大腦如何思考

總序　激發出「半」個愛因斯坦　高希均
楔子　下一步該怎麼做？　卡爾文

第一章　捏壺的巧手
——神奇的事物也可能由簡單的開端
逐步衍生或自我組織而來。

第二章　臆測智能
——當你不知所措時，
你所用的就是智能。

第三章　守門人之夢
——文字遊戲只是虛有其表，
以謎代謎的解釋方式也是如此。

第四章　智能動物
——演化途徑種種反覆無常的現象，
如何促使我們產生多樣的才能？

第五章　套疊的語法
——我們很難想像，
沒有語言的生物如何思考。

第六章　演化進行曲
——想法可能在幾秒鐘內閃過你的腦子，
這就是進行中的達爾文過程吧！

第七章　皮質迷宮
——分析皮質表層錐狀神經元所得的理論，
具有某些吸引人的特色。

第八章　疾馳的未來
——人人都應自許為審慎的創造者，
以智慧面對這個世界及它脆弱的本質。

附錄　名詞注釋
延伸閱讀

捏壼的巧手

哲學家說得很對，要瞭解生活就必須回溯過往，
然而，他們卻忽略了另一個命題，那就是生活必須往前繼續。
——祁克果（Sören Kierkegaard），一八四三年

為了某些好理由，我們曾避免廣泛討論意識與智力（intellect）。在科學領域中，當我們面對一個模糊不清的東西，而無法明確架構出它的機制時，最好的方法便是將這個問題支解，分成數個可以對付的小問題。以某個角度來看，這便是我們一直在做的事。

如此做也是為了避免困擾。對內行人以外的一般大眾隱瞞事實真相，是個不錯的方式，以現代用語來說，便是保持緘默。某些日常用語同時含有內行人才會瞭解的特定用意，每當筆者看到這些用語時，就會不自禁地想起密碼一詞。

■心靈機器

幾世紀前，即使在相當開放的西歐，如果你毫不遮掩地用機械比擬心靈，那你肯定會陷入大麻煩，拉梅特里 （Julien Offroy de La Mettrie, 1709-1751，法籍醫師）就是如此。他不光是口無遮攔地說錯話，並且在他發行的一本小冊子中，將人類動機比喻成機械中釋放能量的彈簧。

拉梅特里曾寫過一本書，名為《靈魂的自然史》（The Natural History of the Soul），當時的巴黎議會非常不喜歡這本書，因而下令將所有發行本燒毀。一七四六年，拉梅特里從法國逃往阿姆斯特丹。到了荷蘭之後，拉梅特里為了安全起見，於次年以匿名方式發表《人如機器》（Man à Machine）。

儘管荷蘭人被視為歐洲最具包容力的民族，但他們這次卻憤怒地要找出這本冊子的作者。荷蘭人幾乎發現拉梅特里就是作者，因此他再度被迫逃亡。這次他逃往柏林，四年後不幸死亡，年四十二歲。

拉梅特里的見解顯然超前了他的時代，但以機器為隱喻並非他所發明。事實上，再一個世紀前，笛卡兒（René Descartes, 1596-1650）就已使用這種隱喻方式。笛卡兒和拉梅特里一樣，也由家鄉法國搬到阿姆斯特丹〔當時，伽利略（Galileo）正因科學方法得罪羅馬教廷〕。與拉梅特里不同的是，笛卡兒並非逃離法國，因為他有先見之明，讓著作在也安全死後十二年才發表出來。

笛卡兒與其追隨者，並未嘗試廢棄有關靈魂的所有說法，他們所關心的主題之一，是辨識出腦中的靈魂所在。這種研究延續了經院哲學的傳統，特別著重儲存腦脊髓液（cerebrospinal fluid）的腦室（ventricle）。

五百年前的宗教學者認為，靈魂的各部分被安置在各個腦室中：記憶位於一處；幻想、常識與想像力位於另一處；理性思考與判斷力則位於第三處。就像神燈裡藏著精靈一樣，腦室被當作裝靈魂的容器。笛卡兒還認為松果腺（pineal gland）是放置靈魂主宰的好地方，因為它是腦中少數不成對出現的構造之一。

現在，一個千禧年又即將結束，雖然在某些神權統治的國家裡，運用密碼仍是比較好的做法，但一般而言，我們對使用機器比擬心靈，已經不會感覺不安，甚至還會論辯這種比擬的合理性。心靈具有創造力，但無法預期；我們所知的機器毫無想像力，但可信賴。因此，以數位電腦那樣的機器來比喻心靈，最初看來似乎並不恰當。

這是相當公平的說法。但是，笛卡兒之所以有貢獻，乃因為把腦比作機器是一種有用的方法。藉著這種方法，我們可以像剝洋蔥皮那樣地了解大腦。即使剝下的洋蔥皮後，還藏有些別的東西，科學家仍傾向於假設：沒有東西的本質是不可知的。

如此，他們才能檢驗各種可能的解釋。這是一種科學研究的手段，而不是科學研究的結論，然而它已經使我們對自我的認知產生變革了。

■達爾文機器

以機器比擬心靈的方式，長期以來缺乏一項重要元素，那便是自我啟動機制。我們習慣於一種想法：手錶這種別出心裁的人工製品，需要更別出心裁的手錶設計師才能完成。這種常識性的認知，和亞里斯多德 （Aristotle） 的物理學一樣為人所採信，即使它是錯誤的。

但是，自達爾文（Darwin）以來，我們開始了解到，神奇的事物也可能由簡單的開端逐步衍生或自我組織而來。即使是受過高深教育的人，也可能對這種啟動機制感到不安，哲學家丹尼特（Daniel Dennett，塔夫茨大學哲學家）在《達爾文的危險念頭》（Darwin’s Dangerous Idea）序言裡，就寫道：

我很欣賞達爾文以天擇（natural selection）為中心的演化理論，但是這些年來，我發現很多思想家對這個理論顯露出不信任感，從不安的懷疑論者到徹底的批判者皆有。不僅一般的局外人或宗教思想家如此，哲學家、心理學家、物理學家，甚至生物學家亦是如此，他們好像寧願相信達爾文是錯的。

但並非所有人都如此認為。達爾文的《物種原始》（The Origin of Species）在一八五九出版，十二年後，心理學家詹姆斯（William James, 1842-1910，美國心理學家）在給朋友的信中談到：思想會涉及心靈內的達爾文過程（darwinian process）。

又一個世紀後，我們才開始以適當的大腦機制重新闡述這個觀點。

我們也曾花費數十年的時間，談論過量的神經元突觸（synapse）如何進行選擇式生存（selective survival），然而，這只是比較浮面的達爾文主義（darwinism），就像刻在木頭表面上的圖案。我們現在認為，腦神經網路能進行完整的達爾文過程，而這個過程的時間尺度可能和意識一樣，都在毫秒到數分鐘之間。

我們能以達爾文理論來解釋腦神經網路：大腦先複製某個神經衝動模式，再將這些複本略加變異，並讓它們在相同的工作空間裡競爭宰制權，就好比我家後院競相佔領空間的六月禾（bluegrass）和馬唐（crabgrass）。這些神經衝動複本的時間及空間模式（pattern），會與原先被記憶下來的突觸強度模式相互比較，依照兩者共振的程度，神經衝動複本的競爭能力便能被決定。以上的達爾文機器是我最喜歡的主題之一，在接下來的文章中，你就會了解我為何如此說。

■智能演化

首先讓我們看看什麼是智能﹑什麼不是智能。有一種方式能有效探索智能，並避免不成熟的智能定義，那便是效法新聞記者，使用記事清單，亦即尋問「是誰－是什麼－在那裡－什麼時候－為什麼－如何做」（who-what-where-when-why-how）。

由於智能和前面所提到的意識一樣，被用在許多地方，其中有些用法甚至互相矛盾，因此，我將先討論智能的構成要素，以及我們需要它的時刻。縮小智能的範圍，但是不要把嬰兒連同洗澡水一起倒掉，則是下一章的工作。之後，我會討論不同的解釋層次，以及有關意識的混淆之處。

我們如果觀察冰河期的變化，將有助於了解智能演化的原因，尤其是當我們討論原始人類的時候。阿拉斯加海岸線是觀察冰河活動的最佳地點：綿延五十英里長的冰河灣（Glacier Bay）在兩百年前還滿滿覆蓋著冰層，但現在則聚集了海豹﹑競賽皮舟以及遊艇，數量之多足以引起交通阻塞。

以冰河灣的情況來看，我要提出一個問題：從效率觀點來看，流線型設計（經濟學家所愛好的瘦長形機器）在任何氣候下都會有較好的功效，那麼，生物如何演化出博而不精的能力？簡單的答案是，只要氣候一直突然而不可預知地變換，效率就不再是主要的考量。

第五章，我將討論分析複雜詞句所需要的思考機制。包括我本身在內的許多觀察家都如此猜想：語法所需的邏輯結構，刺激原始人類的智能演化大大向前推進了一步。黑猩猩（chimpanzee）與侏儒黑猩猩（bonobo，不同於黑猩猩的類人猿）的研究，使我們對語言在智能與意識上所扮演的角色，有重要的瞭解。我們真正的祖先只留下石頭和獸骨，但人類的遠房親戚，卻使我們得以一窺祖先的可能行為。

第六章，我將以演化論為基礎，討論聚斂性思考（convergent thinking）與擴散性思考（divergent thinking）。我最近在蒙特婁海灣 （Monterey Bay）參加的那種小型神經生物學會議內，最常見的是聚斂性思考。專家在這種會議中，會試圖抓住唯一的正確答案。

例如，他們在尋找記憶機制時，會逐漸把研究範圍窄化。但是，創意者如果想找出科學原理﹑寫一首詩，或為選答式測驗（multiple-choice test，俗稱單選題）想出所有的潛在錯誤答案，以便測驗聚斂性思考，他們就需要擴散性思考；當神經學家為記憶儲存機制提出解釋之際，聽眾常會提出多種另類解釋，這是他們當下利用擴散性思考突然想出的說法。

一雙巧手捏泥成壺，那麼當我們把奇想捏成有品質的思考時，相當於那雙巧手的是什麼呢？第六章的題目〈飛行的演化〉也許就是答案。達爾文過程可以在數千年中雕塑出新物種，也可以使免疫系統在數星期內產生新抗體；那麼，在思想與行動的時間尺度上，它或許也是種種念頭的塑造者。

倒數第二章中，我將冒昧地把人類心智過程與其他的達爾文過程放在一起類比。我也將提出一種機制，解釋大腦如何以複製競爭的方式，把胡思亂想塑造成有道理的臆測，並操控各種表達。

這種以基層的大腦密碼（這種密碼就像超級市場裡用的條碼，是代替實際事物的抽象符號）與大腦網絡（尤其是負責大腦內部傳導的表層皮質神經網絡）為對象的研究方式，最有助於我一窺高層智能的作用機制：例如我們如何臆測﹑如何說出從未說過的詞句，以及如何在想像與比喻的空間中馳騁。我們甚至可以藉由這種研究方式，來探索原始語言（protolanguage）如何躍升為通用文法（Universal Grammar）。

就我而言，以達爾文機器的觀點來看待大腦，將根本地改變我們對「人」的概念。就像《愛麗絲漫遊奇境》裡嘟嘟說的，與其解釋一個遊戲如何進行，還不如實際示範；我將帶你慢慢地﹑仔細地觀察，看看達爾文過程如何塑造出思想，以及如何促成決定的誕生。

所幸，描述智能並不比描述如何騎腳踏車困難；然而，如果你對我所描述的過程能培養出深刻的感覺，而不只滿足於抽象的鑑賞，那你將會有更進一步的瞭解。如果你跳過我最得意的第七章，只看第六與第八章，就不容易培養出感覺了。

最後一章，我將從基層回到高空，總結出先前幾章內的高等智能要素。本章將著重外星智能（exotic intelligence）或人工智能（artificial intelligence, AI）所需要的機制，使此機制不僅能應用在聰明的黑猩猩身上，也能應用在人類音樂天才身上。在我的最後結論中，也要對任何朝向超人類智能的轉化提出警告；正如紅心皇后在軍備競賽時對愛麗絲所提出的警告：「你為何為了停在原處而不停地跑？」

有一種學說把人形容成感應機器，有外在刺激才有反應，缺乏主動性亦無自發性；另一種則給他發揮空間，使他在其中創造理念並逐一嘗試。從第一個觀點來看，學習有關這個世界的事物，純粹受環境制約；從第二個觀點來看，學習卻是在其中探險。——華特金 （J.W.N. Watkins），一九七四年

摘自《大腦如何思考》

下一步該怎麼做？

卡爾文

擁有複雜神經系統的生物，時時都得面對生活所提出的問題：我下一步要做什麼？
──莎維奇倫波（Sue Savage-Rumbaugh）、魯文(Roger Lewin)，一九九四年

皮亞傑（Jean Piaget, 1896-1980，瑞士心理學者）曾說過：當你不知所措時，你會用的就是智能(intelligence)。以我目前遭逢的困境來看，這真是最佳寫照，因為我正在嘗試有關智能的寫作。我們總是在生活中面臨種種選擇，如果你善於找到正確答案，那你真是一個聰明人。

然而，智能不僅僅是聰明而已，它更是人們在事件進行中所展現的創造力。我們的腦海，確實會出現好壞不一的各式答案。

例如，烹調晚餐前，我們會注視冰箱的剩菜，然後盤算該從超級市場買回什麼東西。我們在這一連串過程中所用的智能，是在最聰明的類人猿身上也無法看到的。

我們平常根本不會把某些烹飪材料放在一起，但一名極佳的廚師，卻能以有趣的方式組合它們，並呈現出令我們驚奇的料理；詩人精於字詞的排列，他們能創造出感人肺腑的作品；我們每天會吐出無數的全新言辭，並重組字句與手勢以表達新訊息。

每當你試著陳述一句不曾說過的話，你會經歷如大廚師與詩人一般的創造過程；在大聲說出這句話前的最後一刻，你早已在腦中進行過無數次的嘗試錯誤。

最近，我們對界定處理語意的腦部區域，有很大的進展：我們常在額葉(frontal lobe)找到動詞；專有名詞不知為何原因，比較偏好顳葉(temporal lobe)前端（左顳葉後端則負責顏色與工具概念）。然而，智能並非特定的區域，而是一種歷程。智能就像即席作品，在不同的對象身上找尋創作靈感。智能是牽連到許多大腦區域的路徑；經由路徑我們便能探索新的意義，而且經常是「有意識」地探索。

以智能為題材的作家（例如研究智商的學者），若是比較有經驗，便會儘量避免使用意識(consciousness)一詞。我有許多研究神經科學的同僚，他們也會避開這個詞。然而，某些臨床工作者卻在無意間，把意識一詞的同義簡化為清醒(arousability)，這好比把腦幹說成意識所在，等於把電燈開關與燈光搞混了！或者，我們應該把意識重新定義為覺察(awareness)或是選擇性注意力(selective attention)的「探照燈」。

前面所說的，都是一些有用的陳述，然而卻未提及使人類創造、編輯及再創造自我的心智活動(mental activity)。我們的心智活動是內在與外在世界變化的表現，部分受我們控制，部分則迴避著我們的內省。它甚至可說是善變的，每晚睡眠中，你大概有四或五次的做夢時段，其間的心智活動有如脫韁野馬，幾乎完全不受控制。

本書嘗試要揭露的，是內在心智活動由此刻轉變成下一刻狀態的方式。比方說，當你瀏覽本書、創造或拒絕某些選擇時，你的內在有什麼心智活動？本書不僅取材於心理學家的智能研究，也包含了動物行為學、演化生物學、語言學及神經科學等研究。

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