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智力开发 |
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认知结构与脑结构在主体认识加工中的作用
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本文对认知科学中的一个基本理论问题即人脑的实体结构（神经生物学结构）、机能结构与认知结构三者的关系及其在主体信息加工中的作用作了初步的哲理分析。文章还区分出了广义与狭义两种认知结构及其在主体认识加工中的不同作用。
当莱布尼兹用“有纹路的理石”调解唯理论与经验论的激烈争论时，他已触及到人脑中的先天因素和后天习得因素在主体认识加工中的作用问题。然而，对这一问题从科学和哲学上作出准确的解答，却只有在认知科学与神经科学取得长足发展的今天才有可能。
一、人脑的实体结构与机能结构
如果我们从物理实体而不仅仅是抽象规定的意义考察认识主体，那么主体就是在特定历史条件下形成的具有血肉之躯的人。其中，人脑是认识主体最重要的构成部分，认知心理学与脑科学的研究业已证明，主体认识加工就是在人脑这个特殊的信息加工器官中进行的。人脑生成经验，观念和知识的信息加工活动，既依赖由遗传因素决定的脑的神经生物学结构，也依赖在特定环境因素与社会历史条件下形成的脑机能结构和主体认知结构。
人脑的神经生物学结构亦称脑实体结构，它是指由成百亿神经元组成的具有复杂连接通路与回路的庞大的神经网络。与生物的其它组织器官一样，脑的神经网络首先是生物进化中遗传、变异和自然选择的产物。在物种进化中被创造出来的这种实体结构，被编码在人的DNA序列中。作为遗传基因载体的DNA双螺旋，既能通过不断的自我复制把编码脑结构的信息传递给后代，又有在个体发育中通过转录RNA和转译蛋白质的方式把脑的神经网络结构在每一代个体中再现出来。因此，对每一个有认识能力的具体人来说，脑的神经生物学结构首先是由遗传因素决定的先于自身经验的结构。
人脑又是一个可塑性很强的神经器官。外界和内部环境中的各种作用或刺激能从个体发育和机能建构两个水平上影响它的结构与功能的组织形式。
从个体发育水平看，虽然编码脑结构的DNA序列能按DNA→RNA→蛋白质的信息流向把基因表达为蛋白质并最终形成脑的神经网络结构，但在由基因型转变为表现型的神经发育过程中，环境因素的作用是至关重要的。大量的神经生物学实验表明，在个体发育的不同阶段上，如果缺乏相应的外界刺激或作用，脑的有关区域就不能得到充分的发展。反之，又将会得到丰富的发展。神经生理学家休贝尔（D.H.Hubel）和威塞尔（T.N.Wiesel）做的剥夺刚出生动物视觉刺激而导致视皮层发育异常的实验［①］；渥尔塞（T.A.Woolsey）等人做的剥夺对小鼠胡须的触觉刺激而引起大脑皮层感觉柱群不能发育的实验［②］，都说明在个体发育中环境因素的作用能引起脑实体结构的神经网络连接线路的明显变化。因而我们不能把人脑的神经生物学结构仅看作是编码在结构基因中的那种“理解脑结构”，而应看成是在环境影响下通过复杂的发育过程实际形成的那种脑结构。所以说，人脑的实体结构即神经网络结构是在个体发育过程中由遗传因素和环境因素共同塑造出来的。
从机能建构角度说，人脑的机能不同于一般简单物体具有的机能，它是有高度组织的“机能系统”。环境因素的影响与外界信息的输入能改变脑结构中机能系统的组织形式，或说能引起机能系统发生复杂的机能建构。心理学与脑科学的诸多事实表明，机能建构是人脑以摄取与保存信息为条件而进行的功能自组织过程。虽然这一过程与个体发育过程常常密切相伴，但它一般不引起神经网络连线间的明显改变而仅能导致某些微结构变化，如突触间神经递质释放的量子数的改变；神经细胞中RNA与蛋白质的合成量的改变等［③］。因而我们说，环境因素引起人脑的机能建构过程主要是信息结构的构筑和与之相关的机能结构的形成过程。机能建构作用能把编码在基因中的本能信息和同化于主体中的外来信息紧紧地嵌合在人脑的实体结构之中，逐渐形成不同于实体结构的脑机能结构。
神经心理学的兴起使脑机能结构的研究成为一门日趋独立的新兴学科。在这一领域中，前苏联著名学者鲁利亚做出了意义深远的贡献。他澄清了“机能”“定位”等对脑机能结构研究有重要意义的基本概念；创立了神经心理学的临床测验法；尤其是划分出了人脑基本的机能结构系统。他认为，人脑有三个基本的机能联合区，它们是：（１）保证调节紧张度或觉醒状态的联合区；（２）接受、加工和保存来自外部世界信息的联合区；（３）制定程序、调节和控制心理活动的联合区。每个机能联合区又能进一步分成具有不同生理与心理功能的一级皮质区（或投射区）、二级皮质区（或投射－联络区）和三级皮质区（或重叠区）［④］。鲁利亚的精辟见解和对脑机能结构所作的这些划分，对现代心理学、认知科学的研究具有颇为重要的价值。然而，从脑科学今天的发展水平看，我认为他的研究仍有若干不足之处。其中最突出的，就是没有把信息存储系统（即记忆系统）作为一个独立的机能结构系统提出来，仅把它说成是具有保存来自外部世界信息的第二机能联合区的独有功能。
心理学的实验事实和大量的日常经验早已示明，人脑不仅能保存来自外部世界的信息，还能保存人的活动技能，人体验过的情绪、情感以及思维中使用的操作规则、方法策略等等。脑科学的新近研究也指出，人脑中三个基本机能联合区所在的那些脑组织结构都是记忆信息存储的场所，并不只限于第二机能联合区的脑组织。与记忆信息的存入和取出有关的脑组织结构，主要是位于大脑皮层前额叶以及颞叶内下侧的海马和杏仁核等［⑤］。因此，我们有理由认为，人脑中的信息存储系统也是一个最基本的机能结构系统（或机能联合区）。这个机能联合区与鲁利亚的前三个联合区有着并列且相互依存的功能。从脑的神经生物学结构看，信息存储系统的脑组织除前额区、海马、杏仁核等可做明显区分外，其余部分则和上述三个机能联合区的脑组织重叠在一起，因而难于单独区分。
综上所述，人脑的机能结构不仅是发育过程中基因表达的产物，更是以摄取外界信息为前提的脑机能建构的结果。因而它是既包含先天因素又包含习得因素，既包括脑“硬件”又包括脑“软件”的复杂统一体。人的认知结构、心理结构这类似乎看不见、摸不着的东西，就是嵌合在人脑的机能结构之中，并通过它转变成了切实可见的存在物的。
二、认知结构与脑实体结构、机能结构的关系
主体认知结构是人脑中后天习得的信息型结构。与上述由遗传因素决定的脑实体结构不同，它是由来自内、外环境的信息组织集结而成的非实体结构，是有机构成的信息集合体。皮亚杰的发生认识论和现代认知心理学的重要贡献之一，就是从理论和实验研究方面确立了人脑中认知结构的存在，并初步探寻了其具体的存在形式［⑥］。近年来，在我国哲学界开展的认识论讨论中，承认主体中存在着有认识加工作用的认知结构，也已是大家的共识。
主体认知结构存在的物质载体就是人脑的神经生物学结构即脑实体结构。没有后者，作为信息集合体的前者就失去了自身存在的基本前提。在临床脑医学研究中，脑发育障碍引起的信息习得能力低下和脑损伤导致的记忆信息丧失，都对这一看法提供了无可辩驳的证据。因此我们说，主体认知结构是附着在脑实体结构之上，或说是由脑实体结构承载着的信息集合体。换一个角度看，脑实体结构一旦同化或吸收了各种信息形成了附着于其上的认知结构或称心理结构，它就有了实现或施行心理与认识活动的信息加工能力，从而也就形成了能使神经心理学家明确区分开来的那些脑机能结构。在脑科学研究中，因某种原因早期切除左侧大脑半球的所谓半脑人长大后仍具有言语理解和表达能力的事实有力地表明［⑦］，人脑中控制言语活动的机能结构并不是只能定位于大脑皮层的左半球。一旦右脑半球习得了各类与言语活动有关的信息和技能并建构起了相应的认识结构，它也能生成类似于左半球言语中枢的那些机能结构。由此可见，脑机能结构是生物性实体结构与信息型认识结构的复合统一体。从脑实体结构的角度看，我们说认知结构是附着于它上面的。若从脑机能结构的角度讲，我们则说认知结构是嵌合于其中的。人脑的实体结构、机能结构和认知结构三者间的这种关系，是本文提出并着力阐明的一个十分重要的观点。这一观点指出了认知心理学与神经心理学的“接壤之处”及其研究对象间的相互关系。
认知结构与脑机能结构之间的特殊关系，可使我们对其建构与形成问题提出以下看法。这就是，如果把脑实体结构看作是预先已有的存在物，把它的那些生物性功能作为脑机能结构形成的前提条件，那么认知结构的形成与脑机能结构的建构就必须是同一过程的两个不同的侧面。就实质而言，它们都是人脑摄取与同化内、外环境刺激信息的产物，都需要以脑的记忆及其生理功能为基础。然而认知结构的形成与建构旨在展示主体怎样把同化于自身中的信息逐渐组织成有机构成的信息集合体，而脑机能结构的建构则侧重于表明人脑摄取这些信息后其结构与功能如何复杂化与专门化。
主体认知结构的建构和前述环境因素对人脑结构与功能的塑造作用都是以人的社会实践为前提的。人在自己的实践活动，特别是外部认识活动这类特殊的实践活动中能有效地改变刺激信息的呈现方式，灵活地选择各种信息。不仅如此，实践活动还能从客体对主体的价值意义和主体对客体的操作方式两方面创造出新型的主－客体关系信息。在实践过程中，人脑以感官为门窗逐步获取和同化这些信息，就形成了附着于脑实体结构之上的认知结构。在此同时，也使得原先脑实体结构具有的那些基本生理功能得到丰富化、多样化的发展，从而建构成了相应的脑功能结构。
三、认知结构的组织构成与基本功能
人的认知结构可从两个不同的组织与构成层次作考察。其一是动态功能性构成；其二是静态模式性构成。前者与人脑处于工作状态和工作记忆时的全部信息活动相联系，是一种广义认知结构；后者则与人的长时记忆中的信息存储模式有关，是一种狭义认知结构。
广义认知结构是一个动态运行着的功能系统（或功能结构）。它是人的内部认识活动与主体认识加工的承担者或执行者。人的经验、观念和知识就是在这个功能系统的活动与运行中逐步生成的。广义认知结构虽可被看成是后天习得的信息型结构，但它却密不可分地交融和渗透着脑实体结构的许多先天性功能成份。这是因为任何信息型结构的动态运行，总是依赖其物质载体的活动与操作。人脑中信息型结构的活动，归根结底是承载它的神经组织的活动，尽管它们并不等同，但却同时共存。因而广义认知结构显然是和前述人脑的机能结构密切联系着的。我以为，究其实质它们应是同一个存在物，其差别仅在于分析角度和解释意义不同。
广义认知结构有四个基本的子结构（或称子系统）。它们是：①编码－映射结构；②编程－操作结构；③编态－监控结构；④存储－提取结构。
编码－映射结构是主体收录、承载、变换与重组来自客体信息的直接负载或代码系统。它能对客体信息进行复杂的编码与重组变换，从而把客体映射到主体的代码结构中，生成有关客体的经验、观念和知识。认知心理学中所说的陈述性知识，皮亚杰言及的物理经验和物理知识，就是在这个机能结构或机能系统中生成的。从脑机能结构的角度看，编码－映射结构与鲁利亚划分的第二机能联合区的脑功能相类似。毋庸置疑，它们所依附的脑实体结构应是大脑皮层中央沟以后的广大顶－枕皮层区及颞叶皮层区。
编程－操作结构是主体编制认识活动（含心理活动）的内部与外部程序，并以此来控制和执行各种心智操作与行为操作的机能结构系统。它能把主体对客体施行的实际操作与心智操作缩微和内化成主体中的程式型经验和程序性知识。认知心理学中所说的技能性知识，皮亚杰所谓的逻辑数理经验，最初都是在这个机能结构中生成的。编程－操作结构的功能也大致类似于鲁利亚的第三机能联合区的功能。它的脑实体结构是大脑皮层中央沟以前的广大额叶区的脑组织。
编态－监控结构是主体生成各种状态模式，并用其评估编码－映射结构中生成的客体知识和驱动编程－操作结构控制的各类操作活动的一个更为复杂的机能结构系统。它既能建立和制作主体中不同的状态模式，又能体验和评估客体信息与行为后果的价值意义，还能制订心智操作与行为操作的目标与准则，从而形成体验与评估型经验及价值观念与价值知识。这个机能结构还可被进一步分成两个二级子结构：一是状态调控结构；二是驱动－评估结构。鲁利亚划分的第一机能联合区的脑功能，接近于编态－监控结构中的状态调节功能。其脑实体结构主要是脑干网状结构及下丘脑与尾状核等深部脑组织。编态－监控结构中的驱动－评估子结构可看作是认知结构中最高的监控中心。它的脑实体结构主要是大脑皮层的前额区组织。
存储－提取结构是认知结构中必不可少的子结构或子系统。它能把上述几个子结构中生成的各种经验、观念和知识按特定的组织模式存储起来。一旦主体认识加工需要，它又能将其提取出来供信息加工使用。这个子结构显然和我们在前面补充的新机能联合区－信息存储系统的脑功能相类似。如前所述，它们的脑实体结构包括海马、杏仁核等，又包括前三个机能联合区所定位的那些脑组织区域。
广义认知结构还有三个与上述子结构有垂直构成关系的基本机能层。这三个机能层以类似的构成形式存在于每一个子结构之中。
在编码－映射结构中，三个机能层分别称：①特征编码层；②形象编码层；③语义编码层。其中特征编码层能把来自感觉寄存器的信息（即感觉登记中的信息）编码成各种客体特征。形象编码层可进一步分成空间图象编码层和言语符号编码层两部分。它们能把出自特征编码层的信息组建成反映客体外部形态的心理表象（包括表层言语表象）。语义编码层是一个靠言语符号层支撑着的编码层。它是体现人类意识活动的主要特点的一个编码加工机能层。它能把出自形象编码层和言语符号编码层的信息抽象与概括成反映客体本质的概念、命题和理论。
编程－操作结构中的三个机能层是：①程式编程层；②程序编程层；③语义编程层。在此，程式编程层仅生成为纽厄尔和西蒙称为“产生式”的那些简单操作程式。程序编程层把各种程式组装成能用于内、外认识活动的操作程序。语义编程层则能从各种程序信息中抽象和概括出活动规则和方法策略。
在编态－监控结构中，同样也存在着三个机能层。我们暂称它们为：①特征编态层；②模式编态层；③语义编态层。迄今为至，认知心理学对这个子结构中的三个机能层还未提供较多的资料事实，因而我们尚无法对其功能特点做较确切的概括和说明。同样，存储－提取结构也有三个基本的机能层。它们可表述为：①特征存储层；②形象、模式与程序存储层；③语义存储层。它们的功能特点是显而易见的，故不赘述。
由四个子结构和三个机能层构成的广义认知结构（或称心理结构）是一个复杂的立体结构。它大致对应于鲁利亚划定的人脑的几个基本机能联合区以及构成它们的一级区、二级区和三级区的脑机能结构。
与人的广义认知结构不同，狭义认知结构是经验与知识在人脑中静态的组织或存贮模式。它也被称为人脑中的内存结构或知识库结构。由广义认知结构加工制作出的各种经验、观念和知识，都能以静态的模式存放在存储－提取结构中，形成人脑中十分庞大的知识库。这个知识库虽要以人脑的神经生物学结构为物质载体才得以存在，但却能被单独分离出来从信息学的角度加以研究。因此，狭义认知结构是一个可分离研究的纯信息型结构，是广义认知结构中的一部分。
对狭义认知结构的组织与构成形态的研究，实质上就是对人的长时记忆中经验和知识的存储模式的研究。在现代认知心理学与认知科学中，它被称为“信息表征”或“知识表征”，是一个极富魅力的研究热点。
知识表征的研究首先涉及人脑中存储的知识有哪些基本类型。在认知心理学中，人们通常以存储着的知识能否直接用语言来陈述而将其区分成“陈述性知识”和“程序性知识”［⑧］。在本文中，我从经验与知识所反映的内容及其生成方式出发，把它们区分为三大类。一类是对象性的经验与知识；另一类是技能性的经验与知识；第三类是状态评估性的经验与知识。前已述及，这三类不同的经验与知识分别是由广义认知结构的编码－映射结构、编程－操作结构和编态－监控结构加工制作而成的。其中，编码－映射结构的三个机能层又分别加工制作出了特征经验、心理表象以及概念与命题等三种具体的对象性经验或知识，编程－操作结构和三个机能层则分别制作出了程式经验、程序经验和方法、策略等三种具体的技能性经验或知识，编态－监控结构的三个机能层却分别制作了特征体验式经验、模式体验式经验（即评估性经验）及价值观念、价值知识等三种具体的状态评估性经验或知识。这三类六种经验与知识又都被存放在存储－提取结构中，形成了它即狭义认知结构特有的信息构筑模式。
依据认知心理学有关知识表征的研究，我认为狭义认知结构的信息构筑模式大致有以下三个基本特点：第一，从编码－映射、编程－操作和编态－监控子结构的特征层中分别加工制作出来的三种特征经验被各自独立地存放在存储－提取结构的特征存储层之中；第二，从三个子结构的形象、模式与程序机能层中加工制作出来的形象、模式与程序类经验或知识按以上划定的知识类别看，往往是两两组合为一体的经验或知识。它们也被分立地存放在存储－提取结构相应的存储层中；第三，从三个子结构的语义层中加工制作而成的知识是三者融为一体或说三相合一的知识。它们已很难按上述知识类别做纯粹的区分。这类知识不是独立而是作为一个整体被存放在存储－提取结构的语义存储层中的。多数认知心理学家认为，这类语义知识是由以节点和关系构成的命题网络或语义网络的具体表征样式存在于人的长时记忆中的。从某种意义上说，正是由于语义知识在人脑中的生成与存在，才使人有了区别于动物心理的人类意识。
无须讳言，对狭义认知结构信息构筑形式的详细说明与论证，涉及认知心理学关于知识表征的许多问题。它已超出了本文的探讨范围，故不赘述。
四、脑实体结构、机能结构和认知结构在主体认识加工中的作用
对认知结构的构成模型与基本功能的以上阐述，已初步展示了人的认知结构特别是广义认知结构在主体认识加工中的作用。
如上所言，广义认知结构是主体认识加工的承担者与执行者。当客体信息进入人脑经短暂的感觉登记后，首先进入编码－映射子结构的特征编码层进行信息编码与重组加工。此后，又依次进入形象编码层和语义编码层进行编码与重组加工。认知心理学的研究资料表明，这三个机能层对客体信息的具体加工方式很复杂。既有序列加工，又有并行加工；既有审慎加工，又有自动加工；既有从特征层到形象层再到语义层的自下而上的加工，又有与之反向的自上而下的加工。为这些复杂的加工方式提供加工程序并控制加工中的心智操作活动的，则是编程－操作子结构。此外，编态－监控子结构为主体认识加工设定目标，提供动力，评估加工结果，施行总体的监督和控制。由此可见，人认识任何客体的主体加工过程，都是由广义认知结构的这三个子结构共同运行、协同工作而完成的。它们相当于计算机中的中央处理机担负着主体认识加工各具体环节上的动态执行过程。与此有别，存储－提取子结构主要是一个保存人的经验与知识的子结构。它的存入、取出等动态功能活动是由以上三个子结构激活与控制的。它相当于计算机中的内存储器。在主体认识加工中，它的作用也就是我们要进一步说明的狭义认知结构的作用。
前已述及，狭义认知结构是指存放在存储－提取结构中的经验与知识的有机构成模式。在主体认识加工中，它提供着信息加工所需要的先存的数据资料、程序软件和状态评估软件。其中，状态评估软件是迄今为至仅在人脑中存在而一切智能机系统尚不具备的一类特殊的软件。狭义认知结构提供的这些有组织的静态信息，只有进入编码－映射、编程－操作和编态－监控子结构以后才能成为具有激活功能、操作功能和组织功能的活化了的先在信息，也才能起到同化与整合外来客体信息的作用。
前述脑实体结构，机能结构与认知结构间的关系告知我们，人脑有两个基本的构成层与工作层。一个是信息构成层与信息工作层，另一个是实体构成层与实体工作层。对广义与狭义认知结构在主体认识加工中作用的以上说明，显然是从信息层的意义考虑的。如果从实体构成层与实体工作层的角度看，主体认识加工是人脑实际的功能活动过程。承担或实现这一功能活动的，无疑是人脑的机能结构。在广义认知结构中发生的一切信息编码、变换与重组加工，也就是发生在脑机能结构相应机能区域的那些承载着经验与知识的神经组织中的编码、变换与加工。正如对广义认知结构的功能描述不能脱离脑实体结构一样，对脑机能结构的功能描述也无法摆脱人脑中的信息结构。这是由于脑机能结构与广义认知结构原来是同一个存在物的两个不同的功能侧面。因而我们说，脑机能结构是主体认识加工的物理承担者和实现者。由于它的功能运行，才把人脑中实体层与信息层的活动组织成一个统一的机能整体。
虽然脑机能结构中渗透着大量信息层的功能，但它毕竟是以脑实体结构及其基本生理活动为基础的。在脑机能结构中发生的一切生理与信息变化，都必然以脑实体结构为物质载体与加工场所。此外，脑实体结构中神经元间按特定连接通路传递电－化学信号的基本生理活动，是一切心智操作与信息加工操作的基础。这种电－化学活动又依靠神经组织内的新陈代谢供给着能量。所以说脑实体结构不仅为主体认识加工提供了物质载体与加工场所，也为它提供着能量资源以及最基本的神经操作方式。
主体认识加工是生成人的经验、观念和知识的内部认识活动。它的承担者与执行者是脑机能结构或广义认知结构。以先天的遗传因素为主的脑实体结构是主体认识加工的物质载体、能量源泉和功能基质，而后天习得的纯信息型结构－狭义认知结构则为之提供数据资料、程序软件与状态评估软件。这就是本文的基本结论。
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添 加 时 间： |
2006/10/11 |
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