一位认知行为学家写在心理健康墙上的建言 (上)

本文述说并评论，大约70多年前的1948年，一位教父辈级的认知行为学家 — 爱德华·托尔曼 (Edward C. Tolman) — 在美国《心理学评论》期刊 (Psychological Review) 上，发表了一篇题为〈老鼠和人的认知地图〉(Cognitive maps in rats and men) 的论文 [1]。

如今，可能已经很少人 — 包括专业的心理学家们 — 读过或知道这篇论文的存在了，尽管论文提出了两点其后影响深远的心理学观点：

一 在现代心理学的范畴内，首次提出「认知地图」(cognitive maps) 这个重要的认知心理学概念；

二 在论文的结末处，托尔曼在心理健康墙上，写下一道建言，对个体心理健康，与及对半个世纪以后的世局和地缘政治，作出了惊人的超前确切分析。

1886年，爱德华·托尔曼出生距离美国马萨诸塞州首府波士顿市中心以西约11公里的西牛顿市 (West Newton, Massachusetts)。父亲詹姆斯·派克·托尔曼 (James Pike Tolman) 是一家制造厂的总裁，母亲玛丽·伊丽莎白·蔡斯 (Mary Elizabeth Chace) 是一位具有坚定的贵格会 (Quaker ) 背景的妇女。

1911 年，爱德华·托尔曼在麻省理工学院取得电化学 (electrochemistry) 理学士学位。稍后，爱德华在阅读了有 ‘’美国心理学之父’’ 之称的威廉·詹姆斯 (William James, 1842–1910) 所著的《心理学原理》(Principles of Psychology) 一书，大受启发，决定放弃物理、化学和数学，转而学习哲学和心理学。詹姆斯对托尔曼的影响，可从托尔曼其后在其学术生涯抱着勇敢的态度，和他愿意应对引起争议，与及反对当时流行观点等问题上看出来。

在哈佛读完第一年的那个夏天，托尔曼去了德国吉森 (Giessen) ，为的是要满足准备攻读博士学位的语言要求 — 多年来，美国博士学位的要求之一，是熟悉法语和 / 或德语。在那里，他接触到格式塔心理学 (Gestalt psychology)。托尔曼后来从不讳言，自己深受库尔特·勒温 (Kurt Lewin, 1890–1947) 和 库尔特·卡夫卡 (Kurt Koffka, 1886–1941) 两位德国格式塔心理学家的重大影响。

格式塔心理学的其中一项特色，是致力于将组成心智生活 (mental life) 的成分，理解为结构化的整体 (structured wholes)。这点特色，托尔曼在其新行为主义 (亦可读作认知行为理论) 建构过程中，颇可一见。

期后，托尔曼返回美国，并于 1915 年，获得哈佛大学博士学位。

1918 年，爱德华·托尔曼开始在美国加州大学伯克利分校 (University of California, Berkeley) 教授心理学，直到1954退休为止，前后合共36年。

在伯克利，爱德华开展研究大鼠走迷宫学习的研究。他进行了大量实验结果，成积显著，让伯克利的心理学系，一举闻名于世。

托尔曼的一些早期研究，属于行为遗传学的早期发展。他会根据老鼠的迷宫表现，选择性地繁殖和培育不同血统的老鼠，以便经过进一步的训练后，这些老鼠，能够按照他的意愿 (又可读作操控)，学习他建造的各种类型的迷宫，从而检视老鼠迷宫学习的遗传基础。

20世纪的30年代至世纪的中期，美国动物心理学有三位重要领航人，以出生年份先后排序，他们分别是克拉克·莱昂纳多·赫尔 (Clark Leonard Hull, 1884–1952)、爱德华·蔡斯·托尔曼 (Edward Chace Tolman, 1886–1959) 和伯鲁斯·弗雷德里克·斯金纳 (Burrhus Frederic Skinner, 1904–1990)。

大江东去，浪淘尽。如今，三人中，只有托尔曼的理论，在学术研究方面，仍保有强劲的生命力。

托尔曼是现代心理学的主要贡献者，他对古典行为主义者 (classical behaviorist) — 可读作激进的， 比如约翰·沃森 (John B. Watson, 1878–1958) 和斯金纳等人 — 的思想和理论，作出重要修改 [2]。

通过老鼠走迷宫的实验，托尔曼证明，学习，既可以在没有奖励的情况下发生，也可以在没有明显的行为反应的情况下发生。托尔曼称此为「潜在学习」 (latent learning)。

「潜在学习」这个现象的被发现，一方面彻底颠覆了行为主义，因为当时流行的理论是，动物只能通过强化来学习。 托尔曼的发现，率先将认知引入动物行为研究的范畴，此举永远改变了该领域的面貌 [3]。另一方面，「潜在学习」这个概念，也让托尔曼，开始闻名于学术界。

有论者认为，托尔曼在他的方法论上，是个坚定的行为主义者。但亦有其他论者指出，在学术尤其是方法论上，托尔曼并非是个教条主义者，他有着海纳百川的胸怀和视野，能够吸收不同流派的观点和研究方法 — 特别是源自欧陆心理学界的格式塔心理学 — 为我所用。

举个例子，美国动物心理学三位重要领航人之一的赫尔，采用的便是古典行为主义的 ‘’S-R’’ (刺激反应) 强化驱动观点，而托尔曼则是一个用当时的语言来说， ‘’S-S’’ (刺激-刺激)、非强化理论家。

托尔曼透过实验观察，发现老鼠可以不在强化驱动 (reinforcement) 的情况下，学习外在环境的事实，但他并没有简单地认同，学习是由环境刺激引发的自动反应，却以灵活的方式，采用了格式塔心理学的观念，论证在学习的过程中，受试老鼠可以找出刺激与刺激之间的关联，而毋需靠要任何明确的生物学意义事件，来制造学习的发生。

此学习观点，是以沃森为代表的古典行为主义者们，所不能接受的。

上文提到过，青年时期的托尔曼，一度赴德国吉森 (Giessen) 短暂修读博士学位的外语要求期间，曾接触过格式塔心理学，自己受到库尔特·勒温的格式塔心理学思想的强烈影响，因此在阐释老鼠走迷宫的现象时，用上了勒温的场论 (field theory)。

然而，赫尔和他的追随者，对托尔曼的发现，提出不同的解释，使行为心理学派的 S-S 和 S-R 学习理论之间的争论，变得越来越复杂。

1950 年，斯金纳发表了题为〈学习理论是否必要 ?〉的论文 [4]，主张研究人员，应该把研究的注意力，集中在行为本身，而不是用它来对心理状态 (mental state) 做出假设，这样将会更有成效。

斯金纳批评心智心理学家 (mentalistic psychologist) — 即那些引用一些 “心理” 事件 ( “mental” events)，诸如 “发现了令人愉快的事情” 或因为它 “期望某事发生”，说成是有机体，学会以某种方式行事的原因。斯金纳认为，心智心理学家们这种解释性事件，只是理论性的，暗指后者的研究，不具科学性。

斯金纳虽然并未开列心智心理学家的名单，可托尔曼肯定会出现在斯金纳心中的名列之上。

斯金纳举着科学性的大纛，随即说服了许多对动物学习感兴趣的心理学家，导致托尔曼思想的影响，一度在 1950 年代后期和 1960 年代，暂时退潮。

然而，托尔曼的学术建构，是深远而扎实的，它预示后来的认知心理学的发展，并为此奠定了基础，从而直接地或间接地为至少两届诺贝尔奖的颁发 — 2002 年丹尼尔·卡尼曼 (Daniel Kahneman) 的应用决策理论，与及2014年诺贝尔生理学或医学奖，授予研究老鼠大脑 ‘’内部的GPS’’ 定位系统的「师徒三人组」 — 扯上关系。

现代心理学的学习理论，在20 世纪上半叶，被关于动物学习和记忆机制的两种广泛对立的观点 — 刺激-反应和认知 — 所主导 [5]。其中，大量的老鼠走迷宫实验的观察与数据，提供重要的观察窗口作用。

根据刺激-反应 (S-R) 观点，老鼠在学习环境中，得靠刺激 (S) 和反应 (R) 之间的关联。

例如，在迷宫学习情境中，老鼠学会穿越迷宫，以从一以贯之的目标位置，取得食物的奖赏。学习环境中的视觉或触觉刺激，可能获得激活一系列动觉转向的反应 (kinesthetic turning responses) 能力 — 即上文提到过的 ‘’生物学意义事件’’，从而成为引导行为寻获食物奖赏的强化剂 (reinforcer)。

相比之下，另一种竞争的学习理论，称为「目的行为主义」 — Purposive Behaviorism，不同的论者，有时又会以「认知学习理论」或 S-O-R 称呼此学派。认知学习理论认为，老鼠在学习环境中的刺激之间，获取有意义的关联，从而形成「认知期望」。这些获取的期望，驱使老鼠能够推断出，需要做出哪些行为反应，以获取食物奖赏。

因此，根据认知观点，老鼠不是 S-R 自动机，而是基于期望、理性和目的这些认知中介因素，对在走迷宫过程中，面临大量的信息刺激，做出理性的选择。

采用S-R 观点建构学习理论的代表人物为爱德华·桑代克 (Edward Lee Thorndike, 1874–1949) 和上文提到过的克拉克·赫尔两位。

罗伯特·伍德沃斯和托尔曼两人，是 S-O-R 学派的领军人物，后者在他的《动物和人的目的性行为》这本具影响力的书中，详细地阐述了他的认知学习观。

作为解决 ‘’S-R’’ 和 ‘’S-O-R’’ 争辩的一种手段，托尔曼与及他的研究伙伴里奇 (Ritchie) 和卡利什 (Kalish)，设计了两款不同形状的老鼠走迷宫任务 — 一个需要使用 ‘’S-R’’ 学习的 ‘’反应学习’’ (response learning) 任务，和一个需要使用 ‘’ S-O-R ‘’ 认知学习的 ‘’位置学习’’ (place learning，又译作地方学习) 任务 [6] (分别见下图左和下图右)。

近年，位置和反应学习任务的研究，再度兴起，成为探索不同类型记忆的行为和神经生物学机制的重要工具。此乃后话，下文另述，此处暂且不表。

是项研究分两步骤进行。步骤一，受试老鼠从图左比较简单的迷宫开始，进行实验。这是一个高架迷宫。老鼠从入口 A ，跑过开放的圆桌，穿过两边有小巷墙的 CD通道 (此通道的设计，起着其后实验中同样环境刺激元素的作用)，再通过E和F两个拐点的通道，最后达至食物盒 G。

研究团队合共训练了 56 只此前曾接受过走迷宫基本训练的雌性大鼠，进行是次实验。

经过四个晚上，每晚进行 3 次学习后，老鼠学会了从入口 A ，毫不犹豫地直奔食物盒G。

步骤二，研究员把老鼠放进图右的太阳辐射形 (sun-burst) 的迷宫中，进行观察。在新的迷宫里，起始路径和中间开放的圆桌保持不变，只是把两边有小巷墙的 CD通道的D端堵塞上，并且在圆周添加了一系列辐射路径 (最多18条)，每条路径，如图右所示，均以数目字予以编码。

在太阳辐射形的迷宫中，初始的一轮学习，受试老鼠仍旧从入口 A ，穿过圆桌进入 CD通道，发现通道的出口端被挡住了。 然后他们退回到圆桌里，启动探索几乎所有其它的辐射路径的过程。在任何一条路径上，受试老鼠只尝试跑几英寸，然后会选择其中一条路径跑出圆桌，寻找食物盒去。

实验的统计数字显示，受测试的老鼠，对选择 6 号路径，似乎有一种优势倾向。当原始路径 CD 被阻挡，并在 18 条不同路径中进行选择时，这批实验老鼠中，36 % 选择了直接指向目标食物盒的6 号路径。该路径的出口，距离摆放食物盒约 4 英寸的地方，是最为接近食物盒的路径。

剩下64% 的老鼠，则以一种偶然的方式，选择其余的路径。 第二条较多选择的是1号路径 — 即指向迷宫内，摆放食物侧的垂直路径。

这些结果似乎表明，该实验中的受试老鼠，不仅学会了沿着原来的环回路线 (roundabout route) 快速奔跑，而一旦当它被阻塞而有其它辐射路径可供选择，它们学会选取一条直接指向食物所在位置的路径，或至少选择一条指向迷宫内摆放食物侧的垂直路径。

三位研究员作结论时指出，将食物放在迷宫的某个点上，受试老鼠可以在没有强化的情况下，自由探索，认知四周环境。经过若干轮试错学习，受试老鼠会第一时间跑到那个点去。

受试老鼠确实学会了迷宫的布局，并在特定位置，期待尽快达至目标奖赏。

如果不是简单的 ‘’S-R’’ 学习方法，使学习走迷宫的老鼠，找到食物奖赏，那么，到底是什么的心理机制，让在太阳辐射形迷宫中学习寻找食物盒的受试老鼠，经过若干次试错学习后，很快就能选择并认定，某一条直接指向食物所在位置的路径的呢 ?

我们得要回顾一下行为主义的学习理论，才能找到这个问题的答案。

上个世纪的上半期，打从1900 年代初期开始，现代心理学的学习理论和研究，日渐被美国以科学主义为首所谓的古典行为主义 (classical psychology) 心理学派把持，主要是为了回应并反击，当时其它流行的、以欧陆弗洛伊德心理学派强调无意识思想和冲动的重要性的思想流派。

早期的行为主义者，旨在希望将心理学，转变为更客观的科学学科，就像生物学或化学一样，专注于可测量、可观察的现象，而不是弗洛伊德和他同时代人优先考虑的不可观察的心理内部现象。

古典行为主义者并不否认，人类是有思想和情感。 相反，他们争辩说，由于无法测量或记录此类心理内部建构 (包括认知、情绪、意义等)，因此，它们与人类行为研究无关。

古典行为主义者构想，行为只是冲着刺激和反应而来的，故其基本目标，是描述刺激和反应之间的功能关系 — 即操纵刺激 (stimulus，以英文字母 S 代称) 并观察其反应 (response，以英文字母 R 代称)。因此，古典行为主义有时又被称为 ‘’S-R心理学’’。

‘’S-R’’ 这样看似简单利落研究行为的方法，似无法解释一些较为复杂的行为，包括托尔曼的老鼠走迷宫的诸种现象。

此情况一直为此到1920年代，有部分心理学家开始质疑古典行为主义的S-R心理学，箇中尤以美国哥伦比亚大学心理学系的罗伯特·塞申斯·伍德沃斯 (Robert Sessions Woodworth, 1869–1962) 的系统性的质疑和参与建构 S-O-R替代方案，最为见著。

S-O-R，即「刺激 — 机体 — 反应」(stimulus-organism-response) 心理学派的英文缩写，是古典行为主义者 S-R 心理学派的延伸，结合了伍德沃斯有关机体的内因素 (factors within the organism) 的理念，形成研究学习一道新的方法和观点 — ‘’S-O-R学习模式’’。

这些内因素，有助于确定有机体，对哪些刺激敏感，以及可能发生哪些反应。 O 因素可能是生物学的，或心理的。

其实，托尔曼并没有认真跟随其他行为主义派的成员，使用 ‘’S-O-R学习模式’’，他反倒提出一个相对于 ‘’S-O-R学习模式’’ 更易于操作的平行方案 — ‘’三变量模式’’，以取代伍德沃斯的 O 因素那既可以是生物学的又可以是心理的模棱两可状况。

为了弥补古典行为主义者诸如华生 、桑代克等人将行为简化为较小的学习刺激和反应单元 — 即 ‘’刺激-反应’’ (S-R) 公式的不足，1932年，托尔曼在《动物和人的目的性行为》(Purposive behavior in animals and men) 这本书里，倡议「目的行为主义」。目的行为主义融合了勒温格式塔学派的场论 (field theory) 概念，主张行为有一个目标或目的，它选择、指导和决定行为序列，直到达到目标或目的。

托尔曼观察到，受试的老鼠一旦被放进迷宫，就抱着一个明确的目的：即尽快从入口 A，以最省劲的速度，达至食物盒。

这现象，就不是简单的S-R 公式，所能解释得来的了。

1937 年，托尔曼获选为美国心理学会会长。是年9 月 3 日，他在美国明尼阿波利斯 (Minneapolis) 市，出席美国心理学会会长就任仪式，并发表就任演讲。讲稿其后于翌年，以〈选择点行为的决定因素〉(The determiners of behavior at a choice point) 的标题，发表在学术期刊《心理学评论》 (Psychological Review) [7]。

托尔曼分析说，他对走迷宫老鼠的右转或左转行为，其所依赖的复杂的因果决定因素的分析表明，有三大类不同的决定因素 (托尔曼称之为「变量」，variables) 。

托尔曼在他的 ‘’三变量模式’’ 里，提出了近似伍德沃斯的有机体内因素的「中介变量」这个概念，强调应注意有机体 (老鼠) 内部因素在行为中的作用。「中介变量」不属于可预先操纵和控制的自变量，同时也不属于可观察测量的因变量，而是一种假设型的心理建构 [8]。

‘’三变量模式’’ 的三大类变量，分别为：

一 「自变量」(independent variables，又译作独立变量)，包括「环境变量」(environmental variables) 和「个体差异变量」(individual difference variables) 两种，前者诸如安排喂食老鼠的时间表 (maintenance schedule)、不同的实验目标、提供的刺激类型、测试次数的多寡、选择测试之前和之后的迷宫模式、强化 (reinforcement) 量的大小、奖励延迟的时长等等；后者诸如遗传、年龄、以前的训练以及特殊的内分泌等相关个体差异条件。

二 「干预变量」(intervening variables，又译作「中介变量」) ，以取代桑代克的「刺激、联系和反应倾向」，以及赫尔的附加 「条件、目标梯度和预期目标反应」等，理由是这些观念都是古典行为主义派过分强调联想主义 — 即学习、思想或意义的主要基础，是观念或感觉的简单关联或同时出现的结果。托尔曼认为，联想主义的学习观，过于把问题简单化。

相反，托尔曼引用了经验证的研究结果，提出了(1) 「禀赋」 (traits)，受遗传影响包括个人的基本气质和智力等先天因素；(2) 「需要」(needs)；(3) 「信念值矩阵」(belief-value matrix)，指个人的思想类别、认知技能、信仰和价值观，此类中介变项，允许当事人在体验到各种需求时，对其进行区分，根据它们的重要性，对其进行评估，并扫描或分析外部环境，以满足需求；(4) 「行为空间」(behavior space)，取决于前三个干预变量，加上来自外部环境的刺激等四大类中介变量。

托尔曼指称，这些中介变量，不是以代数方式相加 (指由一些由规则定义)，而是以更复杂的方式相加，其中一些只能采用勒温 (Kurt Lewin) 的矢量分析法 — 比如正负效价 (valences) 予以阐明。

三 「因变量」(dependent variables)，诸如达至食物盒的速度、走错路径的次数等等。

研究员可以操控「自变量」 — 也是研究员专门选择的主体因素。选择不同的「自变量」，会影响「中介变量」，而「因变量」则允许研究员测量「干预变量」的强度。

托尔曼的中介 / 干预变量中，以「认知地图」(cognitive map) 这个心理建构，让后来的研究者，最为瞩目，并且给其后发展迅猛的认知心理学带来深远的影响。

在后续的研究里，托尔曼特别强调「中介变量」里的「认知地图」的构造和功能。这个心理建构经托尔曼重新提出，并使之发扬光大，是托尔曼给现代心理学，特别是认知行为心理学的重要贡献之一。

认知地图这个概念，源于17、18世纪欧洲启蒙运动的几位重要思想家 — 伯克利 (Berkeley)、牛顿 (Newton)、莱布尼茨 (Leibniz) 和康德 (Kant) — 对物理空间的探讨 [9]。因此，有部分论者会把「认知地图」等同「空间地图」般互用。

康德是欧洲启蒙运动四人中的集大成者，限于篇幅，这里只讨论康德的观点。

伊曼纽尔·康德 (Immanuel Kant，1724–1804) 是一位热情的地理学家 [10]。 康德认为，人类和动物，天生就有处理感官信息的感知方案，而几何空间框架，就是其中之一。

约一个世纪多以后，托尔曼秉承康德此概念，经过一连串老鼠走迷宫的实验，提出老鼠和其他动物，都具有允许灵活有效导航的认知地图的说法 [11]。

托尔曼认为，在学习过程中，环境地图之类的东西，会在老鼠的大脑中，建立起来。但托尔曼并没有完全排除正统行为学派的观点 — 即受试老鼠受到迷宫环境的刺激，最终基于这些刺激，被引导到实际发生反应的结果，不过，其间有个中介机制 / 中介变量在起着重要的干预作用 [12]。

然而，与刺激反应 (S-R) 心理学派的观点相比，托尔曼认为，大脑的干预过程，更复杂、更有规律，而且从务实的角度看，通常更自主。尽管受试老鼠会受到迷宫环境内大量不同的刺激信息的轰炸，但受试老鼠的神经系统，对于在任何给定时间，会允许哪些刺激，最终会成为产生反应的刺激，具有惊人的自主选择性的能力。

托尔曼举了个比喻，断言老鼠脑子里，有好像一个地图控制室 (map control room) 似的中央办公室 (central office)，而非其它行为学派所说的老式电话接驳机房， 允许进入的刺激，不只是通过简单的一对一切换连接到传出的响应 (S R)。 相反，传入的刺激脉冲，通常在地图控制室中，经过处理和细化，形成一个试探性的、类似于认知的环境地图 (cognitive-like map of the environment)。

正是这张试探性的认知地图，标明了认知路线和路径，以及四周环境的关系，决定受试老鼠最终会释放什么的反应。

托尔曼特别设计了一项他称之为 ‘’寻找刺激’’ (‘’Searching for the Stimulus’’) 的老鼠走迷宫实验。实验结果加强了受试老鼠在建构认知地图的过程中，主要活跃的选择性特征的概念。为了建构地图，受试老鼠经常不得不积极地寻找重要的相关刺激信息，而非对物理环境存在的所有刺激信息，照单全收，被动地做出反应。

托尔曼一连串不同测试的结果表明，受试老鼠确实发展出更广泛的空间地图，其中包括的，不仅仅是经过训练的特定路径。用今天的语言来说，这些测试结果显示，受试老鼠在建构认知地图的过程中，显示主观能动性。

托尔曼通过对老鼠的实验，证明受试老鼠，可以在迷宫中使用新的路径创造达至食物盒的捷径。这表明，它们不仅使用运动记忆 (例如总是在叉口处左转)，而且对食物奖励的位置，具有心理表征。他们可以根据不同的起点，调整行走路径的方法。 受试老鼠，在实现学习目标的方法中，表现出灵活性。

在一连串的经典实验中，托尔曼首次演示动物认知地图的存在，并且令人信服地证明，研究人员需要一个像心理 / 认知地图这样的心理表征概念，来解释受试老鼠的行为。

这个想法，挑战了古典行为主义的教条，同时激发了动物行为研究的一个新领域，为日后的认知心理学，铺平了道路，虽然该领域，至今仍然争议不休 [13]。

[待续]