處於人類“出廠設置”階段的嬰兒，對於物理世界的理解究竟是如何開始，又是如何完善的？
撰文 | 曹安潔
編輯 | EON
插畫 | 紀善生
插圖設計：紀善生
一團怒放而嘈雜的混亂
“當一個物體消失在視野之中，這個物體還存在嗎？”
對於成年人來說，這樣的問題幾乎簡單到荒謬的地步。但是在兒童心理學家讓·皮亞傑的理論中，這種對於物理世界基本原理的理解，是嬰幼兒成長髮育中的里程碑式事件。這樣的能力，又叫客體永存性（object permance），是指外界事物的存在與否是獨立於我們的主觀視角的。當一個球消失在你的視野裡時，它並沒有從這個世界上消失，而當一個球進入你的視線範圍內時，也並不意味著這個世界上憑空出現了一個球。
人類嬰幼期的奇詭之處常常被人類社會發達的社會結構與文化傳統所掩蓋。我們常常忘了，就連站在人類文明巔峰的量子物理學家們，在人生伊始階段，對於物理世界的全部理解都要從客體永存性開始。可是成長過程中究竟發生了什麽呢？我們是如何從一個連視覺系統都不成熟的生物體，經過漫長的幼態持續，變成地球上唯一建築了文明的物種，具有了探索宇宙奧秘的能力呢？難道嬰兒們所面對的世界，真如心理學家威廉·詹姆士所言，不過是“一團怒放而嘈雜的混亂”？
在皮亞傑的理論中，客體永存性至少要到嬰兒九個月大的時候才會出現。在此之前，嬰兒由於沒有客體永存性的概念，甚至都不會去主動尋找被藏起來的小玩具。不管這個小玩具平時有多吸引寶寶們的目光，只要它被小毯子蓋住、消失在視線範圍裡，寶寶們甚至都不會主動試著掀起毯子來尋找這個小玩具。也就是說，在這些小嬰兒的認識裡，所有看不見的東西都等同於不存在。
在這些小嬰兒的認識裡，所有看不見的東西都等同於不存在。 | 圖片來源：sciencephoto
皮亞傑的階段性發展理論是當代發展心理學的奠基之作。在此之前，人們對於嬰兒心理活動的理解還局限於弗洛伊德理論體系中“由性欲驅動的原始生物體”上。皮亞傑將嬰幼兒的認知發展置於階段性理論的大框架之下，然而他的理論所能解答的問題遠少於留下的問題，而且缺乏嚴謹的實驗證據支持。就拿客體永存性這種概念來說來說，嬰兒究竟如何完成從無到有的轉化，又是如何在此之上逐漸發展出對於物理世界的深刻理解呢？
嬰兒眼中的物理定律
上世紀八十年代末，就有研究者設計了一系列實驗來測試嬰兒對於物理世界的理解。
在巴亞熱昂（Baillargeon）等人的實驗中，他們招募了一些只有五個半月大的嬰兒們。這些小寶寶們首先反覆觀看了一個“木板後倒”的事件：一塊木板，由兩條線牽引，像吊橋展開一樣慢慢向後倒去。當這些小寶寶們停止打量這個事件之後，研究人員會給這些小寶寶們呈現“可能事件”和“不可能事件”。在可能事件裡，這塊木板後面被放置了一個小木塊。由於小木塊會阻擋木板的後傾，所以當木板向後傾斜到一定程度時就會停止，像是被“卡住”了一樣。而在不可能事件中，雖然這塊木板後面同樣也有一個小木塊，但通過巧妙的實驗操作，這塊木板向後倒的時候會無視物理法則，如同魔術一般穿過小木塊，完全倒下。
這樣的實驗設計很巧妙地測量了嬰兒對於客體永存性的理解。雖然木板向後倒下的時候遮蓋住了小木塊，讓小木塊消失在了寶寶的視野裡，但如果在這些五個月半大的嬰兒的眼裡，那些小木塊仍然存在於這個世界上，仍然保有“固體”的特性，那麽它就應該阻擋木板的後傾。
2006 Wadsworth Thomson
那麽寶寶們是如何想的呢？由於嬰兒缺乏語言理解能力與表達能力，如果想知道嬰兒們究竟在想什麽，實驗人員們往往只能通過來衡量嬰兒的注視時間來推斷嬰兒的心理活動。這樣的實驗範式又叫“習慣化範式”。
在使用習慣化範式的實驗中，實驗人員往往會給嬰兒呈現重複的視覺刺激。一開始，嬰兒們會好奇地打量著這些視覺刺激，但是當視覺刺激被重複到一定程度時，嬰兒們就會把目光挪開，停止對於這些視覺刺激的注視。如果在這時呈現出一些對於嬰兒來說新奇的視覺刺激，嬰兒們又會重新開始打量新奇的視覺刺激。換句話說，通過對比嬰兒的注視時長，研究人員們可以推斷出在這些小嬰兒眼裡，究竟哪些視覺刺激是新奇的、不符合他們預判的，而又有哪些視覺刺激是熟悉的、與預想中一致的。
研究人員們發現，這些不過五個半月大的嬰兒，真的會花更多時間盯著“不可能事件”看。如果嬰兒只是基於視覺信息做出反應的話，那麽按道理來說，應該是“可能事件”要比“不可能事件”更新奇一點。畢竟在“可能事件”中，木板被一個小木塊“卡住了”，移動了更短的距離。但嬰兒竟然會注視表面特徵更相似、擁有相同運動軌跡的“不可能事件”更長時間——巴亞熱昂認為，這說明在五個半月大的，嬰兒就已經出現了對於“客體永存性”的理解，遠比皮亞傑理論中出現得要更早。
核心知識系統：先天論的複興？
五個半月，二十二周，不到兩百天。在人生中的最初短短兩百天裡，嬰兒有大量的時間處於睡眠狀態。即使在清醒時刻，他們未發育成熟的視覺系統與注意力系統也很難幫助他們對於這個世界進行細致入微的觀察——很難想象，嬰兒能通過這樣短暫、低質量的視覺經驗中習得物理世界的基本法則。
面對這樣的難題，哈佛大學的心理學家伊麗莎白·斯貝吉（Elizabeth Spelke）提出了核心知識理論。她認為，人類天生就擁有一小部分、相互獨立的核心知識系統。這些核心知識系統至少包括四種，其中有對於客體、主體、數字和幾何的理解。這些核心知識系統是人類認知結構的固有特徵，在出生時就存在；只是隨著嬰兒不斷發育，並且擁有更多經驗，這些核心知識系統會得到發展與完善，逐漸形成更成熟複雜的知識。
4個月的嬰兒就已經會花更長的時間注視並不合常理的數學事件。 | 圖片來源：Wynn(1992)
比如說，關於客體的知識系統由一系列物理運動的原理組成：接觸、凝聚性和連續性。在觀察生活中常見的客體運動時，這三條原理都不可或缺：接觸原理是指一個客體如果想使另一個客體產生運動，只能通過客體與客體之間的接觸完成；而凝聚性是指客體在運動中仍然會保持一個有邊界的、聯結在一起的整體；至於連續性，則是嬰兒能夠理解客體永存性的重要一環：物體的運動路徑必須要是一個連貫的、不受阻礙的路徑。在巴亞熱昂的實驗中，木板的運動路徑明明應該受到阻礙，卻仍然順暢地“倒下”。嬰兒之所以會盯著“不可能事件”看更長時間，正是因為在“不可能事件”中，物體的運動違背了連續性的原理。
斯貝吉的核心知識理論，從各種意義上來說都與經驗主義背道而馳。自十七世紀起，英國經驗主義哲學的思潮就逐漸從心靈哲學的領域蔓延到實證科學的土壤。尤其是在二十世紀中後期的心理學認知革命之後，“知覺是人類知識的起源”更是逐漸成為認知科學與心理學的背景色。與經驗主義相對的是先天論，其擁躉認為人類知識的起源離不開一些與生俱來的模塊。對於某些當代心靈哲學家來說，這種論點甚至幾乎全然來自於猜測，天生論是心理學家與哲學家都可以“安全拋棄”的觀點。
然而巴亞熱昂等學者對低齡嬰兒的研究，迫使學界重新審視這兩種論點的科學性。嬰兒對於物理世界的知識，究竟從何而來呢？
先天與習得：模塊論與神經網絡
1983年，美國心靈哲學家福多在《心理模塊性》一書中，第一次詳述了“模塊性”的概念。他認為，人類的認知結構是相互獨立，並且由具有信息封閉特徵的模塊組成。這些模塊同時具有領域專指性（domain specificity）。也就是說，如果一個模塊負責處理物理信息，那麽它在處理這些信息的過程中並不能讀取其他模塊所具有的信息，而且，這個模塊只能處理與物理世界相關的信息。
《思維模塊性》福多
福多不僅為心靈哲學家開拓了理論上的新天地，還重新構造了先天論與經驗論的辯論框架。如今，隨著產前超聲成像技術與表觀遺傳學的發展，“天生如此”與“受環境影響”之間的界限愈來愈模糊。在當代心靈哲學辯論中，先天論與經驗論的雙方都認同先天與習得對於發展有著不可或缺的重要影響。雙方沒有達成共識的，主要在於人類天生的認知結構的具體形式。
如斯貝吉這樣的天生論者，認為人類天生的認知結構並非白紙一張。借用福多的語言來說，就是擁有一些“具有領域專指性”的模塊。而當代的經驗論者雖然也認同人類認知結構先天就存在一些限制，但是，與天生論者不同的是，他們認為所謂“模塊”的存在屬於子虛烏有，人類的知識可以由一些具有領域一般性（domain general）的機制來獲得。在關於低齡嬰兒的物理知識究竟從何而來的問題上，天生論者認為是因為存在一些先天的“物理模塊”，專門負責處理有關客體的信息；而經驗論者的觀點則是這樣的知識完全不用依賴於某種特定的習得機制，用來習得客體永存性的機制，也許就是習得數字、習得主體性的機制。
這也難怪當代經驗論者格外偏愛聯結主義的神經網絡模型：平行式分布加工（Parallel Distributed Processing）的模型，不需要假設某種特定學習機制的存在，也能對於像客體永存性的認知現象進行模擬。計算心理學家宗像裕子（Yuko Munakata）就曾搭建過一系列簡單的全連接網絡，模擬嬰兒對於物理世界的理解。她認為，這樣簡單的模型就足以解釋皮亞傑與巴亞熱昂所觀察到的嬰兒不去主動尋找隱藏物體，卻會長時間凝視“不可能事件”的兩種看似矛盾的現象。因為“尋找隱藏物體”對於低齡嬰兒的運動機能、協調能力都有著很高的要求，而低齡嬰兒對於客體的心靈表征還處於弱而不完整的階段，僅能支持他們動眼、調動視覺注意力系統。更重要的是，按照奧卡姆剃刀“如無必要勿增實體”的原則，如果像全連接網絡這樣的通用學習機制都能對這種認知現象進行模擬，又何必構建出一些專門負責處理“物理”的心靈模塊呢？
當然，平行式分布加工模型究竟能在何種程度上模擬認知現象仍然充滿爭議。簡單幾層的聯結主義模型，真的就揭露了為肉乎乎、粉團團的小寶寶們的心靈世界嗎？這些模型所跑出來的數據，百分之零點幾幾的錯誤率，又能在何種程度上揭曉人類認識結構的奧秘——這些問題，都是迫切需要經驗主義者們提供回答的。
嬰兒，物理與愛
2013年，哲學家馬克·比克哈德（Mark Bickhard）與他的學生合著一篇論文，重新質疑了天生論與經驗論的對立關係。他認為，在當代的發展心理學與心靈哲學中存在對於皮亞傑理論的嚴重誤讀，而天生論與經驗論的雙方，無論設計怎樣的實驗、進行怎樣的計算建模，都不能徹底解決“知識從何而來”的問題。他們提議，心理學家們應該重新考慮一種以行動為基礎的理論：嬰兒對於物理世界的心靈表征，起源於自身行動與外界環境的互動。
但是，這畢竟僅僅是理論。在天生論與經驗論雙方都累積了大量的實驗證據面前，這樣折中的理論，並沒有得到太多人的支持。
人類對於物理世界的探索可以上溯到前蘇格拉底時期的自然哲學家們。幾千年過去，人類對於物理世界的理解歷經了無數次革命。但是處於人類“出廠設置”階段的嬰兒，對於物理世界的理解究竟是如何開始，又是如何完善的，至今仍然是一個謎題。這樣的謎題正如同心靈的本質一樣令人著迷而激動。對於人類心靈與認知的研究上，就如同任何科學發展的進程一樣，都是“進一寸有進一寸的歡喜”，都是“雖不能至，心嚮往之”。
嬰兒是地球上最接近外星人的物種。這些大眼睛、皺皮膚、圓肚子的人型生物，使用奇特的方式進行移動，經常性地發出意義不明的聲音信號。但這些小外星人卻也同時是最接近人類本質的物種：如果心靈的本質真的存在，我們只能將目光投向這些剛剛問世不久的嬰兒。呱呱墜地不久的他們，就和古往今來任何一個人一樣，都具有去探索、去發現、去創造，去體驗生而為人的美妙與痛苦的潛能。
《It’s Mother’s Arms》Jesse Willcox Smith
用理查德·費曼的話來說，“物理並不是最重要的事情，愛才是。” 我們也許永遠都無法真的鑽入這些奇特生物的小腦瓜裡，一探究竟他們如何理解這個世界上的物理現象。可這並不阻礙我們做最重要的事情：去愛，因為他們象徵著人類的未來。
參考文獻
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作者簡介
曹安潔：卡耐基梅隆大學認知科學和哲學專業在讀，目前認知科學感興趣的領域有：語言習得、因果認知。哲學感興趣的領域是心靈哲學和科學哲學。你神老粉，線下活動志願者。熱衷各國美食，專精匹茲堡地區中低消費水準餐廳。立志成為一名好科學家，成為不了就當個善良的科研工作者。
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