第一章 天生科学家

天生科学家

1

这个三个月大的婴儿很快就注意到了她面前动来动去的小玩具。

她坐在妈妈的腿上，双目炯炯有神地盯着它们。偶尔，她的目光会被正在操纵这些玩具的实验人员所吸引，但那些色彩缤纷的小玩具就像拥有磁力一样，又把她的目光吸引回来。

不过，不消一会儿，磁力好像就消失了，她以自己的方式宣布了无聊：目光一转，看向别处。她不再盯着这些玩具看了。

这是本次实验的最后一个环节了。随即，实验人员就把这些玩具回收整理好，将妈妈和宝宝带回等候室里。实验人员简单地解释了实验的内容，这是一个有关“类比抽象”（analogical abstraction）的实验。这项实验主要是探究三个月大的婴儿的信息处理（information processing）能力，他们是否已经可以胜任处理“类比关系”。

乍一听，婴儿与“信息处理”这个词听上去像是八竿子打不着的关系。婴儿床里这个胖乎乎、粉扑扑的小天使，与“信息处理”这个抽象、冰冷、机械的概念之间，能有什么联系呢？

但是，如果我们接受认知心理学所采用的中心思想，即“心灵即计算机”（mind as computer），那么，将婴儿的一举一动看作信息处理能力的表现，就没有什么好奇怪的了。

“心灵即计算机”的比喻，来自认知心理学中的“心灵的计算理论”（the computational theory of mind），它诞生于心理学20世纪中叶经历的认知革命。在这一理论中，人的心灵就是一个计算系统——无论是在耳边低语的夏日微风，还是在眼中闪闪发光的璀璨繁星，我们所感知的一切，所听、所闻、所尝、所触；我们所思考的一切，所想、所思、所渴望、所相信——所有的这一切，都是由一个计算过程来实现的。

而如果我们将人类的心灵理解为一个计算系统，那么接下来一个自然而然的问题就是：它从何而来？

2

像心灵一样复杂精密的系统，绝非某年某月某日从天而降。

溯源的最好方式自然是回顾历史：人类文明的思想史——从茹毛饮血、刀耕火种的年代，到坐拥上天入地、起死回生技术的今天，与每一个人的成长史——从当年襁褓里嗷嗷待哺的无助婴儿，到数十年后如今正在阅读这行文字的你。这两部建立在不同时间尺度上的历史，记载的都是心灵的发展历程。

心理学家很早就注意到儿童认知发展与科学发展之间的相似性。发展心理学家苏珊·凯里（Susan Carey）也发现，儿童的概念变化（conceptual change）在许多方面都与科学进步中所出现的变化相似（Carey，1985）。

科学的发展有时被刻画为由一系列的“范式转变”（paradigm shift）构成（Kuhn，1962）。这一观点，最早由20世纪科学哲学中的重要人物托马斯·库恩（Thomas Kuhn）提出。按照这种观点，一门科学的进步离不开这门科学的概念与方法上的根本性变化，而这些变化是不连贯的，是彻底的。

凯里指出，在儿童的成长过程中，他们也会经历自己的“范式转变”，这种范式转变又被称为概念变化。

概念变化的一种形式是概念区分（conceptual differentiation）（Carey and Spelke，1996）。举个例子来说，一个孩子如果想要理解“重量”和“密度”这两种概念，概念区分是不可或缺的。“密度”这个概念虽然和“重量”有所关联，但对于“重量”更深入的理解，并不能保证小朋友们可以正确地理解“密度”。这样的例子在科学史上比比皆是。比如说，速度被区分成平均速度和瞬时速度两种概念，而热能与温度也曾被视作一体，在概念区分后才拥有不同的定义。

凯里认为，无论是儿童也好，还是科学家也好，这种概念上的根本变化都是发展中的必经之路，甚至这些变化都有可能是由相似的心理认知机制所主导的。

3

“我并不是想说孩子都是小科学家，我想说的是，科学家都是大孩子。”著名的发展心理学家与哲学家艾莉森·高普尼克（Alison Gopnik）曾这样写道。

在她题为《作为孩子的科学家》（“The Scientist as Child”）的文章中，她提出了这样一种观点：我们应该用认知的方式来理解科学（Gopnik，1996）。科学之所以能够如此成功地“弄清楚事情”，是因为科学恰好“利用了强大而灵活的认知机制”。这些认知机制是由进化过程所设计的，设计的目的就是帮助婴幼儿更好地学习。而同样的机制，也让科学家们受益终身。

一些学者认为，类比思考（analogical reasoning）就是在微观意义上贯穿宝宝们的认知发展过程、在宏观意义上推动科学进步的一种认知机制。

类比在我们的生活中无处不见。它可以很有效地帮我们理解新的概念。一个常见的例子就是火炉和线粒体之间的类比。对于初学者来说，“线粒体”这样晦涩的名词也许很难理解。但通过将线粒体类比成火炉这个常见的概念，我们就可以通过对火炉的了解，推断线粒体可能为细胞提供能量、可能需要氧气才能发挥作用（Gentner and Maravilla，2018）。

有趣的是，类比不仅使初学者更容易理解深刻的概念，也会帮助一个领域的专家产生新的点子。

马里兰大学（University of Maryland）人类发展与定量方法学系教授凯文·邓巴（Kevin Dunbar）曾进行过一项研究，专门来探索科学家到底是怎么思考的（Dunbar，1997）。

在整整一年的时间中，他流连于由四位顶尖分子生物学家领导的实验室中。邓巴定期参加实验室会议，对科学家们进行了认真细致的采访。他完整地录制了视频、音频，翔实地记录了实验室会议中所有的交流讨论。邓巴之所以对实验室会议这么看重，是因为他认为只有实验室会议尤其鼓励集思广益，科学家们最有可能进行自然而然的“大声思考”（think-out-loud），想一步、说一步。

在实验室会议中观察科学家，就好像在动物们的“天然栖息地”里对它们进行观察一样，更容易获得贴近真实情况的资料。

而邓巴的发现也没有让人失望：对于这些顶级科学家来说，类比也是他们最常使用的思考方式。邓巴发现，在他的访问期间，他所参加的每个实验室会议中，科学家们的交流讨论里平均会出现6.1个类比。这些类比常常出现于他们在探讨新概念或者新实验方法的时候，想想概念A与概念B之间是否存在一些对应关系等。

类比不仅能帮助普通人和科学家更好地理解新概念，更重要的是，它也是创造性思维的核心组成部分之一。在经历了一年的观察后，邓巴认为，类比思考，正是能使科学家不断产生新颖想法、不断将科学的前沿向前推进的重要元素。

4

而类比的能力绝不是凭空产生的。

事实上，三个月大的婴儿可能已经拥有一些较为初级、原始的类比学习能力：他们能够发现、理解物体之间的关系（Anderson，Chang，Hespos，and Gentner，2018）。

可是，三个月大的小宝宝又不会说话，科学家是怎么知道宝宝真的理解了事物之间的关系呢？为了探究婴儿的认知能力，发展心理学家们常常依靠注视时间这一度量进行推测。较长的注视时间通常意味着婴儿注意到了一些新事物的出现。

在这个实验里，宝宝在测试开始之前，会看到一对又一对的玩具出现在他们面前。有的宝宝看到的是一对两个彼此相同的玩具，有的宝宝看到的则是两个彼此不同的玩具。但在测试阶段，这些宝宝会再次看到一批崭新的玩具。他们之前从来没有见到过这些玩具本身，但是这些玩具会构成他们熟悉的“相同”或“不同”的关系。

如果他们对某种组合注视的时间更长，就说明宝宝的注意力并不仅仅集中在玩具本身，还在这两个玩具之间构成的关系上。

通过向婴儿展示成对的物体，研究人员发现，不过三个月大的婴儿就已经能够处理物体间抽象的类比关系。比方说，如果一个宝宝多次看到两个相同的玩具熊和两个相同的玩具恐龙，那么，在接下来的测试中，如果这个宝宝看到的是两个崭新的相同的洋娃娃，这个宝宝就会将之前所理解的“相同”这一抽象的关系，类比延伸到现在这两个新玩具上。

而如果这个三个月大的宝宝多次看到的是两个不同的玩具，像一个玩具熊和一个玩具恐龙，或者一个小红球和一个小积木块，那么，在接下来的测试环节中，这个小宝宝也会将所学到的“不同”，类比到现在的两个崭新且不同的玩具上。

不过，能够理解物体间的关系只不过是产生类比思维的第一步。

如果想要达成像科学家那样强大的类比推理能力，宝宝们需要发育出更好的执行功能（executive function）。广义上来说，执行功能是指选择、维护和抑制工作记忆中信息的能力。而在执行功能任务中得分越高的小朋友，在之后进行的类比推理任务中的得分也就越高（Doumas，Morrison，and Richland，2018）。

除此之外，宝宝们还需要学会使用语言。有实验证据表明，三岁的儿童在学会使用“相同”和“不同”这两个词来表达物体之间的关系后，他们就可以更好地判断出场景中存在的类比关系（Christie and Gentner，2014）。

从小宝宝到科学家，这之间还有很长的路要走。但在三个月大的婴儿身上发现的类比抽象能力进一步地确认了一点：那些推动科学发展的人，并不是拥有某种“超人思维”能力的人。相反，从生命伊始，我们的认知能力中就藏有科学性思维、创造性思维所必需的原材料。

5

我们是如何从一个温暖的小小摇篮，一直走到人类已知的边界的？我们究竟是如何从这里走到那里的？

心理学中的认知发展这一领域，正是要回答这一系列令人着迷的问题。

我们的起点究竟在哪儿？究竟是从经验主义者所希望的“白板”（tabula rasa）中起步，还是像理性主义者所认为的那样，与生俱来就拥有大量的先验知识？也许更有可能的是，我们的起点在经验主义与理性主义之间的某点，但这个某点究竟在哪儿呢？

我们的终点又在哪里？心灵的本质如果真的是一个计算过程，那么我们理性的边缘在哪儿？我们是否命中注定无法理解某些事物？成年人的认知系统，也仍存在着太多的未解之谜。

而最重要的问题是，我们是如何从起点走到终点的？我们是如何成长的？是什么样的发展机制使我们最终成为我们，像我们一样去思考、去探索、去爱、去笑、去享受艺术之美？

这些问题太难回答，也太需要回答了。

有人认为每个人从起点到终点走过的这段路，恰好是人类文明进步在我们个体生活上的投影：科学的进步与认知发展，都是由某种人类的认知机制所主导、所驱动。但也有人认为，也许有更大的未知在等着我们。

范式转变并不是描述科学进步发展的唯一方式。另外一名同样举足轻重的科学哲学家拉卡托斯（Lakatos）就认为，如果想更好地描绘与评估科学的发展，我们应该着眼于科学的“研究纲领”（research programme）。

每一个研究纲领都包含一些由基本理论构成的“硬核”。这些基本理论四周存在一些起到“保护带”作用的辅助性假设。随着科学的发展，研究纲领的辅助假设很有可能会被新的假设取代。但是，只要核心假设不被实验结果反驳，研究纲领就可以继续发展进步（Musgrave and Pigden，2016）。

宝宝对这个世界的理解，是否也是以这样“硬核”与“保护带”共存的方式慢慢进步的呢？

6

的确，越来越多的证据表明，儿童经历的许多概念变化，远非像早年间发展心理学家之父让·皮亚杰（Jean Piaget）所构想的那样突然。当时，他认为人类的发展经历了四个发展阶段。处于某一阶段的孩子，在思维、感知和行为上，都与别的阶段的孩子有着本质上的不同。而阶段与阶段之间的变化也是突然而彻底的。

然而，后来的研究人员发现，皮亚杰所发现的一些“质的变化”，也许并非真的像他所形容的那样跳跃。如果一个孩子在某个旨在探究某种认知能力的任务中失败了，这并不一定说明这个孩子真的缺乏这种能力。相反，许多其他因素都有可能造成这种失败。孩子可能在运动控制上的发育尚不完全，也许他还无法灵巧地捡起实验人员所希望他捡起的小物块。孩子还有可能缺乏完成这项任务的动力，也许他还在背地里嘟着个小嘴闷闷不乐：“我为什么非要这么做不可？”

这些原因都说明，宝宝在成长的过程中，有更多的“循序渐进”，而不是“突飞猛进”。（Siegler，DeLoache，and Eisenberg，2003）。而这样更加渐进式的图景，似乎更吻合拉卡托斯的科学哲学。

自物种起源之日，我们从未停止过繁殖与抚育后代。但是，也仅仅是近百年来，当代科学才第一次登上人类文明的舞台。而关于婴儿研究的科学，也是在近几十年里，随着新的行为研究范式与脑成像技术的发展，我们才得以有机会了解婴儿的小脑瓜中究竟在想些什么。

我们生活在一个科学时代。科学家的劳动成果构成了人类文明的基础。有的科学家研究婴儿的一颦一笑，对心灵的本质、心灵的发展着迷不已；有的科学家研究物理世界，一生都在寻找暗物质，或者聆听宇宙的背景噪声；还有的科学家致力于探索生命的奥秘，分析DNA序列，以寻求解码治愈癌症的关键信息。

但在这些不相同之下是本质上的相似——所有科学家都彼此相似，与你我相似，他们都曾经是小小的婴儿，你我都曾经是小小的婴儿。