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信息的传递和储存都是可以量度的，而思维的过程、信
息的传递和信息的储存密切相关，因而，从信息论的观点去
研究思维，可以得到一些定量的规律。
讯；也有人脑（或电脑）与外界环境交换
思维的过程既有人脑（或电脑）里交换信息的微观过
程，且称为脑内
信息的宏观过程，且称为脑外通讯。思维尽管是一种很复杂
的过程，但总是以感觉、知觉、记忆等心理过程为基础的。
思维的规律可以从感知水平与认知水平两个水平上进行探
讨。当然感知水平与认知水平是密切联系的。
感知水平，是研究外界各种信息传递到人（或机器人）
的感官后引起各种反应的规律。主要公式是信息的
单位是比特。这是通过形成条件反射，用以解决简单问题。
认知水平，是研究通过感知得到的信息，如何以组块形
式储存在人脑（或电脑）里，以及如何以产生式系统的方式
去解决问题。主要公式是。信息的单位是组块。它解
决的问题往往比感知水平能解决的问题复杂得多。
第 152 页
韦伯
刺激
得到
不明确
分贝与比特
感知水平上的定量规律，是实验心理学上著名的韦伯
费希纳定律，表为：
表示为人的感觉的大小， 表示信号刺激强度， 表
示最小阈限（下阈限）的刺激强度，
的试验次数中能引起
为一常数。当外界刺
激（声波、光波等等）的强度小于最小阈限，人不能感知外界信
息。同理，存在一个最大阈限（上阈限）的刺激强度。当外界
激刺的强度大于最大阈限时，人的感官不能忍受这一强度，
也不能感知外界信息。阈限都是反复进行测量求其平均值
而得到的。通常把最小阈限定义为
）时，常取
反应的最小刺激强度。对于声信号和电讯号，在应用公式
的单位是分贝。
对于人脑和电脑内的通讯，也能应用公式。但
是，我们根据量纲分析和对韦伯
的分析，发现应当而且能够应用信息论中著名的香农
费希纳定律的几何解释
维
纳公式来修改韦伯费希纳定律。
时，得出负感觉；其二，当
费希纳定律，有以下几点困难：其一，当外界
小于最小阈值时，
，这与实际不合其三，比例常数的物理意义
其四，只考虑到最小阈值， 忽视了总是存在“噪
声”背景。
我们建议将韦伯费希纳定律的公式修改为：
第 153 页
为传递信号的平均功率，
可得传
为传递信号的频带宽， 的单位比特／秒。
公式）告诉了我们，单位时间内传递的信息量，取
决于传递信号的频带宽和信噪比。频带宽愈大，信噪比愈
高，则单位时间传递的信息量愈多。
考虑到吸收和传递信息的时，由公式（
递最大理想信息量的公式为：
为刺激信号
时，
时，把
为比特／秒。公式（
致。香农
其中
的单位应
当
（ ）
小时，由公式（ 可得：
小是吸收信息需要的最小反应时间的平均值，当
息不可能连续（在数学意义上进入人脑（ 或电脑） 。设
人脑（或电脑）在接收信息时，总是存在反应时间，信
时间的单位为秒，信息量的单位为比特。
为噪声的平均功率，
维纳公式，给出了传递最大理想信息率为：
改为噪声的平均功率，则与香农维纳公式一
给出了的物理意义。当考虑“噪声”
中，当时，得不出负感觉
声、光等）的频带宽。这时
第 154 页
组块与产生式系统
在感知水平上，应用香农维纳公式，测得息量的
单位是比特。但是，心理学的实验得知，比特并不是测量人
的记忆的基本单位。米勒在年，通过实验发现，
显然，如果在小于△ 小的时间间隔内不断向人传递信
息。反应跟不上，人的感官和大脑是不能分辨和吸收信息
的。
从韦伯费希纳定律到香农维纳公式。可以作为
、
测量感觉所吸收的信息量的公式。知觉是各类感觉的相互联
系和综合的结果。应用公式可表为：
？ ？
感知水平上的定量规律在十九世纪初就开始了研究，二
十世纪信息论的发展，大大促进了进一步的探索，但仍有许
多问题有待解决。
测量人的短时记忆的最小单位是组块（ 。组块是
信息量的一个新的单位，米勒测量出人的短时记忆的容量为
个组块，人记忆的信息量，不能仅用比特数来说明，更
。一个索引项可
重要的是要看信息如何编码的，如何组合的。信息不仅可以
传递和储存，而且也可以扩展和压缩，这因为信息是以组块
形式储存在记忆中。西蒙指出：能够迅速接通长时记忆中的
信息的索引项通常称之为组块
年，西蒙测得短时记忆为
以展开许多内容。多大是一个组块，这不是固定的不变的。
个组块，并测出需要
秒，一个组块才能从短时记忆储存到长时记忆中去。
他提出两个基本假设：其一，人的短时记忆，其组块数是一
～
第 155 页
生式系统
新的产生式系统才能使问题获得解决。
以牛顿、莱布尼兹发明的微积分为例，他们两人各自分
别理解了许多数学、力学问题解决的程序和方法：阿几米德
计算面积、体积的穷竭法；牛顿的老师巴罗的求曲线的切线
的方法；开普勒对一些极值问题的解法；费尔马、笛卡尔创
立的解析几何方法；伽利略关于落体运动、抛体运动中，求
速度、求路程、求极值等的方法。上述问题的求解，包括了
许多组块和产生式系统。牛顿、莱布尼兹经过长期思维，作
出的新贡献是：提出微分、积分的概念认识到微分和积分
是互为逆运算；用一般化、普遍化的方法，统一地解决了上
述各类问题。得到了牛顿莱布尼兹公式。提出了新的产
微积分方法。
由此可见，解决复杂问题，必须在认知水平上，应用组
块和产生式系统。专家解决问题之所以迅速、准确，是因为
专家储存有足够多的有关专业的组块和产生式系统，遇到专
业问题时，能通过直觉，迅速找出所需组块和产生式系统，
因而解决问题比生手、新手快得多。
根据大量的统计，要成为某一方面的专家，大约要掌握
～
定的其二，总的学习时间与组块集合的总数成正比
要在认知水平上进行思维，仅仅在大脑里储存有一定数
量的组块（信息）是不够的，要解决问题，更重要的是，必
须用组块在大脑里建立若干产生式系统，即要有把组块组织
起来的若干程序。产生式系统提供了控制思维顺序的灵活方
法。
要解决一个复杂的问题，必须储存许多组块和产生式系
统，要在认识水平上进行长期艰苦的思维活动，形成新的组
块、
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有效学习小
万一万个组块， 万个产生式，需要十年的努力。如果以
年工作学习个月， 月工作学习日，
时，则可求得，要成为一个专家，平均每小时要掌握
个组块， 个产生式。这些数据，对于在认知水平上研究学习
理论是有启发性的。
在人工智能这门新兴科学中，正是把若干组块和产生式
系统储存在电脑里，电脑即可解决有关的问题，这称为专家
系统。专家系统已应用于医学、化学、气象、军事、教育、
工程等多方面。通过把人的思维赋予机器，将有利于进一步
探索感知水平和认知水平上思维的定量规律。
第 157 页
感觉过程是选择和建构的统一
维
李 伯聪
（中国科学院研究生院）
早在年，列宁便指出：“假定一切物质都具有在本
质上跟感觉相近的特性，这是合乎逻辑的。”（《唯物主义和
经验批判主义》第
页）
页）列宁又说：“对于那种看来完全没
有感觉的物质如何跟那种由同样原子（或电子）构成但却具
有明显的感觉能力的物质发生联系的问题，我们还需要研究
再研究。唯物主义明确地把这个尚未解决的问题提出来，从
而促进了这一问题的解决，推动人们去作进一步的实验研
究。”（同上书，第
回顾数十年间哲学界和自然科学界的历史足迹，我们看
到了一些乍看来似乎是自相矛盾的，出人意料的情况：
一方面某些哲学家，自称为唯物主义者，他们是熟知列
宁著作文句的，可是，他们只知机械地重复“机器不能思
这个命题，把这个命题绝对化
需要研
他们把唯物主义者早已
提出的“那个”问题一笔勾销了，把列宁明确指出
究再研究”的问题一笔勾销了，当然也就更谈不上在解决这
个问题方面能有所作为了。
另一方面一些自然科学家，特别是神经生理学家、仿
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念，
理之一。
初步地分析和研究使我们相信：从感觉到思维（乃至个
性）的一切心理活动都是选择和建构的统一，不但从系统发
生和个体发育的角度看是如此，而且从整体的角度看也是如
建构”的作用。
生学家，他们中的大多数对于列宁的那些文句大概是一无所
知的，可是，他们实际上却正是按照列宁所指出的方向前进
的，他们实际上是按照列宁指出的方向进行“研究再研究”
的。
现在，我们再不能让这种状况继续下去了，辩证唯物主
义者和自然科学工作者需要并且能够结成紧密的联盟，携手
并肩地从事这项“需要研究再研究”的工作了。
达尔文的生物进化论特别强调和重视“选择”的作用，
皮亚杰的发生认识论特别强调和重视
我们认为：选择和建构是两个不可分割、可以互相补充
的概念和过程。选择离不开建构，建构也离不开选择。建构：
作用和过程必须以选择为前提是显而易见的，而选择作用和
过程离开了建构也便无从发挥其创造作用了。
过程
真实的生物进化过程并不是单纯的“自然选择”的过程，
而是“选择与建构统一” 同样地，真实的心理和认识
发生过程也不是单纯的建构过程。而是“选择与建构统一”
的过程。单用选择概念或单用建构概念是既无法真正阐明生
物进化过程，也无法真正阐明心理和认识发生过程的。
我们认为：选择和建构是心理科学和思维科学的基本概
择和建构的统一”是心理科学和思维科学的基本原
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此
统一
这不是偶然的它体现了思维的历史和思维的逻辑的
由于这项研究工作刚刚开始，本文以下将把论述的范围
限定为简要地阐明“成人的视觉过程是选择和建构的统一”。
又由于成人从外界接受的信息有以上来自视觉，每只眼
的视神经纤维便达
本文
万条之多，不但其数量大大超过了听、
嗅、味、触这些纤维的总和，而且视觉过程的复杂性也大大
超过了其它的感觉，所以我们认为如果能阐明“视觉过程是
选择和建构的统一”，那么在依据这个原理分析和阐明其它
感觉过程时便不大可能有很大的困难了。为醒目起见，
的标题也就径直为《感觉过程是选择和建构的统一》。
过程）组成的： ）神经生
我们认为，人的视觉感受过程是由三个阶段（或者三个
）物理过程（光学过程），
理过程， 视觉心理过程。这是三个互相联系但其性质
上又不大相同的过程。要搞清楚全部的视觉感受过程，我们
不但需要分别地研究这三个性质不同的过程，而且必须十分
深入地研究视觉过程中的两个“转换过程”：
过程向神经生理过程的转换，
）从物理
）从神经生理过程向视觉
理过程的转换。目前，对于第一个转换过程的研究已有颇
大的进展，对于第二个转换过程的研究充其量也只能说是刚
起步。
我们都知道， 对不同的感觉器官有不同的“ 适宜刺
激”。光波是视觉器官的适宜刺激，声波是听觉器官的适宜刺
激，如此等等。从物理观点来看，在外部环境中各种刺激往往
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觉器官的适宜刺激。其余的刺激虽然也是客观存在
是同时并存的，可是只有某一种特定的刺激才能够成为某一
特定
的，但却不能被这一特定的感觉器官所“反映”。这就是
说，不同的感觉器官在感受、反映外部环境的刺激时是有不
同的选择的。视觉器官“选择”了光波刺激进行感受、
工反映，听觉器官则“选择”了声波刺激。
以往的文献中使用较多的一个概念是“分析”，却很少
有人使用“选择”这个概念。“选择”过程和“分析”过程
是不同的。虽然有的时候选择作用要以分析为前题（在“分
析”之后进行“选择”），但不需以分析为前题的选择似乎
还要更多一些。以感觉过程的第一步为例，由于在外部环境
中，光波和声波并不是“混合”在一起的，而是各自独立
的，因此，视觉和听觉过程的第一步不是需要从外部环境中
“分析”出光波刺激和声波刺激，而是需要“选择”出各自
的适宜刺激。
对于不同的动物来说，其视野的范围，大小也是不同
的。人眼不但看不到脑后的目标，而且前方视野也受到了鼻
子眼脸等的障蔽，同时由于人眼视网膜的特殊构造，中央凹
的视力（分辨力）最高，向周缘部移行时，视力急剧下降，
所以人在进行视觉的精细辨别时必须使目标的光学象落在中
央凹及附近部位。因此，在人的有目的的视觉过程中视野轴
的选择是具有首要意义的。为了使要看的目标的光学落在中
央凹及附近部位，人需要转动眼球，有时还需要转动头部甚至
身躯。眼球的转动是依靠上下斜肌、内外直肌、上下直肌的
作用而进行的。
视觉过程的第一阶段是物理过程（光学过程），它是在
第 161 页
黄醛同分异构化，从
眼睛的折光系统内进行的，它遵循物理学（更具体地说是光
学）的规律，也就是说：光线通过眼睛的折光系统时折射和
立缩小的“光学象”。
成象同光线通过光学仪器时折射和成象遵循同样的规律。眼
睛的光学系统由角膜、房水、晶状体、玻璃体组成。光线通
过四个折光界面（角膜前面、角膜后面、晶状体前面、晶状
体后面）后形成光学象（注意：光学象并不是视觉象）。对
于正常眼来说，这一光学象恰落在视网膜上。由于这一光学
系统作用的结果，三维外部物体发出（或反射）的光线变成
了落在视网膜上的二维
光学过程和神经生理过程是两种性质不同的过程。从光
学过程向神经生理过程的转换发生在感光细胞，即视细胞
内。视细胞有视杆细胞和视锥细胞两种。
视细胞的外段有视色素。视杆细胞的视色素由视黄醛和
视蛋白结合而成。视色素吸收光量子时产生光化学反应：视
和机
顺型变成全反型，经由中间过程，
全反型视黄醛分子和视蛋白分子分离成为两个分子。这是一
个放能反应。伴随这一光化学反应，视细胞膜的离子通透性
发生改变，诱发出动作电位，从而完成了从光学过程向神经
生理过程的转换。遗憾的是，对于这一转换过程的细
理目前还没有搞得十分清楚。
通过对人、猴单个视锥细胞内所含视色素吸收光谱的研
究和对鲤鱼、金鱼单个视锥细胞的细胞内电位随刺激光波长
而变化情况的研究，证实了人、猴、鲤鱼、金鱼的视锥细胞
有红敏视锥细胞、绿敏视锥细胞和蓝敏视锥细胞三种，可以
分别把红光、绿光和蓝光刺激转换为动作电位。三种视锥细
不同的波长敏感性，实际上也就是对不同波长的光波所具
第 162 页
毫伏。神经元兴奋时，膜内外侧电位翻
胞内液的泵”出细胞，同时将
有的不同的选择性。
由于视细胞实现了从光学过程向神经生理过程的转换，
于是视觉过程就进入了第二个阶段神经生理阶段（或曰神经
生理过程）。它是在视网膜、视神经、外侧膝状体的神经元
中进行的。
神经生理过程的“物质载体”是以特定方式建构在一起
的诸神经元。神经元（即神经细胞）的种类不一，功能也各
异。神经元的主要特性是可兴奋性。神经兴奋的主要表现是
动作电位。
我们知道，在不受刺激时，神经元细胞膜内外侧之间存
在着内负外正的电位差，此即静息电位。在哺乳动物，此静
息电位约为
转，在示波器上可看到由上升到毫伏的峰电位
（即动作电位），然后又恢复为静息电位。而静息电位和动
作电位产生的原因都可归结为细胞膜离子通透的选择性的特
定变化
个起绝对隔离作用的机械性的致密
细胞膜隔开了细胞内液和细胞外液。但细胞膜并不是一
板”。由于细胞膜
择器” 浓度大大超过细胞外
特殊构造与功能，我们有充分的理由把它称为一个“离子选
在安静状态时，细胞内液的
液，而细胞外液的和浓度则大大超过细胞内液，这
就是形成静息电位的主要原因。静息电位之所以能够维持乃
是依靠细胞膜上“钠泵的作用。“纳泵
转运
能够选择性地将细
到细胞内液
第 163 页
发现，在鱼视网膜中有两种水平细胞
丰富、
在神经细胞兴奋或抑制时，细胞膜的结构和功能发生变化，从
而使细胞膜离子通透地选择性发生变化，使神经元去极化
（正的峰电位）或超极化（更负的峰电位）。这就是说：神经元的
兴奋和抑制是建立在细胞膜对离子通透的选择作用之上的。
双极细胞、无足细
形成了纵横交错、极其复杂的突触联
在视网膜内，视细胞、水平细胞、
胞、神经节细胞之
系，也就是说形成了特定的神经生理结构。
神经元之间相互作用的一种重要方式是所谓侧抑制（邻
近的神经元彼此之间互相抑制对方的反应），以致有人说
视觉神经系统基本上可以认为是由各种形式的侧抑制机制组
合构成的。视觉系统并不是一个单纯的信息传输系统而是一
个复杂的信息加工系统。而侧抑制就是进行信息加工的一种
重要方式。而所谓“各种形式的侧抑制（的）组合”不正是
各种形式的建构”吗？
复杂得多。所谓建构就是多层次、多类
当然，“建构”的概念要比“侧抑制机制组合”的概念
的动态结
构。在视网膜中视细胞、双极细胞、神经节细胞的空间分
布、相对比例，特别是它们之间复杂的突触联系，都是建构
的“要素”。
黑姆霍兹提出了“三色说”，黑林提出了
人的视觉的一个重要事实就是色觉的存在。对于色