1.3 认知科学的贡献

认知科学（cognitive science）是关于心智（mind）和智能研究的学科。广义的认知科学包含认知神经科学、心智、心理学、人工智能、哲学等学科与认知和智能研究相关的部分，本节只介绍前两个部分对智能研究的贡献，心理学和人工智能等内容在随后两节介绍。鉴于植物和动物的类似内容已经在上一节介绍，本节侧重于人的认知能力和心智的介绍。需要明确的是这里的心智是基于脑功能的，不是将大脑和计算机联系在一起的心智。

1.3.1 认知功能的载体：神经系统和脑

认知神经科学对神经系统和脑的研究，使我们对生物，特别是人的认知功能的构成有了更深入的理解，神经系统和脑是认知功能最主要的物理载体，没有神经系统和脑，就没有人类的认知功能，即使通过皮肤、肌肉等其他人类组织或器官实现的部分认知功能，没有神经系统和脑，这些功能也就没有认知意义了。

一个人的神经系统和脑的发育和成长，基于遗传基因和遗传过程，遗传是决定一个人认知能力的重要因素。前一节讨论生物体的信号系统和信息传递功能时已经指出，即使是最早的原始生命体，也已经存在信息获取与传递的功能系统，只是这样的功能系统隐含于代谢、遗传等功能中，一直到单细胞生物、植物、多孔动物等早期动物，还没有专门感知、传递信息的神经系统，但信号和信息传递的能力日益复杂，直至相应功能进化为专门的神经系统。人类的神经系统和脑是生物认知功能进化的最高峰。但一般认为，神经系统和脑的进化是线性的[49]，进化的成果融合于遗传基因中，神经系统和脑的遗传基因包含了最原始的神经系统和脑的部分，由此长成的神经系统和脑尽管在一定程度上有优化，但在形态和功能上明显具有线性进化的特征，如脑的初级视觉功能区在所有物种的脑中都存在，是从同一个祖先传下来的。

神经系统和脑也是在人的一生中不断生长发育的。尽管生长和发育也是由遗传基因所控制，但不同的外部环境会导致神经系统和脑功能的不同，甚至变异[50]。对大脑发育的研究发现，在出生前，大脑各部分的功能及神经元都已形成，在胎儿出生后，有一个特殊的先扬后抑过程，出生后一年是脑生长发育的爆发期，但很多脑认知功能的发育需要多年时间才能完成，直至成年依然有一些功能在变化[51]。对于脑功能或人的认知能力仅依赖于遗传和物质的神经系统和脑，或者还有其他非物质因素决定，还存在不同的观点，但越来越多的神经认知科学进展在证明前者的合理性，认知功能是遗传与习得的统一体，统一于主体。遗传不仅赋予大脑功能分区结构，特定能力的分布，还对能力的开发和形成给予了必要的次序，如婴儿对人脸识别的优先特征[52]。

神经系统和脑是认知功能最主要的载体，除开必要的感知和行为（体内外）能力需要身体的其他部分协同，如同进化到神经系统之前的信号传递与控制协同能力一样。认知神经科学综合研究的成果，提炼出神经系统和脑所具备的认知功能结构，图1.5给出了人类发育过程形成的信息感知、传输、存储、记忆、学习、分类、识别、控制、决策、行为等全系列认知功能，这些功能归集于特定的具体的人这个主体，所有功能的激发和执行，则基于信息。认知神经科学和脑科学的研究已经并将继续为这一结论提供更多的实证。

图1.5在一定意义上提供了人类认知功能的初步框架，而认知神经科学的系统研究，一般将人类认知功能划分成感知、学习、记忆、语言、思维和问题求解、行为、注意和意识（含潜意识）、情绪等具有不同认知特征的部分研究，这些研究对智能研究，特别是理解智能的本质做出了巨大的贡献，下面分别予以简要的介绍。

1.3.2 感知觉研究的贡献

感知是认知功能的起点，也是智能的起点。认知神经科学对人类各种感知觉进行了深入的研究和分析，得出了许多对研究智能具有重要意义的结论。一般而言，人类感知觉包括视觉、听觉、味觉、嗅觉、躯体知觉，而这些知觉又基于认知功能，根据认知需求进行综合。

1.3.2.1 视觉

视觉是人类最重要的信息获取器官，有研究认为人类获取的信息80%来自眼睛。视觉信息的感知和获取是一个极其复杂而精细的过程：光线由角膜感知，经瞳孔到晶状体和玻璃体再到视网膜形成图像，经由视神经将视觉信息传导到大脑视觉中枢，并与相关的信息在特定区域合成为主体可使用的特定对象信息。

认知神经科学建构了完整的视觉功能的神经通路和功能的生物实现模式，见图1.6。

1.3.2.2 视觉

听觉是人类信息获取的第二个重要来源。外界声源震动耳廓形成耳内声波，通过外耳道将声波传动到鼓膜，鼓膜将声波转换成耳蜗可感知的震动，耳蜗将震动转换成神经冲动，经由听神经传递到大脑听觉中枢，并与接收到的相关信息一起在特定区域合成为主体可使用的特定对象信息。

认知神经科学建构了完整的听觉功能的神经通路和功能的生物实现模式，见图1.7。

1.3.2.3 味觉和嗅觉

从认知神经科学的角度看，味觉和嗅觉都是化学感觉，来自着嗅剂或着味剂，并相互影响。嗅觉是一种感知气味的特殊功能。不管是主动的闻还是被动的吸，都是鼻腔顶部的嗅黏膜细胞，即双极神经元构成的嗅觉感受器受到空气中气味的刺激产生一个信号，这个信号传送到嗅球的嗅小体中，形成嗅神经轴突传入大脑皮层嗅觉区，并与相关对象体的其他信息在大脑特定区域合成为主体可使用的特定对象综合信息。味觉是人类感知食物味道的特殊认知功能。味觉是指食物在人的口腔内对味觉器官化学感受系统的刺激并产生的一种感觉。尽管不同地域对味道的命名并不一致，但从味觉的生理角度看，有五种基本味觉：酸、甜、苦、咸、鲜。一个食物分子刺激口腔，主要是舌头上的味蕾，启动了味觉的转换过程。位于味蕾中的味觉细胞接受的刺激经面神经、舌神经和迷走神经的轴突进入脑干，再经丘脑到达味觉区，并与相关对象体的其他信息在大脑特定区域合成为主体可使用的特定对象综合信息。不同的味觉产生不同的味觉感受体，经由不同的化学信号转换。

认知神经科学建构了嗅觉和味觉的神经通路及功能的生物实现模式，见图1.8和图1.9。

1.3.2.4 躯体知觉

躯体知觉不仅是指触觉，还包括时间知觉、空间知觉、平衡知觉、自身器官知觉等感知觉。触觉不仅是一个人自身认知的重要组成部分，更是生物认知功能进化的奠基者。触觉包括三种类型：触压觉、温度觉、痛觉。触觉是接触、滑动、压觉等机械刺激的总称。人感受本身特别是体表的机械接触（接触刺激）的感觉，是由压力与牵引力作用于触觉小体而引发的，触觉小体分布在皮肤真皮乳头内，以手指、足趾的掌侧的皮肤居多，感受触觉，其数量可随年龄增长而减少。触觉小体呈卵圆形，长轴与皮肤表面垂直，外包有结缔组织囊，小体内有许多横列的扁平细胞。有髓神经纤维进入小体时失去髓鞘，轴突分成细支盘绕在扁平细胞间。认知神经科学建构了触觉的神经通路及功能的生物实现模式，见图1.10和图1.11。

躯体知觉还包括对自身器官知觉、身体平衡知觉，这些知觉是人体的重要功能。内脏等自身器官的感觉，确定头部在空间的位置、运动中的平衡感觉是人类生活中重要的认知功能。认知神经科学研究说明这些感觉经由特定的神经通道传输到大脑，在相应部分形成知觉信息，并通过神经系统进行调节[60]。

1.3.2.5 综合知觉

综合知觉是指作用于感觉器官的客观事物的整体在人脑中的反映，所反映的是一个较完整的事物。对于一个被认知的客观事物，也可以看作是根据认知需求对相关知觉信息的综合过程。

时间知觉是对一个特定客观对象的持续时间、速度和顺序等时间特征在脑中的反映，空间知觉是对一个特定客观对象的空间特征在脑中的反映。时间和空间知觉是由视觉、听觉、肤觉、平衡觉、机体觉、运动觉等信息综合的结果。时间和空间知觉是人类智能的一个重要内容，是综合知觉对认知能力的重大贡献。

空间和时间是知觉综合的特例，而人对于事物的认知过程大都存在不同知觉获取信息的综合，从而形成对一个事物在脑中的完整认识。认知神经科学对此做了大量的研究，图1.12展示了视觉、听觉、躯体知觉综合的模式，图1.13则显示了大脑对一束光线感知后与其他信息的综合及运动的协同。

认知神经科学对人类感知觉的研究证明，人类感知能力是多元的、精细的，感知过程是结构化的、综合的，感知结果是语义的、逐层抽象的。

1.3.2.6 精细的感知能力

人类具有多元、精细的管制能力。多元性在前面对各类感知觉的一般介绍中已经说明，通过这些感知能力，人类可以达到生物特征基础上全面、有效的对环境感知，为认知能力的形成和智能的发展和运用奠定了信息感知基础。

人类的感知能力基于数量众多、分布广泛的生物分子和神经细胞，十分精细。下面以视觉、听觉和嗅觉为例，说明人类感知能力的精细程度。

在人的视网膜中，视锥细胞有600万～800万个，视杆细胞总数达1亿以上，每个视杆细胞的上段有近千个膜盘，每个膜盘中约含100万个视紫红质分子，这样的结构特征，使得单个视杆细胞就可能对入射的光线起反应，由于视杆细胞对光的敏感度极高，使视网膜能够察觉出单个光量子的刺激强度[62]。

听觉经由外耳集声和中耳传导，内耳是感受声音的场所。其中阶底部基底膜上的声音感受器称为Corti，它由支持细胞和毛细胞组成，毛细胞根据所在位置分为内毛细胞和外毛细胞，每个毛细胞的顶端约有100个静纤毛。内毛纤维约3500个，每个内毛纤维与10～20个螺旋神经节大双极细胞发出的有髓纤维联系，成为内毛纤维和螺旋神经节之间带状轴突的一个组成部分。外毛细胞约有12000个，大约10个外毛细胞与螺旋神经节内小双极细胞的外周无髓轴突形成突触，形成高度的汇聚性传导。听神经有24000～50000根轴突，约90%分布到内毛细胞底部，另外的分布在外毛细胞[63]。

鼻腔顶部黏膜中有超过1000种嗅觉感受器，嗅觉感受器是一种双极神经元，一个着嗅剂分子与一个双极神经元结合时，信号就输送到嗅球的神经元中。一个双极神经元可以激活超过8000个嗅小体，每个嗅小体又可以接受多达750个感受器的输入。嗅觉感受器约有400种蛋白质受体，一种蛋白质受体能够特异地和多种气体分子结合，一种气体分子也可能特异地和多个蛋白质受体结合，大多数气味是由多种气味分子构成，这就产生了一种“结合密码”以形成一种“气味类型”，400种蛋白质就可以组合出上万种气味，并由此形成了上万种不同气味的记忆。大脑的嗅小球中约有2000个精确限定的微小区域——球囊，同一类型嗅觉受体的突触聚集到同一种球囊中。球囊也特定地联系到一个嗅觉传递的神经细胞，传递到大脑的相应部位[64]。

多样精细的感知过程基于人的生物特征。人的感知能力基于人的生物特征。人眼能感知波长为380～760nm的光，耳朵能分辨频率为20～20000Hz的声音，鼻子能区分7种基本气味组合成的成千上万种气味，舌头及空腔其他部位能辨别5种基本味道组合成的成千上万种味道，在全身各个部位能感知压力、温度、疼痛，都基于自身器官拥有的感受器的生物特征——感受器的生理阈值。感知信息如何传递基于生物特征。人的味觉从物质刺激到感受到滋味仅需1.5～4.0ms，比视觉13～45ms，听觉1.27～21.5ms，触觉2.4～8.9ms都快。

1.3.2.7 结构化的、综合的感知过程

认知神经科学研究成果表明，人体所有感知过程信息传递过程是高度结构化的，图1.6～图1.10所展示的视觉、听觉、嗅觉、味觉的神经通道，清晰地说明了这一点。

引发感知的是外部刺激。各感知器接受到在其阈值范围内的同类刺激后，开始启动换能作用，即将接受到的刺激能量转化为传导到与之相连接的神经元的动作电位。在这一转换过程中，不仅发生了能量转换这个物理—化学过程，对感知信息传递还发生了更加重要的转换，就是将特定刺激所包含的环境信息及其变化转移到了动作电位的频率和序列中，这个功能也被称为感知信息的编码。编码功能主要不是通过动作电位脉冲的差别实现，而是通过传递到神经中枢的不同部位表达。人之所以感觉到不同的事物，是由于神经中枢接收到来自不同传递通道的信息，如温度的传导神经只传导热感受器的信息，酸、辣、苦、甜则基于味觉细胞只感知一类味道，并与特定的神经元连接，“专线”是大脑区分感知信息含义的主要路径。感知信息的传递通道不仅有“专线”，也有少数“公共线路”，这些通道可以传输多种类型的感知信息，不仅节约了通道资源，也为不同感知信息在大脑皮层加工和整合提供了另一种基础。

认知神经科学的研究解决了感知信息如何实现对多通道获取的信息进行综合的问题。从感觉到知觉，有些是直接反应的，如烫觉会直接产生反应，控制相应的肢体改变位置，离开风险。更多的会经过感知信息综合的过程，气味、物体的辨识，一项事务发展的理解等，都需要通过感知信息综合实现。相对于知觉信息传输，其综合涉及更多的知觉类型、传递通道、概念和认知在大脑中的表征、记忆意识等更多的功能，但感知信息综合也是一个结构化的过程。例如，触觉分布于全身，感知温度、疼痛、压力等，分辨形状、物体类型等外部事物。触觉感受器在皮肤与骨头之间，各有分工，梅克尔小体感知一般的接触，迈斯纳小体感知轻微的接触，环层小体感知深层的压力，鲁菲尼小体感知温度，疼痛感受器或游离神经末梢感知疼痛。人的大脑皮层通过固定的对应区域的位置、记忆、相同部位的不同触觉得出触及皮肤的具体物体。

经过视网膜神经网络处理过的信息，由神经节细胞的轴突——视神经纤维向中枢传递。在视交叉的部位，100万条视神经纤维约有一半投射至同侧的丘脑外侧膝状体，另一半交叉到对侧，大部分投射至外侧膝状体，小部分投射至上丘。在上丘，视觉信息与躯体感觉信息和听觉信息相综合，使感觉反应与耳、眼、头的相关运动协调起来。外侧膝状体的神经细胞的突起组成视辐射线投射到初级视皮层（布罗德曼氏17区或皮层纹区），进而再向更高级的视中枢（纹状旁区或布罗德曼氏18、19区等）投射。从初级视皮层又有纤维返回上丘和外侧膝状体，这种反馈通路的功能意义目前还不清楚。

感知信息的产生和传递过程的结构化说明人类的认知功能本身是结构化的。认知过程功能结构化通过遗传基因实现，并能将功能发展的成果保留在遗传基因中。

1.3.2.8 逐层抽象、语义的感知结果

认知神经科学的研究成果说明，人类认知的过程和结果是以语义为处理对象和目的的。

在感知的起点就确定了认知信息的语义属性，无论是触觉、视觉、听觉、味觉，还是嗅觉，感知器的分工及直接把感知的物理信号转变为带有信号语义的生物信号递质，这是第一层语义抽象。如嗅觉细胞膜内有一些凹洞，当有物质的气味进入任何一个凹洞时，细胞膜的结构就会有所改变，这个改变即为嗅觉感知的开始。人体的嗅觉接受器有7种类型，各自负责不同气味的感知，每一个嗅觉细胞内都包含一种嗅觉接受器。

感知器的第二层语义抽象是感知信息在感知器官的汇聚，如视神经细胞感知的信息在视网膜汇聚成图像。在视网膜上，每种神经节细胞都像是一个滤镜，每种“滤镜”都对一个特定的特征或动作非常敏感，每个神经节都有自己解读接收到的视觉信息的能力，并通过给定功能结构，实现了高效的信息压缩处理，减少了传输的信息量和大脑的信息存储压力[65]。

感知信息的第三次抽象在大脑，把感知到的信息形成整体、历时的信息合成。所谓整体就是将不同的神经元传递到大脑的信息合成一个完整的事物感知，并与相应区域已有的类似信息进行组合，构成对感知对象的新的信息存储。所谓历时就是将一个过程性的感知对象的信息组合为一个时间系列的对象信息集合，并存储起来。第三次抽象成为大脑记忆的信息，这些是语义的。

感知信息的第四次抽象还是在大脑，就是将不同的感觉器官感知的信息及已有的记忆进行组合。以水龙头出水感知为例。皮肤的温度觉感知到出水的温度，眼睛看到水龙头开关冷热控制的位置，耳朵听到出水声，鼻子闻到水的味道。这些在大脑皮质区汇聚，并与已经成为记忆的经验比对，形成综合判断：水温、水质、水龙头是否正常。在这个过程中还与大脑已有的概念整合起来，不仅是感知的状态，这些状态相关的概念与感知的信息也连接起来了。显然这一抽象的结果信息也是语义的。

感觉是认知和智能的逻辑起点。人的感知过程从起点开始就是语义的，所有的过程和功能都是精细结构化的，语义是通过结构化的功能实现的。这是认知科学对智能研究十分重要的基础性贡献。

1.3.3 学习、记忆、意识、行为等认知功能的一般讨论

学习、记忆、语言、注意、意识、情绪、思维和问题求解、控制和行为等既是认知科学研究的主要对象，也是智能的重要组件。认知神经科学和神经生物学相关的专家学者对上述功能组件进行了长期、细致的研究，既吸纳了心理学等其他学科研究的成果，又从神经生物学的角度对其进行了细胞和神经系统实现的分析，成为生物智能及一般智能研究的重要基础。

无论是从认识神经科学，还是从心理学看，学习和记忆之间存在不可分割的关系。学习是获取信息的过程，记忆是学习的结果。换言之，记忆是人对自身想法、经验或行为的持续性表征，学习是对这种表征的获取过程。语言是表征学习成果和人与人交流的工具，也是社会认知和概念的载体，是人类知识和经验得以跨越时间和空间传递的基础[66],[67]。注意和意识也是两个前后相继的概念。注意的核心是整合信息并提出报告，而这个整合必然是有意识的。但大脑中大部分信息加工是无意识的，因此在注意的逻辑过程中，应该有意识这一个前置环节，以分析人注意这个行为的特殊性，见图1.14[68]。

情绪、思维和问题求解、控制和行为则是对产生结果的认知过程的重要功能。情绪是对思维、问题求解和行为的主观影响。认知神经科学将问题求解区分为外显式和内隐式两类，前者思维过程清晰、有意识选择目标，后者则相反，在问题解决过程中思维和意识不甚清晰。控制和行为认知的起点和目的，是智能实现的核心环节，认知科学分析了认知控制和行为控制，阐明了大脑的控制和执行机制。也就是说，认知神经科学系统地解析了人的智能全部功能，下面将从这些功能的部分特征进行分析。

1.3.4 认知功能与主体

认知科学的研究成果说明，一个具体的个人，其所有的认知功能带有基于这个人的主体能力和主观需要，所有的认知功能都在这个主体的控制之下。换言之，人的智能是基于人这个主体而形成并发展的，智能的主体性是研究智能最重要的成果之一。

认知神经科学研究已经认定的大脑额叶功能如图1.15所示。它可能不与单一的已被确定的认知功能对应起来，但在选择完成主体确定目标路径时起着关键作用，它选择完成目标所必需的认知功能、同一调度，再按照顺序组织实施，最后，还承担评估结果。

额叶的功能指认知过程主体性的集中体现，而认知科学对启动机制、运动控制和认知控制的研究则进一步深化了对此的理解。

学习和记忆的三个阶段，及隐性或显性的功能，包括语言功能在内，都存在启动及启动效应。感知启动依赖于感觉皮层，概念启动源于颞叶和前额叶。感知启动和外显记忆都连接到内侧颞叶和前额叶，但前者是负激活，后者是正激活[70]。

运动伴随着一个人的全部生存期，运动控制是认知功能主体性的典型例证。身体可以运动的部分称为效应器，手脚、舌头、眼睛都是效应器。各种形式的运动都产生于控制一个或一组效应器肌肉状态的变化，肌肉和发出控制信号的神经元经由特定的运动神经元连接而产生相互作用。在大脑中，运动控制主要由小脑和基底神经节承担，大脑中还有许多部分与运动控制有关[71]，见图1.16。运动控制的计划和运动的序列都是经由表征和计算实现，表征主要通过神经编码。运动系统采用层级式组织，学习可以使皮质的控制发生变化。层级式组织使运动控制形成了有效的分级计算模式，高级层次只要向低层次运动控制单元给次模式信号，低层次控制单元就可以完成运动所需要的计算[72]。

认知控制是人作为主体对认知过程的控制，如对视觉等感知觉的控制、对学习和记忆过程的控制等。认知控制有两种类型，即促进和抑制机制，具有自上而下的特征。无论是抑制还是促进，都是通过对任务相关的信息增强或抑制实现。当我们注意一个特定位置时，对该处刺激的敏感性会增强，或者会排除其他位置的信息而优先选择该处的信息；而抑制机能则是把无关信息对认知任务的影响降到最低。

认知控制围绕任务或目的，证明了目的性在认知功能中的主导作用，学习、记忆、思维、行为和控制，都围绕目的。一个外界输入信息或感知信息，会导致多个控制单元的激发，需要一个过程控制来趋近行为的目的，保证行为导向成功，而不是相反。图1.17说明了这种目的导向认知控制的一种模式，其他认知功能也有类似的目的导向性控制机制。

通过对认知神经科学的研究，我们得到了一个对认识生物智能十分重要的事实，即认知功能不仅基于神经系统，也与人的其他组织与系统存在密不可分的关系，或者说认知功能与人体其他功能系统是一体的。例如听觉与耳廓及其运动相关，触觉与表皮相关，内知觉与内分泌系统、肠胃系统等被感知的器官或系统相关，等等。认知功能与人体其他功能系统的一体性是智能主体性特征的又一个重要实证。

1.3.5 认知的结构性

所有认知过程都基于特定的功能和信息，而这些功能和信息都是高度结构化的，功能及该功能所需要或产生的信息之间的连接也是结构化的。有些认知功能全过程结构化程度已经达到不需要经过相应脑区计划、控制和调整，如大部分隐性的认知功能；有些认知功能则需要经由计划、控制和调整的环节，但这些过程也是在相关功能结构的约束之中；还有一些认知过程则介于两者之间。

学习和记忆一般区分为三个阶段：一是编码，对感知的信息进行处理和存储，又可以进一步细分两个子过程，即获取和巩固；二是存储，将前一阶段获取并巩固的信息储存起来，成为大脑中的长期记录；三是提取，利用存储信息创建意识的表征或执行习得的行为。编码就是感知信息及其过程的结构化。除了学习的高层次计划，需要通过思考、决策、调整等非结构化过程，每一个具体的学习—记忆过程，即从感知觉获取信息到形成瞬时记忆、工作记忆、长期记忆都是结构化的过程。图1.18是学习与记忆的功能框架，将信息的获取到形成记忆的结果这个过程进行了有效的抽象。框架将学习区分为内隐学习和外显学习，将记忆区分为工作记忆和长期记忆，并将行为过程区分为信息输入、中央执行和反应输出三个阶段。图1.19则进一步从学习、记忆与脑功能的对应角度，在更加精细的层面解释了学习记忆过程的结构性。学习—记忆过程是典型的认知功能，更覆盖了几乎所有认知类型，这一例子说明认知过程结构化是普遍的。

在图1.18中，包含了内隐和外显的记忆和学习，在运动控制和认知控制层面，存在更多的隐性和显性认知。所谓外显就是有意识的认知行为，而内隐则是无意识的认知行为。在我们的经历中有很多内隐的运动控制，例如，爬楼梯，不用对每一步做出分析、判断、计划和发出行为指令，走路成为正常人的本能；在说话时，我们不用对一个个语音进行分辨，逐一对发声肌肉群给出指令，说话成为正常人的本能。然而这些本能是在婴儿期无数次蹒跚学步和牙牙学语中，逐步从调节到非调节，从信息感知到行走、发声过程，对不同的行走和不同的声音从调节到本能发展的过程，就是从显性认知过程到隐性认知过程的转变。

认知科学研究对内隐和外显认知模式的区分是对智能研究的重大贡献，它揭示了不同认知成熟度和不同认知需求的认知发展模式。

1.3.6 注意、意识、情绪的认知功能特点

如何理解注意、意识、潜意识和情绪等认知功能的本质，在哲学、心理学等领域的研究中存在很大分歧，最主要的观点冲突在还原论和局限论之间。还原论者认为，这些均可以由物理学和神经科学来解释；而局限论者认为主要基于人的主观体验，无法还原到神经机制的，存在一种非物质的实体，是人类永远不能理解的[76]。认知神经科学对注意、意识、情绪给出了基于脑和神经科学的解释[77],[78]。

认知神经科学认为注意就是认知主体在留意一些东西的同时忽略另一些东西的能力。注意的认知神经科学研究有三个主要目标：一是理解注意如何实现和影响对刺激事件的探测、知觉和编码，以及如何基于这些刺激产生行为。二是用计算方法描述实现上述功能的过程和机制。三是揭示上述机制如何通过脑和神经系统实现。

注意有不同的类型，既有自上而下（有意）的目标驱动过程，又有包括自下而上（反射性）的刺激驱动的过程。不管是何种类型，注意都会经由主体的选择而成为一个认知过程的启动环节，称之为选择性注意。如何选择，是神经元群的偏好竞争。认知神经科学对视觉、听觉及其他知觉的注意选择做出了精细的脑和神经系统的实现方式解释。

意识是一个很难定义的概念，至今仍在争论中。在认知神经科学中，意识和注意通常连接在一起，当你注意一个事物的时候，你也就意识到它。这一过程说明，主体有一种注意控制机制，决定哪些会被意识到，哪些不会。注意意味着选择了某个对象而不是其他，意识就是指该认知主体关于注意对象能够报告的东西。

论及意识，必然联系到潜意识或无意识，认知神经科学的研究解释了两者之间密切的联系，以及它们的脑和神经系统的功能特征。有意的认知和无意识认知对认知过程同样重要，例如当你看到一个单词时，你可能意识到了与你当时所处的场景或阅读文字的上下文直接相关的语义，但是，这个词可能有10种语义，还有不同的语音、繁简体及字体的不同形状。在你意识到的字形、语音和语义的同时，这些不同的语义、语音、字形同样会被无意识地激活。内隐记忆、内隐学习、内隐感知、自动节律、无意识认知都是认知主体的无意识过程。注意和视觉意识的还原性解释可以用图1.20来说明，越来越多的研究成果说明注意和意识的客观实在性。

在生活及概念中，有大量关于情绪的词，兴奋、悲伤、愉悦、郁闷、害羞、失望，等等。情绪表达有太多的模式，是一种难以系统研究的行为。认知神经科学的研究逐步将情绪与神经系统的关系清晰起来。早期研究认为情绪加工主要在大脑的边缘系统部分，更进一步的研究发现，情绪加工的核心神经区域主要是两个，一是眶额皮质，包括腹内侧前额叶皮质和外侧眶额皮质；二是杏仁核。图1.21解释了杏仁核与情绪的关系。

认知神经科学的研究还进一步将不同情绪与脑区的关系有了初步的对应。图1.22揭示了这种关系。

迄今为止的研究还认为，情绪主要作用于大脑的边缘系统，或称之为哺乳动物脑区，这一特征说明了两个问题，一是情绪普遍存在于各类生物中，二是情绪认知路径的主要部分已经处于隐性或固化的状态。