第 1 讲 · 认知科学在研究什么

认知科学不是单独研究“脑”或“心理”，而是研究一个更完整的问题：真实或人工系统如何获得信息、表示知识，并用它导向行为。

为什么会有这门跨学科的科学

二十世纪中叶，对心智的研究开始同时受到几条路线推动：

• 心理学从只观察刺激—反应，再次把内部信息加工当成可研究对象；
• 计算机提供了“输入—内部状态—操作—输出”的可运行模型；
• 语言学表明，人能从有限经验中产生大量新语句，简单刺激联想难以解释；
• 神经科学开始把行为现象与脑结构、神经信号联系起来；
• 人工智能要求把“看、说、记、推理”写成明确机制。

这些方向都在研究信息怎样被系统使用，认知科学因此形成。

研究对象：从感觉到社会行为

课件把认知理解为信息传递和处理。它包括：

• 感觉和知觉如何从物理刺激中形成对象；
• 注意如何在有限资源下选择信息；
• 概念、图式和语言如何表示经验；
• 学习、记忆和遗忘如何改变后续行为；
• 推理、问题求解和决策如何产生新结论或行动；
• 情绪、意识和社会关系怎样参与整个过程。

认知的多层次解释

同一任务可以在不同层次上解释。以阅读一个汉字为例：

层次	问题
分子/细胞	哪些离子通道、神经递质参与信号传递
神经网络	笔画、字形、语音和语义相关区域如何协同
认知算法	如何从视觉特征识别字形，并访问词义
行为	识字反应时和错误率受哪些条件影响
社会/文化	教育、使用频率和书写体系如何塑造加工方式

一个层次的正确描述不会自动取代其他层次。知道某个脑区活动，不等于已经解释了计算步骤；写出正确算法，也不等于它就是大脑真实使用的机制。

怎样把内部心智变成可观察的证据

行为实验

改变一个条件，比较反应时、正确率、选择或眼动。例如 Stroop 任务里，字义和颜色冲突会拖慢颜色命名，说明阅读与注意控制在竞争。

脑损伤与神经刺激

局部损伤后哪种能力选择性受损，可帮助判断功能依赖。但大脑是联络系统，损伤还可能切断远处通路，因此不能简单将一个心理名词锁定到单个点。

EEG/ERP 与成像

• EEG/ERP 时间分辨率高，适合问一个加工阶段什么时候发生，但空间定位较粗；
• fMRI 通过血氧依赖信号间接反映神经活动，空间分辨率高于 EEG，但血流反应慢；
• PET 可使用放射性示踪剂观察代谢或特定分子过程，但不适合高频重复实验。

计算模型

模型必须给出从输入到预测的明确过程。它能暴露口头理论中的空白：一个理论若不能说清表征、操作和参数，就无法产生可定量检验的结果。

关联不是因果

看到某脑区在任务中更活跃，只说明它与任务相关，不足以证明它必然产生该能力。要接近因果，需要干预、时间先后、对照组、可重复结果和多种方法的互相印证。

这也是全课最重要的方法论：不只问“这个概念是什么”，还要问“什么证据会让我相信这个机制”。