自信和科学的怀疑精神——记陈霖教授

生物谷

陈霖：知觉过程是从哪里开始的？

视知觉研究200多年的历史，始终贯穿着“原子论”和“整体论”之争。原子论认为, 知觉过程开始于对物体的特征性质或简单组成部分的分析，是从局部性质到大范围性质。

而整体论却认为，知觉过程开始于物体的整体性的知觉，是从大范围性质到局部性质。

现代知觉研究的一个中心问题“特征捆绑问题”(feature binding problem), 正是原子论和整体论之争发展到现在的延续。原子论的思路认为，物体的知觉开始于把物体分解成知觉的局部特征性质。然而一个无法回避的简单逻辑问题是，无论一个物体被分解成什么样的特征和组成部份，仅仅靠这样或那样的分解不可能完全回答物体是如何被认别的；我们并不是知觉到孤立的各种特征性质，我们知觉的是整个物体，因此在视觉过程的某一阶段必定存在某种过程，把这些分离开来的特征结合起来形成整个物体的知觉。这方面的问题被称为“特征捆绑问题”。特征捆绑问题也是当前任何人工智能系统，包括计算机视觉，研究的一个中心问题。“并行分布”、“大规模并行”是目前人工智能解决困难的一种主要途径。然而，任何一个并行系统，如果有多个特征的分布的表达，那么就必然存在哪些分布的表达属于同一个整体的问题。这也就是说，特征捆绑问题是任何一种并行系统不能回避的固有的问题。

根源于原子论的“特征捆绑问题”，看起来也好象是很自然、直截了当的问题，却成为目前知觉研究乃至认知科学的一个根本性的难题。人类的知觉系统或者计算机系统，如何实现特征捆绑而形成整个物体的知觉？迄今各种可能的尝试，包括基于空间、基于时间和基于各种特征性质的特征捆绑的机制都遇到了深刻困难。诺贝尔奖得主Kandel等人(2003)最近对这样的形势评论说：“令人惊奇又非常失望的是，尽管特征捆绑问题对于理解认知的功能和机制是如此重要，尽管近年来特征捆绑问题引起如此的重视和投入大量的研究资源，我们仍然没有能够达到对特征捆绑问题形成共识的理解；我们只有寄希望在下一个十年有新概念和新技术的应用来解决这个难题。”

大范围性质到局部性质的拓扑性质初期知觉模型提出了解决这个难题的一种可能的新概念、新思路。根据拓扑性质初期知觉理论，就“视觉过程是从哪里开始”的基本问题而言，特征捆绑问题的困难的根本原因是，它是一个因果关系颠倒的问题，一个 “头脚倒立”的错误问题。大范围性质到局部性质的拓扑性质初期知觉模型可能把这个颠倒的问题再颠倒回来。本报告将讨论我们最近一系列知觉组织的新实验，包括例如，基于物体 (object-based)的选择性注意理论研究，多个物体跟踪(multiple object tracking)研究，视觉注意捕获(capture attention)研究，动态记忆的研究等方面的实验新发现。这些在知觉组织领域的实验研究新进展表明，大范围拓扑性质的知觉组织为研究特征捆绑问题提供了有希望获得突破的新思路。

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