第7章 注意
想象一下，你到达机场时刚好赶上要搭乘的飞机时的情景。你当时的一举一动都反映出你处于注意力高度集中的状态。你的头脑保持警觉，在寻找乘机通道，不允许自己被来来往往的旅客分散注意力，你从快速滚动的列表中寻找着航班信息。周围有很多广告，但你却根本没有注意到它们，你只是径直地走向登机柜台。突然，你转过身来，因为你听到人群中有人喊了你的名字。你的脑认为这条信息是优先事项，所以你的注意力和意识都转向了这个叫你名字的人……你忘了自己本想去的是哪个登机柜台。
就在这短短的几分钟里，你的脑经历了整个注意过程的部分关键阶段：警惕和警觉、选择和分心、定向和过滤。在认知科学中，“注意”涵盖了脑选择信息、放大信息、传递信息、深度加工信息的所有机制。这些都是进化而来的古老机制，就像听到噼啪声时，狗会将自己的耳朵竖起并转向声音的来源方向，而老鼠可能会立马僵立不动，它们使用的注意回路与我们人类的非常接近。1
为什么注意的这一机制会在如此多的动物物种中进化出来呢？因为注意解决了一个非常普遍的问题——信息饱和。我们的脑在不断地受到刺激的轰炸，几乎每秒钟都会接收到数百万比特的视觉、听觉、嗅觉和触觉信息。最初，所有信息都是由不同的神经元并行处理的，但这些神经元不可能深入地加工它们，因为脑的资源有限。这就是为什么犹如金字塔的注意力机制，其组织结构像一个巨大的过滤器，可以进行选择性分类。在每个阶段，我们的脑都会判断这样或那样的信息的重要性，然后只将资源分配给那些它认为最核心的信息。
选择相关信息是学习的基础。在注意力不集中的情况下，我们想从一堆数据中发现规律，就如同大海捞针一般。这是传统的人工神经网络速度如此缓慢的原因：它们浪费了大量时间去分析数据所有可能的组合，而不是在对信息进行筛选之后再聚焦相关的部分。直到2014年，加拿大研究者约书亚·本吉奥和韩国研究者赵庆贤展示了如何将注意整合到人工神经网络中。2他们设计的第一个模型学会了将句子从一种语言翻译成另一种语言。他们展现了注意带来的巨大好处，由于他们的系统在运行过程中的每个步骤都聚焦到原句中的相关词汇上，因此其学习的效果更好、速度更快。
“学会聚焦注意力”这一想法如野火般在人工智能领域迅速蔓延开来。如果人工神经网络现在成功识别了一张图片（如一个在公园里扔飞盘的女人，见图7-1），这是因为它们通过将注意力聚焦到图片上每一个相关部分的重点内容上。当描述飞盘的时候，人工神经网络会把所有资源集中在图像中与飞盘相对应的像素上，同时把其他与人和公园相关的像素暂时删除（这些像素稍后会被加工）。3现在任何复杂的人工智能系统都不再将所有输入与所有输出相联结，因为它知道，当一个普通的网络被一个有组织的网络替代后，学习速率会更快。普通网络让每个输入的像素都有机会预测输出的任何单词，而有组织的网络会把学习分成两个模块，一个模块学习注意，另外一个模块学习命名那些被注意过滤后的信息。
图7-1 学习的第一大核心支柱是注意
学习的第一个核心支柱是注意，它是非常基础的机制，现在已经被整合到大多数当代的人工神经网络中。在本图中，机器要学习找到单词可以描述图像。选择性注意就像一个聚光灯，它照亮了图像中的特定区域（上面三幅图中位于右边的图片的白色区域），并忽略了其他的一切内容。因此在任何给定时刻，注意都会让我们把学习资源集中在选定的数据集上。
注意至关重要，但它也可能导致一个问题，那就是如果注意被误导，学习就会陷入困境。4如果我没有关注飞盘，图像的这一部分内容就会被剔除，那么接下来的信息处理将会在好像从来没有过这部分信息的基础上进行。有关飞盘的信息在加工早期就被丢弃了，它会一直被限制在最早的感觉加工区域中。不被注意的物体只会引起些许感觉加工区域的激活，那么学习几乎或根本就不会发生。5这完全不同于我们的脑注意并意识到一个物体时所出现的非凡的放大效应。通过有意识地注意，对物体进行感觉和概念加工的相关神经元的放电过程会被极度放大和延长，然后将信息传递到前额叶皮层，在这里激发所有神经元长时间放电，这一过程的持续时间远远超出你的想象。6如此强烈的神经冲动正是突触改变自身强度所必须的，这也被神经科学家称为“长时程增强作用”。当一个小学生有意识地注意老师刚刚讲解外语单词时，他会允许这个单词深入到自己的脑回路中，直到信息进入了前额叶皮层。因此，这个单词更有机会被记住。处于无意识状态或没被注意到的单词则主要被困在脑的感觉回路中，它们没有机会进入更深层次的词汇和概念表征加工阶段，因此无法实现理解和形成语义记忆。
这就是为什么每个学生都应该学会把注意力集中到什么地方去，以及为什么老师应该对注意多加关注！如果学生不能关注正确的信息，他们就不太可能学到东西，因此作为一名老师最大的能耐就体现在能够不断引导和吸引孩子们的注意力，以便正确地指导他们。
注意在选择相关信息时起着如此重要的作用，因此它在许多不同的脑回路中普遍存在。美国心理学家迈克尔·波斯纳（Michael Posner）把注意区分成三个主要的系统：
· 警觉，指何时需要集中注意，并调试警觉水平。
· 定向，指应注意什么，并放大任何感兴趣的目标。
· 执行控制，指决定如何处理所关注的信息，选择与给定任务相关的处理过程以及控制它的执行过程。
这些系统在很大程度上能调节脑的活动，因此可以促进学习，但是，它们也可能会把学习导向错误的方向。接下来，我们将逐一介绍这三个注意系统。
