认知心理学 (中文) 4 - 心灵计算理论
本期内容是关于心灵计算理论，前一部分有图灵的相关内容，可以移步前几期复习下~ 不过不太了解也没有关系！
复杂认知/认知心理学系列文集中文版文集！我们如何变得如此聪明？我们是如何感知周围的世界、学习语言、制定决策、记得过去、并预测未来的？大量的神经组织如何思考？怎么样产生想法？这些都是本系列专栏将尝试回答或启发思考的问题。
本系列主要分为三种内容：第一种是传统的讲座形式的知识内容，涵盖不同的概念与例子；第二种是体验不同的认知科学实验；第三种是不定期地对丹尼尔·卡尼曼的《思考，快与慢》这本心理学著作的阅读与讨论。
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心灵计算理论 The Computational Theory of Mind
简介
心灵计算理论，又名心智计算理论（Computational Theory of Mind, CTM），指的是一系列关于“人类心灵是一个讯息处理系统”的观点。沃伦·麦卡洛克和沃尔特·皮茨（Warren McCulloch and Walter Pitts, 1943）为最早提出神经活动是计算性的人。
心灵计算理论认为，认知和意识同为一种计算形式，心灵是一个由大脑神经活动所实现的计算系统。“计算”通常是以图灵机的方式来理解，图灵机会根据规则并结合机器的内部状态来处理符号。
图灵机
图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程，他把这样的过程看作下列两种简单的动作：
（1）在纸上写上或擦除某个符号；
（2）把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置；
而在每个阶段，人要决定下一步的动作，依赖于：
（a）此人当前所关注的纸上某个位置的符号，以及；
（b）此人当前思维的状态。
以图灵机的方式来理解计算的关键之处在于，我们可以将计算机的物理细节之外的本质抽象出来。也就是说，只要输出是基于“输入及内部状态之处理”，并根据规则来执行，计算就能够透过硅芯片或神经网络来实现。因此，CTM认为，心灵不只是一个类比于计算机程式的东西，心灵实际上是一个计算系统。
在上期提到的论文中，图灵（1950）指出数字计算机的包含三个部分：
Digital Computers - Three parts (Turing, 1950):
1. 存储Store：记忆功能（长期和短期记忆）- memory (long term & short term);
2. 控制Control：可以实现特定目标的规则 - rules for achieving specific goals;
3. 执行Executive：在存储上实施规则（以实现目标） - carries out rules on the store.
心灵计算理论CTM
心灵计算理论认为心智/大脑是一个信息处理系统；思维是一种计算形式(The human mind/brain is an information processing system; thinking is a form of computing)，其中包括：
a. 表征Representations (对应于存储store)：信息储存在长期/短期的存储器中information stored in long/short term memory;
b. 过程Processes (对应于控制control)：信息被操纵以实现目标how information is manipulated to achieve goals. 其中“执行Executive”被认为是一种“过程Processes.”
该理论并不是说头脑实际上是一台数字计算机，而这是发展该理论的有用框架 - 用模型描述世界（例如日心说模型、细胞模型等等）。
心智表征 Mental Representation
心智表征，又称为认知表征。指的是一种假设性的内在认知符号，能够表示外在现实（An internal cognitive symbol that represents external reality）；或是指一种利用某种符号的心理过程。这种符号只是个形式。
心智表征指的是，实际上并不存在于感官中的事物的心理意象。举例而言，让你回忆一只猫，你能想到这只猫的颜色、声音、气味，甚至是手感。你无法真的闻到、摸到或看到这些事物，但是你可以想像这些。
心智表征都是一些“信息 information”以对应外部世界的物体，比如猫 = 01100011。记录的形式可能是图片、数字等某种标志。
心智表征是解释和描述想法和概念的本质的主要途径之一。
它也能够表现那些没有经验过或不存在的事物。比如说想像自己在火星或者是在一个你没有去过的地方旅行，亦或是拥有第三头六臂。这些事物不是没有发生就是根本不可能存在。虽然视觉意象比较可能被记住，心理意象则可能包括所有种类的知觉形式的任何一种表现，例如，听觉、嗅觉、味觉等。
过程 Processes
过程是关于如何处理信息以实现特定目标的心理“程序”或“规则” - mental “programs” or “rules” for how to process information to achieve specific goals, 举例有：
- 人脸识别Face detection：看到熟人，结合记忆中的人脸，回忆起该人的一些事情等等；
- 阅读Reading;
- 做算术Arithmetic;
- 空间导航（记住家在哪里）Spatial navigation;
- 解决问题Problem solving.
CTM理论的意义：
[1] 它改变/塑造了我们研究的问题：
信息处理Information Processing
- 感知Perception：来自世界的能量/事物如何转化为大脑中的信息？
- 学习Learning：我们如何识别和使用世界上可靠的信息资源？
- 注意Attention：我们如何关注世界上的可靠信息？如何忽视不可靠的信息？
- 记忆Memory：我们存储什么信息？我们如何存储并检索它？
- 语言Language：我们如何共享信息？
- 推理Reasoning：我们如何使用信息来进行决定？
[2] 知识的应用（例如：治疗心理“失调”）
- 认知行为疗法（CBT）基于计算心理理论；
- CBT的想法：如果我们可以改变人们处理信息的方式，我们就可以帮助别人。
[3] 它改变了“智能intelligence”的定义
- “智能”是一种感知和适应环境的复杂形式；
- “智能”不是属于人类的专属财产，例如植物可以适应环境以达到生存的目的；
- 该理论指出计算机有可能“智能地”运行。
但是，人们如何以不同的方式进行思考呢？情绪Emotion又怎样解释呢？
解释：一切都是（不同种类的）“信息”：
- 感觉Sensation是“信息”；
- 情感Emotion是“信息”；
- 认知Cognition是“信息”；
- 诸如感知、注意力、记忆、语言和推理之类的认知过程就是对这些不同这类的“信息”的操作 (operations over the information);
- 我们的主观经验来自这些系统（过程Processes）的相互作用。
认知科学家普遍认为“情感Emotion”也是“信息”。
人工智能专家、心理学与认知科学教授 加里·马库斯Gary Marcus曾说过:
“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：“有一个流行的论点，即人脑能够产生情感，而计算机却不能。但是，尽管我们所知的计算机显然缺乏情感，事实本身却并不意味着情感不能是计算的产物。相反，像杏仁核这样的调节情绪的神经系统表现得与大脑其余部分的工作原理大致相同；也就是说，它们传输信号并整合信息，将输入转换为输出。正如任何计算机科学家都会告诉您的那样，这几乎就是计算机的功能。”【注：加里·马库斯并不支持图灵测试。】
[4] 该理论为我们提供了一种实施和测试理论的方法。
我们（认知科学）的目标：
了解使我们能够思考和行动的表征形式和过程 (representations and processes) ；通过将它们实现为计算机程序，使我们可以对其进行测试；并经常带来有益的技术进步，例如：让机器人完成人脸识别、自动驾驶汽车、Siri等让计算机进行类似人类的操作。
因此该理论为我们提供了一种实施和测试理论的方法：我们可以让计算机来模拟人类的行为等。
一个问题 A Problem
- 尽管我们知道“认知”存在，但很难看到。
- 我们无法真正直接对其进行衡量。
一个比喻 An analogy
- 磁性Magnetism很难看到或触碰到，但我们知道它在那里。
- 我们只能间接地测量它。我们可以衡量它对其他事物的影响。
- 认知也是如此。
研究方法 Methods
[1] 内省 Introspection
内省是心理学的基本研究方法之一。内省法又称自我观察法。它是发生在内部的，我们自己能够意识到的主观现象。
例如，我能够认出熟人，就让我仔细回想认出熟人的整个过程。
内省是对自己的心理的检查或者观察的过程，它是一种用来研究认识的本质的一种有明显缺陷的方法。
由于内省极具主观性，内省法长久以来都存在争议 - 它是否客观或可靠。
在早期，认知科学家将人的主观经验分为四个部分：质量quality、强度intensity、持续时间duration、清晰程度clarity来描述内省的体验。结果并不乐观，人们的描述侧重点各不相同。
另外内省也可看作自我反省，可以理解为儒家强调的自我思考。
[2] 测试/测验 - 更好地控制了表现与指标；
[3] 反应时 Reaction time, RT
反应时是心理学中最常用的反应变量之一，它不是指执行反应的时间，而是指对有机体施加刺激之后一直到有明显反应出现时所需要的时间。即刺激至反应的时间间隔。任何心理活动都需要一定的时间，因此几乎所有的心理学研究都可以应用反应时的原理和方法。
相关实验：斯特鲁普效应
斯特鲁普效应是由美国的实验心理学家约翰·莱德利·斯特鲁普于1935年提出的效应。实验中，将一个颜色的名称（比如“蓝色Blue”）以不是它所代表的颜色显示时（比如用红色来显示“蓝色Blue”），对比于文字及其颜色一致时（蓝色显示的“蓝色Blue”），前者必须花较长的反应时间来辨识文字的颜色，且辨识过程也更容易出错。
[4] 生理测试 Physiological Measures
行为主义Behaviorism主张心理学应该研究可以被观察和直接测量的行为，反对研究没有科学根据的意识。行为主义认为科学即是需要观察，使用自省Introspection的方法对科学研究不会有进展。行为主义不处理明显可操作的可观测变量，而是专注于我们可以观察到的，例如刺激Stimuli、反应Responses，而不是内省的主观经验。
不同的生理措施包括眼动追踪Eye tracking、大脑措施（影像）Brain measures、病变研究Lesion studies、手术干预Surgical interventions等。
记忆广度测试
当我们考虑将思维视为一台计算机，自然会问：
- 我们可以在内存中存储多少信息？
- 它取决于信息的种类吗？
记忆广度测试是一种行为测试，我们可以观察并测量该任务以找到这些问题的答案。我们会在下一期具体介绍记忆广度及测试。
本期内容到此结束，感谢您的阅读！下期内容将是对记忆广度测试的介绍！
