認知心理學與認知神經科學/認知心理學與大腦

想象一下以下情況：一個年輕男子，我們叫他Knut，坐在他的辦公桌前，閱讀一些他需要完成心理學作業的論文。在他的右手，他拿著一杯咖啡。他用左手去拿一包糖果，但眼睛沒有離開論文。突然他抬頭看著房間的天花板，自言自語道：“這裡發生了什麼事？”

可能每個人都經歷過上面描述的類似情況。雖然乍一看，在這個日常生活中並沒有什麼令人興奮的事情發生，但這裡發生的事情很多，對認知心理學的科研人員和學生來說尤其有趣。他們致力於研究許多我們在這方面沒有意識到的令人難以置信的迷人過程。粗略地說，認知心理學家對Knut情況的分析是這樣的

Knut有一個問題；他真的需要完成他的作業。為了解決這個問題，他必須執行大量認知活動。到達他眼睛的光線被轉換成電訊號，穿過幾個站到達他的視覺皮層。同時，複雜的神經元網路過濾資訊流，計算對比度、顏色、圖案、空間位置、Knut周圍環境中物體的運動。螢幕上的汙點和線條變成了文字；文字獲得了意義；意義被放到上下文中；根據其與Knut問題的相關性進行分析，最後也許儲存在他記憶的某個部分。與此同時，對糖果的渴望從Knut的下丘腦蔓延開來，下丘腦是大腦中負責控制機體需求的區域。這種渴望最終導致Knut伸手去拿他的糖果。

現在，讓我們回顧一下過去，看看認知心理學是如何發展其術語和方法，以便在腦、行為和理論的基礎上解釋我們自己的。

認知心理學史

早期的思想家認為知識儲存在大腦中。

文藝復興及以後

17世紀的文藝復興哲學家普遍贊同先天主義者，甚至試圖用圖形來展示大腦的結構和功能。但是經驗主義哲學家也有非常重要的想法。根據 大衛·休謨的說法，知識的內部表徵是按照特定規則形成的。這些創造和轉換需要努力和時間。實際上，這是當前認知心理學許多研究的基礎。在19世紀，威廉·馮特和弗朗西斯·科尼利斯·唐德斯進行了一些實驗，測量了對反應所需的時間，而對其的進一步解釋在55年後催生了認知心理學。

20世紀和認知革命

在20世紀上半葉，認知研究發生了徹底的轉變。像伯爾赫斯·弗雷德里克·斯金納這樣的行為主義者聲稱，心理內部運作——如注意力、記憶和思考——僅僅是無法觀察或證實的假設性結構。因此，行為主義者斷言，心理結構不如對行為（直接可觀察資料）對某些刺激的反應的研究和實驗分析那麼重要或相關。根據華生和斯金納的說法，人類只能透過這種方式得到客觀的學習。行為主義理論在心理學界的流行導致對心理事件和過程的研究被放棄了大約50年。

在20世紀50年代，科學興趣再次回到了注意力、記憶、影像、語言處理、思考和意識。行為主義的“失敗”預示著認知研究進入了一個新階段，被稱為認知革命。其特點是已經存在的理論的復興以及新思想的興起，例如各種溝通理論。這些理論主要源於之前建立的資訊理論，催生了訊號檢測和注意力方面的實驗，以便形成對溝通的理論和實踐理解。

現代語言學家提出了關於語言和語法結構的新理論，這些理論與認知過程相關。喬姆斯基的生成語法和普遍語法理論提出了語言層次，他批評了斯金納的“言語行為”，所有這些都是認知科學發展史上的里程碑。記憶理論和記憶組織模型催生了其他認知過程的模型。計算機科學，特別是人工智慧，重新審視了問題解決、記憶處理和儲存以及語言處理和習得的基本理論。

為了澄清：關於“行為主義”歷史的進一步討論。

儘管上述說明反映了行為主義興衰最常見的版本，但它是一種誤解。為了更好地理解認知心理學的建立，必須在準確的歷史背景下理解它。每個科學都存在理論分歧。然而，這些分歧應該基於對對方觀點的誠實解釋。有一種普遍的趨勢是，在斯金納和華生之間畫出虛假的等價關係。華生確實排除了心理或意識事件在人類行為中所起的作用。事後看來，這是一個錯誤。然而，如果我們考察華生立場的歷史背景，我們可以更好地理解他為什麼走到了極端。他和當時許多年輕的心理學家一樣，對心理學科學缺乏實際進展感到沮喪。對意識的關注產生了不一致、不可靠和相互矛盾的資料。受巴甫洛夫用引發的反應進行的工作的進展以及從自然科學中汲取靈感，華生排除了對可觀察心理事件的研究，並推動心理學研究刺激-反應關係，以此更好地理解人類行為。這所新的心理學學派“行為主義”變得非常流行。斯金納的思想學派雖然受華生的啟發，但在研究不可觀察心理事件方面採取了截然不同的方法。斯金納提出，“心”和“身”之間的區別帶來了無法調和的哲學包袱。他提出，以前被稱為心理事件的“皮下”發生的事件被稱為私人事件。這將把思考、推理、感受等私人體驗帶回心理學科學的範疇。然而，斯金納提出，這些是我們正在做的事情，而不是在理論心理場所發生的事件。對於斯金納來說，問題不是心理世界是否存在，而是我們是否需要訴諸心理世界的存在來解釋我們頭腦中發生的事情。同樣，自然科學詢問我們是否需要假設造物主的存在來解釋自然界中的現象。對於斯金納來說，心理學家將這些私人（心理）事件視為行為的原因是一個錯誤。相反，他建議，這些也必須透過研究一個人如何透過經驗進化來解釋。例如，我們可以說，一個學生學習是因為她“期望”如果學習了，她會在考試中取得更好的成績。“期望”可能聽起來像是學習行為的合理解釋，但是斯金納會問她為什麼“期望”。這個問題的答案將揭示學生學習的真正解釋。“期望”就是去做某事，在我們腦海中表現，因此也必須得到解釋。

認知心理學家亨利·羅迪格指出，許多心理學家錯誤地認同了第一段中所呈現的心理學版本。他還提到了對喬姆斯基對《言語行為》評論的成功反駁。斯金納的書中實用性的證據可以從它所產生的豐富可操作的資料中看到，這些資料產生的療法是任何現代語言學對語言的解釋都無法比擬的。羅迪格提醒讀者，事實上，我們所有人都在衡量行為，只是有些人比其他人對行為的起源做出了更多假設。他回憶起，即使作為一名認知心理學家，他也因沒有對他資料進行更多假設而受到批評。簡約法則告訴我們，當選擇對一組關於可觀察行為的資料（所有心理學家收集的資料）進行解釋時，我們必須謹慎，不要做出超出解釋資料所需的假設。這就是現代行為分析學家和認知心理學家之間主要分歧所在。這不是對我們私人經驗的拒絕，而是對這些經驗的學習方式。行為分析學家研究它們與我們的學習歷史以及該歷史的大腦相關性。他們利用這些資訊來設計環境，透過改變我們與世界的互動來改變我們的私人經驗。畢竟，正是透過我們與相對世界的互動，我們的私人經驗才得以發展。這與約翰·B·沃森的機械的刺激-反應心理學大相徑庭。學術誠信要求我們真誠地努力理解我們想要批評的東西。亨利·羅迪格指出，許多心理學家理解了一種非常刻板、錯誤的關於心理學歷史的版本。這樣做，他們錯過了斯金納分析所產生的許多成功的現實世界應用。

神經資訊學基於人類神經系統的自然結構，試圖透過人工神經元的思想來構建神經元結構。除此之外，神經資訊學還被用作心理學模型的證據領域，例如記憶模型。人工神經元網路“學習”單詞，並像大腦中的真實神經元一樣運作。如果人工神經元網路的結果與真實的記憶實驗結果非常相似，它將支援該模型。這樣就可以測試心理學模型。此外，它將有助於構建具有與人類相似的技能的人工神經元網路，例如面部識別。

如果我們對人類處理資訊的方式有更多瞭解，構建具有相同或相似能力的人工結構就會變得容易得多。這個認知發展調查領域試圖描述兒童從嬰兒期到青春期如何發展他們的認知能力。知識表徵理論最初強烈關注感覺輸入。現在的科學家聲稱有證據表明，我們對現實的內部表徵不是對物理世界的逐一複製。它更像是以某種抽象或神經化學程式碼儲存的。托爾曼、巴特萊特、諾曼和魯梅哈特對認知地圖進行了實驗。在這裡，內部知識似乎不僅與感覺輸入有關，而且還透過某種由過去經驗建模的知識網路進行修改。

像 腦電圖 (EEG) 和 功能性磁共振成像 (fMRI) 這樣的新方法使研究人員能夠測量大腦活動，並可能將其與心理狀態和過程相關聯。所有這些研究人類認知和心理學的新方法都定義了認知心理學領域，這是一個迷人的領域，它試圖回答自理性曙光以來可能提出的最有趣的問題。還有很多東西需要發現、回答和再次提出，但首先，我們想讓你更熟悉認知心理學的概念。

什麼是認知心理學？

對這個問題最簡單的答案是：“認知心理學是研究思維以及心理事件背後的過程。”當然，這會產生一個新的問題，即心理事件究竟是什麼。對此有許多可能的答案。

讓我們再看看克努特，給你一些例子，讓事情更清楚。他需要集中精力閱讀他的論文。因此，他所有的注意力都集中在他透過視覺通路感知的單詞和句子上。進入他認知裝置的其他刺激和資訊——比如一些街道噪音或沿著窗戶爬行的蒼蠅——此時並不那麼重要，因此被關注的程度要低得多。許多高階認知能力也受到調查。克努特的情況可以解釋為解決問題的典型例子：他需要從他的現狀——一項未完成的任務——轉變為目標狀態——一項已完成的任務——並且擁有實現該目標的某些操作。克努特的短期記憶和長期記憶都很活躍。他需要短期記憶來整合他正在閱讀的內容和論文之前部分的資訊。他的長期記憶幫助他記住他在課堂上學到的知識以及他在其他書籍中讀到的內容。當然，克努特理解語言的能力使他能夠理解紙上印刷的字母，並以適當的方式聯絡句子。

這種情況可以被認為反映了感知、理解和記憶儲存等心理事件。一些科學家認為，我們的情緒不能被認為與認知分離，因此仇恨、愛、恐懼或快樂有時也被視為我們個人心靈的一部分。認知心理學家研究以下問題：我們如何接收有關外部世界的資訊？我們如何儲存和處理它？我們如何解決問題？語言是如何表示的？

認知心理學是心理學的一個領域，它學習和研究心理過程，包括感知、思維、記憶和判斷。認知心理學的支柱是感覺和知覺都是不同問題的觀點。

與神經科學的關係

認知神經心理學

當然，如果我們能在不瞭解大腦本身的情況下理解認知的本質，那將非常方便。但不幸的是，如果不能考慮神經生物學約束，建立和證明關於我們思維的理論非常困難，甚至是不可能的。神經科學包括研究神經解剖學、神經生理學、大腦功能以及相關的心理學和計算機模型。多年來，神經元水平的調查與認知或心理學水平的調查完全分離。思維過程是如此龐大和複雜，以至於關於認知操作如何實現的問題存在著太多可能的解決方案。

神經生物學資料為認知研究的理論方法提供了物理解釋。因此，它縮小了研究領域，使其更加精確。大腦病理學與行為之間的相關性支援科學家進行研究。長期以來，人們都知道不同型別的大腦損傷、創傷、病變和腫瘤會影響行為並導致某些心理功能發生變化。新技術的興起使我們能夠看到和研究以前從未見過的腦結構和過程。這為我們提供了大量資訊和材料來構建模擬模型，幫助我們理解我們心中正在發生的過程。由於神經科學並不總是能夠解釋在實驗室中進行的所有觀察，神經生物學家轉向認知心理學，以便在跨學科水平上找到大腦和行為的模型——認知神經心理學。這種“跨學科”作為一座橋樑，將兩個最重要的領域及其研究人類心靈的方法聯絡起來並融合在一起。一級的研究為另一級的研究提供了約束、相關性和啟發。

神經解剖學基礎

大腦的基本構成單元是名為神經元的特殊細胞。 大腦中大約有 1000 億個神經元參與資訊處理。 當我們表面地觀察大腦時，我們無法看到這些神經元，而是看到兩個稱為半球的半部分。 這些半球在大小和功能上可能有所不同，我們將在本書後面的章節中看到，但原則上每個半球都可以細分為四個部分，稱為腦葉：顳葉，頂葉，枕葉和額葉。 這種現代神經科學的分割槽得到了大腦表面向上和向下突起的結構的支援。 凸起部分稱為腦回（單數腦回），凹陷部分稱為腦溝（單數腦溝）。 它們也參與資訊處理。 不同的腦分割槽執行不同的任務，例如注意力、記憶和語言，這些任務之間不能相互分離，儘管如此，某些部分在特定任務中起著關鍵作用。 例如，頂葉已被證明負責空間定位以及你與空間的關係，枕葉主要負責視覺感知和想象等。 總之，大腦解剖結構對我們可能做的事情設定了一些基本限制，而對其的更好理解將有助於我們找到更好的認知缺陷治療方法，並指導認知心理學家進行研究。 我們這本書的目標之一是展示大腦不同層次之間複雜的相互作用，這些層次可以被描述，以及它們對認知神經心理學的意義。

方法

像腦電圖 (EEG) 和功能性磁共振成像 (fMRI) 等較新的方法使研究人員能夠將實驗參與者的行為與同時測量的腦部活動相關聯。 可以記錄對特定刺激的神經生理反應，或者找出哪些腦區參與執行某些心理任務。 腦電圖透過連線在帽上的電極測量頭骨上的電位。 雖然它的空間解析度不是很高，但時間解析度在毫秒範圍內。 功能性磁共振成像的使用得益於這樣一個事實：大腦活動增加伴隨著活躍區域的血流增加。 血液中的血紅蛋白具有磁性，可以被功能性磁共振成像掃描器記錄下來。 與腦電圖相比，功能性磁共振成像的空間解析度非常精確。 另一方面，時間解析度僅在 1-2 秒的範圍內。

結論

請記住本章開頭描述的場景。 克努特問自己：“這裡發生了什麼？” 應該已經很清楚，這個問題不能用一兩句話簡單地回答。 我們已經看到，認知心理學領域包含了許多過程和現象，每一個都經過廣泛的研究，以瞭解我們的認知能力是如何由大腦產生的。 在這本華夏公益教科書的後續章節中，您將看到認知心理學領域的不同研究領域如何試圖解決克努特提出的最初問題。