[深度] 高级认知的‘抽象’到底是什么？

深入介绍‘抽象’的一篇论文：（全文约5000字）

abstract：

In recent years, scientists have increasingly taken to investigate the predictive nature of cognition. We argue that prediction relies on abstraction, and thus theories of predictive cognition need an explicit theory of abstract representation. We propose such a theory of the abstract representational capacities that allow humans to transcend the “here-and-now.” Consistent with the predictive cognition literature, we suggest that the representational substrates of the mind are built as a hierarchy, ranging from the concrete to the abstract; however, we argue that there are qualitative differences between elements along this hierarchy, generating meaningful, often unacknowledged, diversity. Echoing views from philosophy, we suggest that the representational hierarchy can be parsed into: modality-specific representations, instantiated on perceptual similarity; multimodal representations, instantiated primarily on the discovery of spatiotemporal contiguity; and categorical representations, instantiated primarily on social interaction. These elements serve as the building blocks of complex structures discussed in cognitive psychology (e.g., episodes, scripts) and are the inputs for mental representations that behave like functions, typically discussed in linguistics (i.e., predicators). We support our argument for representational diversity by explaining how the elements in our ontology are all required to account for humans’ predictive cognition (e.g., in subserving logic-based prediction; in optimizing the trade-off between accurate and detailed predictions) and by examining how the neuroscientific evidence coheres with our account. In doing so, we provide a testable model of the neural bases of conceptual cognition and highlight several important implications to research on self-projection, reinforcement learning, and predictiveprocessing（PP） models of psychopathology

1 预测大脑理论认为预测是感知自下而上和预测自上而下结合的。

2 如果这种表征成功地预测了即将发生的事件, 则不需要太多额外的认知处理; 然而, 当检测到先验表示和自 下而上输入之间的差异时(即, 如果没有牛奶, 即所谓的预测错误), 则需要根据新证据更新心理表示.通常, PP 阵营的理论认为, 这种更新模仿了规范推理的规则, 特别是贝叶斯推理。

3 PP 方法, 特别是自由能主动推理理论, 可以提供大脑功能的统一理论(Hohwy 2013) 和认知科学的大范式(Clark 2013)

4 文献中人们普遍认为, 人类先进的预见能力必须依赖于同样先进的表征能力。从广义上讲, 这些表征能力被称为抽象能力或抽象思维?并与更具体的思维形成对比。这种相对抽象的和具体的心理表征之间的区别已经成为预测大脑理论不可或缺的一部分。

5 鉴于抽象心理表征在预测性大脑理论中的中心地位, 对表征抽象性的深入说明似乎对于发展预测性认知的综合说明至关重要。本文旨在提供这样一个说明。幸运的是, 这项工作不必从头开始。数十年对高阶认知的研究已经产生了丰富而复杂的理论概念化, 这些概念化了产生抽象思维的许多不同的表征实体。我们认为, 迄今为止, 这种丰富性和复杂性尚未与预测大脑及其神经基质的新发展范式充分联系起来。认知科学丰富的过去和现在之间缺乏整合可能阻碍了未来的发展。

6 这种分离可以追溯到早期的问题, 即不同抽象认知理论之间的整合不足, 以及不同有影响力的框架作品之间缺乏联合词汇。在目 前的手稿中, 我们提供了一个统一的抽象概念化, 我们将其进一步整合到新发展的预测思维框架中。在这样做的过程中, 我们的目 标是全面描述人们穿越此时此地的能力的代表性基础。我们从先前对解释水平理论的研究(例如, Liberman & Trope 2008; 2014; Trope & Liberman 2010) 演变而来的, 旨在实现两个目 标。首先, 我们试图阐明抽象心理表征的多样性; 其次, 我们希望将这种多样性整合到一个统一的框架下, 该框架可以通过进一步的实验进行测试、 完善和修改

1 抽象的心理实体是如何出现的

7 尽管“抽象” 一词被广泛使用, 但很少有人尝试为这种基本结构提供定义。

我们首先提供‘抽象’一词的定义, 该定义将作为我们随后分析抽象心理表征及其在预测中的作用的基础

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1我们的定义侧重于抽象作为一种与心理状态 (即信念、 欲望、 意图) 相关的现象，这些心理状态“指向” 一个(物理或心理) 对象, 并具有满足条件

例如, 当一个人相信地球是圆的, 那么当新的观察表明地球是圆的时, 这种信念就可以得到满足。

当一个人想吃冰淇淋的时候, 吃冰淇淋就可以满足这个愿望; 当一个人打算报税时, 一旦报税, 这个意图就可以满足。换言之, 满意度类似于将一个人的内心状态与世界状态之间的差异最小化。

2 只要存在一种可以被对象 A 满足但不能被对象 B 满足的心理状态, 就可以说这些对象在感知者的头脑中作为主观上可区分的对象存在

3 我们将抽象行为定义为形成一种信念 , 即两个或多个主观上可区分的对象满足一种信念、 欲望或意图。

9 婴儿想要喝奶。一种本能导致它把各种各样的东西放进嘴里。一种感知模式, 从外部⻆度来看, 我们称之为“母亲”, 它反复满足婴儿的欲望, 无论母亲穿着(发痒的) 毛衣还是(光滑的) T恤。根据我们的定义, 一旦这种可替代性被表示为婴儿心理系统中的一个新实体(一旦它形成了可区分对象满足欲望的信念), 它就执行了一种抽象行为。在对基本学习过程的研究中, 这种抽象行为通常在术语泛化(例如, Pearce 1987; Shepard 1987) 和识别下进行讨论

10 重要的是, 在所有情况下, 抽象都认为(至少) 两个主观上不同的对象是等价的，以及满足相同心理状态的任何其他对象

（共同的特征）

1.1 抽象行为的输出

11 抽象的输出是一个信念, 即两个或多个主观上可区分的对象满足一个信念、 一个愿望或一个意图。这种信念的涌现输出是, 一个人拥有一种心理表征, 使他们能够在对象和他们满足的心理状态之间建立联系

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We refer to the set of distinguishable objects as the concreta.

We refer to the rule (or algorithm, function) that determines/ picks-out the set of equivalent objects (the concreta) for a given mental state as the criterion of substitutability

2 criteria of substitutability can take a form such as “things that are tasty are often made of chocolate”; this means that they can implement a theory (Murphy & Medin 1985). Theories allow us to generate predictions of (or imagine) future members of a set, rather than just assign a probability of class membership given a list of features (i.e., they implement a generative model, Ng & Jordan 2002).

3 We refer to the newly generated mental object that instantiates (1) and stands for (2) as the abstractum.

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Because cognition allows the outputs of abstraction to serve as concreta for additional acts of abstraction (Berwick et al. 2013), we can speak of mental representations as forming a continuum of abstractness. We define abstractness as a relative term that refers to the relation between two abstracta.（范畴论）

Whenever we can say that abstractum X is part of the concreta of abstractum Y, we will say that abstractum Y is more abstract than abstractum X.

16 在我们的定义中, 如果观察者在任何意义上都无法区分两个对象, 那么头脑中只有一个对象, 因此没有抽象。可区分性的要求意味着抽象涉及到至少两个维度 : 一个维度上刺激不同, 另一个维度上它们将被认为是相同的。因此, 当执行抽象行为时, 人们会做出(有意识或无意识) 决定哪个维度是中心, 通过这样做, 一个人将其他维度指定为在当前上下文中是次要的或不相关的

（共同的特征）

17 因为抽象需要选择/关注一个维度而忽略其他可能突出的维度, 所以许多抽象行为可能依赖于通常被称为“认知控制” 和“选择性注意” 的认知操作

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2.认知科学不应忽视的多样表征本体

2.1.1. Modality-specific features, objects, and relations

超越具体表征的第一步可以追溯到发现不同感知特征(例如, 颜色、 响度、 鼻子) 之间的同一性, 以及表征持久性的形成基于感知模式相似性(或“对象持久性”; Piaget 1954) 的对象。对象持久性依赖于一种信念的形成, 即出现在不同空间和时间上下文中的不同感觉印象是等价的, 因为它们都属于同一个对象

（共同的特征）

2.1.2. Multimodal features, objects, and relations

通过时空连续性结合在一起。例如, 当一个蹒跚学步的孩子同时体验到狗的(特定模式的) 声音和狗的(特定模式的) 视觉时, 它会生成狗的多模式抽象。再举一个例子, 在获得食物之前反复听到铃声的动物可以将这两种模式结合在一起。特定模态抽象的发现通常依赖于先天的可替代性标准, 而多模态抽象通常是通过个人经验获得

两种类型的多模式表示需要特别考虑。首先, 一个人可能将共享时间上下文的各种不同对象组合在一起(例如, “公园里追逐⻜盘的狗”)。由此产生的抽象可以称为心理事件18 (Tulving 1984)。

第二类重要的多模态表示是引 理, 它是我们心理词典的实体(Roelofs 1992)。这些是抽象的, 其具体包括特征/对象/关系的特定模态表示, 以及与之共同出现的语言符号(书面、 口头)。例如, 香蕉的引 理将香蕉的图像、 与香蕉相关的味觉体验、 视觉符号“香蕉” 和听觉模式

（共通的表现）

2.1.3. Categories

一种特别重要的类别是其具体是无形实体的类别。如前所述, 抽象的基本行为涉及将特定时空事件的感知转换为特定于模态的对象(例如, 我的自 行车的图像); 形成多模式表示是另一个步骤(我的自 行车), 然后可以形成一个包含不同多模式对象的类别(类别“运输方法”)

每当两个或更多无形实体被认为满足某种精神状态时, 我们将所产生的抽象称为无形的抽象。围绕无形抽象的一个大问题是无形的对象、 特征和关系首先是如何在头脑中占据一席之地的; 这种能力被认为是人类和非人类动物之间分歧的关键点

（共同的作用）

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2.2. Forming complex mental structures

2.2.1. Network structure

2.2.2. Hierarchical structure

2.2.3. Temporal structure

情节定义为一种多模式抽象, 它基于紧密的时间连续性绑定抽象。这可能会给人一种印象, 即情景记忆是离散事件的碎片挂毯。然而, 离散的情节也可以通过时空连续性(例如, Tulving 1985) 绑定在一起, 从而产生可以跨越数小时甚至数天的多模态摘要的层次结构。例如, 情节 A(去健身房) 和情节 B(洗澡) 可能会绑定到情节 C(健身房和淋浴)

（共通的联系）

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2.3. How can mental structures interact with other mental structures?

我们在本体中设定的最后一个实体(在语言学中已被广泛讨论, 但在心理学和神经科学中很少讨论) 是谓词。与我们讨论过的其他抽象类型一样, 谓词实例化一个规则, 该规则确定在满足特定心理状态(可替代性标准) 方面等效的实体集。例如, 谓词“红色” 将某种视觉处理特性定义为刺激被视为等价的维度, 忽略其他维度上的不相似性(如对象身份; 它的具体包含不同的对象, 如“红狗” 和“红色车”)。至关重要的是, 为了使抽象“红色” 成为一个谓词(而不是“普通” 类别“红色”), 它必须要求对其具体子集的规范，通过采用另一个实体(不同的抽象; 例如, “dog”、“apple”) 作为输入参数。因此, 谓词是表现得像函数的表示。

（共通的联系）

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谓词所包含的这种规范在人类认知中起着至关重要的作用: 它允许我们以系统的、 基于规则/算法的方式修改表示(Bogdan 2009; Fodor & Pylyshyn 2014)。在这样做的过程中, 谓词启用了一种所谓的“思想语言” (Fodor 1975) ，一个我们使用心理表征系统地协调心理表征修改的平台。

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关系谓词可能在高阶认知中发挥特别重要的作用。例如, 掌握逻辑关系系统的使用允许出现正式的推理系统

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3. What is Mental Travel？

减轻无知和不确定性的尝试是一种人类认知中的重要力量

减轻不确定性的至关重要性也是 PP 理论的一个标志。最值得注意的是, 主动推理理论 (Friston 2010)将所有认知活动包含在一个单一的表观命令之下， 试图减少我们期望在与现实的下一次交互中体验到的惊喜 (一个称为“自 由能” 最小化的过程)。在信息论的术语中, 预期意外与不确定性相同。因此, 主动推理理论表明, 有机体所做的每一个动作都是为了减少不确定性。

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尽管预测未来至关重要, 但未来只是人类试图跨越的众多认知和社会障碍之一。重要的是, 与主动推理理论类似, 我们认为穿越时间距离的过程与试图穿越其他认知障碍的过程有许多共同点。

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模拟的功能源于运行模拟的人自 我投射到模拟中的事实, 即成为模拟情境中的代理人。当模拟生动而详细(因此类似于直接感知) 时, 面向现实的过程(例如, 感觉运动和情感/动机处理、 时空关联、 脚本) 与它们在现实生活中的反应相似(Gallese & Goldman 1998 年; 戈登1986 年; 莫尔顿和科斯林2009 年)。通过“阅读” 模拟自 我的反应, 人们可以产生有关情况的新知识并决定如何行动

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我们认为模拟并不是人们穿越未知的唯一途径。

相反, 人们也可以使用基于理论的推理; 即, 依靠类比推理

与模拟不同, 这种形式的推理不需要构建类似于感官现实或经验结果的表示(例如, 听到我脑海中的音乐, 感到愉悦); 因此, 基于理论的推理更可能依赖于更高抽象性的心理表征, 例如高度抽象的类别、 无形的抽象和谓词。

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4. The members of our diverse representational ontology all help in meeting the challenges of mental travel

心理旅行的挑战源于这样一个事实, 即没有目 标表征永远与现实相同。然而, 在具体层面上看起来不同的东西可以在更抽象的层面上被视为相似。在最基本的层面上, 抽象通过在不同体验之间引 入不变性使心理旅行成为可能。

因此, 尽管你不能两次踏入同一条河流, 正如赫拉克利特的著名 格言所说, 拥有一个多模态的抽象水会给这个无穷无尽的多样性带来稳定性, 从而可以预测, 任何时候你把脚放在河里, 它都会感到潮湿

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4.1. The challenge of optimizing the accuracy/detail tradeoff of the target representatio

心理表征的分层组织有助于以优化准确性-细节权衡的方式构建目 标表征。通过评估手头的知识量, 人们可以调整她的预测的详细程度和具体程度。基于这种逻辑, 解释水平理论预测, 每当人们考虑心理上更遥远的事件时，因此涉及更多的不确定性?? 准确性/细节权衡的最佳点会转向更高层次的抽象性和更少的细节(Shapira et al. 2012 )。这种逻辑也与奥卡姆剃刀法则的规范原则相一致, 根据该原则, 最佳模型是引 入最少(未经证实的) 假设的模型。

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4.3. The challenge of creating a richer repertoire of possible target-representations

情景记忆的重新洗牌使我们能够产生许多新颖的结构, 从而想象以前未遇到的事件。根据我们的说法, 我们在构建目 标表征时所利用的心理内容库不仅限于情景记忆。相反, 人类使用他们完整的源表示库来增强他们构建大量替代世界的能力。

更多完整内容请参考原论文。