認知科學的動力學正規化
General 更新 2024年11月15日
一．第三種競爭正規化的提出
自80年代聯結主義正規化興起以後，符號主義和聯結主義成為認知科學的兩大基本正規化，由於兩大正規化建立在功能主義計算假設和聯結主義假設之上，受到一系列質疑。隨著最近十年一些有關動力系統理論文獻的問世，一種新的關於認知科學的基礎理論似乎在逐步形成，例如，格羅布斯（Globus 1992），羅伯特森（Robertson 1993），西倫（Thelen）和斯密斯（Smith 1994）的文章和著作希望發展一種對認知更好的動態的理解進路。特別是馮•蓋爾德（van Gelder）和波特（R.Port）***1995***年出版了一本關於認知科學的動力理論的書：提出認知科學的動力學研究進路（It’s about ;
“自然的認知系統在物理符號系統的意義上是智慧的。”
相關的，期望用動態眼光理解認知的還有丘奇蘭德（Churchland）和謝諾沃斯基（Sejnowski），他們（1992）把所擁護的聯結主義假說表述為“突現性是以系統的某種方式依賴於低層現象的高層結果”。他們承諾“通過構架的低層神經網路的作用能達到複雜的認知效果”
“用亞概念網路把自然認知系統看作是動力神經系統是最好的理解。”
有一種假設認為，人意向性意識湧現於集群系統動力學，並由環境激發。
動力系統類包括任何隨時間變化的系統，廣泛用於對自然界的描述。動力論者期望勾畫一類特殊的能恰當描述認知的動力系統。於是1995年馮•蓋爾德給出他的動力學假說（Dynamicist Hypothesis）：
“自然的認知系統是某種動力系統，而且從動力學眼光理解認知系統是最好的理解。”
動力學假說是以數學的動力系統理論為基礎描述認知的，用數學中的狀態空間（state space）、吸引子（attractor）、軌跡（trajectory）、確定性混沌（deterministic chaos）等概念來解釋與環境相互作用的認知主體（智慧體）的內在認知過程。用微分方程組來表達處在狀態空間的認知主體（智慧體）的認知軌跡。換句話說，認知是作為認知主體所有可能的思想和行為構成的多維空間被描述的，特別是通過在一定環境下和一定的內部壓力下的認知主體的思想軌跡來詳盡考察認知的。認知主體（智慧體）的思想和行為都受微分方程的支配。系統中的變數是不斷進化的，系統服從於非線性微分方程，一般來講是複雜的，是確定的。
二．認知科學的幾個動力系統模型
這些模型雖然不僅僅是動力學假設的應用例項，但被動力論的倡導者看作他們的正規化的擔當者。
1．迴圈原動力行為模型（Cyclical Motor Behavior Model）
羅伯特森（1990）曾用動力學進路對CM（新生嬰兒的自發的原動力行為中的迴圈）做了大致勾畫。羅伯特森採集了大量的關於新生嬰兒呈現的自發的原動力行為的資料。由於這些經驗資料的有效性，這個動力系統模型CM是少有的幾個能夠充當動力系統模型的。而且許多人認為，這是一種可定量化的生理學行為的一種非隱喻的動力描述，恐怕較臨床心理學的研究結果更能讓人欣然接受。
羅伯特森後來過濾了觀察狀態空間，獲得了帶有少數自由度的一個理想的動力模型，似乎能夠模擬CM的隨機過程。但基於後來的研究，羅伯特森只能得出結論說是“我對CM的生物學基質清楚地知道的很少”。結果，至今還沒有完美的動力系統模型。
因此羅伯特森說：“我們距離建立一種使狀態變數和引數與生理學和環境因素有清楚對應的關於CM的動力系統模型的目標，還有相當長的路要走”。
2．嗅覺球狀模型***Olfactory Bulb Model***
斯卡德（Skarde）和弗里曼（Freeman）1987年的論文“為了瞭解世界大腦是如何製造混沌的”大致勾勒了這個模型並進行了一定程度的實驗，這是一個基於嗅的神經過程的考察，藉助複雜動力系統理論描述感受器官的神經系統的各種複雜狀態、包括描述混沌神經元活動及其有規律的軌跡而提出的精緻模型。蓋爾德和格羅布斯、巴頓（Bardon）紐曼（Newman）等都承認它可以作為動力系統模型。
3．動力振動理論模型（Motivational Oscillatory Theory）
動力振動理論（MOT）是一個關於迴圈的動力系統的模型。是馮•蓋爾德（1995）推薦作為動力論假說範例的一個簡化的動力系統模型，它是由……提出的。
但是這個系統最大的問題就是如何正確選擇系統的引數。因為對於動力系統而言，是對初值敏感的，“改變動力系統的一個引數就改變了它的整個動力學” （van Gelder，1995，p.357）。
4．語言認知的動力學模型
5．關於意識的動力學模型
……
三．動力學認知正規化對錶徵的理解
表徵是認知科學最核心的概念之一。表徵包括物件表徵、問題表徵和知識表徵等，還有內隱表徵和外顯表徵，人的表徵和機器表徵，總之，表徵被認為是人類對自身和對外部世界表示式的媒介，特別是，知識表徵是推理的前提。在計算主義框架下,知識表徵是有效計算的媒介，是使計算機世界的資訊溝通以及與人的世界的資訊溝通成為可能的媒介。在我們今天普遍流行的認知科學正規化中最重要的就是表徵與計算問題，無論是作為“一種替代物”，“一組本體論承諾”，還是“一種媒介 ”（韋格曼（M.Wageman,1996）），抑或一種“被構造出來的作為另一物件的替代物而存在的符號”***劉西瑞，2004***，大家都預設著一個假定，“沒有表徵就沒有人類認知”。
動力論的認知正規化與其他正規化的一個重要區別是對錶徵的不同理解。符號主義模型是以符號表徵為基礎的。聯結主義的表徵是以網路中的並行式表徵或區域性符號表徵（Globus 1992,Thelen and Smith 1994;van Gelder 1993,1995）為基礎的。但動力論的認知正規化則宣稱，一個動力模型應當是“無表徵的”。
在對聯結主義正規化的批判中，格洛布斯指出，“表徵的過程實際上是在簡化網路中的（符號的）計算過程。 ”在真實的網路中是無表徵的，它們是變化的；是藉助化學變化的自組織過程，因此談論表徵是沒有意義的（Globus 1992,p.302），類似的，van Gelder認為“表徵概念對於理解認知是不充分的一種詭辯式的東西（sophisticated）（van Gelder，1993，p.6）. Thelen and Smith 宣稱“我們根本不去建立什麼表徵 ” （Thelen and Smith 1994，p.338）！動力主義者認為，對於恰當解釋認知，表徵是完全不必要的。
實際上，布魯克斯（R.Brooks）就宣稱，將建造一種完全自動的、能動的行為者（創造物），它們與人類共存於世界上，並被人類認可是有自己權利的智慧存在。創造物在它的動力環境中必須以隨機應變的方式恰當處理問題。它們應有多種目標，能適應環境，也能利用偶發環境。布魯克斯的方案是把複雜系統分解為部分來建造，再連線到複雜系統中。他所設計的機器人，是靠控制不同的層次直接與環境作用，因此他宣稱“根本不需要表徵”（1991）。
因此,也有人攻擊動力論正規化，拒斥表徵無非是對行為主義規劃的不成功表達的一種強烈暗示。說它是“無表徵的”，不如說它是“在某種型別的非計算的動力系統中存在狀態空間演化的”。
四．對的批判性考察
動力系統理論對認知行為的連續性提供了隨時間變化的自然主義的說明。這是其他正規化不能說明的，其他正規化一般來講是忽略時間概念的。但人類大腦與環境之間是隨時有資訊交流的，而且是處在不斷變化的，暫態的連續的認知是隨時間變化的。
動力系統理論的優勢是對認知的描述是多元的，是一種經驗可檢驗的理論，可以對描述認知系統的微分方程進行分析修正，也可以用已知的技術去解這些方程，比起其他理論，它是一種定量的分析，是理解認知的一種確定性的觀點。另一優勢是動力系統的描述可以展示人類行為複雜的，混沌的特性。動力論者認為，如此對認知的分析描述，應當是已經找到了替代認知科學中的符號主義、聯結主義的新正規化。果真如此嗎
但是前面討論的一些模型外，至今有多少是成功的模型？
對於表徵的理解受到質疑.
如何保證動力系統的各變數和引數的恰當選擇？系統的穩定性和可靠性問題。
認知的動力系統雖然不是一種隱喻性的，而是一種定量的分析，但對於定量性描述的因素的選擇基於什麼原則？
動力學理論是否構成同符合主義、聯結主義具有同樣競爭力的第三種正規化？
它是對於認知的最有潛力和生命力的新正規化？
主要參考文獻
1.R.Brooks***1991***Intelligence without representation,Arificial Intelligence 47:139-159.
2.C.Eliasmith ***1996*** The third contender: A critical examination of the dynamicist thory of cognition,in P.Thagard ***ed******1998***Mind Readings: Introductory Selection in Cognitive Science.MIT Press.
3.S.S.Robertson,A.H.Cohen & R.G.Mayer-Kess***1993*** Behavioural ;
4. van Gelder & R.Port***1995*** It’s about ;
5. van Gelder***1995*** What might cognition be if not computation?,Journal of Philosophy,91,345-381.
認識和肯定科學的價值