认知科学：导论/其他认知解释层面

我们可以通过不同的认知层面来解释我们对世界的感知，这些层面通常不被认为是认知科学的核心方面。这些层面包括物理学、化学、生物学和社会学。然而，为了提供一个完整的认知描述，理解构成层面（及其相互作用）是至关重要的，这些层面为认知的可能性提供了条件。以下将尝试用“学习”作为我们的运行例子来解释认知科学运作的层面。

生物层面：突触变化

生物层面的学习始于神经系统。神经系统主要分为两个部分：中枢神经系统和周围神经系统。中枢神经系统是传入和传出信息的中心，由大脑和脊髓的神经组成。周围神经系统充当中心，在人体器官和中枢神经系统之间传递信息。它进一步细分为躯体神经系统和自主神经系统。躯体神经系统控制着肌肉、骨骼和皮肤。它包括感觉躯体神经，将信息传递给中枢神经系统，以及运动躯体神经，引起反应。自主神经系统由特殊运动神经组成，负责内脏器官。它由交感神经系统组成，使身体为压力做好准备，以及副交感神经系统，帮助身体从压力中恢复。这种神经回路的建立使身体能够学习如何对环境做出适当的反应。了解神经系统的各个部分有助于理解反射是如何产生的，痛苦和恐惧是如何学习的，压力是如何管理的，以及我们如何在儿童时期学习基本任务。

生物学习基于赫布理论，该理论简单地说，一起放电的神经元，一起连接。唐纳德·赫布认为，神经元共同作用来影响行为，在称为细胞集的网络中连接。关于他的赫布理论，赫布指出，“当细胞A的轴突足够靠近细胞B，并反复或持续地参与激发它，那么一个或两个细胞中就会发生某种生长过程或代谢变化，使A作为激发B的细胞之一的效率增加”。这就是学习发生的机制，也是神经连接在该过程中形成的方式。

反射和大脑

婴儿出生时拥有所有可能的神经元，随着时间的推移，没有受到刺激的神经元会消失，而受到刺激的神经元会形成新的连接。这与儿童学习新语言、对环境中的纹理和刺激做出反应以及学习如何保护自己免受周围环境影响的时间相同。

反射通常是非自愿的和无意识的；发生时几乎不涉及大脑。例如，婴儿出生时就有一套反射，使他们能够对不同的情况做出反应。其中之一是觅食反射，即婴儿在脸颊被触碰时会张开嘴巴寻找乳头。这种反射通过始终获得营养来确保婴儿的生存。这种反射以及许多其他反射的框架是在产前阶段建立的，在那里婴儿可以对听到的声音做出反应。其他反射，如对疼痛和不适的反应，是在婴儿出生后才学会的。例如，如果一个蹒跚学步的孩子把手放在炉子上，他们会很快地把手移开，几乎不假思索。他们不能长时间把手放在炉子上。这是因为发生了反射。皮肤中的温度感受器被高温触发，导致信号通过感觉神经系统传递到脊髓中的中间神经元。信号在这里分成两个方向；一个方向传递给大脑以供将来参考，另一个方向传递给运动神经元以发出信号。这种信号传递会导致效应神经元产生反应，从而使肌肉收缩以移动手。随后的疼痛是由到达大脑并被存储的信号引起的；这条途径形成了反射的框架，被称为反射弧。该框架是由被刺激的神经元建立的，这些神经元会通过树突彼此之间形成新的连接。大脑中的神经元引起的疼痛会教会蹒跚学步的孩子不要再触摸炉子。如果蹒跚学步的孩子重复此动作，构成框架的神经元会一起放电以做出反应；使它们之间的突触间隙更强。这个孩子会再次学会不要触摸炉子或类似的东西。

数学、语言和大脑

然而，这不仅仅发生在对疼痛和不适的反应中。由于拥有大量的神经元，蹒跚学步的孩子有能力学习多种语言。当一个孩子学习一种新语言时，大脑中许多神经元处于活跃状态，形成连接并去除不需要的连接。形成新连接的神经元会随着语言练习变得更好、更强大；使一项困难的任务变得习以为常。我们能够流利地说话，毫不费力地用母语造句；这对我们来说是习以为常的。但如果你将成人的语言与蹒跚学步的孩子的语言进行比较，那么差异是巨大的。蹒跚学步的孩子需要更长的时间才能造句，说话速度更慢，使用的语言也更简单。随着时间的推移，蹒跚学步的孩子会变得更好，因为他们的突触被重复使用，最终在 8-10 岁之间达到成人的水平。任何科目或活动都采取同样的过程。如果一个蹒跚学步的孩子每天学习和练习数学，那么与缺乏数学练习的人相比，解决数学问题对他们来说会更容易。然而，神经元在蹒跚学步的孩子长大后不会停止形成连接。神经元之间的连接以及突触的重复使用会发生，但速率会降低。在 24 岁时学习语言比在 4 岁时学习语言要困难得多，但并非不可能。通过练习和努力，个人可以形成新的连接，使他们能够解决数学方程、弹钢琴或说一门外语。

这个过程是由唐纳德·赫布描述的，他认为神经元共同作用来影响行为，在称为细胞集的网络中连接。这些细胞集（神经元连接）是赫布理论的核心，也是学习发生的方式。

化学层面：神经递质

化学层面的学习观察了生物层面更深层次的相互作用；神经递质和神经元之间的相互作用。神经递质是一种化学物质，包含在囊泡中，并在适当的时间释放到突触中。突触由两个神经元组成，一个形成轴突，另一个形成树突，它们之间的空间是突触间隙，神经递质在脉冲发射时穿过突触间隙。每个神经递质也有特定的化学形状，与它传递到的树突中的特定区域匹配。除了它为之而生的神经递质之外，没有其他神经递质可以进入该区域。

根据被激活的神经通路，不同的神经递质可以为不同的情况释放，并导致不同的反应。多巴胺与强化和成瘾有关；当一个人经历了他们为自己的成就感到自豪的经历时，例如在期中考试中取得了 A+，多巴胺会强化他们做得好的满足感，导致这个人更有动力在所有期中考试和作业中取得好成绩。如果一个人试图戒除成瘾，例如可卡因或吸烟，他们可能会因为戒断而每天感到焦虑。这是由于释放的五羟色胺来调节焦虑。

咖啡、海鲜和递质

儿童通常不喜欢浓郁和鲜味的食物，例如咖啡和海鲜。然而，随着年龄的增长，这些食物在他们的饮食中变得较为常见；他们开始接受并享受它们。这种变化是由于大脑在第一次接触这些食物时发生的化学反应造成的。

在子宫发育过程中，婴儿经常会吞咽羊水，羊水的味道会根据母亲所吃食物的不同而有所差异。这使得婴儿能够练习吞咽和消化，为他们进入现实世界做好准备，并对未来的食物有一定的预先体验；婴儿出生后会倾向于喜欢他们在子宫内尝过的一些食物。作为幼儿，孩子的胃无法处理某些食物，因为他们的消化系统仍在发育，无法消化食物中某些大分子。因此，这会导致孩子呕吐或对苦味或浓郁的食物产生不良反应。然而，在化学层面，多巴胺等神经递质在第一次接触这些食物时就会释放，以强化苦味或浓郁的食物不好的概念，形成咖啡很糟糕或虾很黏的观念；身体对某些事物的敏感性具有时间性，可以确保其安全性。这可能也是一种进化防御机制，因为苦味与毒性有关。随着孩子开始进入成年，他们的消化系统、味蕾和鼻腔受体都成熟了，他们能够处理各种食物。在这个时期，他们的大脑化学物质发生了变化；多巴胺可能会强化对咖啡或海鲜等苦味和浓郁食物的良好体验。这可能会导致他们后来对咖啡产生依赖，并进一步改变大脑化学物质。

成瘾

成瘾是指对某种物质的需要，包括频繁使用、身体依赖，并最终导致滥用。每次使用时，大脑都会学会药物会导致一种乌托邦的感觉，从而想要更多。最终，随着反复使用，第一次的剂量会被耐受，不再产生预期效果，因此剂量会增加10倍。大多数这些药物模拟了其他天然神经递质的形状；因此能够成功地与相应的受体结合；它们还会影响神经递质的摄取。在可卡因成瘾者中，该药物会阻断多巴胺的再摄取，但也会刺激其释放，从而导致欣快感和随后的抑郁症状。对于吸烟者来说，尼古丁会激活乙酰胆碱受体，导致个人压力降低，警觉性提高。戒断期间，这些反应会发生变化，导致个人“怀念”他们的欣快情绪或“兴奋感”。

心理学层面

心理学将学习定义为由于经验导致的个体行为或知识的改变。学习可以分为不同的部分，如经典条件反射、操作性条件反射和观察学习。在经典条件反射中，使用一种刺激来产生一种反应，然后用不同的刺激再次产生这种反应。这在巴甫洛夫的狗身上得到了证实；狗听到铃声，开始分泌唾液，并会得到食物。经过多次试验，当狗听到铃声时，即使没有得到食物，也会开始分泌唾液。这种学习方式被认为是恐惧症的根源。

恐惧症是指对某些事件、情况或物体（真实或虚构）的非理性恐惧，这些事件、情况或物体构不成真正的威胁或直接危险。恐惧症可能源于糟糕的经历，并且通常会随着时间的推移而消失。然而，一些恐惧症可能严重到需要医疗护理。如果一个孩子被狗咬了，他们成年后可能会对狗有恐惧症。这会导致他们靠近狗时感到焦虑，因为害怕再次被咬。如果幼儿从小就被告知某种东西很危险，也会发生这种情况。如果父母告诉幼儿跌倒会受伤，跌倒本身也是一件可怕的事情，孩子长大后可能会患有恐高症，因为害怕跌倒和受伤。

在操作性条件反射中，后果控制着反应。这可以解释诸如学习、去工作或向某人求爱等行为。这些行为不是简单的反射，而是由它们的后果来调节的。我们学习是为了不考试不及格，从而不挂科。我们去工作是为了获得收入，以便支付食物、住所或交通等必要物品。我们向某人求爱，因为有建立关系的可能性。如果后果是积极的，那么它们与反应或刺激之间的关系就会增强。如果你学习了 X 小时并在一场考试中取得了 A+ 的成绩，那么好成绩与学习动机之间的关系就会变得更加牢固。然而，如果你向某人求爱而被拒绝，你可能会经历自卑和缺乏自信。这将降低你将来向某人求爱的可能性，因为你体验到了拒绝的感觉；反应与后果之间的关系减弱了。

观察学习是指个体的行为受到周围人的影响。这种学习分为三个阶段。第一阶段是注意力；我们关注他人的行为及其随之而来的后果。我们重复那些有积极结果的行为，避免那些有负面结果的行为。一个非常有争议的例子是我们的审美标准。年轻女孩观察杂志和广告中经过修图的女性理想，她们看起来很幸福，并且周围是似乎爱她们的人。这些女孩因此认为，如果她们看起来像这些女人一样，她们也会像她们一样幸福和被爱。结果是，一个不切实际的审美标准代代相传。第二阶段是保留。如果我们观察到一些有积极结果的行为，但没有机会重复，我们会把它存储在记忆中。例如，如果你来到一家餐馆，点了一道菜，但后来观察到另一个人点了一道菜，他们似乎非常享受，你会把这些信息存储在记忆中，下次你在这家餐馆吃饭时，你会点相同的菜，以获得你观察到他们拥有的相同的快乐。第三阶段是复制：个人尽其所能地尝试复制他们观察到并存储在记忆中的行为。我们可以观看某人滑冰，但当试图重复这个动作时，这项任务比观察到的更难，因为没有背景知识或练习。

社会学层面:禁忌

在每个社会中，都存在一些规则，这些规则被用来让社会正常运作。这些规则规范着个人的社会行为，并且通常是代代相传的。随着时间的推移，社会发生了变化，导致了新的社会规则的产生，从而导致了某些禁忌或传统。例如，在西方社会以及许多其他社会中，女学生被认为在数学方面比男性同行更弱。此外，我们通常认为与多个女性有关系的男性更受欢迎，更有男子气概，而与多个男性有性关系的女性则会受到羞辱。女性从小就会了解这种刻板印象，并且经常害怕在恋爱关系中受到评判，因为她们与多少男人有关系。而与多个女性没有过关系的男性，通常会害怕因为缺乏经验而受到评判。在学术上，女性被告知她们在数学方面不如男性有能力，并且在某些方面，当她们在 STEM 领域表现出色时，被认为不那么女性化。这种刻板印象导致一些女性避免 STEM 领域，或者在 STEM 领域不努力学习，因为她们认为这些领域是针对男性的。我们适应这些刻板印象，并将其代代相传。

不同的社会可能也有一些他们认为会导致特定结果的食物，比如变得聪明、变得愚蠢、患上某种疾病或出现出生缺陷。在包括欧洲在内的西方社会，吃猫肉和狗肉是极度禁忌的，因为这些动物被认为是心爱的宠物。然而，在中国和世界其他地区，吃这些肉是饮食中的正常部分。在秘鲁，吃豚鼠是饮食中常见的组成部分，但在西方社会，吃这种动物的想法令人反感和野蛮。西方社会确实消费大量的牛肉产品和乳制品，这在许多印度社会中是极度禁忌的，因为他们有关于牛的宗教信仰。随着时间的推移，西方社会经历了一些导致社会变革发生的事件，使狗和猫成为心爱的宠物，而像中国这样的社会却没有经历同样的社会变革，他们仍然将这些动物视为食物。我们适应了应该像对待家庭成员一样爱狗和猫的改变，并作为一个社会，如果有人对这些动物表现出残酷的行为，我们会感到防御。这些适应会代代相传，并在孩子很小的时候就被学习。例如，一个蹒跚学步的孩子可能会和一只小狗一起长大，当他们进入青少年时期时，可能会把这只狗描述成他们最好的朋友。

物理层

许多认知科学家不认真对待使用亚原子层面来解释意识。试图利用量子效应和量子层面来解释人们如何学习和处理信息已经被该领域的名人推翻了。例如，罗杰·彭罗斯认为意识是量子行为的一种形式。他通过指出心灵/大脑就像宇宙一样，比我们以前认为的要复杂得多来为这种观点辩护。他反驳了大脑和计算机之间经典的类比：他坚持认为，大脑不需要严格的功能来进行串行处理，而是似乎在多个层面同时运行。与能够处理许多项目但有局限性的计算机不同，大脑由于缺乏局限性而更加优越。

认知层：调整生产参数

认知层面处理称为“产生式”的规则，这些规则使心灵能够在信息量很少的情况下完成它所做的事情。这得到了对行动结果的处理的支持。这种处理通常涉及“如果-则”规则，以创建一个信念或图像，该信念或图像将在其他情况下被放到上下文中。例如，如果你饿了，你去了一家新餐厅，然后吃饭。根据结果，用于产生该想法的产生式将被加强或减弱，以便在未来的事件中使用。如果结果是因去新餐厅而导致严重生病，那么将来当你饿了的时候，想到那家特定餐厅就不会令人愉快。在不愉快的经历和生病之间形成了联系，导致该想法的路径不会像以前那样频繁地激发。如果经历很好，那么将来会重复在该餐厅吃饭的行为。由于认知层面处理信息的方式，这对每个人在所有情况下都不同。如果一名学生要参加期中考试，他们学习，然后取得优异的成绩，那么导致学习决定的路径在将来会更频繁地被激发。然而，如果另一名学生做了同样的过程，但最终却获得了较低的成绩或不及格，那么由于导致的负面结果，学习的路径将不那么频繁地被激发。