大腦如何表征知識？我們能從中看到現(xiàn)實的本質(zhì)嗎？

碧海藍天kx32di 2022-10-14 發(fā)布于內(nèi)蒙古

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KEYPOINTS

○ 哲學(xué)家們一直爭論我們的知識有多少是基于本能，又有多少是基于經(jīng)驗，而科學(xué)研究則表明“先天”和“后天”之間是緊密聯(lián)系的。

○ 大腦可塑性的研究沖擊了“先天”和“后天”的二分法，基因和遺傳之外的因素以復(fù)雜的相互依賴性相互合作。

○ 科學(xué)家正試圖使用多種研究策略來理解學(xué)習(xí)，例如在神經(jīng)元水平追蹤經(jīng)驗的變化，以及觀察在執(zhí)行任務(wù)或基因敲除等情況下，行為和特定的大腦子系統(tǒng)所發(fā)生的變化。

○ 神經(jīng)系統(tǒng)可以讓動物對外界做預(yù)測。人類和動物則通過神經(jīng)元介導(dǎo)的一種獎勵系統(tǒng)，來調(diào)節(jié)其對世界的認(rèn)知。

我的認(rèn)知取決于我的神經(jīng)元——我的大腦細(xì)胞。更準(zhǔn)確地說，我所知道的取決于數(shù)百億神經(jīng)元之間的具體連接方式，取決于相連神經(jīng)元之間的神經(jīng)化學(xué)相互作用，以及不同類型神經(jīng)元的反應(yīng)組合。所有這些讓我成為了我。

我所知道的事物的范圍就像二手市場出售的商品一樣五花八門。有些描述怎么做，有些描述是什么，有些兩者都包含，還有些兩者都不是。有些轉(zhuǎn)瞬即逝，有些則經(jīng)久不衰。有些我可以清楚表達，比如如何更換輪胎；有些我沒法清楚表達，比如我如何構(gòu)建一個邏輯論證。

有些學(xué)習(xí)是有意識的，有些則不是。為了學(xué)一些東西，比如如何騎自行車，我不得不一次次嘗試；相反，如果上次生蠔讓我嘔吐，那我就會學(xué)著不再吃生蠔。知道如何換輪胎取決于文化，但知道如何拍手就不需要了。

而神經(jīng)元是這一切的根源，它們是如何讓我們知道這一切的？

在生物歷史早期，演化偶然發(fā)現(xiàn)了一些動物身上累積的優(yōu)勢，它們的神經(jīng)系統(tǒng)可以根據(jù)過去的關(guān)系做出預(yù)測。與植物只能被動接收不同，動物是行動者，擁有一個具有學(xué)習(xí)能力的大腦。這使得它們在尋找食物、配偶和棲息地以及躲避危險方面具有競爭優(yōu)勢。神經(jīng)系統(tǒng)的工作是預(yù)測，并為此繪制出世界中與自我相關(guān)的部分，如它的空間關(guān)系、社會關(guān)系、危險等等。當(dāng)然，大腦會根據(jù)生物體的需求、能力和生活方式繪制出復(fù)雜程度不同的世界。

因此，人類、狗和青蛙會以非常不同的方式表征同一片池塘。例如，人類可能對池塘的水源、水的可飲用性和灌溉潛力感興趣，狗可能對在池塘中游泳和飽喝一頓感興趣，而青蛙則對池塘中適合產(chǎn)卵、尋找蒼蠅、曬太陽或隱藏起來的地方感興趣。

歸根到底，有關(guān)知識的神經(jīng)科學(xué)的主要問題在于：神經(jīng)組織的結(jié)構(gòu)如何表征知識（表征問題）？作為動物經(jīng)驗的結(jié)果，神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)特征如何發(fā)生變化，進而構(gòu)成對新事物的認(rèn)識（學(xué)習(xí)問題）？基因組如何進行組織，以使得它所構(gòu)建的神經(jīng)系統(tǒng)能夠?qū)W習(xí)需要學(xué)習(xí)的東西？

在過去的三四十年里，遺傳學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)行為學(xué)、神經(jīng)胚胎學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)取得了驚人的進展，讓我們對于大腦如何表征、學(xué)習(xí)和構(gòu)建有了全新的看法。在這個過程中，許多令人尊崇的范式都受到了沖擊。從舊真理的灰燼中，一個用于思考自身以及大腦如何理解世界的嶄新框架誕生了。

圖片來源 | Alexey Kashpersky, Newt Studios

先天與后天之爭

歷史上，哲學(xué)家們一直在爭論我們的知識有多少是基于本能，又有多少是基于經(jīng)驗。理性主義者作為一個極端，認(rèn)為本質(zhì)上所有的知識都是天生的，另一方是激進的經(jīng)驗主義者，認(rèn)為所有的知識都是后天獲得的。

出生時表現(xiàn)出的知識很有可能是天生的。一只正常的新生老鼠會爬到最溫暖的地方、用嘴咬住乳頭開始吮吸。一只被拋到空中的小貓會恢復(fù)平衡雙腳著地。一個人類新生兒會模仿面部表情，比如伸出的舌頭。但其他知識，例如如何編織或生火，顯然是后天習(xí)得的。

這些對比似乎意味著，我們所知道的一切要么是由基因引起的，要么是由經(jīng)驗引起的，沒有第三種可能。但分子生物學(xué)、神經(jīng)發(fā)生學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)的近期發(fā)現(xiàn)推翻了先天與后天之間的巨大差異，其中一項發(fā)現(xiàn)是，正常的發(fā)育從最早期開始就依賴于基因和表觀遺傳條件。例如，一個在雄激素含量異常高的子宮環(huán)境中發(fā)育的女性（XX）胎兒，可能出生時便具有男性外觀的生殖器，也可能在下丘腦（性別二態(tài)性腦區(qū)）有一個男性化區(qū)域。

另一方面，長期學(xué)習(xí)（如記住穿過森林的一條路線）依賴于基因表達在體現(xiàn)這種學(xué)習(xí)的細(xì)胞中的變化。如果你在白天經(jīng)歷了一種新的感覺運動事件，比如學(xué)習(xí)釣魚，在你深度睡眠周期中大腦會不斷排練該事件，zif-268基因會上調(diào)。第二天釣魚的進步將依賴于相應(yīng)產(chǎn)生的基因產(chǎn)物和它們在神經(jīng)元功能中的作用。

圖片來源 | Alexey Kashpersky, Newt Studios

事實上，五項重要且相關(guān)的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)越來越清楚地表明“先天”和“后天”是如何相互關(guān)聯(lián)的，因此過去對于二者的區(qū)分是多么不恰當(dāng)。

基因的作用是編碼蛋白質(zhì)。嚴(yán)格來說，沒有什么基因會產(chǎn)生吮吸反射，更不用說女性的羞澀、蘇格蘭人的節(jié)儉或我們對“零”概念的認(rèn)知了?；蛑皇且唤M堿基對序列，它包含的信息可以讓RNA把一組氨基酸串聯(lián)起來構(gòu)成蛋白質(zhì)。（基因轉(zhuǎn)錄形成RNA產(chǎn)物被稱為“表達”，其中一些RNA產(chǎn)物反過來會被翻譯成蛋白質(zhì)。）

自然選擇不能直接選擇特定的神經(jīng)連接，以支持特定的知識領(lǐng)域。拋開運氣，決定動物是否能生存的是它的行為，它的生理、神經(jīng)和其他方面構(gòu)成了行為的基礎(chǔ)。盡管是間接地，但只有當(dāng)表現(xiàn)行為的表征給予了動物競爭優(yōu)勢，神經(jīng)系統(tǒng)中的表征能力才會被選擇。因此，表征的復(fù)雜性和神經(jīng)連接只有通過行為的更新才能得到選擇。

所有脊椎動物的結(jié)構(gòu)和發(fā)育組織都有極高的保守程度，并且從蠕蟲到蜘蛛再到人類，所有門的基本細(xì)胞功能都有非常高的保守程度。所有神經(jīng)系統(tǒng)使用本質(zhì)上相同的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)，它們的神經(jīng)元也以相同的方式運作，相似之處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了差異。人類只有約三萬個基因，并且只有約300個基因與小鼠的有差異；與此同時，我們和黑猩猩共享約99.7%的基因。我們的大腦和其他靈長類的大腦具有相同的組織、比例大致相同的總體結(jié)構(gòu)、相同的神經(jīng)元類型，并且就我們所知，也具有幾乎相同的發(fā)育時間和神經(jīng)連接模式。

鑒于高度的保守程度，多細(xì)胞生物的多樣性來自何處呢？分子生物學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一些基因調(diào)控其他基因的表達，而且它們自身也受到其他基因的調(diào)控，形成復(fù)雜的、相互作用的、系統(tǒng)的組織。但是基因（通過RNA）生成蛋白質(zhì)，所以一個基因?qū)α硪粋€基因的表達可能會因?qū)Φ鞍踪|(zhì)產(chǎn)物的敏感性而受到影響。此外，細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的蛋白質(zhì)可能相互作用，產(chǎn)生進一步的偶發(fā)事件，從而形成一個解折疊的調(diào)控級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)）。由于調(diào)控基因之間錯綜復(fù)雜的層級關(guān)系，調(diào)控基因的細(xì)小差異能產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響。復(fù)雜的、相互作用的基因表達因果關(guān)系的出現(xiàn)產(chǎn)生了非常奇特的調(diào)控級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這些級聯(lián)可以產(chǎn)生非常奇特的生物體，比如我們?nèi)祟悺?/strong>

從受精卵到正?；顒拥纳?，生物體發(fā)育的各個方面都取決于細(xì)胞出生的地點和時間。神經(jīng)元來源于前神經(jīng)元細(xì)胞最后一次分裂的子細(xì)胞，子細(xì)胞是成為神經(jīng)膠質(zhì)（支持）細(xì)胞還是神經(jīng)元，以及該細(xì)胞成為幾百種神經(jīng)元細(xì)胞中的哪一種，都取決于它的表觀遺傳環(huán)境。此外，來自某一區(qū)域（如丘腦）的神經(jīng)元與皮層細(xì)胞的連接方式在很大程度上取決于表觀遺傳環(huán)境，例如丘腦和皮層神經(jīng)元的自發(fā)活動以及之后由經(jīng)驗驅(qū)動的活動。這并不是說新生兒吮吸反射和知道如何生火之間沒有因果上的顯著差異，差異顯然存在。關(guān)鍵點在于，這些差異并不屬于古老的“先天”與“后天”之分，基因和遺傳之外的因素以復(fù)雜的相互依賴性相互合作。

到目前為止，人們一直認(rèn)為，負(fù)責(zé)特定任務(wù)的大腦中樞模塊在出生時就已經(jīng)產(chǎn)生神經(jīng)連接了。我們之所以能看見是因為大腦皮層中專門的視覺模塊與視覺相連，我們之所以能感受是因為大腦皮層中專門的模塊與觸覺相連，諸如此類。

真相要令人費解得多。

例如，無論盲人是先天還是后天失明，他們的視覺皮層在閱讀盲文時被激活，閱讀盲文是一種明顯的非視覺的觸覺能力。此外，事實表明，用磁感應(yīng)電流刺激盲人的視覺皮層會暫時損害他閱讀盲文的表現(xiàn)。更值得注意的是，蒙上眼睛數(shù)天學(xué)習(xí)閱讀盲文的視力正常者也會發(fā)生視覺皮層活動。只要蒙上眼罩，防止光線落入視網(wǎng)膜，盲文閱讀能力就會穩(wěn)定提高。眼罩非常關(guān)鍵，因為正常的視覺刺激會以正常方式激活視覺皮層，這會損害觸覺技能的習(xí)得。例如，如果五天后眼罩摘下，即使只是睡前短暫地觀看了電視節(jié)目，他第二天戴眼罩閱讀盲文的表現(xiàn)也會不如以往。如果視覺皮層可以參與非視覺信號的加工，那么專用視覺模塊的概念，以及更普遍的專用模塊假設(shè)對我們還有什么意義呢？

圖片來源 | Akira Kusaka

可以確定的是，在構(gòu)建人類大腦可塑性起源的研究框架時，先天與后天的二分框架與其說是一種優(yōu)勢，不如說是一種劣勢。它的不足就像是以“善惡”框架來理解人類社會政治生活復(fù)雜性的不足，倒不是說它一無是處，但這就像是用鋤頭去掉尖刺。

信息分布于神經(jīng)元中

一種吸引人的想法是，如果你學(xué)習(xí)了一些東西，比如打車夫結(jié)，那么這些信息會與相關(guān)知識（比如車夫結(jié)介于平結(jié)和半絞結(jié)之間）一同存儲在大腦中的某個特定位置。畢竟，這是一種存儲工具和文件的好方法——放在特定位置的特定抽屜中。但正如卡爾·拉什利（Karl Lashley）在20世紀(jì)20年代首次證明的那樣，大腦不是這么工作的。

拉什利推斷，如果一只大鼠學(xué)習(xí)了一些東西，比如穿過某個迷宮的路線，而且這些信息存儲在一個單獨的點狀區(qū)域，那么，通過損傷大鼠大腦的正確位置你應(yīng)該能夠提取正確信息。拉什利在迷宮中訓(xùn)練了20只大鼠，接著，他移除了每只大鼠皮層中的不同區(qū)域，給大鼠一些時間恢復(fù)，之后，他再次測試每只大鼠以觀察哪一處損傷移除了關(guān)于迷宮的知識。拉什利發(fā)現(xiàn)，一只大鼠的知識不能被定位于某個單一區(qū)域，盡管更廣泛的組織切除會導(dǎo)致更嚴(yán)重的記憶缺陷，但似乎所有大鼠都有一定程度的損傷，卻也還有一定程度的能力。

正如后來改進的實驗方案表明的，拉什利的非定位結(jié)論基本正確。大腦中沒有專門的記憶器官，信息根本不是存儲在特定的文件柜中，而是分布在神經(jīng)元中。

對于信息以網(wǎng)絡(luò)形式分布在神經(jīng)元中的意義，我們一般的理解源于計算機模型?；居^點是，通過與其他人造神經(jīng)元的連接以及連接的不同強度，網(wǎng)絡(luò)中的人造神經(jīng)元可以產(chǎn)生一種表征事物（如男性或女性的臉或丘吉爾的臉）的模式。在人造網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練時連接強度會發(fā)生變化，在這個階段，它會得到一些反饋，獲悉對給定輸入的表征是否適當(dāng)。但是，與計算機模擬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，實際的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何存儲及分布信息的許多細(xì)節(jié)還沒有確定，所以計算機模型和神經(jīng)學(xué)實驗正在共同發(fā)展。

神經(jīng)科學(xué)家正試圖使用多種研究策略來理解學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)。一種策略包括在神經(jīng)元水平追蹤依賴于經(jīng)驗的變化，用以找出究竟是什么、在什么時候以及為什么發(fā)生變化。另一種策略涉及更大范圍的學(xué)習(xí)：當(dāng)身體受到損傷時，或在發(fā)育過程中，或當(dāng)受試者在掃描儀中執(zhí)行記憶任務(wù)時，或當(dāng)實驗動物的某些基因被敲除時，行為和特定的大腦子系統(tǒng)會發(fā)生什么？在這個研究層面，心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和分子生物學(xué)緊密合作。

圖片來源 | SelectScience

網(wǎng)絡(luò)層次的研究旨在跨越系統(tǒng)水平和神經(jīng)元水平的缺口。一個挑戰(zhàn)在于，理解不同神經(jīng)元中不同的局部變化是如何產(chǎn)生一致的、全局的、系統(tǒng)水平的變化以及對行為進行適合任務(wù)的調(diào)整。大腦中多樣而深遠(yuǎn)的變化，是如何促成高爾夫揮桿動作的改進，或?qū)α孔恿W(xué)更好的理解呢？

大腦里發(fā)生了哪些依賴于經(jīng)驗的調(diào)整呢？每一天，這些神經(jīng)元共同造就了現(xiàn)在的我，它們經(jīng)歷著許多結(jié)構(gòu)上的變化：新的分支會冒出，已有的分支會延伸，新的神經(jīng)化學(xué)信號的受體位點會形成。另一方面，修剪會減少分支，從而減少神經(jīng)元之間的突觸連接數(shù)量；或者，剩余分支上的突觸可以被完全關(guān)閉；或者，整個細(xì)胞可能會死亡，伴隨而去的還有它所支持的所有突觸；或者，最后在某個特殊區(qū)域，一個嶄新的神經(jīng)元可能會誕生，開始在該區(qū)域建立突觸連接。

這還不是全部。重復(fù)高頻的突觸放電（尖峰）會耗盡可供釋放的神經(jīng)遞質(zhì)囊泡，從而構(gòu)成一段約2~3秒的記憶。特定神經(jīng)元的成分、每次峰電位釋放的囊泡數(shù)量，以及每個囊泡中包含的遞質(zhì)分子數(shù)量都可以發(fā)生改變。然而，不知何故，盡管我的大腦每一天、甚至每一分鐘都并非完全相同，但我的技能幾乎保持不變，我的自傳體記憶依然完整。

預(yù)測和獎勵

神經(jīng)元系統(tǒng)讓動物做出預(yù)測。與植物不同，動物能夠使用事件間過去的關(guān)聯(lián)（如紅櫻桃和令人滿意的味道）來判斷未來關(guān)聯(lián)的可能性。因此，學(xué)習(xí)的一個核心部分涉及計算哪種具體性質(zhì)能預(yù)測哪種有利效應(yīng)的存在。我們將可變的獎勵與某種程度的概率特征關(guān)聯(lián)起來，所以好的預(yù)測將同時反映獎勵的期望值和獎勵發(fā)生的概率，這就是期望效用。在正常的生活過程中，人類和蜜蜂一樣都會計算期望效用。一些神經(jīng)元水平的證據(jù)開始出現(xiàn)，來解釋我們的大腦是如何做到這一點的。

圖片來源 | Christine Daniloff, MIT

對于不經(jīng)意的觀察者來說，蜜蜂似乎隨意地采花蜜。然而，仔細(xì)觀察就會發(fā)現(xiàn)它們有條不紊地覓食。蜜蜂不僅會記住哪一朵花它們已經(jīng)光顧過，而且在一片花蜜含量不同的花叢中，它們還學(xué)會優(yōu)化覓食策略，以最少的努力獲得最多的花蜜。

假設(shè)你在一小塊土地上種了兩批塑料花，一批黃色一批藍色。每一朵花中間都有小孔，里面放有精確數(shù)量的蔗糖。這些花隨機分布在封閉的田地周圍，然后用量好的“花蜜”作為誘餌：所有的藍色花含2毫升花蜜，三分之一的黃色花含6毫升花蜜，剩余三分之二含0毫升花蜜。這樣的蔗糖分布確保光顧藍色花和黃色花的平均價值相同，盡管黃色花比藍色花不確定性更高。

在最初隨機在花叢中探索后，蜜蜂很快形成了一種模式，即有85%的時間光顧藍色花。你可以通過提高黃色花平均價值的方式改變它們的覓食模式，例如，讓三分之一的黃色花含10毫升花蜜。蜜蜂的行為表現(xiàn)出來源類型可靠性與花蜜含量之間的某種權(quán)衡，它們會略微偏好可靠性。有趣的是：根據(jù)探索過的花的獎勵情況，蜜蜂會修改自己的策略。它們似乎會計算期望效用。蜜蜂，它們只是蜜蜂，是如何做到這一點的？

在蜜蜂的大腦中有一種神經(jīng)元會對獎勵做出積極反應(yīng)，盡管它不是感覺神經(jīng)元也不是運動神經(jīng)元。該神經(jīng)元被稱為VUMmx1（記為vum），能調(diào)節(jié)強化學(xué)習(xí)過程，在蜜蜂大腦內(nèi)分散投射，到達感覺區(qū)域和運動區(qū)域。使用一種人造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，里德·蒙塔古（Read Montague）和皮特·達揚（Peter Dayan）發(fā)現(xiàn)，vum的活動反映了預(yù)測偏誤，即“預(yù)期獎勵”與“實際獎勵”之間的差值。vum的輸出是一種神經(jīng)調(diào)質(zhì)的釋放。該神經(jīng)調(diào)質(zhì)針對多種細(xì)胞，包括那些負(fù)責(zé)行為選擇的細(xì)胞。如果神經(jīng)調(diào)質(zhì)也作用于連接感覺神經(jīng)元和vum的突觸，那么這些突觸將會變得更強，這取決于vum計算得到“比預(yù)期更差” （更少的神經(jīng)調(diào)質(zhì)）還是“比預(yù)期更好”（更多地神經(jīng)調(diào)質(zhì)）。假設(shè)蒙塔古-達揚模型是正確的，那么根據(jù)一種相當(dāng)簡單的權(quán)重修正算法得到的簡單回路，便奠定了蜜蜂對覓食條件的適應(yīng)性基礎(chǔ)。

現(xiàn)象間的依賴關(guān)系可以非常復(fù)雜。在生活的大部分時間，依賴性是有條件的和概率的：如果我在魚鉤上放一條新鮮的蠕蟲，正是午后，那么我非常有可能在這釣到一條鮭魚。隨著我們對世界的復(fù)雜性了解更多，我們會“更新”我們對于依賴關(guān)系的表征。例如，我們了解到當(dāng)水較涼時更有可能釣到鮭魚，陰暗的池塘比陽光充足的池塘更適合魚類棲息，而和蠕蟲說話、懇求鮭魚或戴上“幸運”帽則毫無作用。我們所說的人類和其他動物的智力，有一部分是一種對依賴關(guān)系獲得越來越復(fù)雜的理解的能力。這使我們能將長期來看并不具備預(yù)測性的偶然關(guān)聯(lián)（如第13個星期五斷了一顆牙）與具有預(yù)測性的因果關(guān)聯(lián)（如斷牙與咀嚼硬糖）區(qū)分開。這意味著我們可以用那些通過了實證檢驗的假說來取代迷信的假說。

獎賞系統(tǒng)

和蜜蜂一樣，人類和其他動物也有一種獎勵系統(tǒng)，用來調(diào)節(jié)對世界運轉(zhuǎn)方式的學(xué)習(xí)。哺乳動物的大腦內(nèi)有像vum一樣的神經(jīng)元對獎勵做出反應(yīng)。它們會對能夠預(yù)測獎勵的刺激做出反應(yīng)，或者在獎勵不會到來時提示錯誤。這些神經(jīng)元從腦干結(jié)構(gòu)（腹側(cè)被蓋區(qū)，VTA）投射到額葉皮層，并向突觸后神經(jīng)元釋放多巴胺。多巴胺只是獎勵系統(tǒng)涉及的一種神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)，它調(diào)節(jié)目標(biāo)神經(jīng)元對神經(jīng)遞質(zhì)的興奮性，從而為特定關(guān)聯(lián)的局部學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件。

通過增加愉悅、減少焦慮和痛苦來強化行為非常有效。然而，這樣的系統(tǒng)可能會被植物來源的分子劫持，這些分子的行為模仿了大腦自身獎勵系統(tǒng)的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)。在服用可卡因、尼古丁或阿片類藥物后，獎勵系統(tǒng)通路發(fā)生改變。所有這些藥物都與神經(jīng)元上的受體位點結(jié)合，它們與大腦自身的肽相似。大量腦肽在大腦功能中的精確作用也是神經(jīng)科學(xué)一直以來的難題之一。

這些發(fā)現(xiàn)為理解預(yù)測背后的神經(jīng)元組織打開了一扇門。它們開始在依賴經(jīng)驗的單個神經(jīng)元變化和依賴經(jīng)驗的行為指導(dǎo)之間建立起解釋的橋梁，也已經(jīng)開始揭示成癮的神經(jīng)生物學(xué)機制。與此同時，一項補充性的研究正在理清預(yù)測討厭事物的機制。盡管相較于強化學(xué)習(xí)，厭惡學(xué)習(xí)依賴于一組不同的結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)，但關(guān)鍵的改變也發(fā)生在單個神經(jīng)元層面，這些局部改變在神經(jīng)元集群中協(xié)調(diào)，并跨越時間進行整合。

在學(xué)習(xí)研究的其他領(lǐng)域，類似的解釋線索開始將神經(jīng)系統(tǒng)組織的許多層次聯(lián)系在一起。這種研究加深了我們對工作記憶（在缺少相關(guān)刺激時維持信息）、空間學(xué)習(xí)、自傳體記憶、運動技能和邏輯推理的理解。盡管在關(guān)于知識的神經(jīng)科學(xué)方面取得了非凡的研究成果，但是我們必須意識到，這些對神經(jīng)科學(xué)來說仍然是非常早期的階段。毫無疑問，許多驚喜甚至一兩場革命即將發(fā)生。

我們能用大腦理解大腦嗎？

神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、胚胎學(xué)和分子生物學(xué)共同教導(dǎo)我們了解自己，我們在了解、學(xué)習(xí)、記憶和遺忘些什么。但并非所有的哲學(xué)家都將這些發(fā)展視為進步。一些哲學(xué)家認(rèn)為，我們所說的外部現(xiàn)實只不過是非物質(zhì)心靈中創(chuàng)造的一種思想，這種心靈只能通過內(nèi)省和反思來理解。對這些哲學(xué)家來說，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展似乎充其量是無關(guān)緊要的。

在這些哲學(xué)家的方法中，構(gòu)成真理的元素是他們的直覺，即心靈不只是現(xiàn)實描繪的被動畫布。事實上，我們知道大腦在持續(xù)不斷地組織、構(gòu)建、提取和創(chuàng)造。作為預(yù)測功能的核心部分，神經(jīng)系統(tǒng)被操縱以對它們所獲得的輸入創(chuàng)造出連貫的故事，我稱之為“連貫化”，有時需要將碎片視為一個整體或一個不存在的輪廓，有時它涉及預(yù)測即將感知到但尚未被感知到的物體。作為學(xué)習(xí)的結(jié)果，大腦開始把刺激看作是兒童患腦膜炎的征兆，或者是地球陰影遮住太陽的征兆。只有通過大腦，通過大腦設(shè)計和解釋的理論及造物，我們才能理解現(xiàn)實的本質(zhì)。

然而，這并不能說明現(xiàn)實只是一種心靈創(chuàng)造的觀念。相反，它意味著我們的大腦必須繼續(xù)努力，努力設(shè)計出能更準(zhǔn)確地描繪現(xiàn)實因果結(jié)構(gòu)的假設(shè)。我們在上一代理論的腳手架或廢墟之上建立了新的理論。我們?nèi)绾沃雷约旱募僭O(shè)越來越充分呢？只有通過它們在預(yù)測和解釋上的相對成功。

但所有這些是否意味著神經(jīng)科學(xué)中存在著一種致命的循環(huán)，即大腦必須用自己來研究自己呢？如果你仔細(xì)想的話，答案是否。我研究的大腦很少是我自己的，而是其他動物或人類的，我可以可靠地將之推廣到自身。神經(jīng)認(rèn)識論涉及許多大腦，這些大腦之間相互修正、相互測試，并建立能描述神經(jīng)世界的模型（這些模型可能更好也可能更差）。

還有什么是哲學(xué)家可做的嗎？至少對于神經(jīng)哲學(xué)家來說，問題還有很多：不同記憶系統(tǒng)的整合，表征的本質(zhì)，推理和理性的本質(zhì)，信息如何用于決策，神經(jīng)系統(tǒng)將什么理解為信息，等等。這些問題的根源可以追溯到古希臘，其分支延伸至整個西方思想的歷史和哲學(xué)。在這些問題中，實驗和理論觀點必須聯(lián)合起來，實驗設(shè)計的創(chuàng)造力和理論推測的創(chuàng)造力必須相互推動，以期獲得無法預(yù)見的發(fā)現(xiàn)。

原文：https://www./publication/how-do-neurons-know

關(guān)于作者

Patricia Churchland

帕特里夏·丘奇蘭德是加州大學(xué)圣迭戈分校哲學(xué)系主任、索爾克研究所兼職教授，她也是美國哲學(xué)協(xié)會和哲學(xué)與心理學(xué)學(xué)會的前任主席。她的著作包括《腦智：神經(jīng)哲學(xué)研究》（Brain-Wise: Studies in Neurophilosophy）、《良心：道德直覺的起源》（Conscience: The Origins of Moral Intuition）和《計算大腦》（The Computational Brain）等。