Monday, January 01, 2007

心靈狀態的內容與讀心機的未來

人類想要透過機器來得知其他人的心靈狀態,已經不是一天兩天的事了,不過始終沒有成功過。以早期的測謊器而來說,充其量只能利用一些生裡的反應來分辨受測者是否在說謊,至於成功分辨率,那就更別提了。

不過,近代的功能性磁振造影(functional magnetic resonance imaging,簡稱fMRI)技術,似乎讓讀心機的未來露出了一點曙光。這個技術主要是在測量受試者腦中的血氧濃度(血液中的含氧濃度)變化,簡而言之,就是當我們測量到某腦區的血氧濃度產生變化時,我們就可以合理推測該腦區正在被使用中。

這個技術在認知心理學和認知神經科學上已被廣泛運用,主要是被用來劃分、區別出各個腦區的不同功能,或者反過來說,它可以被用來找出某個認知功能是在哪一個腦區中被執行。

靠著這個技術,科學家已經發現不少專化的腦區,例如有些腦區專門負責處理人臉辨識、有些負責處理色彩、有些腦區則負責處理視覺上的動態資訊。透過這些發現,目前已經能夠在實驗室中輕易的判斷究竟受試者是否正在觀看某些物體、特徵、或特質(例如人臉、色彩、或動態畫面等等)。也就是說,研究者只要觀察受試者腦中的血氧濃度變化、看看那些專化的腦區有沒有被激發,就可以輕易的知道究竟受試者是否正在觀看一張人臉、色彩、或者是一個動態畫面。

這些發現已經不是什麼新聞了,很多批評者認為這項技術也僅能告訴我們這些而已,充其量不過一種是新的顱相學(New Phrenology)罷了<註一>,他們質疑,這個技術只能告訴我們哪個腦區在做些什麼事,僅此而已,至於「細部的機制」與「心靈狀態的內容」(mental content)是不可能透過這個技術得知的。

換句話說,這些反對者認為,這個技術只能告訴我們受試者所看到的事物是哪一個粗略的「類別」(人臉、顏色、或視覺動態),但對於詳細內容卻是無法得知的(哪一個人的臉、哪一種顏色、或往哪一個方向運動的視覺動態),因此,讀心機?還早的很。

雖然這個說法有其道理,但對這個技術的擁護者則不以為然。例如,最近一系列的研究又有了一些新的突破。一些認知科學家發現,我們可以利用「腦區中的血氧濃度變化『模式』」來判斷究竟受試著看到的視覺內容是什麼。舉例來說,這些科學家發現,當我們看到「線段」時,第一視覺皮質(primary visual cortex,又稱 V1)中的血氧濃度會產生變化,而且,血氧濃度的變化模式會因為線段的角度不同而跟著稍有不同。也就是說,看到垂直線段和看到水平線段會產生兩種稍微不同血氧濃度變化模式。

根據這個發現,科學家們可以清楚的利用某個腦區中的「血氧濃度變化『模式』」來判斷究竟受試者的心靈狀態內容。例如,看到的線段是哪個角度、看到的顏色是哪一種、物體的運動是哪個方向等等。

雖然這個發現與完整的解讀心靈內容仍有著一段遙遠的距離,更不用說要在實驗室之外解讀那些複雜、動態的心靈內容,不過這個發現顯然是讓讀心機的發展又向前邁進了一步。利用機器來分析和解讀心靈狀態,對於一些科學家來說,只有技術上的困難,沒有理論上困難。<註二>

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<註一>、顱相學這個名稱主要是由一位奧地利醫生高爾(Franz Joseph Gall)於兩百年前所提出,他認為大腦可以區分成許多不同的部位,各自負責不同的認知功能,且各個腦區上方的頭顱上方會隆起並有些微差異,因此從顱骨的外型可以判斷一個人的心理、人格、與認知差異。

<註二>、延伸閱讀可以參考:Haynes, J.-D. and Rees, G. (2006). Decoding mental states from brain activity in humans. Nature Review Neuroscience. 7, 523-34.

2 comments:

Yoshi said...

想想也真巧,我最近才跟一群醫學系的人談到心理內容的問題。而Uttal那本書我有翻過,也在曾志朗的課堂上簡單報告過。

關於此事,我有些想法....基本上我不認為大腦沒有乘載任何內容,但我質疑,大腦是否乘載了完整的心理內容。而這質疑,簡單說就是對心靈哲學與知識論裡頭的"Brain in a Vat Thesis"(簡稱BIV,不是某種病毒,不過效果與病毒比之並不遜色 -- 可謂某種思想病毒)的質疑。而讀心機,背後似乎對這thesis有某種隱藏或顯然的背書(committment);讀心機一說,必須先預設心理內容完整地被大腦乘載著,讀心機的發展才有理論上的可能空間。

我的想法是,大腦的確處理從外進入的資訊(information),也以一定的方式儲存這些資訊,即使並不完整。但大腦無法「重建」,或說,產生、複製一樣複雜完整的資訊。大腦不需要如此,也可能根本無法如此。

我的看法是,完整的心理內容不一定預設一個外在世界,但至少需要預設一個外在的,有結構的"資訊體"(body of information)。資訊體本身是外在的,它被大腦處理,也一部份被大腦儲存,但它不等同於腦活動。腦活動對映到的是「資訊處理」這件事本身,但到底處理"什麼",我們無法透過腦活動就完整地得知。用個比喻來說:腦活動就像一個人四肢在物理空間裡的實際動作,但這個人到底是在騎腳踏車,還是其實只是在某室內運動器材上健身,我們無法得知,因為四肢活動看起來都一樣。除非我們把那個人的環境也納進來,否則無法得知到底他是與腳踏車,還是運動器材互動。

不過這基本上是傳統身心問題的一個版本、一種談法,是形上學問題就是了。另一個我想說的是關於知識論與方法學的問題。

你提到線段與"血氧濃度變化模式"之間彷彿一對一的對映關係,我想到幾個問題:

要知道眼前的受試到底看到什麼,一個不可避免,同時也是最直接可靠的方法就是問受試到底看到了什麼。而與此同時,我們發現了受試大腦某區域的血氧濃度呈現某種模式。另一方面,呈現給這受試也與他口頭報告一致。

也就是說,受試的口頭報告是我們在確定心理內容為何的時候,一個可能根本無法移除的知識論條件;即,對於第三者來說,要「知道」受試到底看到什麼,受試的口頭宣稱是一個無法被取代或消除的必要條件。甚至不只是必要條件而已,它還是條件中,有某種優先特性的條件。

因為,刺激可以移除或更變、大腦活動也可以是另外一種模樣,只要口頭報告說有看到什麼,那麼,我們就有合理的理由相信受試真的有看到什麼。

而大腦的血氧濃度變化模式,就算我接受它和視覺內容有著一對一的關係,這知識基本上也還是奠基在受試著口頭報告上的。因此,移除受試著口頭報告,我們是否可以單憑腦活動就說受試看到什麼呢?

更麻煩的情況是,如果受試此時說的話與腦活動的判讀結果不一致,我們要信哪個?哪一個才是可靠的?(想像在法庭上)

再來。我來玩點邏輯小遊戲。我們如何客觀地排除受試其實看到的是「水平直線或紅色」、「垂直直線或綠色」?我相信你知道這問題的嚴重性,因為在"or"的另一端,我們可以放上任何東西。而要排除,我們有幾乎無限多的東西需要排除。而這問題在此有意義,根本上還是因為,心理內容是內在的,無法直接拿來客觀檢視,不能說排除就排除,那樣太天真了。而這同時也部分說明了,受試口頭報告於第三者對受試心理內容知識的獲得這過程的重要性。

最後一個:我們如何判斷,該血氧濃度模式對映的是「水平直線」這樣的心理內容,還是「判斷是水平直線而非垂直直線」這樣的一種心理活動?

這兩者顯然不同。血氧濃度模式的不同也有可能對映的是某種區辨能力或活動,而非內容本身。

我認為,真的要搞清楚到底受試看到什麼,有兩件事最重要:

第一、受試他說他到底看到什麼。
第二、往受試的眼睛注意力方向望去,看那兒,到底有什麼。

最後才是看腦活動,但其實腦活動在此,並沒有那麼重要。因為,內容本來就不在腦裡(不全在腦裡)。

Brown said...

轉錄兩位 ptt 版友 misslesub 和 mouung 在 Biotech 版的回應:

misslesub:

嗯…核磁共振仍受限於靈敏度的關係,所以最大的測量物質仍為水分子(水分子上的氫核)如果未來可以進一步增加十倍、百倍於這個限度,達到測量其他濃度更低的分子(的氫核)(可能百倍仍然不足),那麼離這個境界應該就更進一大步。

這個技術另外一個瓶頸也是經費與時間,機器通常需要比較長的時間得到足夠量的切面,如果你沒有切到你要的面,那麼也許就不容易發現想找的現象,這個還需要真正作這一方面的人來回答。

買一部高磁場的儀器,維持這部儀器、操作這個儀器,都需要龐大的經費…目前不知道有幾個學校有可以100%運用在研究上的儀器?

mouung:

MRI 偵測極限的問題最近已經有重大突破囉,Berkeley 核磁共振大佬 Alex Pines 最近在 Science 一篇文章將偵測極限推進一萬倍,主要利用的技巧是 hyperpolarized xenon,有興趣的朋友可以看看 Berkeley 網頁的介紹:
HYPER-CEST MRI Breaks New Ground in Molecular Imaging