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浙江大学语言与认知研究国家创新基地资助出版认知科学导论唐孝威 孙 达 水仁德代建华 马庆国 李恒威 著 图书在版编目（CIP）数据 认知科学导论唐孝威等编著 杭州：浙江大学出版社，ISBN 认 唐 认知科学 概论 B 中国版本图书馆 CIP 数据核字（）第 号认知科学导论唐孝威 孙 达 水仁德代建华 马庆国 李恒威 编著责任编辑 孙秀丽文字编辑 李峰伟封面设计 卢 涛出版发行 浙江大学出版社（杭州市天目山路 号 邮政编码）（网址：http：www zjupress com）排 版 杭州大漠照排印刷有限公司印 刷 杭州杭新印务有限公司开 本 mm mm 印 张 字 数 千版 印 次 年 月第 版 年 月第 次印刷书 号 ISBN 定 价 元版权所有 翻印必究 印装差错 负责调换浙江大学出版社发行部邮购电话（）认知是人脑的高级功能，它包括多个层次和多种形式的活动，如感觉、知觉、学习、记忆、注意、思维、推理、语言，以至意识等。认知科学是研究认知的本质和规律的科学。对认知规律的了解和应用，将有助于提高人的素质和能力，促进人类自身和社会的进步。认知科学是一门多个学科领域交叉的科学。有许多学科领域对它有贡献，它们是：神经科学、心理学、计算机科学、语言学、人类学、哲学、社会科学等。因此需要不同专业的专家合作进行认知科学研究。浙江大学是多学科的综合性大学。学校“十五”、“工程”设置了“脑与认知科学及其应用”的研究项目，“工程”又设置了“语言与认知”研究项目，对促进理科、工科、农科、医科与人文社会科学之间的交叉研究起了很好的作用。在上述研究项目的支持下，浙江大学开设了认知科学课程。本书由课程讲义编写而成，书中从以下几个方面介绍认知科学的现况：认知神经科学、认知心理学、人工智能、神经经济学和神经管理学，以及与认知相关的哲学和社会科学问题。本书共六章：第一章引言，由浙江大学理学院唐孝威教授编写；第二章认知神经科学，由浙江大学附属第二医院孙达主任医师编写；第三章认知心理学，由浙江大学理学院心理与行为科学系水仁德副教授编写；第四章人工智能，由浙江大学计算机学院代建华副教授编写；第五章神经经济学和神经管理学，由浙江大学管理学院马庆国教授编写；第六章哲学、社会科学与认知，由浙江大学人文学院李恒威副教授编写。本书得到浙江大学语言与认知研究国家创新基地的资助，在此表示衷心感谢！认知科学发展迅速，本书内容如有不当之处，请读者批评指正，以便再版时补充修改。唐孝威2011 年 9 月l1 第一章 引言第一节 学一点认知科学 第二节 认知科学简介 第三节 本书内容简介 第四节 介绍一种认知理论 第二章 认知神经科学第一节 认知神经科学的进展 第二节 认知神经科学的研究技术和方法 第三节 认知的神经解剖学基础 第四节 感觉和感性认识 第五节 躯体运动功能 第六节 语言认知 第七节 思维 第八节 学习和记忆 第三章 认知心理学 第一节 概述 第二节 注意与感知觉 第三节 记忆 第四节 知识的表征及其组织 第五节 决策与问题解决 l2 第四章 人工智能 第一节 人工智能的起源与发展 第二节 逻辑推理 第三节 专家系统 第四节 人工神经网络 第五节 遗传算法 第六节 机器学习 第七节 自然语言理解 第八节 粗糙集理论及其应用 第五章 神经经济学和神经管理学 第一节 神经经济学 第二节 神经管理学 第六章 哲学、社会科学与认知 第一节 心智哲学 第二节 自由意志 l1 第一章 引 言第一节 学一点认知科学在 世纪，科学技术将会有迅猛的发展。通常认为，世纪初的重要科技领域有纳米、生物、信息、认知等领域。纳米领域包括纳米科学和纳米材料；生物领域包括生物技术、生物医药和遗传工程；信息领域包括信息技术、先进计算机和通信；认知领域包括认知科学和相应的神经科学。认知科学是 世纪科学技术的重要方面，所以要学一点认知科学的知识。近年来，一些学者提出发展 NBIC会聚技术的看法，它的英文全称是 NanoBioInfoCognoconverging technology，即纳米、生物、信息、认知四种科学技术领域的会聚和融合。纳米、生物、信息、认知这四个领域，每一个领域都有巨大的潜力；而这四个领域的会聚和融合，将会产生新的研究思路和技术模式，将会提高人的素质和能力，并且使人的潜能和高效率的机器相结合，促进人类自身和社会的进步。浙江大学是多学科的综合性大学，学校重视认知科学的学科建设，如“十五”、“工程”设置了“脑与认知科学及其应用”项目，“工程”又设置了“语言与认知”项目；学校提倡理科、工科、农科、医科与人文社会科学之间的交叉研究。学一点认知科学的知识，将有利于开展多学科的交叉研究。第二节 认知科学简介一、什么是认知认知是人脑的高级功能，它包括多个层次和多种形式的活动，如感觉、知觉、学习、记忆、注意、思维、推理、语言，以至意识等。心理学对这些活动有过许多研究，下面是心理学对这些活动的定义（彭聃龄枟普通心理学枠）：感觉是客观事物直接作用于感觉器官而在头脑中产生的对事物的个别属性的认识。知觉是客观事物直接作用于感觉器官而在头脑中产生的对事物整体的认识。学习是个体在一定情景下由于反复的经验而产生的行为或行为潜能的比较持久的 变化。记忆是在头脑中积累和保存个体经验的过程。l2 注意是心理活动或意识对一定对象的指向与集中。动作构成行为。行为指个体的反应系统，它由一系列的反应动作和活动构成。思维是借助于语言、表象或动作实现的对客观事物概括的和间接的认识。推理是由具体事物归纳出一般规律，或由一般原理推出新结论的思维活动。意识目前还没有明确的定义。一般认为，在心理状态方面，它指清醒、警觉、觉察等；在心理内容方面，它包括可用语言报告出来的内容；在行为水平上，它指受意愿支配的动作或活动。由于认知是复杂的过程，人们对认知的整体活动有各种不同的定义。有人把认知看做是脑处理知识的活动，有人把认知等同于智能或智力，还有人认为，认知就是心智（mind），等等。有这些不同的定义，主要是因为对认知的范围理解不同。狭义的认知指人脑处理知识的过程，较广义的认知把动物和机器都包括进去，再广义的认知指智能，而更广义的认知指心智与脑。确切地说，认知和觉醒、情感意志等心理成分以及它们之间的相互作用集成为心智的整体。二、什么是认知科学认知科学是研究认知的本质和规律的科学。虽然心理学对认知所包括的各种形式的活动分别有过许多研究，但是对认知的整体的本质和规律仍然只有初步的了解。人是怎样进行认知的？认知所包括的各种形式的活动之间的关系是什么？它们是怎样进行相互作用的？认知和智能的关系是什么？认知和心脑的关系是什么 这些都是认知科学需要研究的问题。由于人们对认知的整体活动有不同的理解，因此认知科学就有种种不同的定义，而且这些看法还随着科学的发展而改变。“认知科学是研究知识的性质、组成、发展和应用的科学。”这里强调对处理知识活动的研究。“认知科学是研究人类的认知和智力的本质和规律的科学。”这里把认知和智力并列，并且限于人类认知的研究。“认知科学是研究人的智能、其他动物的智能以及人造系统的智能的科学。”这里把认知和智能等同起来。“认知科学是研究心理和智能的科学，特别要研究智力是如何产生的。”这里又把认知、心理和智能并列。“认知科学是研究心和脑的科学，包括人类、动物和机器。”这里把认知研究扩大到心理和脑的研究。之所以有如此众多的关于认知科学的定义，是因为它们讨论的范围不同。对认知科学可以有狭义的和广义的理解。认知科学所研究的范围，狭义的指对脑处理知识的活动的研究，广义的指对智能的研究，包括人、动物和机器智能的研究，更广义的指对心脑的研究。本书主要讨论狭义的认知研究，也讨论人工智能。认知科学是 NBIC会聚技术的重要组成部分。研究和发展认知科学，在应用方面是要增强个体的感觉和认知的能力，提高工作和学习的效率，并且激发人的创造性。此外，研究人类的认知对发展人工智能有重要意义。第一章 引 言l3 三、认知科学概况人类一直追求对知识本质的理解。在古代，由于实验条件的限制，认知只是哲学研究的对象。从 世纪末起，开始了认知的自然科学研究。当时的一些探索成为今天认知科学的先驱。在 年，冯特建立了第一个心理学实验室。在 世纪末到 世纪初，心理学家从多个方面研究认知，例如 Ebbinghaus 用实验研究记忆；Piaget 用实验研究儿童认知的发展，等等。年左右，几个不同学科领域的研究者分别提出了关于认知的一些理论。在心理学领域中，Miller 总结心理学实验的事实，指出人的短时记忆容量有限（记忆项目数为 ），并且提出用信息组块来提高短时记忆容量。在计算机科学领域中，McCarthy，Minsky，Newell，Simon 等人开创了人工智能的领域，Newell 和 Simon 还提出了物理符号系统的理论等。在语言学领域中，提出了生成语法理论，开始了对语言认知能力的研究。年 Neisser 出版了枟认知心理学枠一书，书中提出：认知是指感觉输入到转换、简约、加工、储存、提取和利用的全部过程。这本书的出版标志着认知心理学的诞生。在 世纪 年代，建立了认知科学学会，并且创刊了认知科学杂志。现在欧美大约有 多所大学开设了认知科学的课程。由于多种学科的实验技术的发展，特别是神经科学中对认知过程的无损伤的脑功能成像实验技术的发展，认知科学有了迅速的进展。目前认知科学的研究内容包括认知心理学、认知神经科学、人工智能，以及与认知有关的哲学和社会科学问题等。四、与认知科学相关的学科领域认知科学是一门多个学科领域交叉的科学。有许多学科领域对认知科学有贡献，它们是：哲学、心理学、神经科学、计算机科学、语言学、人类学及社会科学。在 年出版的枟MIT 认知科学百科全书枠（R Wilson，F Keil eds The MIT Encyclopedia of the Cognitive Sciences）中，有 个专门的章节，分别介绍哲学、心理学、神经科学、计算机科学、语言学、社会科学和认知科学的关系。R Wilson 讨论了哲学和认知科学的关系。认知一直是哲学的研究对象，Wilson 举出三个相关的经典的哲学问题：心和物的关系；心智和知识的结构；第一人称观点与第三人称观点。认知科学不仅研究哲学问题，在心理学方面，认知科学注重研究脑内的信息加工问题；在神经科学方面，认知科学注重研究脑内信息加工的脑机制问题。K Holyoak 讨论了心理学和认知科学的关系。心理学研究认知活动中心理表征和信息加工，主要是指从感觉输入到动作输出之间的信息加工。这种研究涉及心理学的许多分支学科，包括认知心理学、发展心理学、临床心理学、社会心理学等。但认知科学和心理学是有区别的，心理学除讨论认知及其他心理过程外，还研究心理特征，如人格等。T Albright 和 H Neville 讨论了神经科学和认知科学的关系。认知科学要研究认知活动的神经基础，例如信息在脑内加工、储存、提取的神经机制，而这些正是神经科学研究的内容。l4 认知科学和脑科学有区别。脑科学主要研究脑的结构和功能，讨论的问题有认识脑、保护脑、开发脑和仿造脑。认知科学和神经科学的交叉，产生了认知神经科学，现在这个科学领域发展很快。M Jordan 和 S Russell 讨论了计算机智能和认知科学的关系。计算机科学用计算的观点来研究认知，例如：研究表征和算法、进行计算机建模，以及设计制造人工智能机等。计算机人工智能和神经网络研究是认知科学的重要部分，但认知科学的内容比计算机智能更加广泛。此外，G Chierchia 讨论了语言学和认知科学的关系。D Sperber 和 L Hirschfeld 讨论了文化、认知与演化等问题。从上面的介绍可以看到，认知科学是一门涉及多个学科领域的交叉科学，需要有不同专业的专家合作进行研究。五、认知的各种研究取向认知研究中有许多思潮，某一种影响认知研究的思潮，成为认知的一种研究取向。由于认知过程的复杂性，当代对认知的研究不只有一种研究取向，而是存在着许多种不同的研究取向。这些研究取向对认知过程有各自不同的看法，它们对认知研