关于集成脑理论与意识的思考——对唐孝威集成脑观的哲学反思

黄家裕

（浙江师范大学马克思主义学院，浙江 金华 321000）

当今人工智能、认知科学发展迅猛，特别是西方学者根据各自不同的知识背景提出了许多关于心智认知的思想、理论。同时，中国学者也不断地吸收欧美学者关于人工智能、认知科学、脑科学等方面的理论，产生了不少学术成果。然而，也有许多论文和著作仅仅是机械地吸收了欧美的思想和理论，并没有多少创新。当然，也应该承认，确有不少中国学者埋头苦干，在吸收西方脑科学研究前沿的成果之后，对脑科学思想和理论进行了二次创新。

结合唐孝威院士的研究成果，思考集成脑的功能结构和认知结构，对中国学者关于大脑和意识的科学思想及理论进行哲学反思，并从还原视角对唐孝威院士在吸收苏联文化心理学派关于神经科学的相关思想和理论之后提出的集成脑思想及理论作进一步反思，分析该理论的贡献和局限性，以及应用因果关系分析该理论所面临的难题。

一、集成视角下“涉脑”的认知结构

集成（integration）是指电子领域中把不同的电子器件集合在一起，把软件、通讯技术和硬件结合为一个单元而解决处理相关问题。集成系统的不同构成部分原本是一个个相对独立的系统，但通过集成之后，集成系统作为整体能够把不同部分有机地结合起来，由此形成集成系统的整体具有各个部分所不具有的性质，集成系统能够发挥整体性的功能，具有整体优化的作用。

从广义来看，系统集成不仅包括硬件设备的集成、软件系统的集成，还包括社会领域中的组织机构的集成、社会不同人员的集成和管理方法的集成。从狭义来看，所谓集成主要指系统平台的集成，它是指技术领域中不同单元之间的相互联系和相互协调的问题，解决不同厂商、不同技术协议和面向各种各样应用的体系结构之间的沟通问题。比较典型的是网络集成、功能集成和软件界面集成等多种集成技术。

一些学者用集成思想和方法研究大脑和心智问题，提出“集成脑”和“集成心智”的观点。实际上，神经科学领域利用集成思维模式和技术模式研究大脑只是一种研究方法，并不是说大脑本身一定是集成的东西。“集成脑”只是通过“电子集成”的类比而提出的思想概念。因此，集成脑的概念在一定程度上是建立在“大脑是图灵机”的思想模型上，心智只是图灵机的运作所表现出的某种精神现象，亦即集成脑的哲学基础离不开计算主义。

集成脑观认为大脑是一个集成的系统，大脑也是身体的一部分，心智及其认知功能是大脑机能的表现。由此可知，按照集成论，心智认知过程是“涉脑”的，亦即心智认知活动过程需要大脑及其神经的参与。心智认知既是大脑的物质活动过程，也是大脑的精神活动过程。同时，又因为大脑是身体的一部分，所以心智认知是一个涉身认知的过程。身体是心智认知活动的重要因素，没有身体、没有大脑，心智是无法认知的。唐孝威院士较早提出了用集成论解释心智现象，按照该思想，“身体与大脑”的集成是研究心智认知的科学范式。唐孝威院士认为：“可以注意到这样的事实：集成作用和集成过程不但在脑的活动中起着重要的作用，而且在自然界、科学技术领域和人类社会中广泛存在。”[1]2这事实上是从本体论上预设了心智认知必然是一个大脑、身体等因素的集成活动的过程。按照这种认知“涉脑”的思想，从物理空间的维度和大脑的生理机能来看，大脑可以分为3个层次：“脑的许多层次可以划分为微观、介观和宏观3个不同的水平。”[1]3微观主要是由分子、亚细胞结构和神经细胞构成的回路；宏观主要是指整个大脑；介观是微观和宏观之间的那个层次，亦即大脑所表现出来的具有模块性的功能区域等都是属于介观层次的。

唐孝威院士在前苏联脑神经心理学家鲁里亚（A.R.Luria）关于脑的3个功能系统学说的基础上[2]，提出了关于脑的4个功能系统学说。“我们发展鲁里亚（A.R.Luria）的脑的3个功能系统学说，提出脑的4个功能系统学说，认为脑内存在4个相对独立而又紧密联系的功能系统，即：第一功能系统——保证、调节紧张度和觉醒状态；第二功能系统——接受、加工和存储信息；第三功能系统——制定程序、调节控制心理活动和行为；第四功能系统——评估信息和产生情绪体验。这4个功能系统集成为整体的脑，人的各种行为和心理活动，都是这4个功能系统相互作用和协同活动的结果……复杂的脑是集成的脑。”[1]8第一功能系统和第二功能系统显然需要大脑的参与，第三功能系统和第四功能系统不但需要大脑参与，而且也需要身体参与，这表明心智认知是大脑的机能，是一个涉身认知的过程。

二、集成脑的认知基本思想

唐孝威院士在《一般集成论：向脑学习》中写道：“在集成过程中，集成体的集成度提高，并在一定条件下展开新现象，使集成统一体出现原来成分并不具有的新的特性，这称为涌现（emergence）。”[1]52这个英文单词，在生物学中有时翻译为“突变”，在哲学中有时翻译为“突现”，其涵义基本相同，只是不同学科讨论的重点不同而已。

首先，集成脑思想有深刻的哲学渊源。事实上，集成论思想渊源于古希腊哲学。虽然古代没有集成论，但集成论的这些思想可以追溯到亚里士多德。亚里士多德提出“整体不等同于部分之和”的思想。他在《论题》（Topic）一书第5卷第13章中写道：“一般说来，所有的方式都表明，整体并不等于部分之和”。后来，德国的歌德提出了格式塔转化的思想，这些思想进入了心理学界，形成“完形心理学”[3]。由此可知，集成思想开始在心智认知领域萌芽。人们注意到了在心智认知中存在“整体大于部分”的现象。当然，此时它还没有“涌现”的意思。在达尔文的进化论思想中，明确提出了生物具有突变的性质，这种性质通过自然选择的机制进行淘汰或保存。英国哲学家则进一步从哲学方面探讨突变思想。穆勒把因果关系引入突变中，按照他的思想，有两种因果关系：一种是同质的因果关系，另一种是异质的因果关系。同质的因果关系具有“合成性”，即所有的原因都具有同质性，这些同质性的原因以合力的形式导致相应的结果，比如，力的合成就是一个同质因果关系的典型，这种因果关系遵从同质定律。异质的因果关系具有“异质效应”（heteropathic effect），比如，氢气和氧气的化合产生了水，在这里氢气和氧气的性质是不同的，但当它们一起发生作用时，产生共同的结果：水，水的性质不同于前二者。后来，英国哲学家刘易斯（Lewes）把穆勒关于异质性的因果关系称为突变，由此“涌现”进入了哲学领域，用来解释许多哲学现象，并被应用到许多领域。

其次，集成脑的科学思想及其特点。按照相关文献的观点[4]，突现是集成论的基本思想之一，其主要观点如下：第一，所有事物都是有组织的东西，并且不同事物按照层次，由低层次到高层次构成复杂的系统，比如，集成脑观点关于大脑的3个层次的划分明显体现这点。第二，当不同要素集成为一个系统时，该系统具有一些新的性质、特征，并且这些新的性质和特征是系统中的要素不可能具有的。也就是说，我们无法用系统中的要素解释系统的新性质。第三，高层次和低层次之间具有双向因果关系：一种是上向因果关系，高层次总是依赖于低层次，没有低层次事物的存在，高层次就不可能存在；另一种是下向因果关系，高层次事物的许多突现性质总是能够反作用于低层次事物，对低层次事物产生支配作用。第四，由不同要素，或者说不同的实体构成的系统必然会突现一些新的事物。这些事物本身不是实体性的东西，而是一种关系性的东西，是不同实体相互作用所表现的过程。即在本体论层次上，系统突现出来的东西是过程的或关系的性质。

三、集成心智认知的反思与局限

生物现象中，突现和突变在英文中都是emengence。对于个体的心智来说，显然不包含基因突变的意思。当然，对于种族的心智而言，从进化论的角度讲，应该包含突现和基因突变的意思[5]。因为个体的基因从生下来那一刻已经固定不变了，不存在基因突变而发生新的心智功能的可能性，但是个体心智的新功能和新认知却在不断地增加。种族的心智既包括社会文化的作用，也包括种族繁衍过程中形成新的基因的个体，由此种族的心智必然包含社会文化因素造成的凸显，也包含基因突变引发心智产生的新功能。

（一）突现问题

第一，意识与物质的相互作用和能量守恒定律的关系。按照能量守恒定律，能量不能被创造，也不能被消灭，它只能够从一个事物转移到另一个事物，或从一种形式转化为另一种形式。对于一个有各种电子器件集成的芯片而言，能够产生出其中任何某个电子器件所没有的新功能。由于其信息及能量以电磁的形式相互作用，因此，其新功能可以作用于任何电子器件，这符合能量守恒定律。但是，意识反作用于物质的现象，就难以用能量守恒定律来解释了。因为意识本身既不是能量，也不是物质，而大脑则是一个具有能量的、物质性的身体器官。

在神经系统和身体的其他要素及外部环境的相互作用下，人的意识便会产生突现的现象。因为任何要素之间的相互作用，都需要消耗能量，所以这三者之间的相互作用，其所需要的能量主要来源于它们自己，这是可以理解的，因为这3种东西都是物质，物质本身必然存储有相应的能量。

当出现意识之后，意识便反作用于这三者。但是，意识本身既不是物质的，也不是能量的或者信息的东西，意识只是在神经系统、身体的其他要素和外部环境这三者共同作用下突现出来的一种精神现象。那么，意识对于这三者的反作用其能量从哪里来？也许可以说，能量从这三者中来。但是，这三者是被动地被认知主体所觉知的。一个被意识作用的东西应该接受意识所包含的能量而不是为意识提供能量，并且意识在运作过程中其本身也要消耗能量。因此，能量只能来自施动者，即意识需要在反作用于神经系统、身体的其他要素和外部环境的过程中提供一些必要的能量。但是，目前没有任何证据支持意识本身包含一定的能量，因此这是不符合能量守恒定律的。也就是说，突现的根本原因是由于系统的整体性造成的。然而，当系统突现出某种新事物（如意识）时，这种新事物便支配着系统的其他要素。如果这个新事物要支配系统的其他要素，其必然要消耗能量，这些能量从哪里来？这需要集成论进一步解释。

第二，突现与因果问题。对于任何系统而言，它们之间的相互作用都遵循因果关系，包含上向和下向因果关系等不同类型的因果关系[6]。对于同层次的因果关系，显然可以从集成理论角度来解释。神经细胞在相互作用过程中总是按照一定的因果规律发生作用的，神经系统与身体相互作用的过程以及身体与环境相互作用的过程也是按照一定的因果规律相互作用的。在神经、身体和环境相互作用的过程中，意识便产生了。

神经细胞和意识的上向因果关系原则上是可以说明的。虽然意识产生了，但是意识本身并不能独立于神经细胞等物质，没有这些物质，意识就不能产生。比如，当某些脑细胞死亡之后，大脑便失去某些功能，某些意识便无从产生了。但是，下向因果关系就非常难以解释了。当意识产生之后，意识必然对神经、身体，并通过身体对外部环境发生作用，这是因果关系的下向过程。那么，意识是按照什么方式作用于神经和身体？意识为什么能够支配身体的运动？这些问题，从目前的研究来看，仍然没有明确的答案。但是，不管意识是按照什么方式作用于神经和身体的，意识、神经和身体这三者之间的关系必须遵守相应的因果关系。因为意识本身既不是物质性的东西，也不是能量性的东西，甚至不是信息性的东西，所以，它对于神经的反作用、对身体的反作用，不可能是按照单纯的因果关系发生作用。

（二）还原的问题

唐孝威院士关于人的意识可以从4个功能系统说明的观点，必须把整体还原为部分，然后才能根据部分重新说明整体。也就是说，按照他的立场，意识的相关性质可以根据4个不同功能的相关性质作出相应的说明。他说：“我们认为，心智能力是觉醒、认知、情感、意志等能力集成的结果。”[1]106按照他提出的理论，一方面心理活动和人的行为是由4个系统的相关性质和相互作用而产生的，因此，人们可以根据4个系统重新说明心理活动和人的行为；另一方面，他也认为，集成过程必然包含还原。他说：“还原的意思是分析统一体中的集成成分。综合的意思是将集成成分集成为统一体。还原和综合在集成过程中都是不可缺少的。”[1]57由此可知，唐孝威院士的集成脑是走整体还原为部分的路径以说明意识的性质。

那么，唐孝威院士要从4个功能系统说明人的心理活动和行为，他必须走还原的道路。现在我们先分析有哪些还原的道路。

从目前来看，还原有3种方式：第一，结构性还原。这种还原是把整体还原为系统不同要素之间的关系或结构，然后根据系统不同要素之间的关系和结构重新说明整体的性质。这种还原是低层次理论还原为高层次理论。例如，关于热现象的解释，比较粗略的办法是用体积、气压、温度等概念说明，比较精致的办法是用分子平均动能来说明，前一种说明方式可以还原为后一种说明方式。第二，元素性还原。这种还原是把整体还原为各种不同的元素，然后根据不同的元素对整体的相关性质进行解释。这种还原是不可行的。因为整体并不是元素的线性累积，元素是按照非线性的相互作用构成整体的，所以“整体大于部分之和”，整体不等于各个分解元素之和，并且无法根据元素或元素之和来解释整体的现象。在科学方面的表现：把理论命题还原为观察命题，亦即科学语句还原为观察语句，这是逻辑实证主义的还原论。第三，功能性还原或者意义方面的还原。这种还原是从功能角度或意义角度，把整体化解为部分的某些功能，然后由此说明整体的意义和功能。但是，这种还原会出现不可通约性现象。比如，在牛顿理论中，时间、空间等术语的意义和爱因斯坦相对论中的时间、空间概念根本不相同。因此，这种还原是行不通的。

从上述讨论来看，唐孝威院士关于把心理活动和人的行为还原为4个脑功能系统的学说，所走的还原道路只能走结构还原的道路。也就是说，如果要根据脑的4个功能系统解释人的心理活动和行为，那么，他只能根据4个功能系统之间的关系或它们的结构对人的心理和人的行为进行说明了。他的4个功能能够说明人的心理活动和人的行为吗？事实上，他在自己的论著中并没有明确地说明这一点。其实，从4个功能是能够说明心理活动的，因为唐孝威院士的还原只是在心理层面还原而已。按照他的理论观点，集成论的还原只是一定程度的还原，还原的结果必须包含有心理意义的东西。对于意识的还原不可能还原到分子层次，对于意识的分析单元也不可能是分子层次。因此，唐孝威院士只是把意识还原到更低的心理层次，而意识本身只是心理的高级功能而已。他认为，根据4个功能学说，心智活动是以注意过程、操纵过程、计划过程、学习—记忆过程和评估—情绪过程为基础。由此可知，他所说的还原还是心理不同层次的还原，从原则上讲，这是可行的。

但是，按照唐孝威院士的4个功能学说，能否根据4个功能的相关特性说明人的行为及其意义？其实有很大的困难。因为人的行为基本的特点不仅仅是生理性的，也是心理的。比如，“我伸手拿杯子喝水”这个行为体现出心理的因素，同时也具有生理性的因素。“伸手”这个动作，手的物理位置发生变化本身是一个生理性的过程。例如，镜像神经元系统的活动[7]。如何根据4个功能学说解释手的物理位置发生变化及其意义？按照唐孝威院士的观点，还是得用还原方法。第一，他得把意识还原为各种心理活动。把意识还原为各种心理活动，似乎原则上讲应该是可以的，但是，各种心理状态并不完全等同于意识状态。因此，这存在着需要进一步解释的问题。第二，根据心理的各种活动，进一步把它们还原为大脑的各种神经活动，但是把各种心理活动还原为大脑中的神经活动则非常困难。在这方面，已有学者指出了神经还原主义可能遭遇的问题。因为神经活动纯粹是生理性的活动，认知主体无法觉知这些活动，但心理活动往往可以被认知主体所觉知，因此，二者难以相互解释。第三，根据大脑的各种神经活动解释手的空间位置的变化。根据大脑的神经活动解释手的物理位置的变化，似乎原则上也是可行的，因为二者都属于生理层次上的。但是，手的位置移动的原因既包含心理活动，也包含物理位置的活动。然而，大脑神经活动难以充分解释心理活动。

从上述的论证可知，解释意识的产生现象，这不仅涉及到突现问题，同时也涉及到因果规律问题。然而，这两个方面的问题目前都无法解释的。

（三）结构与功能问题

唐孝威院士把集成论用于心智问题的研究，其实质是预设了大脑是具有固定的结构，由于大脑有固定结构，因此大脑具有产生意识的功能。这类似于杰里·福多（J.Fodor）关于心智模块的思想[8]。但是，其面临的问题是：一个固定结构的大脑如何产生变化万端的意识活动？其实，大脑具有固定结构并不是大脑产生意识的充分条件，这只是意识得以产生的必要条件而已。大脑要产生意识，应该还有其他条件。

首先，结构功能是静态的。人的意识活动，各种心理状态之间的相互作用都是一个变化过程。对于这些变化过程，往往有因果规律隐藏在里面。然而，结构功能所能描述的规律往往是形态学方面的规律，即结构功能所涉及的规律都是共时性的规律，在这些规律的表现过程中，根本不存在时间的因素。因此，这些规律所描述的现象并不随着时间变化而发生变化。

其次，意识的内容具有社会性。虽然意识的运动形式可能与大脑的结构相关，但是，意识的内容则来自人们的社会文化等，那么，大脑作为一个具有固定结构的东西，它如何产生这些具有社会文化性质的意识内容？因此，按照集成论的观点，意识的内容和意识的形式是可以分离的。如果意识的内容和意识的形式可以分离，那么，相同的意识内容可以由不同的意识形式承载；反之，同一意识形式也可以承载不同的意识内容。

四、结语

唐孝威院士批判性地吸收了神经心理学创始人之一鲁里亚的神经认知的思想，是一个有意义的创造，对推动中国认知科学的本土化研究和推进脑科学的创新发展具有示范性作用。鲁里亚是苏联文化历史学派的重要创始人之一，他试图从马克思主义哲学的立场构建一个神经科学理论；但是，由于他过于片面强调“意识的历史唯物主义”，即过于注重意识的社会性、文化性和历史性，而忽视了“意识的辩证唯物主义”思想，即忽视了意识产生的物质性条件、生理性条件等，因此他的理论难以解释意识产生的因果联系过程。唐孝威院士则应用当今的集成论思想和当代神经科学的最新成果，进一步阐释了4个不同的神经功能如何产生意识的问题，试图寻找一条意识产生的机制，就理论整体而言，比前者更合理；但是从思想的创新性而言，仍然没有超越鲁里亚的思想范围。