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注意力基模理论

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注意力基模理论 （ 英语：Attention schema theory，AST ）是关于意识（或主观觉察（英语：Awareness））的演化及神经心理学理论，由普林斯顿大学的神经科学家迈克尔·格拉齐亚诺（英语：Michael Graziano）（ Michael Graziano）提出，[1][2] 该理论认为大脑是以注意力历程的基模模型来建造主观意识[1][2]， 是唯物主义的意识理论，与丹尼尔·丹尼特、帕特里夏·丘奇兰德（英语：Patricia Churchland）（ Patricia Churchland ）和基思·弗兰奇（英语：Keith Frankish）（ Keith Frankish）等哲学家的幻觉主义观点有着相似之处。[3][4]

格拉齐亚诺提出，注意力基模类似于身体基模，就像大脑会建构简易的身体模型来帮忙监督身体运动一样，大脑也会建构简易的注意力模型来协助监督注意力。模型中的资讯会勾勒出注意力的一个不完美的简化版本，使得大脑认定它具有非物质性的觉察本质。建构主观觉察即为大脑对于自身注意力的塑造，所塑造的模型虽然有效却不完善。该方法旨在解释觉察和注意力如何在许多方面时而相似，时而相悖，大脑又如何能同时觉察到内部和外部的事件，并提供可验证的预测。[2]

开发AST的其中一项目标是为了造出人工意识，AST试图解释资讯处理机器是如何像人类一样行事，并坚持它具有意识，以我们的方式描述意识，然后认为他人也有类似的属性。 AST是关于机器如何在它真的只是一台机器的情况下，仍坚持认为它不只是机器的理论。

理论总结

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AST描述了资讯处理机器是如何断言它对某事物具有意识到的主观体验[5] 大脑在这个理论中被看作资讯处理机器，受制于其内部所建构的资讯，无法辨别它的断言与现实之间的区别。用这种方法解释意识的挑战不是“大脑如何产生无法言喻的内部体验”，而是“大脑如何建立怪诞的自我描述，以及什么认知作用在这个自我模型中是有用的？”，AST有一点相当关键，即大脑会根据模型所产生的知识（model-based knowledge）建造出丰富的内部模型，而这些模型潜藏在更高等的认知层次或语言层次之下。认知可以触接（access）这些内部模型的部分内容，而当我们报告这些模型的内容时，就仿佛在报告实际经历。

AST可以概括为三点：[1]

  1. 大脑是一种资讯处理装置。
  2. 大脑有能力将处理资源聚焦在某些讯号，可能聚焦在选择的输入感觉讯号，也可能聚焦在内部资讯（例如特定的回忆）上。 这种以聚焦的方式处理选择资讯的能力有时称作注意力。
  3. 大脑不仅使用注意力的过程，而且还建立了称为“注意力基模”的表征或内部模型，是描述注意力的一组资讯或表征，。

AST认为，注意力基模提供了必要的资讯，可使机器对意识做出断言。当机器断言对事物 x 具有意识时（即断言对事物 x 具有主观意识或心理占有），机器是在利用高等认知来触接注意力基模，并报告其资讯。

举例来说，假设有个人看着苹果，当此人报告“我对那个闪闪发光的红苹果有主观体验”时，有三个项目在该断言中被联系了起来：自我、苹果和主观体验。自我存在的断言取决于对自我模型的认知触接。如果没有自我模型，那就不会有必要的资讯，系统就无法做出自我指涉的断言。关于对苹果的存在性和属性的断言则取决于对苹果模型（这很可能是在视觉系统之中建造）的认知触接。同样地，如果没有必要的资讯，系统显然无法对苹果或其视觉属性做出任何断言。理论上，主观经验存在的断言取决于对内部注意力模型的认知触接。这个内部模型并未对注意力给出精确的科学描述，未完整描述神经元、侧抑制性突触和竞争讯号的细节，也只字未提注意力的物理机制。反之，为简化起见，AST与所有的大脑内部模型一样都是简化和示意化（schematic）的。

认知机制在触接这三个相互联系的内部模型中的资讯时，会断言：有个自我，有颗苹果，而自我在心理上拥有那颗苹果；这种心理上的拥有本身是无形的，也没有可描述的物理属性，但是大致藏在身体内的某处，对苹果有个特定锚点；这种心理本质使自我能够理解并记住苹果，对其作出反应。机器即依靠这种不完整且不精确的注意力模型，断言对苹果具有形而上学的意识。

AST认为，主观经验、意识或对事物不可言喻的心理拥有都是一种简化的概念，在细节不足的情况下，对参与某事物的行动有相当不错的描述。注意力的内部模型并非由高等的认知层级所造，它不是一种认知自我理论，非经学习而来。与此相反的是，它建造于认知层级之下，是自动化的，就像苹果及和自我的内部模型一样，只能以那些特定的方式来建构。从这种角度来说，人们可以将注意力基模称为一种类似于知觉的注意力模型，与高等的认知模型（例如信念或知性推理的理论）区别开来。

无论是苹果的意识，思想的意识，还是自我意识，AST解释了具有注意力基模的机器是如何包含必要资讯以断言具有某种事物的意识，也解释了机器如何以与我们相同的方式谈论意识，机器在触接其内部资讯却找不到说明性的元资讯（meta information）时会怎么做。这种机器像是一台计算结论的机器，又像是对内部模型进行触接但只会学到内部模型的狭隘内容。在AST中，我们就是这种机器。

AST与“幻觉主义”（illusionism）的观点一致。 [4]但是“幻觉”一词的含义可能不适合该理论。这个称谓有三个问题：首先，许多人将幻觉等同于可忽略或有害的事物，若我们能识破幻觉，那将变得更好。然而注意力基模在AST中是一个运作良好的内部模型，通常不会失调或出错。其次，大多数人倾向于将幻觉当成海市蜃楼般的幻像，虚假呈现出某些实际上不存在的东西。如果意识是一种幻觉，那就暗示著幻觉没有任何真实的存在，没有什么“那个地方”的存在，但AST并非如此，意识即使缺乏细节，仍是一种对真实事物的的不错解释。我们确实有注意力，这是一种产生自神经元的相互作用的物理过程和机械过程。当我们断言自己对某件事有主观意识时，我们提供的是字面上真实性的示意版本，确实有个“那个地方”存在。 第三，幻觉是对某种事物的体验。那些将意识称为幻觉的人非常小心翼翼地定义它们所谓的“体验”的含义，以免发生循环。但是AST不是关于大脑如何体验的理论。 这是一种关于机器如何做出断言的理论（它如何断言拥有经验），它被困在逻辑回路中，或被自身的内部资讯所俘虏而无法避免做出断言。

在这个理论中，注意力基模的进化并不是为了让我们随意断言自己有意识。相反的是，注意力基模的进化是因为它在知觉、认知和社会互动方面具有十分重要的适应性用途。

关于注意力基模的主要功能已经提出了两种类型。第一类是帮助控制注意力。[2]控制理论的基本原理指出，好的控制器应包含内部模型。因此，大脑的注意力控制器应将注意力的内部模型（一组不断更新的资讯）纳入，这组资讯反映了注意力的动态性和不断改变的状态。由于注意力是大脑中最普遍、最重要的过程之一，因此所提出的注意力基模有助于控制注意力，对系统至关重要。越来越多的行为证据支持这一假设。当缺少对视觉刺激的主观觉察时，人们仍然可以将注意力转移到该刺激上，但是这种注意力失去了某部分的控制，随着时间的流逝而变得不稳定，并且在进行扰动训练时适应性更差。[2][6] 上述的这些发现支持了这样的提议，即意识就像控制注意力的内部模型一样。

第二类功能是用于社会认知（使用注意力基模对他人以及我们自己的注意力状态进行建模）。[1]注意力基模的社会用途对公众来说，主要优势在于行为预测。作为社交动物，我们在一定程度上透过预测其他人的行为而得以在世界上生存，并透过预测自己的行动来计划我们的未来。但是注意力是行为的主要影响之一。我们更有可能会去做当前所注意的事。对于不在意的事情，去做这件事的可能性则小了很多。一个关于注意力及其动态和影响的好模型，将有助于预测行为。

身体基模的类比

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AST是在类比身体基模的心理学和神经科学工作的基础上发展起来的，格拉齐亚诺在在其先前的出版物中对此研究领域建树良多。[1]本节透过对身体基模的类比来解释AST的中心思想。

假设有个叫凯文的人伸手抓住了一颗苹果，你问凯文，他手里拿的是什么？他可以告诉你这个物体是苹果，并对属性加以描述。这是因为凯文的大脑已经建构了对苹果示意化的描述，这种描述有时也称为内部模型，是一组随着新讯号的处理而不断更新的资讯，例如大小、颜色、形状和位置。这个模型可以让凯文的大脑对苹果做出反应，甚至可以预测苹果在不同情况下的表现。凯文的大脑建构了一个苹果的基模，他的认知和语言处理器可以在一定程度上触接这个苹果的内部模型，因此凯文能够口头回答关于苹果的问题。

现在你问凯文：“你怎么拿着苹果？ 你和苹果有什么具体关系吗？” 凯文有办法再接着回答，这是因为除了苹果的内部模型之外，凯文的大脑还建构了他身体的内部模型，包括手臂和手掌。这个内部模型有时也称为身体基模，是一组在处理新讯号时会不断更新的资讯，指定了凯文肢体的大小和形状，如何连接，倾向于怎样的运动状态，每时每刻所处的状态，以及在接下来的几分钟它们可能会处于什么状态。这种身体基模的主要目的是让凯文的大脑控制动作，因为他知道手臂的状态，所以可以更好地指导手臂的运动。身体基模的附带作用可让他明确地谈论自己的身体，其认知和语言处理器在某程度上会触接到身体结构，因此凯文可以回答：“我伸出手来抓住苹果。”

身体基模是有受限制的。如果你问凯文：“你的手臂上有多少块肌肉？它们在哪与骨头相连？”他无法根据自己的身体基模来回答。他可能会从书中获取知识，但他没办法直接洞察自己特定手臂的肌肉，身体基模缺乏这种层次的机械细节。

AST进一步分析了这个问题。凯文所做的不仅仅是用身体抓住苹果，他也在注意苹果。

要理解AST，就必须具体说明注意力的正确定义。注意力一词在很多方面被口语化地使用，引起了一些可能的混淆。这里用于表示凯文的大脑将一些资源集中在对苹果的处理上。加强了苹果的内部模型的讯号强度，因此凯文的大脑对苹果进行了深层次的处理，进而更有可能将苹果的资讯储存在记忆中，也更有可能引发对苹果的行为反应。在这个词的定义中，注意力是一个机械的资料处理过程，涉及到在处理资源上对于特定讯号的相对部署。

现在问凯文：“你对苹果有什么心理关系？” 凯文也可以回答这个问题。根据AST的解释，原因是凯文的大脑不仅建构了苹果的内部模型，建构了他身体的内部模型，还建立了他注意力的内部模型。注意力基模是一组描述了“什么是注意力，其最基本属性是什么，其动态和后果是什么，以及在任一刻是什么状态”的资讯。凯文的认知和语言学机制可以使用这种内部模型，因此凯文能够描述他与苹果的心理关系。然而如同身体基模的情形，注意力基模缺少有关机械细节的资讯。它不包含有关可能引起注意的神经元、突触或电化学讯号的资讯。因此，凯文报告说其属性缺乏任何明确的物理属性。他说：“我对苹果很了解。 这种心理拥有本身没有任何物理属性。 就是这样它隐约位于我内心。 这就是让我知道那个苹果的原因。 它让我记住了苹果。 它使我可以选择对苹果做出反应。这是我的心理自我抓住了苹果，即我对苹果的体验。” 凯文在这里描述了对苹果的主观、体验的意识。正如他所描述的，只是因为它是对物理机制的不完整描述，意识似乎超越了物理机制。凯文对他的意识的描述是对他的注意力状态的局部、示意性描述。

此处所举的例子涉及到的是对苹果的意识。然而，同样的逻辑可以适用于任何事物，包括对声音、记忆或自身整体的意识。

在AST中，由于我们断言自己是有意识的，因此大脑内的某些东西必须计算出意识的必要资讯，使得系统能够输出这种断言。AST提出了这种资讯的适应性功能：“注意力是作为大脑其中一项重要特征的内部模型。”

注意力控制

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AST的核心假设认为，大脑会建构一个内部的注意力模型“注意力基模”，其主要适应性功能是为了能够加强并且更灵活地控制注意力。在动态系统控制理论中，如果控制系统对其控件目建构一个内部模型，那么控件目的工作效果及弹性将有所提升。例如：将飞机动力学模型加入飞机的自动驾驶系统；将建筑物的空气和温度控制器与丰富、可预测的气流和温度之动态模型结合。大脑的注意力控制器若能建造出丰富的内部模型来说明注意力是什么，如何随时间变化，会带来什么后果，以及任何时刻的状态，那么其工作效果将能够有所提高。

因此，大部分关于AST的实验研究都着重在注意力控制上。在特定的情形下，人们对视觉刺激的觉察相对较弱，但仍会将注意力引导到视觉刺激上，注意力的表现是否就像是它有个弱化版的内部控制器模型，或者甚至缺乏这种控制器？初步实验表明确实可能如此，不过仍需更多实验来证明。[2][6]

社会认知

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AST也认为，大脑不仅会建造注意力基模来模拟自己的注意力状态，也会以同样的机制来模拟其他人的注意力状态。实际上，正如我们认为觉察属于自己一样，我们也认为他人会有觉察。在这种提案中，注意力基模其中一项主要的适应功能即社会认知用途。因此，一些对AST的研究专注在“对自身觉察的断言和对他人觉察的归因”之间重叠的部分。人类脑部扫描的初步研究表明，汇聚在颞顶交界处（英语：Temporoparietal_junction）的皮质网络参与了这两个过程。[7][8]

参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Graziano MS. Consciousness and the Social Brain. OUP USA. 19 September 2013. ISBN 978-0-19-992864-4. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Webb TW, Graziano MS. The attention schema theory: a mechanistic account of subjective awareness. Front Psychol. 2015, 6: 500. PMC 4407481 可免费查阅. PMID 25954242. doi:10.3389/fpsyg.2015.00500 可免费查阅. 
  3. ^ Consciousness Engineered (PDF). Journal of Consciousness Studies. 2016, 23 (11–12): 98–115 [2021-01-22]. （原始内容存档 (PDF)于2019-01-09）. 
  4. ^ 4.0 4.1 Frankish K. Not Disillusioned: Reply to Commentators. Journal of Consciousness Studies. 2016, 23 (11–12): 256–289 [2021-01-22]. （原始内容存档于2021-02-08）. 
  5. ^ Graziano, Michael S. A. The Attention Schema Theory: A Foundation for Engineering Artificial Consciousness. Frontiers in Robotics and AI (vanc). 2017-11-14, 4: 60. doi:10.3389/frobt.2017.00060. 
  6. ^ 6.0 6.1 Webb TW, Kean HH, Graziano MS. Effects of Awareness on the Control of Attention (PDF). J Cogn Neurosci. 2016, 28 (6): 842–51 [2021-01-22]. PMID 26836517. S2CID 9378474. doi:10.1162/jocn_a_00931. （原始内容存档 (PDF)于2017-08-29）. 
  7. ^ Attributing awareness to oneself and to others (PDF). Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2014, 111 (13): 5012–7 [2021-01-22]. Bibcode:2014PNAS..111.5012K. PMC 3977229 可免费查阅. PMID 24639542. doi:10.1073/pnas.1401201111. （原始内容存档 (PDF)于2017-06-11）. 
  8. ^ Cortical networks involved in visual awareness independent of visual attention. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2016, 113 (48): 13923–13928. PMC 5137756 可免费查阅. PMID 27849616. doi:10.1073/pnas.1611505113. 

延伸阅读

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外部链接

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