認知科學[學科]

認知科學是20世紀世界科學標誌性的新興研究門類，它作為探究人腦或心智工作機制的前沿性尖端學科，已經引起了全世界科學家們的廣泛關注。一般認為認知科學的基本觀點最初散見40年代到50年代中的一些各自分離的特殊學科之中，60年代以後得到了較大的發展。認知科學是一門相當年輕的學科，然而卻為揭示人腦的工作機制這一最大的宇宙之謎作出了不可磨滅的貢獻。近年來,在大腦處理信息整體運作機制研究方面有了一些新的進展，如近年發表的《大腦處理信息量化模型和細節綜合報告》等一系列論文綜合整理分析已有的各層面的知識，建立有堅實解剖學基礎、能聯繫各層面、量化描述大腦信息處理過程的模型和框架用量化模型結合結構風險最小化相關理論分析說明時序控制作用對大腦高效可靠處理信息的意義；匯總介紹量化模型中的細節；分析了大腦能正確而高效處理信息，使智力能夠誕生的原因；分析了理論建立和套用過程的神經生理學原理、只能有相對真理的神經生理學原因；還建立和介紹了另外一種量化分析方案。

基本信息

• 中文名稱：認知科學
• 建立時間：20世紀
• 研究對象：探究人腦或心智
• 代表人物：席勒爾

簡介

認知科學專家：鄭南寧

認知科學是20世紀世界科學標誌性的新興研究門類，它作為探究人腦或心智工作機制的前沿性尖端學科，已經引起了全世界科學家們的廣泛關注。一般認為認知科學的基本觀點最初散見40年代到50年代中的一些各自分離的特殊學科之中，60年代以後得到了較大的發展。根據奧爾登大學認知科學研究所所長席勒爾（E.Sheener）的意見，“認知科學”（CognitiveScience）一詞於1973年由朗蓋特•系金斯開始使用，20世紀70年代後期才逐漸流行。1975年，“斯隆基金會”（AlfredP.SloanFoundation，系紐約市的一個私人科研資助機構）開始考慮對認知科學的跨學科研究計畫給予支持，該基金會的資助一直持續至今，對這門新學科的制度化起了重要的作用。因為斯隆基金會通過組織第一次認知科學會議並確立研究方案，在推動認知科學方面起了決定性作用。

爭論

認知科學尚未成熟，作為一個獨立的學科，也尚未得到足夠的統一和整合。對於什麼是認知科學，也還存在著很大的分歧。1978年10月1日，“認知科學現狀委員會”遞交斯隆基金會的報告，（席勒爾，仕琦譯，1989）把認知科學定義為“關於智慧型實體與它們的環境相互作用的原理的研究”。然後，該報告作者們沿著兩個方向展開這一定義。第一個是外延的：列舉了人認知科學的分支領域以及它們之間的交叉聯繫。列舉的分支領域有計算機科學、心理學、哲學、語言學、人類學和神經科學。第二種展開是內涵的，指出共同的研究目標是“發現心智的表征和計算能力以及它們在人腦中的結構和功能表示”。以上對認知科學的界定集中體現了“符號處理”或“信息處理”範式，但是隨著20世紀80年代中期聯結主義重新崛起之後，關於認知科學的定義也就出現了及其微妙的變化。但是，符號主義和聯結主義二者的爭執主要影響到的認知科學定義的內涵，而對其外延卻是沒有什麼影響的，因為這兩種範式都能包含上面所提及的認知科學的分支學科。

主要內容

認知科學相關書籍

對認知科學範圍的了解，還可以從認知科學的內容上來看，到目前為止認知科學所涉及的主要內容，有感知覺（包括模式識別）、注意、記憶、語言、思維與表象、意識等。這似乎都是心理學家們所關注的問題，但其實也同樣是哲學家、語言學家、計算機科學家、神經生理學家、人類學家們所關心的內容。只是不同專業背景的研究者，對這些同一個問題，所採取的具體研究方法不同罷了。我國學者李伯約指出，人工智慧、認知心理學和心理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。
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，從完整的意義上對認知系統進行全方位的綜合研究。可以說，認知科學迄今為止所取得的成就，是與其跨學科的研究方法緊密聯繫在一起的。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。

研究

認知科學是研究人類感知和思維信息處理過程的科學，包括從感覺的輸入到複雜問題求解，從人類個體到人類社會的智慧型活動，以及人類智慧型和機器智慧型的性質。認知科學是現代心理學、信息科學、神經科學、數學、科學語言學、人類學乃至自然哲學等學科交叉發展的結果。
認知科學的興起和發展標誌著對以人類為中心的認知和智慧型活動的研究已進入到新的階段。認知科學的研究將使人類自我了解和自我控制，把人的知識和智慧型提高到空前未有的高度。生命現象錯綜複雜，許多問題還沒有得到很好的說明，而能從中學習的內容也是大量的、多方面的。如何從中提煉出最重要的、關鍵性的問題和相應的技術，這是許多科學家長期來追求的目標。要解決人類在21世紀所面臨的許多困難，諸如能源的大量需求、環境的污染、資源的耗竭、人口的膨脹等笛單靠現有的科學成就是很不夠的。必須向生物學習，尋找新的科技發展的道路。

其它信息

知覺信息的表達和處理
知覺信息的表達是知覺研究的基本問題，是研究其它各個層次認知過程的基礎。知覺過程是從那裡開始的？外在物理世界的那些變數具有心理學的知覺意義？作為知覺的計算模型計算的對象是什麼？這些圍繞知覺信息表達的問題是建立任何知覺和跟知覺有關的學說和理論模型，無論是人類的還是計算機的，都必須首先回答的問題。知覺信息表達的研究可以有不同層次的問題，包括諸如知覺組織的問題、知覺學習的問題、知覺動態記憶的問題、以及面孔識別的問題等。
將在計算理論層次、腦的知識表達層次和計算機實現層次上，把認知神經科學實驗研究和計算機視覺研究結合起來，將對上述科學問題提出嶄新的理論（或思想）和解決的方法。
知覺信息的表達和處理
知覺信息的表達是知覺研究的基本問題，是研究其它各個層次認知過程的基礎。知覺過程是從那裡開始的？外在物理世界的那些變數具有心理學的知覺意義？作為知覺的計算模型計算的對象是什麼？這些圍繞知覺信息表達的問題是建立任何知覺和跟知覺有關的學說和理論模型，無論是人類的還是計算機的，都必須首先回答的問題。知覺信息表達的研究可以有不同層次的問題，包括諸如知覺組織的問題、知覺學習的問題、知覺動態記憶的問題、以及面孔識別的問題等。
將在計算理論層次、腦的知識表達層次和計算機實現層次上，把認知神經科學實驗研究和計算機視覺研究結合起來，將對上述科學問題提出嶄新的理論（或思想）和解決的方法。
學習提升智慧型
學習是基本的認知活動，是經驗與知識的積累過程，也是對外部事物前後關聯地把握和理解的過程，以便改善系統行為的性能。學習的神經生物學基礎是神經細胞之間的聯繫結構突觸的可塑性變化，已成為當代神經科學中一個十分活躍的研究領域。突觸可塑性條件即在突觸前纖維與相聯的突後細胞同時興奮時，突觸的連線加強。1949年，加拿大心理學家Hebb提出了Hebb學習規則，他構想在學習過程中有關的突觸發生變化，導致突觸連線的增強和傳遞效能的提高。Hebb學習規則成為連線學習的基礎。神經網路是由具有適應性的簡單單元組成的廣泛並行互連的網路。Kohonen提出自組織映射網路。Haken根據協同形成結構，競爭促進發展的規律，將協同的非線性動力理論與神經網路有機結合，提出了協同聯想記憶網路。Amari提出用微分流形和統計推理來研究神經網路。在Amari理論的基礎上史忠植等提出了一種神經場模型，由場組織模型和場效應模型構成。
感知學習是發生在感知水平上的學習，主要研究如何從低級的感測器輸入的原始數據獲取相關的抽象數據。感知學習主要考慮通過視覺和聽覺的學習，研究從非結構與半結構信息到結構信息變換方法，研究圖像的語義描述及其快速提取技術，研究感知學習中的注意機制與元認知等。