神经科学哲学（一）

1. 神经哲学之前和之后

2. 消除唯物主义和神经化哲学

3. 神经科学和心理语义学

4. 意识的解释？

5. 定位认知功能：从病变研究到功能神经影像

6. 共同进化研究思想的结果：哲学对认知和计算神经科学的重视

7. 神经科学哲学的发展

八、二十一世纪第二个十年的发展

参考书目

学术工具

其他互联网资源

相关条目

1. 神经哲学之前和之后

从历史上看，神经科学的发现对唯物主义心灵哲学的细节影响不大。过去半个世纪的“神经科学环境”使哲学家更难接受关于心灵的实质性二元论。但即使是在 20 世纪 50 年代末短暂兴起的“类型-类型”或“中央国家”身份理论（Place 1956；Smart 1959）也很少借鉴新兴神经科学的实际细节。回想一下早期最受喜爱的心理神经认同主张的例子：“疼痛与 C 纤维放电相同”。事实证明，“C 纤维”仅与疼痛传递的一个方面有关（Hardcastle 1997）。早期的身份理论家并不强调心理神经身份假设。无可否认，他们的“神经”术语是未来神经科学概念的占位符。他们的论点和动机是哲学性的，即使该计划的最终理由被认为是经验性的。

早期身份理论家对忽视科学细节的道歉是，当时的神经科学还处于萌芽状态，无法提供任何可信的身份。但潜在的身份正在酝酿之中。 David Hubel 和 Torsten Wiesel (1962) 对视觉神经元感受野特性的电生理学演示已引起广泛关注。利用他们的技术，神经生理学家开始发现整个视觉皮层的神经元对视觉刺激日益抽象的特征做出反应：从边缘到运动方向，到颜色，再到面部和手部的属性。更值得注意的是，唐纳德·赫布（Donald Hebb）十多年前就出版了《行为的组织》（1949）。他从神经机制和解剖回路方面对心理现象进行了详细的解释。他的心理解释包括感知、学习、记忆甚至情绪障碍的特征。他将这些解释作为潜在的身份提供。 （参见他的1949年的简介）。芭芭拉·冯·埃卡特·克莱因（Barbara Von Eckardt Klein，1975）是一位当时确实注意到了一些可用的神经科学细节的哲学家。她讨论了关于触摸和压力感觉的同一理论，并结合了当时流行的关于感觉形态、强度、持续时间和位置的神经编码的假设，如芒特卡斯尔、利贝特和贾斯珀的理论。然而她却是一个明显的例外。总的来说，当时可用的神经科学被早期身份理论的哲学朋友和敌人所忽视。

随着 20 世纪 70 年代功能主义的兴起和突出，哲学上对神经科学细节的冷漠变得“有原则”。功能主义者最喜欢的论点是基于多重可实现性：给定的心理状态或事件可以以多种物理类型来实现（Putnam 1967；Fodor 1974）。因此，对一种实现物理系统（例如大脑）的详细理解不会揭示心灵的基本本质。因此，心理学独立于其可能的物理实现者之一的任何科学（参见本百科全书中关于多重可实现性的条目）。受功能主义影响的具有科学思想的哲学家没有从神经科学中寻找证据和灵感，而是从认知心理学和人工智能中寻求证据和灵感。这些学科从潜在的物理机制中抽象出来，并强调表征的“信息承载”属性和能力（Haugeland 1985）。然而，与此同时，神经科学正在直接研究认知，尤其是学习和记忆。例如，Eric Kandel (1976) 提出了控制递质释放速率的突触前机制，作为简单形式的联想学习的细胞生物学解释。他与罗伯特·霍金斯（Hawkins and Kandel 1984）一起证明了如何通过在高级神经解剖学中实现的这些基本形式的序列和组合来从细胞生物学角度解释联想学习的认知主义方面（例如，阻塞、二阶条件反射、遮蔽）。通过研究突触后侧，神经科学家开始揭示长期增强的细胞机制（LTP；Bliss 和 Lomo 1973）。生理心理学家很快注意到它对各种形式的学习和记忆的解释潜力。 [1]然而，很少有“唯物主义”哲学家对此给予关注。他们为什么要这么做？大多数人都是深信不疑的功能主义者。他们认为“实施层面”的细节可能对临床医生很重要，但与理论家无关。

帕特里夏·丘奇兰 (Patricia Churchland) 的《神经哲学》(1986) 的出版是哲学家对神经科学兴趣的一个重大转折点。丘奇兰德家族（帕特里夏和保罗）已经因提倡取消唯物主义而臭名昭著（见下一节）。在她（1986）的书中，丘奇兰提炼了过去十年的取消主义论点，统一了它们背后的科学哲学的各个部分，并将该哲学夹在五章的神经科学介绍和七十页的关于三个当时流行的章节之间。脑功能理论。她对自己的意图毫无歉意。她向神经科学家介绍科学哲学，向哲学家介绍神经科学。她坚持认为，没有什么比关于大脑如何运作的经验事实与心灵哲学中的关注点的相关性更明显的了。她对这种跨学科方法的术语是“共同进化”（借用生物学）。这种方法从理论层次上或下的问题的任何地方寻找资源和想法。丘奇兰站在奎因和塞拉斯等哲学家的肩膀上，坚持认为指定神经科学结束和科学哲学开始的某个点是没有希望的，因为界限定义不明确。神经哲学家会从两个学科中挑选他们认为合适的资源。

丘奇兰德的哲学讨论主要围绕三个主题：发展理论间还原的逻辑经验主义理论的替代理论；回应基于主观性和感官品质的属性二元论；并回应反还原论的多重可实现性论点。在丘奇兰的书出版后的十多年里，这些项目仍然是神经哲学的核心。 John Bickle (1998) 扩展了 Clifford Hooker (1981a,b,c) 后经验主义理论间还原理论的主要见解。他使用改编自科学哲学结构主义纲领的理论结构模型理论描述来量化关键概念（Balzer、Moulines 和 Sneed 1987）。他还明确提出了一种论证形式，从具体案例中获得的理论间还原关系的性质中得出本体论结论（跨理论恒等、修正或消除）。例如，人们通常得出这样的结论：可见光（光学的理论假设）是特定波长内的电磁辐射（电磁学的理论假设）；在这种情况下，是一种跨理论的本体论同一性。人们通常会得出燃素不存在的结论：从我们的科学本体论中消除一种燃素。比克尔在结构主义结果的启发下，使用“理论间近似”的半正式解释解释了特定情况下约简关系的本质。

保罗·丘奇兰（Paul Churchland，1996）继续攻击关于意识经验和感觉感受质不可还原性的财产二元论论证。他认为，获取现有感觉神经科学的一些知识可以提高一个人“想象”或“构思”意识的全面神经生物学解释的能力。他利用基于光学和电磁学历史的典型的富有想象力的思想实验来捍卫这一结论。

最后，对多重可实现性论点的批评至今仍然盛行，并且受到挑战。尽管多重可实现性论点在非还原物理主义者中仍然具有影响力，但它不再像以前那样获得近乎普遍的接受。基于神经科学细节对多重可实现性论证的答复已经出现。例如，William Bechtel 和 Jennifer Mundale (1999) 认为神经科学家在大脑图谱研究中使用心理学标准。这一事实削弱了心理类型被多重实现的可能性（要回顾最近的发展，请参阅本百科全书中关于多重可实现性的条目）。

2. 消除唯物主义和神经化哲学

保罗和帕特里夏·丘奇兰最积极倡导的消除唯物主义（EM）是两种主张的结合。首先，我们对心理事件和过程的常识“信仰-欲望”概念，即我们的“民间心理学”，是对人类行为原因的错误和误导性的解释。其次，与民间理论和科学史上的其他错误概念框架一样，它将被未来的神经科学所取代，而不是顺利地减少或纳入其中。丘奇兰将民间心理学描述为用来（大多是含蓄地）解释人类行为因果关系的常见说教的集合。你问为什么玛丽卡今晚不陪我。我回答说我们的孙子需要坐着。你同情地点点头。你理解我的解释，因为你与我分享了一个概括，其中涉及关于照顾孙子的信念、帮助女儿的愿望以及与孙子共度时光与享受夜晚外出的比较，等等。这只是关于人类行为原因的大量说教之一，EM 声称这些说教存在缺陷，无法进行修改。虽然这个例子只涉及信念和欲望，但民间心理学在其解释性联系中包含了广泛的命题态度：希望、意图、恐惧、想象等等。 EMists 预测，未来真正科学的心理学或神经科学最终将避开所有这些，并用不可通约的状态和神经认知动力学取代它们。

EM 是一种传统哲学意义上的物理主义者。它假设未来的某些脑科学最终将正确解释（人类）行为。它对于预测我们的后神经科学本体论未来对民间心理类型的拒绝是消除性的。 EM 支持者经常使用科学类比（Feyerabend 1963；Paul Churchland，1981）。元素化学中表征的氧化反应与燃素释放没有相似之处。甚至两个过程的“方向”也不同。当物体燃烧（或生锈）时会获得氧气，而燃素则会丢失。这一理论变革的结果是从我们的科学本体论中消除了燃素。没有这样的事情。出于同样的原因，EM 认为，神经科学的持续发展将揭示，不存在诸如信念、欲望以及其他以常识为特征的命题态度之类的东西。

在这里，我们只关注神经科学研究结果如何塑造 EM 的论据。令人惊讶的是，只有一个论点受到了强烈影响。 （大多数关于 EM 的论点都强调民间心理学作为行为解释理论的失败。）这一论点基于认知和计算神经科学的发展，可能为民间心理学概括中隐含的表示和计算提供真正的替代方案。许多取消唯物主义者认为民间心理学致力于模仿逻辑推理的命题表征和计算内容（Paul Churchland 1981；Stich 1983；Patricia Churchland 1986）。 [2]尽管发现这种观点的替代方案长期以来一直是取消主义的目标，但一些取消主义者认为，神经科学在过去三十年里才开始提供这种替代方案。向量空间中的点和轨迹，作为生物和人工神经网络中突触事件和神经活动模式的解释，是这种替代方案的关键特征。这些认知表征和转换的概念与民间心理学的命题态度之间的差异为 EM 的一个论点提供了基础（Paul Churchland 1987）。然而，对于那些没有认知和计算神经科学背景的人来说，这个论点是不透明的，所以我们提供一些细节。有了这些细节，我们将回到 EM 的论点（下面五段）。

在一种分析层面上，生物或人工神经网络的基本计算元素是神经细胞或神经元。从数学上讲，神经元可以表示为简单的计算设备，将输入转换为输出。输入和输出都反映了生物变量。在我们的讨论中，我们假设神经元输入是末端分支突触到相关神经元的轴突中动作电位（神经元“尖峰”）的频率，而神经元输出是处理输入后在其轴突中生成的动作电位的频率。由此，神经元计算其总输入，通常在数学上将其视为沿每条输入线的信号强度乘以该线上的突触权重的乘积之和。然后，它根据其总输入和当前激活状态计算新的激活状态，并根据新的激活值计算新的输出状态。神经元的输出状态作为信号强度传输到其轴突突触所在的任何神经元。输出状态系统地反映了神经元的新激活状态。 [3]

以这种方式分析，生物神经网络和人工神经网络都自然地被解释为向量到向量的转换器。输入向量由反映来自外部（例如，来自感觉传感器或其他神经网络）的网络神经元突触的轴突活动模式的值组成。输出向量由反映网络神经元生成的活动模式的值组成，这些神经元投射到网络之外（例如，运动效应器或其他神经网络）。鉴于每个神经元的活动部分取决于其总输入，而其总输入部分取决于突触权重（例如，突触前神经递质释放速率、突触后受体的数量和功效、突触间隙中酶的可用性），生物网络的能力改变它们的突触权重使它们成为可塑的矢量到矢量转换器。原则上，具有可塑性突触的生物网络可以实现其组成允许的任何向量到向量的转换（输入单元的数量、输出单元、处理层、循环、交叉连接等）（在 Paul Churchland 中讨论） ，1987 年，参考了主要科学文献）。

小脑的解剖组织

图 1.

小脑的解剖组织提供了一个适合这种计算解释的网络的清晰例子。考虑图 1。小脑是脑干背侧的球状回旋结构。各种研究（行为学、神经心理学、单细胞电生理学）表明这种结构与运动整合和精细运动协调有关。来自小脑颗粒细胞上小脑突触外部神经元的苔藓纤维（轴突），依次投射到平行纤维。苔藓纤维集合中的活动模式（投射到小脑的每根纤维中每个时间单位的动作电位频率）为输入向量提供了值。平行纤维在小脑浦肯野神经元的树突树和细胞体上形成多个突触。每个浦肯野神经元对其突触后电位（PSP）进行“求和”，并根据（部分）其总输入和先前的激活状态沿着其轴突发出一系列动作电位。浦肯野轴突突出于小脑之外。因此，网络的输出向量是表示每个浦肯野轴突中生成的活动模式的有序值。平行纤维和浦肯野神经元上单个突触功效的变化会改变浦肯野轴突中产生的 PSP，产生不同的轴突尖峰频率。从计算上来说，这相当于相同输入活动模式的不同输出向量——可塑性。[4]

突触权重误差空间

图 2.

这种解释将动力系统的有用数学资源交到了计算神经科学家的手中。向量空间就是一个例子。然后，可以根据网络中突触权重的变化以及随后网络输出误差的减少来有效地表征学习。 （这种学习方法可以追溯到 Hebb 1949 年，尽管向量空间解释不是 Hebb 的解释的一部分。）这种解释的有用表示使用突触权重误差空间。一维表示网络对给定任务的输出的全局误差，所有其他维度表示网络中各个突触的权重值。考虑图 2。这个多维状态空间中的点表示与网络中每个可能的突触权重集合相关的全局性能误差。随着权重随着每次性能的变化而变化，根据生物启发的学习算法，网络性能的全局误差不断减小。与输入向量的所需输出向量相比，每次训练时网络中突触权重的变化减少了网络输出向量的总误差。学习被表示为与沿空间误差维度下降相关的突触权重变化（Churchland 和 Sejnowski 1992）。表示（概念）可以被描述为多维向量空间中的分区。一个例子是神经元激活向量空间。请参见图 3。此类空间的图包含网络中每个神经元（或网络神经元的某些特定子集，例如特定层中的神经元）的激活值的一维。该空间中的一个点代表网络中所有神经元的一种可能的活动模式。由网络学会组合在一起的输入向量生成的活动模式将聚集在活动向量空间中的（超）点或子体积周围。任何与该组足够相似的输入模式都将产生在几何上接近该点或子体积的活动模式。 Paul Churchland (1989) 认为，这种对网络活动的解释为二十世纪末认知心理学中发展的概念原型理论提供了定量的、受神经启发的基础。

神经元激活向量空间

图 3.

利用这一理论发展，在神经哲学领域，Paul Churchland (1987, 1989) 为 EM 提供了一种新颖的、受神经科学启发的论证。根据刚刚概述的神经网络的解释，活动向量是大脑中表示的核心类型，向量到向量的转换是大脑中计算的核心类型。这与民间心理学假设的命题表征和逻辑/语义计算形成鲜明对比。矢量内容是实数的有序序列，对于常识来说是陌生且陌生的。这种跨理论的概念差异至少与氧化和燃素概念、或运动粒子和热量流体热概念之间的差异一样大。燃素和热量流体是我们的科学本体论中被消除的两个“游行”例子，因为它们所属的理论和取代它们的理论之间存在理论间关系的性质。民间心理学与当时新兴的认知神经科学之间的结构和动态差异表明，属于后者的理论同样会取代属于前者的理论。但这一主张是基于预测的理论间关系的取消主义论证的关键前提。随着神经网络和并行分布式处理的兴起，与民间心理学解释类型的理论间对比不再只是取消主义者未来的希望。计算和认知神经科学正在为认知提供另一种运动学，它不为民间心理学的命题态度或命题内容的类似逻辑计算提供结构类比。