清華大學(xué)心理學(xué)與認知科學(xué)研究中心主任 蔡曙山
【摘要】20世紀(jì)最后25年有兩個最重要的科學(xué)和學(xué)科的發(fā)展：1975年出現(xiàn)的認知科學(xué)和2000年出現(xiàn)的納米-生物-信息-認知聚合科技（NBIC）。在21世紀(jì)，我們將實現(xiàn)跨學(xué)科的交叉、綜合、知識創(chuàng)新和人才全面發(fā)展。NBIC聚合科技將極大地拓展人類認知和交流，改善人類健康，提高群體和社會效益，加強國家安全，統(tǒng)一科學(xué)和教育。認知科學(xué)和聚合技術(shù)將對人類未來的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。21世紀(jì)是一個綜合的時代，反映在以問題為導(dǎo)向的科學(xué)研究和以交叉綜合為特征的學(xué)科發(fā)展。綜合的時代將需要與20世紀(jì)分析時代不同的思想理論和創(chuàng)新方法。我們預(yù)測，這些發(fā)展將使每個人實現(xiàn)全面發(fā)展。與時代發(fā)展相適應(yīng)，21世紀(jì)的教育體系將發(fā)生重大變化，并形成新的綜合人才培養(yǎng)體系。
【關(guān)鍵詞】綜合時代 認知科學(xué) 聚合科技 學(xué)科綜合
【中圖分類號】G303 【文獻標(biāo)識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2022.20.003
蔡曙山，清華大學(xué)社會科學(xué)學(xué)院心理學(xué)系教授、博導(dǎo)，清華大學(xué)心理學(xué)與認知科學(xué)研究中心主任。研究方向為邏輯學(xué)、心理學(xué)和認知科學(xué)。主要著作有《認知科學(xué)導(dǎo)論》、《自然語言形式理論研究》（合著）、《語言、邏輯與認知——語言邏輯和語言哲學(xué)論集》、《言語行為和語用邏輯》、《聚合四大科技 提高人類能力：納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和認知科學(xué)》（譯著）等。
導(dǎo)言
20世紀(jì)50年代是哲學(xué)和科學(xué)碩果累累的重要時期，這些成果首先產(chǎn)生在語言學(xué)、心理學(xué)和計算機科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。1956年，一個由眾多認知科學(xué)家參加的重要會議在麻省理工學(xué)院（MIT）召開。認知心理學(xué)的奠基人米勒（George Miller）在他的著名論文《神奇的數(shù)字7±2：我們信息加工能力的局限》里證明：在短時記憶中，一般人平均只能記下7個組塊（chunk）。進而，他提出人類對信息加工能力、注意廣度、即時記憶廣度以及人類處理信息能力的限度等重要的認知加工理論。1957年，喬姆斯基（Noam Chomsky）建立了轉(zhuǎn)換語法，隨后展開了對斯金《言語行為》一書及其行為主義心理學(xué)的論戰(zhàn)。喬姆斯基認為，人類的第一語言（母語）的能力是先天遺傳的，而不是后天習(xí)得的，轉(zhuǎn)換生成語法的理論為人類語言加工提供了令人滿意的語言學(xué)和語言哲學(xué)解釋。喬姆斯基的先天語言能力（Innate Language Faculty）的理論、普遍語法（Universal Grammar）的理論為認知科學(xué)奠定了基礎(chǔ)，而他的句法結(jié)構(gòu)理論、形式文法理論則為人工智能奠定了基礎(chǔ)。與此同時，麥卡錫、明斯基、紐維爾和西蒙等先行者開創(chuàng)了人工智能的新興領(lǐng)域。在20世紀(jì)50年代和60年代，這些以信息加工為初衷的研究逐步覆蓋了哲學(xué)、語言學(xué)、心理學(xué)、人類學(xué)、計算機科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，這些學(xué)科不約而同地將自己的目標(biāo)對準(zhǔn)同一個東西——人類心智（Human Mind），形成一個以揭開人類心智奧秘為己任的多學(xué)科綜合交叉群體。
20世紀(jì)70年代中期，認知科學(xué)在美國創(chuàng)立，標(biāo)志著一個被稱為“綜合時代”的科學(xué)新時代的到來。在其后的四分之一世紀(jì)，認知科學(xué)迅速發(fā)展成為一個新興的科學(xué)領(lǐng)域和學(xué)科群體。認知科學(xué)的目標(biāo)是揭開人類心智的奧秘，其學(xué)科目標(biāo)是促進相關(guān)學(xué)科的交叉融合和綜合發(fā)展。
2000年，人類邁入新世紀(jì)。美國國家科學(xué)基金會（NSF）和美國商務(wù)部（DOC）共同資助了一個研究計劃，目的是要弄清楚哪些學(xué)科是新世紀(jì)的帶頭學(xué)科。70多位美國一流科學(xué)家參加了這項計劃，研究結(jié)果是一份480多頁的研究報告，標(biāo)題為《聚合四大科技 提高人類能力：納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和認知科學(xué)》（Converging Technologies for Improving Human Performance Nanotechnology, Biotechnology, Information Technology and Cognitive Science），簡稱CTIHP，或NBIC。[1]這里有兩個關(guān)鍵詞，一個是“聚合科技”（Converging Technologies），另一個是“NBIC”（Nanotechnology, Biotechnology, Information Technology and Cognitive Science），兩者是等價的。“聚合技術(shù)”就是要把四大科技NBIC聚合起來，形成一個更大的學(xué)科綜合體。認知科學(xué)是6大學(xué)科的綜合體，NBIC則是包含認知科學(xué)在內(nèi)的更大的學(xué)科綜合體。從認知科學(xué)到聚合科技，表明人類從綜合走向更大的綜合。聚合科技NBIC的提出和建立，標(biāo)志著一個被稱為“科學(xué)綜合”的新的時代的到來。如果說20世紀(jì)是“分析的時代”（The Age of Analysis），那么21世紀(jì)則是一個完全不同的“綜合的時代”（The Age of Synthesis）。
聚合科技在新世紀(jì)的作用和意義是：四大科技NBIC互相纏繞在一起，共同支撐21世紀(jì)的人類發(fā)展；同時，它將四大科技的能量聚集到一點，所向披靡，無堅不摧。本文將描述從認知科學(xué)到聚合科技NBIC的這一轉(zhuǎn)變過程，揭示21世紀(jì)綜合時代的特征，并對聚合科技NBIC對未來的潛在影響作出預(yù)測。
綜合的時代
分析科學(xué)和分析方法是20世紀(jì)的一個標(biāo)志，由此產(chǎn)生了一個“分析時代”。這個時代，各門學(xué)科、各個研究領(lǐng)域的范圍都受到分析方法的影響，雖然科學(xué)研究越來越深入，但科學(xué)領(lǐng)域和學(xué)科范圍卻越來越窄，知識的廣度也越來越有限。以分析方法為主的科學(xué)技術(shù)主導(dǎo)了20世紀(jì)的發(fā)展，從太空探索到人類生存都取得了顯著成就。然而，這一時期卻缺乏以人為本的人文社會科學(xué)研究和成果來支持上述發(fā)展。這種情況在20世紀(jì)的最后25年開始改變，隨著文理工大綜合的認知科學(xué)的建立，越來越多的研究聚焦于人類綜合的能力。
分析與綜合：人類認識世界的兩種基本方法。分析與綜合是人類認識世界的兩種基本的科學(xué)方法。分析是一種自上而下的獲取信息的方法，即將認識對象分門別類地進行研究，這種方法基于古代分類學(xué)。相反，綜合是一種自下而上的研究方法，在這種方法中，我們將認識對象組合成一個整體來進行研究，這種方法基于古代對世界的整體觀。
分析和綜合這兩種科學(xué)方法涉及到兩種邏輯方法：演繹和歸納。分析方法在邏輯上使用的是演繹推理，從認知科學(xué)上說，它是左腦的工作方式；綜合方法在邏輯上使用的是歸納推理，采用的是右腦的工作方式。在人類認識史上，分析與綜合、演繹和歸納，這兩類主要的科學(xué)認識方法和邏輯推理方法早就被哲學(xué)家注意到了，形成了從古希臘到近代西方哲學(xué)中的唯理論和經(jīng)驗論之爭。例如，古希臘哲學(xué)家柏拉圖和亞里士多德分屬于唯理論和經(jīng)驗論陣營；近代西方哲學(xué)中唯理論者有笛卡爾、萊布尼茲、斯賓諾莎等；經(jīng)驗論者有培根、洛克、休謨等。歐陸哲學(xué)家多屬唯理論，英美哲學(xué)家則多屬經(jīng)驗論。中國哲學(xué)從古代到現(xiàn)代都是以經(jīng)驗論為主流。
綜合：人類認知與發(fā)展的新的時代。20世紀(jì)是分析的時代，但自20世紀(jì)下半葉以來，分析和演繹的缺陷日益顯現(xiàn)出來。1931年，哥德爾（K. Gödel）證明在一個充分大的數(shù)學(xué)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的一致性和完全性不能同時滿足。這是說，在一個一致的數(shù)學(xué)系統(tǒng)中，至少存在一個真而不可證的命題。這個偉大的定理證明了分析方法和演繹推演不能窮盡系統(tǒng)內(nèi)的真理，即使是數(shù)學(xué)和邏輯這種純粹的分析和演繹的科學(xué)亦是如此。這個定理也證明了人類的理性是有限度的。
從20世紀(jì)70年代中葉認知科學(xué)建立到21世紀(jì)之初聚合科技的建立，人類認識的發(fā)展走在一條從綜合到更大綜合的道路上，這并不是偶然的，它反映了人類認識世界的方式的根本轉(zhuǎn)變，這是2000多年來人類認知的一次重大變革！科學(xué)發(fā)展從以分析和演繹為主的認知方式，轉(zhuǎn)向以綜合和歸納為主的認知方式，人類社會從分析的時代進入綜合的時代！
綜合再綜合，創(chuàng)新再創(chuàng)新，這將成為21世紀(jì)的時代特征。
認知科學(xué)：三個綜合目標(biāo)
認知科學(xué)有兩個重要的特點。首先，它是經(jīng)驗性的。認知語言學(xué)家萊考夫（G. Lakoff）指出認知科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)是：心智是涉身的；思維是無意識的；抽象概念是隱喻性的。其次，學(xué)科具有整體性和綜合性。認知科學(xué)有三大綜合目標(biāo)：學(xué)科交叉融合；知識綜合創(chuàng)新；人才綜合發(fā)展。
學(xué)科交叉綜合。在科學(xué)發(fā)展中，分析方法通常用來研究自然、社會和精神現(xiàn)象。這種方法幾乎應(yīng)用于自然、社會和精神領(lǐng)域的所有學(xué)科。隨著時間的推移，學(xué)科分類越來越細，而學(xué)科的范圍卻越來越窄。
聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）的學(xué)科劃分確定了5個學(xué)科門類和60個一級學(xué)科。聯(lián)合國教科文組織國際文獻聯(lián)合會分類體系（BSO）的學(xué)科分類有9個門類和60個一級學(xué)科。美國標(biāo)準(zhǔn)有17個門類、38個組、362個學(xué)科。英國標(biāo)準(zhǔn)有20個門類、159個一級學(xué)科、654個二級學(xué)科。德國的學(xué)科分類有10個門類、64個一級學(xué)科、558個二級學(xué)科。日本標(biāo)準(zhǔn)有9個門類、49個組、1250個學(xué)科。1992年建立的中國學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)包括11個學(xué)科門類，58個一級學(xué)科，573個二級學(xué)科和大約6000個三級學(xué)科。這種學(xué)科的細分可以概括為：學(xué)科門類十幾個，一級學(xué)科幾十個，二級學(xué)科幾百個，三級學(xué)科幾千個。這樣的學(xué)科分類將人類知識切割得支離破碎。
在這樣一個復(fù)雜而繁瑣的知識分類系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)和掌握所有領(lǐng)域的知識是不可能的。相反，越來越多的學(xué)生被要求專注于一個狹窄的領(lǐng)域，并在一個特定的學(xué)科發(fā)展專長（專業(yè)化）。在這種分析性的教育系統(tǒng)中，作為學(xué)習(xí)和掌握這種狹隘的專業(yè)知識的代價，可能會導(dǎo)致受教育者寶貴的綜合能力的喪失。
人類知識本來就不是按照學(xué)科來劃分的，而是以問題為中心的，是以問題為學(xué)習(xí)和研究導(dǎo)向的。學(xué)科設(shè)置卻是人為的，現(xiàn)代教育強化了這種人為的學(xué)科劃分。認知科學(xué)打破了這種以分析方法建立的嚴(yán)格的學(xué)科壁壘，重新建立了多學(xué)科、跨學(xué)科的知識體系。認知科學(xué)作為一門綜合自然科學(xué)、工程技術(shù)、人文科學(xué)的新的知識體系和研究方法，有可能幫助許多傳統(tǒng)上互相分離的學(xué)科實現(xiàn)交叉綜合，重新煥發(fā)科學(xué)和學(xué)科的青春與活力。
綜合知識創(chuàng)新?？茖W(xué)是以問題為導(dǎo)向的，是處處稠密的?？茖W(xué)是針對特定問題而產(chǎn)生的，凡是有問題的地方，就會有科學(xué)。學(xué)科則是人為劃分的，是離散的和受學(xué)科規(guī)范約束的。現(xiàn)代教育體制，特別是現(xiàn)代大學(xué)強化了學(xué)科劃分和學(xué)科規(guī)范。在科學(xué)與學(xué)科的這一對矛盾中，科學(xué)是第一性的，是活躍的，是常新的和生生不息的。學(xué)科是第二性的，是僵化的，是滯后的和難以改變的。學(xué)科規(guī)范與科學(xué)規(guī)律相適應(yīng)則促進科學(xué)發(fā)展，反之則阻礙科學(xué)發(fā)展。但科學(xué)總是為自己的發(fā)展而不斷突破學(xué)科障礙、開辟發(fā)展道路。認知科學(xué)的建立就是一個科學(xué)研究突破學(xué)科障礙而使科學(xué)得到發(fā)展的典型例子。其后聚合科技NBIC的建立又一次突破學(xué)科障礙，并為自己的發(fā)展開辟新的方向。通過這種矛盾運動，科學(xué)和學(xué)科都得到了健康發(fā)展。
在綜合發(fā)展的時代，一些最初出現(xiàn)的學(xué)科或領(lǐng)域之間可能會發(fā)生整合。比如，在認知科學(xué)的框架內(nèi)出現(xiàn)了大量的交叉學(xué)科新領(lǐng)域，如控制論產(chǎn)生于計算機科學(xué)與神經(jīng)科學(xué)的交叉融合，神經(jīng)語言學(xué)產(chǎn)生于神經(jīng)科學(xué)與語言學(xué)的交叉融合，神經(jīng)心理學(xué)產(chǎn)生于神經(jīng)科學(xué)與心理學(xué)的交叉融合，認知過程的仿真產(chǎn)生于心理學(xué)與計算機科學(xué)的交叉融合，計算語言學(xué)產(chǎn)生于計算機科學(xué)與語言學(xué)的交叉融合，心理語言學(xué)產(chǎn)生于心理學(xué)和語言學(xué)的交叉融合，心理學(xué)哲學(xué)從哲學(xué)與心理學(xué)的交叉融合發(fā)展而來，人類學(xué)語言學(xué)從人類學(xué)與語言學(xué)的交叉融合發(fā)展而來，認知人類學(xué)從心理學(xué)與人類學(xué)的交叉融合發(fā)展而來，腦進化從神經(jīng)科學(xué)與人類學(xué)的交叉融合發(fā)展而來，等等。顯而易見，如果沒有認知科學(xué)的發(fā)展，這些新的綜合領(lǐng)域或交叉學(xué)科就不會出現(xiàn)。
人才綜合發(fā)展。現(xiàn)代教育體制由多學(xué)科的分科教育組成，因此就涉及到一種學(xué)科分析的方法。當(dāng)代教育系統(tǒng)需要分析方法和管理部門發(fā)揮學(xué)科間的協(xié)調(diào)作用，從而強化了學(xué)科管理部門本身的職能。例如，當(dāng)前，中國的大學(xué)如果要增加一個學(xué)科目錄中沒有的新學(xué)科，必須經(jīng)過國家教育部的批準(zhǔn)。在科學(xué)基金項目的申報中，跨學(xué)科、交叉學(xué)科和新興學(xué)科項目的申報也存在困難。認知科學(xué)這個在美歐已經(jīng)發(fā)展了近半個世紀(jì)、碩果累累、具有強大生命力的學(xué)科，在中國的學(xué)科目錄和自然科學(xué)、社會科學(xué)兩大科學(xué)基金項目的申報中，至今仍然沒有自己的一席之地和正常通道。
在這樣學(xué)科和教育體系中，學(xué)生更容易被培養(yǎng)成某種類型的專家、學(xué)者或教授，而很難被培養(yǎng)成為大師。為什么呢？因為這樣的科學(xué)和教育體制不太可能產(chǎn)生歷史上像諸葛亮那樣精通天文、地理和軍事的全才；也不可能產(chǎn)生像達·芬奇那樣集藝術(shù)家、雕塑家、建筑師、工程師和科學(xué)家于一身的大師。古希臘百科全書式學(xué)者亞里士多德、中國古代思想家和哲學(xué)家老子、思想家和教育家孔子、心學(xué)大師王陽明、儒學(xué)大師莫友芝，也不可能從當(dāng)代教育體系中誕生。事實上，古今中外的所謂“大師”，他們的知識類型全都是綜合型的，而不僅僅是專業(yè)型的。這就是困擾我國科學(xué)界和教育界的“錢學(xué)森之問”的答案。可以期望，“錢學(xué)森之問”這個難題在綜合的時代能夠得到完美的解決。
在現(xiàn)代教育體制下，之所以很難出現(xiàn)上述那樣的學(xué)術(shù)大師或改變?nèi)祟惷\的人物，重要的原因就是綜合能力和綜合知識的缺乏。如果人類知識是一座森林，在現(xiàn)代條分縷析的教育體制下，受教育者不過像蟲子一樣生活在一片樹葉上，對其他樹葉和樹木缺乏了解，更不用說整個森林了。我們需要的是這樣的人：他們能夠像鷹一樣在人類知識的森林上空自由翱翔，只有這樣才可能有綜合的眼光，才可能對人類知識，對整個森林有全面的了解，也才可能對人類的進步作出更大貢獻。
聚合科技：大規(guī)模集成
認知科學(xué)和聚合科技NBIC正在向更高層次、更大規(guī)模的方向發(fā)展。斯博列爾（J. Spohrer）預(yù)言：“在下個世紀(jì)，或者在大約5代人的時期之內(nèi)，一些突破會出現(xiàn)在納米技術(shù)（消弭了自然的和人造的分子系統(tǒng)之間的界限）、信息科學(xué)（導(dǎo)向更加自主的、智能的機器）、生物科學(xué)和生命科學(xué)（通過基因?qū)W和蛋白質(zhì)學(xué)來延長人類生命）、認知和神經(jīng)科學(xué)（創(chuàng)造出人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并破譯人類認知）和社會科學(xué)（理解文化信息，駕馭集體智商）領(lǐng)域，這些突破被用于加快技術(shù)進步的步伐，并可能會再一次改變我們的物種，其深遠的意義可以媲美數(shù)十萬代人以前人類首次學(xué)會口頭語言知識。NBICS（納米－生物－信息－認知－社會）的技術(shù)綜合可能成為人類偉大變革的推進器。”
擴展人類的認知和交際能力。實現(xiàn)NBIC聚合總目標(biāo)的第一個重點領(lǐng)域是擴展人類認知與交際能力。這一領(lǐng)域的主要任務(wù)是促進技術(shù)突破，這些突破有可能增強個人的心理和社會交際能力。整個20世紀(jì)，人們提出了許多純粹的心理學(xué)技術(shù)來加強人類的人格特征，但是系統(tǒng)的研究通常無法證實這些技術(shù)方法的所謂好處。目前的證據(jù)表明，綜合運用各種科學(xué)和技術(shù)的方法，可能比單純依靠心理訓(xùn)練更有效。
加州大學(xué)圣特巴巴拉分校的高雷奇（R. G. Golledge）認為，聚合技術(shù)NBIC可以拓寬人類在幾個感官領(lǐng)域“跳出界外”思考的能力，例如，聚合NBI和空間認知方法，我們就可以得到：自然語言驅(qū)動的機器人和可穿戴計算機；基于人類尋路實踐方法的互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎；感知環(huán)境并提醒我們污染程度等的智能面料等；當(dāng)我們旅行時會與我們交談的智能環(huán)境系統(tǒng)（如遠程聽覺標(biāo)識系統(tǒng)）；以GPS為基礎(chǔ)的個人導(dǎo)航系統(tǒng)能夠方便我們在不熟悉的地方出行（例如旅游）；通過觸控、注視或手勢來解釋所在環(huán)境的智能地圖（例如“你在這里”的實時地圖或觸摸屏數(shù)據(jù)表達計算機）；機器導(dǎo)盲犬?dāng)y帶大型環(huán)境數(shù)據(jù)庫，可以在不熟悉的地方開辟路線；為訪客提供建筑物內(nèi)部狀況及游客信息的智能建筑，比如，中轉(zhuǎn)終端機；在地面或交通工具上提供的遠程聽覺標(biāo)志（談話標(biāo)志／遠程紅外聽覺標(biāo)志）；購物中心和交通樞紐等建筑物內(nèi)的“會說話”的熒光燈；具有點鏈功能的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，可以提供定位于地點和網(wǎng)站的信息。
改善人類健康和身體能力。由于生物醫(yī)學(xué)項目設(shè)計的需要，了解細胞-分子界面（即納米級相互作用）將是納米生物技術(shù)應(yīng)用的一個重要發(fā)展方向。
在延長人類壽命方面，廣泛和成功地引入納米生物技術(shù)將需要跨學(xué)科合作和廣泛的信息交換。例如，在修復(fù)和替換損傷的生物器官方面可能的干預(yù)水平和一些正在出現(xiàn)的解決方案，其中納米生物技術(shù)可以發(fā)揮作用。
在人機交互領(lǐng)域，人們普遍認為納米技術(shù)的最新進展將對腦機接口（BMIs）和神經(jīng)假體器件的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。通過在神經(jīng)元組織和機器之間建立直接聯(lián)系，這些設(shè)備可以使用自愿神經(jīng)元活動來直接控制機械、電子甚至虛擬物體，就像它們是身體的延伸一樣。
這項新技術(shù)的核心是不斷增長的電生理學(xué)方法的能力，用于揭示從大量個體神經(jīng)元的原始電活動中獲得意識和有意向的神經(jīng)過程（如移動手臂）的潛在機制。這些神經(jīng)信號可以被轉(zhuǎn)換成一種可以用來控制外部設(shè)備的信息形式。此外，通過提供從這些設(shè)備向大腦傳遞感官（如視覺、觸覺、聽覺等）反饋的方法，有可能在大型神經(jīng)回路和機器之間建立互惠的（生物學(xué)上更合理的）交互形式。這些發(fā)展可能滿足人工驅(qū)動器的要求。這些驅(qū)動器作為簡單的身體延伸功能，可以用來增強人體運動性能?；谶@項研究和納米技術(shù)的最新發(fā)展，構(gòu)建一套閉環(huán)控制的腦機接口成為可能，使之在宏觀、微米甚至納米環(huán)境下恢復(fù)或增強電機性能。
提高團體和社會效益。NBIC創(chuàng)新的主要好處超出了個人層面，施益于群體，并促進經(jīng)濟、文化和整個社會發(fā)展。特別是，NBIC創(chuàng)新尋求提高團隊能力，促進社會交際和合作。
加州大學(xué)伯克利分校的班菲爾德（J. Banfield）提出了一個模型來解釋認知科學(xué)的引入在指導(dǎo)復(fù)雜過程的超級模型發(fā)展方面是如何發(fā)揮無法估價的作用的。該模型將物理和化學(xué)環(huán)境信息與種群大小、結(jié)構(gòu)和基因表達信息結(jié)合起來，分析群落相互作用并預(yù)測系統(tǒng)對擾動的響應(yīng)。
在微生物模型的研究中，班菲爾德發(fā)現(xiàn)，過度使用和／或不平衡使用資源可導(dǎo)致毒素積累、食物短缺、人口過剩和死亡。納米-生物-地理的整合可以讓我們梳理出器官與其周圍環(huán)境之間復(fù)雜的相互依賴關(guān)系，從而最終獲得對環(huán)境系統(tǒng)的充分理解，以避免由微生物層面的相互作用中表現(xiàn)出來的資源耗盡的不利后果。
國家安全。美國國防部闡明了NBIC的７個國家安全目標(biāo)：（1）數(shù)據(jù)鏈接、威脅預(yù)測和戰(zhàn)備；（2）無人駕駛作戰(zhàn)車輛；（3）作戰(zhàn)人員教育和訓(xùn)練；（4）化學(xué)／生物／輻射／爆炸（CBRE）的探測與防護；（5）戰(zhàn)士系統(tǒng)；（6）提高人類工作表現(xiàn)的非藥物治療；（7）腦機接口的應(yīng)用。
例如，手腕佩戴的監(jiān)視器（腕表）通過監(jiān)測睡眠來預(yù)測人員的工作能力。睡眠通過手腕監(jiān)視器處于非運動狀態(tài)來確定。腕表顯示的曲線根據(jù)士兵的休息時間來預(yù)測士兵的行動能力。海軍研究實驗室的默戴（J. Murday）開發(fā)了一種涉及未來納米生物技術(shù)應(yīng)用的戰(zhàn)士系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電鍍陶瓷制造的等角天線材料、碳納米管和納米纖維制造的輕型彈道頭盔、燃料電池膜制造的緊湊型電池、納米纖維和選擇性發(fā)膜制造的化學(xué)／生物防護服、聚合體分層硅化物和多層聚合物制造的彈道防護面罩、化學(xué)／生物探測技術(shù)和水質(zhì)探測技術(shù)制造的化學(xué)／生物傳感器、納米初級合成物和納米金屬物制造的先進武器系統(tǒng)、納米反應(yīng)物制造的化學(xué)／生物皮膚殺蟲劑乳霜、納米膠囊和納米薄膜過濾器制造的飲用水系統(tǒng)，這個多系統(tǒng)綜合的“未來戰(zhàn)士系統(tǒng)”將極大地提高單兵作戰(zhàn)能力，并在未來戰(zhàn)爭中形成前所未有的強大戰(zhàn)斗力。
在21世紀(jì)之初，《聚合四大科技 提高人類能力》（CTIHP）一書就作出預(yù)言，無人機將會成為未來戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)手段。自動化技術(shù)（包括傳感器小型化、增強的計算能力、存儲能力和增強的軟件能力）將替代飛行員在許多危險的作戰(zhàn)任務(wù)中實現(xiàn)完全自動化或者人機循環(huán)組合。無人機將具備人工大腦，在執(zhí)行任務(wù)時能夠效仿技術(shù)嫻熟的戰(zhàn)斗飛行員。除需要戰(zhàn)略決策或開火決定等特殊情況外，如起飛、航行、情況偵察、目標(biāo)確認和安全返航等任務(wù)，將被自動完成。解除了人體重力約束和減少了人體物理支持設(shè)備（氧氣、彈射系統(tǒng)、裝甲等）的重量，飛機將更加靈敏。坦克、潛水艇和其他戰(zhàn)斗車輛將會得到類似的改進。今天看來（特別是在近期的烏克蘭危機中），這一預(yù)言已經(jīng)完全成為現(xiàn)實。
統(tǒng)一科學(xué)和教育。目前，科學(xué)和工程的教育是高度碎片化的，每個部分都受到特定學(xué)科邊界的限制。紐約城市大學(xué)的阿金斯（D. Akins）等人預(yù)測，在未來，知識將基于由納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和認知科學(xué)提供的統(tǒng)一概念，而這是通過教育機構(gòu)來推行的。自然科學(xué)、工程科學(xué)、社會科學(xué)和人文科學(xué)將聚合在一起。統(tǒng)一科學(xué)的基本概念將從教育過程的一開始就引入，包括K-12、本科和研究生教育的全過程。聚合科技將開發(fā)新的工具，用以提供高質(zhì)量的、隨時隨地可利用的教育機會。NBIC的科學(xué)和工程教育方式將讓大多數(shù)學(xué)生可以受益，并作為繼續(xù)教育讓感興趣的成年人也可以受益。
美國國家航空航天局的巴特森和波普（J. G. Batterson and A. T. Pope, 2002）對2015年K-12教育的發(fā)展前景做了詳細的預(yù)測：
在未來的15年里，聚合科技（CT）、納米、生物、信息和認知技術(shù)（NBIC）的協(xié)同作用將顯著改善K-12年級的教學(xué)方式、教學(xué)地點和教學(xué)內(nèi)容，并支持快速發(fā)展的科技經(jīng)濟所需的終身學(xué)習(xí)。通過國家和州的標(biāo)準(zhǔn)，美國一半的學(xué)校將根據(jù)科學(xué)與技術(shù)統(tǒng)一的原則開展科學(xué)教育（NRC, 1995），而不是自工業(yè)革命前以來孤立學(xué)科的教育。新的學(xué)習(xí)工具如神經(jīng)科學(xué)傳感器，通過保證帶寬提高互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量，以及對自我完善的生物反饋的新理解，將為所有人提供新的、高效的學(xué)習(xí)方法，特別是確保所有兒童在五歲前都能夠閱讀。學(xué)生們將不再依賴于教室或校舍的嚴(yán)格管理和課程表，因為他們將從無數(shù)的場所全天候地獲得課程和補充信息。
NBIC的研究進展可以滿足每年越來越多學(xué)生的特殊需求，而需要的教職員工卻越來越少。隨著科技的發(fā)展，學(xué)生可以越來越方便地與世界各地的其他學(xué)生交流，分享信息、語言和文化。隨著人們認識到終身學(xué)習(xí)的重要性，全世界可能會有越來越多的人加入到教育體系中，其中包括數(shù)百萬老年人，終身學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)成為現(xiàn)實。在巴特森和波普（2002）的教育模式中，對新建筑的要求降低了，因為學(xué)生可以在家里、工作區(qū)域和學(xué)校全天候（每周7天，每天24小時）利用課程資源。節(jié)省下來的資本投資可以用于提高教育工作人員的薪酬，以吸引和留住優(yōu)秀的教師和課程開發(fā)人員。據(jù)設(shè)想，教育和娛樂之間的界限將越來越模糊，因為公民都可以全天候?qū)W(xué)校進行訪問，以改善他們的生活。
結(jié)論與未來預(yù)測
在20世紀(jì)的最后25年里，科學(xué)技術(shù)的兩個重要的發(fā)展是1975年認知科學(xué)的建立和2000年NBIC聚合技術(shù)的產(chǎn)生。下面，我們對從認知科學(xué)到聚合科技及其后的發(fā)展作一總結(jié)，并對未來作出預(yù)測。
人類發(fā)展進入綜合時代。認知科學(xué)由6大學(xué)科組成，是人類知識的綜合發(fā)展。NBIC聚合科技，包括認知科學(xué)，是一次更大的學(xué)科綜合?？茖W(xué)綜合的趨勢為科學(xué)知識提供了極其廣泛的基礎(chǔ)，也為科學(xué)技術(shù)進步和人類認知發(fā)展提供了前所未有的廣闊前景。
縱觀人類科學(xué)史和思想史的發(fā)展歷程，我們可以看到一個從分析到綜合，再從簡單綜合到更大綜合的發(fā)展過程。不斷地綜合發(fā)展，從綜合到更大的綜合，是21世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展的持續(xù)趨勢。
這種融合發(fā)展的趨勢體現(xiàn)在科學(xué)研究、學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)等多種模式上。在綜合知識、綜合學(xué)科和擴展能力的發(fā)展基礎(chǔ)上，綜合和發(fā)展將會變得更加全面。此外，這一趨勢可能會對中國的政治、經(jīng)濟、社會、文化、教育和社會的其他方面產(chǎn)生強烈的影響。在21世紀(jì)綜合的時代，NBIC聚合科技有可能從根本上改變?nèi)祟惽斑M的方向，甚至改變物種。重要的是要預(yù)測這些變化的性質(zhì)，并作出適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備。
然而，認知科學(xué)和聚合技術(shù)的新發(fā)展目前還未進入決策層面。例如，盡管部分發(fā)達國家和世界一流大學(xué)都在全力支持認知科學(xué)和聚合技術(shù)的研究，但認知科學(xué)尚未被納入中國的學(xué)科目錄。這種狀況令人擔(dān)憂。許多年前，筆者曾說過，一所大學(xué)如果不進行認知科學(xué)研究，就不足以被認為是世界一流的大學(xué)。這個觀點應(yīng)該引起大學(xué)和各級教育管理者的重視。
思想和方法創(chuàng)新在當(dāng)今時代的重要性。認知科學(xué)，特別是認知人類學(xué)（涉及文化、進化和認知）和進化心理學(xué)的研究表明，人類和非人類動物之間的根本區(qū)別是：人類在200萬年前發(fā)明了口頭語言，這是可以表達抽象概念的符號語言。在抽象語言的基礎(chǔ)上，人類發(fā)展出抽象思維。憑借抽象語言和抽象思維，人類建構(gòu)了全部的知識體系，知識在歷史的演進過程中積淀為文化。因此，人類具有語言、思維、文化層級的認知，而非人類動物并不具有這種認知。非人類動物的進化僅僅發(fā)生在基因的水平上，一個有生物學(xué)意義的小小變化往往需要歷經(jīng)數(shù)百年甚至數(shù)千年的時間跨度。人類的進化可以發(fā)生在思想、文化和技術(shù)層面上，其基礎(chǔ)是通過語言進行社會傳播。文化演變可以在幾十年、一代人或至多幾代人的時間內(nèi)產(chǎn)生實質(zhì)性的變化。地球上生命的歷史長達數(shù)十億年。作為基因進化的結(jié)果，智人出現(xiàn)在1.6億年前。這個過程涉及數(shù)十億年緩慢的生物進化。在大約5000年前人類逐漸發(fā)展出了語言和書寫。從那時起，人類的進步在很大程度上不是在基因水平上，而是在工具和文化水平上的進步。自文字發(fā)明以來，人類社會的進步呈指數(shù)級的發(fā)展。書面語言促進了知識的保存，而語言促進了文化的傳播（見表1）。美國科學(xué)家文特（J. C. Venter）使用合成染色體來創(chuàng)造人工生命，驗證了表1最后一行的合成方法，文特將自己從無到有合成的這個新生命命名為“辛西婭”（Synthia），與“綜合”（synthesis）為同源詞，由此開創(chuàng)的一個新的學(xué)科被稱為合成化學(xué)（synthetic chemistry）。人工合成生命出現(xiàn)的時間比2002年羅科、班布里奇等人預(yù)測的要早得多。
分析方法在20世紀(jì)初極大地改變了人類社會。在20世紀(jì)下半葉，認知科學(xué)的綜合方法也產(chǎn)生了類似的效果。隨著更加綜合的科學(xué)方法的使用，NBIC聚合技術(shù)將從根本上改變21世紀(jì)的人類社會。人類的思考和行動受語言使用方式變化的影響。因此，從語言中產(chǎn)生的工具和技術(shù)發(fā)生變化，會引發(fā)社會在多個層面上的變化。從分析到綜合，再從綜合到更全面的綜合，涉及語言學(xué)層面的思想和方法的創(chuàng)新。這就突出了創(chuàng)新思想和方法對社會進步的重要性。很明顯，在綜合時代需要大量的思想和方法的創(chuàng)新，且這種創(chuàng)新不同于作為分析時代單一學(xué)科或某一領(lǐng)域的創(chuàng)新。
個人全面發(fā)展的重要性。綜合的時代有利于個體的全面發(fā)展。在分析時代，左腦在控制思想和行為方面占主導(dǎo)地位?？梢灶A(yù)測，在未來，左腦優(yōu)勢將被右腦優(yōu)勢所替代，左右腦半球?qū)缪莞胶獾慕巧?，因為大腦高度偏側(cè)化使得雙腦平衡的個體比只使用或主要使用左腦的個體能夠更有效地同時執(zhí)行左右腦的功能，從而達到分析與綜合、演繹與歸納平行的認知功能。
因此，左腦的分析功能應(yīng)該得到越來越多的應(yīng)用，右腦的綜合功能也應(yīng)該得到越來越多的應(yīng)用，只有這樣個體才有可能得到更全面的發(fā)展。認知神經(jīng)科學(xué)已經(jīng)表明，沒有足夠的對大腦與心智能力的理解，即對腦、心理、語言、思維和文化認知的理解，人的整體心智能力無法得到提高。
《聚合四大科技 提高人類能力》（CTIHP）一書顧問羅賓奈特（W. Robinett）認為，新的認知能力通過對大腦的全面了解而實現(xiàn)。這些能力包括虛擬存在、改進的感覺、記憶、想象等。羅賓奈特還設(shè)想了一些發(fā)展，比如，“將自己下載到新的硬件”的能力，通過這些能力，一個人可以實現(xiàn)即時學(xué)習(xí)，開發(fā)多個體蜂群心智，光速旅行，甚至自主進化等。NBIC技術(shù)可以幫助我們整合現(xiàn)有的關(guān)于人類行為的多種驅(qū)動因素的知識，以全面理解人類活動。這一目標(biāo)的實現(xiàn)將使我們對人類行為的理解有一個重大飛躍（見圖1），有可能導(dǎo)向人類構(gòu)成一個新物種。
最后，應(yīng)該認識到，科學(xué)和技術(shù)的回歸必須是在個體層面上，并且是以人為本的。也就是說，人類的生存應(yīng)該有一個總目標(biāo)，包括預(yù)防潛在的危害和遏制科學(xué)技術(shù)目前所造成的危害。必須考慮到，聚合技術(shù)的發(fā)展除了積極的影響，也可能有潛在的負面影響。目前，地球正在變暖，海洋冰層正在融化，環(huán)境正在受到破壞，資源面臨枯竭危險。此外，一些人類活動正在對人類自身產(chǎn)生嚴(yán)重的有害影響。解決技術(shù)的這些消極影響是未來科學(xué)技術(shù)的核心問題。
完善教育體系，在廣闊的發(fā)展體系中創(chuàng)造全面發(fā)展的人才。未來的真正改善將依賴于社會變化，這些變化使人類能夠在不破壞地球的前提下生存和發(fā)展。這不僅需要能夠進行數(shù)學(xué)和邏輯分析的科學(xué)家和哲學(xué)家，也需要能夠運用綜合認知能力進行藝術(shù)創(chuàng)作和綜合思維的思想家和創(chuàng)造者。
中國古代思想家孟子說：“萬物皆備于我矣。反身而誠，樂莫大焉。”這是說，世界上萬事萬物之理已經(jīng)由天賦予我，在我的天性之內(nèi)完全具備了，如果向內(nèi)探求，到達天人合一的至誠境界，便會感到莫大的快樂。這句話反映了孟子天人合一的思想。兩千年后，馬克思曾引用一句他所喜歡的格言“人所共有我皆有”，表明了同樣的哲理和人生價值。相距兩千年的這兩位偉大思想家對世界的思考得到同樣的結(jié)論，這不是偶然的。
《達·芬奇?zhèn)鳌返淖髡咄咚_里（Giorgio Vasari）評價達·芬奇這位文藝復(fù)興時期著名的科學(xué)家和藝術(shù)大師：“在正常的過程中，許多男人和女人生來就具有非凡的才華；但有時，一個人被上天以一種超越自然的方式神奇地賦予了美麗、優(yōu)雅和才華，他把其他人遠遠甩在了后面，他的所有行為似乎都受到了啟發(fā)，事實上，他所做的一切顯然都來自上帝，而不是人類的技能。每個人都承認列奧納多·達·芬奇是這樣的，他是一位有著出眾的身體美的藝術(shù)家，他在做任何事情時都表現(xiàn)出無限的優(yōu)雅，他如此輕松地培養(yǎng)他的天賦，以至于他研究的所有問題都能輕松解決。”意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家、現(xiàn)代實驗科學(xué)先驅(qū)伽利略說：“自然是完美的”，喬姆斯基引用伽利略的話寫道：“科學(xué)家的任務(wù)就是證明這種美，無論是研究運動的定律、雪花的結(jié)構(gòu)、花朵的形狀和生長，還是我們已知的最復(fù)雜的系統(tǒng)——人類的大腦。”
一些科學(xué)家預(yù)測，全球教育和信息系統(tǒng)將在本世紀(jì)的前15年從根本上改變教育的面貌。NBIC聚合科技有可能將科學(xué)和教育統(tǒng)一起來，提供一個包括認知科學(xué)在內(nèi)的更廣泛的基礎(chǔ)。在當(dāng)今時代，我們也許能夠消除對學(xué)生和學(xué)習(xí)的限制，包括自現(xiàn)代教育系統(tǒng)出現(xiàn)以來就存在的物理教室和社會紀(jì)律的限制。我們希望涌現(xiàn)像文藝復(fù)興時期的達·芬奇和伽利略那樣杰出的科學(xué)家和學(xué)術(shù)大師，我們也希望出現(xiàn)更多像孔子、孟子、老子、莊子那樣關(guān)心人類命運的思想家。
（本文系國家社會科學(xué)基金重大項目“語言、思維、文化層級的高階認知研究”、國家自然科學(xué)基金重點項目“語言理解的認知機理與計算機模型研究”的階段性成果，項目編號分別為：15ZDB017、62036001）
注釋
[1]M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), Converging Technologies for Improving Human Performance Nanotechnology, Biotechnology, Information Technology and Cognitive Science, Kluwer Academic Publisers, 2002. 中文版《聚合四大科技 提高人類能力——納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和認知科學(xué)》，蔡曙山、王志棟、周允程等譯，北京：清華大學(xué)出版社，2010年。本書入選2011年中央國家機關(guān)“強素質(zhì)，作表率”讀書活動科技類唯一推薦書目。為方便閱讀，英文版書名簡寫為：CTIHP。
參考文獻
G. A. Miller, 1956, "The Magical Number Seven, Plus or Minus Two: Some Limits on Our Capacity for Processing Information," Psychological Review, 63, pp. 81–97.
N. Chomsky, 1957, Syntactic Structures, The Hague: Mouton.
G. A. Miller; M. Chomsky, 1963, "Finitary Models of Language Users," in R. D. Luce; R. R. Bush; I. Galanter (eds.), Handbook of Mathematical Psychology, New York: Wiley.
M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), 2002, Converging Technologies for Improving Human Performance: Nanotechnology, Biotechnology, Information Technology and Cognitive Science, Dordrecht/Boston/London: Kluwer Academic Publishers.
M. G. White, 1955, The Age of Analysis: 20th Century Philosophers, Mentor.
K. Gödel, 1992, On Formally Undecidable Propositions of Principia Mathematica and Related Systems, translated by B. Meltzer, New York: Dover Publications.
S. Cai, 2011, "The Age of Synthesis: From Cognitive Science to Converging Technologies and Hereafter," Beijing: Chinese Science Bulletin（《科學(xué)通報》英文版）, 56, pp. 465–475, doi: 10.1007/s11434–010–4005–7.
蔡曙山，2021，《認知科學(xué)導(dǎo)論》，北京：人民出版社。
G. Lakoff; M. Johnson, 1999, Philosophy in the Flesh: The Embodied Mind and Its Challenge to Western Thought, New York: Basic Books.
R. M. Harnish, 2001, Minds, Brains, Computers: An Historical Introduction to the Foundations of Cognitive Science, Malden, M. A.: Blackwell Publishers.
J. Spohrer, 2002, "NBICS (nano–bio–info–cogno–socio) Convergence to Improve Human Performance: Opportunities and Challenges, " in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, pp. 101–117.
D. Druckman; R. A. Bjork, 1992, "In the Mind's Eye: Enhancing Human Performance," Washington, DC: National Research Council.
R. G. Golledge, 2002, "The Nature of Geographic Knowledge: Annals of the Association of American Geographers," in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, pp. 135–136.
P. Connolly, 2002, "Nanobiotechnology and Life Extension," in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, pp. 182–190.
M. A. L. Nicolelis; M. A. Srinivasan, 2002, "Human–machine Interaction: Potential Impact of Nanotechology in the Design of Neuroprosthetic Devices Aimed at Restoring or Augmenting Human Performance," in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, pp. 251–255.
J. Banfield, 2002, "Making Sense of the World: Convergent Technologies for Environmental Science," in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, pp. 294–300.
R. Asher; D. M. Etter; T. Fainberg, et al., 2002, "Theme E (National Security) Summary," in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, pp. 328–329.
D. M. Etter, 2002, "Cognitive Readiness: An Important Research Focus for National Security", in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, pp. 330–336.
J. S. Murday, 1999, "Science and Technology of Nanostructures in the Department of Defense," Journal of Nanoparticle Research, 1, pp. 501–505.
D. L. Akins; Y. Bar–Yam; J. G. Batterson, et al., 2002, "Theme F (Unifying Science and Education) Summary," in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, p. 363.
National Research Council (NRC), 1995, National Science Education Standards, Washington, DC: National Academy Press.
J. G. Batterson; A. T. Pope, 2002, "Converging Technologies: A K–12 Education Vision," in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, pp. 417–418.
D. G. Gibson; J. I. Glass; C. Lartigne, et al., 2010, "Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome," Science, 329, pp. 52–56.
E. Pennisi, 2010, "Genomics: Synthetic Genome Brings New Life to Bacterium," Science, pp. 958–959.
P. F. MacNeilage, L. J. Rogers, G. Vallortigara, 2009, "Origins of the Right and Left Brain," Scientific American, 301, pp. 60–67.
D. Kahneman, 2011, Thinking, Fast and Slow, Farrar, Straus and Giroux.
W. Robinett, 2002, "The Consequences of Fully Understanding the Brain," in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, pp. 167–170.
G. Yonas; J. G. Turnley, 2002, "Socio–Tech: The Predictive Science of Societal Behavior," in M. C. Roco; W. S. Bainbridge (eds.), CTIHP, p. 159.
N. Chomsky, 2001, Preface: An Introduction to Cognitive Linguistics, Beijing: Foreign Language Teaching and Research Press, F19.
責(zé) 編／張 曉
The Age of Synthesis: From Cognitive Science to Converging Technologies
and Their Future Development
Cai Shushan
Abstract: The last 25 years of the 20th century saw two most important scientific and disciplinary developments: the establishment of cognitive science in 1975 and the emergence of nano-bio-info-cognitive convergence technologies (NBIC) in 2000. In the 21st century, we will achieve interdisciplinary intersection, synthesis, intellectual innovation, and overall development of human resources. NBIC convergence technologies will greatly expand human cognition and communication, improve human health and physical capabilities, enhance group and social outcomes, strengthen national security, and unify science and education. Cognitive science and converging technologies will have a major impact on the future development of humanity. The 21st century is the age of synthesis, reflected in problem-oriented scientific research and the development of disciplines characterized by cross-cutting synthesis. The new era of synthesis will require different ideas, theories and innovative approaches from those of the 20th century. We predict that these developments will lead to the full development of each individual. In line with the development of the era, the education system of the 21st century will undergo significant changes and a new system of integrated cultivation of human resources will be formed.
Keywords: age of synthesis, cognitive science, converging technologies, disciplinary synthesis
