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杨雨:认知哲学带来理解脑机接口新视角
管理员 发布时间:2022-12-12 09:38  点击:286

近年来,随着神经科学和人工智能的迅速发展,脑机接口(Brain Computer Interface,BCI)越发为人们所关注。脑机接口旨在直接捕捉大脑活动,以使用户能够在不使用外围神经或运动系统的情况下驱动机器。在脑机接口的帮助下,自主体能够仅凭意念支配脑机接口驱动的假肢、外骨骼或轮椅,也可以通过连接电脑实现电子阅读和网上交流,完成一系列日常认知交流活动。4E+S”是一种关于认知的综合性理论模型,包含了具身认知(embodied cognition)、嵌入认知(embedded cognition)、生成认知(enacted cognition)、延展认知(extended cognition)以及情境认知(situated cognition)等认知科学中的多种理论主张。与符号表征加工为主的认知计算主义相比,这一理论模型将身体以及作为有机整体的自主体纳入认知框架中来,更多关注认知与身体、行动及其环境关系的多重维度。新型智能研究意味着新型认知模式变迁,如果我们尝试从认知哲学中的“4E+S”透镜下分析脑机接口,就会发现其背后隐含的深厚认知哲学底蕴。

具身认知视角下的脑机接口

具身认知强调了身体在认知中发挥的重要作用。威尔逊(R.A.Wilson)将身体对认知的作用划分为三类。其一,身体是认知的限制者,即身体会限制自主体认知内容。其二,身体作为认知的分配者,即身体在认知过程中对大脑和身体间分配认知任务。其三,身体是认知活动的调节者,即自主体身体功能可以随动态变化的环境事件进行调节以确保行为的实时执行。华特Sven Walter)按照身体在认知过程中的功能角色划分为体化认知I(EC-I)与体外认知II(EC-II),分别表示认知过程部分依赖于颅外的身体过程,以及认知过程部分由颅外身体过程构成。夏皮罗(Lawrence Shapiro)将具身认知的讨论剖离出三个主题:概念化(Conceptualization)、替代(Replacement)以及构成(Constitution)假说。概念化是指自主体的身体属性,限制或约束了其能够习得或理解的概念;替代是指认知能够脱离计算过程以及表征状态,仅依靠身体与环境间的动态交互即可被解释;构成则是指身体或世界是认知的一个构成成分,而不仅是扮演认知的因果角色。

具身认知主张,大脑之外的一些身体过程是认知过程的参与部分或构成部分。而重新审视脑机接口,我们会发现,这一主张在其中同样有所体现。对于一些身体功能不完整的残障人士,脑机接口可以帮助重建或修复大脑与义肢或外骨骼之间的信息通道,使残障人士能够重获行动能力。近年来,也有不少残障人士选择在大脑中植入装置,借助功能性电刺激(FES)来探测、记录、放大、传输运动神经元发放的神经冲动,进而控制残肢的运动。由此,借助脑机接口的帮助,他们重新获得了以身体为媒介的认知,原本的身外之物变为身内要素,并以此弥合了大脑与外部环境的鸿沟。

情境—嵌入认知视角下的脑机接口

在此,笔者沿用国内大多学者的分类传统,将情境认知视为4E认知的平行纲领。由于嵌入认知认为认知过程是对颅外过程的依赖,强调了认知主体对环境的依赖性,因此我们将情境认知与嵌入认知合并为一种纲领进行介绍。

情境—嵌入认知将认知看作是,有机体跨越个体边界而作为一个整体,与自然、社会和文化环境间界限的互动结果。一旦我们深入考虑这种系统思想,人脑就不再是与环境孤立和隔绝的体系,而是化为一种复杂的动态耦合体系与环境进行交互——认知由此涌现。布鲁克斯(Rodney Brooks)的“作为自身模型的世界”思想正是这一理论的映现。在布鲁克斯的无表征智能理论中,自主机器人可以通过与环境进行直接实时互动,而避免了对世界的表征。威尔逊(M.Wilson)也曾宣称,“我们不是试图在大脑中存储和操纵与某一情境相关的所有细节,而是在现实世界中,在这个情境本身中存储和操纵这些细节”。由此看来,自主体可以有效将认知工作卸载(off-loading)到环境中,以提高认知效率、扩大认知范围。比如,俄罗斯方块的游戏者一般会选择直接旋转屏幕上的图像,避免大脑内部的表征、储存、加工与重现。这样一来,环境不再是我们涉入信息的间接认知载体,而是驱使认知的直接依赖之物——我们依赖于环境才得以认知。

随着脑机接口研究领域的不断深入,脑控汽车或作为一种新型自动驾驶技术进入到日常生活之中。与传统计算机控制的自动驾驶技术相比,脑控汽车以大脑为控制主体,能够克服传统计算机控制下的自动驾驶技术面临的“脑容量”不足、复杂环境决策控制能力较弱等问题。这是将人类智能与人工智能融合的尝试。目前,南开大学、国防科技大学等研发的基于运动想象范式的智能汽车驾驶,已能够准确识别大脑意图完成多个规定指令,其人工智能部分中的辅助系统可通过观察路况以及动态的复杂环境结构,以此完善智能主体认知过程及方式,从而达到人机协同共享控制。

延展认知视角下的脑机接口

延展认知将认知视为部分地由身体以外的过程构成。据延展认知的首位提出者克拉克(Andy Clark)所言,“实现人类认知的某些形式的实际局部操作,包括无法解决的反馈、前馈和反馈循环的纠缠,它们不是整齐地留在大脑中,而是跨越大脑、身体和世界”。也就是说,延展认知拒绝心智认知的完全性,而是强调将有机体与外部环境以双向互动的形式相互缠结。通过身体这个连接点,认知可以突破头骨(skull)和体肤 (skin)延展至环境,从而形成一个完整系统。在延展认知的支持者看来,这个系统可以被看作是认知系统,“该系统中的所有组成部分都发挥着积极的因果作用,它们以认知通常的那种方式共同支配行为。如果我们移除外部组件,系统的行为能力就会下降,就像我们移除其大脑的一部分一样”。

值得注意的是,认知系统并没有否认身体内部的认知要素,而是强调只要外部认知要素与内部认知要素作出相同的因果贡献,那么就没有必要否认外部要素也构成了认知系统的一部分,这也就是所谓的“对等性原则”(parity principle)。在“英伽奥拓思想实验”中,正常人英伽通过回忆获得的信息,与患有记忆失常症的患者奥拓通过查阅笔记所获得的信息相同。也就是说,脑内完成的认知与分布在脑外完成的认知,致使他们最终完成了相同的行为结果,那么我们就认为对等性成立,认知由此延展至身体之外。

在脑机交互的完整设想中,脑机间的信息通信是一种双向流动。一种是“从脑到机”,旨在将脑信号进行转换用于外设控制(如义肢或机械臂的应用)以及功能增强。另一种则是“从机到脑”,主要是将外部设备捕获的感觉信息传递至大脑。前者可具现至认知增强方面的应用,体现为信息判读与情报侦察、虚拟现实或增强显示以及增强控制等技术。后者可具现至外部设备信息的捕获、提取、储存与应用方面,是脑机接口对认知延展的应用显现。

在医疗康复方面,尤其对闭锁综合症(Locked-in Syndrome,LIS)患者的治疗方面,脑机接口对患者的认知延展有着极大裨益。LIS是一种神经系统疾病,一般LIS患者除眼睛外几乎所有自主肌肉完全瘫痪因此无法移动或交流。他们意识完全清醒,但却无法进行口头和非口头交流,因此难以向外界表达他们的需要与思想,最终会在自己和社会之间筑起高墙。脑机接口的出现打破了这种认知交流壁垒。LIS患者可以通过佩戴或植入脑机接口设备,实现用大脑对手机或计算机的直接控制,使其通过延展性认知工具以及延展认知方式进行人际交流与对世界的认知。

生成认知视角下的脑机接口

生成认知将有机体与环境间的互动视为认知产生的必备条件。尽管生成认知的支持者大多支持将自主能动性和生活主体性置于认知科学的核心地位,但因针对“生成”概念理解不同,其理论也各有侧重。比如,汤普森(E.Thompson)等人的工作在一些核心概念织就的技术概念网络中展开,如自治系统(autonomous system)、涌现(emergence)、具身(embodiment)以及意义建构(sense-making)等。他们将认知视作一个自治或自创生系统,人类心智则是源于自组织过程的涌现。这种自治和自主特性隐含着认知在意义建构方面的能动性。认知不再是独立于情境获取世界信息、抽取意义的被动编码者,而是自我调节、自我建构,通过与周围环境积极的接触过程从而“把世界转化为一个具有显著性、意义和价值”的意义建构者。诺伊(A.No觕)和奥里根(J.Kevin O’Regan)提出了一种生成知觉理论,又被称作感觉运动依赖性理论,强调行动在探索以及形成知觉经验方面的作用。在他们看来,行动是自主体探索世界从而形成生成认知结构的必要条件,涉及“感知者与环境的积极接触”。行为活动中的运动表征是知觉构成的重要元素。赫托(Daniel Hutto)和麦因(Erik Myin)的激进生成主义认为,心智过程是自主体与环境的直接互动,而不需要内容化的(contenful)心理表征的存在。此外,也有学者将生成认知中的生成主义方法运用到情感科学之中,认为生成主义对生命系统的延展也暗示了认知和情感的扩展,而情感则不必囤于自主体身体边界之内。

生成认知不断提醒我们放弃传统的知觉、认知与行动相分离的三明治模型,转而诉诸自主体的能动性。认知不是被动式的接受信息的过程,而是主动的探索世界的过程。为了提高脑机接口技术应用的准确度和稳定性,目前脑机接口系统运行普遍引入自适应策略,又包括两种:其一涉及自适应线性分类法(adaptive LDA),旨在提高脑机接口系统自身的自适应能力;其二是引入生物自适应反馈,旨在提高自主体的自适应能力。通过这种策略,自主体能够更为准确地获取外界信息,及时调整行动方式。

综上,脑机接口技术的日臻成熟,不断挑战着传统的“三明治式”认知科学范式,认知不再局限于感官输入与行为输出间的信息处理活动与过程,而面临着一个人—机—环境间混杂型的复杂认知系统。这不仅意味着认知模式的变革,更是对人、机、物之间三维关系发起的新挑战。作为一种新兴技术,脑机接口仍处于不断生成和变化的干预状态,在现有认知哲学争论尚无定论之时,我们似乎应当对未成熟技术保持观望。

来源:《中国社会科学报》

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