本期內(nèi)容是關(guān)于心靈計(jì)算理論，前一部分有圖靈的相關(guān)內(nèi)容，可以移步前幾期復(fù)習(xí)下~ 不過不太了解也沒有關(guān)系！

復(fù)雜認(rèn)知/認(rèn)知心理學(xué)系列文集中文版文集！我們?nèi)绾巫兊萌绱寺斆?？我們是如何感知周圍的世界、學(xué)習(xí)語言、制定決策、記得過去、并預(yù)測未來的？大量的神經(jīng)組織如何思考？怎么樣產(chǎn)生想法？這些都是本系列專欄將嘗試回答或啟發(fā)思考的問題。

本系列主要分為三種內(nèi)容：第一種是傳統(tǒng)的講座形式的知識內(nèi)容，涵蓋不同的概念與例子；第二種是體驗(yàn)不同的認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)；第三種是不定期地對丹尼爾·卡尼曼的《思考，快與慢》這本心理學(xué)著作的閱讀與討論。

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心靈計(jì)算理論 The Computational Theory of Mind

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簡介

心靈計(jì)算理論，又名心智計(jì)算理論（Computational Theory of Mind, CTM），指的是一系列關(guān)于“人類心靈是一個訊息處理系統(tǒng)”的觀點(diǎn)。沃倫·麥卡洛克和沃爾特·皮茨（Warren McCulloch and Walter Pitts, 1943）為最早提出神經(jīng)活動是計(jì)算性的人。

心靈計(jì)算理論認(rèn)為，認(rèn)知和意識同為一種計(jì)算形式，心靈是一個由大腦神經(jīng)活動所實(shí)現(xiàn)的計(jì)算系統(tǒng)。“計(jì)算”通常是以圖靈機(jī)的方式來理解，圖靈機(jī)會根據(jù)規(guī)則并結(jié)合機(jī)器的內(nèi)部狀態(tài)來處理符號。

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圖靈機(jī)

圖靈的基本思想是用機(jī)器來模擬人們用紙筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程，他把這樣的過程看作下列兩種簡單的動作：

（1）在紙上寫上或擦除某個符號；

（2）把注意力從紙的一個位置移動到另一個位置；

而在每個階段，人要決定下一步的動作，依賴于：

（a）此人當(dāng)前所關(guān)注的紙上某個位置的符號，以及；

（b）此人當(dāng)前思維的狀態(tài)。

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以圖靈機(jī)的方式來理解計(jì)算的關(guān)鍵之處在于，我們可以將計(jì)算機(jī)的物理細(xì)節(jié)之外的本質(zhì)抽象出來。也就是說，只要輸出是基于“輸入及內(nèi)部狀態(tài)之處理”，并根據(jù)規(guī)則來執(zhí)行，計(jì)算就能夠透過硅芯片或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。因此，CTM認(rèn)為，心靈不只是一個類比于計(jì)算機(jī)程式的東西，心靈實(shí)際上是一個計(jì)算系統(tǒng)。

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在上期提到的論文中，圖靈（1950）指出數(shù)字計(jì)算機(jī)的包含三個部分：

Digital Computers?- Three parts?(Turing, 1950):

1. 存儲Store：記憶功能（長期和短期記憶）-?memory (long term & short term);

2. 控制Control：可以實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)的規(guī)則?- rules for achieving specific goals;

3. 執(zhí)行Executive：在存儲上實(shí)施規(guī)則（以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)） -?carries out rules on the store.

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心靈計(jì)算理論CTM

心靈計(jì)算理論認(rèn)為心智/大腦是一個信息處理系統(tǒng)；思維是一種計(jì)算形式(The human mind/brain is an information processing system; thinking is a form of computing)，其中包括：

a. 表征Representations (對應(yīng)于存儲store)：信息儲存在長期/短期的存儲器中information stored in long/short term memory;

b. 過程Processes (對應(yīng)于控制control)：信息被操縱以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)how information is manipulated to achieve goals. 其中“執(zhí)行Executive”被認(rèn)為是一種“過程Processes.”

該理論并不是說頭腦實(shí)際上是一臺數(shù)字計(jì)算機(jī)，而這是發(fā)展該理論的有用框架 - 用模型描述世界（例如日心說模型、細(xì)胞模型等等）。

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心智表征?Mental Representation?

心智表征，又稱為認(rèn)知表征。指的是一種假設(shè)性的內(nèi)在認(rèn)知符號，能夠表示外在現(xiàn)實(shí)（An internal cognitive symbol that represents?external reality）；或是指一種利用某種符號的心理過程。這種符號只是個形式。

心智表征指的是，實(shí)際上并不存在于感官中的事物的心理意象。舉例而言，讓你回憶一只貓，你能想到這只貓的顏色、聲音、氣味，甚至是手感。你無法真的聞到、摸到或看到這些事物，但是你可以想像這些。

心智表征都是一些“信息 information”以對應(yīng)外部世界的物體，比如貓 = 01100011。記錄的形式可能是圖片、數(shù)字等某種標(biāo)志。

心智表征是解釋和描述想法和概念的本質(zhì)的主要途徑之一。

它也能夠表現(xiàn)那些沒有經(jīng)驗(yàn)過或不存在的事物。比如說想像自己在火星或者是在一個你沒有去過的地方旅行，亦或是擁有第三頭六臂。這些事物不是沒有發(fā)生就是根本不可能存在。雖然視覺意象比較可能被記住，心理意象則可能包括所有種類的知覺形式的任何一種表現(xiàn)，例如，聽覺、嗅覺、味覺等。

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過程?Processes

過程是關(guān)于如何處理信息以實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)的心理“程序”或“規(guī)則”?- mental “programs”?or “rules”?for how to process information to achieve specific goals, 舉例有：

- 人臉識別Face detection：看到熟人，結(jié)合記憶中的人臉，回憶起該人的一些事情等等；

- 閱讀Reading;

- 做算術(shù)Arithmetic;

- 空間導(dǎo)航（記住家在哪里）Spatial navigation;

- 解決問題Problem solving.

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CTM理論的意義：

[1] 它改變/塑造了我們研究的問題：

信息處理Information Processing

- 感知Perception：來自世界的能量/事物如何轉(zhuǎn)化為大腦中的信息？

- 學(xué)習(xí)Learning：我們?nèi)绾巫R別和使用世界上可靠的信息資源？

- 注意Attention：我們?nèi)绾侮P(guān)注世界上的可靠信息？如何忽視不可靠的信息？

- 記憶Memory：我們存儲什么信息？我們?nèi)绾未鎯Σz索它？

- 語言Language：我們?nèi)绾喂蚕硇畔ⅲ?/span>

- 推理Reasoning：我們?nèi)绾问褂眯畔磉M(jìn)行決定？

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[2] 知識的應(yīng)用（例如：治療心理“失調(diào)”）

- 認(rèn)知行為療法（CBT）基于計(jì)算心理理論；

- CBT的想法：如果我們可以改變?nèi)藗兲幚硇畔⒌姆绞?，我?/span>就可以幫助別人。

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[3] 它改變了“智能intelligence”的定義

-?“智能”是一種感知和適應(yīng)環(huán)境的復(fù)雜形式；

-?“智能”不是屬于人類的專屬財(cái)產(chǎn)，例如植物可以適應(yīng)環(huán)境以達(dá)到生存的目的；

-?該理論指出計(jì)算機(jī)有可能“智能地”運(yùn)行。

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但是，人們?nèi)绾我圆煌姆绞?/span>進(jìn)行思考呢？情緒Emotion又怎樣解釋呢？

解釋：一切都是（不同種類的）“信息”：

- 感覺Sensation是“信息”；

- 情感Emotion是“信息”；

- 認(rèn)知Cognition是“信息”；

- 諸如感知、注意力、記憶、語言和推理之類的認(rèn)知過程就是對這些不同這類的“信息”的操作 (operations over the information);

- 我們的主觀經(jīng)驗(yàn)來自這些系統(tǒng)（過程Processes）的相互作用。

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認(rèn)知科學(xué)家普遍認(rèn)為“情感Emotion”也是“信息”。

人工智能專家、心理學(xué)與認(rèn)知科學(xué)教授?加里·馬庫斯Gary Marcus曾說過:

“There is a popular argument that human brains are capable of generating emotions, whereas computers are not. But while computers as we know them clearly lack emotions, that fact itself doesn’t mean that emotions aren’t the product of computation. On the contrary, neural systems like the amygdala that modulate emotions appear to work in roughly the same way as the rest of the brain does, which is to say that they transmit signals and integrate information, and transform inputs into outputs. As any computer scientist will tell you, that’s pretty much what computers do.”

大意是：“有一個流行的論點(diǎn)，即人腦能夠產(chǎn)生情感，而計(jì)算機(jī)卻不能。但是，盡管我們所知的計(jì)算機(jī)顯然缺乏情感，事實(shí)本身卻并不意味著情感不能是計(jì)算的產(chǎn)物。相反，像杏仁核這樣的調(diào)節(jié)情緒的神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)得與大腦其余部分的工作原理大致相同；也就是說，它們傳輸信號并整合信息，將輸入轉(zhuǎn)換為輸出。正如任何計(jì)算機(jī)科學(xué)家都會告訴您的那樣，這幾乎就是計(jì)算機(jī)的功能。”【注：加里·馬庫斯并不支持圖靈測試?！?/span>

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[4] 該理論為我們提供了一種實(shí)施和測試?yán)碚摰姆椒ā?/span>

我們（認(rèn)知科學(xué)）的目標(biāo)：

了解使我們能夠思考和行動的表征形式和過程 (representations and processes) ；通過將它們實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序，使我們可以對其進(jìn)行測試；并經(jīng)常帶來有益的技術(shù)進(jìn)步，例如：讓機(jī)器人完成人臉識別、自動駕駛汽車、Siri等讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行類似人類的操作。

因此該理論為我們提供了一種實(shí)施和測試?yán)碚摰姆椒ǎ何覀兛梢宰層?jì)算機(jī)來模擬人類的行為等。

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一個問題?A Problem

- 盡管我們知道“認(rèn)知”存在，但很難看到。

- 我們無法真正直接對其進(jìn)行衡量。

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一個比喻?An analogy

- 磁性Magnetism很難看到或觸碰到，但我們知道它在那里。

- 我們只能間接地測量它。我們可以衡量它對其他事物的影響。

- 認(rèn)知也是如此。

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研究方法?Methods

[1] 內(nèi)省?Introspection

內(nèi)省是心理學(xué)的基本研究方法之一。內(nèi)省法又稱自我觀察法。它是發(fā)生在內(nèi)部的，我們自己能夠意識到的主觀現(xiàn)象。

例如，我能夠認(rèn)出熟人，就讓我仔細(xì)回想認(rèn)出熟人的整個過程。

內(nèi)省是對自己的心理的檢查或者觀察的過程，它是一種用來研究認(rèn)識的本質(zhì)的一種有明顯缺陷的方法。

由于內(nèi)省極具主觀性，內(nèi)省法長久以來都存在爭議 - 它是否客觀或可靠。

在早期，認(rèn)知科學(xué)家將人的主觀經(jīng)驗(yàn)分為四個部分：質(zhì)量quality、強(qiáng)度intensity、持續(xù)時間duration、清晰程度clarity來描述內(nèi)省的體驗(yàn)。結(jié)果并不樂觀，人們的描述側(cè)重點(diǎn)各不相同。

另外內(nèi)省也可看作自我反省，可以理解為儒家強(qiáng)調(diào)的自我思考。

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[2] 測試/測驗(yàn) - 更好地控制了表現(xiàn)與指標(biāo)；

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[3] 反應(yīng)時?Reaction time, RT

反應(yīng)時是心理學(xué)中最常用的反應(yīng)變量之一，它不是指執(zhí)行反應(yīng)的時間，而是指對有機(jī)體施加刺激之后一直到有明顯反應(yīng)出現(xiàn)時所需要的時間。即刺激至反應(yīng)的時間間隔。任何心理活動都需要一定的時間，因此幾乎所有的心理學(xué)研究都可以應(yīng)用反應(yīng)時的原理和方法。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)：斯特魯普效應(yīng)

斯特魯普效應(yīng)是由美國的實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家約翰·萊德利·斯特魯普于1935年提出的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中，將一個顏色的名稱（比如“藍(lán)色Blue”）以不是它所代表的顏色顯示時（比如用紅色來顯示“藍(lán)色Blue”），對比于文字及其顏色一致時（藍(lán)色顯示的“藍(lán)色Blue”），前者必須花較長的反應(yīng)時間來辨識文字的顏色，且辨識過程也更容易出錯。

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[4] 生理測試?Physiological Measures

行為主義Behaviorism主張心理學(xué)應(yīng)該研究可以被觀察和直接測量的行為，反對研究沒有科學(xué)根據(jù)的意識。行為主義認(rèn)為科學(xué)即是需要觀察，使用自省Introspection的方法對科學(xué)研究不會有進(jìn)展。行為主義不處理明顯可操作的可觀測變量，而是專注于我們可以觀察到的，例如刺激Stimuli、反應(yīng)Responses，而不是內(nèi)省的主觀經(jīng)驗(yàn)。

不同的生理措施包括眼動追蹤Eye tracking、大腦措施（影像）Brain measures、病變研究Lesion studies、手術(shù)干預(yù)Surgical interventions等。

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記憶廣度測試

當(dāng)我們考慮將思維視為一臺計(jì)算機(jī)，自然會問：

????- 我們可以在內(nèi)存中存儲多少信息？

????- 它取決于信息的種類嗎？

記憶廣度測試是一種行為測試，我們可以觀察并測量該任務(wù)以找到這些問題的答案。我們會在下一期具體介紹記憶廣度及測試。

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本期內(nèi)容到此結(jié)束，感謝您的閱讀！下期內(nèi)容將是對記憶廣度測試的介紹！