什麼是認知科學

從目前的學科發展來看，它是一門從多方位探究人腦或心智工作機制的前沿性交叉學科。

認知科學是以認知心理學對人的行為表現的研究成果為基礎，以哲學和語言學的邏輯思惟為 ... 　 什麼是認知科學?   在了解什麼是認知語言學之前，讓我們先了解一下什麼是認知科學。

    一、認知科學的定義   從目前的學科發展來看，它是一門從多方位探究人腦或心智工作機制的前沿性交叉學科。

認知科學是以認知心理學對人的行為表現的研究成果為基礎，以哲學和語言學的邏輯思惟為工具，借用計算機科學研究的手段對人類的智能系統和它的本質進行深層探索，最終實現機器的運作表現出人的全部智慧。

    二、認知科學的由來和誕生   美國心理學家Howard Gardner(1985)認為認知科學的根基源於古代哲學家(如，孔子，亞裡斯多德，柏拉圖) 對人類知識源頭的探索。

而作為一門學科的形成1948年在美國加州工學院所在地Caltech召開的研討會 (theHixonSymposium)可以算作一個歷史性的起點。

研討會上美國心理學家Karl Lashley(1890-1958)發表了他的題為“行為表現序列順序的問題” (TheProblemofSerialOrderinBehavior)的評論文章，對行為主義者對人的行為表現的研究提出了質疑。

同時與Alan Turing(1912   1954)同享計算機之父的JohnvonNeumann(1903- 1957)發表了題為“電子計算機和大腦之間的比較” (Comparisonbetweentheelectroniccomputerandthebrain) 的論文。

從此人們開始探討機器模仿人類大腦思維的可能性。

但是認知科學的真正誕生一般被認為是在1956年。

這一年的11月在麻省理工學院召開了一個以資訊論為主題的研討會。

到會的人不僅有計算機科學家還有心理學家和語言學家。

會上心理學家George Miller報告了他對人短期記憶的實驗結果。

文章的題目是“Themagicalnumber seven,plusorminustwo”。

他提出人的一般記憶容量為7加或7減2項目（如對象或單字）。

當記憶單位以意元（chunk，項目集合成一組和）為單位，記憶的量可增加。

例如將9 到10位數的電話號碼組成（chunking）單位記憶，就比記9, 10個數字容易得多。

會上另一位重要的發言人是語言學家NoamChomsky。

他指出資訊論的語言缺欠，提出了描述語言的三種模式 (Threemodelsforthedescriptionoflanguage)。

這三種模式成為他后來的轉換生成語法的基礎。

除了這次會議，同年在美國Dartmouth人工智慧程式語言LISP的創造者，史丹輻大學人工智慧實驗室主任John McCarthy,麻省理工學院科學教授及人工智慧研究先驅MarvinMinsky，及當初在貝拉實驗室工作的諾貝拉獎得主Claude Shannon(1916-2001)一同組織召開了第一次人工智慧大會。

正是在這次會上McCarthy提出了人工智慧 (artificialintelligence)這個新詞，對這一新領域的研究給一個詞彙定義。

也是在1956年在幾個相關的領域裡幾篇重要著作和書籍先後發表。

在人工智慧方面，普林斯頓大學出版社 (PrincetonUniversityPress)出版了ClaudeShannon和John McCarthy主編的<> (AutomataStudies)一本書。

Minsky也在同時發表他的人工智慧研究的技術報告，五年之後這些報告組成了他的一篇富有影響的文章，題為<> (Stepstowardartificialintelligence)。

心理學家及教育家Jerome S.Bruner,JacquelineJ.Goodnow,和GeorgeA.Austin 發表了題為<>(AStudyof Thinking)一文。

文章探討的是思惟的認知概念和策略。

同年在密西根大學(University ofMichigan)J.A.Swets,W.P.TannerJr.,T.G.Birdsall等一組人把信號檢測論（signal detectiontheory，SDT）引入心理學領域，為心理物理學的研究提供了一個新的有力工具。

人類學也開始從認知的角度探討人類學的問題。

也是在1956年人類學家Floyd Lounsbury(1914-1998)發表了數篇文章分析分類血族關係的組成部分及語意內涵。

分析的方法奠定了認知人類學的研究模式。

教育心理學家John B.Carrol在同年編輯出版了BenjaminLeeWhorf語言對思想的影響的文章專輯。

從上可見，1956年的確可稱得上是奠立了認知革命里程碑的一年。

現下認知科學已成為20世紀世界科學發展的重要標誌。

    三、認知科學研究的領域範圍和特點   目前為止認知科學具體的研究範圍包括比如，訊息和知識在大腦中如何儲存和體現，人們如何理解語言並用語言表達思想和情感, 如何理解映像，產生意識與思惟，產生情感，轉變情感，學習新知識，推理判斷，解決問題，製定計畫，執行計畫，等等有關大腦的智慧機製運作而產生的心理活動。

僅僅從上述提到的例子我們可以看出認知科學是一個不容易被完整界定的學科, 它涉及的範圍也不是在每個單一學科領域內能夠實現的研究。

正象二十世紀著名的邏輯學家KurtGödel (1906-1978)的推論所說的那樣“一個封閉的邏輯系統裡的某些命題是不能在本系統內得到証明的”（1931） 。

很多問題是心理學家，哲學家、語言學家、計算機科學家、神經科學家、和人類學家們所共同關心的問題。

因此，目前認知科學被認為包括了上述科學家所在的六大領域。

一種觀點認為人工智慧、認知心理學和認知語言學是認知科學的核心學科，神經科學、人類學和哲學是認知科學的外圍學科。

另有觀點認為核心還是外圍不是固定的。

研究的問題不同各學科參與的程度也會不同，其研究方法也會不同。

總體來說，這些不同領域具有不同專業背景的研究者採用的不僅是自己本專業的研究方法同時也借鏡其它領域的研究方法和研究成果對認知系統進行全方位的綜合研究。

學科的相互影響, 相互滲透是當今科學發展的特點。

認知科學的相互影響,相互滲透根據Stillings (1995:1)等人的歸納具有下列幾個主要的特點: 1)認知科學具有高度的跨學科性 2)認知科學是以人為本的基礎科學 3)認知科學具有強調不同類型和不同層次的分析特點 4)在認知科學的視野中思惟和思考就是訊息處理,而訊息處理是有目的性的。

上述特點中比如第三個特點所提到的不同層次的分析說明人類對外界事物的認知是一個極其複雜的過程。

僅從單一層面研究一個認知的過程得出的結果一般只能說明一個層面的問題。

這樣的結果往往比較帶有極高的未確定性, 也容易造成盲點與偏誤,不容易看到一個認知過程的全貌, 所以認知科學要做的是對一個認知過程進行多重層次的分析。

那麼，何謂多重層次的分析呢？總的說可分為表征層次、生理層次、以及計算層次。

表征層次的研究主要探討我們人類究竟以何種模式來儲存加工我們靠認識外在世界而得到的知識，因此表征層次也稱為知識層次, 它包括了我們思惟和思考的內容。

生理層次是人類認知的一個最基礎的層次。

所有人類的思惟和思考必定有其相對應的生理基礎。

理論上講, 人的大腦是所有的思惟和思考的發生地,而大腦裡有上百億的腦神經細胞。

它們之間神經物質的傳遞和相互作用是在其生理機能的基礎上受到大腦活動的控制。

認知科學要尋找的是不同類別的思惟和思考其過程到底使那些腦神經細胞發生了對話，用到的是那些神經機理。

    認知科學研究的另外一個層次是計算層次。

在這個層面上研究的方法主要是借助某種數學模式，如數學函數關係描繪生理與認知之間的規律性。

這部分的研究主要倚賴計算機的科學技術把其它領域的研究成果用計算機類比的形式呈現出來。

例如，在聯接理論下建構出的聯接模型(Connectionist Model)，既早期的平行分佈加工模型(ParallelDistributedProcessing Models，簡稱PDP模型) 就是計算機科學與神經科學，認知心理學以及哲學家對人的心智分析相結合而建構的計算機程式用來展示人的各種心智與行為過程。

另外，很多現有的計算機的專家系統也是這方面的研究成果。

由此可見，這些不同層次的分析要由各學科領域互相借鏡，互相輔助，同心協力才能取得。

    四、認知科學目前研究和發展的狀況   正如認知科學被定義的那樣，這個領域迄今為止所從事的研究和已取得的發展是與各學科的發展緊密聯繫在一起的。

它目前作為探究人腦和心智工作機製的前沿性尖端學科，已為揭示人腦的工作機製這一最大的宇宙奧祕作出了不可磨滅的貢獻。

譬如，對認知的神經機製的研究目前已有各種研究方法和技術。

最常用的有ERP（事件相關電位event relatedpotential），fMRI（磁功能共振成像, functionalmagneticresonanceimaging），PET（正電子發射斷層掃描positron emissiontomography），EEG(腦電圖，electroencephalography) ，和MEG(腦磁圖，magnetoencepholography) 。

這些最新的技術是以生物工程、電子工程、醫學工程等尖端技術為一體，用來直接探測大腦神經功能活動。

使得人類研究大腦的複雜功能走出了前所未有的一步。

拿ERP和FMRI為例， 譬如，這些方法為研究人類大腦語言訊息加工的功能定位和時間進程提供了更為嚴密和精細的實驗結果。

這些技術有其各自的原理與優勢，這裡我們對功能磁共振成像作一簡單介紹。

自上個世紀50年代產生了事件相關電位（event-related potentials，ERPs）以來，採用ERP方法進行用在了很多對腦的高級功能的研究上並取得了很大成就。

譬如，視覺、聽覺訊息處理，生理、心理訊息與信號處理等用腦事件相關電位記錄儀和細胞電生理記錄儀做確定腦整體和細胞水準的跨層次實驗研究，面孔認知的事件相關電位研究，透過採用計算科學、人工智慧和信號處理等理論和技術，考察人如何區分處理各種圖像及面孔，探討腦對圖象不同成分發生回應的機理，等等都領先應用了ERP方法。

這是因為，ERP可以採用心理和生理指標相結合的測試方法，不僅可以給出訊息輸入與行為輸出之間加工過程的訊息，而且也可以得到ERP各成分的潛伏期與幅值及其在頭皮的分佈，揭示神經細胞群活動機理，從而更準確有效地評價神經功能狀態。

ERP（事件相關電位）指的是凡是外加一種特定的刺激，作用于感覺系統或腦的某一部位，在給予刺激或撤銷刺激時，在腦區所引起的電位變化。

認知神經科學的研究側重于研究認知過程神經機製的工作過程，而ERP的優勢正是具有很高的時間分辨率（毫秒），此外，它也便于與道統的心理測驗學指標有機地配合，進行認知過程研究。

多導聯ERP設備的應用，也很好地解決了其空間分辨率的局限，目前最高的(如256導EEG/ERP系統)空間分辨率可以達到毫秒級。

目前，ERP的方法應用越來越廣。

譬如，認知心理學、生理學、醫學、神經科學、認知語言學，人工智慧等多個領域以此方法發現了許多與認知活動過程密切相關的成分，如CNV、P300、MMN、N400等等。

其中N400的發現不僅使ERP增加了一個具有特定意義的成分，重要的是將ERP成功地運用到了語言學和心理學上，為認知科學的整合建構了橋樑，使探討語言加工的腦機製提供了一個嶄新的方法。

fMRI(磁功能共振成像)是近年來在認知神經科學領域裡發展起來的技術，現下已廣泛應用于人類認知過程的研究，包括對感知覺、工作記憶、語言、注意、運動等方面的大腦功能的追蹤觀察。

它最大的優勢是可以保證被實驗者安全的條件下觀察大腦在進行某種活動中各腦區生理功能的變化，從而為人腦各腦區的功能定位找出新的依據。

這是以前的技術所做不到的。

該技術的原理是，  當大腦處于活動狀態時，神經元和神經膠質細胞的生物化學過程會快速增強，特別是突觸的離子流處于高速活動狀態。

這時突觸部位會有大量的能量消耗，需要額外補充葡萄糖和氧，這會導致大腦局部腦血流（regional cerebralbloodflow，rCBF）的增加。

來自動物研究的結果發現，局部血流量和葡萄糖的新陳代謝率與該區域神經活動情況有內在關係。

這樣透過考察rCBF變化情況及大腦局部代謝率（regional cerebralmetabolicrate,rCMF）的變化（比如用PET技術）或腦血流中血氧含量的變化（比如用fMRI技術），就可以得到大腦各區域神經活動的情況。

fMRI正是利用這一原理對腦功能進行研究的。

當某一腦區的神經活動增加時，血流量及血液中的血氧含量將會發生改變，並會在血管周遭引起磁場變化，從而使磁共振圖像發生變化。

目前fMRI技術的數據采集已經可以達到在40毫秒內完成一次平面掃描，而且能夠獲得很高的空間分辨率，目前在主視覺皮層可以達到1－2mm的分辨，高空間分辨率可以增加信號的精確性。

更為重要的是，其研究結果的可靠性正在得到檢驗。

例如，fMRI與PET兩種技術所基于的原理和方法雖然不同，但兩種技術研究的結果卻有較好的一致性。

目前，上述提到的所有技術，不僅應用於對人腦的工作機製的科學研究上，更多的是實際領域裡的應用。

如神經精神醫學、病理學、臨床醫學、運動醫學、軍事醫學，腦功能康復治療、太空飛行員腦功能評估、等等多方面都得到了實際應用。

由於認知系統的複雜性，對它要進行多維度的研究，認知科學需要運用多門學科所使用的工具和方法，全方位地對認知系統進行綜合研究。

但是跨學科的研究方法，也給認知科學帶來了不少問題和挑戰。

認知科學是一門年輕的跨學科領域，研究方法的並用和兼用尚未成熟。

各學科參與進來的部分也尚未得到足夠的統一和整合。

因此，作為一個獨立的學科，什麼是認知科學，也還存在著很大的分歧。