認知科學是與搖滾樂同時代產生

文史 03-18

轉自：人機與認知實驗室

哲學園鳴謝

「認知科學是與搖滾樂同時代產生（20世紀50年代中期），與搖滾樂一樣不斷創造多樣性風格和激動人心的新觀念、新技術」——— 保羅·薩伽德

智能本質的體現，有些須得通過自己的感情活動來認識它，有些則通過理智來認識它。

1.走進認知科學

1.1 什麼是認知科學

認知科學是對心智和智能的跨學科研究，涵括哲學、心理學、人工智慧、神經科學、語言學和人類學。認知科學學術上起源於20世紀50年代中期，認知科學的學術組織形成於20世紀70年代中期。心智現象的複雜性和多樣性使認知科學在創立之初就不可避免地成為一個多學科、跨學科、學科交叉和學科整合的研究領域。

認知科學的主要目標是解釋人們是怎樣完成各式各樣的思維活動，即心智如何運作。認知理論發展有三個階段：發現、修正和評估。

1.2.各個學科探索心智

1.2.1 哲學領域（追溯到古希臘）

柏拉圖和亞里士多德的立場不同，一個是唯理論者一個是經驗論者，雙方的支持者分別是笛卡爾、萊布尼茲等哲學家和洛克、休謨等哲學家。康德試圖調和兩者，康德認為既需要感覺經驗也需要天賦能力。

1.2.2 心理學領域

19世紀實驗心理學誕生，威廉·馮特及其學生在德國萊比錫大學創立第一個心理學實驗室。馮特實驗心理學唯一目標是對意識（內在經驗進行精確刻畫）——內省，由行為觀察內心，但只能觀察少部分意識狀態。

20世紀20-60年代，行為主義興盛，巴普洛夫的狗條件反射，斯金納的箱子（新行為主義）等，代表人物之一J·B·華生。

心理學如果要成為一門真正的科學，必須研究可公共觀察現象，行為是心不是，所以行為主義否認心智存在。

1.3．認知革命（六位認知科學的基奠人）

20世紀50年代中期，喬治·米勒（幫助引領認知革命的心理學家）：人類思維能力有限度的研究，維信息加工理論研究記憶開創道路。

隨著第一代計算機面世，艾倫.紐厄爾、赫伯特.西蒙、約翰.麥卡錫及馬文.明斯基創辦人工智慧；諾姆.喬姆斯基貢獻規則構成的心理語法。

約翰.麥卡錫：實際上，正是他在1955年的達特矛斯會議上提出了「人工智慧」這個概念，被稱為「人工智慧之父」。馬文.明斯基：馬文·明斯基是「人工智慧之父」和框架理論的創立者。和麥卡錫(J．McCarthy)一起在1956年發起「達特茅斯會議」並提出人工智慧(artificial intelligenee)概念的計算機科學家馬文·明斯基(Marvin Lee Minsky)被授予了1969年度圖靈獎。這是第一位獲此殊榮的人工智慧學者。艾倫.紐厄爾：他是信息處理語言（IPL）發明者之一，並寫了該語言最早的兩個AI程序，合作開發了邏輯理論家（Logic Theorist 1956年）和通用問題求解器General Problem Solver。赫伯特.西蒙：西蒙不僅執教於著名大學，也活躍於企業界、行政機構及多種顧問公司。他獲得過9個博士頭銜：1943年的芝加哥大學政治學博士學位、1963年凱斯工學院科學博士學位、1963年耶魯大學科學博士學位、1963年法學博士學位、1968年瑞典倫德大學哲學博士學位、1970年麥吉爾大學法學博士、1973年鹿特丹伊拉斯莫斯大學經濟學博士、1978年米之根大學法學博士、1979年匹茨堡大學法學博士。

1.4 認知科學的方法

研究認知的三類方法：理論化、計算建模、受控實驗。

? 認知心理學家：構造和測試計算模型，以人為受試者進行實驗。

? 人工智慧：計算建模和心理學實驗並用

? 語言學家：如喬姆斯基語法原則。

? 神經科學家：研製反映神經元組群行為的計算模型。

? 文化人類學家:民族志。

? 哲學家：更深入的思考普遍性問題、描述性問題、規範性問題。

總之：認知科學處於各個領域的交匯面上。

2.理解認知科學

2.1 心智的表徵-計算概念

認知科學的中心假設：對思維最恰當的理解，是將其視為心智中的表徵結構以及在在結構上進行操作的計算程序。CRUM（computational-representational understanding of mind即對心智的計算-表徵理解）。CRUM可能錯誤，但貢獻突出。

三方類比：

2.2 心智的計算-表徵解釋程式

解釋心智路徑的兩個基本點：解釋目標和解釋模式

解釋目標：

為什麼人們會有某種特定的智能行為？

解釋模式：

人們具有心理表徵規則；

人們具有在這些表徵規則上進行操作的演算法程序；

這些程序規則運用到表徵上產生出智能行為。

如果把思維和心理過程看作表徵和計算過程，如何理解認知行為？薩加德告訴我們，可以從解釋目標和解釋模式這兩個基點出發。例如，人們習慣用特定規則來描述知識，用基於規則的系統來模擬思維活動。又如，與傳統的語言描述相比，各類圖像式表徵更有利於獲得視覺和空間信息，因此，解釋以視覺表徵為核心的表像（image）進路，解釋目標雖然也是「為什麼人們具有某種特定的智能行為」，但其解釋模式則是，「人們具有對情境的視覺表像；人們具有在這些表像上進行操作的掃描或旋轉等視覺加工的過程；這些用以構造和操作表像的過程產生智能行為」。

2.3 心理表徵理論的評價標準

（1）表徵力

（2）計算力

（a）問題求解

（i）規劃

（ii）決策

（iii）解釋

（b）學習

（c）語言

（3）心理學似然性

（4）神經學似然性

（5）實踐上的可應用性

（a）教育

（b）設計

（c）智能系統

（d）心理疾病

評價心理表徵模型的五項標準。如果不放棄CRUM，什麼是一個好的心智的表徵-計算模式？薩加德提出了評估的五項標準：表徵力、計算力、心理學似然性、神經學似然性和實踐的可應用性。一個表徵力強的心智模型應該能表達更多的問題求解能力、學習能力和語言能力的信息；評價心理表徵標準。

表徵力：表達信息量。

計算力：認知理論要須足夠計算能力對問題求解（eg才智的人）：規劃（找到正確順序）、決策（選擇最佳方案）和解釋（為什麼事情發生）；計算效率；積累經驗，學習；語言運用：人們理解語言的能力、人們表達發聲的能力以及兒童學習語言普遍的能力。

心理學似然性：定性外還須考慮相關心理學實驗（包括上述求解、學習、語言）的定量結果。

神經學似然性：（新掃描技術）

實踐上的可應用性：教育、設計、智能系統和心理疾病（四大應用）。

其他方面：知覺（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺）、情緒和控制運動，未被包含在以上標準。

2.4 心理表徵的進路

2.4.1 理論應用

2.4.2 實際應用

六條有代表性的進路：邏輯、規則、概念、類比、表像、聯結（人工神經網路）。

3.展望認知科學

3.1 認知科學的興盛

人腦連接組計劃（Human Connectome Project）這個項目的目的是使用不同的腦成像技術（主要是靜息態功能磁共振，彌散磁共振成像，EEG、MEG等作為補充），繪製出不同活體人腦功能、結構「圖譜」。不僅樣本量非常大，而且使用比較先進的技術（比如彌散磁共振成像使用HARDI/ Q-ball, DSI等技術，高場強7-T掃描機）。當然還少不了問卷、行為、基因測序等，進行綜合研究。

3.2 CRUM將面臨的挑戰

（1）大腦的挑戰——CRUM忽視了有關大腦是如何思維的關鍵事實。（2）情感的挑戰——CRUM忽略了人類思維中情感的作用。（3）意識的挑戰——CRUM忽略了人類思維中意識的重要作用。（4）身體的挑戰——CRUM忽略了身體對人類思維和行動的重要作用。（5）世界的挑戰——CRUM忽略了外部物理環境對人類思維的重要作用。（6）動力系統的挑戰——心智是一個非線性動力系統而不是計算系統。（7）社會的挑戰——CRUM忽視了人類思維固有的社會性。

3.3 認知科學當前發展趨勢

? 認知神經科學對於所有心理學分支而言都變得越來越核心。

? 基於貝葉斯概率理論的統計模型變的日益顯要。

? 具身性(embodiment)的越來越多的強調。

? 對認知社會維度的更多理解。

3.4 拓展和補充方案

1. 在概念的層面上需要哲學、心理學、人工智慧、語言學、神經科學、人類學，甚至包括生物學、動力系統理論的跨學科的整合；

2. 進一步推進實驗上的整合，例如，解決意識問題不僅需要重視行為科學和神經科學的實驗數據，還要兼顧通過我們的意識經驗得來的實驗數據，同樣，分子生物學的數據也將越來越顯示其重要性；

3. 由計算思想與模擬模擬帶來的理論上的整合。

史蒂芬·平克

Steven Pinker

世界著名語言學家和認知心理學家