认知心理学

认知心理学的计算机模拟研究方法。

摘要】有些认知心理学家常用信息系列的流程图来描述计算机程序的主要特点。但这种流程图并不具备计算机实际运算的细节，只为编制计算机程序提供了轮廓，它可以进一步化为计算机程序，而这部分工作往往是由计算机软件专家实现的。

关键词】认知心理，计算机模拟。

正文】一、认知心理学的特点。

认知心理学家关心的是作为人类行为基础的心理机制，其核心是输入和输出之间发生的内部心理过程。但是人们不能直接观察内部心理过程，只能通过观察输入和输出的东西来加以推测。所以，认知心理学家所用的方法就是从可观察到的现象来推测观察不到的心理过程。

有人把这种方法称为会聚性证明法，即把不同性质的数据会聚到一起，而得出结论。而现在，认知心理学研究通常要实验、认知神经科学、认知神经心理学和计算机模拟等多方面的证据的共同支持，而这种多方位的研究也越来越受到青睐。认知心理学家们通过研究脑本身，想来揭示认知活动本质过程，而非仅仅推测其过程。

最常用的就是研究脑损伤病人的认知与正常人的区别来证明认知加工过程的存在及具体模式。

认知心理学家往往把信息加工过程分解为一些阶段，即对从刺激输入到反应这样的全过程进行分解。他们常用使用反应时法。即通过测量一个过程所需要的时间，来以此确定这个过程的性质和与其他过程的关系。

假定一个人看屏幕上投射的字母 e，如果投射时间很短，比如一毫秒，那么这个人就不会看到什么，这说明知觉不是瞬时的；投射时间长一点，比如五毫秒，那么这个人就会看到某种东西，但不知是什么，这说明知觉产生了，但辨别尚未产生；如果投射时间长度足以使人看出这个字母不是o或q，但看不出是 e还是 f或 k，那么这个人就产生了部分的辨别。由此人们就可以确定完全辨别、部分辨别或刚刚看出有东西所需的的时间。这一切表明，知觉是累积的，它包括几个特定的阶段。

反应时研究法也是一种会聚性证明法。认知心理学家使用较多的是选择反应时，而不是简单反应时。因为选择反应时可以提供更多的有关内部状态的信息。

计算机模拟和类比是认知心理学家采用的一种特殊方法。要使计算机像人那样进行思维，计算机的程序就应当符合人类认知活动的机制，即符合某种认知理论或模型。把某种认知理论表现为计算机程序就叫计算机模拟。

因此，计算机模拟首先可以用来检验某种理论，发现其缺陷，从而加以改进。

计算机模拟所提供的输出可以与人类行为相比较。如果理论是正确的，那么这个输出就应当类似于人类解决同样课题时所给出的输出；如果程序的输出与人的不一样，那么找出差别也就找到了改正理论的依据。计算机模拟还可以**复杂的行为。

虽然我们理解一些概念，并能把它们按步骤变成程序，但是当步骤的系列很长，很复杂，需要大量联系时，我们往往不能**其结果。在这种情况下，计算机模拟有时可得出惊人的结果。

有些认知心理学家常用信息系列的流程图来描述计算机程序的主要特点。但这种流程图并不具备计算机实际运算的细节，只为编制计算机程序提供了轮廓，它可以进一步化为计算机程序，而这部分工作往往是由计算机软件专家实现的。

二、计算机模拟。

认知心理学常用的研究方式有反应时记录法、口语记录分析法和计算机模拟法。反应时是指从刺激呈现到反应输出的时间。测量反应时是认知心理学研究人类信息加工过程的一种基本方法，精确度能达到 1 毫秒，甚至 100 微秒。

口语记录分析法常用于考察较慢的信息加工过程。口语记录分析的结果可被用来编制计算机程序，进一步检验人的思考程序与计算机程序之间的一致性。计算机模拟是认知心理学采用的一种特殊方法，是指把某种心智理论表现为计算机的程序。

不管是快速信息加工过程的研究，还是慢速信息加工过程的研究，都可以用计算机模拟方法。

认知心理学的一个基本观点是可以用计算机来类比人的内部心理过程。计算机接受符号输入，进行编码，对编码输入加以决策、存储，并给出符号输出。这可以类比于人如何接受信息，如何编码和记忆，如何决策，如何变换内部认知状态，如何把这种状态编译成行为输出。

计算机与认知过程的这种类比，只是一种水平上的类比，即在计算机程序水平上描述内部心理过程，它主要涉及的是人和计算机的逻辑能力，而不是计算机硬件和人脑的类比。

认知心理学主张建立心理过程的计算机模型。照它看来，如果认识了人的某个心理过程的规律而形成一定的心理学理论，那么根据这个理论来编写计算机程序，使计算机能以类似于人的方式来达。

到类似于人的活动结果，这个理论就得到证实，否则就会发现该理论的不足之处和存在的问题。在这个意义上，计算机程序也就是心理学理论。通过对心理过程的计算机模拟，也可以认识心理过程本身。

所以，计算机模拟不仅是认知心理学的一个研究领域，同时也是它的一个研究方法。这实际上是一件事情的两个方面。

计算机模拟是心理学与计算机科学交叉的领域，并已成为人工智能的重要组成部分。它对未来的生产和技术的发展将有重要的影响，但它对心理学本身的意义却没有得到普遍的承认。例如，威诺加德(winograd)将计算机程序与机械装置的蓝图作比较，认为蓝图可以帮助说明这个机械装置，但它不是关于该装置如何工作的理论；同样，计算机程序可以帮助了解某个心理过程，但它并不是一种理论。

目前的实际情况是，有些心理学家如纽威尔和西蒙等极为重视计算机模拟对心理学的意义；少数心理学家如斯金纳(skinner)等则对计算机模拟作为心理学方法，采取完全否定的态度；而绝大多数心理学家保持某种中间立场，或者说采取一种观望的态度。

现在要就计算机模拟对心理学的意义做出结论似乎为时尚早。但要看到，计算机程序包含的具体的运算步骤，它具有的严密、详尽和逻辑的性质，使计算机模拟可以在检验和发展心理学理论中，起一定的积极作用。如纽威尔和西蒙等编写的“逻辑理论家”(logictheorist)和后来的“通用问题解决者”(general problem solver)等计算机程序都产生了较大的影响。

但是，并非每一项认知心理学研究都要建立相应的计算机模型。计算机模拟是一种综合性的研究，只有对某一心理过程的各有关方面或因素能加以综合时，才有条件进行计算机模拟。

不管应用哪一种方法，认知心理学都强调将条件与结果加以对照，即将输入和输出联系起来进行推理，以发现某一心理现象的内部机制。这称作抽象分析法。因此，认知心理学特别注重实验设计，以求获得判定内部心理机制所需要的材料。

而计算机科学对认知心理学的影响后来居上，因为它不但集中体现了控制论、信息论的思想，更重要的是，它提供了一个能与人脑互相比较的实际模型——计算机（电脑），这就推动了信息加工理论的发展，使心理学家受到启发，提出人脑与计算机一样，也是一个信息加工系统，因此可以用客观方法对人脑的信息加工过程进行研究。

心理学家相信，人的行为有其心理原因。基于这种因果假定，心理学可以像其他自然科学一样，采用归纳法，即从结果推论原因，来研究心智这个黑箱。换句话说，我们可以观察人的外部行为，然后去推测人脑内部究竟发生了什么。

认知心理学采用信息加工观点，通过实验，将人脑的输入信息和输出信息进行比较，提出人脑信息加工过程的理论或假设，并使用计算机模拟方法对理论或假设加以验证。认知心理学在研究中主要有两种取向。一是信息加工取向 (information-processing approach)，强调对认知过程进行抽象的串行的分析。

信息加工取向使用的是计算机隐喻(computer metaphor)，认为心智活动的机制类似于计算机工作的原理，心智过程就是心理程序的运行过程，它们对人从外部接受的信息和内部贮存的信息进行操作，使之符合当前的目标。另一种是联结主义取向(connectionist approach)，强调基于神经元的平行加工的观点。联结主义取向使用的是脑的隐喻(brain metaphor)，认为心智活动的机制就是脑神经系统活动的机制，研究中十分强调心智的神经基础和数学模型。

展望认知心理学的前景，我们认为需要着重考虑以下三方面的问题：理论、实验与模拟的整合，心智的功能模拟与结构模拟，心智研究中的数学与计算。 1.

理论、实验与模拟的整合面对世界上最复杂的科学难题——心智问题，显然，我们不能寄希望于认知心理学一个学科的单兵独进。研究和解决心智问题，需要依靠多学科理论与实验的协作和整合。首先，在一般的概念的层面上，我们要实现新的跨学科的整合。

心理学、神经科学、哲学、人工智能、人类学和语言等学科的研究人员必须进一步认识到相互间进行合作与交流的必要性。其次，通过利用不同学科的方法所收集到的不同类型的数据，我们还应当进一步推进实验上的整合，尤其是将心理学的行为实验数据、神经科学的实验数据和计算机模拟的实验数据这三者有机地结合起来。第三种整合是由计算思想与模拟所带来的理论上的整合。

较之以往的任何其他的理论途径，将人脑视为一台计算机并由此推测心智活动的编程过程，使我们可以对心智的运作机制作出更为精确和详尽的说明，而进行计算机模拟则有助于我们了解各种理论模型的成就与局限性。在上述学科交叉、互助和融合过程中，进一步引入社会学和复杂系统动力学的思想，将可能成为认知科学发展的趋势。我们也期待着像物理学、生物学和化学等学科的各种各样的理论、模型和方法能被应用于研究心智问题。

2.心智的功能模拟与结构模拟研究心智问题究竟应该从功能模拟入手还是应该从结构模拟入手？让我们先来看看这两种途径之间的区别与联系。

功能模拟和结构模拟是两种不同的研究模型。 “模型指的是一种用脑子想出来的或者用物质构造出来的系统，这种系统反映了或复制了所研究的对象，能代替该对象，使对模型的研究能给我们提供有关这个对象的新的信息”。结构模型的特征是模型和原型的内部结构相似，可能是内部结构（静态结构）相似，也可能是功能结构（动态结构）相似。

功能模型则是从机体特性和组织较深层次所特有的内部机制和过程中抽象出来的，反映了原物在环境中的外部功能。以往研究心智问题人们采用的是功能模拟（如计算机模拟）的途径，这与人脑作为一个生理学上的“黑箱” ，长期以来一直缺乏有效的研究手段是分不开的。但也应该看到，功能模拟有着许多从根本上难以逾越的障碍，这就要求我们不能把脑这个物质实体弃而不顾，必须用结构模拟弥补功能模拟的不足。

实际上，这方面的工作一直没有停止过。但遗憾的是，由于人脑结构高度复杂，也由于实验这一现代科学的锐利**在研究人脑结构和机制时不能随意使用，人脑结构模拟的研究进展十分有限，这也使结构模拟的途径一直无法成为认知科学理论的主流。但随着新仪器与新技术的不断涌现，尤其是认知神经科学的兴起，人们又对结构模拟重新抱以期望。

也许我们可以大胆地**，随着大脑这个“黑箱”逐渐变为 “白箱” ，结构模拟将可能成为认知科学和人工智能的主流。 3.心智研究中的数学与计算科学史向我们表明，数学化或形式化是一门科学成熟的标志之一。

多少年以来人们一直在试图将心智还原为计算，还原为一种符号的形式表达式的转换。笛卡儿和莱布尼茨就曾经设想过一门可应用于一切领域中的推理的“普遍数学” 。现代许多计算领域的认知科学家也认为，我们对心智的研究如果想达到精确的程度就应积极进行各种心智计算理论的研究。

也许我们进行心智研究的真实目的就是为我们自己的精神存在寻求一个数学和物理上的解释。但这种对数学和计算的执着到底最后能不能将我们带到真理的彼岸却是一个被很多人忽略了的问题。柏拉图式的数学精神在现实世界中能走多远是值得怀疑的。

我们不应该忘记，数学并不是自然科学，它只是我们对自然的理解，这理解可能是对的，也可能是错的。本世纪 30 年代，哥德尔(godel)定理的提出已经为每个执著相信数学必定能告诉我们所有真理的人敲响了警钟。既然生命和心智是在自然中产生的，我们也就应该能在自然中找到它们存在的本质，而对数学工具这种人类自己思维创造物的过分依赖也许只会使我们的视野变得狭小。

换一个角度，将心智嵌入自然，即从脑和神经的、从社会与环境的角度来重新审视我们过去在数学和计算基础上建起的心智理论大厦，不仅是合理的，而且是绝对必要的。由信息论、控制论和它们的产物计算机所带来的心智研究上的突破是否是决定性的？信息时代的辉煌是否会被脑的时代所代替？

如何开拓心智研究的未来？将是每个关注心智问题的科学家必须面对和思考的问题。认知心理学家与计算机学家、神经科学家和其他学科专家已经或逐步走到一起，在探索心智奥秘的道路上共同前进。

参考文献】1、张守恒著·认知心理学的研究方法。

2、王世伟著·认知心理学的主要研究方法。

3、叶浩生著·心理学通史。

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