朱箐-认知科学导论

第一讲 什么是认知科学

粗略地讲,“认知科学”的广义理解就是研究认知的科学。它基本上是这样一个学科,包括一个研究领域以及研究该领域的一套规程。对于这种理解,诺曼(Norman,1981:1)的观点颇有代表性,他认为:“认知科学是一门新兴的学科,它产生于从不同观点对认知进行研究的汇流。认知科学的关键是寻求对认知的理解,现实存在的或抽象的认知、人的或机器的认知都是其所关注的对象。它的目标是探寻智能和认知行为的原理。认知科学可望获得对人的心灵、教学与学习以及心智能力的理解,并且能够通过重要的和积极的方式发展智能装置以增强人类能力等问题的理解”。考虑到认知所涉及的领域,其核心学科(哲学后面述及)包括:(1)认知心理学;(2)认知神经科学;(3)计算机科学;(4)语言学;(5)人类学。

认知心理学 为我们提供了许多关于各种认知能力的精细理论,同时给出了评价这些理论的实验范例(参见:Bower and Clapper,1989)。

认知神经科学 为我们提供了对于支撑认知能力的神经系统的部分分析。它告诉我们具有特殊神经特征的系统如何具有它们所附有的认知能力。

计算机科学 为我们提供了对于复杂的(智能的?)能力,如何在物理系统中实现这一问题最全面的理解——软件如何与硬件相联系。对于计算机的各种结构、算法和数据结构的研究,为理解生命体系是如何组织起来的这一问题提供了潜在的理论见解。

语言学 对于认知科学来说,从历史上看它的作用是直接的,但是从它的主题上看,它的作用则是间接的。在20世纪50年代后期和60年代早期,语言学家如乔姆斯基(Chomsky)对行为主义的批判,影响了一代心理学家(如乔治·米勒)和哲学家(如希拉里·普特南)。乔姆斯基的转换语法理论提出存在大量的认知结构,很多认知科学家也一直在研究这些思想。语言加工是一项重要的认知能力,幸运的是,已经有专门的学科(语言学)在致力于研究语言的输入与输出。

人类学 在认知科学中起着独特的作用,它从跨文化的视角探究认知现象,提供了它独特的观点。

哲学 在认知科学中具有显著的作用。首先,哲学不是一门科学,所以也就没有“科学的”方法可以提供。但是,现在许多认知科学面对的问题都是传统的哲学问题,如心-身问题、人格同一性问题、意识、心理表征以及理性等。因为这些问题非常基本并具有普遍意义,所以难以运用具体的科学方法解决,而那些具体的科学则更多地用于解决局部问题。哲学长期关注上述问题,虽然还没有解决它们,但是已经描绘了采取不同的进路解决这些问题可能会出现的一些结果。哲学的分析方法,对于促使在这些科学研究领域里获得精致的见解颇有助益。

目的:研究“心智”

心的特征与功用

  • 知觉
  • 记忆
  • 思考与推理
  • 决策与行动
  • 语言与交流
  • 学习
  • 情绪
  • 意识

方法:以科学的方式

怎样以科学的方式研究心

什么是“科学的方式

  • 经验性:细致而系统的观察;受控实验;可通过观察与实验来进行检验的预测。
  • 公开性:观察与实验是可重复的,可以由不同的人来实施和操作。
  • 数量化:通过数学的、统计的或计算的方式来进行刻画和描述。

第二讲 表征与计算

认知是对信息的处理与加工过程

  • 感知:从环境中摄取信息
  • 记忆:对信息的存储和加工
  • 思维:对信息进行加工和处理,形成判断和决策
  • 行为:根据形成的判断和决策作出行动

心理表征:心-脑是信息处理与加工的装置
信息以心理表征(mental representation)的方式存在于心-脑之中,它指的是大脑用来表征(represent)外部世界或内部状态的“心智结构”,使得我们能够思考、推理、记忆和计划。

  • 心理表征有内容(总是关于什么的)
  • 心理表征有结构(能够支持复杂的操作)
  • 心理表征有载体(以某种具体的方式在心脑中得以实现)

计算
函数+算法

第三讲 人是如何思考的

思维——>推理

开发的一些认知架构
这些认知系统架构用来模拟人类的认知过程,试图通过一个通用的计算框架,,把觉知、记忆、推理、学习、动作等整合起来。

ACT-R:模块化(感知、动作、记忆),侧重心理实验拟合。
Soar:通用问题求解模型,强调学习新规则。
EPIC:强调时间和并行处理,适合建模反应时间。
CLARION:显性+隐性知识结合,适合研究学习和技能。
LIDA:意识与注意的架构,适合建模注意和记忆流。
Sigma:新一代统一计算框架,追求数值上的一致性。

第四讲 认知中的非符号表征与计算

心理表像
心-脑可能不仅只存储和加工纯文本文件,能存储和加工视频和音频文件。如何用科学的方法来验证在心一脑中确实存在着心理表像(例如心理图像)呢?

联结主义

第五讲 认知科学的现状与未来

认知神经科学的兴盛

  • 脑扫描技术的发展
  • 人脑连接组计划(The Human Conncctome Projcct)(和人类基因组计划类似)

认知科学研究领域的扩展

  • 意识 情绪
  • 自我 社会
  • 文化 宗教
  • 道德 艺术
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