認知科學：導論/其他認知解釋層面

我們可以透過不同的認知層面來解釋我們對世界的感知，這些層面通常不被認為是認知科學的核心方面。這些層面包括物理學、化學、生物學和社會學。然而，為了提供一個完整的認知描述，理解構成層面（及其相互作用）是至關重要的，這些層面為認知的可能性提供了條件。以下將嘗試用“學習”作為我們的執行例子來解釋認知科學運作的層面。

生物層面：突觸變化

生物層面的學習始於神經系統。神經系統主要分為兩個部分：中樞神經系統和周圍神經系統。中樞神經系統是傳入和傳出資訊的中心，由大腦和脊髓的神經組成。周圍神經系統充當中心，在人體器官和中樞神經系統之間傳遞資訊。它進一步細分為軀體神經系統和自主神經系統。軀體神經系統控制著肌肉、骨骼和皮膚。它包括感覺軀體神經，將資訊傳遞給中樞神經系統，以及運動軀體神經，引起反應。自主神經系統由特殊運動神經組成，負責內臟器官。它由交感神經系統組成，使身體為壓力做好準備，以及副交感神經系統，幫助身體從壓力中恢復。這種神經迴路的建立使身體能夠學習如何對環境做出適當的反應。瞭解神經系統的各個部分有助於理解反射是如何產生的，痛苦和恐懼是如何學習的，壓力是如何管理的，以及我們如何在兒童時期學習基本任務。

生物學習基於赫布理論，該理論簡單地說，一起放電的神經元，一起連線。唐納德·赫布認為，神經元共同作用來影響行為，在稱為細胞集的網路中連線。關於他的赫布理論，赫布指出，“當細胞A的軸突足夠靠近細胞B，並反覆或持續地參與激發它，那麼一個或兩個細胞中就會發生某種生長過程或代謝變化，使A作為激發B的細胞之一的效率增加”。這就是學習發生的機制，也是神經連線在該過程中形成的方式。

反射和大腦

嬰兒出生時擁有所有可能的神經元，隨著時間的推移，沒有受到刺激的神經元會消失，而受到刺激的神經元會形成新的連線。這與兒童學習新語言、對環境中的紋理和刺激做出反應以及學習如何保護自己免受周圍環境影響的時間相同。

反射通常是非自願的和無意識的；發生時幾乎不涉及大腦。例如，嬰兒出生時就有一套反射，使他們能夠對不同的情況做出反應。其中之一是覓食反射，即嬰兒在臉頰被觸碰時會張開嘴巴尋找乳頭。這種反射透過始終獲得營養來確保嬰兒的生存。這種反射以及許多其他反射的框架是在產前階段建立的，在那裡嬰兒可以對聽到的聲音做出反應。其他反射，如對疼痛和不適的反應，是在嬰兒出生後才學會的。例如，如果一個蹣跚學步的孩子把手放在爐子上，他們會很快地把手移開，幾乎不假思索。他們不能長時間把手放在爐子上。這是因為發生了反射。皮膚中的溫度感受器被高溫觸發，導致訊號透過感覺神經系統傳遞到脊髓中的中間神經元。訊號在這裡分成兩個方向；一個方向傳遞給大腦以供將來參考，另一個方向傳遞給運動神經元以發出訊號。這種訊號傳遞會導致效應神經元產生反應，從而使肌肉收縮以移動手。隨後的疼痛是由到達大腦並被儲存的訊號引起的；這條途徑形成了反射的框架，被稱為反射弧。該框架是由被刺激的神經元建立的，這些神經元會透過樹突彼此之間形成新的連線。大腦中的神經元引起的疼痛會教會蹣跚學步的孩子不要再觸控爐子。如果蹣跚學步的孩子重複此動作，構成框架的神經元會一起放電以做出反應；使它們之間的突觸間隙更強。這個孩子會再次學會不要觸控爐子或類似的東西。

數學、語言和大腦

然而，這不僅僅發生在對疼痛和不適的反應中。由於擁有大量的神經元，蹣跚學步的孩子有能力學習多種語言。當一個孩子學習一種新語言時，大腦中許多神經元處於活躍狀態，形成連線並去除不需要的連線。形成新連線的神經元會隨著語言練習變得更好、更強大；使一項困難的任務變得習以為常。我們能夠流利地說話，毫不費力地用母語造句；這對我們來說是習以為常的。但如果你將成人的語言與蹣跚學步的孩子的語言進行比較，那麼差異是巨大的。蹣跚學步的孩子需要更長的時間才能造句，說話速度更慢，使用的語言也更簡單。隨著時間的推移，蹣跚學步的孩子會變得更好，因為他們的突觸被重複使用，最終在 8-10 歲之間達到成人的水平。任何科目或活動都採取同樣的過程。如果一個蹣跚學步的孩子每天學習和練習數學，那麼與缺乏數學練習的人相比，解決數學問題對他們來說會更容易。然而，神經元在蹣跚學步的孩子長大後不會停止形成連線。神經元之間的連線以及突觸的重複使用會發生，但速率會降低。在 24 歲時學習語言比在 4 歲時學習語言要困難得多，但並非不可能。透過練習和努力，個人可以形成新的連線，使他們能夠解決數學方程、彈鋼琴或說一門外語。

這個過程是由唐納德·赫布描述的，他認為神經元共同作用來影響行為，在稱為細胞集的網路中連線。這些細胞集（神經元連線）是赫布理論的核心，也是學習發生的方式。

化學層面：神經遞質

化學層面的學習觀察了生物層面更深層次的相互作用；神經遞質和神經元之間的相互作用。神經遞質是一種化學物質，包含在囊泡中，並在適當的時間釋放到突觸中。突觸由兩個神經元組成，一個形成軸突，另一個形成樹突，它們之間的空間是突觸間隙，神經遞質在脈衝發射時穿過突觸間隙。每個神經遞質也有特定的化學形狀，與它傳遞到的樹突中的特定區域匹配。除了它為之而生的神經遞質之外，沒有其他神經遞質可以進入該區域。

根據被啟用的神經通路，不同的神經遞質可以為不同的情況釋放，並導致不同的反應。多巴胺與強化和成癮有關；當一個人經歷了他們為自己的成就感到自豪的經歷時，例如在期中考試中取得了 A+，多巴胺會強化他們做得好的滿足感，導致這個人更有動力在所有期中考試和作業中取得好成績。如果一個人試圖戒除成癮，例如可卡因或吸菸，他們可能會因為戒斷而每天感到焦慮。這是由於釋放的五羥色胺來調節焦慮。

咖啡、海鮮和遞質

兒童通常不喜歡濃郁和鮮味的食物，例如咖啡和海鮮。然而，隨著年齡的增長，這些食物在他們的飲食中變得較為常見；他們開始接受並享受它們。這種變化是由於大腦在第一次接觸這些食物時發生的化學反應造成的。

在子宮發育過程中，嬰兒經常會吞嚥羊水，羊水的味道會根據母親所吃食物的不同而有所差異。這使得嬰兒能夠練習吞嚥和消化，為他們進入現實世界做好準備，並對未來的食物有一定的預先體驗；嬰兒出生後會傾向於喜歡他們在子宮內嘗過的一些食物。作為幼兒，孩子的胃無法處理某些食物，因為他們的消化系統仍在發育，無法消化食物中某些大分子。因此，這會導致孩子嘔吐或對苦味或濃郁的食物產生不良反應。然而，在化學層面，多巴胺等神經遞質在第一次接觸這些食物時就會釋放，以強化苦味或濃郁的食物不好的概念，形成咖啡很糟糕或蝦很黏的觀念；身體對某些事物的敏感性具有時間性，可以確保其安全性。這可能也是一種進化防禦機制，因為苦味與毒性有關。隨著孩子開始進入成年，他們的消化系統、味蕾和鼻腔受體都成熟了，他們能夠處理各種食物。在這個時期，他們的大腦化學物質發生了變化；多巴胺可能會強化對咖啡或海鮮等苦味和濃郁食物的良好體驗。這可能會導致他們後來對咖啡產生依賴，並進一步改變大腦化學物質。

成癮

成癮是指對某種物質的需要，包括頻繁使用、身體依賴，並最終導致濫用。每次使用時，大腦都會學會藥物會導致一種烏托邦的感覺，從而想要更多。最終，隨著反覆使用，第一次的劑量會被耐受，不再產生預期效果，因此劑量會增加10倍。大多數這些藥物模擬了其他天然神經遞質的形狀；因此能夠成功地與相應的受體結合；它們還會影響神經遞質的攝取。在可卡因成癮者中，該藥物會阻斷多巴胺的再攝取，但也會刺激其釋放，從而導致欣快感和隨後的抑鬱症狀。對於吸菸者來說，尼古丁會啟用乙醯膽鹼受體，導致個人壓力降低，警覺性提高。戒斷期間，這些反應會發生變化，導致個人“懷念”他們的欣快情緒或“興奮感”。

心理學層面

心理學將學習定義為由於經驗導致的個體行為或知識的改變。學習可以分為不同的部分，如經典條件反射、操作性條件反射和觀察學習。在經典條件反射中，使用一種刺激來產生一種反應，然後用不同的刺激再次產生這種反應。這在巴甫洛夫的狗身上得到了證實；狗聽到鈴聲，開始分泌唾液，並會得到食物。經過多次試驗，當狗聽到鈴聲時，即使沒有得到食物，也會開始分泌唾液。這種學習方式被認為是恐懼症的根源。

恐懼症是指對某些事件、情況或物體（真實或虛構）的非理性恐懼，這些事件、情況或物體構不成真正的威脅或直接危險。恐懼症可能源於糟糕的經歷，並且通常會隨著時間的推移而消失。然而，一些恐懼症可能嚴重到需要醫療護理。如果一個孩子被狗咬了，他們成年後可能會對狗有恐懼症。這會導致他們靠近狗時感到焦慮，因為害怕再次被咬。如果幼兒從小就被告知某種東西很危險，也會發生這種情況。如果父母告訴幼兒跌倒會受傷，跌倒本身也是一件可怕的事情，孩子長大後可能會患有恐高症，因為害怕跌倒和受傷。

在操作性條件反射中，後果控制著反應。這可以解釋諸如學習、去工作或向某人求愛等行為。這些行為不是簡單的反射，而是由它們的後果來調節的。我們學習是為了不考試不及格，從而不掛科。我們去工作是為了獲得收入，以便支付食物、住所或交通等必要物品。我們向某人求愛，因為有建立關係的可能性。如果後果是積極的，那麼它們與反應或刺激之間的關係就會增強。如果你學習了 X 小時並在一場考試中取得了 A+ 的成績，那麼好成績與學習動機之間的關係就會變得更加牢固。然而，如果你向某人求愛而被拒絕，你可能會經歷自卑和缺乏自信。這將降低你將來向某人求愛的可能性，因為你體驗到了拒絕的感覺；反應與後果之間的關係減弱了。

觀察學習是指個體的行為受到周圍人的影響。這種學習分為三個階段。第一階段是注意力；我們關注他人的行為及其隨之而來的後果。我們重複那些有積極結果的行為，避免那些有負面結果的行為。一個非常有爭議的例子是我們的審美標準。年輕女孩觀察雜誌和廣告中經過修圖的女性理想，她們看起來很幸福，並且周圍是似乎愛她們的人。這些女孩因此認為，如果她們看起來像這些女人一樣，她們也會像她們一樣幸福和被愛。結果是，一個不切實際的審美標準代代相傳。第二階段是保留。如果我們觀察到一些有積極結果的行為，但沒有機會重複，我們會把它儲存在記憶中。例如，如果你來到一家餐館，點了一道菜，但後來觀察到另一個人點了一道菜，他們似乎非常享受，你會把這些資訊儲存在記憶中，下次你在這家餐館吃飯時，你會點相同的菜，以獲得你觀察到他們擁有的相同的快樂。第三階段是複製：個人盡其所能地嘗試複製他們觀察到並存儲在記憶中的行為。我們可以觀看某人滑冰，但當試圖重複這個動作時，這項任務比觀察到的更難，因為沒有背景知識或練習。

社會學層面:禁忌

在每個社會中，都存在一些規則，這些規則被用來讓社會正常運作。這些規則規範著個人的社會行為，並且通常是代代相傳的。隨著時間的推移，社會發生了變化，導致了新的社會規則的產生，從而導致了某些禁忌或傳統。例如，在西方社會以及許多其他社會中，女學生被認為在數學方面比男性同行更弱。此外，我們通常認為與多個女性有關係的男性更受歡迎，更有男子氣概，而與多個男性有性關係的女性則會受到羞辱。女性從小就會了解這種刻板印象，並且經常害怕在戀愛關係中受到評判，因為她們與多少男人有關係。而與多個女性沒有過關係的男性，通常會害怕因為缺乏經驗而受到評判。在學術上，女性被告知她們在數學方面不如男性有能力，並且在某些方面，當她們在 STEM 領域表現出色時，被認為不那麼女性化。這種刻板印象導致一些女性避免 STEM 領域，或者在 STEM 領域不努力學習，因為她們認為這些領域是針對男性的。我們適應這些刻板印象，並將其代代相傳。

不同的社會可能也有一些他們認為會導致特定結果的食物，比如變得聰明、變得愚蠢、患上某種疾病或出現出生缺陷。在包括歐洲在內的西方社會，吃貓肉和狗肉是極度禁忌的，因為這些動物被認為是心愛的寵物。然而，在中國和世界其他地區，吃這些肉是飲食中的正常部分。在秘魯，吃豚鼠是飲食中常見的組成部分，但在西方社會，吃這種動物的想法令人反感和野蠻。西方社會確實消費大量的牛肉產品和乳製品，這在許多印度社會中是極度禁忌的，因為他們有關於牛的宗教信仰。隨著時間的推移，西方社會經歷了一些導致社會變革發生的事件，使狗和貓成為心愛的寵物，而像中國這樣的社會卻沒有經歷同樣的社會變革，他們仍然將這些動物視為食物。我們適應了應該像對待家庭成員一樣愛狗和貓的改變，並作為一個社會，如果有人對這些動物表現出殘酷的行為，我們會感到防禦。這些適應會代代相傳，並在孩子很小的時候就被學習。例如，一個蹣跚學步的孩子可能會和一隻小狗一起長大，當他們進入青少年時期時，可能會把這隻狗描述成他們最好的朋友。

物理層

許多認知科學家不認真對待使用亞原子層面來解釋意識。試圖利用量子效應和量子層面來解釋人們如何學習和處理資訊已經被該領域的名人推翻了。例如，羅傑·彭羅斯認為意識是量子行為的一種形式。他透過指出心靈/大腦就像宇宙一樣，比我們以前認為的要複雜得多來為這種觀點辯護。他反駁了大腦和計算機之間經典的類比：他堅持認為，大腦不需要嚴格的功能來進行序列處理，而是似乎在多個層面同時執行。與能夠處理許多專案但有侷限性的計算機不同，大腦由於缺乏侷限性而更加優越。

認知層：調整生產引數

認知層面處理稱為“產生式”的規則，這些規則使心靈能夠在資訊量很少的情況下完成它所做的事情。這得到了對行動結果的處理的支援。這種處理通常涉及“如果-則”規則，以建立一個信念或影像，該信念或影像將在其他情況下被放到上下文中。例如，如果你餓了，你去了一家新餐廳，然後吃飯。根據結果，用於產生該想法的產生式將被加強或減弱，以便在未來的事件中使用。如果結果是因去新餐廳而導致嚴重生病，那麼將來當你餓了的時候，想到那家特定餐廳就不會令人愉快。在不愉快的經歷和生病之間形成了聯絡，導致該想法的路徑不會像以前那樣頻繁地激發。如果經歷很好，那麼將來會重複在該餐廳吃飯的行為。由於認知層面處理資訊的方式，這對每個人在所有情況下都不同。如果一名學生要參加期中考試，他們學習，然後取得優異的成績，那麼導致學習決定的路徑在將來會更頻繁地被激發。然而，如果另一名學生做了同樣的過程，但最終卻獲得了較低的成績或不及格，那麼由於導致的負面結果，學習的路徑將不那麼頻繁地被激發。