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第二 作为科学认知的视知觉探究（第1页）

第二节作为科学认知的视知觉探究

有一句名言是，科学始于观察。对于早期的人类来说，这种观察更多的是直接依赖于人的感觉器官（尤其是视觉器官），这是毋庸置疑的。然而，对于认知科学家来说，却有疑问，即这种以视觉器官为主的感觉器官所获得的刺激以及在此基础上形成的认知活动是不是只是提供一种表象或感性经验材料？例如，是否先要对某一天象进行观察与记录，然后再等待某种抽象的符号系统来加以配列与概括。或者，在视知觉与中枢神经系统的认知和思维活动中间是否存在着天然的屏障，抑或两者可能存在某种“对应”与“同构”等。这些问题对于科学认知来说，都是必须加以回答的。围绕这个方面的研究，构成了作为科学认知的视知觉探究论题。美国著名学者波林（EdwinG。B）在其两卷本的《实验心理学史》一书中曾经写道：“科学怎样开始的呢？有一种主张认为在人类史上科学没有一个起点，它是和知觉一样古老的，它在进化阶段上，是以看见一个对象而做出概括的能力开始的。科学和知觉都在观察时注意基本的通则，在被观察的对象中看出自然的一致性。”[12]这就是说，一向被作为实验科学和认知科学对象的视知觉一开始便是与科学史、哲学史紧密相连的；视知觉既是实验心理学和认知心理学所关注的核心问题，同样也是科学方法论、科学认知哲学一直争论不休的难题。作为后者，视知觉的探究与科学史、关于认知的科学以及科学哲学保持着最切近的距离。

在早期阶段，感觉心理物理学、神经生理学、格式塔心理学等实验心理学提供了大量材料；在当代，认知心理学、视觉心理学、知觉表象理论等围绕相关话题也展开了深入研究，并辅之以知觉现象学、视觉溯因理论、观察渗透理论等的哲学思考。具体来说，作为科学认知的视知觉探究包括相互联系的三个方面：一是科学家本人在科学研究活动中对视知觉的探究。例如，中世纪伊斯兰科学家伊本·海塞姆在研究光学现象过程中形成了他的视觉理论；近代牛顿在其《光学》一书中，对视觉特别是有关颜色形成方面的视觉进行了有价值的研究。这类研究通常可以折射出科学家本人以及他所属的那个科学共同体对视知觉所采取的态度以及对视知觉理论知识的应用。二是职业心理学家对视知觉进行的实验研究。这主要是指近代以来，特别是德国心理学家威廉·冯特开创的实验心理学以来的有关工作。这些工作连同后来形成的认知心理学研究，使我们对视知觉（包括物理的、生理的和心理的）的认识不断深化。其影响已超越它原有的专业领域，对科学史、科学哲学问题研究具有借鉴意义。三是擅长综合与思辨思维的哲学家、认知科学家以及部分科学史家，依据前两部分人的研究成果，结合自身的专业优势，在跨学科的层面上对视知觉在科学认知活动中的作用和功能所进行的系统总结与概括，他们的研究结论通常反过来被用于说明科学史、科学哲学中的认知问题。

本节不打算展开介绍上述三个方面的内容，而只是从后面所要讨论的主要问题出发，选择与科学认知密切相关的主要观点作简明的概述。至少有以下五个方面。

（一）经验主义和现象学。视知觉理论最天然的“盟友”便是经验主义。在哲学上，它表现为对感性、感觉主义的强调；在科学上则表现为对观察和实验的重视。由于包括视知觉在内的感觉和知觉活动对于经验形成所产生的独特作用，经验主义者们大都强调，人们的认识和知识超不出经验的范围，而那些最典型的经验主义者大都是极端的视觉主义者。在历史上，经验主义的古老传统与对人的视知觉的重要性的认识相匹配。在近代，西欧经验主义哲学家力求将经验主义与视知觉的关系揭示出来。例如，乔治·贝克莱的唯我论的经验主义正是建立在他关于视觉及空间知觉的研究基础之上的。在《视觉新论》一书中，贝克莱阐述了视知觉对象的大小依赖于视知觉的距离的观点。另一位英国哲学家大卫·休谟进一步认为：“一个人如果因为感官有了缺陷，以致不能有任何感觉，那我们也总会看到，他也一样不能形成与此相应的观念。”[13]这种彻底的经验主义者的观点在当时促进了知觉心理学的研究。

19世纪初，一种被用来描述直接经验的哲学流派——现象学在德国产生。在现象学家眼里，“现象”是自在自足地敞开着的存在者本身。对于作为存在者的人而言，“表象”的最准确的含义来自于现场出场者的显现，即把“现象”“表”“象”出来。而联结现象与表象的通路便是“直观”。正如现象学奠基人胡塞尔所指出的：“在考察的最初阶段，在素朴状态中，起初明证性似乎是一种纯粹直观，是精神的无本质的观察，到处都是一个、同一、并无自身区别的东西：直观所直观的就是事物，事物简单地存在于此并且存在于意识的真正明证的直观中，而直观就是简单地直观它们。或者从另一种意义上来描述：直接把握、接受或指明一种简单的、具体存在的东西。所有的区别都‘在’事物中，这些事物自为地存在着并且由于自身而具有区别。”[14]作为他的弟子，海德格尔深谙老师思想之精髓，他将“直观”定义为对具体有形的被给予者的简捷的“把捉”，如同其自身所显示的那样。这表明，在场者首先向视觉显现；所谓“现象”和“表象”不过是一种基于视知觉等感官刺激所做的心理学和哲学分析的产物。当然，这里的直观还不能简单地被理解为视觉意义上的“观”。作为例子，德国近代史上的自然科学家和作家歌德便是一个现象学者。他倡导一种非演绎的科学方法，并撰写了两卷本的《颜色说》一书。在他看来，“现象学无论用的是什么名称，在科学史上是起源颇早的。现象学对科学的研究是叙述的、分类的和归纳的方法；是数学的，演绎法的反面”[15]。基于此，我们不能拘泥于现象学的指称和它在德国产生的缘由，而应从它与视知觉及经验主义的内在关联方面，进行一种跨文化的思考。

（二）格式塔心理学。作为20世纪重要的心理学体系之一，格式塔心理学（gestaltpsychology）正是通过对视觉刺激的研究而展开的。在已经发现的视知觉诸多特性和基本原则当中，知觉的整体性是一个重要特征和原则，即视觉器官具有把握刺激物的整体形状、轮廓的能力，能够将看似不完整的东西“组织”成具有突现性质的对象。其具体表现是能够从刺激物中形成图形—背景关系。此外，它还具有接近性（proximity），即那些在空间上比较接近的部分容易形成一个整体图形；相似性（similarity），即相似的各个部分（元素）有被看成一个整体的倾向；封闭性（enclosure），即相对封闭的图形容易被看成一个整体；连续性（uity），即在一个按一定顺序组成的序列中，如果有新的成分加入，这些新的成分容易被看成是原来图形的继续等。（见图10-2）

图10-2图形知觉的连续性和封闭性

格式塔心理学家普遍认为，组织、图形，从而物体的性质，通常有赖于各部分之间的关系，而不有待于各部分的特殊性质。因此，如果各部分发生变化而关系保持不变，则图形和物体也保持不变。他们还较早地通过实验检测出视知觉的拓扑性质，即所再现的图形通常集中于它的拓扑性质方面，而对它的具体量度或尺寸则不予以注意。[16]由于格式塔心理学对于整体性的重视，因而他们倾向于运用“场论”（fieldtheory）来解决视知觉等心理现象问题。在他们眼里，一个场便是一个动力的整体，其中任何一部分都可能影响其他各部分。据此，格式塔心理学家多持同型论（isomorphism）的观点。例如，心理学家苛勒（W。K?hler）假设视觉神经场能够引起脑内神经场的变化，两者间的兴奋被认为是同型的关系。

格式塔心理学家还尝试运用他们的研究成果来说明某些科学问题。例如，韦特海默（M。Wertheimer）晚年运用格式塔心理学原理讨论伽利略的科学发现及爱因斯坦创立相对论的思维过程。又如，格式塔心理学派另一创始人鲁道夫·阿恩海姆（RudolfArnheim）在《视觉思维》一书中明确指出，所谓视知觉，也就是视觉思维。通常如简化、选择、抽取、补足、综合以及某个问题的当场解决等，都是作为“思维”的视知觉功能而呈现出来的，而且，“视觉思维在这一方面同导致科学发现的那种‘问题解决’是极为相似的”[17]。因此，他认为，绝不能忽视视知觉在古代科学概念构造中的作用。再如，英国学者格里高利（R。L。Gregory）同样认为：“知觉形成过程与科学中假说形成过程颇为相似。”[18]

（三）“观察渗透理论”。格式塔心理学在科学哲学领域里的应用成果之一便是著名的“观察渗透理论”。美国科学哲学家N。R。汉森在研究科学发现的认识论和心理学的问题中，直接否定了逻辑经验主义所谓中性观察语言说。他认为，科学发现中的观察不是单纯视觉意义上的“看”，而是一桩渗透着理论的事情。根据格式塔心理学原理，即使在视知觉的层面，视觉活动也不单是视网膜的映像反映，它与人们的过往经验密切相关。汉森举例说，在视网膜的层面上，天文学家的开普勒和第谷在黎明的东方所“看”到的现象应当是相同的；但是，他们的“看”并不等同于照相机，“看不仅是拥有视觉经验；而且也是拥有视觉经验的方式”[19]。这个视觉经验的方式便是知识、经验和理论的嵌入。由此汉森进一步提出了“观察渗透理论”的命题。

但是，是不是所有的观察都必然渗透理论，观察与理论两者到底有没有各自的边界，这些疑难并未使历史主义与逻辑经验主义在科学哲学内的争辩得以平息。于是，问题的讨论又不得不回到认知心理学和实证研究的层面上来。在认知科学的框架下，观察与理论二分论题被转换为知觉与认知关系的讨论。例如，作为科学哲学家和认知科学家的福多和P。丘奇兰德的争论为“观察渗透理论”开启了新一轮的认知解读。[20]在福多看来，心理本质上是符号操纵装置。知觉系统是一种类似于计算机的辅助计算系统。在这个意义上，可以说“知觉必须做的事情就是以思维能够理解的方式来表征世界”[21]，而P。丘奇兰德等人则认为：“我们的知觉判断不再被赋予诸如有关世界存在的东西的独立的和理论中立的仲裁者的优越地位了。理论的优点只有作为所有本体论的基本尺度，才显现出来。因而，科学的作用就在于向我们提供一种优越的，以及（从长远看）也许是意义深远的不同的世界构想，甚至是在知觉的层面上。”[22]尽管P。丘奇兰德的方案看起来更诱人，但他与福多之间的争论并未分出胜负。不过这种争论仍然是有益的。近年来，心理学家L。巴萨洛提出的知觉符号系统理论，认为人的认知与知觉共享同一神经表达系统，并通过相同的表达机制进行相关的符号操作。知觉符号与原型及知觉状态有可类比之处，这是构成概念或知识符号表征的基础。反过来说，概念知识的符号本身也包含有知觉特性。[23]

（四）模式识别。模式识别（patterion）是现代认知心理学的重要内容之一。它是指人们对输入刺激（模式）的信息与长时记忆中的有关信息进行比较、辨认和匹配的过程。对于人类视觉来说，模式识别表现为图像识别，它是视知觉的重要功能。研究表明，图像识别或视觉再认是一个复杂的过程，它涉及感觉、知觉、记忆、分析、比较和搜索、形成概念诸方面及其相互作用。对于包括图像识别在内的模式识别机理的解释，主要有模板匹配理论、原型检测理论和特征分析理论等。模板匹配理论认为，在人的感知系统和大脑长时记忆系统中，存在着一种内部结构（或模板、拷贝），当外部刺激与之一一对应时，便产生了对该刺激物的识别。该理论的不足之处在于，它过分强调了外部刺激与模板的完全符合、一致。由于人类知觉的模式是多种多样的，按照该理论，也就意味着人们必须拥有大量的模板，以应对各种知觉刺激，而这显然是不经济的，也是做不到的。

为了解决模板匹配理论遇到的问题，心理学家提出所谓“原型匹配”（prototypematg）理论。该理论认为，原型不是某个刺激的内部模板，不需要与输入刺激一一对应，它是表示某类对象物的基本成分的一种抽象形式。这种抽象形式并不是众多刺激物当中的样例，而通常是这些样例经过抽象加工后的平均值或它们当中最常见特征的组合。[24]研究表明，图像识别在某一个水平上是模板匹配的，而在另一个水平上得到运用的则是原型。例如，前者是视知觉对熟悉面孔的识别，后者是视知觉对完美图形的理解。还有研究者提出图像识别的类似属性理论。这种理论认为，当人们在识别图形或复杂图像时，是通过不断地唤起以前感觉经验中所有的相似属性的记忆而进行的。这实际上也是一种原型匹配理论。当然，原型匹配理论也有不足。它并没有说明人是怎样对相似的刺激进行辨别和加工的，所说的“相似性”好像只是对所观察的事实加以重述而已，并没有一个用来衡量的严格标准。[25]

相比较而言，特征分析理论所强调的是模式识别中的组成部分，尤其是那些有鲜明特征的部分，而不是整体。这一研究进路得到了认知神经科学的支持。例如，有些神经细胞只是在视觉刺激的某些特征（如水平线、垂直线和移动着的点）出现时才被激活。这些神经细胞被称为特征觉察器。特征分析理论的优长在于，如果人们能够从一组相当大数量的模式中抽取少量的特征，并且能用这少量特征描述大量的模式，那么，识别系统需要加以存储和处理的东西，就将大大减少。同样地，该理论也有不足之处。这再一次表明，要充分理解和说明视知觉模式识别的机理，必须走出一条将上述各个理论的优长整合在一起的道路。对于科学认知来说，图像识别过程的探究再次连接起知觉和认知及意义的通道，它使我们进一步确认科学理论（概念）模式与知觉模型之间存在的双向建构过程。

（五）“无意识推理”和“视觉溯因”。如果我们承认知觉确实与认知存在着关联，那么我们也就得承认作为认知活动的推理，也应当是在知觉内完成的，至少是部分完成的。经验主义大师、英国哲学家洛克很早就论证过如下观点：感觉就像刻写在白板上的痕迹，如果刻写两个痕迹“太阳晒”和“石头热”，而且这两个痕迹又总是联系在一起，就可以说“因为太阳晒，所以石头热”。这恐怕是最早的视觉推理了。

明确提出“无意识推理”理论的是19世纪的经验主义物理学家、生理心理学家赫尔曼·冯·赫尔姆霍茨（H。Helmholtz）。在赫尔姆霍茨看来，无意识的推理形成于人的经验，或者说是通过意识间的联想而在经验中形成的习惯性的活动；它开始可能是有意识的，但后来由于形成了稳固的联想，便成为无意识的了，并且是不可抗拒的（不能因有意识的推理而更正）。他认为，感觉先于无意识推理，知觉则依存于无意识推理。由于无意识推理的作用，通常知觉中不直接见于刺激的部分可以根据知觉活动而附加于其上。例如，红和铜绿互为补色，互成对比。一个灰色的刺激呈现于红色的背景之上，它便与红色形成对比，我们可以因无意识推理而将它看成相反的颜色，即绿色。[26]可见，无意识推理是大脑在知觉中迅速而自动地进行的。

那么，无意识推理在科学认知活动中是如何表现的呢，赫尔姆霍茨在《光学》中写道：“一个天文学家观察星于不同的时间及地球的轨道的不同点之上，而得有星的远近的意像，借以估计它们在空间上的位置，及和地球相隔的距离，这就是实际的意识推理。天文学家以其结论造基于光学法则的知识之上。就平常的观看动作而言，这种光学的知识是缺乏的；但是我们仍可称平常知觉的精神的活动为无意识的推理，因为这个名词可使它们充分有别于平常所谓意识的推理。这两种推理的精神的活动，果否相似，虽属可疑，但这种无意识的推理和意识的推理的结果之相似，那是无可置疑的。”[27]学者德莎素（L。deSaussure）列举的例子可作为赫尔姆霍茨上述例子的一个注脚：“如果你问文人望月何时升起，他们一般是这样回答：‘我又不是天文学家，怎么会知道。’但是，如果你问一个偷猎者或私贩，或问任何纯朴的乡民，那么，就像在古代一样，他们由于职业的关系，有机会观察自然界和天空，他们便会这样回答：‘日没即出。’所以，望月同太阳相反，在太阳西落时从东方地平线下升起这一点，是无需请哥白尼或牛顿证明的。”[28]

尽管不能肯定赫尔姆霍茨的无意识推理对后来的视觉溯因（visualabdu）产生了什么样的影响，但就两者将视知觉与推理联结起来这一点来看，它们是相同的。对于后者来说，它肯定与历史上的溯因推理有关。美国逻辑学家查尔斯·桑德斯·皮尔斯（C。S。Peirce）首创“溯因”（亦译为“逆推”“外展”）一词。该词特指包含解释性假说产生和评价的推理。皮尔斯认为，溯因是一种不同于演绎法和归纳法的推理形式。它的本质在于通过洞察力产生创造性的假说以及对于假说的最佳解释。而洞察力的基础是观察和知觉判断。因为“溯因推理渗入知觉判断，二者之间没有任何严格的分界线”[29]。

相关的研究还见诸汉森那里。汉森借助于格式塔心理学中转换图式的例子，把溯因与他的科学发现模式联系起来。他指出，皮尔斯的溯因推理（如“火星的诸观察位置，介于圆和卵形线之间，所以其轨道必定是椭圆”）和知觉判断（如“它是左旋的”）是同一认识论的正反两面。这与“看……”有关。[30]他详细讨论了天文学家开普勒在对火星轨道的观察和计算中，其概念图式由正圆到卵形曲线再到椭圆的思维过程。指出，开普勒发现火星轨道的过程正是一个溯因推理：火星运动为什么在90°和270°处加速（P），因为火星轨道是椭圆形的（H）。这里，P为被解释项，H为解释项。被解释项是观察事实或观察语句。也就是说，不同的观察事实（现象）本身已经开辟了通往可能的解释和说明的道路。

基于溯因对观察和视知觉的强调，当代认知科学家把基于模型（图式、意象、类比）的推理当作溯因的重要形式来看待，并把这种推理与科学发现联系起来。更有学者明确提出视觉溯因理论。例如，意大利认知科学哲学家洛伦佐·玛格纳尼（Lnani）基于视觉形象和心理空间模型，具体论证了视觉溯因的系统结构。他指出：“通过对视觉表达和产生式意象表达的考察，我们可以看到溯因在其中的作用”，“任何科学的基本概念的溯因解释都是依据感觉：基本概念总是通过感觉印象获得的”。[31]例如，欧几里得几何学和罗巴切夫斯基几何学，便是这样形成的。

最后，还要提一下德国哲学家叔本华（ArthurShauer）的一个关于几何图形的直观证明的观点。我们知道，叔本华信奉康德的纯粹直观说，同时也是一位心理学家。他对视觉和颜色有较深入的研究，撰写有《论视觉与颜色》一书。在叔本华看来，人们的意识中存在着先验的认知形式，这种认知形式依据所谓“根据律”而形成空间直观。当人们观察和证明某一几何图形时，所依据的正是这种空间直观形式，而不是抽象的概念，演绎性的证明是事后追加上去的。例如，毕达哥拉斯定理已经包含了这样一种“隐秘属性”，人们完全不必像欧几里得那样“矫揉造作”“挖空心思”地去证明，就可以依据“一眼看去”的图示法（此处省略），完成“证明”工作。[32]应当说，透过哲学思辨甚至有些神秘的论述，叔本华的这一观点与赫尔姆霍茨、皮尔斯等人的观点，还是有相近之处的。