导论：什么是认知科学？ - 《心智、大脑与计算机 : 认知科学创立史导论》

导论：什么是认知科学？

认知科学（cognitive science），作为建制化的研究领域，是20世纪70年代中期之后由于既有的各种认知研究领域之间存在鸿沟而产生的。虽然认知是当时人们进行研究和关注的核心，但是还没有关于认知的科学，没有关于思维领域的系统研究：知识如何获取？又如何在心智中进行表征？知识如何应用到思维和行为中？如何提高知识获取和利用的功效，以及如何克服这些问题可能出现的缺陷？正如计算机科学始于对电气工程和应用数学进行整合的特殊建制程式，“认知科学”自觉地成为一门具体学科，也同样包含了许多不同领域研究者所关注的问题和运用的方法，诸如心理学、神经科学、计算机科学、语言学、人类学和哲学等学科的相互交叉。70年代后期和80年代早期，这些研究领域的研究者开始汇聚起来，共同致力于认知问题的研究，于是“认知科学”作为一门学科建立起来。在此过程中，有如下三个里程碑式的事件：

1977 《认知科学》杂志创刊

1978 斯隆基金会报告：认知科学的学科状态

1979 认知科学学会：第一次会议（La Jolla，CA）

从这时起，将认知科学当作一个“正式的”研究领域似乎是合理的。也很显然，认知科学将从与其他学科的系统联系中获益，因为其他学科的学者也有兴趣从自己的视角提出对认知的理解。现在对“认知科学”主要有两种解释——用较为准确的术语表达，我们可以分别将其称为广义理解和狭义理解。既然我们将采取把这两种解释进行整合的进路，那么我们就应当分别阐述它们各自的含义，以及它们各自的优势和缺点。

Ⅰ.1 广义的理解

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。

这些相邻学科是如何联系在一起的呢？一种较普遍的观点认为是源于1978年斯隆学科状况报告提及的“认知六边形”（参见本章附录）。那么，广义理解又可以近似地看作，认知科学是依据这六门学科的方法对认知展开的科学研究。当然，相互褒扬并不会总占支配地位，合作也可能出现破裂，正如丹尼特（Dennett）戏谑地说道：

我们难道会去询问人工智能领域的人们，你们会浪费时间同神经科学家讨论吗？神经科学家并不谈论什么“信息处理”，而只关心在哪里发生，涉及了哪些神经递质以及那些琐碎的事实，但是他们却对高级认知功能的计算要求一无所知。我们难道会去询问神经科学家，你们会浪费时间进行人工智能的幻想吗？人工智能研究者只是在发明他们所需要的机器，并显示出对大脑认识的不可宽恕的无知。与此同时，认知心理学家的调和模型也受到指责，这个模型既不具有生物可能性，也不具有经验证实的计算能力；人类学家即使看到了这个模型，他们也不会关心；哲学家，正如我们所知，总是互相批判和诘难，为他们自己制造的困惑而焦虑，同时在他们的舞台上，不但没有数据，而且他们的理论也不具有经验上的可验证性（Dennett，1995： 254-5）。

Ⅰ.2 狭义的理解

狭义理解的认知科学，是说它并不是一个研究领域，而只是一种理论假设（doctrine）。这种理论假设的基础是心智计算理论（computational theory of mind，CTM）——心智/脑是某种类型的计算机。引用1978年关于认知科学的斯隆报告：“认知科学所有分支学科共同拥有……一个一般研究目标：探索心智的表征和计算能力，以及它们在脑中的结构和功能表征”（参见：Sloan Report，1978：76）。一些研究者明确地赞同这种狭义理解，而反对广义的对认知科学的构想：

当说到认知科学时，我脑中会出现这样的想法……它包括认知心理学和人工智能的一些重要研究预设，在一定程度上还包括语言学和哲学。很多——也许是大多数——认知心理学家都明确地不赞同这种观点，尽管多数研究者从事着具有这种特征的研究工作。在这个问题上，很多人喜欢用“认知主义”来说明我的这种想法，把“认知科学”看作是一个中性术语。我认为，“认知科学”是一个理念附载术语（如同“社会生物学”），因为如果没有那种理念，认知科学旗下进行的所有研究项目根本就不会形成一个专门的研究领域。（Block，1983： 521）

这种评论当然有其合理之处。并不是把一些研究项目聚拢在一起，就能形成一个研究领域。但是，作者所强调的如果没有那种理念就不会形成认知科学的研究领域，这一观点能否令人信服？我们会同意吗？也许同意，也许会不同意。我们知道，理论假设的变更针对的是它的研究主题，而并非是指“研究项目”。此外，在人类学，或者历史学，或者哲学，甚至语言学这些领域，都不可能只有一个研究项目就可以构成——广义理解和狭义理解，认知科学究竟选择哪一种更好呢？

Ⅰ.3 认知：广义与狭义

尽管广义理解的认知科学中的各门学科都提供了与“科学”相关的概念（这些学科所做的事，就是“科学”），但我们仍不知道哪部分心理活动属于认知。作为心理现象的“认知”究竟是什么呢？像许多其他重要概念一样，“认知”似乎拥有许多显然的例子，但是缺少一种普遍性的定义。对于什么是认知，其中一种界定方法与对认知科学的广义理解相似——只是罗列出有关认知现象的一些清楚的具体问题，然后宣称，所谓认知就是研究这些问题。5正如很多认知心理学教科书所说的那样，通常认为认知领域应该包括如下子领域：注意、记忆、学习、推理、问题求解，以及动机理论和行为理论的某些方面。还可以将感知和语言加工方面的一些问题，列入这个清单。所以，我们可以说，广义认知就是对注意、记忆、学习、推理、问题求解，以及动机理论、行为理论、感知和语言加工的某些方面所做的研究。但是，这些问题具有哪些共同之处呢？怎样知道何时我们应该为这份清单增添新的内容呢？

上面罗列的这些问题似乎都具有这样一个特征，就是它们都包含着某种形式的心理表征的心理“操作”。我们将其定义为狭义认知：认知就是心理表征所做的心理“操作”（生成、转换和删除）。例如，感知的内容典型地表征了引起感知觉的对象。记忆（真实的）建立在某种感知基础上，还涉及语言，所以记忆必然与感知本身表征的对象、事件和情境有关。其他的认知功能也具有相同的表征特征。某人通常对“某事”进行推理或者计划怎样“做某事”，这两者都需要对世界的本来面貌，或者世界的可能面貌，或者世界将要出现的面貌等进行表征。

广义认知与狭义认知之间具有什么关系呢？我们的基础假设是，上述广义理解的认知现象都包含着狭义理解的上述关于认知的描述。当然，这可能会被证明是错误的（行为主义就对此持有异议），但认知科学总是要对这些现象进行研究。

Ⅰ.4 计算：广义与狭义

广义理解的计算，仅指计算机之所做。这样当然就表示把所有具体的计算特征，都归结于计算机之所能做（计算机当然还可以做很多其他事情，比如散热），并未论及计算机究竟是什么（你的数字手表是计算机吗？）。一种普遍的观点是，计算机主要用于输入、储存和输出“信息”——它们是一种“信息加工”装置。但什么是信息加工？这些装置具有什么共同之处呢（即使仅是一种家族相似）？一种很有影响力的狭义计算机概念是马尔（Marr）提出的“三层次”假设：信息加工装置就是运算符号操作器，这种操作器可以描述为三个不同的重要层次，它们需要分别回答三种不同的重要问题：6系统能够解决什么问题，使用哪种算法规则，以及如何在物理世界中（硅、神经组织以及其他）实现？

Ⅰ.5 认知科学的基础概念

狭义认知科学、认知和计算三者，可以通过如下方式结合在一起：如果认知是心理表征所做的心理操作，并且如果这些表征是符号的，这种操作是自动的，那么认知就是指一系列计算，这就是狭义认知科学。既然认知科学是一门跨学科研究认知的科学，很明显认知科学的广义和狭义理解并不等同，但是认知也很有可能不是计算。采用狭义理解也许是错误的，而如果这种理论被证明是错误的，那么就会把自己置于一种没有主题的境地。有人同时采用这两种方式理解认知科学的研究领域。例如，加德纳（Gardner，1985： 6）列出认知科学具有如下四点核心特征：

1.当谈及（人类）认知活动时，就需要提到独立于生物学、神经学和社会学的心理表征；

2.理解人类心智的关键是计算机；计算机是探索人类心智功能最为可行的模型；

3.认知科学并不强调情感、历史和文化背景等方面的因素；

4.认知科学是一种交叉学科。

这里，我们看到第2条所述是对认知科学的狭义理解，即探索认知计算的学科；第4条是对认知科学的广义理解，即主张对认知进行跨学科研究。根据本书提出的“认知科学的操作概念”，我们对认知科学的广义和狭义两种理解的关系总结为：认知科学的研究对象是认知，认知科学的方法是组成认知科学各门学科自身的方法（见认知六边形），该领域的核心假设为心理状态和过程可计算。7按照这种理解方式，我们凸显了认知可计算的观念，同时确保如果这种观念被证明是错误的，认知科学也不会自我塌陷。

附录 1978年斯隆报告（摘录）

认知科学研究智能实体与外界环境互动的原理。理所当然，这种研究必将超越学科的界限，将神经科学、计算机科学、心理学、哲学、语言学和人类学等学科的研究者们所做的工作整合在一起。对这些学科的熟悉就为人们探索认知科学的研究状态，提供了适用路线图。

在过去的十多年间，各个子领域之间密切的联结方式，已经清晰地表明，对认知进行研究已经作为一门独立的学科出现。组成这门学科的各个学科及其相互间的关联。所列六个领域中的每一个领域，都通过跨学科动态网络同其他领域连接在一起，其中因交叉产生的一些问题是自古以来人们就一直关注的，而另一些还没有在主流学术界成为焦点，但正在逐渐被我们所熟悉和重视。

这些领域的每一个组成部分，通过跨学科动态网络与其他两个或多个领域相连接。每一个连线中的圆圈标记，都表示已经有明确界限的研究领域，该研究领域与连线两端的学科涉及在知识或物理工具上的关联。因此，控制论运用的思想，是由计算机科学家模拟人脑的功能而发展起来的，而人脑的功能则是由神经科学家阐明的。类似地，心理语言学连接心理学和语言学两个领域，8关注于主导语言的习得、产生和理解所需要的心理机制和心理操作；认知程序模拟连接计算科学和心理学，试图将思维和问题求解明确进行公式化描述。其他的由两个学科的连接而形成的领域，其情形都相类似。

每一条都代表一门已经明确定义，并且建立起来的专业化的跨学科研究领域，在传统的学术教学部门中都可以找到一个或者多个这种研究领域。图中四条虚线标示的学科之间的联系，展现了一系列新的问题，某些已经为人所熟悉并变得重要，但是还没被学界正式认可为专门的研究焦点。

我们还可以同时把六个主要学科中的三个或者更多组合结集。比如，将哲学、心理学和语言学三个学科组合起来形成的学科组，就代表了其关注的是认知任务中的语言及其应用，这样一个较为传统的研究领域。每一个这样的学科组都代表某一根基牢固，且正逐步活跃的研究领域，研究者都要受到过两门或者多门学科领域的训练。本文主要关注的是，阐明我们的观点，即在此所展现的具有相互影响的各门学科所形成的网络应当被当作一个整体，并冠以认知科学的名称。虽然这个整体尚未被成功整合，但这种整合却是所有相关研究组群所朝向的目标。

的确，认知科学的所有分支学科共同享有的，也就是使得认知科学领域得以存在的主要原因，在于它拥有一个共同的研究目标：探索心智的表征和计算能力，以及它们在脑中的结构和功能表征。认知科学已经和正在被上述研究领域和子领域的研究者们所实践。这些研究者们已经接受了这样的挑战，那就是如何对认知系统进行充分的理论阐述，并且对这些理论的预言进行经验证实。

（Sloan Report： 75-6）

【思考题】

认知科学的产生是为了满足什么可感知的需求？

什么是“广义的”认知科学？

认知科学包含哪些主要学科？

这些学科都对认知科学具有什么贡献？

广义的认知科学的主要问题什么？

什么是“狭义的”认知科学？

狭义认知科学的主要问题是什么？

什么是广义的认知？

什么是狭义的认知？

什么是广义的计算？

什么是狭义的计算？

狭义的认知和计算是如何构成狭义认知科学的？

什么是认知科学的操作概念？

【推荐读物】

认知科学的特性

参见例如pylyshyn （1983）及其评论，特别是Newell （1983）。关于认知科学家的特征，参见Baumgartner and payr （1995），该书颇具启发性（引人入胜）。

认知科学的介绍

有大量的、优秀的介绍认知科学的读物，涉及前面评论提到的基于广义和狭义两种理解的认知科学。出于好奇，可以仅翻阅Wilson and Keil （1999）这本引人入胜的导论性著作。Dunlop and Fetzer （1993）则是一本对认知科学中最重要的概念给出定义的有益的、简洁的读本。

广义的认知科学

Stillings et al.（1995）是第一本认知科学教科书，它纵览了多个学科及其对认知科学作出的贡献。该书写作清晰，由多名作者撰写，但是却具有单独作者所著文字具有的优点。多卷本著作Osherson et al.（1990，1995）涉及认知科学中的多个主题，该书每一章都是由该领域的著名权威学者所单独撰写的。

狭义的认知科学

Johnson-Laird （1988）是基于将心智概念理解为一种计算装置的理念而写作的最早教科书之一。较为近期且基于同样的理念而写作，但所牵涉的题材与我们较为相近的教科书为von Eckhardt （1993）。该书第1章和第2章包含有关认知科学的本性的大量讨论。同样地，Crane （1995）以一种可读的和生动的方式包含了一些我们的非历史题材——表征的特性是该书关注的焦点。Thagard （1996）作者围绕认知科学中运用的多种表征形式撰写了该书的导论。Dawson （1998）则围绕马尔的“三层假设”而展开写作（参见上文）。

认知科学的历史

迄今为止，最著名且颇具可读性的认知科学史著作为Gardner （1985）。Flanagan （1991）也包含一些有趣的历史章节，既有我们讨论到的人物（如威廉·詹姆斯）和活动（如行为主义），也有我们未涉及的内容（如弗洛伊德、格式塔理论）。Bara （1995）的第1部分也回顾了认知科学的历史，还有Bechtel and Graham （1998）的第I部分也是如此，这是一部优秀的认知科学简史著作。

文集

haugeland （1997）是一本极佳的论文集，收集了一些有影响的、原创性的研究论文，而posner （1989）则是一本汇集了认知科学基础理论研究论文的优秀文集。Collins and Smith （1988）主要关注心理学和人工智能。Garfield （1990）选编自多种资源，并突出了哲学议题。Goldman （1993c）是一本选题广泛并强调认知科学对哲学的影响的论文集。Thagard （1998）为Thagard （1996）提供了一本有用的指南，Cummins and Cummins （1999），以及Lepore and pylyshyn （1999）则是与此相关的最新著作。