超普通心理学/语言与思考/认知科学

认知、认知科学与心理学

语言与脑部

美国加州理工学院罗杰·斯佩里等人的研究发现脑半球左右两侧的语言功能是不对称的。这个现象在一般人身上不易察觉，因为胼胝体会连接两个半球，而在被切除胼胝体的患者身上较易察觉。正常人的左脑一般具有语文优势，这个性质称为语言的脑侧画（hemispheric lateralization）。实验团队利用双耳分听（dichotic listening：一种以实验听觉与注意之间的关系的特殊设计，让受试者用两个耳机同时收听两个讯息）的情况来验证这个说法。不过随着脑造影与脑电波的研究发展，发现左脑与右脑都会负责语言的功能，不过所着重的性质向度有异。例如在语音层次，左脑负责一般语素的处理，右脑负责声调与音律。

• 脑侧化与性别

人脑胼胝体结构上，女性相较男性有较多胼胝体连结，允许两个脑半球产生更多讯息交换。例如在判断音韵时，男性的脑区活动仅限于左脑，女性的脑区活动则分布于左脑与右脑；车祸案例中，当损伤部位为左脑时，男性的语言能力损伤较女性严重，可知女性的右脑可以弥补左脑的损伤，而男性较无此机制。也就是说男性语言的脑侧化较为集中在左脑，女性的脑侧化则相对不明显。

• 右耳优势

在双耳分听的情况下，对于右利者（惯用右手者）而言，传进右耳的语文材料相较于左耳更易被传递至左脑进行分辨；左利者则有50%相反。结论可得对于大部分人而言，右耳接收到的听觉讯息会较强烈的送至左脑。

• 右视野优势

视觉呈现时间很短（约100-150ms），眼睛来不及移动时，右视野的刺激投射至左脑，结果显示语文刺激呈现于右视野的反应较左视野快。

另外，特定脑伤后会造成语言异常。根据历史记载，早在三千多年前埃及人就记载敲击颞骨（temporal bone）会造成失语的症状，我们早期对于大脑与语言的了解大部分也来自脑部受到损伤后对语言造成的损害的观察。1861年法国精神学家保罗·布罗卡在失语病人的左额下回区找到了语言发动区，后来这个区域就被命名为布罗卡氏区。

语言异常的例子

• 失语症（aphasia）

失语症是因为后天大脑语言区的损伤，导致理解及表达语言能力的障碍。失语症可能因脑中风、大脑栓塞、颅内出血、头部外伤、脑部肿瘤或感染等引发。患者可能在听、说、读、写的语言能力上，有不同程度的表达障碍，但其智力并不会受到影响。换句话说，失语症与感觉、智力、精神疾病等都不相关，在失语症中最普遍的病症为命名失语症（anomic aphasia），指运用字词有困难的病状。失语症也会影响视觉语言，如手语。与此相反的是，日常沟通使用的惯用语往往被保留下来。

失语症类别	受损脑区	症状
表达性失语症	布罗卡区（Broca areas）	患者可以理解语言，但讲话缓慢不连贯。 例如某患者失去了询问他人生日的语言能力，但依然可以唱生日歌。
理解型失语症	韦尼克区（Wernicke areas）	患者无法理解语言，虽然可以讲话很流畅但没有意义。

• 错语症（paraphasia）

又称言语错乱。表达性失语症的一种。患者虽能听懂一些词，但不能正确地说出来，常用错词。所选的词的发音亦常歪曲，以致言语使人难以理解。

• 失写症（agraphia）

又称书写困难，是一种以手写字所产生的学习不利现象，与大脑优势半球额叶中部后侧脑回部的运动性书写中枢损害有关，跟阅读能力或是智能障碍无关。书写障碍分为三种类型：阅读书写障碍、动作书写障碍以及空间书写障碍，通常许多儿童会合并两到三种类型。书写障碍者通常还是可以写字，但是缺乏某些精细动作技巧，例如绑鞋带就有困难。

• 阅读困难（dyslexia）

是描述在智力无缺损的状况下，对于阅读和书写文字具有困难的症状。严重程度因人而异，症状包括难以拼出单字，难以快速朗读字词、无法专注阅读、难以连续书写、无法言说脑中的字汇，或无法理解阅读的内容。这些症状往往最先在学校时发现。患者对于学习依然有所渴望，但其无法控制这些症状。

• 口吃（stuttering）

是描述在智力无缺损的状况下的一种言语交流障碍。说话时会出现不自然的停顿、重复、拉长和断断续续，严重者还会有摆手、耸肩、眨眼等不自然的肢体动作。和失语症不同，口吃能正常组织词句。此外，部分口吃患者的口吃程度会随着环境给予的压力和自身焦虑程度有关。有学者认为在不同活动中，语言发生的机制和其他情境不同，而有不同结果。例如有些患者在打电话时口吃症状会加重；独处或阅读时症状会减轻。口吃的病理机制尚未完全探明，目前认为和遗传、神经生理、家庭和社会多方面都有关系。

认知与思考

认知是个体对于外界事物进行了解的过程，包含内容和历程两个部分。内容是我们知道的东西──如概念、事实、论述、规则和记忆等，历程则是我们如何运用这些已知的内容。用口语解释认知，就是我们“在想什么？”和我们是“怎么想的？”。认知又为表征(representation)以及思考交互作用下的结果，表征能够限制思考，而思考能够强化表征。

• 心智表征(mental representation)：对应认知的“内容”部分，是外在事物在内心被代表、处理或储存的方式，包含图像、概念等。以视觉表征(visual representation)为例，当我们被询问乒乓球与篮球哪个体积比较大的时候，若无法将两者摆在一起进行比较，我们就会以内心记忆的图像比较两者大小，这个图像即是外在世界所对应的心智表征。

• 思考：对应认知的“历程”部分，又称认知历程。人们不断地从外界接收刺激，经由大脑选择讯息构成记忆，并整理为具有意义和架构的知识。当具备充足的知识后，人们借由“思考”的过程，利用长期记忆中的讯息（知识）去达成特定目的或完成某项事务。认知历程包含多项高阶的心智能力，包含感知、记忆、使用语言、抽象思考，与解决问题，甚至我们还能够以现有的知识创造出新的知识。思考包含了（1）知觉和理解世界、（2）与他人进行交流，以及（3）解决生活中所遭遇问题这三种能力（赖惠德，2016）。

认知科学（Cognitive Science）

认知科学是建立在对感知、智能、语言、计算、推理甚至意识等诸多现象的研究和模型化上，研究心智和其如何与周围世界交互作用。

• 研究项目：包括语言学、人类学、心理学、神经科学、哲学和人工智能等跨学科的新兴科学。
• 研究对象：人类、动物和人工智能机制的理解和认知，亦即能够获取、储存、传播知识的信息处理的复杂体系。

认知科学为一种跨学科的领域，内容涵盖各种领域的贡献，包含心理学、神经科学、语言学、精神哲学、计算机科学、人类学、社会学及生物学，但并非所有与心智或者智力的运作相关的课题都属于认知科学：社会与文化因素、情感、意识、动物认知、比较心理学及进化心理学，常常因为其关键的哲学争议被排除在外，抑或不被重视。另一个认知科学试图回避的心智相关课题是感知的存在，有关它的讨论有时会将其限定於哲学上的概念；也有一些认知科学的团体认为它是必不可少的课题。关于应该如何理解心智，有两种不同的观点：

• 它是由无数独立的、微小的元素（也就是神经元）的组合构成。
• 它是一些高级的结构，例如符号、构想、计划与规则的聚合。

认知科学相关课题

• 人工智能

研究人工智能的认知，过程中以计算机模拟使用模仿的手段，研究人类的智能是如何构成的。

早期的研究者们使用联结主义对心智进行研究，而后继者们把研究重点转向了符号计算。从某个角度来说，这个争议可以理解为：“计算机是否可能不需要具体模拟人脑神经元的活动，就能模拟人脑的功能？”

何谓“智能”牵涉到其它诸如意识（Consciousness）、自我（Self）、思维（Mind）（包括无意识的思维（Unconscious mind））等问题。人类普遍认为，智能是人本身的智能，但我们对自身智能的理解其实非常有限，对构成人的智能的必要元素也了解有限，因此当我们在创造人工智能时除了会有技术方面的问题，对智能的看法也会影响整个发展的走向，所以人工智能的研究往往涉及对人的智能本身的研究，其它关于动物或其它人造系统的智能也普遍被认为是人工智能相关的研究课题。

• 注意

脑部对重要信息的筛选。注意力亦被比作聚光灯，也就是人只能把灯光照向一组特定的信息，其它组则容易被忽略。支持这个比喻的实验包括双耳分听实验（Cherry, 1957）和无意视盲的研究（Mack and Rock, 1998）。在双耳分听的实验中，测试者的双耳分别听到不同的信息，并被告知需要注意其中一边。实验结束后，询问测试者有关未注意的那一边的信息，则无法正确回答。在无意视盲的实验中,实验者会播放一个简短的影像,影像上呈现两组身穿白色和黑色球衣的运动员在相互传球,测试者被要求数白队或黑队队员的传球次数,播放中段会有一个穿着黑猩猩衣服的人从一边出现,径直走入人群中间,再从另一边离开。当实验结束后,询问测试者是否有看到异常的现象出现,有56%的观察者没有注意到黑猩猩。

• 语言

学习与理解语言是一个极端复杂的过程。所有正常人类，都可以在生命的最初几年里熟练地学会语言。理论语言学领域的一个主要推动力，就是发现语言的抽象本质，这个本质使语言能够以这种方式被人所学习。

在研究脑如何处理语言的领域里，有几个核心的问题：

• 语言知识在何种程度上是天生的，何种程度上是习得的？
• 为何成年人学习第二语言比儿童学习母语要困难？
• 人类是如何理解自然语言的？

对于语言的研究，涵盖从语音的声音模式到词义以及整句意义等。语言学通常把语言现象分为正写法、语音学、音位学、词法学、语法学、语义学及语用学。而语言的许多面向，都可透过上述学科，抑或是学科间的相互交叉来研究。认知科学对于语言的研究和语言学领域紧密相连。近50年来，越来越多研究者将语言的学习和使用看作一种认知现象，关注的主要问题是语言是如何被习得和使用，以及它具体是如何构成的。

语言学家发现，当人在组织一个结构复杂的句子时，他们明显不知道是何种规则构成了他们所说的话。在任何情况下，若言语真的由某种规则控制，这个规则也并没有在有意识的考虑中出现。故语言学家必须诉诸间接的方法来了解这些规则是什么，以及其是否真的存在。

• 学习与发展心理

学习与心理发展，是人类逐渐获得资讯与知识的过程。孩童出生时并不具备知识，或只拥有很少的知识，而这取决于如何去定义“知识”。然而，如何解释孩童能迅速地学会语言、行走、以及识别人和物体的机制，就是学习和心理发展研究的目的。

发展认知研究的主要问题，就是在研究什么程度上这种能力是先天的，以及何种程度上是学习得来的。这个问题通常会放在先天与后天辩论的问题框架内。先天论者强调生物体的特征由基因先天决定；相反，经验主义者强调这些能力是从环境中习得。众所皆知，对于孩童的正常成长来说，基因和环境刺激是必需的，但是关于基因讯息如何指导认知发展，还存在一定的争论。在语言习得的研究领域中，一些人认为蕴藏着通用语法的特定信息一定包含在基因中，然而也有人认为这样的观点在生物学上不成立，认为基因决定了认知系统的框架，但是类似“语法如何运作”这样的特定事实，只能从经验中来学习。

• 记忆

我们使用记忆储存信息，以供日后使用。其中包含瞬间记忆、短期记忆和长期记忆。瞬间记忆只会停留在脑中几秒，短期记忆则在较短时间内保存讯息，而长期记忆可以将讯息保留较长的时间，但长期记忆的实际容量上限仍未知。

记忆也常被划分为陈述性记忆和程序性记忆。陈述性记忆分为语义记忆及情节记忆，分别意指我们对于特定事实和知识的记忆及特定意义和经验的记忆。程序性记忆是指我们对于动作和运动组合的记忆，有时也被称作内隐记忆或内隐知识。

而认知科学研究多着重在记忆是如何基于认知过程，以及认知和记忆之间的联系。例如，当人重新唤起一个忘记了很久的记忆时，究竟经历了怎样的精神过程？或者再认（recognition，根据上下文或者其他迹象回想起记忆）与回忆（recall，唤回一个记忆）的认知过程有何区别？

• 神经科学

神经科学可以分为行为神经生理学、神经心理学、认知神经科学等等。通过现代神经科学可以更深入的了解从看到，到作出反应的过程之间的原理。

知觉是从感官中提取，并以某种方式处理信息的能力，继而以行为表达。而视觉和听觉是我们感知环境的两种最主要方式，触觉、体感、嗅觉及味觉刺激的研究，也属于神经科学研究的主题之下。

视觉知觉研究中包含许多问题，例如：

• 我们如何辨认物体？
• 我们如何在只看到物体的一小部分时，就能辨认出是什么东西。

为了研究大脑活动，科学家们使用了各种神经影像技术，其中包括功能性磁共振成像（fMRI）、脑电图（EEG）和磁脉冲法（MEG）。fMRI通过检测血氧水平的变化来间接测量神经活动，提供了高空间分辨率的大脑影像。而EEG则通过记录大脑皮层的电活动，提供了高时间分辨率的大脑活动信息。相比之下，MEG利用大脑产生的磁场记录大脑电活动，具有更好的空间分辨率和对深层脑区域的记录效果。这些神经影像技术使得研究者能够更好地理解大脑活动的时间和空间特征，从而深入研究感知、注意、记忆等大脑功能的运作机制。

• 自然语言处理（Natural Language Processing）

为语言学与人工智能两者的结合，探讨如何处理与理解自然语言，主要分为认知、理解、生成三部分。认知与理解是让电脑将自然语言转换为符号以及符号之间的关系，生成则是将符号数据转换为自然语言。

认知心理学

认知心理学主要研究心智功能，包括知觉、注意、记忆、语言、思考、解决问题跟智力等。认知心理学的主题十分多样化，但是特别着重在获取知识的方法，和用知识形塑、了解经验。认知心理学的兴起是西方心理学发展中的一个巨大变化。有些人说它是一个新学派，有些人说它是一个新方向，更多的人则赞同美国心理学家库恩（Dennis Coon）的观点，称其为一个新“范式(Paradigm)”。库恩把科学中新旧范式的更替称为科学革命。一些美国心理学家正是在这个意义上认为，认知心理学的出现是美国心理学发展中的第二次革命。

在心理学研究对象上，行为主义主张研究外显的、可观察的行为，而不管内部的心理过程；认知心理学则把研究重点转移到了内部心理过程。在研究方法上，行为主义强调严格的实验室方法，排斥一切主观经验的报告；认知心理学则既重视实验室实验，也重视主观经验的报告。对于认知心理学家来说，改变外部条件并不是目的，它只是揭示知识结构的辅助手段。

认知心理学重视心理学研究中综合的观点，强调各种心理过程之间的相互联系、相互制约。并企图把全部认知过程统一起来，认为注意、知觉、记忆、思维等认知现象是交织在一起的 ，对于一组现象的了解有助于说明另一组现象。它们之间的相互依赖关系，很可能会发现人类认知过程的统一加工模式。

同时，认知心理学不仅要把认识过程统一起来，更希望能把普通心理学各个领域统一起来，也就是从认知的观点，研究并说明有关情绪、动机、个性等方面的议题。除此之外，认知心理学的观点还进一步扩展到了社会心理学、发展心理学、生理心理学、工程心理学等领域。

认知心理学与从前心理研究取向有不同之处。认知心理学使用系统化的科学方法，拒绝接受内省的研究方式，与弗洛依德心理学的现象学研究方法不同。且认知心理学认定内在心理状态的存在（如信仰、欲望和动机），与行为主义心理学不同。

认知历程的测量与研究

成分历程

Serial Parallel Processes

高层次的心理认知活动往往可被分析、拆解为多个成分历程。某些成分历程必须一个接一个，分开、循序处理，这种成分历程称为依序历程；另一些则可以同时进行，称为平行历程。

成分历程	定义	例子
依序历程（serial process）	两个以上必须依序执行的心智过程	当你在看五金大卖场的折价型录时，你的注意是集中的，而且判断是受到限制（可能只有“是”或“不是”），基本上你的判断是程序跟着你的阅读顺序来进行。
平行历程（parallel process）	两个以上，可以同时处理的心智过程	当五金大卖场的店员问你“请问您想要买什么？”的时候，你可以使用语言能力，在理解这段话意思的同时，也向店员回答你想要购买的五金用具。

右图为依序历程及平行历程的示意图。多个心理成分历程可能同为依序历程或平行历程，所花时间相同，因此我们需要透过特定的方法测量各心理历程的时间，并决定它们是属于依序历程或平行历程。 虽然心理学家常常用“平行历程”或者是“依序历程”去分类人的心理认知活动，但是在真实世界中的历程是同时存在“平行”及“依序”两种历程。举例来说，当你在开车时，你可以一边聊天一边驾驶汽车。这时你的“语言”跟“开车”的历程是互相平行同时发生。但是当开车到一半时，路上突然窜出一只小狗，你踩了刹车并转弯闪开了那只狗。你是否发现，当你在闪避狗时，你的对话是否停止了？这是因为“开车”需要更多的心理资源所致，而你的“语言”被终止了。这就像智能手机为了要使作业更加顺畅，手机系统自动清理不是那么必要的程式。以上现象是因为人的“心理资源”有限所造成，关于心理资源的讨论会于下一部分更深入探讨。

反应时间与减算法

反应时间是个体从接受刺激开始，到做出预定反应为止的时间长度，也被认为是心智历程所需的进行时间。心理学家常利用反应时间的测定，来判断哪些作业属于依序历程，哪些作业属于平行历程。

为了探讨心智历程的速度，荷兰心理学家F. C. Donders（1868）以减算法解释实验中不同的心智步骤会影响受试者对事物的处理与反应时间。在他的实验中，会让受试者读一篇类似下方所示的文章（F. C. Donders' Test of Mental Process） ：

" TO Be， oR noT To BE： tHAT Is thE qUestioN： WhETher ‘Tis noBIEr In tHE MINd tO SuFfERtHe SLings AnD ARroWS Of OUtrAgeOUs forTUNe， or To TAke ARmS agaINST a sEa Of tROUBleS， AnD by oPPOsinG END theM. "

而受试者的作业分为三个独立的部分：

• 在每个大写字母上方写"C"。
• 在每个大写母音上方写"V"，并在每个大写子音上方写"C"。
• 在每个大写字母上方写"V"。

由于在第2部分中，受试者除了要和第1部分一样进行刺激分类，分辨看到的是母音还是子音外，还须进行适当的反应选择，来决定要写"C"还是写"V"。因为牵涉到比较多的处理，所以会使受试者消耗更多的时间去完成。另外，实验作业的第3部分是用来比较第1部分中，受试者写"C"跟写"V"是否会造成速率上的差异，结果显示第3部分跟第1部分所需的时间差不多。因此，F. C. Donders的实验证实了额外的心智步骤会导致个体在其中花费更多的时间。

F. C. Donders所设计的实验方法有一些缺陷。其中最明显的就是所做作业的文字都是相同的，而人有可能在短时间中变得熟练，进而使实验中第三部分跟第一部分有明显的反应时间差距。除非重复同一份作业的问题能被消除，否则实验的结果没有太大的意义。尽管如此，F. C. Donders的实验所得出的结论──越多的心智步骤会导致更长的反应时间，深深地影响心理学的发展。至今，许多研究仍然遵循着这意义而获得更深远的发现。

心理资源

心理学家也会借由特定心理程序所需的心理资源，去判断该程序为依序历程或者是平行历程。

心理资源借由注意历程分配，而所谓的“注意历程（attentional process）)”就是─个体受刺激后到处理刺激的这段历程。所以，在人的心理资源是有限的条件下，注意力的分配决定了人所能察觉到的资讯。依照所需的注意力多寡可以分为以下两种历程：

• 自动历程（automatic processes）：不太需要注意力，相较于控制历程，所需的心理资源较少，但是处理上比较缺乏变化性。在一般情况下，一般人可以同时处理多个自动历程。
• 控制历程（controlled processes）：相较于自动历程而言，控制历程需要更多的注意力跟心理资源，但在处理上较富弹性。在一般情况下，同时处理超过一个控制历程是很困难的。

在某些情况下（如过度学习），可以简化耗费大量心理资源的“控制历程”，某种程度可说是将“控制历程”转化为“自动历程”（Keane, M. T., Eysenck, M. W., 2000）。例如，当棒球打击者往空隙击出一颗强劲的平飞球，看似无法接到，此时游击手往球奋力一扑，棒球迳直被游击手拦下。当普通人正在犹豫是否要去接球时，游击手已经向球扑了出去。对于游击手而言，扑向这颗平飞球是一种条件反射，甚至有可能在反应后才意识到球已经进入手套了，此时可说“游击手扑向棒球”已成为一种简单快速的“自动历程”；但是对于普罗大众，扑向棒球是属于复杂而缓慢的“控制历程”。以下两个实验，可作为自动历程对于认知影响的实例。

• 哪个数字比较大？

纵使受试者已经知道要选取字体较大的数字，但在圈选数字时，脑内的自动历程会使受试者不经意地受到数值大小的影响。这项测试显示出“自动历程”十分依赖受试者自身记忆，记忆中数值大小已经根深蒂固（Barrett et al.， 2004），亦称为自动化。因此，受试者在进行测试时，当字体大小与数值大小成正相关时，受试者会感到较为轻松；反之，若字体大小与数值大小成负相关，受试者在进行测试时会感到些许阻碍；这是因为受试者必须去除“自动历程”的影响，实验中两者的差异即由“自动历程”所致。

下表为实验范例表格，受试者必须选出字体较大的数字，而非数值较大的数字（Ganor-Stern et al.， 2007）。

Number test

• 念出文字的“颜色”

我们亦可利用涉及史楚普效应（stroop effect）的叫色实验，探讨干扰对反应时间的影响。在Stroop（1935）的实验中，词汇包含墨水颜色与字义颜色，墨水颜色与字义颜色不相符的词汇称为冲突词汇；受试者必须说出该词汇的墨水颜色，而非字义上的颜色。结果显示受试者对冲突词汇的反应，相对于非冲突词汇更慢。即受试者对字义的理解干扰对墨水颜色的判断，此时受试者的反应时间会比较长；反之，如果字义跟文字的颜色相同时，受试者会花费较少的反应时间。

而导致上述差别的原因是因为看到字的颜色会去刺激一种神经元，字义又会去刺激另一种神经元，而当两种神经元都被刺激的时候，就需要花比较多时间去判断说该取哪种神经元来主导。

这个实验显示视觉与语言同时影响人思考与决策的过程，而字义跟墨水颜色的两种刺激，依据资讯接收程度不同而互相拮抗，最后由前额叶决定输出字义或是文字的颜色。

下图为史初普效应的实验范例，受试者须回答该词汇的墨水颜色，而非字义上的颜色。

Stroop effect

一心多用

生活中常有一心多用的情况，例如同时查阅不同资料，或边走路边听音乐等。而从这些行为中，不论实际上如何，人们时常觉得自己效率极佳，并且省去了许多时间。 人的专注力有限，当在两项工作之间切换时，必须回顾先前的工作进度，因此一部分的心理资源仍会被前一项事件占据；而专注度可减缓这样的问题。时间压力带来的专注度，对迅速切换工作重心有所帮助，可减低或消除前项工作在记忆中占据的时间影响（有关工作记忆的内容，请参考前章3.3.2段落）。另外，当两项工作的性质越接近，相互影响的可能性就愈高；性质差距越大，则较有可能互不干扰，甚至可以提升效率。例如：一边说话一边看电视是困难的，因为一方面要处理有意义的语言讯息，一方面又要输出有意义的语言讯息，两者工作势必相互干扰。

前文所述的一心多用者，实际上只占总人口的2.5%。这类一心多用者系由犹他大学（University of Utah）的心理学家意外发现，原以为是统计失误，却发现一心多用者真实存在。亦有研究显示：实际上，在相关的心理测验中，对自己抱持一心多用者的自信愈高，这些人的表现通常愈差。对大多数的人而言，一心多用不一定是件好事；即便如此，一心多用仍可提供一些好处：香港中文大学的研究者发现，经常同时使用二至三种媒体的人有较好的听觉和视觉资讯整合能力。