引论 认知科学图景

认知科学（Cognitive Science）被普遍看作破解人类认知活动奥秘的一门交叉性科学。在1956年9月11日麻省理工学院召开的一次关于信息论的科学讨论会上，“认知科学”的名称首次出现。1977年，认知科学的专业学术期刊《认知科学》（Cognitive Science）创刊，1979年，认知科学学会（Cognitive Science Society）在美国成立，1986年，加州大学圣地亚哥分校成立了世界上第一个认知科学系，此后，在欧美众多大学和研究机构开始出现认知科学的各种研究计划和学术机构，这些事件标志着作为正式学科建制的认知科学的产生。

认知科学在当代科学技术发展中具有重要的战略地位，不少发达国家已经开始将认知科学提高到科技发展的战略高度加以规划。例如，日本科技委员会1996年就提出总预算高达200亿美元的“脑科学时代计划”（The Age of Brain Science）; 1997年，美国也正式启动“人类脑计划”;“人类脑计划”已经成为与人类基因组计划相提并论的国际性合作研究项目，我国2001年正式成为“人类脑计划”会员国。21世纪初，美国国家科学基金会和美国商务部等部门共同资助了一个以认知科学为主干的“聚合四大技术”（NBIC, Nano-Bio-Info-Cogno）、“提高人类性能”（Convergent Technology for Improving Human Performance）的研究计划；被视为与美国的战略防御计划、欧洲的尤里卡计划鼎足而立的三个重要计划之一的，世界多国合作的投入100多亿美元的“国际人类前沿科学计划”（Human Frontier Science Program）也将认知科学作为计划的重点。我国也在加紧开展认知科学研究，例如北京大学整合心理学系、生命科学学院、信息科学中心、神经科学研究所成立了脑科学和认知科学中心；北京师范大学建立了脑与认知科学研究所以及认知科学与学习教育部重点实验室，成立了认知神经科学与学习国家重点实验室；中国科学院整合了认知科学、视觉信息加工和心理健康三个中国科学院重点实验室，成立了脑与认知科学国家重点实验室（State Key Laboratory of Brain and Cognition Science）等等。在2006年1月发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中，我国政府将“脑科学与认知科学”列为基础研究中八大科学前沿领域之一。

一 作为交叉科学的认知科学

科学发展本身是一个分化与重组的历史过程。在近代，科学发展主体表现出分化的趋势，许多自然科学和社会科学门类开始逐渐独立出来。20世纪的科学发展整体呈现出分化与整合的并行趋势，在学科交融的过程中产生出了许多新的交叉科学。作为一门独立的认知科学正是在这种学科大交叉与大融合趋势中产生的。

在认知科学的发展过程中，有些人倾向于将认知科学看作由一些独立学科组成的一门松散科学。诺曼（D. A. Norman）曾经这样概括20世纪90年代之前的认知科学状况，他说：认知科学长期以来“是一个由研究认知的各个独立方面的学科组成的学科群，而不是一个统一的学科”。不过，诺曼主张认知科学应当摆脱这种处境。与此不同，更多的学者认为作为一门交叉科学的认知科学虽然形式上松散，但在实质上具有一门独立科学的共性。例如，心理学家霍华德·加德纳（Howard Gardner）立足主流的信息加工理论概括了认知科学的共性，即：（1）理解人类的各种认知活动离不开心理表征（mental representations）这样一个基本的理论设定，认知活动可以被看作针对各种心理表征（符号、规则、图像等）进行加工的过程，心理表征提供了一个既不依赖生物学和神经科学，也有别于社会学和文化层面的独立的分析层面；（2）计算机为理解人类心智提供了一个强有力的模型，计算和算法是理解认知活动如何运作的核心，思维即在心理表征上运行的心理计算；（3）将认知与情感、意识、文化和历史等因素分离开来，认知活动包括知觉、记忆、思维、语言、推理、决策、问题求解、学习和行为控制等，这些是认知科学的主要研究对象；（4）坚信多学科、跨学科的研究是探索人类心智奥秘的必由之路，终将达成一门统一的认知科学；（5）认知科学所探讨的基本问题来源于从古希腊哲学到笛卡尔再到康德的西方哲学传统，认知科学试图运用当代科学的方法和理论来回答传统的哲学问题。

尽管诺曼和加德纳的理解有其局限性，但是二者对认知科学未来趋向的判断是共同的，即随着认知科学的研究与建制化不断走向成熟，认知科学应当向一门具有自身研究对象、方法与特点的独立统一学科过渡。这门统一的认知科学有如下几个方面的表现。

第一，从研究对象上看，认知科学是以各种途径理解、研究和设计人类认知活动或者智能的一门现代科学。认知科学的核心关注是人类认知活动，主要目的是揭示人类智能的发生、活动机制与设计实现等理论和实践问题。由于对人的智能研究会涉及与动物智能和机器智能等现象的比较，因此，认知科学也可以说是“研究人、动物和机器的智能本质和规律的科学”。当然，对动物和机器智能现象的研究归根结底是为了研究人的智能。从人类智能构成上看，认知科学要研究语言、知觉、情感、记忆、思想、推理、意识、学习等各种人类认知活动。这些认知活动既包括知觉、情感等低层认知现象（或称在线智能，Online Intelligence），也包括学习、记忆、推理、语言理解、知识获得等高层认知现象（或称离线智能，Offline Intelligence）。

第二，从学科分布上看，统一的认知科学涉及研究人类认知或智能的所有相关学科。这些传统学科有的侧重与人类相近智能的研究，例如研究生物智能和计算机智能；有的则是侧重人类智能的发生与发展角度，涉及早期人类、儿童智能、异常人智能以及正常人的心理活动等；有的则是侧重智能的产生，研究人类智能产生的大脑生理机制、社会文化因素等。

认知科学在形成发展过程中一直试图统一各门涉及人类智能研究的学科。基于这种认识，1978年的斯隆报告（Sloan Foundation Report）曾经给出了一个为大多人接受的反映构成学科交叉关系的“认知六边形”，主张心理学、语言学、计算机科学（人工智能）、人类学、神经科学（包括脑科学）以及哲学等六门科学是认知科学的主干构成学科（见图1）。此外，在认知科学发展过程中，认知科学的组成学科也在发生着变化，例如《认知科学》杂志副标题就反映了这种变化，由最初的人工智能、心理学和语言学三门学科发展为人类学、人工智能、教育学、语言学、神经科学、哲学、心理学等七门学科（见表1）。

第三，作为研究人类认知现象的一门科学，认知科学既有其实证的构成，体现为一门实证科学；同时又有其理论构成，体现为一门理论科学。从认知科学的学科构成上看，其中既包括人工智能、脑科学等偏重实践的学科，又包括哲学、心理学等偏重或者关注理论的学科。可以说，认知科学对于人类智能或认知的研究，既离不开哲学等学科的理论思辨、澄清，又离不开人工智能、脑科学等具体的实验、仪器运用和模型建造等工作实践。尤其是哲学这门理论性极强的学科在认知科学中始终扮演着特殊的角色，“自认知科学出现以来，哲学就在其中扮演着一个相当活跃的角色。认知科学学会成立伊始，就明确承认哲学为其正式成员的资格，至今依然不改初衷”。就哲学等理论研究和实证科学研究两者的关系而言，其间存在着一种互惠和相互启发的关系，认知科学的理论假设决定着认知科学的工作实践，认知科学的理论研究检视、修正和发展着工作实践，从形而上学、认识论与方法论上影响着工作实践；反过来，认知科学实证研究与设计实践也修正、影响甚至变革着认知科学理论假设。

第四，衔接认知科学理论与实践的枢纽是认知科学的研究纲领（research program）（参见图2）。

艾卡尔蒂特（Von Eckardt）曾经区分了两种认知科学的多学科观念，一种是局部性多学科观念（the localist conception of multidisciplinarity），这是一种松散的认知科学多学科形态；另一种是整体性多学科观念（the holist conception of multidisciplinarity），这是一种通过共同的研究纲领连接起来的认知科学多学科形态。后者是艾尔卡蒂特认同的认知科学多学科形态。在认知科学的发展过程中，许多学者认为认知科学采用了表征—计算（representation-computation）这一主导性的研究纲领，正如萨伽德（Paul Thagard）所说：“认知科学的中心假设是：对思维最恰当的理解是将其视为心智中的表征结构以及在这些结构上进行操作的计算程序。”早期认知科学的这一统一纲领主要集中于计算机科学、心理学和语言学等几门科学，后来扩展到其他一些学科领域。在认知科学发展的过程中，尤其是在20世纪80年代，曾经与认知的信息加工理论并行的联结主义（Connectionism）研究一度盛行，这一派更为注重通过模拟大脑神经网络机制来理解和实现人类智能，其研究更集中于脑神经科学、计算机科学等领域。20世纪90年代以来，在语言学、人工智能等认知科学实践方面又产生了涉身认知（Embodied Cognition）这一新的研究范式，这一理论范式明确反对认知的信息加工理论的主导解释，更为主张通过身体与情境来理解认知活动的产生，尤为注重对于生物学、神经生理学、社会心理学、人类学等学科的包容。尽管在认知的理解和实现方式上发生了这些变化，但是，联结主义和涉身认知是否在认知解释和认知设计上能够放弃表征—计算纲领，这是一个存在争议的问题。在认知科学实践中，许多人主张表征—计算纲领仍然是认知科学研究的重要工作假设，但是对这一假设的修正却也成为一种共识。例如萨伽德一方面坚持认知科学的中心假设是把思维理解为“心智中的表征结构以及在这些结构上进行操作的计算程序”，但他也主张应修正这一假设，即将计算假设扩展为“生物学—社会学的对心智的计算—表征理解”。还有国外学者提出适应涉身认知理论范式的行动指南的表征观念等。我国学界也意识到，“随着新知识和新理论的不断涌现，表征—计算这一经典假说由于其局限性受到了广泛的挑战和质疑。但目前解决问题的最好的方法仍是对这一假设不断修改和完善，而非彻底抛弃它”。

不管认知科学的理论研究范式如何发展，认知科学总是以某一研究纲领为枢纽，从理论和实证两方面研究人类智能的综合性学科。一方面，认知科学研究纲领上接受认知理论或者认知哲学的前提，反映了以哲学为代表的某种本体论、认识论和方法论观念；另一方面，认知科学研究纲领下启实证经验科学研究，主导着心理学、计算机科学、人工智能、语言学、人类学等实践研究。可以说，认知科学研究纲领决定着作为统一科学的认知科学的存在，同时也根本上决定着认知科学未来的发展。

二 认知科学理论研究范式的变迁

如果说作为一门体制内科学，认知科学产生于20世纪70年代末，但是，如果说作为具有一种研究纲领的科学，那么认知科学早在20世纪50年代就产生了。自20世纪50年代以来，从认知实践层面或者认知科学角度来看，表征—计算主义的研究纲领始终统领着认知科学的研究。从认知哲学或者认知理论层面看，认知科学的研究经历了认知的信息加工理论、联结主义和涉身认知的理论范式的变迁。

（一）认知的信息加工理论

认知的信息加工理论（Information Processing Cogniton, IPC）将人类的认知理解为一种信息加工活动。在极端的信息加工理论者看来，人类的这种信息加工活动可以等同于计算机的运算活动。表征—计算纲领尤其适用于信息加工的认知理论。在信息加工理论者看来，表征是心灵对外部对象属性的反映，通过对表征的计算加工可以再现认知现象。更进一步，认知活动的本质亦可理解为一种基于信息或者符号的表征—计算活动，因此，这种信息加工认知理论主张又被称为符号主义或者认知主义。

基于表征—计算纲领的信息加工认知理论的形成标志性事件是1956年麻省理工学院召开的会议。在当时控制论、信息论和计算机科学发展的背景下，这次会议的主要参与者西蒙（Herbert Simon）、乔姆斯基（Noam Chomsky）、明斯基（Marvin Minsky）以及麦卡锡（John McCarthy）等人达成了这样的思想共识，即人类认知应当被理解为基于规则的符号表征的计算活动。自此以后，计算机科学、心理学与语言学等领域的研究者基本摆脱了传统行为主义和内省心理学的研究范式，基于符号信息的表征—计算主义成为理解和建构人类认知活动的通用研究纲领。在实际操作上，符号表征—计算主义最为常见的是将人类认知活动隐喻为数字计算机的运行。哈内什（Robert Harnish）这样概括信息加工认知理论的内涵，即认识活动被理解为具有内容的心理表征之间的计算关系；认识过程就是针对具有内容的心理表征的计算活动；计算构架和表征都是数字式的，因此，这种信息加工认知理论的实质也被称为一种数字计算心灵理论（the Digital Computational Theory of Mind, DCTM）。

从理论层面看，表征—计算主义更倾向于笛卡尔主义的二元论立场，其认识论则体现了主客二分的认识论模式。即认知活动基于主体对客体的反映，而认知活动由此成为一种独立的内在加工活动，并且这种认知活动似乎可以脱离任何生物基础，例如可以在计算机等不同的物理生理载体上达成某种多重实现。

（二）联结主义

如果说信息加工认知理论将认知理解为内在心灵的计算加工活动，那么与之并行的联结主义（Brain Connectionist Cogniton, BCC）则将认知理解为大脑神经生理系统的某种突现。联结主义主张人类的认知活动必须依赖大脑这一生理基础，在方法上，联结主义则试图通过模拟大脑神经网络的共联来再现人类智能，由于其试图通过大脑神经元的共联活动变化来实现人类认知活动，联结主义由此得名。在联结主义的理论范式中，表征—计算的研究纲领则体现为一种模拟大脑神经元活动的分布式表征计算活动。

联结主义的研究纲领早在20世纪50年代左右举办的马西研讨会（Macy Conference）上就已经被提出。当时就有人主张用联结主义理论来取代信息加工认知理论。他们提出，人类的认知活动离不开大脑活动，而人类大脑实际并不存在数字计算机的那种中央逻辑处理器，也不存在能够储存信息的确定地点，因此，大脑似乎更应当被看作一种分布式的大规模互联活动，而此种互联活动应被视为人类认知的基础。在此之前，神经网络理论之父赫伯（Donald Hebb）也提出了“赫伯规则”，主张通过给出神经突触间共联权重值的变化方案，就可以通过神经细胞突触的共联来解释像学习等人类认知活动。此后，计算机科学家罗森布拉特（Frank Rosenblatt）在1958年左右还建造了体现联结主义构想的“感知机”（Perceptron），这一装置试图通过模拟神经元联结变化来展现人类感知的认知能力。此外，塞诺斯基（Terrence Sejnowski）和罗森伯格（Charles Rosenberg）开展了NETtalk（网络阅读器）研究，将联结主义的构想用于模拟人类学习能力。其所设计的机器能够通过网络的修复和不断的反复学习，从而“大体上正确地读出书写的文字”，因此人们认为NETtalk很好地应用了联结主义的思想。

从本体论上，联结主义似乎并不赞同笛卡尔主义二元论主张，反对将认知活动理解为一种心灵的内在加工活动，相反，联结主义肯定认知活动离不开大脑这一生理基础。联结主义也不基于主客二分模式来理解认知，它更倾向于将认知活动视为大脑神经网络的一种突现；此外，联结主义更加强调认知活动的动态性。在认知实践上，认知主义更注重离散表征的计算加工，而联结主义则更倾向于神经突触的整体联结，联结主义没有放弃表征—计算核心纲领，而是更为突出了某种分布式（distributed）表征以及整体性的联结计算。哈内什指出，联结主义与数字计算理论相比，其主要的变化体现在表征联系方式上，即认知主义的逻辑规则为联结主义的神经元联结规则所取代。因此，联结主义可以被概括为一种联结计算心灵理论（Connectionist Computational Theory of Mind, CCTM）。这种联结计算心灵理论的内涵表现在：一是认识活动依然被理解为具有内容的心理表征之间的计算关系；二是认识过程依然是针对具有内容的心理表征的计算活动；三是计算构架和表征都是基于大脑神经元共联的联结主义式的。

（三）涉身认知

涉身认知（Embodied Cogniton, EC）的理论范式产生于信息加工理论认知的困难，同时也受到联结主义注重大脑生理基础的启示。在20世纪80年代左右，信息加工认知理论面临两大实践中的困难：一是在知觉研究上，信息加工理论及其表征计算纲领的知觉理论遇到发展瓶颈，其知觉模型与真实的知觉相差甚远，其对真实知觉的面模拟指导认知主体的现实行动过于笨拙；二是常识语言的信息加工方面不仅遇到了所谓的计算爆炸，而且思维认知的形式化表征计算建构根本无法解释人们的真实语义。联结主义虽然克服了信息加工认知理论的唯心主义、理性主义和离散主义的取向，将认知活动的理解和建构更多地置于大脑神经生理学的基础上，但是，联结主义的物理主义（physicalism）的形而上学立场，不仅面临着物理现象如何产生认知等心理现象的争论，而且它同样不能解释表征计算的语义内容难题。正是在这种背景下，基于身体和情境的认知解释理论——涉身认知应运而生。

由于涉身认知更为注重身体体验（experience）和情境互动对于认知的作用，因此，涉身认知的主张似乎更能克服信息加工认知理论所面临的这些困难。例如，布鲁克斯（Rodney Brooks）立足于环境实时互动建构的自足机器人，似乎能更为灵活地知觉环境和应付环境，这表明知觉等认知现象可以通过行动更好地表现出来。拉科夫（George Lakoff）等人的认知语言学研究主张思维和语言的涉身性或者说源于身体体验，相比较原有的信息加工理论，似乎更能说明思维语言的语义内涵。

总的来看，与信息加工认知理论与联结主义相比，为了更真实地理解和再现人类认知现象，涉身认知强调了两个基本论题：一是知觉密合行动（Perception is tightly linked to action），二是思维接地知觉（Thinking is grounding in exprience）。涉身认知纲领的两个论题引导着对认知科学的实践研究，例如布鲁克斯等对于自主行为机器人的设计理念体现了第一个基本论题，而拉科夫等人的认知语言学研究则体现了第二个论题。当然，作为一种新的理论范式，涉身认知研究一方面受到了广泛关注，另一方面也在两个基本论题的理论诉求上产生了不少争议。例如，在认知活动的本体层面，涉身认知与笛卡尔的二元论以及物理主义等具有何种关系；从认知活动的发生来看，所凸显出来的身体、情境如何发挥作用；从认知活动的机制上看，表征有无以及存在何种表征；等等。

（四）三种理论范式的比较

从三种理论范式的发展来看，涉身认知似乎不是完全对立于信息加工理论和联结主义纲领，相反，它是两者的一种包容性发展。首先，涉身认知并不否定人类认知中可能存在一部分表征—计算功能，这部分智能需要表征—计算纲领的实证研究；其次，涉身认知也认同联结主义对于大脑神经网络的研究，涉身认知从不否认认知的产生可以离开大脑神经网络，也不否认认知的再现可能需要大脑神经网络模拟的参与。进一步说，信息加工认知理论、联结主义与涉身认知的相继出现，不仅呈现不同形态的认知科学理论与实践，而且表明认知科学形态正在逐渐从一种不完备的认知理解走向较为完备的认知理解。总的来看，我们可以通过表2来比较三种研究纲领。

从表2中可以看出，涉身认知与信息加工认知主义和联结主义的确存在较大区别。在理论层面，涉身认知既不是笛卡尔二元论，也不是脑一元论，而是主张大脑、身体和情境的存在，我国有学者将其概括为“大脑—身体—环境相互作用的统一体”。还有学者指出，“身心问题作为一个传统的形而上学同题现在进一步演变为身—脑与心的问题”。由此，在认识论上对知觉和思维提出了新的理解。在实证层面，涉身认知提出了新的智能设计思路，涉身认知并不完全反对表征—计算纲领，甚至呈现包容表征—计算纲领的立场，但是涉身认知更加注重各种交互式和嵌入式的智能设计。从学科参与来看，涉身认知能更广泛地将心理学、语言学、人工智能、生物学以及许多社会科学整合起来，共同探究人类认知活动的奥秘。当然，目前关于涉身认知的理论理解还存在争论，并且与信息加工理论及其表征—计算纲领的实践相比，涉身认知的科学实践尚显稚嫩。不过，涉身认知对人类智能的探索恰恰源于对信息加工认知主义和联结主义缺陷的批判性发展，涉身认知体现了一种对信息加工理论和联结主义的包容性发展。正如戴维斯（Joshua Davis）所说，涉身认知并不拒绝计算理论和行为主义，它们仍有其价值，不过，涉身认知的确是一种我们正趋向的新范式。因此可以断言，涉身认知的产生丰富和推进了认知科学研究，涉身认知的完善甚至可能预示着一种未来的统一的认知科学形态。