处于人类“出厂设置”阶段的婴儿，对于物理世界的理解究竟是如何开始，又是如何完善的？
曹安洁
封面：由纪善生为神经现实设计
Cognitive Science 认知科学
一团怒放而嘈杂的混乱
“当一个物体消失在视野之中，这个物体还存在吗？”
对于成年人来说，这样的问题几乎简单到荒谬的地步。但是在儿童心理学家让·皮亚杰的理论中，这种对于物理世界基本原理的理解，是婴幼儿成长发育中的里程碑式事件。这样的能力，又叫客体永存性（object permance），是指外界事物的存在与否是独立于我们的主观视角的。当一个球消失在你的视野里时，它并没有从这个世界上消失，而当一个球进入你的视线范围内时，也并不意味着这个世界上凭空出现了一个球。
人类婴幼期的奇诡之处常常被人类社会发达的社会结构与文化传统所掩盖。我们常常忘了，就连站在人类文明巅峰的量子物理学家们，在人生伊始阶段，对于物理世界的全部理解都要从客体永存性开始。可是成长过程中究竟发生了什么呢？我们是如何从一个连视觉系统都不成熟的生物体，经过漫长的幼态持续，变成地球上唯一建筑了文明的物种，具有了探索宇宙奥秘的能力呢？难道婴儿们所面对的世界，真如心理学家威廉·詹姆斯所言，不过是“一团怒放而嘈杂的混乱”？
在皮亚杰的理论中，客体永存性至少要到婴儿九个月大的时候才会出现。在此之前，婴儿由于没有客体永存性的概念，甚至都不会去主动寻找被藏起来的小玩具。不管这个小玩具平时有多吸引宝宝们的目光，只要它被小毯子盖住、消失在视线范围里，宝宝们甚至都不会主动试着掀起毯子来寻找这个小玩具。也就是说，在这些小婴儿的认识里，所有看不见的东西都等同于不存在。
在这些小婴儿的认识里，所有看不见的东西都等同于不存在。
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图片来源：sciencephoto
皮亚杰的阶段性发展理论是当代发展心理学的奠基之作。在此之前，人们对于婴儿心理活动的理解还局限于弗洛伊德理论体系中“由性欲驱动的原始生物体”上。皮亚杰将婴幼儿的认知发展置于阶段性理论的大框架之下，然而他的理论所能解答的问题远少于留下的问题，而且缺乏严谨的实验证据支持。就拿客体永存性这种概念来说来说，婴儿究竟如何完成从无到有的转化，又是如何在此之上逐渐发展出对于物理世界的深刻理解呢？
婴儿眼中的物理定律
上世纪八十年代末，就有研究者设计了一系列实验来测试婴儿对于物理世界的理解。
在巴亚热昂（Baillargeon）等人的实验中，他们招募了一些只有五个半月大的婴儿们。这些小宝宝们首先反复观看了一个“木板后倒”的事件：一块木板，由两条线牵引，像吊桥展开一样慢慢向后倒去。当这些小宝宝们停止打量这个事件之后，研究人员会给这些小宝宝们呈现“可能事件”和“不可能事件”。在可能事件里，这块木板后面被放置了一个小木块。由于小木块会阻挡木板的后倾，所以当木板向后倾斜到一定程度时就会停止，像是被“卡住”了一样。而在不可能事件中，虽然这块木板后面同样也有一个小木块，但通过巧妙的实验操作，这块木板向后倒的时候会无视物理法则，如同魔术一般穿过小木块，完全倒下。
这样的实验设计很巧妙地测量了婴儿对于客体永存性的理解。虽然木板向后倒下的时候遮盖住了小木块，让小木块消失在了宝宝的视野里，但如果在这些五个月半大的婴儿的眼里，那些小木块仍然存在于这个世界上，仍然保有“固体”的特性，那么它就应该阻挡木板的后倾。
— 2006 Wadsworth Thomson
那么宝宝们是如何想的呢？由于婴儿缺乏语言理解能力与表达能力，如果想知道婴儿们究竟在想什么，实验人员们往往只能通过来衡量婴儿的注视时间来推断婴儿的心理活动。这样的实验范式又叫“习惯化范式”。
在使用习惯化范式的实验中，实验人员往往会给婴儿呈现重复的视觉刺激。一开始，婴儿们会好奇地打量着这些视觉刺激，但是当视觉刺激被重复到一定程度时，婴儿们就会把目光挪开，停止对于这些视觉刺激的注视。如果在这时呈现出一些对于于婴儿来说新奇的视觉刺激，婴儿们又会重新开始打量新奇的视觉刺激。换句话说，通过对比婴儿的注视时长，研究人员们可以推断出在这些小婴儿眼里，究竟哪些视觉刺激是新奇的、不符合他们预判的，而又有哪些视觉刺激是熟悉的、与预想中一致的。
研究人员们发现，这些不过五个半月大的婴儿，真的会花更多时间盯着“不可能事件”看。如果婴儿只是基于视觉信息做出反应的话，那么按道理来说，应该是“可能事件”要比“不可能事件”更新奇一点。毕竟在“可能事件”中，木板被一个小木块“卡住了”，移动了更短的距离。但婴儿竟然会注视表面特征更相似、拥有相同运动轨迹的“不可能事件”更长时间——巴亚热昂认为，这说明在五个半月大的，婴儿就已经出现了对于“客体永存性”的理解，远比皮亚杰理论中出现得要更早。
核心知识系统：先天论的复兴？
五个半月，二十二周，不到两百天。在人生中的最初短短两百天里，婴儿有大量的时间处于睡眠状态。即使在清醒时刻，他们未发育成熟的视觉系统与注意力系统也很难帮助他们对于这个世界进行细致入微的观察——很难想象，婴儿能通过这样短暂、低质量的视觉经验中习得物理世界的基本法则。
面对这样的难题，哈佛大学的心理学家伊丽莎白·斯贝吉（Elizabeth Spelke）提出了核心知识理论。她认为，人类天生就拥有一小部分、相互独立的核心知识系统。这些核心知识系统至少包括四种，其中有对于客体、主体、数字和几何的理解。这些核心知识系统是人类认知结构的固有特征，在出生时就存在；只是随着婴儿不断发育，并且拥有更多经验，这些核心知识系统会得到发展与完善，逐渐形成更成熟复杂的知识。
4个月的婴儿就已经会花更长的时间注视并不合常理的数学事件。
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图片来源：Wynn(1992)
比如说，关于客体的知识系统由一系列物理运动的原理组成：接触、凝聚性和连续性。在观察生活中常见的客体运动时，这三条原理都不可或缺：接触原理是指一个客体如果想使另一个客体产生运动，只能通过客体与客体之间的接触完成；而凝聚性是指客体在运动中仍然会保持一个有边界的、联结在一起的整体；至于连续性，则是婴儿能够理解客体永存性的重要一环：物体的运动路径必须要是一个连贯的、不受阻碍的路径。在巴亚热昂的实验中，木板的运动路径明明应该受到阻碍，却仍然顺畅的“倒下”。婴儿之所以会盯着“不可能事件”看更长时间，正是因为在“不可能事件”中，物体的运动违背了连续性的原理。
斯贝吉的核心知识理论，从各种意义上来说都与经验主义背道而驰。自十七世纪起，英国经验主义哲学的思潮就逐渐从心灵哲学的领域蔓延到实证科学的土壤。尤其是在二十世纪中后期的心理学认知革命之后，“知觉是人类知识的起源”更是逐渐成为认知科学与心理学的背景色。与经验主义相对的是先天论，其拥趸认为人类知识的起源离不开一些与生俱来的模块。对于某些当代心灵哲学家来说，这种论点甚至几乎全然来自于猜测，天生论是心理学家与哲学家都可以“安全抛弃”的观点。
然而巴亚热昂等学者对低龄婴儿的研究，迫使学界重新审视这两种论点的科学性。婴儿对于物理世界的知识，究竟从何而来呢？
先天与习得：模块论与神经网络
1983年，美国心灵哲学家福多在《心理模块性》一书中，第一次详述了“模块性”的概念。他认为，人类的认知结构是相互独立，并且由具有信息封闭特征的模块组成。这些模块同时具有领域专指性（domain specificity）。也就是说，如果一个模块负责处理物理信息，那么它在处理这些信息的过程中并不能读取其他模块所具有的信息，而且，这个模块只能处理与物理世界相关的信息。
— 《思维模块性》福多
福多不仅为心灵哲学家开拓了理论上的新天地，还重新构造了先天论与经验论的辩论框架。如今，随着产前超声成像技术与表观遗传学的发展，“天生如此”与“受环境影响”之间的界限愈来愈模糊。在当代心灵哲学辩论中，先天论与经验论的双方都认同先天与习得对于发展有着不可或缺的重要影响。双方没有达成共识的，主要在于人类天生的认知结构的具体形式。
如斯贝吉这样的天生论者，认为人类天生的认知结构并非白纸一张。借用福多的语言来说，就是拥有一些“具有领域专指性”的模块。而当代的经验论者虽然也认同人类认知结构先天就存在一些限制，但是，与天生论者不同的是，他们认为所谓“模块”的存在属于子虚乌有，人类的知识可以由一些具有领域一般性（domain general）的机制来获得。在关于低龄婴儿的物理知识究竟从何而来的问题上，天生论者认为是因为存在一些先天的“物理模块”，专门负责处理有关客体的信息；而经验论者的观点则是这样的知识完全不用依赖于某种特定的习得机制，用来习得客体永存性的机制，也许就是习得数字、习得主体性的机制。
这也难怪当代经验论者格外偏爱联结主义的神经网络模型：平行式分布加工（Parallel Distributed Processing）的模型，不需要假设某种特定学习机制的存在，也能对于像客体永存性的认知现象进行模拟。计算心理学家宗像裕子（Yuko Munakata）就曾搭建过一系列简单的全连接网络，模拟婴儿对于物理世界的理解。她认为，这样简单的模型就足以解释皮亚杰与巴亚热昂所观察到的婴儿不去主动寻找隐藏物体，却会长时间凝视“不可能事件”的两种看似矛盾的现象。因为“寻找隐藏物体”对于低龄婴儿的运动机能、协调能力都有着很高的要求，而低龄婴儿对于客体的心灵表征还处于弱而不完整的阶段，仅能支持他们动眼、调动视觉注意力系统。更重要的是，按照奥卡姆剃刀“如无必要勿增实体”的原则，如果像全连接网络这样的通用学习机制都能对这种认知现象进行模拟，又何必构建出一些专门负责处理“物理”的心灵模块呢？
当然，平行式分布加工模型究竟能在何种程度上模拟认知现象仍然充满争议。简单几层的联结主义模型，真的就揭露了为肉乎乎、粉团团的小宝宝们的心灵世界吗？这些模型所跑出来的数据，百分之零点几几的错误率，又能在何种程度上揭晓人类认识结构的奥秘——这些问题，都是迫切需要经验主义者们提供回答的。
婴儿，物理与爱
2013年，哲学家马克·比克哈德（Mark Bickhard）与他的学生合著一篇论文，重新质疑了天生论与经验论的对立关系。他认为，在当代的发展心理学与心灵哲学中存在对于皮亚杰理论的严重误读，而天生论与经验论的双方，无论设计怎样的实验、进行怎样的计算建模，都不能彻底解决“知识从何而来”的问题。他们提议，心理学家们应该重新考虑一种以行动为基础的理论：婴儿对于物理世界的心灵表征，起源于自身行动与外界环境的交互。
但是，这毕竟仅仅是理论。在天生论与经验论双方都累积了大量的实验证据面前，这样折中的理论，并没有得到太多人的支持。
人类对于物理世界的探索可以上溯到前苏格拉底时期的自然哲学家们。几千年过去，人类对于物理世界的理解历经了无数次革命。但是处于人类“出厂设置”阶段的婴儿，对于物理世界的理解究竟是如何开始，又是如何完善的，至今仍然是一个谜题。这样的谜题正如同心灵的本质一样令人着迷而激动。对于人类心灵与认知的研究上，就如同任何科学发展的进程一样，都是“进一寸有进一寸的欢喜”，都是“虽不能至，心向往之”。
婴儿是地球上最接近外星人的物种。这些大眼睛、皱皮肤、圆肚子的人型生物，使用奇特的方式进行移动，经常性地发出意义不明的声音信号。但这些小外星人却也同时是最接近人类本质的物种：如果心灵的本质真的存在，我们只能将目光投向这些刚刚问世不久的婴儿。呱呱坠地不久的他们，就和古往今来任何一个人一样，都具有去探索、去发现、去创造，去体验生而为人的美妙与痛苦的潜能。
用理查德·费曼的话来说，“物理并不是最重要的事情，爱才是” 。我们也许永远都无法真的钻入这些奇特生物的小脑瓜里，一探究竟他们如何理解这个世界上的物理现象。可这并不阻碍我们做最重要的事情：去爱，因为他们象征着人类的未来。
来源：神经现实编辑：井上菌
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