认知科学

认知科学(英语:Cognitive Science),是一门研究讯息如何在大脑中形成以及转录过程的跨领域学科。它研究何为认知,认知有何用途以及它如何工作,研究信息如何表现为感觉、语言、注意、推理和情感。其研究领域包括心理学、哲学、人工智能、神经科学、学习、语言学、人类学、社会学和教育学。它跨越相当多层次的分析,从低层次的学习和决策机制,到高层次的逻辑和策划能力,以及脑部神经电路。“认知科学”这个词是克里斯多福·龙格-希金斯在1973年评注一部关于当时人工智能最新研究的著作莱特希尔报告时创造的。同10年内,《认知科学期刊》和认知科学学会相继于美国加州成立。认知科学的基本要义是:理解思维的最好途径,是认识脑中的代表性结构,以及这些结构中发生的计算性过程。

介绍

认知科学是一种包括语言学、人类学、心理学、神经科学、哲学和人工智能等跨学科的新兴科学,其研究对象为人类、动物和人工智能机制的理解和认知,亦即能够获取、储存、传播知识的信息处理的复杂体系。认知科学建立在对感知、智能、语言、计算、推理甚至意识等诸多现象的研究和模型化上。

学科范围

认知科学包含非常广阔的领域,其中有和认知相关的许多不同方向的课题。然而,并非所有和心智或者智力的运作相关的课题都属于认知科学。社会与文化因素、情感、意识、动物认知、比较心理学和进化心理学常常因为其关键的哲学争议被排除在外或者不被重视。另一个认知科学试图回避的心智相关的课题是感质的存在,有关它的讨论有时会将其限定于哲学上的概念。也有一些认知科学的团体认为它是必不可少的课题,认为研究它们很重要。

以下是认知科学相关的一些主要课题方向。这个名单并不完整,但是它尽量覆盖认知行为的各个领域。

人工智能

人工智能(AI)研究机器的认知。AI的现实目标之一,就是用计算机实现人类的智能。在研究认知现象的过程中,计算机作为一种工具也被广泛使用。计算机模拟使用模仿的手段,来研究人类的智能是如何构成的。

关于应该如何理解心智,有两种不同的观点:一种观点认为它是由无数独立的、微小的元素(也就是神经元)的组合构成;另一种观点认为它是一些高级的结构,例如符号、构想、计划与规则的聚合。早期的研究者们使用联结主义对心智进行研究,而后继者们把研究重点转向了符号计算。从某个角度来说,这个争议可以理解为:“计算机是否可能不需要具体模拟人脑神经元的活动,就能模拟人脑的功能?”

注意

“注意”就是对重要信息的筛选。人脑每天被数以亿万的信息轰炸,必须设法从中找出真正需要处理的信息。注意力有时候被比作聚光灯,也就是人只能把灯光照向一组特定的信息。支持这个比喻的实验包括双耳分听实验(Cherry, 1957)和无意视盲的研究(Mack and Rock, 1998)。在双耳分听的实验中,被试的双耳分别听到不同的信息,并且被告知需要注意其中一边。实验结束后,询问被试有关未注意的那一边的信息,被试则无法正确回答。

语言

学习与理解语言是一个极端复杂的过程。所有正常人类,都可以在生命的最初几年里熟练地学会语言。理论语言学领域的一个主要推动力,就是发现语言的抽象本质,这个本质使得语言能够以这种方式被人所学习。在研究脑如何处理语言的领域里,几个核心的问题是:

(1)语言知识在何种程度上是天生的,何种程度上是习得的?

(2)为何成年人学习第二语言比儿童学习母语要困难?

(3)人类是如何理解自然语言的?

对于语言处理的研究,涵盖了从语音的声音模式到词义和整句意义的研究。语言学通常把语言现象分为正写法、语音学、音位学、词法学、语法学、语义学和语用学。语言的许多方面都可以通过这些学科或者它们的学科交叉来研究。

认知科学对于语言的研究和语言学领域紧密相连。语言学作为传统人文学科的一部分,包含了历史、艺术和文学的研究。最近50年来,越来越多的研究者将语言的学习和使用看作一种认知现象,关注的主要问题是语言是如何被习得和使用,以及它具体是如何构成的。语言学家发现,当人在组织一个结构非常复杂的句子时,他们明显不知道是何种规则构成了他们所说的话。所以,语言学家必须诉诸间接的方法来了解这些规则是什么,如果它真的存在的话。在任何情况下,如果言语真的由某种规则控制,这个规则也并没有在有意识的考虑中出现。

学习与发展心理

学习与心理发展,是我们逐渐获得知识和信息的过程。孩童出生时没有或者只有很少的知识(取决于我们如何定义知识​​),但是它们会迅速地学会语言、行走、以及识别人和物体。解释这其中的机制,就是学习和心理发展研究的目的所在。

发展认知研究的主要问题,就是在何种程度上这种能力是先天的,何种程度上是习得的。这个问题通常会放在先天与后天辩论的问题框架内。先天论者强调生物体的特征是由基因先天决定的,相反的,经验主义者强调这些能力是从环境中习得的。虽然众所周知,对于孩童的正常成长来说基因和环境输入都是必需的,但是关于基因信息如何指导认知发展,还存在一定的争论。在语言习得的研究领域中,一些人(例如史迪芬·平克 ) 认为蕴藏着通用语法的特定信息一定包含在基因中,然而其他人(例如Jeffrey Elman以及《先天性再思考》的其他作者)认为平克的观点在生物学上不成立。他们认为,基因决定了认知系统的框架,但是类似“语法如何运作”这样的特定事实,只能从经验中来学习。

记忆

我们使用记忆储存信息,以供之后使用。通常认为,记忆包含长期记忆和短期记忆。长期记忆可以将信息保留一段较长的时间(几天、几周、几年)。我们尚未知道长期记忆的实际容量上限。短期记忆可以在很短的时间尺度内保存信息(几秒或者几分)。

记忆还常常被划分为陈述性记忆和程序性记忆。陈述性记忆又分为语义记忆和情节记忆,分别指的是我们对于特定事实和知识的记忆,特定意义和经验的记忆。(例如“美国第一任总统是谁?”或者“4天前的早饭我吃了什么?”)程序性记忆是指我们对于动作和运动组合的记忆(例如怎样骑自行车),有时也被称作内隐记忆或者内隐知识。

和心理学家一样,认知科学家也研究记忆,但是更多关注于记忆是如何基于认知过程,以及认知和记忆之间的联系。例如,当人重新唤起一个忘记了很久的记忆时,经历了怎样的精神过程?或者再认(recognition,根据上下文或者其他迹象回想起记忆)与回忆(recall,唤回一个记忆,类似填空)的认知过程有何区别?

知觉与行为

知觉是从感官中提取并且以某种方式处理信息的能力。视觉和听觉是我们感知环境的两种最主要方式。视觉知觉研究中包含许多问题,例如:

(1)我们何以能认出物体?

(2)我们何以能够感知到连续的视觉环境,尽管我们任何时候都只能见到它的一小部分?

行为是系统的输出。对于人类来说,行为由运动反应来完成。空间计划和动作、语音的产生,以及复杂的运动动作都属于行为的一部分。

主要成就

认知科学产生了人类认知偏误与风险预测的许多模型,影响了行为经济学的发展。它也产生了很多数学哲学和人工智能、说服、约制等领域的新理论,在语言哲学和知识论(理性主义的现代版本)中占有一席之地,成为了语言学的一个重要分支。认知科学领域的研究,影响了我们对脑的特定功能系统(与功能缺损)的理解,包括语言生成到听觉过程和视觉过程等等。认知科学的进展帮助我们理解,脑部特定区域的损毁会对认知造成何种影响,并且帮助我们了解一些失衡症的原因,例如失读症、视力缺失与半侧空间无视。

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