认知心理学 (中文) 10 - 三层次分析
三层次分析 The Tri-Level Hypothesis
本期内容旨在介绍这种分层分析方法。注意该方法现在仍广为流程但也存在争议，部分跨学科研究者认为这三个层次不足以解释问题的所有方面。
Marr的三层次理论：
对于一个信息加工系统的研究 / 研究认知科学问题，具有三个层次：
（1）计算层面 Computational (进化)：系统正在解决信息处理问题是什么 - 系统的目标是？
（2）算法/表征层面 Algorithmic/Representation (认知)：实现这个目标需要哪些信息处理步骤和计算？
（3）物理实现层面 Implementation/Physical (神经科学)：物理设备，例如生物体，实际上是如何执行这些信息处理步骤的？
该理论是在视觉科学的背景下开发的。
举例：鸟的飞翔
1. 计算层面：鸟在“飞”。
2. 算法层面：“扇动翅膀”来达到“飞行”的目标。
3. 实现层面：鸟的羽毛与身体构造实现了物理上对“算法目标”的实现。
问题举例：视觉
1. 计算层面
- 视觉的目的是什么？
- 为什么生物体以这种方式感知世界？
- 例如，为什么我们看到彩色？
2. 算法层面
- 系统如何吸收能量并将其转化为感知（主观经验）？
- 我们是如何看到颜色的？
问题：颜色恒常性
颜色恒常性Color Constancy：即使对象发出的光谱分布非常不同，它的颜色也往往被认为是相同的。当照射物体表面的颜色光发生变化时，人们对该物体表面颜色的知觉仍然保持不变的知觉特性。
对于某一个特定物体，由于环境（尤其是光照环境）的变化，使得该物体表面的反射谱不同。人类的视觉识别系统能够识别出这种变化，并能够判断出该变化是由光照环境的变化而产生的，当光照变化在一定范围内变动时，人类识别机制会在这一变化范围内认为该物体表面颜色是恒定不变的。
颜色知觉的恒常性与人的生活经验密切相关，一个由于眼部疾病而从来没有见过红色的人，在眼疾治愈后的光亮中初次见到红旗，可能确定它是红色的。但是如果他在黑暗处初次见到红旗，就不一定能把它“感知”为红色。因此，颜色恒常性是指人对物体颜色的知觉，与人的知识经验、心理倾向有关，不是指物体本身颜色的恒定不变。
如下图：这个杯子的两个箭头处颜色一致吗？
系统还将根据先前的经验（学习）对颜色进行“推断”。
3. 实现层面
- 视觉如何在人类中“实现”？
- 视觉涉及哪些感觉器官和大脑的区域？
- 人类的哪些部分进行工作以合并来自以下世界（能量，波长）的信息并依据以前的经验引起知觉？【答案：眼睛（视网膜），视觉皮层（枕叶）】
三层次分析 - 视觉：
1. 计算层面（进化）
- 为什么我们要看到彩色？
例答：因为颜色可以帮助我们分辨重要的物体，例如食物。
【这类答案通常基于进化论，看到颜色是进化优势】
2. 算法层面（认知）
- 我们是如何看到颜色的？
例答：来自世界的信息（能量、波长）以特定的方式与先前的经验相结合。
【描述涉及的所有“步骤”将构成算法层面的解释】
3. 实现层面（神经科学）
- 视觉涉及哪些感知器官和大脑的区域？
例答：眼、视网膜、视皮层。
Green的三层次分析：
Green’s Tri-Level Hypothesis
1. 行为Behavioral：一个人在某些任务task中的表现performance.
2. 认知Cognitive：行为基础背后的“设定的认知”或“情感系统”
3. 生物Biological：指大脑的性质。其中遗传、环境和社会因素会影响并调节认知系统。
基本问题：
- 对于正常的典型成年人，人类的X能力是什么？
- 正常的典型成年人如何（行使其能力达到）X？
- 正常的典型成年人的X能力与其 其余的认知能力如何相互作用？
计算假设Computational Assumption
（机械的，但不是还原性的）
- 链接假设：人的思想或大脑是一种计算设备（计算机）。因此，人类的认知能力在很大程度上由计算能力系统组成。
- 系统假设：计算机是一种能够通过输入、存储、操纵、输出该信息 实现自动输入、存储、操纵、输出信息的设备 - 这些信息处理是根据一组有效的规则进行的，这些规则在某种意义上在机器本身中是有效的。
表征假设Representational Assumption
- 链接假设：人的思想或大脑是一个表征的装置；因此，人类的认知能力由表征能力系统组成。
- 系统假设：表征设备是具有状态或内部包含表征实体的设备。任何表征形式都必须具有四个基本方面。
（1）将由表征载体实现；
（2）将代表一个或多个表征对象；
（3）表征关系将以某种方式生成并深入；
（4）将由一些当前存在的“解释器”解释（即，将作为其表示）。
方法论假设Methodological Assumptions
- 基本问题可以用狭义的信息处理术语来表达；
- 对人类认知的研究可以侧重于自然环境中的个体。文化和社会通过心理表征获得影响；
- 认知可以独立于情感和个性来研究；
- 每个认知能力可以独立研究；
- 我们可以区分“正常”和“异常”认知；
- 成年人足够相似，足以谈论“典型”认知。
其它假设
- 认知科学的解释性策略是合理的；
- 科学方法规则（经验数据）；
- 完整的认知理论需要所有认知科学子学科的贡献；
- 基本问题的信息处理答案受到神经科学的限制。
注意：Marr的理论与Green的理论等价：
1. 计算：行为、任务 - 人们在特定任务中会做什么？
2. 算法：认知 - 认知是行为的基础。
3. 实现：生物、大脑 - 受遗传、环境和发展因素影响的基本系统。
小结：
认知科学旨在理解世界上智能行动的过程和表征。它是通过建立和测试这些过程的显式模型来实现的。完整的模型至少具有3个级别：
- 计算（行为）；
- 算法（认知）；
- 实现（生物）。
本期内容到此结束，感谢您的阅读！下一期内容将是思维的“自动化”。
作者：離久-張所長
