）假说，也可以间接证明拆分存在的神经机制，他认为：“广义神经元群选择理论认为所有意识状态C背后都有一组神经状态C’。根据世界的因果封闭性，是C’而不是C具有因果效力。……当皮质映射图通过折返的运作彼此绑定，这些动态作用就随之出现。”[28]这种折返中既包括了整合作用，同样也包含拆分的功能。正基于此，参考机制才能真正发挥作用，人才能进化，否则是不可想象。

结语

意义的整合与拆分问题的引出，让我们非常确切的感受到，心理模块理论的运行方式仅仅存在于输入模块和中枢系统中的两次计算是远远不够的，它使整个心理模块在运行上存在着功能的缺失，而这种功能上的缺失凸显了两方面的问题，“首先，什么决定思想的逻辑形式？其次，思想的逻辑形式是如何影响它的因果作用的？”[29]或许在句法-语义接口，思想的逻辑形式等问题上，我们还有很多的路要走。

   综上所述，福多将心理实验与心理功能的假设相结合，在功能主义的视角下提出了心理模块理论，并将整个认知过程大致分为传感器、输入模块和中枢系统三个功能构成，特别是对输入模块和中枢系统的计算机制的探讨，在心灵哲学史上完成了一次重要的理论假设，虽然输入模块和中枢系统在计算过程中面临的意义整合和拆分问题目前还存在许多需要进一步完善的地方，但是，至少福多以功能主义的视角对自然化表征问题做了有益的探索与尝试，而这些努力恰恰是我们未来破解认知之谜的基础。

Computationtwice is not enough

---A research of computational mechanism base on the modularity of mind

Fan Yiqiang, Li Xia

（Department of History and Philosophy of Science, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China）

Abstract :In the theory of modularity of mind, the computation of input system as the premise of domain specific and impenetrability, what is the different between input system and central system about computation, and how to impenetrability in the process of semantic reference. This paper based on the comparison and analysis of computation between input system and the central system, attempt to reveal and points out the possible paths on the point of computation twice in the theory of mental representation.

Key words: modular; input system; central system; representation；computational

作者简介：

范毅强（1983-），男，湖南省长沙人，博士生，上海交通大学科学史与科学哲学系，研究方向：心灵哲学、科技与社会。

李  侠（1967-），男，辽宁省辽阳人，博士，教授，博士生导师，上海交通大学科学史与科学哲学系，研究方向：科学哲学、科技政策与科学社会学。

【博主跋】这篇小文章写于2013下半年，成稿于2014暑期，发表于《哲学分析》2014（6）。前后折腾一年半，写一篇文章真是很不容易的事情，现在写文章是越写越慢了。不管怎样，这是一次很好的开始，合作愉快，生活仍将继续，是为记！参考文献部分由脚注变为现在模式，也有些怪怪的！调整格式很麻烦的。

说明：文中图片，来自网络，没有任何商业目的，仅供欣赏，特此致谢！