大脑如何使我们的体验与期望达成一致？

　我们的大脑会预测我们行为的结果，把现实塑造成我们所期望的样子。这就是为什么我们会相信“眼见为实”。

　　新浪科技讯 北京时间10月30日消息，苏格兰作家罗伯特·钱伯斯（Robert Chambers）所著的《时代读本》（The Book of Days，1864）讲述了一个奇怪的法律案例：1457年，在一个名为拉维格尼（Lavegny）的小镇，一头母猪和它的小猪被指控杀害了一名小孩并吃掉了一部分。经过深思熟虑，法院判定母猪死刑，但无罪释放了那些天真的小猪，因为它们还太小，不能意识到自己罪行的严重性。

　　在现代人看来，让猪接受刑事审判似乎有悖常理，因为许多人相信，正是人类对行为和结果有清楚的认知，才将我们与其他动物区分开来。放养的猪可能不知道它嘴里嚼的是什么，但人类肯定能掌握自己的行动，并对即将发生的后果保持警惕。然而，尽管我们在这种见解的基础上建立了自己的身份和社会关系，但心理学和神经科学正不断揭示，对人类的大脑而言，即使是监控我们与物质世界和社会最简单的互动，也会面临非常多的困难。面对这些障碍，大脑需要依赖预测机制，以使我们的经验与期望相一致。通常情况下，这样的一致性十分有用，但也会使我们的经验偏离客观现实，从而降低我们清晰的洞察力。

　　在监控我们的行为时，大脑所面临的一个挑战是它们所接收到的信息存在固有的模糊性。事实上，我们是通过感官系统来“间接地”体验头部之外的世界：外围器官和神经组织接收并处理不同的物理信号，比如照射到眼睛或皮肤上的光线。尽管这些神经回路非常复杂，但大脑的感觉系统拥有许多生物系统共有的缺陷：线路不完美、传输存在泄漏，而且系统会受到噪声的困扰——就像调谐不良的收音机的噼啪声掩盖了真正的传输信号。

　　噪声并不是唯一的障碍。即使这些神经回路能以完美的保真度传输，我们的感知体验仍然是不完整的。这是因为，感觉器官只能捕捉到外部世界物体的“影子”。为了说明这一点，可以想象一下我们的视觉系统是如何工作的。在观察周围的世界时，我们会对不同物体反射的光的空间模式进行采样，这些光落在眼睛的平面上，形成一张二维图像，保存在视觉皮层最初期的部分，形成了我们所看到的东西的基础。这个过程十分奇妙，但也带来了挑战，那就是如何从投射在感官表面的二维阴影中重建真实的三维世界。

　　让我们回想一下自己的视觉体验，这个挑战似乎并不难解决。大多数人看到的世界都是三维的。例如，当你看着自己的手时，一个特殊的二维感官阴影就会投射在你的眼睛上，而你的大脑会成功地构建一个包含皮肤、肌肉和骨骼的手部三维图像。然而，从二维阴影中重建一个三维物体实际上就是工程师所谓的“不适定问题”（ill-posed problem）——基本上不可能仅利用采样数据解决。这是因为，无数不同的物体都可以投射出与真手相同的阴影。你的大脑如何从所有可能的选项中挑选出正确的三维图像呢？

　　大脑在有效监控我们的行动方面还面临着第二个挑战，那就是速度问题。我们的感觉系统必须描绘出快速而连续的输入信息流。即使是最简单的动作，快速感知这些动态变化也很重要：在喝咖啡时，如果我们不能准确地预测咖啡什么时候到达嘴唇，那整杯咖啡很可能就会洒在我们身上。不过，我们用来探测和传输感觉信号的生物机制依然不够完善，这使得大脑很难快速准确地描绘出我们在做什么。时间的成本也不容忽视：尽管信号从眼睛到大脑只需要几分之一秒，而使用这些信息来指导一个持续动作也需要几分之一秒，这些几分之一秒可能就是一件干衬衫和一件湿衬衫的区别。

　　长期以来，心理学家和神经科学家一直在思考，我们的大脑可能会使用什么策略来克服模糊和速度的问题？人们越来越认识到，这两个挑战都可以通过预测来解决。这其中的关键思想是，观察者并不仅仅依赖于当前输入他们感官系统的信息，而是将这些信息与对世界所包含的“自上而下”的预期结合起来。

　　从婴儿的“做和看”开始

　　这并不是一个十分新颖的观点。19世纪，博学的德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）提出，从模糊信号中产生可靠感知的不适定问题可以通过“无意识推论”（unconscious inference）过程来解决，即观察者对世界如何建构有着既定的认识，可以以此得出准确的视觉图像。几十年来，这一观点渗透到了认知心理学中，尤其是在20世纪70年代英国心理学家理查德·格雷戈里（Richard Gregory）提出“感知即假设”（perceptions as hypotheses）的概念之后。格雷戈里把感官知觉的过程比作科学方法论：就像科学家透过当前的理论来解释证据一样，我们的感知系统也可以根据自己的环境模型，将它们从感官接收到的模糊证据融入到情境中。

　　在更近的历史中，有关这些观点的阐述是将大脑假设为“贝叶斯”（Bayesian），即认为大脑感知的基础是预期。1763年，在英国统计学家、长老会牧师托马斯•贝叶斯（Thomas Bayes）去世两年后，他的一项定理终于发表。贝叶斯定理描述了如何通过结合观察和先验知识，做出理性推论。例如，如果你在一个炎热的夏天听到水滴滴答作响的声音，那很可能是你把洒水器留在什么地方，而不是下雨了。“贝叶斯大脑”假说的支持者认为，当大脑根据“自上而下”的知识——关于某事件可能发生的几率——对“自下而上”的感觉信号进行评估时，这种概率推断就会发生。

感知是困难的，因为两个不同的物体可能会在你的感觉系统上投下相同的“影子”。你的大脑可以依靠已知事物——比如手——的大小和形状来解决这个问题。

　　事实证明，在大脑皮层中看到的神经联结模式——大量从“较高”到“较低”区域的反向连接——支持了这些观点。伦敦大学学院的神经学家卡尔·弗里斯顿（Karl Friston）和他的同事们设计了一种颇具影响力的大脑功能模型——分层预测编码（hierarchical predictive coding）。这一理论模型表明，在任何给定的大脑区域（如早期视觉皮层），一组神经元编码来自外部世界的感官证据，另一组神经元代表当前关于世界所包含事物的“信念”。根据这一理论，感知随着输入证据对我们“信念”的调整而展开，而“信念”本身决定了我们的体验。然而，至关重要的是，大脑区域之间的大规模连接使得利用先验知识来优先考虑某些“信念”成为可能。这使得观察者可以使用自上而下的知识来提高他们所预期信号的“音量”，从而在感知展开时给予这些信号更多的权重。

　　让自上而下的预测渗透到感知中，有助于我们克服速度问题。通过预先激活我们大脑中与感觉有关的部分，可以有效地让感知系统“领先一步”。事实上，神经科学家彼得·科克（Peter Kok）等人最近的一项研究发现，当我们期待某一事件发生时，该事件的模板会在真实事件发生之前就出现在大脑的视觉活动中。这种“抢先一步”可以为快速、有效的行为提供一条捷径。

　　将感知塑造成我们期望的样子，也能帮助我们克服模糊问题。正如亥姆霍兹所设想的那样，如果我们倾向于最可能的解释，那我们就能从模糊的数据中得到可靠的感知。例如，当我们看着我们的手时，由于大脑对它将会遇到的物体类型有很强的预期，因此会接受“正确的假设”——这些确实是手部形状的物体，而不是无数其他可能性中的一种。

　　当涉及到我们自己的行动时，这些预期便来自于经验。在一生中，我们通过执行不同的行动和体验不同的结果来获得大量的经验。这种情况可能在咿呀学语的婴儿时期就开始了。那些显然是随机的踢腿、挥动手臂和转动头部的动作，让孩子们有机会发出不同的动作指令，并观察不同的结果。这种“做和看”的经验在运动和感官表象之间、在行为和感知之间建立了预期联系。

　　推测这些联系是通过学习形成的一个理由是，有证据显示，即使在成年期，这些联系也具有非凡的灵活性。实验心理学家西莉亚·赫伊斯（Celia Heyes）和她的团队在伦敦大学学院进行了相关研究，表明即使是短期学习也能重新连接行动和感知，这种建立联系的方式有时会与人体的自然解剖结构相冲突。

　　大脑扫描实验很好地说明了这一点。当我们看到别人运动他们的手或脚时，控制我们身体相关部位的那部分大脑也会活跃起来。不过，伦敦大学学院心理学家卡洛琳·凯特穆尔（Caroline Catmur）领导的一项有趣的实验，发现如果让实验对象反转体验——在看别人拍脚的时候自己拍手，反之亦然——就可以逆转这种映射。在这种体验之后，当实验对象看到拍脚的动作时，与手相关的运动区域就会变得活跃起来。这些发现，以及其他类似的发现，都提供了令人信服的证据，证明这些联系是通过追踪概率获得的。这些概率知识可以塑造知觉，允许我们激活大脑感觉区域中预期动作结果的模板；反过来，这也帮助我们克服感知上的模糊性，并迅速提供“正确的”知觉解释。

　　行动体验会偏向我们的期望

　　近年来，有一群神经科学家提出了另一种观点，认为大脑会有选择地编辑掉我们动作的预期结果。这一观点的支持者认为，对人类来说，感知世界上令人惊讶、不可预测的部分——比如咖啡杯意外从我们的手指间滑落——更为重要。过滤掉预期信号将意味着感官系统只包含令人意外的“误差”，从而使我们有限的感觉回路带宽只能传输最相关的信息。

　　这种“删除预期”假设的基础是，有研究表明，当我们经历可预测的行动结果时，大脑感觉区域的活动会减少。如果我们感觉到皮肤被触摸，或者看到一只手在动，大脑中与体感或视觉有关的不同区域就会变得更加活跃。然而，早期的研究发现，相比来自外部的感觉，当我们抚摸自己的皮肤时——通过抚摸我们的手或手掌——这些大脑区域的活动相对减少。当我们观察到与自己动作相匹配的手时，我们的大脑视觉区域也发现了类似的活动抑制。

　　丹尼尔·永（Daniel Yon）是伦敦大学金史密斯学院的认知神经科学家和实验心理学家，他和同事研究了这些预测机制是如何运作的。在最近的一项研究中，他和伦敦大学伯贝克学院的克莱尔·普雷斯（Clare Press），以及认知神经科学家山姆·吉尔伯特（Sam Gilbert）和弗洛里斯·德·兰格（Floris de Lange）合作进行了一项研究。他们让志愿者们接受核磁共振扫描（MRI），并记录他们在执行一项简单任务时的大脑活动。这些参与者被要求移动手指，观察虚拟人物的手在屏幕上的移动。每当他们执行一个动作时，屏幕上的手要么做一个意料之中的同步动作（移动同一根手指），要么做一个意料之外的动作（移动不同的手指）。通过观察这两种情况下的大脑活动模式，研究人员就能梳理出预期如何改变感知处理的过程。

　　简而言之，研究人员的分析显示，当参与者与他们所做的行为保持一致时，他们所看到的结果中会包含更多的信息。仔细观察发现，大脑视觉区域的这些“更敏锐的信号”伴随着一些被抑制的活动——但只是在对意外事件敏感的部分。换句话说，在行动过程中产生的预测似乎会编辑掉意料之外的信号，在大脑感觉区域中产生更清晰的表征，更倾向于我们的预期。

　　这些发现表明，正是我们的预期塑造了神经活动，使我们的大脑表现出我们所预期展开的行为结果。这与越来越多的心理学文献结果一致，表明我们的行为经验偏向于我们的预期。

　　2007年，日本心理学家丸古和史（Kazushi Maruya）领导了一项研究，使用了一种名为“双眼竞争”（binocular rivalry）的技术。在双眼竞争实验中，观察者身处一台能够在左右眼呈现不同图像的设备当中。当这些图像差别很大时，观察者的感知体验通常由其中一个图像所支配，偶尔会在相互竞争的选项之间出现波动。丸古和史和他的同事创造了一种视觉竞争的体验，让观察者在左眼看到闪烁的黑白图案时，在右眼看到一个移动的球体。研究人员发现，有趣的是，当他们将移动的球体与观察者正在进行的活动联系在一起时，这个图像更有可能在竞争中“胜出”。这里的意识体验便是由可预测的行动结果所主导的。

　　诸如视觉竞争这样的实验和其他许多实验都表明，我们的感知体验会受到行为的影响。例如，当钢琴家按下琴键时，他们听到的一系列音符的音高是上升还是下降会有所偏差。更重要的是，我们如何对时间流逝的体验也可以被行为所操纵——当我们的移动速度变慢时，其他事件似乎持续得更久——而且我们倾向于看到与自己行为方向一致的模糊运动。由于我们的预期通常会成为现实，按照我们的信念塑造感知可以让我们更清楚地认识到自己是如何影响周围环境的。

　　精神疾病与预期能力

　　最令人着迷的一种可能性是，这种预测机制可能在帮助我们与社会互动方面发挥着重要作用。毕竟，人类在相互问候、轮流交谈和回应对方等行为方面，似乎都遵守一套规则。其中一种最普遍、最结构化的相互回应方式便是通过模仿。认知科学家将“模仿”定义为这样的情况，即观察者会模仿对方的身体动作——所用的手势、走路的步态等等；如果你看到与你交谈的人在揉脸或抖脚，你很可能也会这么做。

　　一系列研究表明，被模仿的经历会对我们互动的质量产生重要影响。当我们允许自己的行为被他人模仿时，可以增加我们对这些人的信任，使关系融洽并有归属感。2003年，荷兰奈梅亨大学的心理学家里克·范·巴伦（Rick van Baaren）领导了一项研究，发现接受指示模仿用餐者的服务员得到了更多的小费。

　　然而，尽管被模仿的体验可以作为一种强大的社会润滑剂，但我们只能通过不完美的感官系统来感知他人对我们的行为。如果大脑不能注意到这些反应的发生，被模仿行为的亲社会潜力就得不到充分发挥。但如果我们能对自己行为的社会后果做出预测，就像我们对自己动作的身体后果做出预测一样，并利用这种预期机制使他人更容易被我们感知，这个问题就可以迎刃而解。

　　克莱尔·普雷斯和丹尼尔·永在2018年的一项研究中探索了这一观点。他们分析了行为过程中的预期机制是否会影响我们对他人模仿的感知。他们确实发现了一个关于预期的标志：对预期行动结果的感知在视觉上更加强烈。这个标志会在我们自己的动作之后仍持续数秒钟，表明我们的预期机制非常适合预示别人的模仿反应。

　　这种增强机制可能在要求苛刻的感官环境中尤为重要：例如，我们在拥挤的房间里更容易发现向我们挥手的朋友。另一种相对未被充分探索的可能性是，这种预期机制可能会导致我们觉得某些人与自己更为相似。如果移动缓慢会让人觉得世界其他地方看起来也变慢，那么当我们感到悲伤时，我们做出的缓慢、迟缓的动作可能也会让我们认为别人变得更慢、更悲观，这就造成了一种偏差。

　　当然，有时使用预期来构建我们的经验是一把双刃剑。很明显，当你意识到自己的期望有时不会实现时，就可能遇到两面性的结果。如果你用力举起一个你以为装满水的空茶壶，那么这个空容器的加速将比你预期的快得多。同样地，如果你讲了一个不合时宜的笑话，你可能会看到一片茫然的脸，而不是你期待的笑声。

　　在这种情况下，我们似乎并不太适应重塑自己的知觉体验——比如错误感知空茶壶的移动，使其比实际更慢；或者编辑社交伙伴的表情，让他们看起来更开心——以使这些事件看起来更符合我们的期望。原因很简单，因为这些都是我们事先推演的预期。当感官世界提供的信息不足，且预期被赋予更多的权重时，这种知觉错误就更有可能发生。产生可靠的体验需要一个过程，而偶然的误解可能正是我们为这一过程所付出的代价。

　　尽管如此，我们还是很容易看出这样的知觉错误会造成怎样的伤害。人类的许多社会、文化和法律制度都依赖于这样一种观念：通常情况下，我们都知道自己在做什么，因此可以为自己的所作所为负责。人类在大多数情况下会错误感知自己的行为，这样的说法在科学上显得有些讽刺，但在某些情况下，由预期所引起的知觉错误可能会导致严重的后果。例如，一个经验丰富的医生可能会对病人如何对一个简单手术（如腰椎穿刺）做出反应有很强的预期，这可能会导致他们在不寻常的反应发生时产生认知偏差。如果医生出现偏差，错误感知病人的症状，其道德或法律地位会改变吗？如果我们认为任何知觉错误都可能是医生的专业知识造成的，这个问题是否会变得更加复杂？

　　尽管预期有其阴暗面，但想想看，如果没有预期，世界将会变得多么艰难。这一想法长期以来一直困扰着精神病学家，他们认为，精神疾病中出现的一些不寻常的体验可能反映了预期能力受到扰乱。

　　一组特别奇怪的案例是在一些精神分裂症患者身上出现的“被控制妄想”。这种妄想的患者报告了一种痛苦的经历，他们觉得自己的行为好像受到了某种外来力量的驱动。一位患者向英国精神病学家梅勒（C S Mellor）描述了他的反常体验：“我的手和手臂在移动，我的手指拿起钢笔，但我控制不了它们。它们所做的与我无关。”

　　与这些生动的案例报告相呼应的是，许多实验研究已经揭示精神分裂症患者有时很难识别自己的行为。例如，在法国里昂大学医院的精神病学家尼古拉斯·弗兰克（Nicolas Franck）于2001年领导的一项实验中，研究人员向精神分裂症患者和健康对照组志愿者展示了关于他们行为的视频反馈；这些视频经过了各种方式的处理，比如在空间上扭曲镜头或者增加时间延迟。研究人员发现，精神分裂症患者在发现这些不匹配之处时表现得比较差，这表明他们对自己行为的感知相对贫乏。

　　这种行为监控的缺失和随之而来的妄想之所以会出现，可能是因为这些患者经历了某种机制的崩溃，这种机制允许他们预测自己行动的后果。患者可能会因此导致行为结果体验方式的改变，进而使他们更偏向于形成奇怪的信念。尤其是，当失去自上而下进行预测的“”好处，可能会让人们对自己行为的体验相对更加模糊，也使人们很难确定他们的行为导致了什么结果。这种模糊不清本身可能非常痛苦，而长时间被这种不寻常经历所折磨可能会导致一个人产生“妄想情绪”——感到奇怪的事情正在发生，需要某种奇怪的、近乎妄想性的解释。

　　最后，似乎有一种来自心理学和神经科学的新观点认为，望在塑造我们如何体验行为及其结果方面起着关键作用。尽管在一个本身就很模糊的感觉世界里，将预期与感知相结合可能是一种监控我们行为的强大方式，但当预期没有实现时，这一过程可能就会导致我们错误地描述自己行为的后果。这种虚构的体验可能会削弱我们对自己行为的清晰认知，而正是这种认知将我们与天真的动物区分开来。当涉及到行为时，我们可能只会看到自己愿意相信的，有时，我们也可能不知道自己在做什么。（任天）