本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
生物学家杰拉尔德·埃德尔曼——我遇到的真正伟大的科学人物之一,他的工作引发了关于科学界限的深刻问题——去世了。1992年6月,我在纽约洛克菲勒大学采访了埃德尔曼。埃德尔曼随后离开洛克菲勒,前往加利福尼亚州斯克里普斯研究所领导一个神经科学中心。埃德尔曼享年 84 岁,在他位于拉霍亚的家中去世。以下是我 1996 年出版的著作《科学的终结》中对埃德尔曼的个人简介的编辑版本。
杰拉尔德·埃德尔曼围绕谜题摆姿势
杰拉尔德·埃德尔曼的职业生涯,就像他的竞争对手弗朗西斯·克里克一样,是折衷的,并且非常成功。还在读研究生时,埃德尔曼就帮助确定了一种对身体免疫反应至关重要的蛋白质分子的结构。1972 年,他因这项工作而分享了诺贝尔奖。埃德尔曼转而研究发育生物学,即研究单个受精卵如何变成成熟的生物体。他发现了一类名为细胞粘附分子的蛋白质,被认为在胚胎发育中起着重要作用。
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然而,所有这一切仅仅是埃德尔曼创建心智理论的宏大计划的序幕。埃德尔曼在他的三本书中阐述了他的理论:《神经达尔文主义》、《被记住的当下》和《明亮的空气,灿烂的火焰》。该理论的要点是,正如环境压力选择物种中最适者一样,进入大脑的输入也通过加强神经元之间的连接来选择神经元组——例如,对应于有用的记忆。
埃德尔曼膨胀的野心和个性使他成为记者们着迷的对象。《纽约客》的一篇个人简介称他为“运动、能量和原始智力的苦行僧”,他“既像亨利·扬曼又像爱因斯坦”;它提到批评者认为他“是一个建立帝国的自大狂”。
在 1988 年的《纽约时报杂志》封面故事中,埃德尔曼两次将自己称为上帝。在讨论他在免疫学方面的工作时,他说“在我来之前,那里是黑暗——之后那里是光明。” 他称一个基于他的神经模型的机器人为他的“造物”,并说:“我只能像上帝一样观察它。我俯视它的世界。”
当我在一个温暖的六月天拜访洛克菲勒大学的他时,我亲身体验了埃德尔曼的自负。埃德尔曼是个身材魁梧的人。他身穿深色、宽肩的西装,散发出一种威胁性的优雅和亲切感。和他的书中一样,他不断打断谈话,讲述故事、笑话或格言,但这些故事、笑话或格言的相关性往往是模糊不清的。这些题外话似乎旨在表明埃德尔曼代表了理想的知识分子——既有学识又接地气,既博学又世故。绝非仅仅是实验主义者。
在解释他如何对心智产生兴趣时,埃德尔曼说:“我对科学中黑暗、浪漫和开放的问题非常兴奋。我不反对研究细节,但几乎只是为了解决这个封闭问题。”
埃德尔曼想找到伟大问题的答案。他获得诺贝尔奖的抗体结构研究已将免疫学转变为“或多或少封闭的科学”;核心问题,即免疫系统如何对外来入侵者做出反应,已得到解决。他和其他人帮助证明,自我识别是通过一种称为选择的过程发生的,该过程假设免疫系统具有无数种不同的抗体;外来抗原的存在会刺激身体加速产生或“选择”针对该抗原的抗体,并抑制其他抗体的产生。
埃德尔曼对开放性问题的探索不可避免地将他引向了大脑的发育和运作。他意识到,人类心智理论将代表科学的最终封闭,因为那时科学可以解释它自身的起源。
埃德尔曼对我说,考虑一下弦理论。弦理论能解释其主要倡导者爱德华·威滕的存在吗?显然不能。埃德尔曼指出,大多数物理学理论将与心智相关的问题归为“哲学或纯粹的猜想”。
“你读过我书中麦克斯·普朗克说我们永远无法解开宇宙之谜的那部分吗,因为我们就是谜题?”埃德尔曼问道。“伍迪·艾伦说过,如果我能重新活一次,我会住在熟食店里?”
在描述他对心智的方法时,埃德尔曼起初听起来像克里克一样坚定地以经验为基础。埃德尔曼强调,心智只能从生物学的角度来理解,而不能通过物理学、计算机科学或其他忽略大脑结构的方法来理解。
“除非我们有一个令人非常满意的神经解剖学理论,否则我们将不会有一个令人非常满意的大脑理论,好吗?就这么简单。” 可以肯定的是,像人工智能大师马文·明斯基这样的“功能主义者”说,他们可以构建一个智能生物,而无需关注解剖学。“我的回答是,‘等你展示给我看,那就行了。’”
但随着埃德尔曼继续说下去,很明显,与克里克不同,他是通过他特有的痴迷和野心的过滤器来看待大脑的。他似乎认为他所有的见解都是完全原创的;在他将注意力转向大脑之前,没有人真正见过大脑。他指出,当他开始研究大脑时,或者更确切地说,研究各个大脑时,他立刻被它们的多样性所震撼。
“在我看来,非常奇怪的是,在神经科学领域工作的人们总是谈论大脑,就好像它们是相同的,”他说。“当你看论文时,每个人都谈论它,就好像它是一台可复制的机器。但是当你真正深入观察时,在每个层面——而且有惊人数量的层面——真正让你震惊的是多样性。”
他评论说,即使是同卵双胞胎,他们的神经元组织也表现出很大的差异。这些差异远非无关紧要的“噪音”,而是非常重要的。“这相当可怕,”埃德尔曼说。“这是你根本无法回避的事情。”
大脑的巨大变异性和复杂性可能与哲学家从康德到维特根斯坦一直在努力解决的问题有关:我们如何对事物进行分类?埃德尔曼详细阐述说,维特根斯坦通过指出不同的游戏通常除了它们都是游戏之外,没有任何共同之处,从而突出了类别令人困扰的性质。
“典型的维特根斯坦,”埃德尔曼若有所思地说。“他的谦虚中带有一种炫耀。我不知道那是什么。他挑衅你,而且非常有力。有时是模棱两可的,而且并不可爱。这是一个谜,它围绕谜题摆姿势。”
埃德尔曼继续说道,一个小女孩玩跳房子游戏,国际象棋棋手,瑞典水手进行海军演习,橄榄球运动员都在玩游戏。在大多数观察者看来,这些现象似乎彼此之间几乎没有任何关系,但它们都是可能的游戏集合的成员。
“这定义了在商业中被称为多态集的东西。这是一件非常困难的事情。这意味着一个集合既不是由必要条件也不是由充分条件定义的。我可以在《神经达尔文主义》中向你展示它的图片。”
埃德尔曼从桌子上拿起他的书,翻阅着,直到找到一张代表多态集的两组几何形状的插图。然后他把书推开,再次全神贯注地看着我。“我很惊讶人们没有坐下来把这些东西放在一起,”埃德尔曼说。
当然,埃德尔曼确实把这些东西放在了一起:大脑的多态多样性使其能够对自然界的多态多样性做出反应。大脑的多样性不是无关紧要的“噪音”,而是“当遇到世界上未知的物理对应关系集时,选择将要进行的非常基础!对吧?嗯,这非常有希望。让我们更进一步。选择单位可以是神经元吗?”
不,因为神经元太二进制,不灵活。但是相互连接、相互作用的神经元组可以完成这项工作。这些组在响应来自世界的无限种类的刺激时相互竞争。成功响应的组变得更强大,而其他组则逐渐衰弱。
埃德尔曼继续自问自答。他说话缓慢而庄重,仿佛试图将他的话语深深地印在我的大脑中。这些相互连接的神经元组如何解决困扰康德和维特根斯坦的类别问题?通过重入。什么是重入?
“重入是在这些最初的几个属性形成的映射区域之间持续递归的信号传递,因此你通过大规模并行互惠连接来映射映射。它不是反馈,反馈是在两根导线之间,其中我有一个明确的功能,指令——正弦波输入,放大正弦波输出。”
他神情严肃,几乎愤怒,仿佛我突然成为了他所有心胸狭隘、心怀嫉妒的批评者的象征,他们说重入仅仅是反馈。
他停顿了一下,仿佛要让自己冷静下来,然后重新开始,大声、缓慢地说着,词与词之间停顿,就像一个游客试图让一个大概很笨的当地人理解他一样。
他继续说道,与批评者所说的相反,他的模型是独一无二的;它与神经网络毫无共同之处,他补充道,并在“神经网络”一词中掺杂了鄙视。为了获得他的信任——并且因为这是事实——我承认我一直觉得神经网络难以理解。(神经网络由人工神经元或开关组成,这些神经元或开关通过强度不同的连接连接。)
埃德尔曼得意地笑了。“神经网络涉及隐喻的延伸,”他说。“存在着巨大的差距,你会说,‘是我自己有问题,还是我错过了什么?’”他的模型没有这个问题。
我开始问另一个关于重入的问题,但埃德尔曼举起手。他说,现在是时候告诉我他的最新造物——达尔文 4 号了。验证他的理论的最佳方法是观察活体动物神经元的行为,这当然是不可能的。埃德尔曼说,唯一的解决方案是构建一个体现重入循环原理的自动机。埃德尔曼和他的同事们已经建造了四台机器人,每台都命名为达尔文,每台都比上一台更复杂。事实上,埃德尔曼向我保证,达尔文 4 号根本不是机器人,而是一个“真正的生物”。它是“第一个真正学习的非生物事物。明白了吗?”
他再次停顿了一下,我感到他的福音派热情向我袭来。他似乎想营造一种戏剧感,仿佛他正在拉回一连串的面纱,每一层面纱都隐藏着一个更深的谜团。
“我们去看看吧,”他说。
我们走出他的办公室,沿着走廊走去。他打开一间房间的门,里面有一台巨大的、嗡嗡作响的大型计算机。埃德尔曼向我保证,这就是达尔文 4 号的“大脑”。然后我们走到另一个房间,在那里,生物本身正在等待着我们。一堆轮子上的机器,它坐在一张铺着蓝色和红色积木的胶合板舞台上。也许是感觉到了我的失望——任何看过《星球大战》的人都会对真正的机器人感到失望——埃德尔曼重申,达尔文 4 号“看起来像机器人,但它不是”。
埃德尔曼指出了“鼻子”,一个顶端装有光敏传感器和磁性夹具的杆。安装在一面墙上的电视监视器闪烁着一些图案,埃德尔曼告诉我,这些图案代表了达尔文大脑的状态。
“当它找到一个物体时,它会戳上去,抓住它,然后它会得到好或坏的值……这将改变这些东西的扩散关系和突触学,这些东西是脑图”——他指着电视监视器——“这些脑图会削弱或加强改变肌肉运动的突触。”
埃德尔曼盯着达尔文 4 号,它仍然顽固地一动不动。“嗯,这需要相当长的时间,”他说,并补充说“所涉及的计算量令人毛骨悚然。”
最后,机器人动了,这让埃德尔曼明显松了一口气,并开始在平台上缓慢地滚动,轻推积木,留下蓝色的积木,用它的磁性“鼻子”捡起红色的积木,并将它们带到一个埃德尔曼称为“家”的大盒子里。
埃德尔曼给了我一段实况解说。“哦哦,它刚刚移动了它的眼睛。它刚刚找到了一个物体。它捡起了一个物体。现在它要去寻找家了。”
它的最终目标是什么?我问道。
“它没有最终目标,”埃德尔曼皱着眉头提醒我。“我们给了它价值观。蓝色不好,红色好。” 价值观是普遍的,目标是具体的。
埃德尔曼详细阐述说,当他还是个青少年时,他渴望玛丽莲·梦露,但玛丽莲·梦露不是他的目标。他拥有价值观,这些价值观使他渴望某些女性特质,而玛丽莲·梦露恰好体现了这些特质。
我残酷地压制住埃德尔曼和玛丽莲·梦露的涌现的画面,问道这个机器人与所有其他被编程为学习的机器人有何不同。埃德尔曼回答说,他的下巴绷紧,不同之处在于,虽然达尔文 4 号拥有价值观或“本能”,但其他机器人需要特定的“指令”才能完成任何任务。
但是,我问道,难道所有的神经网络不都是为了通用的学习程序而避开特定的指令吗?
埃德尔曼皱着眉头。“但是所有这些,你都必须专门定义输入和输出。这是最大的区别。我说得对吗,胡利奥?” 他转向一位加入我们并默默地听着我们谈话的愁眉苦脸的年轻博士后。
片刻犹豫后,胡利奥点了点头。埃德尔曼咧嘴一笑,指出大多数人工智能设计师试图从上到下编程知识,而不是让知识从价值观中自然产生。他说,以狗为例。猎犬从一些基本本能中获得知识。
“这比任何一群哈佛男孩为沼泽编写程序都更有效!” 埃德尔曼哈哈大笑,瞥了一眼胡利奥,胡利奥也有些不安地加入了笑声。
但是我坚持认为,达尔文 4 号仍然是一台计算机,一个在计算机上运行的机器人;当埃德尔曼称其为具有“大脑”的“生物”时,他是在使用隐喻的语言。
当我说话时,埃德尔曼嘟囔着“是的,好吧,好吧”,同时快速地点头。他说,如果计算机被定义为由算法或有效程序驱动的东西,那么达尔文 4 号不是计算机。诚然,计算机科学家可能会编程机器人来做达尔文 4 号所做的事情。但他们只是在伪造生物行为,而达尔文 4 号的行为是真正生物性的。
埃德尔曼告诉我,如果某个随机的电子故障扰乱了他的造物中的一行代码,“它会像一个受伤的生物体一样自行纠正,然后它会再次运行。我对另一个造物做同样的事情,它就会当场死机。”
我没有指出许多程序都具有这种弹性,而是询问埃德尔曼,一些科学家抱怨他们根本不理解他的理论。
他回答说,大多数真正的新科学理论都必须克服这种阻力。他邀请那些抱怨他的著作晦涩难懂的人——尤其是生物学家冈瑟·斯特恩特,斯特恩特曾告诉《纽约时报》,他发现埃德尔曼的理论令人费解——来拜访他,以便他可以亲自解释他的工作。没有人接受他的提议。
“我相信,晦涩难懂之处在于接受,而不是传播,”埃德尔曼说。(实际上,斯特恩特在我采访埃德尔曼之前不久接受了我的采访,他在与埃德尔曼一起乘坐跨大西洋航班后,才对埃德尔曼的工作做出了决定。)
这时,埃德尔曼不再试图掩饰他的恼怒。当我问及他与弗朗西斯·克里克的 关系时,埃德尔曼突然宣布他必须参加一个重要的会议。他将把我交给他能干的年轻同事。
“我与弗朗西斯有着非常长期的关系,这不是人们可以在出门时——砰!砰!——回答的事情。或者,正如格鲁乔·马克斯所说,‘离开,永远不要再弄脏我的毛巾!’” 他在一阵空洞的笑声中离开了。
埃德尔曼有崇拜者,尤其是神经学家奥利弗·萨克斯。另一方面,克里克代表了许多神经科学家的看法,他指责埃德尔曼将“可呈现的”但并非非常原创的想法隐藏在“术语的烟幕”背后。
克里克告诉我,埃德尔曼的达尔文主义术语与任何真正的达尔文进化类比无关,而更多的是与修辞上的夸大有关。克里克建议,埃德尔曼的理论,他称之为“神经达尔文主义”,应该更名为“神经埃德尔曼主义”。
“杰瑞的问题在于,”克里克说,“他倾向于提出口号,并在不真正注意别人在说什么的情况下挥舞它们。所以真正令人抱怨的是炒作太多了。”
塔夫茨大学哲学家丹尼尔·丹尼特参观了埃德尔曼的实验室,但仍然印象不深。在对埃德尔曼的《明亮的空气,灿烂的火焰》的评论中,丹尼特认为埃德尔曼仅仅提出了旧思想的相当粗糙的版本。丹尼特认为,尽管埃德尔曼否认,但他的模型确实是一个神经网络,而重入确实是反馈。
丹尼特断言,埃德尔曼还“以初级水平误解了他所处理的哲学问题”。丹尼特解释说,埃德尔曼可能公开鄙视那些认为大脑是计算机的人,但他使用机器人来“证明”他的理论表明,他持有相同的信念。
一些批评者指责埃德尔曼故意试图通过用他自己特有的术语包裹他人的想法来窃取他人的功劳。我自己的、稍微更宽容的解释是,埃德尔曼拥有经验主义者的大脑和浪漫主义者的内心。当我问他是否认为科学原则上是有限的还是无限的时,他似乎以他典型的迂回方式承认了这一点。
“我不知道那意味着什么,”他回答说。“我知道当我说数学中的一个系列是有限的还是无限的时候,那是什么意思。但我不知道说科学是无限的意味着什么。举个例子,好吗?我将引用华莱士·史蒂文斯:《死后遗作》。‘从长远来看,即使真理也无关紧要。风险是承担的。’”
埃德尔曼补充说,爱因斯坦在被问及科学是否已经枯竭时回答说:“可能,但用气压波来描述贝多芬交响曲有什么用呢?” 埃德尔曼解释说,爱因斯坦暗示,仅凭物理学无法解决与价值、意义和其他主观现象相关的问题。
人们可能会回应说,用“重入神经环路”来描述贝多芬交响曲有什么用呢?用神经元代替气压波或原子或任何物理现象,如何能公正地对待心智的魔力和神秘性呢?
埃德尔曼无法接受,正如弗朗西斯·克里克所说,我们“只不过是一堆神经元”。因此,埃德尔曼混淆了他基本的神经理论——用从进化生物学、免疫学和哲学中借用的术语和概念来充实它——以便赋予它额外的宏伟、共鸣和神秘感。他就像一个冒着晦涩难懂的风险——甚至追求晦涩难懂——的的小说家,希望获得更深层次的真理。
但对埃德尔曼来说,最终,对真理的探索比真理本身更重要。
照片:Anders Långberg,维基共享资源,http://en.wikipedia.org/wiki/File:Professor_Gerald_M._Edelman.jpg