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当故事和科学相遇:我们如何用故事理解世界
#心理

(本文由 Nautilus 授权转载,莘莘深/编译)科学深深影响着我们的想象,让我们对大自然之道充满惊奇。而科学里最迷人的传说之一,也许就是鹦鹉螺的腔室和月亮的周期相对应的故事了。

这个故事最早在1978年发表于世界一流的科学期刊《自然》(Nature)上面。两位年轻的科学家研究了大量的鹦鹉螺壳,其中最古老的壳的距今几乎有五亿年。他们认为,鹦鹉螺壳每个腔室的条纹的数目同月亮绕地球运动的周期时间相关。今天的螺壳大概每个腔室有30条纹路;四亿两千万年前的螺壳每个腔室只有9条。这些发现与前不久的天文学发现相符——四亿两千万年前月亮绕地球公转的周期似乎是9天。这篇论文在科学界和主流媒体都引起了轰动。这是实际的观察结果,被不同科学领域独立证据支持,最终成了令人惊叹的故事——鹦鹉螺是大自然版的宇宙时钟,反映了月球绕地球运动周期的时间变化。

如果这一切都是真的就好了。彼得·沃德(Peter Ward),来自华盛顿大学的生物学和地球空间科学教授,是这个世界上最顶尖的鹦鹉螺专家之一,他告诉我们鹦鹉螺腔室和螺壳条纹的生长并没有规律的周期。“我们标记了自然环境下的鹦鹉螺,在实验室中用X射线照射,然后把鹦鹉螺养在水箱里面,”沃德说到,“我们发现每个腔室会随着鹦鹉螺长大而略微变大,而形成每一个更大的腔室都会需要更多时间。在自然环境下,最后的2到3个腔室都各需要6个月都时间长成;相比之下,在生长初期,形成每个腔室大约只需要2星期。”关于螺壳上的条纹,沃德补充说,“只是装饰而已,与固定时间毫无关联。

793px-NautilusCutawayLogarithmicSpiral.jpg鹦鹉螺壳的腔室。图片来源:wiki

“鹦鹉螺上的月亮”是个美丽的故事,沃德说。“我们喜欢这样神奇的故事。一种受月亮影响的动物?哈!我能理解。我们自己就受月亮的影响。我们也有月周期。这一场景能有什么问题呢?问题就是,它是假的。”

尽管如此,随便浏览一下网页就能发现,这个故事已经流传了超过30年的时间。为什么它对我们的吸引力如此强烈?是因为它身上的科学光环让它具有了权威性吗?因为我们中的大部分人不是海洋生物学家,也不会阅读科研文章?是的,这都有一定道理。但是更多的答案涉及我们身上更深层次的生物学。找把椅子坐下来,让我给你讲一个故事吧。

我们都是讲故事的人,我们通过故事来理解世界如何运作。科学是故事的一个重要来源。“才不是!”你可能会说,“科学是客观地收集并解读数据。”我完全同意。在研究纯物理现象这个层面,科学是确立关于世界的事实的唯一可靠手段。

但是当我们使用物理世界的数据来解释那些不能被简单还原成物理事实的现象时,或者当我们将不完整的数据扩展成一般性的结论的时候,我们就是在讲故事。了解碳原子和氧原子的重量不能告诉我们生命是什么。没有简单的事实可以完全解释为什么动物会为了自己的亲属牺牲自己,为什么我们会相爱,存在的意义和目的是什么,或者为什么我们要互相残杀。

科学本身没有错。相反,科学能将我们从错误的故事中拯救出来。它是理解我们这个世界的一种无法替代的手段。但是,尽管科学里面有真实,我们面临的一些最重要的问题却在迫使我们讲出超越事实的故事。哪怕我们有再多再复杂的科学方法论,故事依然是我们难以超越的理解生活的首要方式。
要知道科学和故事在哪里相遇,我们需要看看故事在大脑中是如何形成的。

故事就是对世界的解释

让我们从一个非常简单的故事例子开始,这个故事来自E·M·福斯特(E.M.Forster)关于写作的经典著作《小说的几个方面》:“国王死了,然后王后死了。”读到这两个并列事件而不好奇王后的死因几乎是不可能的。尽管描述的内容少到极点,这个句子的组成还是会让我们去猜测模式。如果作者不是在暗示因果关系,那为什么他要在同一个句子里面提及两个事件呢?

一旦故事暗示了关系的存在,我们就会觉得有必要提出解释。这让我们求助于我们知道的事情,我们已有的知识储备。今天我们知道丧偶的人可能会悲痛而死。王后是死于心碎吗?这个可能性利用了人类行为学的知识,而它也和其他更加传统的叙事产生了竞争——比如说在学《哈姆雷特》的高中生可能会把这个故事当成这部戏的微缩大纲。

“我们的解释是正确的”,这是一种愉悦的感受;它和毒品、酒精和赌博成瘾一样,受控于大脑里的奖励系统。这个奖励系统的范围,从对情绪表达至关重要的边缘系统,一直延伸到对思想形成至关重要的前额叶。尽管人们还没有完全理解它,但通常认为奖励系统在促进和巩固学习中起核心作用。多巴胺对这个系统非常重要,它主要分布在大脑细胞中,是一种携带和调控脑细胞之间信号的神经递质。不断有研究表明,获得奖励的感受通常伴随着多巴胺水平的上升。

这个奖励系统是由两名来自麦吉尔大学(McGill University)的研究员詹姆斯·欧德(James Olds)和彼得·米尔纳(Peter Milner)在20世纪50年代首次发现的。把电刺激电极放置在小鼠被认为是奖励系统的大脑区域。下压手柄可以使得电极放电,当小鼠获得无限制下压手柄权限时,小鼠很快就学会了反复下压手柄,甚至无视食物和水。认识到我们的大脑可以产生如此强烈的感受,以至于会让我们忽略掉饥饿和干渴这些基本需求——这是我们理解大脑奖励回路巨大能力的第一步。

理解故事是如何点燃大脑的奖励系统的?其中至关重要的一点,是一个名为“模式识别”的理论:大脑如何将一副图像分离的各个部分拼接成一个连贯图像。比如,你第一次看到狮子,你得弄明白你看到的是什么。大脑视觉皮层至少有30个不同的区域会参与到这个过程中,每一块区域负责处理图像的一方面——探测动态和边缘,标记颜色和面部特征。这些信息综合起来形成了狮子形象的整体。

此后,每次你看到狮子的时候这个神经回路都会被加强;每个处理区块之间的连接会变得更稳定、更高效。(这个理论基于加拿大心理学家唐纳德·O·赫布(Donald O. Hebb)的研究,他是研究人类学习的先驱;他的理论通常被概括为“一起被激活的细胞相连接在一起。”)不久之后,识别狮子就不需要那么多输入了。对部分图像迅速的一瞥已经足够,这就是靠奖励系统的正面反馈完成的。是的,你的大脑让你确信,那就是只狮子。

高效地模式识别狮子,从演化上讲非常有道理。如果你看见一只大型猫科动物的轮廓在附近的草丛移动,等到你看见狮子的眼白再开始爬上树是非常不明智的。你需要一坨大脑,让你可以快速地从局部探测出整体图像的轮廓,并让你对识别的正确率有强烈的信心。

当你认出了一个意义重大的新模式,一瞬间你就会不由自主地感叹“就是这样”!只需想象一下这样的场景,就会明白学习伴随着何种程度的快乐。因此也不难理解,一旦某个特定的模式识别-奖励关系刻在我们的脑回路里,这种关系就很难打破。总的来说——不算成瘾现象——这种关系的“牢固”程度是一件好事。正是通过不断的重复以及随之而来的熟悉感和这些关联的“正确感”,我们才能学习如何在这个世界上生存。

图片来源:Nautilus

科学也是故事之源

科学的任务,就是不断地编出故事(称作“假说”),然后检验这些故事,然后竭尽全力编出更好的故事。思想实验就像是用广为人知的人物进行讲故事练习。如果福尔摩斯发现一具尸体悬挂在树上,并且还有一张字条绑在脚踝上,那么他会怎么做?如果一束光在两面镜子之间反射,在一个火车上观察者眼中是什么样子的?鹦鹉螺上的条纹代表什么?一旦有了这些故事,科学家就会去实验室中测试它们;作者会让编辑来读读看,看他们是否愿意为此付钱。

人们和科学,就像是面包和黄油。对故事的渴望深埋在我们的大脑中;而科学深处埋藏的本质就是讲故事。但是这也有个问题。在科学完成检验之前,我们就可以得到我们的多巴胺奖励,带着我们的故事四处招摇。我们渴求模式识别的多巴胺奖励,让大脑一有机会就忽略矛盾或冲突的事实,这加剧了这个问题。模式识别基础的先决条件就是迅速区分相似但是不完全相同的输入的能力。如果大脑无法让一个事件或者想法对号入座,那么将它作为单独的记忆加上标签、存储起来就会困难得多。简洁利落有助于学习;零碎的片段只会带来犹疑不决的“没错,但……”这样的瞬间,无法得出精确的结论。

正如恰当的模式识别结果会带来多巴胺分泌增加的奖励,错误的模式识别和多巴胺分泌减少相关。在猴子身上,无法做出正确的预测(也即预期结果与实际结果不能吻合)会带来一个特别的效果:正好在预期的结果没有发生的那一刻,减少多巴胺分泌。正如准确的关联令人愉悦,关联若没能发生,产生的神经递质就像是预期受挫一样,或者更糟。

一旦我们理解故事在叙事上和相关性等价,很容易理解为什么我们的大脑无时无刻不在寻求故事模式。你可能听说过伊利诺伊大学心理学教授丹尼尔·西蒙(Daniel Simons)的著名实验,其中被试观看录像,并对一支篮球队伍的运球次数计数。当专心数数的时候,大部分的被试都没能注意到有一个穿着大猩猩服的女人从篮球场中走过。如果我们对观察到的模式太过轻车熟路,就会鼓励我们的大脑创作出我们想听到的故事。

因为我们都有编故事的冲动,我们经常也有接受和相信不完整故事的冲动。有了来自科学的半成品故事装在脑子里,每次这些故事帮我们理解了世界,我们都会得到多巴胺奖励——哪怕那个解释可能是不完整的或者是错误的。

继桑迪·胡克小学校园枪击案之后,一些专家认为凶手患有亚斯伯格综合征,似乎这样就可以至少部分解释他的行为。尽管亚斯伯格综合征听起来像是一个特定的诊断,事实上,从定义上来说,亚斯伯格综合征只不过是一定人群共享的各式各样症状集合的统称。在20世纪40年代,奥地利儿科医生汉斯·阿斯伯格(Hans Asperger)指出一些病人有相似的社交障碍,有怪癖或者是重复的动作,异常专注于某种仪式,交流障碍,缺乏眼神交流以及理解面部表情和手势时有困难。但美国精神病协会最近作出决定,将亚斯伯格综合征的诊断从临床指导手册《精神疾病的诊断和统计(DSM-V)》中移除,因为亚斯伯格综合征不符合任何特定的神经病理学。这也表明,把一系列症状看作是某种特定疾病的同义词是一个非常常见的问题。所谓综合征,只是还未找到深层原因的故事。

相似地,对某些精神变态患者的研究表明,他们前额叶皮层某块特定区域的灰质体积减少。但是这些发现不能单独解释暴力的行为。因为我们无法仅靠刺激某个特定的脑区域来产生有预谋的复杂行为,我们只能说,某些大脑状态与某些复杂行为相关,但是它们并不见得是导致了这些行为。同样,对杀人狂魔的大脑扫描或许会揭示出某种大脑异常,这可以帮助我们了解何种因素对他们的行为产生了影响——但是这些异常绝不是暴力的唯一解释,正如童年时被亲人忽视或者营养不良都不是唯一的解释一样。这些都是故事,尽管有着详尽的神经生理学成分,但故事还是故事。

学会讲一个“正确”的故事

当我们从科学中获取半成品故事的时候,我们往往会面临道德上的后果。脑部受损或者功能不正常的人,应该负担多少个人责任?这些人应该接受怎样的惩罚才合理?又有多少康复的可能?只有当我们开诚布公地承认,科学在多大程度上是以故事来呈现其结果的,我们才能面对这一道德层面的问题。我们必须想清楚自己的准则,来判断什么时候科研数据超越了它的界限,变成了有主张、有偏见的故事。当然,在没有全面数据的情况下,这始终都会非常困难。

但是我们可以迈出第一步:意识到我们在呈现和解释数据的时候,讲故事都可以通过怎样的方式渗透其中。好的科学既需要一丝不苟地采集分析数据,又需要在利用这些数据分析得出结论时有所克制,还要诚实谦逊地认识到这些数据在反映这个世界时的局限性。

而作为公众的一员,我们需要确保我们接受成为真理的科学结果必须要经过同行审议;我们还要明白即便是经过同行审议的结果也不一定总是准确的。2011年,《自然》杂志公布,在过去的10年内,撤稿量增长了10倍,而文章发表量只增长了44%。同样是在《自然》杂志,科学家C·格伦·贝格利(C. Glenn Begley)和李·M·埃利斯(Lee M. Ellis)写道,去年他们在Amgen生物技术公司的同事尝试重复了血液学和肿瘤学的研究方面具有程碑意义的53项研究,但成功的只有6项。类似地,拜耳的科学家报告说,在2011年与他们工作有关的肿瘤研究中,三分之二的成果无法可靠地重现。

当阅读科学报告的时候,我们也应该寻找数据的局限。是不是假定了什么预设?变量的误差范围到底说了什么?我们或许不能每次都理解数据的局限性,但是如果相关的讨论完全缺失,这就令人担心了。

最后,科学家们拥有工具、语言和经验,能带来符合事实、有趣而且强大的故事。反过来,我们也应该用评论其他艺术形式的方法来评论他们的研究。就像是文学评论,我们应该也去评估语言是否精炼,结构是否紧凑,中心是否明确有新意,整体是否优雅,在讨论道德问题时的克制程度,如何将他们的研究放在历史、文化和个人背景之下,以及他们是否愿意接受异见和不同的解读。

科学的方法论将始终是人类的一项巨大成就。表述得当的话,科学的故事将是不断前进的伟大史诗,在历史长河上最伟大的故事中应有它的一席之地。(编辑:Ent)

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Nautilus, Where Science and Story Meet