认知心理学：联结主义模型

本章伊始我就做过图书馆的比喻，储存在长时记忆中的每一条信息都象征着一个特定的项目，被储存在某个特殊的地方，就如同图书馆中的一本书一样。在假定存在一个或多个不同的记忆“储存”的信息加工框架里，这个比喻是相当有用的。

而联结主义模型做了非常不同的假设，因此不会很容易地就与前面的图书馆隐喻相结合。让我们对联结主义的记忆模型作一个简要的回顾，以了解其中的道理。James McClelland，这位认知联结主义模型的先驱认为：

联结主义记忆模型带来了这一思想，即项目在记忆中的储存是这样的。其基本观点是，存储在记忆中的是一系列指令神经元相互传递的变化，它们影响到给定的输入可以建构的活动模式，根据这个观点，当经历了一个事件后，它就会通过一系列的加工单元形成一种活动模式。这一活动模式就是对该事件的表征。这种活动方式的形成引发了指令的创造，这组指令于是就存储在这些单元的联结中，随时接受接下来的活动模式构建的调遣。在某些情况下（例如，当这种构建过程发生于对回忆线索的反应之中时），该线索可能导致一种激活模式的建构，可以视作一种对先前经历过的事件的重建。这种重建的表征对应了一种回忆。而这些模式本身并没有得到储存，也不是真正的“提取”，回忆并不是提取，而是重建（2000，p.583）。

让我们来看一个具体的例子，比较一下语义记忆的网络模型和联结主义模型。图7-5a代表着由不同概念组成的语义网络模型，看起来很熟悉。而图7-5b呈现的是由同样概念组成的联结主义模型。知更鸟的概念，在图7-5a是作为一个特殊的节点，并且和其他节点之间有相关性的连接，而在图7-5b中则表示为一个被激活的特定单元组。一个单元可能对应着某些生物的一种能力（如飞翔）或对应着某些方面（如颜色）。深色的单元就是被激活的单元，联结主义网络在经过尝试以后便可得知，当“知更鸟”的节点被激活时，相关的其他节点也会被激活（如“能够”和“生长”，“移动”和“飞翔”，但不包括“游泳”）。

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图7-5　 图7-5a是关于“知更鸟”的网络描述示意。图7-5b中联结主义网络模型对图7-5a中同样的信息给出了不同的描述

这种学习是如何发生的呢？事实上，联结主义网络中激活模式的形成需要经过多次实例的练习才能完成。我们称这种过程为“反向传播”，这一过程相当复杂，但这里我将对之做一非常简化的阐述。

最初，单元间联结（图7-5b中呈现的不同单元之间的连接线）的权重都是随机和中性的（如0.5，假设最小值和最大值分别为0和1）。激活权重会使得它们连接的单元变得活跃（或不活跃）。给网络呈现一个特定的实例（输入模式），之后会引发一个特定的输出，于是练习就发生了。所以，举一个练习的实例来说，当“知更鸟”这一单元开始活跃时，“会”“漂亮”“飞翔”和“树枝”这些单元也会随之被激活。这些输出的内容再与目标（正确）输出如所有被激活的“会”“生长”“移动”和“飞翔”等而不是其他单元进行比较。网络连接就会在这一方向上进行调整（它们的值接近于1），而其他的连接值则会下降（趋近于0），而随着新实例的出现，这样的练习会重复进行。

一般而言，训练会在联结主义模型研究者所称的“纪元”（epochs）中发生，它与学习的尝试类似。每一个纪元都会紧随着刚才描述过的程序：呈现一个输入模式，产生激活的输出模式，然后再与一个正确的、激活的目标模式进行比较。单元间的权重也相应地得到调整，然后又会呈现另外一个输入模式以开始下一个纪元。（MeClelland，2000；Clark，2001；McRae，2004。）

让我们稍停片刻，思考一下我们刚才讨论过的语义记忆的不同模型。我们已经看到了几种关于知识表征的说法。有关描述语义记忆的网络模型和其他模型之间的相对功过的争论仍在继续（M. K. Johnson & Hasher，1987；Rumelhart & Norman，1988）。当然，语义启动（semantic priming）的发现、扩散激活的思想，以及用来检验语义记忆模型实验方面的革新都有助于我们理解知识是如何储存和提取的原理。到目前为止，我们所讨论的内容都与认知心理学的另一个话题有关，那就是概念形成以及利用概念对信息进行分类。我们接下来会进一步讨论这一领域的问题。