包宗鑫

（赤峰學(xué)院 外國(guó)語(yǔ)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

概述在大腦模塊系統(tǒng)的扎根符號(hào)操作

包宗鑫

（赤峰學(xué)院 外國(guó)語(yǔ)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

符號(hào)操作在人類認(rèn)知方面起到重要作用，由于傳統(tǒng)符號(hào)理論的缺陷，知覺符號(hào)理論在扎根認(rèn)識(shí)論中產(chǎn)生，符號(hào)操作的實(shí)施通過仿真完成知識(shí)表征.Barsalou通過大量實(shí)驗(yàn)對(duì)于符號(hào)操作理論的實(shí)施進(jìn)行了證明總結(jié)，同時(shí)對(duì)于語(yǔ)言符號(hào)操作也進(jìn)行了探討.本文闡述了相關(guān)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，提出了實(shí)驗(yàn)所受的限制，最后對(duì)其進(jìn)行了一定的評(píng)價(jià)和展望.

符號(hào)操作；大腦；仿真；知覺符號(hào)理論

現(xiàn)代認(rèn)知科學(xué)的中心主題是人類智能之中的符號(hào)解讀.人類大腦并不是簡(jiǎn)單地記錄圖像.圖像的采集或記錄也并不構(gòu)成智能系統(tǒng).圖像內(nèi)容的符號(hào)操作是智能行為的基礎(chǔ)解讀，是人工智能與人類智能的核心內(nèi)容.

符號(hào)操作對(duì)智能系統(tǒng)進(jìn)行了有力的經(jīng)驗(yàn)解讀.使用類型標(biāo)記的結(jié)合，智能系統(tǒng)可以將各個(gè)組成部分圖像歸類到熟悉的類別（例如，分類的組成部分的形象為人和車）.從中可以推論得知預(yù)測(cè)分辨?zhèn)€體的行為，并選擇有效的可采取的行動(dòng)（例如，認(rèn)為人可以說(shuō)，汽車可以驅(qū)動(dòng)）.符號(hào)知識(shí)可以進(jìn)一步的分析個(gè)體圖像并預(yù)測(cè)的屬于他們的性質(zhì)和關(guān)系（例如，確定一個(gè)人是一個(gè)成年男性，或兩個(gè)人有相似的家庭）.這樣的結(jié)論將進(jìn)一步支持高級(jí)認(rèn)知操作，如做一個(gè)決定（例如，采購(gòu)買天然氣或電動(dòng)車），規(guī)劃（例如，去周圍的鎮(zhèn)子給電動(dòng)車充電），解決問題（例如，如果鑰匙鎖在車?yán)镌鯓幽玫借€匙）.符號(hào)操作還包括多種符號(hào)操作形式，這樣一個(gè)智能系統(tǒng)可以構(gòu)建復(fù)雜的符號(hào)表達(dá)（例如，結(jié)合詞的含義在語(yǔ)言理解）.最后，通過建立抽象的概念，心理狀態(tài)和心理活動(dòng)，智能系統(tǒng)可以以元認(rèn)知方式去進(jìn)行解釋.（例如，評(píng)價(jià)一個(gè)人的規(guī)劃和決策策略）.

由于認(rèn)知革命，語(yǔ)言符號(hào)和操作已被廣泛認(rèn)可.不僅在人工智能方面起到重要作用，并且在解釋人類認(rèn)知方面得到普遍應(yīng)用.但是，由于傳統(tǒng)的符號(hào)理論缺陷，研究者們認(rèn)為傳統(tǒng)的符號(hào)理論不適于高層次的認(rèn)知，尤其是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與力學(xué)方面.

值得注意的是，一些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究人員已經(jīng)意識(shí)到符號(hào)操作是在知識(shí)、語(yǔ)言、和思想方面實(shí)施較高層次的認(rèn)知現(xiàn)象所必不可少的.但是傳統(tǒng)理論中并不包括具體怎樣實(shí)施符號(hào)操作.出于這個(gè)原因，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究人員開發(fā)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的符號(hào)操作.有趣的是，這些方法并沒有被廣泛普及，無(wú)論是心理學(xué)家，還是知識(shí)工程師都難以有效地實(shí)施.結(jié)果，他們都得繼續(xù)使用傳統(tǒng)符號(hào)操作理論.

一個(gè)替代符號(hào)操作的理論在扎根認(rèn)知理論中產(chǎn)生.這不僅對(duì)于心理和神經(jīng)方面是可行的，而且它提出了一種新的圖像分析方法.基本上，這種方法發(fā)展的內(nèi)容是從圖像中提取.因此，符號(hào)可以綁定到區(qū)域的圖像，從而建立類型標(biāo)記映射.推論得出分類知識(shí)也以圖像的形式，這樣他們就可以被映射到感知.

扎根認(rèn)知的大腦的模態(tài)系統(tǒng)的衡量標(biāo)準(zhǔn)是非模態(tài)符號(hào)是由體驗(yàn)形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)表征.體驗(yàn)一個(gè)類別時(shí)，情境模態(tài)產(chǎn)生在在視覺系統(tǒng)，聽覺系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)，軀體感覺系統(tǒng)，等等.一旦情境模態(tài)中出現(xiàn)所有相關(guān)模態(tài)系統(tǒng)的一類，非模態(tài)符號(hào)代表概念的內(nèi)容在大腦中轉(zhuǎn)換為這一類別的知識(shí)表征.捕捉多模態(tài)情境是模仿代表一個(gè)詞的意思.神經(jīng)系統(tǒng)試圖重演情境模態(tài)狀態(tài)，這種再次進(jìn)行的模仿可以被稱為仿真，這是大腦試圖模仿以往的經(jīng)驗(yàn).

關(guān)于仿真常常產(chǎn)生一些錯(cuò)誤的理解.首先，這種結(jié)構(gòu)往往被視為一個(gè)實(shí)例典型的經(jīng)驗(yàn)主義理論.其次，這種結(jié)構(gòu)通常被認(rèn)為是一個(gè)無(wú)法演繹的記錄系統(tǒng).第三，這種結(jié)構(gòu)往往被視為從外界的認(rèn)識(shí)世界獲取知識(shí).原則上，具體的仿真是是基因決定的而不是從經(jīng)驗(yàn)中獲得的.它也不是一個(gè)記錄系統(tǒng)，是可實(shí)施的演繹.并且不僅需要從外界的認(rèn)識(shí)世界獲取知識(shí).而且，它可以從內(nèi)省中，即，從內(nèi)部知覺的影響，激勵(lì)，本體，痛苦，快樂，認(rèn)知狀態(tài)，認(rèn)知活動(dòng)等獲得豐富的知識(shí).因?yàn)槿祟惖拇竽X某種程度上能夠感知內(nèi)部狀態(tài)，它抓住了這些情境和仿真在緊隨的時(shí)機(jī)，正如它捕捉和模擬感知外部狀態(tài).在這些描述后，捕捉和模擬的內(nèi)部狀態(tài)顯示抽象概念表征的核心，具體來(lái)說(shuō)是人類的認(rèn)知.調(diào)查結(jié)果表明，感知、行為和內(nèi)省的大腦的模態(tài)系統(tǒng)是活躍在記憶，知識(shí)，語(yǔ)言和思想的較高的認(rèn)知行為中.

下面的內(nèi)容將描述預(yù)測(cè)、結(jié)合概念、和抽象概念怎樣實(shí)施符號(hào)操作.

知覺符號(hào)系統(tǒng)理論的主要?jiǎng)?chuàng)新內(nèi)容是使用圖像內(nèi)容作為實(shí)施概念及其解釋功能的基本構(gòu)建模塊.通過具體類別的實(shí)例，連接神經(jīng)元與類別的模態(tài)特征整合建立分布式多模態(tài)表征.知覺符號(hào)理論把這種多模態(tài)表征作為仿真器.

從概念上說(shuō)，一個(gè)類型的仿真器的功能大致相當(dāng)于一個(gè)在標(biāo)準(zhǔn)理論中的概念.具體說(shuō)來(lái)，一個(gè)仿真器使具體類別實(shí)例的多模態(tài)概念與個(gè)別詮釋能力合為一體.以汽車為例，關(guān)于車的樣子的視覺信息，關(guān)于車的聲音的聽覺信息，感覺信息與情緒反應(yīng)等把車看成為綜合的仿真器.這個(gè)結(jié)果是一個(gè)分布式系統(tǒng)通過大腦的特征和聯(lián)系區(qū)域積累這個(gè)類別的模態(tài)表征.

原則上，無(wú)限多的仿真器可以發(fā)展在內(nèi)存中的所有形式的知識(shí)，包括對(duì)象，屬性，設(shè)置，事件，行動(dòng)，內(nèi)省，等等.仿真器使在大腦中的存在符號(hào)操作的實(shí)施成為可能.接下來(lái)將說(shuō)明如何使三個(gè)典型的符號(hào)功能仿真，即，預(yù)測(cè)，概念的結(jié)合和抽象概念的表征.

實(shí)施預(yù)測(cè)，智能系統(tǒng)首先必須區(qū)分類型.在知覺符號(hào)理論中，仿真器仿真區(qū)別自然實(shí)現(xiàn)類型標(biāo)記的區(qū)別是預(yù)測(cè)中最基本的.這種區(qū)別可以進(jìn)一步的解釋各種現(xiàn)象有關(guān)的預(yù)測(cè)，包括預(yù)測(cè)類型標(biāo)記，真實(shí)與虛假的命題，并解釋自旋.類型標(biāo)記預(yù)測(cè)的結(jié)果結(jié)合仿真器仿真.例如，結(jié)合汽車模擬器模擬汽車生產(chǎn)預(yù)測(cè)的實(shí)例是汽車類.此外，潛在的預(yù)測(cè)個(gè)體是無(wú)限的，從而產(chǎn)生自旋.因?yàn)闊o(wú)限期許多模擬器可以用來(lái)解釋個(gè)體，無(wú)限期許多真實(shí)和虛假的解釋是可能的.例如，一輛車可以被解釋為一車，車輛，轎車，廢棄的轎車，卡車（假），等.因此，仿真器仿真系統(tǒng)區(qū)分允許知覺符號(hào)理論實(shí)施典型符號(hào)功能相關(guān)的預(yù)測(cè).

知覺符號(hào)理論如何實(shí)施概念結(jié)合，首先考慮一個(gè)仿真器的空間關(guān)系，“在上面”.一個(gè)仿真器可以對(duì)物體指出在知覺的重點(diǎn)對(duì)象比其他對(duì)象都具有較高的垂直位置（例如，直升機(jī)在醫(yī)院）.每一個(gè)“在上面”的關(guān)系指出，選擇性注意的重點(diǎn)是空間區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)，濾出的對(duì)象，并捕捉模態(tài)信息的形狀和大小的區(qū)域，它們之間的垂直距離，橫向偏移，等等.隨著時(shí)間的推移，“在上面”仿真器捕捉許多這樣的對(duì)區(qū)域和空間之間的關(guān)系.“在上面”仿真器本身產(chǎn)生的概念組合.想象這個(gè)模擬器產(chǎn)生一個(gè)特定的仿真.接下來(lái)，想像這個(gè)直升機(jī)仿真器運(yùn)行一個(gè)在仿真在“在上面”仿真器上方的仿真，而且醫(yī)院仿真器運(yùn)行仿真在較低的區(qū)域.由此產(chǎn)生的仿真表示直升機(jī)在醫(yī)院的上方，從而實(shí)現(xiàn)概念組合，表示上述命題（直升機(jī)，醫(yī)院）.無(wú)限的許多其他概念的組合，可以通過模擬不同類型的對(duì)象或事件“在上面”的的仿真實(shí)施，從而表達(dá)相關(guān)命題，如燈、桌子等.總的來(lái)說(shuō)，這就是如何實(shí)現(xiàn)的概念組合.因?yàn)榉抡嫫鞯拇斫M成情形和組成部分之間的關(guān)系，他們的仿真可以組合成復(fù)雜的，多元的仿真.就像一個(gè)有針對(duì)對(duì)象的繪圖程序，知覺符號(hào)理論藻提取物體組成部分的情況并結(jié)合起來(lái)表示以前所經(jīng)歷的情況或與有所不同的情形.

鑒于大多數(shù)研究解決具體的概念（例如，汽車，鳥），相對(duì)的對(duì)于抽象概念（例如，真理，思想）知之甚少.抽象的概念可以對(duì)人類認(rèn)知的本質(zhì)提出深入的見解，并幫助生產(chǎn)日益復(fù)雜的智能計(jì)算給出了元認(rèn)知能力.最近的Barsalou理論表明，抽象內(nèi)容的一個(gè)主要功能是代表內(nèi)省的狀態(tài).

對(duì)于預(yù)測(cè)、結(jié)合概念、和抽象概念經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的證明我們得出以下內(nèi)容：

我們開始與神經(jīng)的證據(jù)顯示神經(jīng)系統(tǒng)證明顯示，人們表明不同模態(tài)的性質(zhì)產(chǎn)生在相關(guān)的大腦行為模塊.人們感知味覺，視覺，聽覺，位置和機(jī)動(dòng)性能，在大腦區(qū)域處理視覺，聽覺，味覺，位置和運(yùn)動(dòng)信息分別成為行為.因此，特定類型的屬性在各自的模態(tài)系統(tǒng)是與大腦行為活動(dòng)相關(guān)的.雖然這些行為活動(dòng)可能是附帶現(xiàn)象，與非模態(tài)符號(hào)操作同時(shí)發(fā)生，實(shí)際上執(zhí)行預(yù)測(cè)行為實(shí)驗(yàn)表明，這些行為活動(dòng)影響預(yù)測(cè)進(jìn)程.當(dāng)一個(gè)預(yù)測(cè)性能轉(zhuǎn)移到一個(gè)新的模式，相對(duì)保持在相同的方式.預(yù)測(cè)性能的形狀和大小取決于性能同樣影響時(shí)間驗(yàn)證性能和準(zhǔn)確性.因?yàn)楦行缘淖兞坑绊懙念A(yù)測(cè)能力，這表明模態(tài)激活不可附帶但是可以在實(shí)施預(yù)測(cè)中承擔(dān)重演角色.

通過吳和巴瑟羅的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果支持的結(jié)論是，人們操作仿真表示概念組合.當(dāng)一個(gè)仿真顯示閉塞的性質(zhì)，它們產(chǎn)生多于阻隔時(shí).阻隔影響概念組合甚至新的組合，這表明仿真正被在線構(gòu)建代表他們.當(dāng)結(jié)合一個(gè)啟示性的修飾語(yǔ)的頭部的名詞并沒有涉及任何無(wú)阻隔的內(nèi)部性質(zhì)，阻隔的效果沒有產(chǎn)生.顯然，更多的證據(jù)是必要的建立在仿真在概念組合中發(fā)揮核心作用.然而，初步證據(jù)表明一些可改進(jìn)的是有可能得到糾正的.

與概念組合類似，非常少的研究涉及到在抽象概念中的仿真角色.，初始證據(jù)再次表明仿真的重要性.通過研究得出語(yǔ)言是抽象的概念，仿真應(yīng)該是抽象概念表征的核心.因此Barsalou提出抽象概念是指在一個(gè)背景情況下的分布式核心內(nèi)容，其中重點(diǎn)內(nèi)容通常包括內(nèi)省的狀態(tài)，事件，以及它們之間的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)與研究表明這些結(jié)果表明，人們使用仿真表示抽象的概念.當(dāng)給一個(gè)表示抽象概念的詞，在給定的詞為一個(gè)抽象的概念，人們模仿在詞義情況下發(fā)生的概念.顯然，更需要進(jìn)一步的證據(jù)證實(shí)這一發(fā)現(xiàn).結(jié)合以往的證據(jù)表明人們使用仿真表征情境，南加州大學(xué)模擬人代表的情況下，然而，這是合理的假設(shè)，未來(lái)的證據(jù)將表明人們也在仿真情境下表達(dá)抽象內(nèi)容.

這些支持知覺符號(hào)理論說(shuō)明符號(hào)操作的發(fā)現(xiàn)顯然是受到限制的.雖然大量的研究目前為止已經(jīng)進(jìn)行到預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步的工作顯然需要得出關(guān)于仿真實(shí)施符號(hào)操作的決定性的推斷.鑒于對(duì)相概念結(jié)合和抽象概念的研究較之甚少，需要更謹(jǐn)慎的得出符號(hào)操作是怎樣產(chǎn)生的結(jié)論.然而，初步證據(jù)表明知覺符號(hào)理論證明這些符號(hào)操作是可行的.

符號(hào)操作在語(yǔ)言與仿真的相互作用中產(chǎn)生

在處理符號(hào)操作本質(zhì)的過程中，重點(diǎn)關(guān)注的是仿真.然而，人類行為中的符號(hào)操作不僅來(lái)自仿真也與語(yǔ)言與仿真的相互作用密切相關(guān).語(yǔ)言系統(tǒng)在產(chǎn)生仿真的合成結(jié)構(gòu)中似乎發(fā)揮主要作用.例如，句子的句法結(jié)構(gòu)可以控制的檢索，組合，和轉(zhuǎn)型成分模擬的組合表示句子和文本.同樣，語(yǔ)言和仿真之間的相互作用和模擬可以產(chǎn)生復(fù)雜的組成結(jié)構(gòu)，然后依據(jù)幾個(gè)組合有效地產(chǎn)生詞組和遞歸嵌入結(jié)構(gòu)，這是人類認(rèn)知的特點(diǎn).很多其他復(fù)雜的符號(hào)操作也可能產(chǎn)生于語(yǔ)言與仿真的相互作用.總的說(shuō)來(lái)，語(yǔ)言通過仿真器提供了一個(gè)強(qiáng)大的仿真索引系統(tǒng)區(qū)域和操縱語(yǔ)言與思維中的仿真.最重要的是，這兩個(gè)系統(tǒng)可能是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的人類認(rèn)知符號(hào)能力系統(tǒng)所必不可少的.兩者共同產(chǎn)生的人類的符號(hào)能力.然而，相互作用的語(yǔ)言和仿真系統(tǒng)與其擁有的嘆為觀止的能力仍然有許多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)需要去認(rèn)識(shí)和吸取.

認(rèn)知科學(xué)理論中的一個(gè)核心問題是知識(shí)在頭腦中如何表征的.扎根認(rèn)知論是Barsalou(2008)提出的一種認(rèn)知觀.他認(rèn)為，環(huán)境、情境、身體和大腦模塊系統(tǒng)中的仿真構(gòu)成了認(rèn)知中核心表征的基礎(chǔ).同時(shí)Barsalou針對(duì)命題符號(hào)理論的不足提出了知覺符號(hào)理論.在本文中，對(duì)于大腦模塊系統(tǒng)中的符號(hào)操作如何實(shí)施Barsalou進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)總結(jié)與論證.使認(rèn)知科學(xué)得到了新的發(fā)展方向，相信關(guān)于以上理論的研究將有更為廣闊的空間，我們期待Barsalou新的成果.

〔1〕Lawrence W.Barsalou,(2008)《Information Sciences》.

〔2〕謝久書，張常青，王瑞明，陸直.知覺符號(hào)理論及其研究范式.心理科學(xué)進(jìn)展，2011.

〔3〕李瑩,王瑞明,莫雷.物體隱含的形狀信息對(duì)圖片再認(rèn)的影響.心理科學(xué)，2005.

〔4〕王瑞明,莫雷.知覺符號(hào)理論芻議.華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(教育科學(xué)版)，2010.

〔5〕伍麗梅,莫雷,王瑞明.情境模型的實(shí)質(zhì):命題符號(hào)與知覺符號(hào)之爭(zhēng).心理科學(xué)進(jìn)展，2005.

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1673-260X（2017）05-0030-03

2017-01-03