智能科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論課件第2章

第2章

認(rèn)知科學(xué)及其應(yīng)用目錄2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.2認(rèn)知活動(dòng)2.3認(rèn)知模型2.4認(rèn)知科學(xué)應(yīng)用2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.1認(rèn)知科學(xué)概述1.認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展

認(rèn)知科學(xué)作為一門研究人類的認(rèn)知和智力的本質(zhì)、機(jī)制和規(guī)律的前沿性、綜合性交叉學(xué)科，與心理學(xué)的研究密切相關(guān)。心理學(xué)上常把認(rèn)知理解為與思維、情感、動(dòng)機(jī)、意志、意識(shí)等相對(duì)理智的活動(dòng)或認(rèn)識(shí)活動(dòng)。早在古希臘時(shí)期，柏拉圖和亞里士多德等曾探討過關(guān)于人的認(rèn)知性質(zhì)與起源的問題，并發(fā)表了有關(guān)記憶與思維的論述。其中的一些論點(diǎn)后來成為經(jīng)驗(yàn)論和唯理論之間相互爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。德國心理學(xué)家和生理學(xué)家威廉?馮特在1879年建立了第一個(gè)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)室，這標(biāo)志著認(rèn)知問題的研究從思辨哲學(xué)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)研究上。20世紀(jì)50年代，以反對(duì)行為主義面目出現(xiàn)的認(rèn)知心理學(xué)開始興起。一般認(rèn)為，“認(rèn)知心理學(xué)”一詞是由美國心理學(xué)家烏瑞克?奈塞爾提出，首次出現(xiàn)在在其于1967年發(fā)表的《認(rèn)知心理學(xué)》著作中，這標(biāo)志著認(rèn)知心理學(xué)學(xué)科的確立。

以信息加工為指導(dǎo)思想的認(rèn)知心理學(xué)的產(chǎn)生，把人看作是與計(jì)算機(jī)相似的信息處理系統(tǒng)，為認(rèn)知科學(xué)的形成奠定了基礎(chǔ)。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.1認(rèn)知科學(xué)概述1.認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展

“認(rèn)知科學(xué)”（CognitiveScience）一詞最早是由克里斯多福?龍格?希金斯于1973年開始使用。1979年8月，在美國加利福尼亞州召開的首屆認(rèn)知科學(xué)會(huì)議上，與會(huì)人員決定成立美國認(rèn)知科學(xué)學(xué)會(huì)，并將1977年創(chuàng)刊的CognitiveScience期刊作為學(xué)會(huì)的刊物。自此之后，人們對(duì)“認(rèn)知”開展了多方面、多角度的深入研究與探索工作。加拿大認(rèn)知科學(xué)家大衛(wèi)?基爾希（DavidKirsh）提出了關(guān)于認(rèn)知科學(xué)的五大核心問題：第一，知識(shí)和概念化是人工智能的核心嗎?第二，認(rèn)知能力及其所預(yù)設(shè)的知識(shí)能否脫離其有機(jī)體進(jìn)行研究?第三，是否可用類自然語言描述認(rèn)知的知識(shí)形態(tài)或信息形態(tài)的軌跡?第四，學(xué)習(xí)能否與認(rèn)知相分離加以研究?第五，是否有對(duì)于所有認(rèn)知的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)?這些問題是關(guān)于人們對(duì)于哲學(xué)中的意向性、意識(shí)以及心靈是否涉身的三個(gè)方面的困惑與困難。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.1認(rèn)知科學(xué)概述1.認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展美國心理學(xué)家約翰?霍斯頓等將認(rèn)知?dú)w納為五種主要類型：認(rèn)知是信息加工過程；認(rèn)知是心理上的符號(hào)運(yùn)算；認(rèn)知是問題求解；認(rèn)知是思維；認(rèn)知是一組相關(guān)的活動(dòng)，例如，知覺、記憶、思維、判斷、推理、問題求解、學(xué)習(xí)、想象、概念形成、語言使用，等。認(rèn)知心理學(xué)家邁克爾?道格指出，認(rèn)知包括適應(yīng)、結(jié)構(gòu)和過程三個(gè)方面。認(rèn)知是為了達(dá)到一定的目的，在一定的心理結(jié)構(gòu)中進(jìn)行信息加工的過程，即人與環(huán)境之間的相互作用，與復(fù)雜的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)類似，至少要經(jīng)過輸入、處理和輸出三個(gè)階段。唐納德?諾曼提出，認(rèn)知科學(xué)是心的科學(xué)、智能的科學(xué)、思維的科學(xué)，是關(guān)于知識(shí)及其應(yīng)用的科學(xué)。認(rèn)知科學(xué)是為了探索和了解認(rèn)知，包括真實(shí)和抽象的、人類或機(jī)器的，其目的是要了解智能、認(rèn)識(shí)行為原理，以便更好地了解人的心理，了解教育和學(xué)習(xí)，了解智力的能力，開發(fā)智能設(shè)備，擴(kuò)充人的能力。赫伯特?西蒙主張認(rèn)知科學(xué)是一門為了探究智能系統(tǒng)和智能性質(zhì)的學(xué)科。認(rèn)為人腦和計(jì)算機(jī)的運(yùn)算都是基于物理符號(hào)系統(tǒng)的信息加工過程，并進(jìn)一步斷言，直覺、頓悟和學(xué)習(xí)不再是人類專有，任何大型高速計(jì)算機(jī)都可以通過編程表現(xiàn)出這些能力。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.1認(rèn)知科學(xué)概述1.認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展1993年，在美國華盛頓召開的認(rèn)知科學(xué)教育會(huì)議上，與會(huì)專家認(rèn)為，認(rèn)知科學(xué)是研究人、其它動(dòng)物以及機(jī)器智能的本質(zhì)和規(guī)律的科學(xué)，是探索人類的智力如何由物質(zhì)產(chǎn)生和人腦信息處理的過程，包括從感覺的輸入到復(fù)雜問題分析求解，從人類個(gè)體到人類社會(huì)的智能活動(dòng)，及人類智能和機(jī)器智能的性質(zhì)。認(rèn)知科學(xué)涉及的內(nèi)容廣泛，涵蓋感知覺、表象、注意、學(xué)習(xí)、記憶、知識(shí)的獲得與表征、推理、問題解決、思維決策、情緒和意識(shí)等高級(jí)心理現(xiàn)象以及認(rèn)知模擬，等等。認(rèn)知科學(xué)的興起得益于多個(gè)學(xué)科的發(fā)展、滲透與融合，是學(xué)科的分化過程與整體化過程的統(tǒng)一。特別地，認(rèn)知科學(xué)是由哲學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等六個(gè)相關(guān)學(xué)科支撐的，并分別形成了認(rèn)知科學(xué)的六個(gè)分支學(xué)科。分支學(xué)科學(xué)科特點(diǎn)認(rèn)知哲學(xué)從人類心智過程，主要包括意識(shí)、思維、認(rèn)識(shí)、推理和邏輯等方面來研究認(rèn)知。認(rèn)知心理學(xué)以信息加工觀點(diǎn)為核心的心理學(xué)，主要研究信息的檢測(cè)、加工以及信息的獲取與激勵(lì)，把個(gè)體看作是一個(gè)積極、具有主觀能動(dòng)性的知識(shí)獲得者和信息加工者。認(rèn)知語言學(xué)認(rèn)知科學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科，提出語言的創(chuàng)建、學(xué)習(xí)及運(yùn)用基本上都必須通過人類的認(rèn)知加以解釋，認(rèn)知語言學(xué)正在改變認(rèn)知科學(xué)的語言學(xué)基礎(chǔ)。認(rèn)知人類學(xué)從文化和進(jìn)化方面來研究不同文化對(duì)認(rèn)知的影響，探討在不同的文化以及人們感知世界的方式之中所具有的共性。人工智能研究如何利用計(jì)算機(jī)模仿、延伸和拓展人的智能，研究具有更高智能水平的計(jì)算機(jī)理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)，主張學(xué)習(xí)人的智能。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)利用功能性磁共振成像、正電子發(fā)射層掃描、事件相關(guān)電位等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究腦認(rèn)知的生理機(jī)制和功能，旨在闡明意識(shí)、思維、語言等高級(jí)心理活動(dòng)的神經(jīng)機(jī)制。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.1認(rèn)知科學(xué)概述2.理論體系與方法論由于認(rèn)知科學(xué)的高度跨學(xué)科性質(zhì)，人們從多個(gè)方面開展了研究工作，在此過程中形成了不同的理論體系和方法論。目前主要的理論體系包括物理符號(hào)論、聯(lián)結(jié)理論、模塊論以及生態(tài)現(xiàn)實(shí)論：

1）物理符號(hào)論。將認(rèn)知看作是對(duì)來自外部輸入的物理符號(hào)的處理過程，屬于人工智能的認(rèn)知科學(xué)理論。人的認(rèn)知是將外部輸入的符號(hào)組織成關(guān)于外部世界的內(nèi)在表達(dá)，并根據(jù)意向的符號(hào)表達(dá)指令產(chǎn)生相應(yīng)行為。

2）聯(lián)結(jié)理論。聯(lián)結(jié)理論受人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究啟發(fā)，認(rèn)為認(rèn)知活動(dòng)是基于神經(jīng)元間聯(lián)結(jié)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)連續(xù)變化，通過調(diào)整內(nèi)部大量節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系進(jìn)行分布式并行信息處理。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種典型的聯(lián)結(jié)模型。

3）模塊論。受計(jì)算機(jī)編程和硬件模塊的啟發(fā)，杰瑞?福多（JerryFodor）提出人腦在結(jié)構(gòu)和功能上是由高度特異化并且相對(duì)獨(dú)立的模塊組成的，模塊間的靈活組合是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜認(rèn)知功能的基礎(chǔ)。模塊理論自提出以來已發(fā)展成為多功能系統(tǒng)理論，得到了較多學(xué)科的支持。

4）生態(tài)現(xiàn)實(shí)論。認(rèn)為認(rèn)知發(fā)生在個(gè)體與環(huán)境的交互作用中，而不是簡(jiǎn)單發(fā)生在人腦中的信息加工過程。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.1認(rèn)知科學(xué)概述

由于認(rèn)知系統(tǒng)的復(fù)雜性，認(rèn)知科學(xué)需要運(yùn)用多門學(xué)科所使用的工具和方法對(duì)認(rèn)知現(xiàn)象進(jìn)行多維度、多層次的綜合研究。方法論出發(fā)點(diǎn)代表性方法代表人物認(rèn)知內(nèi)在主義從心智內(nèi)在因素的關(guān)聯(lián)中研究認(rèn)知問題，忽略外在因素對(duì)心智的影響。來自物理學(xué)的還原主義方法保羅·卡爾納普（PaulCarnap）來自計(jì)算機(jī)科學(xué)的功能主義方法丹尼爾·丹尼特（DanielDennett）來自現(xiàn)象學(xué)的內(nèi)省主義方法埃德蒙德·胡塞爾（EdmundHusserl）來自人工智能的認(rèn)知主義方法赫伯特·西蒙（HerbertSimon）認(rèn)知外在主義從心智之外的行為、文化等因素來解釋心智的功能。來自心理學(xué)的行為主義方法約翰·華生（JohnWatson）、伯爾赫斯·斯納金（BurrhusSkinner）來自人類學(xué)的文化主義方法萊斯利·懷特（LeslieWhite）、莫里斯·里契特MauriceRichter）認(rèn)知語境主義通過整合相關(guān)認(rèn)知因素，即心智的內(nèi)在和外在因素來認(rèn)識(shí)心智。來自腦科學(xué)的連接主義沃倫·麥卡洛克（WarrenMcCulloch）、沃特·皮茨（WalterPiits）來自系統(tǒng)哲學(xué)的雙透視主義歐文·拉茲洛（ErvinLaszlo）心智的計(jì)算–表征主義保羅·薩伽德（PaulThagard）2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.2人體神經(jīng)系統(tǒng)1.神經(jīng)細(xì)胞（1）神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)

神經(jīng)細(xì)胞，亦稱神經(jīng)元，是構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，一般由神經(jīng)細(xì)胞體和突起兩個(gè)部分組成。神經(jīng)元是一種高度分化的細(xì)胞，可以接受刺激，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，并將神經(jīng)沖動(dòng)傳遞給其它神經(jīng)元或效應(yīng)細(xì)胞。

1）神經(jīng)細(xì)胞體。簡(jiǎn)稱胞體，是神經(jīng)元的營養(yǎng)和代謝中心，主要存在于腦和脊髓的灰質(zhì)及神經(jīng)節(jié)內(nèi)，不同胞體的形狀和大小差異較大，直徑在5～150微米之間。胞體具有細(xì)胞核、核仁、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜。

2）突起。突起進(jìn)一步分為樹突和軸突，兩者在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上存在一定的差異。

①

樹突。是從胞體發(fā)出的一至多個(gè)突起，樹突作為神經(jīng)元的感受區(qū)，基本功能是接受其它神經(jīng)傳來的刺激并將沖動(dòng)傳入胞體進(jìn)行綜合分析。在大腦皮層里，樹突約占腦神經(jīng)組織總面積的四分之一。

②

軸突。軸突是從胞體發(fā)出的細(xì)長(zhǎng)管道，多呈錐形。每個(gè)神經(jīng)元只有一根軸突，主要功能是將神經(jīng)沖動(dòng)由胞體傳至其它神經(jīng)元或效應(yīng)細(xì)胞。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.2人體神經(jīng)系統(tǒng)1.神經(jīng)細(xì)胞（2）神經(jīng)元分類

神經(jīng)元在形狀、功能、突起的排列與數(shù)量等方面存在一定的差異，例如，一些神經(jīng)元的作用是接受外界視覺刺激，一些神經(jīng)元起著聯(lián)絡(luò)作用。根據(jù)神經(jīng)元突起數(shù)目的不同，可將神經(jīng)元分為以下三類：

1）假單極神經(jīng)元。亦稱單極神經(jīng)元，常見于腦神經(jīng)節(jié)和脊神經(jīng)節(jié)。由神經(jīng)元的胞體發(fā)出一個(gè)突起，在離胞體不遠(yuǎn)處呈T型分支，一支軸突進(jìn)入腦或脊髓，稱中樞突，另一支樹突分布到皮膚、肌肉或內(nèi)臟等感受器，稱周圍突。兩者在形態(tài)上無差異，但功能不同。

2）雙極神經(jīng)元。是指兩個(gè)獨(dú)立突起的神經(jīng)元，從胞體兩端分別發(fā)出樹突和軸突，如聽神經(jīng)的前庭神經(jīng)節(jié)中的感覺神經(jīng)元。

3）多極神經(jīng)元。是指具有一個(gè)軸突和多個(gè)樹突的神經(jīng)元，主要存在于腦和脊髓。根據(jù)軸突的長(zhǎng)短和分支情況，可將多極神經(jīng)元分為：胞體大、軸突長(zhǎng)的高爾基I型神經(jīng)元，如脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、大腦皮層的錐體細(xì)胞；胞體小、軸突短的高爾基II型神經(jīng)元，如大腦皮層的顆粒細(xì)胞。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.2人體神經(jīng)系統(tǒng)1.神經(jīng)細(xì)胞（2）神經(jīng)元分類

根據(jù)神經(jīng)元功能的差異，可將其分為以下三類：

1）感覺神經(jīng)元。多為單極或雙極神經(jīng)元，能接受機(jī)體內(nèi)部或外部的刺激并將興奮傳導(dǎo)至中樞神經(jīng)系統(tǒng)，又稱傳入神經(jīng)元。腦和脊髓的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、視聽覺的感覺細(xì)胞均為感覺神經(jīng)元。感覺神經(jīng)元的突起構(gòu)成周圍神經(jīng)的傳入神經(jīng)，神經(jīng)纖維終末在皮膚和肌肉等部位形成感受器。

2）運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。多為多極神經(jīng)元，負(fù)責(zé)將信息從腦或脊髓傳到效應(yīng)器，以支配效應(yīng)器的活動(dòng)。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的胞體位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其突起構(gòu)成傳出神經(jīng)纖維，神經(jīng)纖維終末在肌組織和腺體，形成效應(yīng)器。

3）中間神經(jīng)元。又稱聯(lián)合神經(jīng)元、轉(zhuǎn)接神經(jīng)元，屬于多極神經(jīng)元。聯(lián)絡(luò)神經(jīng)元能夠接受感覺神經(jīng)元傳入的神經(jīng)沖動(dòng)，然后傳導(dǎo)到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。中間神經(jīng)元是人體神經(jīng)系統(tǒng)中最多的神經(jīng)元，構(gòu)成中樞神經(jīng)內(nèi)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。大腦皮層的大多數(shù)神經(jīng)元屬于中間神經(jīng)元。

人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的數(shù)目總計(jì)為數(shù)十萬，感覺神經(jīng)元的數(shù)目約較運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元多1～3倍，中間神經(jīng)元的數(shù)目最大，一般認(rèn)為在大腦皮層中的中間神經(jīng)元有140～150億個(gè)。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.2人體神經(jīng)系統(tǒng)2.神經(jīng)系統(tǒng)

神經(jīng)系統(tǒng)由腦、脊髓及遍布全身的神經(jīng)組成，是機(jī)體各種活動(dòng)的管理機(jī)構(gòu)，在維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、保持機(jī)體完整統(tǒng)一性及其與外環(huán)境的協(xié)調(diào)平衡中起著主導(dǎo)作用。

神經(jīng)系統(tǒng)通過分布在身體各部分的感受器和感覺神經(jīng)獲得關(guān)于內(nèi)、外環(huán)境變化的信息，經(jīng)過各級(jí)中樞的分析綜合，發(fā)出信號(hào)來控制各種軀體結(jié)構(gòu)和內(nèi)臟器官的活動(dòng)，以維持機(jī)體與內(nèi)、外界環(huán)境的相對(duì)平衡。根據(jù)神經(jīng)系統(tǒng)的形態(tài)和所在部位，可將其分為中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)。

1）中樞神經(jīng)系統(tǒng)。包括腦和脊髓，是人體神經(jīng)系統(tǒng)的主體部分。在整個(gè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，腦是最主要的部分。對(duì)個(gè)體行為而言，幾乎所有的復(fù)雜活動(dòng)，如學(xué)習(xí)、記憶、思維、推理等都與腦神經(jīng)有密切的聯(lián)系。

2）周圍神經(jīng)系統(tǒng)。包括體干神經(jīng)系統(tǒng)和自主神經(jīng)系統(tǒng)。體干神經(jīng)系統(tǒng)遍布于頭、面、軀干及四肢的肌肉內(nèi)，負(fù)責(zé)把外界刺激所引起的神經(jīng)沖動(dòng)傳遞到中樞神經(jīng)，中樞神經(jīng)處理后產(chǎn)生反應(yīng)，由體干傳出神經(jīng)將反應(yīng)傳到運(yùn)動(dòng)器官，做出反應(yīng)。自主神經(jīng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳遞內(nèi)臟器官和腺體信息，不受人的意志控制而直接指揮內(nèi)臟器官的活動(dòng)。自主神經(jīng)系統(tǒng)又分為交感神經(jīng)系統(tǒng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)，前者使人們的軀體在危險(xiǎn)性或情緒性情景出現(xiàn)時(shí)興奮起來，以采取緊急行動(dòng)；后者使軀體保持平靜，或使興奮的軀體返回到較低的喚醒水平。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.3腦相關(guān)知識(shí)1.腦的基本結(jié)構(gòu)與機(jī)能腦是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的最重要部分。

1）間腦解剖結(jié)構(gòu)上包括丘腦和下丘腦兩個(gè)部分。間腦受到損害時(shí)，出現(xiàn)感覺故障、內(nèi)分泌紊亂等異常。

2）腦干位于大腦下方，自上而下由中腦、腦橋和延髓三個(gè)部分組成。中腦控制著眼球、瞳孔等運(yùn)動(dòng)，延髓與脊髓相連，主要機(jī)能是調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動(dòng)，控制心跳、呼吸、循環(huán)、消化等功能。

3）小腦位于腦的后下方，通過上、中、下小腦臂與腦干相連，并且小腦借此與外部聯(lián)系。小腦機(jī)能喪失伴隨著共濟(jì)失調(diào)、爆發(fā)語言、協(xié)同障礙、肌張力變化等癥狀。

4）端腦包括大腦和基底神經(jīng)節(jié)?；咨窠?jīng)節(jié)參與機(jī)體運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)，與肌緊張控制、隨意運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、感覺傳入沖動(dòng)處理有關(guān)系。

大腦是中樞神經(jīng)中最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，它覆蓋在間腦、中腦和小腦的上面，中間有一縱裂，將大腦分為左、右兩個(gè)半球，兩半球借胼胝體連接。大腦左右半球既有相對(duì)的分工，又有密切的合作。

2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.3腦相關(guān)知識(shí)2.腦與認(rèn)知科學(xué)的常用實(shí)驗(yàn)技術(shù)常用的腦科學(xué)的研究技術(shù)技術(shù)名稱方法技術(shù)特點(diǎn)單細(xì)胞記錄（SingleUnitRecording,SUR）將直徑約為萬分之一毫米的微電極插進(jìn)人或動(dòng)物的大腦，記錄細(xì)胞膜外電位；通過研究腦中單個(gè)細(xì)胞的反應(yīng)特性來理解與某個(gè)感受和行為刺激相關(guān)的神經(jīng)元的活動(dòng)。靈敏度非常高，可記錄神經(jīng)元水平上的活動(dòng)信息，信息測(cè)量的時(shí)間范圍廣泛；需要穿透神經(jīng)組織，屬于侵入式技術(shù)。電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（ComputedTomography,CT）利用精確準(zhǔn)直的X線束、γ射線、超聲波等，與靈敏度極高的探測(cè)器一同對(duì)人體某部位一定厚度的層面進(jìn)行掃描，經(jīng)過光電信號(hào)處理、數(shù)模轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)處理，得到CT圖像。掃描時(shí)間快，圖像清晰，可用于多種疾病的檢查；CT診斷輻射劑量較普通X線機(jī)大。正電子發(fā)射斷層掃描（PositronEmissionTomography,PET）特殊標(biāo)記的化合物注入人體后，測(cè)量與心理活動(dòng)相關(guān)的局部腦變化，這種變化標(biāo)記的化合物用來跟蹤生物代謝過程，可以腦部消耗的葡萄糖為重要指標(biāo)?？捎糜谘芯慷喾N認(rèn)知活動(dòng)的大腦興奮區(qū)域，可觀察動(dòng)態(tài)過程，具有良好的空間分辨率；時(shí)間分辨率低，不能直接測(cè)量有關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)，屬于侵入式技術(shù)，不易為被試所接受。2.1認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)2.1.3腦相關(guān)知識(shí)技術(shù)名稱方法技術(shù)特點(diǎn)功能磁共振成像（FunctionalMagneticResonanceImaging,fMRI）利用磁共振成像技術(shù)檢測(cè)反映局部腦區(qū)活動(dòng)水平的功能性氧消耗變化情況，在一定程度上反映神經(jīng)元的活動(dòng)，間接達(dá)到功能成像的目的?？商峁┙Y(jié)構(gòu)和功能方面的信息，空間分辨率高；時(shí)間分辨率比較差，不能直接測(cè)量有關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)。腦電圖（Electroencephalogram,EEG）通過精密電子儀器，在頭皮按一定部位放置若干電極，記錄腦部的自發(fā)性生物電位，通過信號(hào)放大、記錄后得到圖形。廣泛應(yīng)用于癲癇、精神性疾病等臨床實(shí)踐應(yīng)用；需在頭皮放置電極。事件相關(guān)電位（Event-relatedPotential,ERP）檢測(cè)由多個(gè)或多樣的特定刺激所引起的腦誘發(fā)電位，它反映了腦的神經(jīng)電生理的變化，并且誘發(fā)電位的潛伏期與刺激之間有較嚴(yán)格的鎖時(shí)關(guān)系。反映腦的高級(jí)思維活動(dòng)，高時(shí)間分辨率，能鎖時(shí)性地反映認(rèn)知的動(dòng)態(tài)過程；事件相關(guān)電位包括內(nèi)源性成分和外源性成分，受物理、生理和心理等因素的影響。腦磁圖（Magneto-encephalography,MEG）用超導(dǎo)量子干擾磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)腦電活動(dòng)發(fā)出的微弱生物磁場(chǎng)信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)綜合影像信息處理，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成腦磁曲線圖，借助數(shù)學(xué)模型定位信號(hào)源，進(jìn)一步通過影像信息疊加整合，準(zhǔn)確反映腦功能變化狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)過程安全、簡(jiǎn)便，對(duì)腦神經(jīng)活動(dòng)直接測(cè)量且精度高，時(shí)間分辨率高；不能提供結(jié)構(gòu)或解剖信息，難以排除無關(guān)磁場(chǎng)的干擾。腦漲落圖（Encephalofluctuograph,EFG）對(duì)腦電波進(jìn)行腦電超慢漲落分析，分析腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)與腦電超慢波的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。直接反映中樞神經(jīng)遞質(zhì)功能，從更深層次上揭示大腦的活動(dòng)與功能狀態(tài)，可與PET、fMRI等結(jié)合2.2認(rèn)知活動(dòng)

認(rèn)知科學(xué)作為一門研究人的心智過程的學(xué)科，研究的內(nèi)容包括感覺、知覺、表象、模式識(shí)別，注意、記憶、知識(shí)表征、學(xué)習(xí)、概念形成、思維、問題解決、語言、情緒、意識(shí)、認(rèn)知發(fā)展，以及社會(huì)認(rèn)知等方面。本節(jié)主要論述感知覺、注意、記憶和知識(shí)表征等內(nèi)容。2.2.1感知1.感覺

感覺是客觀事物直接作用于人的感覺器官，通過刺激相關(guān)的神經(jīng)組織，在人腦中形成的關(guān)于該事物的各個(gè)屬性、某種具體特征的反映，如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺。

感覺提供了獲取客觀世界信息的渠道，是人們獲得關(guān)于世界一切知識(shí)的重要源泉。感覺受到人的解剖生理特點(diǎn)和功能的制約，以及客觀事物各種物理特性與屬性的影響?？陀^事物的不同屬性作用在不同的分析器上將產(chǎn)生不同的感覺，如顏色對(duì)應(yīng)視覺、聲音對(duì)應(yīng)聽覺、氣味對(duì)應(yīng)嗅覺，每種感覺對(duì)應(yīng)一種特定的感受器。

感覺信息加工涉及外部信息在人腦內(nèi)的瞬時(shí)滯留，這種被滯留的信息稱為感覺信息。感覺信息的滯留時(shí)間十分短暫，往往以秒或毫秒為單位，但是它為進(jìn)一步的信息加工提供了可能，對(duì)知覺活動(dòng)本身和其它高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)具有重要意義。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.1感知2.知覺

知覺是在感覺的基礎(chǔ)上對(duì)客觀事物的各個(gè)屬性、特征以及它們之間關(guān)系的整體反映，即知覺是對(duì)感覺信息的加工過程，對(duì)感受器反映的信息進(jìn)行綜合與解釋。知覺過程中往往涉及復(fù)合刺激物，不同感覺之間往往存在強(qiáng)弱和相對(duì)關(guān)系。例如，交談過程同時(shí)涉及聽覺和視覺，并且可能聽覺占主導(dǎo)地位。知覺的信息加工過程包含著覺察、辨別和確認(rèn)過程。在認(rèn)知心理學(xué)中，知覺過程可分為間接知覺和直接知覺。前者是指?jìng)€(gè)體利用自己的經(jīng)驗(yàn)來對(duì)客觀事物進(jìn)行反應(yīng)；后者是指?jìng)€(gè)體直接從客觀事物中獲取刺激信息，并對(duì)它們進(jìn)行整體屬性的反映。當(dāng)環(huán)境刺激信息比較豐富時(shí)，直接知覺占優(yōu)；反之，間接知覺占優(yōu)。知覺包含兩個(gè)方向不同但又相互作用的信息加工過程：自下而上加工和自上而下加工。

自下而上加工指始于外部刺激信息的加工，強(qiáng)調(diào)感覺器中滯留信息在知覺中的作用。

自上而下加工指?jìng)€(gè)體運(yùn)用已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和概念來加工當(dāng)前刺激信息的過程。通常情況下，在知覺活動(dòng)中，當(dāng)非感覺的刺激信息較多時(shí)，往往以自上而下加工為主；當(dāng)感覺的刺激信息較多時(shí)，以自下而上加工為主。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.1感知3.表象

表象是指客觀對(duì)象不在主體面前呈現(xiàn)時(shí)，在觀念中所保持的客觀對(duì)象的形象以及在觀念中復(fù)現(xiàn)該形象的過程。表象是在知覺過的內(nèi)容基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，往往反映的是對(duì)某類對(duì)象的表面感性形象的概括性反映。表象不僅可以反映事物的個(gè)別特點(diǎn)，而且可以反映事物的一般特點(diǎn)，也就是說表象既具有直觀性，又具有概括性。例如，關(guān)于一間教室的表象，而不是另一間教室的表象；對(duì)許多不同教室的感知，可以概括地反映教室的表象。現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)的觀點(diǎn)認(rèn)為，組合和融合是形成概括表象的兩種主要方式。表象組合是表象不斷積累的過程，如對(duì)同一事物或同一類事物的表象，不斷進(jìn)行組合，使其更加豐富和廣闊。表象融合是指對(duì)表象的創(chuàng)造性的改造。概括表象是由感知覺向概念、思維過渡的直接基礎(chǔ)，是感知與思維之間的中介反映形式。

表象有各種不同的種類：根據(jù)感覺通道的不同，表象包括聽覺表象、視覺表象、味覺表象、嗅覺表象、運(yùn)動(dòng)表象等。根據(jù)功能的不同，也可將表象分為記憶表象和想象表象，前者是在過去感知的事物的基礎(chǔ)上，當(dāng)事物不在面前的情況下，在頭腦中再現(xiàn)事物的形象；后者側(cè)重于在原有表象的基礎(chǔ)上通過加工改造獲得新的形象。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.2注意1.注意概念

注意是指人的心理活動(dòng)在某一時(shí)刻對(duì)一定對(duì)象的持續(xù)指向與集中。注意的指向性表現(xiàn)為某一時(shí)刻的心理活動(dòng)選擇了某個(gè)對(duì)象，而忽略了其它對(duì)象，是對(duì)出現(xiàn)在同一時(shí)間的眾多刺激的選擇。注意的核心在于個(gè)體對(duì)于刺激信息進(jìn)行有選擇地加工分析，而忽略其它刺激信息的心理活動(dòng)，其揭示了人具有自發(fā)主動(dòng)加工刺激信息的本質(zhì)特性。根據(jù)產(chǎn)生和保持注意時(shí)有無目的以及意志努力程度，注意可分為有意注意、無意注意、有意后注意和內(nèi)隱注意。

1）有意注意。指在人們的實(shí)踐活動(dòng)中發(fā)展起來的，由目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，需要意志努力的注意。

2）無意注意。指事先沒有預(yù)定目的，也不需個(gè)體刻意的注意。

3）有意后注意。是一種特殊的注意形式，指事前有預(yù)定的目的，不需要意志努力的注意，同時(shí)具有有意注意和無意注意的某些特征。

4）內(nèi)隱注意。表現(xiàn)為注意所指向?qū)ο蟮奈恢门c注視的位置不一樣。例如聽覺內(nèi)隱注意，在會(huì)議交談過程中，如果覺得對(duì)話內(nèi)容無趣，個(gè)體可以在視線不轉(zhuǎn)移的情況下，注意到周圍人討論的話題。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.2注意2.注意的特征

1）注意的選擇性。指注意從大量的刺激信息中選擇重要的信息進(jìn)行加工、處理與分析，同時(shí)忽略收到的其它信息。

2）注意的穩(wěn)定性。指在連續(xù)的一段時(shí)間內(nèi)保持對(duì)所感受的事物或所從事的活動(dòng)的注意狀態(tài)不變。穩(wěn)定性是注意在時(shí)間上的品質(zhì)，影響注意穩(wěn)定性的因素包括刺激物的強(qiáng)度與持續(xù)的時(shí)間、客體的復(fù)雜性、個(gè)體差異與年齡差異，以及個(gè)體的積極性等。

3）注意的廣度。指同一時(shí)間內(nèi)，能夠清楚地掌握對(duì)象的數(shù)量，是從空間上對(duì)注意的刻畫。注意的廣度與客觀對(duì)象的特點(diǎn)、活動(dòng)任務(wù)、人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)等因素有關(guān)。一般來說，活動(dòng)任務(wù)多，注意范圍小；知識(shí)經(jīng)驗(yàn)豐富，注意范圍大。

4）注意的轉(zhuǎn)移。指?jìng)€(gè)體根據(jù)自己的目的與意愿，主動(dòng)地把注意從一個(gè)對(duì)象轉(zhuǎn)移到另一個(gè)對(duì)象上。影響注意轉(zhuǎn)移的因素包括新事物的性質(zhì)、原事物引起的注意強(qiáng)度、個(gè)體神經(jīng)過程的靈活性等。

5）注意的分配。指在同一時(shí)間內(nèi)，把注意指向兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同對(duì)象上。注意的分配與幾種活動(dòng)的性質(zhì)、復(fù)雜程度以及人對(duì)活動(dòng)的熟練程度等因素有關(guān)。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.2注意3.注意的認(rèn)知資源分配理論

人在進(jìn)行兩種或兩種以上活動(dòng)或任務(wù)時(shí)能把注意同時(shí)指向多個(gè)對(duì)象。例如，在個(gè)人的學(xué)習(xí)、生活和工作過程中，有時(shí)可以比較容易地同時(shí)做兩件或兩件以上的事情，如走路、聽音樂和聊天。但有時(shí)卻很難同時(shí)做兩件事情，如編寫代碼和看電影。

同時(shí)注意多個(gè)對(duì)象涉及注意如何協(xié)調(diào)不同的認(rèn)知任務(wù)以及如何分配注意。

注意的認(rèn)知資源分配模型是由丹尼爾?凱恩曼于1973年在《注意與努力》（AttentionandEffort）一文中提出的?；居^點(diǎn)：注意是一組對(duì)刺激進(jìn)行歸類和識(shí)別的認(rèn)知資源或認(rèn)知能力；注意是人能用于執(zhí)行任務(wù)的數(shù)量有限的能量或資源；注意認(rèn)知資源的適宜分配是關(guān)鍵。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.2注意3.注意的認(rèn)知資源分配理論

認(rèn)知資源的有限性是相對(duì)的，它與喚醒連接在一起，在某段時(shí)間內(nèi)，喚醒水平?jīng)Q定注意的認(rèn)知資源數(shù)量，喚醒水平高，可利用的認(rèn)知資源就多。認(rèn)知資源通過一個(gè)分配方案被分配到不同的可能活動(dòng)之中，形成各種反應(yīng)；個(gè)人的長(zhǎng)期傾向、當(dāng)前的意愿以及對(duì)完成任務(wù)的資源估計(jì)都影響著認(rèn)知資源分配，同時(shí)認(rèn)知資源的分配機(jī)制靈活，能根據(jù)實(shí)際需要來調(diào)節(jié)與控制，優(yōu)先加工相對(duì)重要的任務(wù)。

喚醒指的是一種警覺狀態(tài)，表示個(gè)體在心理和生理上是否做好了反應(yīng)的準(zhǔn)備。喚醒水平受情緒、藥物、肌緊張等因素的影響。注意的認(rèn)知資源分配模型認(rèn)為，只要可用的認(rèn)知資源總量可以滿足個(gè)體注意的需要，個(gè)體就可以同時(shí)接收多種刺激信息，同時(shí)做兩件或兩件以上事情。

個(gè)體難以同時(shí)做兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)的原因是，刺激信息任務(wù)所需要的認(rèn)知資源超過了個(gè)體可得到的認(rèn)知資源量，而不是活動(dòng)或任務(wù)之間相互干擾。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.3記憶1.記憶概念

記憶是知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在人腦中的反映，是個(gè)體保持和利用所獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的一種能力，同時(shí)也是個(gè)體進(jìn)行思維、想象和智力發(fā)展的基礎(chǔ)。通過學(xué)習(xí)獲得知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，然后在記憶的基礎(chǔ)上進(jìn)行學(xué)習(xí)。認(rèn)知心理學(xué)把人類的記憶過程劃分為三個(gè)連續(xù)的階段：編碼、存儲(chǔ)和提取。

1）編碼。把刺激信息轉(zhuǎn)換成記憶系統(tǒng)可以接收和使用的形式，它包含著對(duì)刺激信息的反復(fù)感知、思考、體驗(yàn)和操作的展開過程。在記憶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，信息編碼過程需要注意的參與，注意使編碼具有不同的加工水平，而且以不同的表現(xiàn)形式存在。例如，形成的關(guān)于某部電影的視覺編碼、聲音編碼。

2）存儲(chǔ)。將編碼后的信息以一定的形式保持在頭腦中。存儲(chǔ)是編碼與提取的中間環(huán)節(jié)，只有將編碼信息存儲(chǔ)下來，以后才能在一定條件下將其提取出來運(yùn)用。

3）提取。指?jìng)€(gè)體在一定情境下，從記憶系統(tǒng)中查找已存儲(chǔ)的信息，將其運(yùn)用于當(dāng)前的活動(dòng)或任務(wù)。對(duì)已存儲(chǔ)信息的提取性能在一定程度上反映一個(gè)人記憶力的強(qiáng)弱。回憶和再認(rèn)是記憶提取的兩種表現(xiàn)形式。再認(rèn)表現(xiàn)為，當(dāng)原刺激信息呈現(xiàn)在眼前時(shí)，利用各種存儲(chǔ)的線索對(duì)它進(jìn)行確認(rèn)。以上三個(gè)階段任何一個(gè)階段出問題，將導(dǎo)致記憶失敗。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.3記憶2.瞬時(shí)記憶

瞬時(shí)記憶又稱為感覺記憶或感覺登記，是刺激信息首先達(dá)到的記憶子系統(tǒng)，能夠保持外界感覺刺激的瞬時(shí)映像。瞬時(shí)記憶是通過感覺通道，例如聽覺、視覺、觸覺、味覺、嗅覺等通道來獨(dú)立地編碼與暫留信息，它們存儲(chǔ)的信息極其短暫。在瞬時(shí)記憶中，如果刺激信息得到注意，則經(jīng)過信息編碼進(jìn)入下一階段加工；否則，感覺信息自動(dòng)消失。瞬時(shí)記憶具有以下特征：

1）瞬時(shí)記憶的保持時(shí)間比較短暫，視感覺記憶大致持續(xù)一秒，聽感覺記憶時(shí)長(zhǎng)大概為一到四秒。

2）依據(jù)進(jìn)入瞬時(shí)記憶刺激信息的物理特性進(jìn)行編碼，感覺記憶中的信息以感覺痕跡的形式被登記。

3）瞬時(shí)記憶的記憶容量由感受器的解剖生理特點(diǎn)決定。只有被注意的刺激信息，才能進(jìn)入短時(shí)記憶，否則會(huì)很快衰退并消失。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.3記憶3.短時(shí)記憶短時(shí)記憶在個(gè)體的心理活動(dòng)中具有非常重要的作用：第一，短時(shí)記憶使得個(gè)體可以了解自己正在接收、加工、處理的信息，并在分析過程中充當(dāng)臨時(shí)寄存器的作用；第二，短時(shí)記憶通過整合各個(gè)感覺通道的信息構(gòu)成完整的圖像，如通過視覺、聽覺、嗅覺、觸覺形成事物的表象；第三，短時(shí)記憶保留了個(gè)體對(duì)于信息加工處理的當(dāng)前策略與意愿，使得個(gè)體可以處理更復(fù)雜的行為，直到完成目標(biāo)。信息在短時(shí)記憶中以什么形式保持是信息編碼的問題，通常把聽覺代碼（Auditory）、言語代碼（Verbal）、語言代碼（Linguistic）聯(lián)合起來，稱為AVL單元，以此來說明短時(shí)記憶對(duì)信息的加工處理、編碼與儲(chǔ)存。

短時(shí)記憶在無復(fù)述情況下保持時(shí)間一般較短，會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)遺忘。復(fù)述可以維持短時(shí)記憶中編碼的活力，使得短時(shí)記憶中的信息保持較長(zhǎng)時(shí)間，還可以在長(zhǎng)時(shí)記憶中產(chǎn)生與短時(shí)記憶中的信息相對(duì)應(yīng)的編碼。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.3記憶4.長(zhǎng)時(shí)記憶

長(zhǎng)時(shí)記憶是相對(duì)短時(shí)記憶而言的，是指存儲(chǔ)時(shí)間較長(zhǎng)的記憶，能夠保持?jǐn)?shù)天、幾月、多年甚至人的一生。短時(shí)記憶的信息通過復(fù)述的形式進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶，也有由于對(duì)刺激信息印象深刻而一次存儲(chǔ)在長(zhǎng)時(shí)記憶。長(zhǎng)時(shí)記憶類似于一個(gè)龐大而復(fù)雜的、有組織、有體系的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)系統(tǒng)，記憶容量似乎沒有限度，它存儲(chǔ)的是個(gè)體過去的經(jīng)驗(yàn)以及有關(guān)世界的知識(shí)，為個(gè)體的心理活動(dòng)與行為提供必要的信息基礎(chǔ)。

經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)系統(tǒng)的組織程度影響提取信息的速度以及知覺、語言理解和問題解決的速度。關(guān)于長(zhǎng)時(shí)記憶信息提取過程的比較有影響力的假說有：

再認(rèn)–產(chǎn)生假設(shè)。認(rèn)為記憶搜索是由提取線索表征的激活擴(kuò)散到目標(biāo)表征來完成的；

編碼特征假設(shè)。認(rèn)為有效的記憶提取依賴于提取時(shí)的環(huán)境與編碼時(shí)環(huán)境的相似程度，相似度越高，回憶越容易。與瞬時(shí)記憶和短時(shí)記憶的遺忘機(jī)制不同，長(zhǎng)時(shí)記憶中信息的遺忘主要是由于前攝抑制和倒攝抑制的干擾導(dǎo)致信息提取困難。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.3記憶4.長(zhǎng)時(shí)記憶

長(zhǎng)時(shí)記憶不同的類型分類角度長(zhǎng)時(shí)記憶類型特點(diǎn)根據(jù)個(gè)體意識(shí)的參與情況外顯記憶個(gè)體能運(yùn)用存儲(chǔ)在記憶中的信息并能意識(shí)到記憶活動(dòng)的過程和自己正在積極地搜尋記憶線索，可以把當(dāng)前的刺激信息與提取出的內(nèi)容進(jìn)行比較，以便能回憶出不在當(dāng)前的事物的記憶。內(nèi)隱記憶個(gè)體具有的特定經(jīng)驗(yàn)無意識(shí)地影響當(dāng)前的信息加工處理的績(jī)效，而個(gè)體沒有意識(shí)到這些經(jīng)驗(yàn)，也未進(jìn)行有意識(shí)的提取與操作。根據(jù)研究及觀察結(jié)果程序記憶對(duì)習(xí)得行為和技能的記憶，主要通過動(dòng)作來表達(dá)程序記憶；一般需要相應(yīng)的練習(xí)才能獲得，熟練的行動(dòng)能夠自動(dòng)執(zhí)行；屬于內(nèi)隱記憶。陳述記憶存儲(chǔ)各種事實(shí)和事件信息的記憶，包括各種特定的事實(shí)；對(duì)陳述記憶中的刺激信息的提取往往需要個(gè)人意識(shí)的參與；屬于外顯記憶。針對(duì)陳述記憶，根據(jù)記憶存儲(chǔ)的類型情景記憶存儲(chǔ)與特定時(shí)空情景相關(guān)的各種事件以及事件之間的關(guān)系；一般情況下，情景記憶的記憶范圍比語義記憶大，但有時(shí)情景記憶需要依賴語義記憶，個(gè)體的回憶行為是情景記憶的基本單位。語義記憶存儲(chǔ)個(gè)體所理解的關(guān)于世界的知識(shí)，包括語言的、百科全書式的知識(shí)，其中不包括像情節(jié)記憶的具有個(gè)人性質(zhì)的東西；一般按照客觀事物的類別或?qū)傩浴⒖偫ǖ瘸橄笠?guī)則對(duì)刺激信息進(jìn)行組織；語義記憶提取信息的精確程度一般比情景記憶的高。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征1.知識(shí)獲得個(gè)體的概念的形成與掌握、判斷與推理、問題解決等需要提取與運(yùn)用記憶中已經(jīng)存儲(chǔ)的有關(guān)世界的知識(shí)。人類對(duì)于知識(shí)獲得具有以下四個(gè)典型特點(diǎn)：

1）人類知識(shí)是通過建構(gòu)獲得的。知識(shí)的建構(gòu)是指刺激信息在人腦中存儲(chǔ)與組織的過程。在該過程中，知識(shí)的獲得不單是知識(shí)由外向內(nèi)的簡(jiǎn)單傳遞，而是通過新信息與已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)間的反復(fù)作用而建構(gòu)的。

2）人類知識(shí)的獲得包含著重構(gòu)過程。隨著個(gè)體知識(shí)的增加，存儲(chǔ)在長(zhǎng)時(shí)記憶中的知識(shí)體系也在不斷地被重新組織，原有知識(shí)會(huì)因?yàn)樾轮R(shí)的納入而發(fā)生一定的調(diào)整或重組。知識(shí)重構(gòu)過程可以看作是個(gè)體的創(chuàng)造性思維活動(dòng)及其產(chǎn)物。

3）人類知識(shí)獲得過程的制約性。在個(gè)體獲得知識(shí)的過程中，獲得不同知識(shí)的難易程度不同，有的知識(shí)容易獲得，有的知識(shí)卻難以獲得。認(rèn)知心理學(xué)家認(rèn)為，這與個(gè)體的先天傾向和已獲得的知識(shí)有關(guān)。

4）人類大多數(shù)的知識(shí)是一個(gè)領(lǐng)域一個(gè)領(lǐng)域逐個(gè)獲得的。認(rèn)知心理學(xué)相關(guān)研究表明，個(gè)體的認(rèn)知能力在面對(duì)不同領(lǐng)域的知識(shí)時(shí)存在較大差異。研究者認(rèn)為，個(gè)體在獲得某個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)之前，必然要先涉及領(lǐng)域的概念內(nèi)涵、概念之間的聯(lián)系，以及它們?cè)谠擃I(lǐng)域時(shí)空條件下發(fā)生的變化。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征2.知識(shí)的表征

知識(shí)表征是在人腦中標(biāo)識(shí)有關(guān)知識(shí)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)的方式，既包括感知、知覺、表象等形式，也包括概念、命題、圖式等形式。知識(shí)表征是個(gè)體學(xué)習(xí)關(guān)鍵，也是智能系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，同時(shí)是最活躍的研究?jī)?nèi)容之一。對(duì)于不同的知識(shí)內(nèi)容，可采用不同的表征方式，即使是同一知識(shí)內(nèi)容，也可以采用不同的表征方式，以提高一個(gè)人對(duì)知識(shí)的掌握和應(yīng)用能力。知識(shí)表征的描述主要有兩種取向：基于信息加工觀點(diǎn)的符號(hào)取向和基于聯(lián)結(jié)主義觀點(diǎn)的聯(lián)結(jié)取向。

基于信息加工觀點(diǎn)的符號(hào)取向：認(rèn)為知識(shí)是人腦對(duì)具有符號(hào)性質(zhì)的信息進(jìn)行加工與處理的結(jié)果，并且以某種概括的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，比如概念、命題、腳本、圖式、表象、產(chǎn)生式規(guī)則等具有符號(hào)性質(zhì)的信息；

基于聯(lián)結(jié)主義觀點(diǎn)的聯(lián)結(jié)取向：認(rèn)為知識(shí)在大腦中以有組織的類似神經(jīng)元的實(shí)體之間的相互作用并聯(lián)結(jié)進(jìn)行存儲(chǔ)、組織和呈現(xiàn)的。符號(hào)–網(wǎng)絡(luò)模型、層次語義網(wǎng)絡(luò)模型和激活–擴(kuò)散模型屬于符號(hào)取向的范疇，聯(lián)結(jié)主義模型是聯(lián)結(jié)取向的典型代表。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征2.知識(shí)的表征

1）符號(hào)–網(wǎng)絡(luò)模型?；跀?shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)的方式，指明人腦中知識(shí)的成分以及成分之間是如何組織與相互作用的，是人類知識(shí)的組織方式或呈現(xiàn)方式的一種反映。

節(jié)點(diǎn)表示概念，并用帶箭頭的連線將兩個(gè)概念聯(lián)結(jié)起來，節(jié)點(diǎn)和連線表明了概念之間的可能聯(lián)系以及它們之間聯(lián)系的緊密程度。左圖表明節(jié)點(diǎn)“鳥”和“金絲雀”是以特定形式連接的兩個(gè)概念，符號(hào)“金絲雀”表征了“金絲雀”的概念，即鳥和翅膀的基本特征，“金絲雀”是上位類別“鳥”的成員。雖然在圖中，描述金絲雀的節(jié)點(diǎn)的只有一個(gè)“是一只”的關(guān)系，但是還可以有其它關(guān)系，比如“屬于”，在符號(hào)–網(wǎng)絡(luò)模型中，箭頭的方向具有理論意義，表示概念之間的“上級(jí)”類別關(guān)系，比如，“金絲雀”是一只“鳥”，而不能倒過來表述兩者之間的關(guān)系。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征2.知識(shí)的表征

2）層次語義網(wǎng)絡(luò)模型。由艾倫?科林斯和羅斯?奎連在其論文中提出的。

在該模型中，知識(shí)表征為由相互連接的概念組成的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)概念都具有一定的本質(zhì)屬性和特征。每個(gè)概念有兩種關(guān)系：每個(gè)概念都具有從屬于其它概念的特點(diǎn)，這決定知識(shí)表征的類別，比如，“鳥是一種動(dòng)物”、“鯊魚是一種魚”等；每個(gè)概念都具有一個(gè)或多個(gè)特征，比如，“鯊魚會(huì)咬，是危險(xiǎn)的”等。概念是按上下級(jí)關(guān)系聯(lián)結(jié)的，因此，相關(guān)概念在上下級(jí)層次以及在同級(jí)水平的組織，通過節(jié)點(diǎn)和連線而構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的層次語義網(wǎng)絡(luò)。將節(jié)點(diǎn)的共同特征或普遍屬性存儲(chǔ)在最高層級(jí)的節(jié)點(diǎn)上，只有那些能夠區(qū)別于其它事物的具體特征才存儲(chǔ)在層級(jí)的低水平上。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征2.知識(shí)的表征

3）激活–擴(kuò)散模型。由艾倫?科林斯和伊麗莎白?勞福特斯提出的，其以語義關(guān)系或語義之間的距離將知識(shí)組織為概念網(wǎng)絡(luò)。連接的是概念以及概念之間的關(guān)系，節(jié)點(diǎn)之間的連線表示概念之間的聯(lián)系，連線長(zhǎng)度與概念之間的聯(lián)系程度呈反比。語義距離是知識(shí)組織的基本原則，一個(gè)概念的內(nèi)涵是由與它相聯(lián)系的其它概念，特別是緊密聯(lián)系的概念來確定的。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征2.知識(shí)的表征

4）聯(lián)結(jié)主義模型。采用由大量簡(jiǎn)單單元聯(lián)結(jié)成的平行分布式處理網(wǎng)絡(luò)組成的計(jì)算模型重新構(gòu)建物體、圖形等模式。聯(lián)結(jié)主義模型通過設(shè)計(jì)類似神經(jīng)元的加工單位，使得其與大腦的聯(lián)系更為直接，例如Muculloch-Pitts模型是一個(gè)簡(jiǎn)單的神經(jīng)元模型。由大量簡(jiǎn)單神經(jīng)單元構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)天然具有存儲(chǔ)知識(shí)，以及使之可用的特性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從兩個(gè)方面來模擬大腦：①神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲取的知識(shí)是從外界環(huán)境中學(xué)習(xí)得到；②內(nèi)部神經(jīng)元的連接強(qiáng)度可用于存儲(chǔ)獲取的知識(shí)。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征3.陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)（1）陳述性知識(shí)陳述性知識(shí)，又稱描述性知識(shí)，是指描述客觀事物的特點(diǎn)及關(guān)系的知識(shí)。陳述性知識(shí)的表征方式主要有概念、命題、命題網(wǎng)絡(luò)、表象以及圖式等。以下介紹三種有代表性的陳述性知識(shí)表征模型：腳本、人的聯(lián)想記憶模型、以及框架表征法。

1）腳本。由美國認(rèn)知心理學(xué)家羅杰·塞克等人提出，用來作為一種把概念依賴結(jié)構(gòu)組織成典型情況描述的手段，可用于解釋日常生活中出現(xiàn)的典型事件的序列，以及人類行為的某些相對(duì)固定的模式。腳本一般由進(jìn)入條件、結(jié)局、道具、角色和場(chǎng)景等五個(gè)部分組成。以“餐廳”為例說明了腳本的實(shí)際應(yīng)用。

進(jìn)入條件：顧客饑餓，顧客有錢。結(jié)局：顧客不再饑餓，顧客花了錢，餐廳收了錢。道具：桌子、椅子、菜單、錢。角色：顧客、服務(wù)員、廚師、收銀員。場(chǎng)景：場(chǎng)景1：進(jìn)入餐廳顧客走進(jìn)餐廳顧客尋找座位顧客確定位子走向餐桌顧客就坐場(chǎng)景2：點(diǎn)餐顧客向服務(wù)員要菜單服務(wù)員把菜單交給顧客顧客看菜單顧客點(diǎn)菜顧客把點(diǎn)的菜名告訴服務(wù)員服務(wù)員在菜單上記錄菜名服務(wù)員把菜單交給廚師廚師準(zhǔn)備菜場(chǎng)景3：上菜廚師把菜交給服務(wù)員服務(wù)員上菜顧客用餐場(chǎng)景4：離開餐廳顧客告訴服務(wù)員結(jié)賬服務(wù)員核算賬單服務(wù)員把賬單交給顧客顧客把錢交給收銀員收銀員收錢顧客離開餐廳2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征3.陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)（1）陳述性知識(shí)

2）人的聯(lián)想記憶模型。該模型假設(shè)命題是知識(shí)表征的基本單位。單個(gè)命題由一小集聯(lián)想概念構(gòu)成，每個(gè)聯(lián)想將兩個(gè)概念聯(lián)系起來。主要有五種類型的命題聯(lián)想：上下文–事實(shí)聯(lián)想、地點(diǎn)–時(shí)間聯(lián)想、主項(xiàng)–謂項(xiàng)聯(lián)想、關(guān)系–項(xiàng)聯(lián)想以及概念–實(shí)例聯(lián)想。語句“小智上午在教室學(xué)習(xí)智能科學(xué)課程”對(duì)應(yīng)的命題樹如左圖。命題樹既可以表征語義知識(shí)，也可以表征情景知識(shí)。此外，命題樹結(jié)構(gòu)還可以將一個(gè)命題嵌入到另一個(gè)命題中，構(gòu)成一個(gè)更為復(fù)雜的命題網(wǎng)絡(luò)來表征更為復(fù)雜的知識(shí)。例如，兩個(gè)命題“小智認(rèn)真學(xué)習(xí)課程”、“他的成績(jī)提高”，結(jié)合成“小智認(rèn)真學(xué)習(xí)課程，使成績(jī)提高”。2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征3.陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)（1）陳述性知識(shí)

3）框架表征法?？蚣芾碚撌怯神R文?明斯基于1975年提出的一種知識(shí)的結(jié)構(gòu)化表征方法，能夠把知識(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系以及知識(shí)之間的特殊關(guān)系表示出來，并把與某個(gè)實(shí)體或?qū)嶓w集的相關(guān)特性集中在一起。框架是一種表示顯式組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它的頂層是固定的，表示某個(gè)固定的概念、對(duì)象或事件，其下一層設(shè)若干個(gè)槽?？蚣苡锌蚣苊?，指出所表達(dá)知識(shí)的內(nèi)容。槽用來說明框架的具體性質(zhì)，每個(gè)槽設(shè)有槽名，每個(gè)槽可以被一定類型的實(shí)例或數(shù)據(jù)賦值，框架中可以規(guī)定不同槽的槽值之間應(yīng)滿足的約束條件。每個(gè)槽可以包括多個(gè)側(cè)面，每個(gè)側(cè)面可以有各自的取值。此外，可將槽看作是一種子框架。FRAME<框架名>槽名1：側(cè)面名1值1槽名2：側(cè)面名21值21

側(cè)面名22值22約束：約束條件1

約束條件2

約束條件3FRAMESTUDENTNAME:UNIT(FIRST-NAME,LAST-NAME)SEX:RANGEOF(MALE,FEMALE)AGE:UNIT(YEARS)IF-NEEDED:ASK-AGELANGUAGE:RANGEOF(ENGLISHMANDARINOTHERS)DEFUALTMANDARINADDRESS:<ADDR>2.2認(rèn)知活動(dòng)2.2.4知識(shí)表征3.陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)（2）程序性知識(shí)

程序性知識(shí)，又稱操作性知識(shí)，是關(guān)于操作步驟和過程的知識(shí)。程序性知識(shí)是按照規(guī)則進(jìn)行表征的，將程序性知識(shí)與對(duì)事物的操作聯(lián)系起來，主要解決“做什么”和“如何做”的問題。認(rèn)知心理學(xué)把某種技能需要由規(guī)則才能完成的過程，稱為產(chǎn)生式規(guī)則。規(guī)則一般由前項(xiàng)和后項(xiàng)兩部分組成。前項(xiàng)表示前提條件，各個(gè)條件可由邏輯連接詞（與、或、異或，等）組成各種不同的組合。后項(xiàng)表示前提條件為真時(shí)，得到的結(jié)論或應(yīng)采取的動(dòng)作。

產(chǎn)生式規(guī)則可表示為“前提→結(jié)論”或“條件→動(dòng)作”，其簡(jiǎn)單形式為IF<前提>THEN<結(jié)論>。例如，可給出右邊所示規(guī)則：規(guī)則1：IF是鳥THEN會(huì)飛規(guī)則2：IF是鳥THEN會(huì)飛AND有翅膀規(guī)則3：IF有皮膚AND能活動(dòng)AND會(huì)呼吸THEN是動(dòng)物2.3認(rèn)知模型2.3.1認(rèn)知模型概述

認(rèn)知模型是人類對(duì)客觀世界進(jìn)行認(rèn)知的過程模型。所謂認(rèn)知，通常包括感知、注意、知識(shí)、記憶、語言、問題求解和情緒等各方面，在認(rèn)知模型建立過程中涉及到的技術(shù)稱為認(rèn)知建模，目的是探索和研究人的思維機(jī)制，特別是信息處理機(jī)制，為設(shè)計(jì)相應(yīng)的人工智能系統(tǒng)提供新的體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)方法。模型概念的基礎(chǔ)在于，模型本身與某個(gè)對(duì)象之間存在某種相似性。如果可以建立兩個(gè)對(duì)象之間的某種相似性，那么可以將其中一個(gè)對(duì)象看作原型，另一個(gè)看作模型，即這兩個(gè)對(duì)象之間存在著原型–模型關(guān)系。一般來說，對(duì)象間的相似性可以是功能相似、結(jié)構(gòu)相似、動(dòng)力相似、幾何相似等，也可以是對(duì)象表現(xiàn)出的行為相似。相似性概念適用于非常廣泛的對(duì)象，包括自然界的生物和無生命對(duì)象等。一個(gè)成功的模型，應(yīng)具備以下四個(gè)基本特點(diǎn)：

1）能夠合理地抽象和有效地模仿原型系統(tǒng)；

2）應(yīng)由反映系統(tǒng)本質(zhì)特征的一組最少的因素所構(gòu)成；

3）能夠充分、明確地表達(dá)出組成要素之間的有機(jī)聯(lián)系；

4）盡可能接近標(biāo)準(zhǔn)形式。2.3認(rèn)知模型2.3.1認(rèn)知模型概述信息加工有兩條重要的準(zhǔn)則：功能準(zhǔn)則和整體準(zhǔn)則，前者對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析綜合時(shí)，把握系統(tǒng)行為功能的相似，是行為功能模擬的準(zhǔn)則；后者強(qiáng)調(diào)從整體上優(yōu)化系統(tǒng)，是整體優(yōu)化的準(zhǔn)則。由于人類認(rèn)知活動(dòng)的復(fù)雜多樣性，難以建立一個(gè)囊括一切的認(rèn)知模型。通常根據(jù)模塊性假設(shè)認(rèn)為每一認(rèn)知功能有其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)原則，每一個(gè)認(rèn)知模型一般只反映一方面或若干方面的認(rèn)知特征。表中給出的是認(rèn)知科學(xué)研究的子領(lǐng)域及其相應(yīng)的認(rèn)知模型。子領(lǐng)域認(rèn)知模型子領(lǐng)域認(rèn)知模型知覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)短時(shí)記憶初級(jí)知覺和記憶程序、SOAR知識(shí)獲得語義網(wǎng)語言奎連的語義記憶系統(tǒng)、人類長(zhǎng)期記憶通用模型問題解決ACT、SOAR目前，認(rèn)知模型主要分為：以并行分布式處理為代表的聯(lián)結(jié)主義模型，以及以思維適應(yīng)性控制模型（ACT）和狀態(tài)、算子和結(jié)果模型（SOAR）為代表的符號(hào)主義模型。聯(lián)結(jié)主義認(rèn)知模型即人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。2.3認(rèn)知模型2.3.2物理符號(hào)系統(tǒng)1.概述所謂符號(hào)就是模式，任何一個(gè)模式，只要它可以和其它模式相區(qū)別，它就是一個(gè)符號(hào)。符號(hào)既可以是物理的符號(hào)，也可以是腦中的抽象符號(hào)，可以是計(jì)算機(jī)中的電子運(yùn)動(dòng)模式，也可以是腦中的神經(jīng)元的某種運(yùn)動(dòng)方式。例如，不同的英文字母、數(shù)字、漢字是不同的符號(hào)，感覺神經(jīng)元、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元也是不同的符號(hào)。

物理符號(hào)系統(tǒng)的基本任務(wù)和功能就是辨認(rèn)相同的符號(hào)、區(qū)分不同的符號(hào)。用物理符號(hào)系統(tǒng)主要是強(qiáng)調(diào)所研究的對(duì)象是一個(gè)具體的物質(zhì)系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)的構(gòu)造系統(tǒng)、人的神經(jīng)系統(tǒng)、大腦神經(jīng)元等。

物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)（PhysicalSymbolSystemHypothesis,PSSH）主要內(nèi)容包括：

1）物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)。物理系統(tǒng)表現(xiàn)智能行為的充分必要條件是：它是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)。充分性意味著任何物理符號(hào)系統(tǒng)都可以通過進(jìn)一步組織表現(xiàn)出智能行為，必要性意味著表現(xiàn)智能的任何物理系統(tǒng)將是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)的示例。2）智能行為就是人類所具有的那種智能。在某些物理限制下，實(shí)際上所發(fā)生的適合系統(tǒng)目的和適應(yīng)環(huán)境要求的行為。3）一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)包含由符號(hào)組成的符號(hào)結(jié)構(gòu)，以及在符號(hào)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行運(yùn)作的一系列過程。2.3認(rèn)知模型2.3.2物理符號(hào)系統(tǒng)1.概述大量的經(jīng)驗(yàn)材料為PSSH假設(shè)提供了證據(jù)。人工智能領(lǐng)域大量實(shí)踐和成果證明，任何足夠大的物理符號(hào)系統(tǒng)都可以通過進(jìn)一步組織而表現(xiàn)出一般智能。例如，1956年，國際商業(yè)機(jī)器公司IBM的研究小組通過電腦程序模擬人類學(xué)習(xí)的過程，開發(fā)出具有學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)能力的西洋跳棋程序。認(rèn)知心理學(xué)在建立人類符號(hào)行為模型方面也取得了相應(yīng)的成果，大量經(jīng)驗(yàn)材料表明，任何表現(xiàn)出智能的系統(tǒng)都可以經(jīng)分析被證明是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)。符號(hào)系統(tǒng)范例由輸入、輸出、控制、一組操作和記憶構(gòu)成。艾倫?紐維厄（AllenNewell）規(guī)定了十種操作符：分派、復(fù)制、寫、讀、輸入、做、退出、繼續(xù)、引用以及表現(xiàn)。2.3認(rèn)知模型2.3.2物理符號(hào)系統(tǒng)2.ACT模型

ACT模型是美國心理學(xué)家約翰?安德森于1976年建立，關(guān)于系統(tǒng)的整合與人腦如何進(jìn)行信息加工活動(dòng)的理論模型。

在ACT中，除了有長(zhǎng)期記憶以外，ACT還有關(guān)于活動(dòng)概念的短期工作記憶以及一個(gè)可編程的“產(chǎn)生式系統(tǒng)”。在ACT的基礎(chǔ)上，相繼提出不同版本的ACT系統(tǒng)。

ACT產(chǎn)生式系統(tǒng)的一般框架由陳述性記憶、程序性記憶和工作記憶三個(gè)記憶部分組成。外部世界的信息經(jīng)過編碼暫存在工作記憶中，需要長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)的信息放在陳述性記憶中；工作記憶包括傳入信息的編碼、提取的陳述性記憶中的信息和產(chǎn)生式記憶所執(zhí)行的信息。匹配過程是把工作記憶中的材料與產(chǎn)生式的條件相對(duì)應(yīng)，執(zhí)行過程是把產(chǎn)生式匹配成功所引起的行動(dòng)送到工作記憶中。2.3認(rèn)知模型2.3.2物理符號(hào)系統(tǒng)2.ACT模型在執(zhí)行前的全部產(chǎn)生式匹配活動(dòng)也稱為產(chǎn)生式應(yīng)用，在產(chǎn)生式應(yīng)用中還可以學(xué)習(xí)到新的產(chǎn)生式；最后的操作由工作記憶完成，這些規(guī)則就能夠得到執(zhí)行。

ACT模型將個(gè)體獲得新知識(shí)的過程表達(dá)成三個(gè)階段：第一個(gè)階段是陳述性階段，個(gè)體獲得有關(guān)現(xiàn)實(shí)的陳述性知識(shí)，并且運(yùn)用一般可行的程序來處理這些知識(shí)；第二階段，學(xué)習(xí)者通過形成新的產(chǎn)生式規(guī)則或用新規(guī)則代替舊規(guī)則，使得新舊知識(shí)產(chǎn)生聯(lián)系，稱為知識(shí)編輯階段；第三個(gè)階段是程序性階段，產(chǎn)生式可以被擴(kuò)展、概括、具體化，及根據(jù)使用程度不同得到強(qiáng)化或削弱，學(xué)習(xí)者形成與任務(wù)相適應(yīng)的產(chǎn)生式規(guī)律，將產(chǎn)生式規(guī)則寫回各子模塊中。2.3認(rèn)知模型2.3.2物理符號(hào)系統(tǒng)3.SOAR模型

SOAR模型是由紐維厄、萊爾德和羅森布魯姆于1987年提出的，被稱為“通用智能的一種框架”。

SOAR是一種理論認(rèn)知模型，以知識(shí)塊理論為基礎(chǔ)，利用基于規(guī)則的記憶，獲取搜索控制知識(shí)和操作符，能從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，不但可以記住自己是如何解決問題的，而且可以把這種經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)用于以后的問題求解。

SOAR的學(xué)習(xí)機(jī)制是由外部專家的指導(dǎo)來學(xué)習(xí)一般的搜索控制知識(shí)。

在SOAR問題求解過程中，如何利用知識(shí)空間中的知識(shí)非常重要。利用知識(shí)控制SOAR運(yùn)行的過程，大體上包括分析–決策–行動(dòng)。2.3認(rèn)知模型2.3.2物理符號(hào)系統(tǒng)3.SOAR模型

分析和決策階段是通過產(chǎn)生式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)生式的形式是C1∧C2∧…∧Cn→A，其中條件Ci是否成立取決于當(dāng)前環(huán)境和庫中的對(duì)象情況，A是一個(gè)動(dòng)作，它的內(nèi)容包括增加某些對(duì)象的信息量和投票情況等。

SOAR由被編碼為產(chǎn)生式規(guī)則的單一的長(zhǎng)時(shí)記憶以及被編碼為符號(hào)圖結(jié)構(gòu)的工作記憶組成。

基于符號(hào)的工作記憶存儲(chǔ)個(gè)體對(duì)當(dāng)前環(huán)境及情況的評(píng)估。利用長(zhǎng)時(shí)記憶回憶相關(guān)知識(shí)，經(jīng)過輸入、狀態(tài)描述、提議算子、比較算子、選擇算子、算子應(yīng)用、輸出這樣的決策循環(huán)選擇下一步操作，直到達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。

隨著研究的深入，研究人員不斷為SOAR加入新的功能模塊，比如語義記憶、情景記憶、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、可視化成像和聚團(tuán)機(jī)制等，并在模塊融合方面加以研究。2.3認(rèn)知模型2.3.3認(rèn)知計(jì)算

認(rèn)知計(jì)算源自模擬人腦的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人工智能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，如何實(shí)現(xiàn)類人腦的認(rèn)知與判斷，發(fā)現(xiàn)新的關(guān)聯(lián)和模式，做出正確的決策，顯得尤為重要，這給認(rèn)知計(jì)算技術(shù)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

從歷史上看，認(rèn)知計(jì)算是第三個(gè)計(jì)算時(shí)代。

第一個(gè)時(shí)代是制表時(shí)代，始于19世紀(jì)，進(jìn)步標(biāo)志是能夠執(zhí)行詳細(xì)的人口普查,以及支持社會(huì)保障體系。

第二個(gè)時(shí)代是可編程計(jì)算時(shí)代，興起于20世紀(jì)40年代，支持內(nèi)容包羅萬象，從太空探索到互聯(lián)網(wǎng)都包含其中。

第三個(gè)時(shí)代是認(rèn)知計(jì)算時(shí)代，與前兩個(gè)時(shí)代有著根本性的差異。認(rèn)知系統(tǒng)會(huì)從自身與數(shù)據(jù)、與人的交互中學(xué)習(xí)，能夠不斷自我提高。認(rèn)知系統(tǒng)不會(huì)過時(shí)，只會(huì)隨著時(shí)間推移變得更加智能。

認(rèn)知計(jì)算是一種全新的計(jì)算模式，涉及信息分析、自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，能夠幫助決策者從大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中揭示非凡的洞察。2.3認(rèn)知模型2.3.3認(rèn)知計(jì)算認(rèn)知計(jì)算的核心特點(diǎn)包括：

1）通過感知和互動(dòng)快速理解結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶之間的交互，從而理解、回答用戶的問題；

2）憑借假設(shè)生成技術(shù)，透過數(shù)據(jù)揭示洞察力、模式和關(guān)系，以多種方式進(jìn)行認(rèn)知，產(chǎn)出多種而不僅僅是一種結(jié)果；

3）借以證據(jù)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)能力，能夠從所有文檔中快速提取關(guān)鍵的信息，像人類學(xué)習(xí)和認(rèn)知，并通過追蹤用戶反饋和專家訓(xùn)練，不斷進(jìn)步，提升問題解決能力。2.3認(rèn)知模型2.3.3認(rèn)知計(jì)算由于人腦與計(jì)算機(jī)有著本質(zhì)區(qū)別，認(rèn)知計(jì)算的研究方向可分為近期目標(biāo)和遠(yuǎn)期目標(biāo)。

近期目標(biāo)是在計(jì)算機(jī)上盡可能像人類一樣實(shí)現(xiàn)具有輔助、理解、決策和洞察與發(fā)現(xiàn)的能力，通過研究人類的認(rèn)知機(jī)理，建立計(jì)算機(jī)認(rèn)知模型，然后用計(jì)算機(jī)模擬人類認(rèn)知過程以處理實(shí)際問題，比如目前正處于研究階段的機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言理解以及視聽覺信息處理等。

遠(yuǎn)期目標(biāo)是研究一個(gè)具有與大腦存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)相似的電子大腦，完全不同于目前的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理機(jī)理，而是像人腦一樣實(shí)現(xiàn)靈活而高深的認(rèn)知過程。

可以預(yù)期，認(rèn)知計(jì)算在人類生活的各個(gè)方面都將帶來根本性的改變，認(rèn)知計(jì)算系統(tǒng)能夠以對(duì)人類而言更加自然的方式與人類交互。

在教育領(lǐng)域，認(rèn)知計(jì)算通過實(shí)時(shí)分析技術(shù)，為學(xué)習(xí)者制定個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃并及時(shí)評(píng)估學(xué)習(xí)效果；在金融領(lǐng)域，認(rèn)知計(jì)算有助于精準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)控制；認(rèn)知商業(yè)將帶給企業(yè)和各個(gè)行業(yè)以全新的變革，重新定義一些工作內(nèi)容，產(chǎn)生更大的商業(yè)價(jià)值。2.4認(rèn)知科學(xué)應(yīng)用2.4.1在疾病診療中的應(yīng)用

自閉癥譜系障礙，簡(jiǎn)稱自閉癥，是一種發(fā)病于兒童早期的神經(jīng)機(jī)制異常的廣泛性發(fā)展障礙，主要表現(xiàn)為社會(huì)功能缺失、語言功能性缺陷和興趣行為刻板，對(duì)兒童有著嚴(yán)重的不良影響。自閉癥兒童存在語言、行為、情緒以及社會(huì)功能等認(rèn)知方面的異常。近年來，研究人員從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)角度積極對(duì)自閉癥的特征和深層機(jī)制進(jìn)行研究，特別是隨著PET、fMRI、ERP等技術(shù)快速發(fā)展，以及在自閉癥研究領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使得自閉癥的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制逐漸得到重視。認(rèn)知領(lǐng)域的研究成果在自閉癥的診斷與鑒別、康復(fù)與干預(yù)等方面具有重要的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。如：關(guān)鍵反應(yīng)訓(xùn)練（PivotalResponseTraining,PRT）是一種基于應(yīng)用行為分析、具有循證實(shí)踐支持的自閉癥兒童干預(yù)方法。

基于認(rèn)知理論的輔助溝通增強(qiáng)與替代（AugmentativeandAlternativeCommunication,AAC）是一種成熟的可用于自閉癥兒童的康復(fù)訓(xùn)練的干預(yù)方法。另外，由于自閉癥個(gè)體的思維方式是圖像