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《大脑设计》读书笔记

已有 3263 次阅读 2011-2-24 18:03 |个人分类:读书|系统分类:科研笔记|关键词:读书笔记,content,style,meta| style, 读书笔记, Content, meta

大脑设计 艾什比

P4大脑行为:

1,先天反射

2,后天习得的反射。 这是本书研究范围。

P17生物体在本质上是一架机器,它由各个部分组成。它的整体行为是这些部分的行动组合的结果。生物体通过学习改变它们的行为,而这种变化使以后的行为能比以前的行为更好地适应它们的环境。我们的问题首先是要确定这种在以学习形式表现出来的变化的实质,其次是要发现为什么这种变化往往使整个生物体有更好的适应性。

P20 必须认识到每一架实际的机器都包含着无限数量的变量,除了一小部分外,其他的所有变量都要加以忽略。换言之,要定义一个抽象的系统。

P21 因为任何一种实际的机器都有无限多的变量,因此不同的观察者(出于不同的目的)就有理由作出无限多种不同的选择。因此系统是由观察者从实际机器中所选择的一组变量而定义的。在本书中,“系统”就是指这种抽闲的组合,而不是实际的物质性的“机器”。

实验者同样能控制那些并不包括在系统内部却对它起作用的变量。 //也就是说抽象的“系统”可以包含那些环境中的变量?

P24 在力学实验中,变量可以是确定物体的位置和动量。在研究热传导时,变量可以是受热物体不同部位的温度。

P29 一个系统的场是这样的相空间,它包括在特定的一组环境条件下让系统从所有可能的初始状态出发而能得到的所有行为的轨迹。 场是轨迹×/。 它完全是一个系统的客观性质。

P30 “机器”是这样的东西,如果它的内部状态和外部条件都已知的话,那么它的行为也就是确定的。也就是说,特定的环境条件(或者说输入,即那些对它有影响的变量)以及一种特定的状态就唯一地确定了所要发生的转换。

正式定义:取某些外部条件(或者输入值)的特定集合C和某个特定状态S,观察由于其内部的倾向和规律会导致什么样的转换,假设它变成状态S1,这种转变对于每一对值都是恒定的,那么这个系统按照定义就是一种带输出的机器。

定态系统的场有一个特殊的性质:过一个点只有一条行为轨迹。//这点按说是很基本的,这里意思是说还有非定态的系统?


第三章 作为机器的生物

P42 现在将本章的主题叙述如下:独立生存的生物体及其环境在一起可以用一组变量以足够精确度表示出来。它们构成一个定态系统。

//定态应该指系统的确定性,不存在内在的随机性。是否?

P43 生物体影响着环境,环境又影响着生物体:这样的系统可以说具有反馈。

生物体和环境形成一个整体,必须这样来看待它们──斯大林

P46 带有反馈的系统具有某些性质,是无反馈系统所没有。没有反馈的系统是有反馈系统的一个子集。

P47 今后系统一词不是指神经系统而是生物体及其环境的复合整体。动物对它的环境有很大的控制力量。

稳定的概念并不属于一个物体而是属于一个场。如果轨迹是收敛的,那么就可以用一个场来表示。

//为什么必须将生物体与环境当做一个整体来研究?因为这里要研究的是适应性,也就是系统的演化。如果只是系统的状态变化,则环境只是作为参量出现。 难道说这就是演化与状态变化的区别了?前者必须在一个更大的系统中来研究。 系统在一固定环境中行为,而在变化环境中演化。 系统的参量成为变量,系统的就够也就是可变的了。


P50 用场的术语客观地定义“维生”,这就是没有一种基本变量超出给定界限是行为轨迹的场。



//反应部分(生物体)控制环境,需要来自环境的反馈信息。这种控制的目的由基本变量报纸反应部分。基本变量则受到环境的约束。

//何以能保证基本变量不变?S只有在基本变量的给定限度内才有平衡态,于是只有基本变量保持在限度内才能实现整个系统的稳定。

//一个社会系统的基本变量是什么?


P56 给定一个定态系统的场和这个场的一个区域,如果这个区域所有点出发的行为轨迹都留在这个区域内,那么这个区域就是稳定的。


第五章:作为稳定性的适应性

P66 作者要给出的定义是,一种行为方式是适应的,它就能使基本变量保持在生理学的限度内。 //基本变量为什么是基本的?系统都有基本变量吗?

P78 一部分的行为与并不直接接触的另一部分行为协调一致是稳定系统的既简单又基本的性质。

一架确定的“机器”从一种产生混乱的、不适应的行为形式变成另一种各部分都协调而使得整个系统稳定的形式,它的作用是把基本变量保持在一定的限度之内。──这个陈述中包括了机器改变其结构的概念。


第六章 参数

P80 每个系统都是在所有可能的变量中选择某些变量组成的。“形成系统”就意味着将所有的变量分为两类:在系统内和系统外的。

给定一个系统,一个变量不包括在系统内,它就是一个参数。

所有这些变化都是发生在某些不变性的背景或基础之上的。

给定一个系统,有效参数的数目往往是无限的。 //为什么呢? 是指实际系统吗?

P82 有效参数的变化改变了场。

P86 在一个定性系统中,稳定性的变化只能依赖于参数值的变化,而参数值的变化则引起稳定性的变化。

要把两个系统AB结合起来,使得A影响BA就必须影响B的条件。换言之,B的某些参数的值(也许只有一个)必须成为A的变量值的函数(依赖于它)。//这种结合方式是单项的,即只是A影响B

P88 整个动态系统在特定状态处于平衡的充分必要条件是它的每一个部分在由其他部分提供的条件下都处于平衡。 //也就是说各子系统间互相定参数的值。

显然,在整体的任何一种状态,只要有一部分没有处于平衡的状态(哪怕其他部分都处于平衡),这部分就要运动,从而为其他部分提供新的条件,而使它们重新开始运动。这就使得这种状态不能成为整体的平衡状态。//但是这种重新运动的幅度可能会有很大差别,可能有时只需要一个局部的变动就行。例如越南战争中国只需要动用几个军区的力量。


第七章 超稳定系统

P92 为了适应环境,生物体必须依靠从环境获得的信息来控制它的基本变量,使它们处于合适的极限之中。//这句话重要。这就是控制论的思想吧。

反应部分R可以想像成一个企图去控制黑箱(环境)输出的生物体而对黑箱的内部它并不了解。

阶跃函数。 当被观察的系统含有快速变化部分时,阶跃函数是常见的。

P97 经验证明,在环境和R的变量是连续型的,而S的变量是离散型(即在有限区间内的有限跳跃)特定条件下,我们对整个系统及心理学和生理学的含义更容易理解。


P101 对一个给定的具有阶跃机制的定态系统,所有的状态在某特定值的阶跃集智下,能分为两类:一类会导致阶跃机制值变化,另一类不会。前者是它的临界状态:只要出现这一状态,阶跃函数就改变其值。保险丝的临界状态即为它即将导致熔断的安培数。

P102 任何一架机器具有的共同性质就是它会“坏掉”。一般说来,当机器“坏掉”时,代表点处于其临界状态,相应的阶跃函数改变了自己的数值。当系统过分偏离某些正常值时,系统呈现阶跃函数那样变化无疑是一个普遍趋势。

P108 超稳定系统的定义:两个由连续变量组成的系统(一个我们称为“环境”,一个称为“反应部分”)相互作用,它们之间有一个基本反馈(通过复杂的感觉和运动肌通道)。另一种反馈是以慢得多的速度间断工作着的,它由环境作用于确定的连续变量,而连续变量反过来对某些阶跃机制发生影响,作用方式是这样的:只有当基本变量超出所给极限时,阶跃机制才改变自己的值。阶跃机制影响到反应部分,它们用改变参数的方式决定了后者对环境作出哪些反应。 //其本质是自耦合?即系统与环境整体系统的自耦合。

//其中的环境也应该只是指与其直接相关的部分,有限的,而不是无限的。


第八章 内稳定器

P118 这就是我们称之为“超稳定系统”的理由:因为主要变量的配合一旦使场不稳定,超稳定系统将改变这个场直到它稳定为止。这种系统的稳定性显然比只有一个单独的场的系统要高一个等级。

//超稳定性与稳定性的区别何在呢?超稳定性是演化中的概念,是环境发生变化时的情景,而稳定性不涉及参数的变化,只是说参数不变时的吸引域? 稳定性是否分为狭义和广义? 超稳定性是系统的一种属性吗?如果把系统和环境看作一个“大系统”,参数成为了状态变量,那原先的超稳定是否就成了稳定性?

P132 容易的问题总是组成部分比较少并且互相独立,而困难的问题总是因为其组成部分很多并且形成一个复杂的整体。当碰到各种各样“困难”环境的时候,超稳定系统与活的生物体一样会失败。


第九章 生物体中的超稳定性


P146 在活的生物体中,从效果上看反应部分R有三类输入“来自环境的感官输入,S中的参数值,以及在胚胎发育过程间由基因决定的参数。

P147 对于哪些由自然选择发展而来的超稳定性,其充分而必要的条件是存在着从最简单到最复杂的形式序列,并且这个序列中任何一个的维生价值比前一个好。


第十章 重复出现的情况

P149 成功或适应对于一个生物体来说,意味着即使世界上出现了最坏的情况,它也会作出相应的反应,使自己能在繁衍后代所必须的时间维持生存。


P155 某生物体已经通过试错适应了P1,又同样适应了P2,并且当第二次出现P1时能马上适应,不用再去作尝试。从这点可推出阶跃机制必须分成不相交的集合,而且对P1P2的反应必定各自取决于特定的集合,问题的表述(即P的值)必然地决定了要接通那个集合的作用,其余的集合则被隔绝开来,不起作用。



第十一章 充分连接的系统


P164 一个其组成部分必须同时发生的复杂时间是不可能实现的,一个各部分能相继发生或独立发生的复合事件能在实际上实现。但是要求所有的成功都同时发生而非部分的成功毫无价值的环境尽管太少,但存在。


P167系统要有可能积累适应,就不可能是完全连接的。要使适应积累起来,在某些阶跃机制到某些变量,和一些变量到另一些变量之间不可能存在通道。

这就是关键所在,超稳定系统的方法要想在合理的短时间内取得成功,它就必须保存局部成功。







P168 神经系统即不是分成永远分离的几个部分,也不是完全连接起来,每个事件总是影响其他事件的。

适应不仅要求有关动作的整体一致,而且要求无关的动作相互独立。


第十二章 暂时的独立

P 两个变量能有不同程度的”独立性“:在两个点上,在一条直线上,在一个区域内,在整个相空间,在一系列场中。

如果变量X独立与Y,而Y不独立于X,则X支配Y。对于一个系统也可有类似的表述。

另外一类独立性:X的变化经过任意长的时间后是否引起Z的变化。


p181 如果系统B处于对AC来的任何值都是平衡的状态中,那么AC(无条件)独立。若B只对AC的某些状态才处于平衡态而对其他状态则不然。由于AC在整个系统的某些条行为轨迹上经历不同的值,它们(根据此刻B是否处于平衡态)有时独立有时不独立。

一个定态系统的变量经常是常量,它的场只有一个特征,就是行为轨迹经常延伸在与轴正交的子空间里。//即其他变量不便,只有少数变量发生变化。



第十三章 具有局部稳定性的系统


P183 在考察了“整个系统内有部分的变动和暂时的独立性”的意义后,我们现在能够考察这种类型的系统在它的行为中会显现出来的某些性质。


P185 如果我们把原始部分的平衡态很丰富这个限制加到这些说明上,就得出了以后经常要讨论的一类系统:巨稳定系统。简而言之,这种系统的部分有很多平衡态而且是通过随机选取部分随机地连接起来构成的。

//巨稳定系统还是前面说的生物体与环境共同构成的超稳定系统吗?

//系统受到刺激,恢复平衡,但有可能不是原来的平衡,又受到刺激又恢复,但是又进入了另一个平衡态,到最后到了某个平衡态后,受刺激就只回到自己的平衡态,而不会跳跃到别的平衡态去。这个平衡态具有更大的稳定性。//这里好想没有基本变量的地位。

P190 巨稳定系统如果由平衡态分布独立于它们的输入状态的部分组成,它就主要取决于功能连接数量的方式趋向最终平衡,当连接过程很丰富时行为轨迹变得很复杂,当n很大时会非常长。因而整体要耗费非常长的时间去达到平衡。当连接很贫乏时(或者由于原始连接极少,或者由于许多部分保持不变),行为轨迹变得很短,使整体很快达到平衡。


分散作用?


P193 巨稳定系统中对刺激的反应如何局部化的?活动变量的集合是怎样分布在整体集上的?

当观察者注意到哪些变量表现出稳定性时它的行为很可能是无规则的。


第十四章 重复刺激与形成习惯

P202 在动物行为中经常出现“习惯”这个现象,如果动物受到的刺激反复出现,刺激引起的反应就会减小。

本章的论点是,在某种程度上可以预期巨稳定系统受到重复出现的刺激或干扰,这些系统就会产生习惯。


第十五章 重复系统与顺序系统中的适应

P205 前面三章主要是在整体可以局部地,波动地和暂时地分成子系统,以考察它的技术问题和这些机制的逻辑。特别考虑了子系统平衡态很多的情况。 //未知这个整体指的是什么,生物或者生物与环境的整体。

下面几章将提供证据证明下述事实:

1)正常的地球环境具有的干扰,其性质完全不同于11.2节提出那么高的估计时所假定的干扰。//适应的时间

2)对抗地球环境中的实际干扰的超稳定过程往往在合理的短时间内产生适应性。

3)具体环境变得更复杂时适应时间也要增加,不仅在理论上的超稳定系统中如此,实际生物也如此。

4)当环境极其错综复杂时,理论上的超稳定系统和现实的生物同样要失败。


P206 通常的观察标明,正常的地球环境经常显示出一系列密切相关的性质:

1)变量中有许多个,常常是大多数变量,在可以感觉得到的时间间隔里保持不变,因此,它们的行为就好像部分函数。

2)和这种不变性相关的是大多数环境变量只对全体变量中的少数几个变量有直接影响这一事实。所以作者认为,在地球上生活的生物遇到的大多数环境包括许多部分函数。反过来,部分函数的系统足以代表非常广泛的一类平常出现的环境。//很多互不联系的部分函数。

P208 包括许多部分函数的整个环境或世界显示出分散作用,在某个时刻活动的变量集往往不同于在另一个时刻活动的变量集。//指环境的变量。

努力去适应一个主要由部分函数组成的环境的生物会发现,这个环境是由一些子系统组成的,它们有时是独立的,但不时地表现出相互联系来。

P209 要研究当环境不是充分连接时超稳定性如何起作用,我们必须采用2.17节的策略(//即精确地定义某种理想模型),变且挑出一些情况来作为典型。因此我们考虑四种不同程度连接的环境。

1)部分间的连接实际为零的“整个”环境。

2)存在实际连接,但子系统练成链状,而且子系统间没有反馈的情况。

3)更现实的情况:子系统的连接方向不受限制,因此子系统间出现反馈。包括(a)连接丰富的情况;b)各个方向的连接都有,因此子系统之间有反馈,但是连接又不太丰富,使得整体可以看作由子系统构成的,每个子系统内部连接很丰富,可是把子系统连接起来的联系却很贫乏。


P209 重复系统:生物和环境组成的整个系统实际上分成一些子系统,(至少在观察时间内)这些子系统相互之间没有任何有效的作用。//不仅把环境,也把生物分成了不相连的部分,也可以假设生物是相联系的,这种情况会有点复杂。

P213 顺序系统:环境的每个部分练成一条链。

P217 现在可以明白,沿链条向下传送干扰的连接,它的通道容量多么重要了。如果通道容量高,更多的干扰能传到链条中较低的成员上,使它们的适应无限期地拖延下去。反之则会衰减,适应性相继出现。



第十六章 多重稳定系统中的适应

P218 丰富连接的环境。如果子系统的集是丰富连接的,每个变量受其它子系统中变量的影响就和受本子系统内变量的影响一样多。出现这种情况时,将整体分成子系统不再有什么自然的依据。
P221
超稳定系统或大脑怎样适应丰富连接的环境?对这个问题的第一个回答是它不能。

P221 贫乏连接的环境。我们最后要考虑的情况是,组成环境的子系统的连接使它对其它子系统只有微弱的、偶然的影响,或者只能间接发生影响。在几乎所有的自然地球环境中这是普遍情况。

P225 超稳定系统无论是孤立的还是连接在多重稳定系统内,总是有选择地向着能提供稳定性的阶跃机制的值活动。

P226不管是否发生分散作用,都会逐步发展成整体的平衡,进到终极场,从而得到整体的适应。分散作用的影响在于破坏上节中考虑的子系统的独立存在。……在这样的条件下,当多重稳定系统适应时,再去观察特定的子系统就没有什么益处。将要发生的事不过是:只要有某些基本变量还处在它们的限度之外,阶跃机制就要发生变化,使子系统一组接一组地变成活动的。

P228 回溯抑制?


第十七章 辅助调整

P232 在这个问题上让我们一劳永逸地排除调上个世纪关于大脑的几乎每一本书都支持的一个想法,即认为大脑内部的通信越多越好。……只有不允许某些变量对之间有通信,或者不允许它们之间的通信超过一定的程度,某些功能才能成功实现。

P234 通道通过环境同样能实现。一个基本的例子是大脑通过反馈监听声带的活动,这个反馈在到达大脑前至少有一部分是通过空气的。

P238 在第十一章中我们加上了另外一个基本变量F:使四个E在它们的限度之内达到稳定所耗费的时间;把F保持在限度之内是另一种适应。这个F可以和第五个E完全区分开来,前者用一种全然不同的方式进入系统。但是F作为一个基本变量发生在整体之中。……这些E显然是同构的或等价的;但是F以一种不同的方式进入整体。……根据稳定性方法,F超出限度必然导致变化,但是显然这些变化不应该简单地出现在E曾经起过作用的那些阶跃机制上,否则F产生的作用就和E所作的第101次尝试没有不同。

P240 本书必然去考虑基本变量能明显分出层次的情况:第七章到第十章的(E1,E2,E3,E4的)初级层次,然后是第十一章到现在的明显不同的F

P241 我们现在可以明确地指出,如果要使适应程度不是停留在名义上,还有一些参数也不得不加以调节。这些参数中有几个早就受到过注意了:

18.15节中我们注意到尝试的持续时间需要调整。在那一节中,调整当然是由操作者在跟踪内稳定器的行为之前进行的;但是关于在生物中如何自动进行这种调整却什么也没说。//每次尝试持续的时间太快或太慢都不好。

27.7节要求基本变量以一种特殊的方式对阶跃机制起作用:在“坏”的时候进行搜寻而在“好”的时候停下来。但是关于生物中如何提供这种特殊关系却没有说出什么来。

310.8节证明,如果一个超稳定系统有效地适应一种重复出现的情况,就必须有某种选通机制;但是关于生物如何获得这种机制也没有说出什么东西。

413.11节证明了部分的状态中平衡态的丰富程度这个参数值多么重要。但是对这个参数怎样才能调节到适当的限度之内还是什么也没说。

P243 所有的调整过程都受到必要变异度定律的支配。(《导论》第十一章描述了这个定律)。

这个定律(关于抑制噪声的香农定理10只是它的一个特殊情况)指出,如果一个影响到某些基本变量的调节器制止了一定量的干扰,那么这个调节器必须至少能产生同样量的选择。(如果这个定律被打破了,那就会出现有适当的后果却没有适当的原因的情况。)这样,提供辅助调整就要求存在一定强度的选择过程。

这些辅助调整最终可以归因于自然选择。

第十八章 适应的放大

P247因此地球上生命的发展不能看作是什么非凡的事情。恰恰相反,它是不可避免的。

P248这是一种间接方式的调节或适应。基因模式过去不曾现在也不会命令猫适应,而是让猫走进一条自己能形成适应的道路,让环境去详细指导它们。

P249有的参数可以通过基因模式的直接活动来调整,使得生物体一生下来就带着正确的参数值。有的辅助调整也可以由基因模式经过一次转移来进行。其它的辅助调整可以通过基因模式经过两次转移来调节。

如果要适应的环境保持不变的时间比基因模式能达到适应的时间短得多,由学习来适应的方法是获得适应的唯一办法。


P251最基本的事实是所有的孤立定态系统都有选择性:不管它们最初以什么状态开始都要趋向平衡状态。平衡状态总是在它与系统的导致变化的规律的关系中表现出特殊的抗变特点。(一种特殊的抗变性的形式就是不管它以什么方式产生以后,还会以同样的形式再度出现──即所谓的“再生”形式。)//

如果一个系统能够形成局部的平衡,它就会采取动态的子系统的形式,而对于局部发生的破坏性效应具有特殊的抗变性。在考察这样的稳定的动态子系统的内部时就会发现有的部分在抵抗干扰时起保持协调的作用。

如果干扰的类型从一代到另一代发生了变化,但是在每一代则保持不变,那么生物体就会产生一种更强的抗变形式,它在环境的作用下会以调节的方式抵抗特定的环境──这就是进行“学习”的生物。//这个如果是什么含义?

这本书主要是考虑这一过程的最后一个阶段。它通过对于特别清楚和简单例子的考虑表明了基因模式如何能提供一种机制(具有基本部分和辅助部分),它在任何给定的环境作用下,必定会逐步适应特定的环境。



附录:

第十九章 定态系统

P253 布尔巴基学派

P254 机制的逻辑:如果外部条件为集合A,机器内部状态为集合E,那么机器就可以根据它的行为定义为把AXE映射成E。于是“机器”的概念就严格地对应于数学中最基本的概念。保持A的值为常数,把E映射到E就对应于孤立的机器。

P256 定态系统的行为轨迹定义一个群。

不明白定态与非定态的区别。

P257 正则表示。集合x1,……xn的导数可以描述成该集合的函数而不是时间的其他显函数或隐函数。


第二十章 稳定性

第二十一章 参数

P277 在前二章中我们考察的定态系统是孤立的,它具有某些不变的环境条件或者说它的输入是不变的.现在我们转而考虑那些受到它周条件变化影响的定态系统,它不再是孤立的,或者说它的输入是可变的.经验已经标明这种变化相应于将参数引入正则表示.

P284 系统的连接. 实验者与另一个系统,提供参数的变化.//人的控制,作为自然的取代,表示了参数可取集的变化.

P287 香农所定义的”无噪声转换器”是和定态系统等价的.


第二十二章 不变量的作用

超稳定系统的正则表示。 就相当于两个互相耦合的系统?



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2 王栋 yinglu

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