第一章 天生科學家

天生科學家

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這個三個月大的嬰兒很快就注意到了她面前動來動去的小玩具。

她坐在媽媽的腿上，雙目炯炯有神地盯著它們。偶爾，她的目光會被正在操縱這些玩具的實驗人員所吸引，但那些色彩繽紛的小玩具就像擁有磁力一樣，又把她的目光吸引回來。

不過，不消一會兒，磁力好像就消失了，她以自己的方式宣布了無聊：目光一轉，看向別處。她不再盯著這些玩具看了。

這是本次實驗的最后一個環節了。隨即，實驗人員就把這些玩具回收整理好，將媽媽和寶寶帶回等候室里。實驗人員簡單地解釋了實驗的內容，這是一個有關“類比抽象”（analogical abstraction）的實驗。這項實驗主要是探究三個月大的嬰兒的信息處理（information processing）能力，他們是否已經可以勝任處理“類比關系”。

乍一聽，嬰兒與“信息處理”這個詞聽上去像是八竿子打不著的關系。嬰兒床里這個胖乎乎、粉撲撲的小天使，與“信息處理”這個抽象、冰冷、機械的概念之間，能有什么聯系呢？

但是，如果我們接受認知心理學所采用的中心思想，即“心靈即計算機”（mind as computer），那么，將嬰兒的一舉一動看作信息處理能力的表現，就沒有什么好奇怪的了。

“心靈即計算機”的比喻，來自認知心理學中的“心靈的計算理論”（the computational theory of mind），它誕生于心理學20世紀中葉經歷的認知革命。在這一理論中，人的心靈就是一個計算系統——無論是在耳邊低語的夏日微風，還是在眼中閃閃發光的璀璨繁星，我們所感知的一切，所聽、所聞、所嘗、所觸；我們所思考的一切，所想、所思、所渴望、所相信——所有的這一切，都是由一個計算過程來實現的。

而如果我們將人類的心靈理解為一個計算系統，那么接下來一個自然而然的問題就是：它從何而來？

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像心靈一樣復雜精密的系統，絕非某年某月某日從天而降。

溯源的最好方式自然是回顧歷史：人類文明的思想史——從茹毛飲血、刀耕火種的年代，到坐擁上天入地、起死回生技術的今天，與每一個人的成長史——從當年襁褓里嗷嗷待哺的無助嬰兒，到數十年后如今正在閱讀這行文字的你。這兩部建立在不同時間尺度上的歷史，記載的都是心靈的發展歷程。

心理學家很早就注意到兒童認知發展與科學發展之間的相似性。發展心理學家蘇珊·凱里（Susan Carey）也發現，兒童的概念變化（conceptual change）在許多方面都與科學進步中所出現的變化相似（Carey，1985）。

科學的發展有時被刻畫為由一系列的“范式轉變”（paradigm shift）構成（Kuhn，1962）。這一觀點，最早由20世紀科學哲學中的重要人物托馬斯·庫恩（Thomas Kuhn）提出。按照這種觀點，一門科學的進步離不開這門科學的概念與方法上的根本性變化，而這些變化是不連貫的，是徹底的。

凱里指出，在兒童的成長過程中，他們也會經歷自己的“范式轉變”，這種范式轉變又被稱為概念變化。

概念變化的一種形式是概念區分（conceptual differentiation）（Carey and Spelke，1996）。舉個例子來說，一個孩子如果想要理解“重量”和“密度”這兩種概念，概念區分是不可或缺的。“密度”這個概念雖然和“重量”有所關聯，但對于“重量”更深入的理解，并不能保證小朋友們可以正確地理解“密度”。這樣的例子在科學史上比比皆是。比如說，速度被區分成平均速度和瞬時速度兩種概念，而熱能與溫度也曾被視作一體，在概念區分后才擁有不同的定義。

凱里認為，無論是兒童也好，還是科學家也好，這種概念上的根本變化都是發展中的必經之路，甚至這些變化都有可能是由相似的心理認知機制所主導的。

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“我并不是想說孩子都是小科學家，我想說的是，科學家都是大孩子。”著名的發展心理學家與哲學家艾莉森·高普尼克（Alison Gopnik）曾這樣寫道。

在她題為《作為孩子的科學家》（“The Scientist as Child”）的文章中，她提出了這樣一種觀點：我們應該用認知的方式來理解科學（Gopnik，1996）?？茖W之所以能夠如此成功地“弄清楚事情”，是因為科學恰好“利用了強大而靈活的認知機制”。這些認知機制是由進化過程所設計的，設計的目的就是幫助嬰幼兒更好地學習。而同樣的機制，也讓科學家們受益終身。

一些學者認為，類比思考（analogical reasoning）就是在微觀意義上貫穿寶寶們的認知發展過程、在宏觀意義上推動科學進步的一種認知機制。

類比在我們的生活中無處不見。它可以很有效地幫我們理解新的概念。一個常見的例子就是火爐和線粒體之間的類比。對于初學者來說，“線粒體”這樣晦澀的名詞也許很難理解。但通過將線粒體類比成火爐這個常見的概念，我們就可以通過對火爐的了解，推斷線粒體可能為細胞提供能量、可能需要氧氣才能發揮作用（Gentner and Maravilla，2018）。

有趣的是，類比不僅使初學者更容易理解深刻的概念，也會幫助一個領域的專家產生新的點子。

馬里蘭大學（University of Maryland）人類發展與定量方法學系教授凱文·鄧巴（Kevin Dunbar）曾進行過一項研究，專門來探索科學家到底是怎么思考的（Dunbar，1997）。

在整整一年的時間中，他流連于由四位頂尖分子生物學家領導的實驗室中。鄧巴定期參加實驗室會議，對科學家們進行了認真細致的采訪。他完整地錄制了視頻、音頻，翔實地記錄了實驗室會議中所有的交流討論。鄧巴之所以對實驗室會議這么看重，是因為他認為只有實驗室會議尤其鼓勵集思廣益，科學家們最有可能進行自然而然的“大聲思考”（think-out-loud），想一步、說一步。

在實驗室會議中觀察科學家，就好像在動物們的“天然棲息地”里對它們進行觀察一樣，更容易獲得貼近真實情況的資料。

而鄧巴的發現也沒有讓人失望：對于這些頂級科學家來說，類比也是他們最常使用的思考方式。鄧巴發現，在他的訪問期間，他所參加的每個實驗室會議中，科學家們的交流討論里平均會出現6.1個類比。這些類比常常出現于他們在探討新概念或者新實驗方法的時候，想想概念A與概念B之間是否存在一些對應關系等。

類比不僅能幫助普通人和科學家更好地理解新概念，更重要的是，它也是創造性思維的核心組成部分之一。在經歷了一年的觀察后，鄧巴認為，類比思考，正是能使科學家不斷產生新穎想法、不斷將科學的前沿向前推進的重要元素。

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而類比的能力絕不是憑空產生的。

事實上，三個月大的嬰兒可能已經擁有一些較為初級、原始的類比學習能力：他們能夠發現、理解物體之間的關系（Anderson，Chang，Hespos，and Gentner，2018）。

可是，三個月大的小寶寶又不會說話，科學家是怎么知道寶寶真的理解了事物之間的關系呢？為了探究嬰兒的認知能力，發展心理學家們常常依靠注視時間這一度量進行推測。較長的注視時間通常意味著嬰兒注意到了一些新事物的出現。

在這個實驗里，寶寶在測試開始之前，會看到一對又一對的玩具出現在他們面前。有的寶寶看到的是一對兩個彼此相同的玩具，有的寶寶看到的則是兩個彼此不同的玩具。但在測試階段，這些寶寶會再次看到一批嶄新的玩具。他們之前從來沒有見到過這些玩具本身，但是這些玩具會構成他們熟悉的“相同”或“不同”的關系。

如果他們對某種組合注視的時間更長，就說明寶寶的注意力并不僅僅集中在玩具本身，還在這兩個玩具之間構成的關系上。

通過向嬰兒展示成對的物體，研究人員發現，不過三個月大的嬰兒就已經能夠處理物體間抽象的類比關系。比方說，如果一個寶寶多次看到兩個相同的玩具熊和兩個相同的玩具恐龍，那么，在接下來的測試中，如果這個寶寶看到的是兩個嶄新的相同的洋娃娃，這個寶寶就會將之前所理解的“相同”這一抽象的關系，類比延伸到現在這兩個新玩具上。

而如果這個三個月大的寶寶多次看到的是兩個不同的玩具，像一個玩具熊和一個玩具恐龍，或者一個小紅球和一個小積木塊，那么，在接下來的測試環節中，這個小寶寶也會將所學到的“不同”，類比到現在的兩個嶄新且不同的玩具上。

不過，能夠理解物體間的關系只不過是產生類比思維的第一步。

如果想要達成像科學家那樣強大的類比推理能力，寶寶們需要發育出更好的執行功能（executive function）。廣義上來說，執行功能是指選擇、維護和抑制工作記憶中信息的能力。而在執行功能任務中得分越高的小朋友，在之后進行的類比推理任務中的得分也就越高（Doumas，Morrison，and Richland，2018）。

除此之外，寶寶們還需要學會使用語言。有實驗證據表明，三歲的兒童在學會使用“相同”和“不同”這兩個詞來表達物體之間的關系后，他們就可以更好地判斷出場景中存在的類比關系（Christie and Gentner，2014）。

從小寶寶到科學家，這之間還有很長的路要走。但在三個月大的嬰兒身上發現的類比抽象能力進一步地確認了一點：那些推動科學發展的人，并不是擁有某種“超人思維”能力的人。相反，從生命伊始，我們的認知能力中就藏有科學性思維、創造性思維所必需的原材料。

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我們是如何從一個溫暖的小小搖籃，一直走到人類已知的邊界的？我們究竟是如何從這里走到那里的？

心理學中的認知發展這一領域，正是要回答這一系列令人著迷的問題。

我們的起點究竟在哪兒？究竟是從經驗主義者所希望的“白板”（tabula rasa）中起步，還是像理性主義者所認為的那樣，與生俱來就擁有大量的先驗知識？也許更有可能的是，我們的起點在經驗主義與理性主義之間的某點，但這個某點究竟在哪兒呢？

我們的終點又在哪里？心靈的本質如果真的是一個計算過程，那么我們理性的邊緣在哪兒？我們是否命中注定無法理解某些事物？成年人的認知系統，也仍存在著太多的未解之謎。

而最重要的問題是，我們是如何從起點走到終點的？我們是如何成長的？是什么樣的發展機制使我們最終成為我們，像我們一樣去思考、去探索、去愛、去笑、去享受藝術之美？

這些問題太難回答，也太需要回答了。

有人認為每個人從起點到終點走過的這段路，恰好是人類文明進步在我們個體生活上的投影：科學的進步與認知發展，都是由某種人類的認知機制所主導、所驅動。但也有人認為，也許有更大的未知在等著我們。

范式轉變并不是描述科學進步發展的唯一方式。另外一名同樣舉足輕重的科學哲學家拉卡托斯（Lakatos）就認為，如果想更好地描繪與評估科學的發展，我們應該著眼于科學的“研究綱領”（research programme）。

每一個研究綱領都包含一些由基本理論構成的“硬核”。這些基本理論四周存在一些起到“保護帶”作用的輔助性假設。隨著科學的發展，研究綱領的輔助假設很有可能會被新的假設取代。但是，只要核心假設不被實驗結果反駁，研究綱領就可以繼續發展進步（Musgrave and Pigden，2016）。

寶寶對這個世界的理解，是否也是以這樣“硬核”與“保護帶”共存的方式慢慢進步的呢？

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的確，越來越多的證據表明，兒童經歷的許多概念變化，遠非像早年間發展心理學家之父讓·皮亞杰（Jean Piaget）所構想的那樣突然。當時，他認為人類的發展經歷了四個發展階段。處于某一階段的孩子，在思維、感知和行為上，都與別的階段的孩子有著本質上的不同。而階段與階段之間的變化也是突然而徹底的。

然而，后來的研究人員發現，皮亞杰所發現的一些“質的變化”，也許并非真的像他所形容的那樣跳躍。如果一個孩子在某個旨在探究某種認知能力的任務中失敗了，這并不一定說明這個孩子真的缺乏這種能力。相反，許多其他因素都有可能造成這種失敗。孩子可能在運動控制上的發育尚不完全，也許他還無法靈巧地撿起實驗人員所希望他撿起的小物塊。孩子還有可能缺乏完成這項任務的動力，也許他還在背地里嘟著個小嘴悶悶不樂：“我為什么非要這么做不可？”

這些原因都說明，寶寶在成長的過程中，有更多的“循序漸進”，而不是“突飛猛進”。（Siegler，DeLoache，and Eisenberg，2003）。而這樣更加漸進式的圖景，似乎更吻合拉卡托斯的科學哲學。

自物種起源之日，我們從未停止過繁殖與撫育后代。但是，也僅僅是近百年來，當代科學才第一次登上人類文明的舞臺。而關于嬰兒研究的科學，也是在近幾十年里，隨著新的行為研究范式與腦成像技術的發展，我們才得以有機會了解嬰兒的小腦瓜中究竟在想些什么。

我們生活在一個科學時代。科學家的勞動成果構成了人類文明的基礎。有的科學家研究嬰兒的一顰一笑，對心靈的本質、心靈的發展著迷不已；有的科學家研究物理世界，一生都在尋找暗物質，或者聆聽宇宙的背景噪聲；還有的科學家致力于探索生命的奧秘，分析DNA序列，以尋求解碼治愈癌癥的關鍵信息。

但在這些不相同之下是本質上的相似——所有科學家都彼此相似，與你我相似，他們都曾經是小小的嬰兒，你我都曾經是小小的嬰兒。