认知心理学与认知神经科学/认知心理学与大脑

想象一下以下情况：一个年轻男子，我们叫他Knut，坐在他的办公桌前，阅读一些他需要完成心理学作业的论文。在他的右手，他拿着一杯咖啡。他用左手去拿一包糖果，但眼睛没有离开论文。突然他抬头看着房间的天花板，自言自语道：“这里发生了什么事？”

可能每个人都经历过上面描述的类似情况。虽然乍一看，在这个日常生活中并没有什么令人兴奋的事情发生，但这里发生的事情很多，对认知心理学的科研人员和学生来说尤其有趣。他们致力于研究许多我们在这方面没有意识到的令人难以置信的迷人过程。粗略地说，认知心理学家对Knut情况的分析是这样的

Knut有一个问题；他真的需要完成他的作业。为了解决这个问题，他必须执行大量认知活动。到达他眼睛的光线被转换成电信号，穿过几个站到达他的视觉皮层。同时，复杂的神经元网络过滤信息流，计算对比度、颜色、图案、空间位置、Knut周围环境中物体的运动。屏幕上的污点和线条变成了文字；文字获得了意义；意义被放到上下文中；根据其与Knut问题的相关性进行分析，最后也许存储在他记忆的某个部分。与此同时，对糖果的渴望从Knut的下丘脑蔓延开来，下丘脑是大脑中负责控制机体需求的区域。这种渴望最终导致Knut伸手去拿他的糖果。

现在，让我们回顾一下过去，看看认知心理学是如何发展其术语和方法，以便在脑、行为和理论的基础上解释我们自己的。

认知心理学史

早期的思想家认为知识存储在大脑中。

文艺复兴及以后

17世纪的文艺复兴哲学家普遍赞同先天主义者，甚至试图用图形来展示大脑的结构和功能。但是经验主义哲学家也有非常重要的想法。根据 大卫·休谟的说法，知识的内部表征是按照特定规则形成的。这些创造和转换需要努力和时间。实际上，这是当前认知心理学许多研究的基础。在19世纪，威廉·冯特和弗朗西斯·科尼利斯·唐德斯进行了一些实验，测量了对反应所需的时间，而对其的进一步解释在55年后催生了认知心理学。

20世纪和认知革命

在20世纪上半叶，认知研究发生了彻底的转变。像伯尔赫斯·弗雷德里克·斯金纳这样的行为主义者声称，心理内部运作——如注意力、记忆和思考——仅仅是无法观察或证实的假设性结构。因此，行为主义者断言，心理结构不如对行为（直接可观察数据）对某些刺激的反应的研究和实验分析那么重要或相关。根据华生和斯金纳的说法，人类只能通过这种方式得到客观的学习。行为主义理论在心理学界的流行导致对心理事件和过程的研究被放弃了大约50年。

在20世纪50年代，科学兴趣再次回到了注意力、记忆、图像、语言处理、思考和意识。行为主义的“失败”预示着认知研究进入了一个新阶段，被称为认知革命。其特点是已经存在的理论的复兴以及新思想的兴起，例如各种沟通理论。这些理论主要源于之前建立的信息论，催生了信号检测和注意力方面的实验，以便形成对沟通的理论和实践理解。

现代语言学家提出了关于语言和语法结构的新理论，这些理论与认知过程相关。乔姆斯基的生成语法和普遍语法理论提出了语言层次，他批评了斯金纳的“言语行为”，所有这些都是认知科学发展史上的里程碑。记忆理论和记忆组织模型催生了其他认知过程的模型。计算机科学，特别是人工智能，重新审视了问题解决、记忆处理和存储以及语言处理和习得的基本理论。

为了澄清：关于“行为主义”历史的进一步讨论。

尽管上述说明反映了行为主义兴衰最常见的版本，但它是一种误解。为了更好地理解认知心理学的建立，必须在准确的历史背景下理解它。每个科学都存在理论分歧。然而，这些分歧应该基于对对方观点的诚实解释。有一种普遍的趋势是，在斯金纳和华生之间画出虚假的等价关系。华生确实排除了心理或意识事件在人类行为中所起的作用。事后看来，这是一个错误。然而，如果我们考察华生立场的历史背景，我们可以更好地理解他为什么走到了极端。他和当时许多年轻的心理学家一样，对心理学科学缺乏实际进展感到沮丧。对意识的关注产生了不一致、不可靠和相互矛盾的数据。受巴甫洛夫用引发的反应进行的工作的进展以及从自然科学中汲取灵感，华生排除了对可观察心理事件的研究，并推动心理学研究刺激-反应关系，以此更好地理解人类行为。这所新的心理学学派“行为主义”变得非常流行。斯金纳的思想学派虽然受华生的启发，但在研究不可观察心理事件方面采取了截然不同的方法。斯金纳提出，“心”和“身”之间的区别带来了无法调和的哲学包袱。他提出，以前被称为心理事件的“皮下”发生的事件被称为私人事件。这将把思考、推理、感受等私人体验带回心理学科学的范畴。然而，斯金纳提出，这些是我们正在做的事情，而不是在理论心理场所发生的事件。对于斯金纳来说，问题不是心理世界是否存在，而是我们是否需要诉诸心理世界的存在来解释我们头脑中发生的事情。同样，自然科学询问我们是否需要假设造物主的存在来解释自然界中的现象。对于斯金纳来说，心理学家将这些私人（心理）事件视为行为的原因是一个错误。相反，他建议，这些也必须通过研究一个人如何通过经验进化来解释。例如，我们可以说，一个学生学习是因为她“期望”如果学习了，她会在考试中取得更好的成绩。“期望”可能听起来像是学习行为的合理解释，但是斯金纳会问她为什么“期望”。这个问题的答案将揭示学生学习的真正解释。“期望”就是去做某事，在我们脑海中表现，因此也必须得到解释。

认知心理学家亨利·罗迪格指出，许多心理学家错误地认同了第一段中所呈现的心理学版本。他还提到了对乔姆斯基对《言语行为》评论的成功反驳。斯金纳的书中实用性的证据可以从它所产生的丰富可操作的数据中看到，这些数据产生的疗法是任何现代语言学对语言的解释都无法比拟的。罗迪格提醒读者，事实上，我们所有人都在衡量行为，只是有些人比其他人对行为的起源做出了更多假设。他回忆起，即使作为一名认知心理学家，他也因没有对他数据进行更多假设而受到批评。简约法则告诉我们，当选择对一组关于可观察行为的数据（所有心理学家收集的数据）进行解释时，我们必须谨慎，不要做出超出解释数据所需的假设。这就是现代行为分析学家和认知心理学家之间主要分歧所在。这不是对我们私人经验的拒绝，而是对这些经验的学习方式。行为分析学家研究它们与我们的学习历史以及该历史的大脑相关性。他们利用这些信息来设计环境，通过改变我们与世界的互动来改变我们的私人经验。毕竟，正是通过我们与相对世界的互动，我们的私人经验才得以发展。这与约翰·B·沃森的机械的刺激-反应心理学大相径庭。学术诚信要求我们真诚地努力理解我们想要批评的东西。亨利·罗迪格指出，许多心理学家理解了一种非常刻板、错误的关于心理学历史的版本。这样做，他们错过了斯金纳分析所产生的许多成功的现实世界应用。

神经信息学基于人类神经系统的自然结构，试图通过人工神经元的思想来构建神经元结构。除此之外，神经信息学还被用作心理学模型的证据领域，例如记忆模型。人工神经元网络“学习”单词，并像大脑中的真实神经元一样运作。如果人工神经元网络的结果与真实的记忆实验结果非常相似，它将支持该模型。这样就可以测试心理学模型。此外，它将有助于构建具有与人类相似的技能的人工神经元网络，例如面部识别。

如果我们对人类处理信息的方式有更多了解，构建具有相同或相似能力的人工结构就会变得容易得多。这个认知发展调查领域试图描述儿童从婴儿期到青春期如何发展他们的认知能力。知识表征理论最初强烈关注感觉输入。现在的科学家声称有证据表明，我们对现实的内部表征不是对物理世界的逐一复制。它更像是以某种抽象或神经化学代码存储的。托尔曼、巴特莱特、诺曼和鲁梅哈特对认知地图进行了实验。在这里，内部知识似乎不仅与感觉输入有关，而且还通过某种由过去经验建模的知识网络进行修改。

像 脑电图 (EEG) 和 功能性磁共振成像 (fMRI) 这样的新方法使研究人员能够测量大脑活动，并可能将其与心理状态和过程相关联。所有这些研究人类认知和心理学的新方法都定义了认知心理学领域，这是一个迷人的领域，它试图回答自理性曙光以来可能提出的最有趣的问题。还有很多东西需要发现、回答和再次提出，但首先，我们想让你更熟悉认知心理学的概念。

什么是认知心理学？

对这个问题最简单的答案是：“认知心理学是研究思维以及心理事件背后的过程。”当然，这会产生一个新的问题，即心理事件究竟是什么。对此有许多可能的答案。

让我们再看看克努特，给你一些例子，让事情更清楚。他需要集中精力阅读他的论文。因此，他所有的注意力都集中在他通过视觉通路感知的单词和句子上。进入他认知装置的其他刺激和信息——比如一些街道噪音或沿着窗户爬行的苍蝇——此时并不那么重要，因此被关注的程度要低得多。许多高级认知能力也受到调查。克努特的情况可以解释为解决问题的典型例子：他需要从他的现状——一项未完成的任务——转变为目标状态——一项已完成的任务——并且拥有实现该目标的某些操作。克努特的短期记忆和长期记忆都很活跃。他需要短期记忆来整合他正在阅读的内容和论文之前部分的信息。他的长期记忆帮助他记住他在课堂上学到的知识以及他在其他书籍中读到的内容。当然，克努特理解语言的能力使他能够理解纸上印刷的字母，并以适当的方式联系句子。

这种情况可以被认为反映了感知、理解和记忆存储等心理事件。一些科学家认为，我们的情绪不能被认为与认知分离，因此仇恨、爱、恐惧或快乐有时也被视为我们个人心灵的一部分。认知心理学家研究以下问题：我们如何接收有关外部世界的信息？我们如何存储和处理它？我们如何解决问题？语言是如何表示的？

认知心理学是心理学的一个领域，它学习和研究心理过程，包括感知、思维、记忆和判断。认知心理学的支柱是感觉和知觉都是不同问题的观点。

与神经科学的关系

认知神经心理学

当然，如果我们能在不了解大脑本身的情况下理解认知的本质，那将非常方便。但不幸的是，如果不能考虑神经生物学约束，建立和证明关于我们思维的理论非常困难，甚至是不可能的。神经科学包括研究神经解剖学、神经生理学、大脑功能以及相关的心理学和计算机模型。多年来，神经元水平的调查与认知或心理学水平的调查完全分离。思维过程是如此庞大和复杂，以至于关于认知操作如何实现的问题存在着太多可能的解决方案。

神经生物学数据为认知研究的理论方法提供了物理解释。因此，它缩小了研究领域，使其更加精确。大脑病理学与行为之间的相关性支持科学家进行研究。长期以来，人们都知道不同类型的大脑损伤、创伤、病变和肿瘤会影响行为并导致某些心理功能发生变化。新技术的兴起使我们能够看到和研究以前从未见过的脑结构和过程。这为我们提供了大量信息和材料来构建模拟模型，帮助我们理解我们心中正在发生的过程。由于神经科学并不总是能够解释在实验室中进行的所有观察，神经生物学家转向认知心理学，以便在跨学科水平上找到大脑和行为的模型——认知神经心理学。这种“跨学科”作为一座桥梁，将两个最重要的领域及其研究人类心灵的方法联系起来并融合在一起。一级的研究为另一级的研究提供了约束、相关性和启发。

神经解剖学基础

大脑的基本构成单元是名为神经元的特殊细胞。 大脑中大约有 1000 亿个神经元参与信息处理。 当我们表面地观察大脑时，我们无法看到这些神经元，而是看到两个称为半球的半部分。 这些半球在大小和功能上可能有所不同，我们将在本书后面的章节中看到，但原则上每个半球都可以细分为四个部分，称为脑叶：颞叶，顶叶，枕叶和额叶。 这种现代神经科学的分区得到了大脑表面向上和向下突起的结构的支持。 凸起部分称为脑回（单数脑回），凹陷部分称为脑沟（单数脑沟）。 它们也参与信息处理。 不同的脑分区执行不同的任务，例如注意力、记忆和语言，这些任务之间不能相互分离，尽管如此，某些部分在特定任务中起着关键作用。 例如，顶叶已被证明负责空间定位以及你与空间的关系，枕叶主要负责视觉感知和想象等。 总之，大脑解剖结构对我们可能做的事情设置了一些基本限制，而对其的更好理解将有助于我们找到更好的认知缺陷治疗方法，并指导认知心理学家进行研究。 我们这本书的目标之一是展示大脑不同层次之间复杂的相互作用，这些层次可以被描述，以及它们对认知神经心理学的意义。

方法

像脑电图 (EEG) 和功能性磁共振成像 (fMRI) 等较新的方法使研究人员能够将实验参与者的行为与同时测量的脑部活动相关联。 可以记录对特定刺激的神经生理反应，或者找出哪些脑区参与执行某些心理任务。 脑电图通过连接在帽上的电极测量头骨上的电位。 虽然它的空间分辨率不是很高，但时间分辨率在毫秒范围内。 功能性磁共振成像的使用得益于这样一个事实：大脑活动增加伴随着活跃区域的血流增加。 血液中的血红蛋白具有磁性，可以被功能性磁共振成像扫描仪记录下来。 与脑电图相比，功能性磁共振成像的空间分辨率非常精确。 另一方面，时间分辨率仅在 1-2 秒的范围内。

结论

请记住本章开头描述的场景。 克努特问自己：“这里发生了什么？” 应该已经很清楚，这个问题不能用一两句话简单地回答。 我们已经看到，认知心理学领域包含了许多过程和现象，每一个都经过广泛的研究，以了解我们的认知能力是如何由大脑产生的。 在这本维基教科书的后续章节中，您将看到认知心理学领域的不同研究领域如何试图解决克努特提出的最初问题。