探奇索隱覓真知
——記華東師范大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院教授蔡清

□ 楊 嬌

蔡清

語(yǔ)言是人類所特有的高級(jí)認(rèn)知功能，是交流最重要的手段。那么“聽說(shuō)讀寫”在我們的頭腦里是如何進(jìn)行的？1861年，法國(guó)醫(yī)生布羅卡報(bào)告了一則左腦額葉損傷引起失語(yǔ)癥的病例，這個(gè)報(bào)告對(duì)后來(lái)的神經(jīng)科學(xué)影響深遠(yuǎn)，從此引起了學(xué)者對(duì)左腦研究的熱潮。這是否意味著右腦就完全缺乏語(yǔ)言功能？人工智能和腦科學(xué)中的語(yǔ)言處理均是對(duì)信息的加工，那么語(yǔ)言信息在人工智能和人類大腦中的表達(dá)和加工有何種相似或不同？華東師范大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院教授蔡清將為我們揭開“廬山”真面目。

一約既定，萬(wàn)里無(wú)阻

如果說(shuō)從生物技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)入認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)是蔡清與生俱來(lái)的好奇心驅(qū)使，那么選擇去法國(guó)里昂大學(xué)攻讀認(rèn)知科學(xué)則是出自她特有的浪漫情懷。

2002年，蔡清獲得上海交通大學(xué)生命科學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)士學(xué)位。本科畢業(yè)以后，蔡清沒有如眾多同學(xué)一樣繼續(xù)選擇深造，而是應(yīng)聘到中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)信息中心做助理編輯。蔡清說(shuō)，當(dāng)時(shí)他們整個(gè)專業(yè)就只有4個(gè)人沒有繼續(xù)讀研或出國(guó)學(xué)習(xí)，她就是其中一個(gè)。

當(dāng)時(shí)的蔡清，帶著那個(gè)年紀(jì)該有的“年輕氣盛”。對(duì)于這樣的選擇，她說(shuō)：“當(dāng)時(shí)生物技術(shù)的發(fā)展還不能夠回答我思考的問(wèn)題，在我看來(lái)，如果真的想在這個(gè)領(lǐng)域里做出一定的成果或者有一定的成就的話，其實(shí)需要靠一點(diǎn)運(yùn)氣，我覺得這不是一個(gè)自己可以主導(dǎo)的過(guò)程。所以我選擇不要盲目繼續(xù)?！?/p>

工作兩年后，蔡清心里的不安越來(lái)越明顯。她說(shuō)，在那樣一個(gè)狹窄的領(lǐng)域里每天重復(fù)著一樣的事，好像一眼就能看見20年、30年后的自己。“我應(yīng)該去一個(gè)喜歡的地方做一個(gè)或?qū)W一個(gè)我喜歡的東西?！痹谶@種認(rèn)知的催促下，蔡清選擇了當(dāng)時(shí)自己最感興趣的對(duì)大腦的研究。

“我覺得法語(yǔ)和法國(guó)文化很微妙，并且法國(guó)文化和中國(guó)文化非常不同。我想去這種完全不同的文化里待一段時(shí)間，看看是不是能夠因此感受到什么是生命和精神中最本質(zhì)的，不隨社會(huì)形態(tài)、文化習(xí)俗、經(jīng)濟(jì)環(huán)境等改變的東西?！彼c法國(guó)認(rèn)知科學(xué)研究所和里昂大學(xué)取得了聯(lián)系，帶著一份“離心似箭”的心情奔赴浪漫之都，從此走上了認(rèn)知科學(xué)研究的漫漫之路。

認(rèn)知科學(xué)誕生于20世紀(jì)70年代后期，是在神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、科學(xué)哲學(xué)、數(shù)學(xué)建模等基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門交叉學(xué)科。認(rèn)知科學(xué)的研究旨在闡明認(rèn)知活動(dòng)的腦機(jī)制，即了解人類大腦如何在不同層次上實(shí)現(xiàn)各種認(rèn)知活動(dòng)。它從20世紀(jì)80年代開始走入人們的視野，90年代得到蓬勃發(fā)展。在21世紀(jì)的今天，認(rèn)知科學(xué)已成為最有發(fā)展?jié)摿Φ那把貙W(xué)科之一。

2004年，蔡清開始她的法國(guó)求學(xué)路。受到兩篇其他領(lǐng)域研究論文的啟發(fā)，在和導(dǎo)師商量后，她決定從健康被試大腦的功能偏側(cè)化這個(gè)特殊的角度來(lái)研究語(yǔ)言和閱讀的神經(jīng)機(jī)制。2009年年初，她的研究已獲得了一系列成果，并以最高榮譽(yù)畢業(yè)。畢業(yè)后，她在比利時(shí)根特大學(xué)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)系從事博士后研究工作，之后又受邀加入法國(guó)國(guó)家健康研究院認(rèn)知神經(jīng)影像中心進(jìn)行博士后研究。期間，她一方面深化之前的研究，另一方面也傾注了大量熱情展開兒童語(yǔ)言和數(shù)學(xué)發(fā)展的影響研究。蔡清說(shuō)，她覺得博士后是一個(gè)學(xué)習(xí)的黃金時(shí)間段，這段時(shí)間可能是人生中最后一次可以進(jìn)行密集的、大量的學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。她非常鼓勵(lì)大家做兩個(gè)博士后研究。做博士后研究的時(shí)候不愁經(jīng)費(fèi)和工資，沒有申請(qǐng)項(xiàng)目、發(fā)表論文的壓力，有非常大的自由度去做自己想做的事。

在國(guó)外的幾年，蔡清在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域發(fā)表了眾多學(xué)術(shù)論文。曾經(jīng)的“門外漢”，通過(guò)努力，通過(guò)不斷學(xué)習(xí)，成為這一領(lǐng)域內(nèi)的專家，蔡清說(shuō)，除了興趣使然，還需要一些持之以恒的精神。

國(guó)人心里總會(huì)有一種落葉歸根的情懷，蔡清也不例外。學(xué)習(xí)、工作加在一起，蔡清在歐洲待了9年的時(shí)間。2012年，蔡清考慮回國(guó)從事她的科研工作。正在此時(shí)，她學(xué)術(shù)訪問(wèn)的第一站華東師范大學(xué)，向她遞出了橄欖枝?！叭A師大心理學(xué)院和認(rèn)知所給了我諸多的支持以及一個(gè)國(guó)際化的氛圍，使得我能夠愉快地在這里繼續(xù)自己感興趣的研究。”

博學(xué)深謀，以俟其時(shí)

大腦分為左半球和右半球。我們常常說(shuō)，左腦具有語(yǔ)言、概念、數(shù)字、分析、邏輯推理等功能，右腦具有音樂(lè)、繪畫、空間幾何、想象、綜合等功能。但這樣的觀點(diǎn)從神經(jīng)科學(xué)的角度來(lái)看并不完全準(zhǔn)確。

19世紀(jì)，人類的語(yǔ)言能力與左半腦的關(guān)系就受到醫(yī)學(xué)上的關(guān)注。法國(guó)神經(jīng)科學(xué)家布羅卡首先發(fā)現(xiàn)左腦額下回皮層受損的病人可以理解但無(wú)法產(chǎn)生言語(yǔ)，從而得出該區(qū)域與言語(yǔ)生成有關(guān)的結(jié)論，并由此引發(fā)了“左腦負(fù)責(zé)語(yǔ)言”的觀點(diǎn)。這個(gè)現(xiàn)象后來(lái)被稱為半腦語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)(hemispheric language dominance)或者語(yǔ)言偏側(cè)化（language lateralization）。因?yàn)榇竽X偏側(cè)化無(wú)法直接觀察或簡(jiǎn)單測(cè)試，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)對(duì)其研究一直極為有限，而且大多限于臨床。

近年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)功能性核磁共振（fMRI）等方法可以用于測(cè)試語(yǔ)言偏側(cè)化，且其結(jié)果與臨床創(chuàng)傷性方法高度一致，使用這些方法對(duì)較大樣本的研究進(jìn)一步顯示：雖然有極少數(shù)個(gè)體具有右腦語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)，但在隨機(jī)抽取的人群中，語(yǔ)言左偏側(cè)化的個(gè)體的比例超過(guò)90%～95%。

這個(gè)研究啟發(fā)了蔡清，如果找到那剩下的5%右腦語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)的健康人群，是否就能夠提供一個(gè)不同的角度，來(lái)考察與語(yǔ)言神經(jīng)機(jī)制有關(guān)的一些問(wèn)題。通過(guò)大規(guī)模篩選，她得到了這樣一個(gè)語(yǔ)言右偏側(cè)的群體，并且發(fā)現(xiàn)，語(yǔ)言的異常偏側(cè)化和視覺空間加工的偏側(cè)化始終保持著半腦優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的關(guān)系，也就是說(shuō)，一般群體中右半腦是視空間加工優(yōu)勢(shì)半腦，而在這個(gè)右腦語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)的群體中，每個(gè)被試的視空間優(yōu)勢(shì)半腦都是左半腦。這顯示語(yǔ)言能力和視空間加工能力的發(fā)展之間存在聯(lián)系，而半腦互補(bǔ)可能帶來(lái)并行優(yōu)勢(shì)最大化。這一結(jié)果被PNAS發(fā)表并引發(fā)了領(lǐng)域內(nèi)一系列的討論和研究。

“左腦語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)似乎是一個(gè)穩(wěn)健的現(xiàn)象。雖然語(yǔ)言存在明顯的左腦偏側(cè)，但這種左右二分法是否是一種過(guò)度簡(jiǎn)化？語(yǔ)言加工是否也涉及右腦的部分區(qū)域？這些區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)與語(yǔ)言加工的哪些過(guò)程有關(guān)？與西方字母文字系統(tǒng)相比，漢語(yǔ)和中文加工具有怎樣的特殊性？半腦偏側(cè)化的程度究竟反映了什么？”面對(duì)先前別人的甚至是自己的研究結(jié)果，蔡清心里還在不斷問(wèn)自己這些問(wèn)題。

為解開心中的疑惑，蔡清搜集、整理近年來(lái)學(xué)術(shù)界對(duì)語(yǔ)言偏側(cè)化的研究。她發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的語(yǔ)言偏側(cè)化研究中至少包含兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是對(duì)語(yǔ)言系統(tǒng)的過(guò)度簡(jiǎn)化，缺乏理論模型指導(dǎo)下對(duì)語(yǔ)言成分的分離和精確的測(cè)試；二是缺乏對(duì)語(yǔ)言偏側(cè)化中具有語(yǔ)言特殊性和具有領(lǐng)域普遍性成分的分別考察。

問(wèn)題找到了，如何解決存在的問(wèn)題？蔡清對(duì)此有著自己的思考：“我們需要從語(yǔ)言的基本元素和功能開始對(duì)一系列語(yǔ)言元素/功能的偏側(cè)化做出考察?！?/p>

蔡清說(shuō)，語(yǔ)言中最基本的元素是音素，繼而是音節(jié)，而最基本的功能是對(duì)這些基本元素進(jìn)行有序結(jié)合。語(yǔ)言產(chǎn)生中一項(xiàng)關(guān)鍵的能力是對(duì)特定序列進(jìn)行加工的能力，例如我們?cè)谡f(shuō)出一個(gè)詞的過(guò)程中，需要提取它的語(yǔ)音信息并通過(guò)控制一系列發(fā)聲位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。與此相對(duì)，語(yǔ)言感知涉及將語(yǔ)音信號(hào)流切分成音節(jié)或者音素，并對(duì)其組成的序列進(jìn)行快速加工的過(guò)程。也就是說(shuō)，序列加工是語(yǔ)言感知和語(yǔ)言產(chǎn)生中廣泛存在的基本過(guò)程。“感覺—運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換”過(guò)程始終包含著序列處理的過(guò)程。這正是語(yǔ)言偏側(cè)化研究中所忽略的。帶著上述問(wèn)題，蔡清和她的團(tuán)隊(duì)首先聚焦到“序列加工機(jī)制對(duì)語(yǔ)言偏側(cè)化的影響以及它是否具有語(yǔ)言特殊性”這一研究上，對(duì)語(yǔ)言產(chǎn)生中的音節(jié)序列加工是否會(huì)引起偏側(cè)化,序列加工的偏側(cè)化是否有語(yǔ)言特殊性，是否可以進(jìn)一步分離運(yùn)動(dòng)序列和序列規(guī)劃兩種過(guò)程中序列加工的差異等這些問(wèn)題進(jìn)行了一系列考察，為后面研究奠定了基礎(chǔ)。這一課題的研究獲得了2014年國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

回顧研究的道路，蔡清說(shuō)，走過(guò)來(lái)了，回頭看那些遇到的困難似乎都不算是困難了。辦法終究多于難題，上一秒是山重水復(fù)，下一秒可能就是柳暗花明。在此基礎(chǔ)上，2017年她又獲得國(guó)家自然科學(xué)基金的面上項(xiàng)目支持，更深入和系統(tǒng)地研究右半腦在語(yǔ)言加工中的作用。

參加全國(guó)腦科學(xué)專家交流會(huì)

寧可一思進(jìn)，莫在一思停

傳統(tǒng)的認(rèn)知科學(xué)核心分支學(xué)科是認(rèn)知心理學(xué)和人工智能。其中，認(rèn)知心理學(xué)結(jié)合信息加工理論，解釋人的認(rèn)知過(guò)程，并采用科學(xué)的方法對(duì)人的感知覺、注意、記憶、語(yǔ)言等認(rèn)知過(guò)程展開實(shí)驗(yàn)研究。認(rèn)知心理學(xué)的成長(zhǎng)為認(rèn)知科學(xué)的產(chǎn)生奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，人工智能的發(fā)展引發(fā)了學(xué)界對(duì)人腦認(rèn)知過(guò)程更多的關(guān)注與研究，大大豐富了認(rèn)知科學(xué)的內(nèi)涵。但近年來(lái)，這兩個(gè)領(lǐng)域之間缺乏深入的相互了解和合作，在“強(qiáng)人工智能”方面并沒有出現(xiàn)預(yù)想中的飛躍。

蔡清與人工智能領(lǐng)域的一些領(lǐng)軍研究者合作，對(duì)人工智能與腦科學(xué)在語(yǔ)言處理領(lǐng)域進(jìn)行研究?！拔覀儗⒁浴碚鳌汀?jì)算’這兩個(gè)共同概念為橋梁建立人工智能和腦科學(xué)在語(yǔ)言處理領(lǐng)域的跨學(xué)科研究橋梁。具體來(lái)講，我們建議從最基礎(chǔ)的表征和表征融合開始，結(jié)合一般性認(rèn)知計(jì)算機(jī)制，來(lái)銜接人工自然語(yǔ)言處理和神經(jīng)語(yǔ)言學(xué)?！?/p>

蔡清說(shuō)，以腦科學(xué)的發(fā)現(xiàn)作為人工智能建模的重要參考和約束，檢驗(yàn)人工智能在任務(wù)中的性能是否有提高，然后利用人工智能模型反向補(bǔ)充腦科學(xué)的實(shí)驗(yàn)手段，產(chǎn)生人腦研究的指導(dǎo)和假設(shè)。

對(duì)于整個(gè)研究框架，蔡清也進(jìn)行了細(xì)致的劃分，共分為3個(gè)方面：“比如說(shuō)，在初步的語(yǔ)義研究中，我們預(yù)期一個(gè)合理的計(jì)算機(jī)模型應(yīng)該在某些層面上與大腦的語(yǔ)義處理表現(xiàn)出相似性。通過(guò)對(duì)腦活動(dòng)和基于不同模型的詞向量及其關(guān)系的相似性的研究，我們不僅希望能優(yōu)化計(jì)算機(jī)模型對(duì)語(yǔ)義的表征和計(jì)算，更希望這能啟發(fā)我們對(duì)于人類語(yǔ)義加工的機(jī)制獲得更深的理解?！?/p>

研究還在繼續(xù)，研究成果的取得只是時(shí)間的問(wèn)題。此刻蔡清已是4位博士和多位碩士的導(dǎo)師，也是一個(gè)3歲孩子的母親。蔡清說(shuō)，雖然生活中擔(dān)任了更多不同的角色，但她對(duì)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)還一如當(dāng)年一樣，保持著孩童般的好奇心和探索不息的熱情。