認知科學的危機：一場跨學科革命為什麼會走向失敗？_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2019-07-11 09:51
作者 | 十三維
**編輯 |**張爽
來源：集智俱樂部
備受關注的“認知科學革命”已經興起了將近半個世紀，但多個領域交叉產生的新學科——“認知科學”卻漸漸陷入了瓶頸，近期發表在Nature human behaviour的文章通過計量分析甚至給出了“認知科學很難再形成完整學科”的結論。本文詳細介紹了這項研究，並通過梳理認知科學的發展歷程，試圖解析這一跨學科領域沒有成功收斂的原因。
認知科學到現在還沒有達成共識？
在今年五月底 Nature human behaviour 雜誌上，以美國加州大學聖地亞哥分校認知科學系具身認知實驗室主任（Director of the Embodied Cognition Laboratory）Rafael Núñez 為首的幾名認知科學家聯合發表了一篇論文。該論文通過一系列公開數據對認知科學（Cognitive Science）本身的學科狀況進行了研究，從四個指標——包括兩個文獻計量指標，兩個社會機構教研指標對認知科學學科概念的一致性提出了質疑，認為認知科學從上個世宣稱跨學科的「認知革命」起，自始至終並沒有形成一個成熟連貫的跨學科領域。
*論文題目：What happened to cognitive science?*論文地址：https://www.nature.com/articles/s41562-019-0626-2
認知科學是一門關於心智和智能的跨學科研究，誕生於20世紀50和60年代的「認知革命」，它脱胎於認知心理學並有六個主要學科來源，如下圖「認知科學六邊形」所示：哲學、心理學、計算機科學、語言學、人類學、神經科學。
其代表綱領為「認知即計算」，通過心理符號表徵和對錶徵結構的操作程序來研究一般的思維和智能。然而經過幾十年發展，尤其從1977年《認知科學》雜誌和1979年《認知科學學會》成立以來的40年裏—— Rafael Núñez 和同事發現認知科學領域作為一個整體似乎已經失去了最初動力、關注焦點和學科共識。
在《What happened to cognitive science?》這篇論文中，Rafael Núñez 和同事從兩個科學文獻計量指標：《認知科學》作者從屬關係、《認知科學》學科引用環境，兩個社會機構教研指標：當前認知科學博士培訓、北美認知科學本科課程構成四個維度對認知科學學科狀況進行了分析。
科學文獻計量指標：跨學科性在不斷減少
如下圖，從《認知科學》雜誌論文作者學科從屬關係，以及論文之間的學科引用環境來看，認知科學領域在很大程度上被（認知）心理學所涵蓋，均佔60%以上，而人類學家和哲學家在該雜誌中幾乎完全缺失，分別僅佔總隸屬關係的1%和3%。
從1980年代到1990年代，認知科學還處在跨學科建設階段，然而從2000年起跨學科性不僅沒有增加，反而在減少。
論文作者認為認知科學已經被認知心理學作為單一學科所吸收。
（63.1%論文作者來自心理學，其次計算機科學、語言學、神經科學佔10%左右）
（65.7 %論文引用來自心理學，其次只有神經科學超過10%）
社會機構教研指標：對學位授予和課程明顯缺乏共識
從教育角度，即北美當前認知科學學位培訓、以及認知科學本科課程構成來看，在授予認知科學學位時，各大院校在學院對與課程對應之間是什麼關係缺乏共識。
一方面，認知科學沒有形成理想的六邊形學科模式，依然由心理學院系主導，大多數學生在語言學、哲學和神經科學方面接受的指導少很多，之於人類學，甚至沒有要求認知科學專業學生將其作為必修課程的院系；另一方面，認知科學課程和學位授予之間沒有明確因果關係，論文作者發現，竟然有七所大學的學生可以獲得認知科學學位，而無需選修一門明確被稱為認知科學的課程。
這種結果引發了對認知科學未來教育事業的質疑。
（接近50%認知科學博士來自心理學，其次神經科學、語言學、計算機科學佔10%左右）
（60.3%認知科學本科課程來自心理學，其次哲學佔 20%、語言學佔10%左右）
由此可見，認知科學從一開始就面臨着整合的實質性挑戰，直到現在它實際上更多是一種鬆散的學科聯繫，而不是一個自己獨立的學科。而如今在學術共同體中，「認知科學家」這個稱號也經常被當成一個包羅萬象的標籤，貼在一系列令人眼花繚亂、興趣和理論取向幾乎互不相關的不同學者身上。
認知科學究竟發生了什麼？「認知」這個詞彙究竟有什麼含義？為什麼「認知科學」教育不再具有學科共識，學術羣體也不再有明確的共同目標、研究焦點或理論取向？
為了講清楚這個問題，必須回顧一下心理學和認知科學發展過程，以及對「什麼是科學」這個更核心的問題在哲學層面進行更深一步思考。
從心理學到認知科學
正如德國心理學家艾賓浩斯所説，心理學有一個漫長的過去，卻只有一個短暫的歷史。在科學心理學建立之前，心理學如其他學科一樣歸屬於哲學領域，早期古希臘柏拉圖（《斐德若篇》車伕與靈魂的「兩架馬車」）和亞里士多德（《論靈魂》植物靈魂、動物靈魂、理性靈魂）均對心智過程有過生動的闡釋，而後近代哲學從笛卡爾對物質與精神二分起，洛克有著名的「白板論」、萊布尼茨「大理石紋路説」，以及後續的休謨和康德，都對人類心智的認知過程和結構有過深入的思考。通過思辨對世界進行探究即典型的哲學思維方式，心理學在此階段可以説是潛伏期或哲學心理學時期。
而後，德國心理學家威廉·馮特（Wilhelm Maximilian Wundt）於1874年建立第一個心理學實驗室，從而宣告科學心理學的創立，他本人也被稱為實驗心理學之父。馮特認為心理學研究人的直接經驗，而物理學研究間接經驗。因此他通過結合二者的內省實驗法即訓練受試者內省報告與實驗儀器測量方法的進行心理學研究。
接着馮特的學生、英籍美國心理學家鐵欽納（Edward Bradford Titchener）創立了心理學第一個影響比較大的流派：構造主義心理學。鐵欽納對經驗的看法與馮特不同，他認為心理學研究的是依賴於經驗者的從屬經驗，物理學則研究不依賴於經驗者的獨立經驗，但他繼承了馮特的化學元素分析法，不僅將心理過程劃分為感覺、意向、情感等要素，更通過內省法研究思維、認知等報告時間更長的高級心理過程。
在1890年，美國最有影響力的本土哲學家之一、被成為「美國心理學之父的」的威廉·詹姆斯（William James）發表了影響力巨大的《心理學原理》一書，創立了機能主義心理學。不同於構造主義將心智過程分解為諸多組成要素，他引入了演化論和適應性思想，將意識過程看成一個不可分割的統一體，強調在意識在個體在與環境中互動過程中的中介作用，並觀察產生的適應性心理活動和行為特徵。
與機能主義發展的同時，以佛洛依德代表的精神分析方法興盛起來，甚至一度成為心理學的代名詞。但實際上的精神分析並非是一種實證科學方法，其臨牀實驗也很不嚴謹，更多是一種基於神話和文學的理論建構和難以證偽的文化闡釋。當然後續經過法國拉康發展，精神分析成為一種非常重要的哲學和社會科學方法，這已經脱離科學心理學了，除了精神分析外，此後還有人本主義心理學、格式塔心理學等流派相繼出現。
直到機能主義心理學，所有心理學研究都可以説是一種心理主義，即認為所有思維過程包括意識都是一種客觀存在的過程。然而在1913年，事情發生了轉折。行為主義心理學登場。美國心理學家華生髮表了震動心理學界的論文《行為主義者眼中的心理學》，對馮特的心理學的整個體系和研究方法發出了猛烈的攻擊。他斷言，不存在所謂意識和心理結構，唯有可測量和受控行為能進行研究。心理學中唯一確實的、站得住腳的實驗素材只有機體的行為。他認為意識不是一個明確的、可應用的概念；反對把思維作為特殊的心理活動來研究，認為思維只不過是無聲的語言；把一切行為都歸於刺激與反應的作用，認為有什麼刺激就有什麼反應。可以看到，行為主義這種一切行為都是由環境決定的，把人同動物一樣視為接受刺激作出反應的有機體的思想，在某種意義上是對機能主義對有機體強調環境適應性和實驗操作主義極端化的產物。行為主義影響非常大，從華生「給我一打健全的嬰兒，我可以保證讓他成為所選定的任何類型的人物」的名言、巴普洛夫的狗、斯金納箱在心理學之外的廣泛影響就可見一斑。
從此到20世紀50年代，行為主義足足壟斷了心理學研究四十年。直到認知心理學興起，認知主義取代行為主義成為新的研究綱領，並同時催生了認知科學的誕生。
心理學的認知主義與認知科學誕生
行為主義的研究假設是人的心智過程中不存在先天的心理結構。時間到了20世紀60年代，不同學科的研究進展分別對此發出了挑戰。主導這次認知革命對行為主義逆反革命的是三位不同領域的重要科學家：分別是語言學家喬姆斯基、心理學家米勒以及跨學科多面手赫伯特·西蒙。
當時的喬姆斯基，其實矛頭對準的是索緒爾的結構語言學，但同時也打響了對行為主義認知革命的第一槍。他僅僅從一個不被注意的語言常識出發進行思考，就否定了行為主義的主張，即孩子學習語言時根本不需要太多的語言和知識輸入，就能學會説話，説出完全沒有聽到過的句子。
喬姆斯基所思考的，其實就是語言學中語言輸入與語言能力之間存在的演繹鴻溝，即刺激貧乏問題：極其貧乏的語言環境與極其具體和複雜的語言習得之間存在的巨大的反差。由此可以得出結論，語言絕不是如行為主義所言那樣是一種被動的產品，而是一種創造性活動——在人的心智中一定存在某些心理結構如他後來稱之為語言機能使得人類嬰兒能迅速習得如此複雜的語言。
而後，心理學家喬治·A·米勒（George Armitage Miller）於 1956 年發表了論文《神奇的數字：7±2：我們信息加工能力的侷限》，發現人類對詞彙的短期記憶存在信息瓶頸，只能同時處理大約 5~7 長度的區塊，就如計算機內存，對超過五個以上的詞彙、語音或圖形就需要二次分塊處理。（後來被Cowan (2001) 修正為5±1，以及證明二者是等價的）這也被視為人腦存在先天心理結構的證明。
而後，赫伯特·西蒙和紐厄爾，從計算機科學出發，找到人的心理學過程和計算機處理之間的共性，認為智能本身就是一個基於符號的信息處理過程，基於物理符號系統假設，建立了信息加工模型，包括組塊、短時記憶、長時記憶、專家系統、啓發式等。西蒙和紐厄爾同時是提倡符號主義人工智能的先驅，他們還以此為基礎開發過能進行定理證明的「邏輯理論家」程序。
西蒙的理論為認知主義方法奠定了基礎。但直到1967年，美國心理學家 U.Neisser 才正式提出「認知心理學」一詞，並寫了《認知心理學》一書。「認知科學」誕生則更晚，為心理學家希金斯（R. L. Higgins）於 1973 年開始使用，並直到 1979 年才正式確立為一門學科，同年美國福尼亞州正式以「認知科學」的名義，邀請了不同學科的著名科學家，成立美國認知科學學會。
補充還是否定？連接主義與具身生成進路
認知哲學家薩伽徳（P. Thagard）認為，認知科學的中心假設是：對思維最恰當的理解是將其視為心智中的表徵結構以及在這些結構上進行操作的計算程序。薩伽德把這種基於中心假設對心智的理解方式稱作心智的計算一表徵理解方法（computa tional- representational understanding of mind, CRUM）。
邏輯、規則、概念、表象、範例和連接是其心理表徵形式，演繹、搜索、匹配、循環和恢復是其計算程序。認知科學中的種種理論都假設心智具有心理表徵特性，類似於計算機數據結構，而計算程序類似於算法。也就是説，心理表徵就是計算機數據結構，心智的計算程序就是算法，而思維過程就是運行程序。CRUM 雖然對問題求解、學習和語言的本質等心智現象作了很好的解釋，但其機械性的缺陷也是十分明顯的，它忽視了思維關鍵性的方面如意識情緒和經驗，也忽視了物質環境、社會環境對心智的影響。
因此，隨着人們對人類大腦神經運作動力機制、複雜系統相關研究，以及人工智能的發展，越來越多科學家發現認知主義前提假設很可能是錯的：
主要集中在以下幾個方面：
1. 情緒挑戰：認知科學忽視了情緒在人類思維中的重要作用2. 意識挑戰：認知科學忽視了意識在人類思維中的重要作用3. 身體挑戰：認知科學忽視身體對人類思維和行動的重要影響4. 世界挑戰：認知科學忽視了物理環境在人類思維中的重要作用，認為思維本身是嵌入並擴展到世界中去5. 社會挑戰：人類思維本質上是以社會認知方式進行的6. 動力系統挑戰：心智是一個動力系統，不是一個計算系統7. 數學挑戰：一些數學家認為，人類思維不能在標準意義上進行計算，大腦必須以其他方式運作，例如量子計算機
而在「認知科學」自身發展過程中，雖然有對最初的CRUM假設進行補充，但實際上更多是開始放棄原有的假設。
連接主義（connectionism，也被稱為湧現主義)，挑戰了大腦進行串行式連續計算的認知基本假設，從而從極大改變了根本上改變了心理表徵的基本概念；情境認知（situated cognition）假設認知並不存在於與世隔絕的表徵中，而是從根本上與背景和語境相關聯的分佈式認知（distributed cognition）則認為，認知不僅僅存在於個人的頭腦中，而是基本上分佈在主體和環境中（液態大腦）具身認知（embodied cognition）提出了這樣一種理論，即認知本質上是基於身體特徵的，而不是以最思維表徵代表性方式工作的生成認知（enactive cognition）完全否定了心理表徵對理解認知至關重要的基本原則
以上不同對思維過程的看法，可以總結為三種研究取向進路：認知主義、聯結主義（connectionism）、具身-生成取向（enactive-embodied）。
尤其是具身-生成取向，它諸多對心智過程的理解。可以説在根本上否定了原有認知主義的主張。它不僅否定心理表徵的重要性，認為認知過程不是在智能體內部、尤其大腦中發生的，還認為思維過程是發生在智能體與環境之間的自適應交互中。
對具身-生成進路來説，則將心智過程看做成一個由非線性方程控制的動力系統，精神狀態的形成（如模式識別、情感、思想）是大腦集合體（宏觀）序參量演化的結果，序參量是遠離平衡態的學習策略由神經細胞的非線性（微觀）相互作用造成的。即具體精神狀態細胞團 = 相變中的吸引子（不動點、週期吸引子、準週期吸引子或混沌吸引子）。
具身-生成進路在機器人領域進行了應用，對用於人工智能學派中的行為學派。例如一些科技公司如 Willow Garage PR2公司開發的PR2機器人，通過各種傳感器直接接受物理世界信號，採取模糊決策控制，不需要重新編程就能學習新事物，如玩樂高玩具。以及 ICUB 機器人平台，通過與環境的互動中會形成自己的理解。
以上這些研究雖然往往仍「認知科學」的框架下。但是它們的先驗假設如此不同，「認知」的含義也發生了極大變化，他們還能被稱同一個認知科學嗎？
這就要用科學哲學來進行回答了。
科學哲學——認知科學已失去核心綱領
在前科學時代，傳統經驗、上帝天啓、內省、哲學思辨是知識的幾大來源。但這些知識都並非來自可靠且連貫的方法，往往成為一種知識權威。
不過知識獲得的幾個要素已經具備：經驗、直覺、理性，歸納法與演繹法。
16世紀的物理學家伽利略通過自制望遠鏡進行天文觀測，不僅注重觀測和物理實驗，尤其將其與數學結合，創立了近代物理學，並因此開創了一種新的獲得知識的方法，他本人也被譽為近代科學之父。這種方法被20世紀初的邏輯實證主義所提煉，認為有效的科學知識必須是經驗命題，必須符合**經驗證實原則：**經驗命題來自現實真實經驗，通過觀測和實驗證實，再通過邏輯和數學組織起來，即成為有意義的科學知識。而邏輯命題自身則可以通過對主詞和謂詞分析獲證。由此，邏輯實證主義者拒斥形而上學、倫理等不符合「邏輯+實證」確證原則的知識，認為它們沒有意義。
然而經驗證實原則具有極大的漏洞。這點18世紀英國哲學家休謨實際就已經就指出來了。兩個事件之間，一件總是伴隨另一件發生，無論發生多少次，二者之間都可能不具備因果關係。同理，應用證實原則，無論現實有多少證據證明其正確，它依然可能是錯的。例如羅素的火雞，對地震的預測。
如何判定一個理論的有效性？在20世紀初，哲學家卡爾·波普爾觀察到，愛因斯坦證明其相對論並沒有去尋找符合其理論的經驗證據，而是相反，他提出了自己理論可能被推翻的情況，尋求對相對論的證偽。在經過這類「判決性實驗」後，相對論的地位開始確立。而相反的，例如佛洛依德的精神分析，他總是能找到證實自己的證據，卻無法訴諸證偽——它用自己的理論總能解釋一切，無論正例、反例，都可以解釋為潛意識、性慾或戀父情結。
由此波普爾提煉出了科學理論的真正特徵，即具備可證偽性。一個理論如果不具備可證偽性，即指出在什麼情況下可能是錯的，那它就不是一個有價值的科學理論，其解釋力再強也沒有實際意義，不能指導對現實進行有意義的改變。很多宗教或玄學理論正是如此。波普爾的證偽主義還帶來了一種新的真理觀：科學不是絕對真理，任何科學的理論都可能是錯的，只是暫時未被推翻的假説。
證偽主義的意義在於，指出可錯的理論才是有價值的，值得人們認真對待的。然而，科學發展本身是否就是一個不斷證偽前人理論的過程？
對此，哲學家迪昂和奎因（Queen）等進行了反駁，提出了迪昂-紐拉特-奎因論題（Duhem–Quine thesis）。認為在科學理論判斷中根本不存在「判決性實驗」。如果有足夠的想象力，總可以過適當調整個理論體系某些部分，使該理論永不被「反駁」。奎因認為，所有適合證偽原則的命題都是嚴格的全稱命題（如所有天鵝都是白色的，直到發現黑天鵝），對單一命題進行檢驗和證偽都是不可能的，總可以增加輔助假設，使得理論永遠正確的（如地心説面對日心説，可以增加如本輪、均輪的概念使之依然正確）。
換言之，面對任一組觀測結果，可以有無窮多個理論去解釋這些結果，之所以得出某個特定結論，一定同觀察者者的預設立場直接有關。理論持有者完全可以通過打補丁的方式完善理論，使得理論符合新的事實。這些理論的立場。
發生這種情況最主要的原因是，不僅理論本身，證據本身也是主觀的，這被美國哲學家漢森（Norwood Russell Hanson）稱為「觀察滲透理論」。也就是説，其實根本並不存在中性觀察下的經驗事實，任何「事實」都是在某些先驗假設和不同範疇化視角下的產物。例如在《我的妻子和岳母》這幅畫中，看到妻子還是老婦人就因不同人腦的觀念而異。在某些原住民中，會把「女人、火、危險事物」當成同一種東西。在模式識別中，也有所謂「醜小鴨定理」證明：世界上並不存在客觀的分類。神經科學研究也證實，人腦所看到的現實世界，本身就是被構建出來的，其中不同的信念和知識會影響所觀察的結果。
因此，任何理論，無論是非科學還是科學理論，總是可以通過打補丁的方式，讓自己不被證偽。那麼，要否定的，就不能只是單一的理論，而是在理論背後具有整體性知識網絡的信念、價值和假設。
美國科學哲學家托馬斯·庫恩（Thomas Kuhn）通過對科學發展史的研究，提出了「範式」理論：每一個時代這些不同信仰、價值、先驗假設和研究方法的總和，即被稱為不同的「範式」。科學真實發展過程不是一個理論取代一個理論，而是範式之間的變遷，即「科學革命」。一個範式剛被建立起來的時候，科學家最重要的工作在某個範式下發展和豐富理論，而不是證偽。當有違反現有科學理論的現象出現時，科學家往往依然在原有範式下小修小補，直到實在補得太多不堪重負，科學共同體再來一個觀念上的大顛覆，完成科學革命。例如愛因斯坦相對論和量子力學對牛頓力學的顛覆即是這樣。
在庫恩看來，科學正是一個在整體性不斷通過科學革命進行範式轉移的過程。然而事實上真是如此麼？匈牙利科學哲學家拉卡託斯（Imre Lakatos）認為不是這樣。他認為無論是證偽主義對個別理論的「判決性實驗」，還是庫恩提出針對的範式轉移的科學革命，都是一種神話——或者説是一種理想性概括。
在真實科學研究過程中，所謂範式，實際上細化為一系列不同的科學研究綱領，而這些研究綱領之間往往在很長時間是共存的。這些研究綱領有其特定的結構：
*1. *硬核（hard core）：「研究綱領」的基礎理論，是不受經驗檢驗的陳述和命題所形成的集合，是一組具有啓發力的形而上理論或是預設，如果遭到反駁和否定，整個「研究綱領」就會遭到動搖或徹底的否定。*2. 保護帶（protective belt）：由許多「輔助假設」所構成，其功能為保護硬核，對保護帶的調整修改可消除研究綱領與經驗事實的不一致性3. 反面啓示法（negative heuristic）：是一種方法論上的禁止性規定，禁止把外部批判的矛頭指向硬核，並要求科學家用自己的智慧去型塑硬核或發明一些輔助假設以形成保護帶。4. 正面啓示法（positive heuristic）：用以發展整個綱領。是科學家預先想好的研究方向、方針和步驟，可以開展出一系列越來越複雜的的模型以模擬客觀實在在同一個時代，不同的研究綱領雖然可以長期並存，彼此之間也無法進行證偽，但是，在不同的可以研究綱領之間狀態是有差別的，即科學綱領之間存在進化與退化：*進步的科學綱領，其理論研究能促使發現迄今不為人們所知的更多的新穎事實，即預測力更強。
在講完科學哲學簡史後，我們回過頭來再看認知科學。
以科學綱領來分析認知科學，其最初的 CRUM 假設中，其硬核為「心智過程是基於心理表徵的計算過程」，然而卻遭到了情緒、意識、身體、世界、社會、動力系統等多方面挑戰。
與挑戰的同時，連接主義和具身-生成進路興起，它們實際上和認知主義是不同的科學綱領。為此，CRUM 作為硬核可以調整自己的保護帶，增加更多「輔助假設」，譬如對連接主義將符號表徵理解為不同神經元的權重、對動力系統將符號表徵理解為不同的混沌吸引子，然而，這種調整卻是被動的，並不能使基於CRUM 假設認知科學預測更多的事實，即無法帶來更多的新的知識與實踐。相反，我們看到的是基於神經網絡的深度學習、強化學習，基於具身-生成路線的具身機器人在不斷發展。
由此我們看出，基於認知主義的認知科學是一個退步的科學綱領。雖然拉卡託斯認為，退步的科學綱領並不會被證偽，會和新綱領並存，甚至有可能重來（如深度學習之後符號主義再受到重視）。然而新綱領被建立時，會因為更強的解釋力和預測力，預測更多的事實和指導實踐，必然會慢慢成為主流綱領，原有綱領即使不被廢棄，往往會被暫且冷落，成為某種條件下的近似（如牛頓力學成為相對論低速宏觀下的近似）。
結合認知科學本身的情況看，認知主義方法在退步，認知科學的跨學科環境和設置也沒有形成，因此認知科學已很難再形成一個統一完整的學科。
按照《What happened to cognitive science?》這篇論文的觀點，也許一開始就不存在認知革命下的認知科學，只有認知心理學——而它只是行為主義心理學後的又一心理流派。
本文經授權轉載自微信公眾號“集智俱樂部”。
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