认知科学的危机：一场跨学科革命为什么会走向失败？

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导语

备受关注的“认知科学革命”已经兴起了将近半个世纪，但多个领域交叉产生的新学科——“认知科学”却渐渐陷入了瓶颈，近期发表在Nature human behaviour的文章通过计量分析甚至给出了“认知科学很难再形成完整学科”的结论。本文详细介绍了这项研究，并通过梳理认知科学的发展历程，试图解析这一跨学科领域没有成功收敛的原因。

本文部分内容源于集智俱乐部“意识与认知前沿读书会”中的讨论。

认知科学到现在还没有达成共识？

在今年五月底《Nature human behaviour》杂志上，以美国加州大学圣地亚哥分校认知科学系具身认知实验室主任（Director of the Embodied Cognition Laboratory）Rafael Núñez 为首的几名认知科学家联合发表了一篇论文。该论文通过一系列公开数据对认知科学（Cognitive Science）本身的学科状况进行了研究，从四个指标——包括两个文献计量指标，两个社会机构教研指标对认知科学学科概念的一致性提出了质疑，认为认知科学从上个世宣称跨学科的「认知革命」起，自始至终并没有形成一个成熟连贯的跨学科领域。

论文题目：What happened to cognitive science?

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41562-019-0626-2

认知科学是一门关于心智和智能的跨学科研究，诞生于20世纪50和60年代的「认知革命」，它脱胎于认知心理学并有六个主要学科来源，如下图「认知科学六边形」所示：哲学、心理学、计算机科学、语言学、人类学、神经科学。

其代表纲领为「认知即计算」，通过心理符号表征和对表征结构的操作程序来研究一般的思维和智能。然而经过几十年发展，尤其从1977年《认知科学》杂志和1979年《认知科学学会》成立以来的40年里—— Rafael Núñez 和同事发现认知科学领域作为一个整体似乎已经失去了最初动力、关注焦点和学科共识。

在《What happened to cognitive science?》这篇论文中，Rafael Núñez 和同事从两个科学文献计量指标：《认知科学》作者从属关系、《认知科学》学科引用环境，两个社会机构教研指标：当前认知科学博士培训、北美认知科学本科课程构成四个维度对认知科学学科状况进行了分析。

科学文献计量指标：跨学科性在不断减少

如下图，从《认知科学》杂志论文作者学科从属关系，以及论文之间的学科引用环境来看，认知科学领域在很大程度上被(认知)心理学所涵盖，均占60%以上，而人类学家和哲学家在该杂志中几乎完全缺失，分别仅占总隶属关系的1%和3%。

从1980年代到1990年代，认知科学还处在跨学科建设阶段，然而从 2000起跨学科性不仅没有增加，反而在减少。

论文作者认为认知科学已经被认知心理学作为单一学科所吸收。       

（63.1%论文作者来自心理学，其次计算机科学、语言学、神经科学占10%左右） 

（65.7 %论文引用来自心理学，其次只有神经科学超过10%）

社会机构教研指标：对学位授予和课程明显缺乏共识

从教育角度，即北美当前认知科学学位培训、以及认知科学本科课程构成来看，在授予认知科学学位时，各大院校在学院对与课程对应之间是什么关系缺乏共识。

一方面，认知科学没有形成理想的六边形学科模式，依然由心理学院系主导，大多数学生在语言学、哲学和神经科学方面接受的指导少很多，之于人类学，甚至没有要求认知科学专业学生将其作为必修课程的院系；另一方面，认知科学课程和学位授予之间没有明确因果关系，论文作者发现，竟然有七所大学的学生可以获得认知科学学位，而无需选修一门明确被称为认知科学的课程。

这种结果引发了对认知科学未来教育事业的质疑。

（接近50%认知科学博士来自心理学，其次神经科学、语言学、计算机科学占10%左右）

（60.3%认知科学本科课程来自心理学，其次哲学占 20%、语言学占10%左右）

由此可见，认知科学从一开始就面临着整合的实质性挑战，直到现在它实际上更多是一种松散的学科联系，而不是一个自己独立的学科。而如今在学术共同体中，「认知科学家」这个称号也经常被当成一个包罗万象的标签，贴在一系列令人眼花缭乱、兴趣和理论取向几乎互不相关的不同学者身上。

认知科学究竟发生了什么？「认知」这个词汇究竟有什么含义？为什么「认知科学」教育不再具有学科共识，学术群体也不再有明确的共同目标、研究焦点或理论取向？

为了讲清楚这个问题，必须回顾一下心理学和认知科学发展过程，以及对「什么是科学」这个更核心的问题在哲学层面进行更深一步思考。

从心理学到认知科学

正如德国心理学家艾宾浩斯所说，心理学有一个漫长的过去，却只有一个短暂的历史。在科学心理学建立之前，心理学如其他学科一样归属于哲学领域，早期古希腊柏拉图（《斐德若篇》车夫与灵魂的「两架马车」）和亚里士多德（《论灵魂》植物灵魂、动物灵魂、理性灵魂）均对心智过程有过生动的阐释，而后近代哲学从笛卡尔对物质与精神二分起，洛克有著名的「白板论」、莱布尼茨「大理石纹路说」，以及后续的休谟和康德，都对人类心智的认知过程和结构有过深入的思考。通过思辨对世界进行探究即典型的哲学思维方式，心理学在此阶段可以说是潜伏期或哲学心理学时期。

而后，德国心理学家威廉·冯特（Wilhelm Maximilian Wundt）于1879年建立第一个心理学实验室，从而宣告科学心理学的创立，他本人也被称为实验心理学之父。冯特认为心理学研究人的直接经验，而物理学研究间接经验。因此他通过结合二者的内省实验法即训练受试者内省报告与实验仪器测量方法的进行心理学研究。

接着冯特的学生、英籍美国心理学家铁钦纳（Edward Bradford Titchener）创立了心理学第一个影响比较大的流派：构造主义心理学。铁钦纳对经验的看法与冯特不同，他认为心理学研究的是依赖于经验者的从属经验，物理学则研究不依赖于经验者的独立经验，但他继承了冯特的化学元素分析法，不仅将心理过程划分为感觉、意向、情感等要素，更通过内省法研究思维、认知等报告时间更长的高级心理过程。

在1890年，美国最有影响力的本土哲学家之一、被成为「美国心理学之父的」的威廉·詹姆斯（William James）发表了影响力巨大的《心理学原理》一书，创立了机能主义心理学。不同于构造主义将心智过程分解为诸多组成要素，他引入了演化论和适应性思想，将意识过程看成一个不可分割的统一体，强调在意识在个体在与环境中互动过程中的中介作用，并观察产生的适应性心理活动和行为特征。

与机能主义发展的同时，以佛洛依德代表的精神分析方法兴盛起来，甚至一度成为心理学的代名词。但实际上的精神分析并非是一种实证科学方法，其临床实验也很不严谨，更多是一种基于神话和文学的理论建构和难以证伪的文化阐释。当然后续经过法国拉康发展，精神分析成为一种非常重要的哲学和社会科学方法，这已经脱离科学心理学了，除了精神分析外，此后还有人本主义心理学、格式塔心理学等流派相继出现。

直到机能主义心理学，所有心理学研究都可以说是一种心理主义，即认为所有思维过程包括意识都是一种客观存在的过程。然而在1913年，事情发生了转折。行为主义心理学登场。美国心理学家华生发表了震动心理学界的论文《行为主义者眼中的心理学》，对冯特的心理学的整个体系和研究方法发出了猛烈的攻击。他断言，不存在所谓意识和心理结构，唯有可测量和受控行为能进行研究。心理学中唯一确实的、站得住脚的实验素材只有机体的行为。他认为意识不是一个明确的、可应用的概念；反对把思维作为特殊的心理活动来研究，认为思维只不过是无声的语言；把一切行为都归于刺激与反应的作用，认为有什么刺激就有什么反应。可以看到，行为主义这种一切行为都是由环境决定的，把人同动物一样视为接受刺激作出反应的有机体的思想，在某种意义上是对机能主义对有机体强调环境适应性和实验操作主义极端化的产物。行为主义影响非常大，从华生「给我一打健全的婴儿，我可以保证让他成为所选定的任何类型的人物」的名言、巴普洛夫的狗、斯金纳箱在心理学之外的广泛影响就可见一斑。

从此到20世纪50年代，行为主义足足垄断了心理学研究四十年。直到认知心理学兴起，认知主义取代行为主义成为新的研究纲领，并同时催生了认知科学的诞生。

心理学的认知主义与认知科学诞生

行为主义的研究假设是人的心智过程中不存在先天的心理结构。时间到了20世纪60年代，不同学科的研究进展分别对此发出了挑战。主导这次认知革命对行为主义逆反革命的是三位不同领域的重要科学家：分别是语言学家乔姆斯基、心理学家米勒、以及跨学科多面手赫伯特·西蒙。

当时的乔姆斯基，其实矛头对准的是索绪尔的结构语言学，但同时也打响了对行为主义认知革命的第一枪。他仅仅从一个不被注意的语言常识出发进行思考，就否定了行为主义的主张，即孩子学习语言时根本不需要太多的语言和知识输入，就能学会说话，说出完全没有听到过的句子。

乔姆斯基所思考的，其实就是语言学中语言输人与语言能力之间存在的演绎鸿沟，即刺激贫乏问题：极其贫乏的语言环境与极其具体和复杂的语言习得之间存在的巨大的反差。由此可以得出结论，语言绝不是如行为主义所言那样是一种被动的产品，而是一种创造性活动——在人的心智中一定存在某些心理结构如他后来称之为语言机能使得人类婴儿能迅速习得如此复杂的语言。

而后，心理学家乔治·A·米勒（George Armitage Miller）于 1956 年发表了论文《神奇的数字：7±2：我们信息加工能力的局限》，发现人类对词汇的短期记忆存在信息瓶颈，只能同时处理大约 5~7 长度的区块，就如计算机内存，对超过五个以上的词汇、语音或图形就需要二次分块处理。（后来被Cowan (2001)修正为5±1，以及证明二者是等价的）

这也被视为人脑存在先天心理结构的证明。

而后，赫伯特·西蒙和纽厄尔，从计算机科学出发，找到人的心理学过程和计算机处理之间的共性，认为智能本身就是一个基于符号的信息处理过程，基于物理符号系统假设，建立了信息加工模型，包括组块、短时记忆、长时记忆、专家系统、启发式等。西蒙和纽厄尔同时是提倡符号主义人工智能的先驱，他们还以此为基础开发过能进行定理证明的「逻辑理论家」程序。

西蒙的理论为认知主义方法奠定了基础。但直到1967年，美国心理学家 U.Neisser 才正式提出「认知心理学」一词，并写了《认知心理学》一书。「认知科学」诞生则更晚，为心理学家希金斯（R. L. Higgins）于 1973 年开始使用，并直到 1979 年才正式确立为一门学科，同年美国福尼亚州正式以「认知科学」的名义，邀请了不同学科的著名科学家，成立美国认知科学学会。

补充还是否定？连接主义与具身生成进路

认知哲学家萨伽徳（P. Thagard）认为，认知科学的中心假设是：对思维最恰当的理解是将其视为心智中的表征结构以及在这些结构上进行操作的计算程序。萨伽德把这种基于中心假设对心智的理解方式称作心智的计算一表征理解方法（computational- representational understanding of mind, CRUM）。

逻辑、规则、概念、表象、范例和连接是其心理表征形式，演绎、搜索、匹配、循环和恢复是其计算程序。认知科学中的种种理论都假设心智具有心理表征特性，类似于计算机数据结构，而计算程序类似于算法。也就是说，心理表征就是计算机数据结构，心智的计算程序就是算法，而思维过程就是运行程序。CRUM 虽然对问题求解、学习和语言的本质等心智现象作了很好的解释，但其机械性的缺陷也是十分明显的，它忽视了思维关键性的方面如意识情绪和经验，也忽视了物质环境、社会环境对心智的影响。

因此，随着人们对人类大脑神经运作动力机制、复杂系统相关研究，以及人工智能的发展，越来越多科学家发现认知主义前提假设很可能是错的：

主要集中在以下几个方面：

情绪挑战：认知科学忽视了情绪在人类思维中的重要作用

意识挑战：认知科学忽视了意识在人类思维中的重要作用

身体挑战：认知科学忽视身体对人类思维和行动的重要影响

世界挑战：认知科学忽视了物理环境在人类思维中的重要作用，认为思维本身是嵌入并扩展到世界中去

社会挑战：人类思维本质上是以社会认知方式进行的

动力系统挑战：心智是一个动力系统，不是一个计算系统

数学挑战：一些数学家认为，人类思维不能在标准意义上进行计算，大脑必须以其他方式运作，例如量子计算机

而在「认知科学」自身发展过程中，虽然有对最初的CRUM假设进行补充，但实际上更多是开始放弃原有的假设。

连接主义（connectionism，也被称为涌现主义)，挑战了大脑进行串行式连续计算的认知基本假设，从而从极大改变了根本上改变了心理表征的基本概念；

情境认知（situated cognition）假设认知并不存在于与世隔绝的表征中，而是从根本上与背景和语境相关联的

分布式认知（distributed cognition）则认为，认知不仅仅存在于个人的头脑中，而是基本上分布在主体和环境中（液态大脑）

具身认知（embodied cognition）提出了这样一种理论，即认知本质上是基于身体特征的，而不是以最思维表征代表性方式工作的

生成认知（enactive cognition）完全否定了心理表征对理解认知至关重要的基本原则

以上不同对思维过程的看法，可以总结为三种研究取向进路：认知主义、联结主义（connectionism）、具身-生成取向（enactive-embodied）。

尤其是具身-生成取向，它诸多对心智过程的理解。可以说在根本上否定了原有认知主义的主张。它不仅否定心理表征的重要性，认为认知过程不是在智能体内部、尤其大脑中发生的，还认为思维过程是发生在智能体与环境之间的自适应交互中。

对具身-生成进路来说，则将心智过程看做成一个由非线性方程控制的动力系统，精神状态的形成（如模式识别、情感、思想）是大脑集合体（宏观）序参量演化的结果，序参量是远离平衡态的学习策略由神经细胞的非线性（微观）相互作用造成的。即具体精神状态细胞团 = 相变中的吸引子（不动点、周期吸引子、准周期吸引子或混沌吸引子）

具身-生成进路在机器人领域进行了应用，对用于人工智能学派中的行为学派。例如一些科技公司如 Willow Garage PR2公司开发的PR2机器人，通过各种传感器直接接受物理世界信号，采取模糊决策控制，不需要重新编程就能学习新事物，如玩乐高玩具。以及 ICUB 机器人平台，通过与环境的互动中会形成自己的理解。

以上这些研究虽然往往仍「认知科学」的框架下。但是它们的先验假设如此不同，「认知」的含义也发生了极大变化，他们还能被称同一个认知科学吗？

这就要用科学哲学来进行回答了。

科学哲学——认知科学已失去核心纲领

在前科学时代，传统经验、上帝天启、内省、哲学思辨是知识的几大来源。但这些知识都并非来自可靠且连贯的方法，往往成为一种知识权威。

不过知识获得的几个要素已经具备：经验、直觉、理性，归纳法与演绎法。

16世纪的物理学家伽利略通过自制望远镜进行天文观测，不仅注重观测和物理实验，尤其将其与数学结合，创立了近代物理学，并因此开创了一种新的获得知识的方法，他本人也被誉为近代科学之父。这种方法被20世纪初的逻辑实证主义所提炼，认为有效的科学知识必须是经验命题，必须符合经验证实原则：经验命题来自现实真实经验，通过观测和实验证实，再通过逻辑和数学组织起来，即成为有意义的科学知识。而逻辑命题自身则可以通过对主词和谓词分析获证。由此，逻辑实证主义者拒斥形而上学、伦理等不符合「逻辑+实证」确证原则的知识，认为它们没有意义。

然而经验证实原则具有极大的漏洞。这点18世纪英国哲学家休谟实际就已经就指出来了。两个事件之间，一件总是伴随另一件发生，无论发生多少次，二者之间都可能不具备因果关系。同理，应用证实原则，无论现实有多少证据证明其正确，它依然可能是错的。例如罗素的火鸡，对地震的预测。

如何判定一个理论的有效性？在20世纪初，哲学家卡尔·波普尔观察到，爱因斯坦证明其相对论并没有去寻找符合其理论的经验证据，而是相反，他提出了自己理论可能被推翻的情况，寻求对相对论的证伪。在经过这类「判决性实验」后，相对论的地位开始确立。而相反的，例如佛洛依德的精神分析，他总是能找到证实自己的证据，却无法诉诸证伪——它用自己的理论总能解释一切，无论正例、反例，都可以解释为潜意识、性欲或恋父情结。

由此波普尔提炼出了科学理论的真正特征，即具备可证伪性。一个理论如果不具备可证伪性，即指出在什么情况下可能是错的，那它就不是一个有价值的科学理论，其解释力再强也没有实际意义，不能指导对现实进行有意义的改变。很多宗教或玄学理论正是如此。波普尔的证伪主义还带来了一种新的真理观：科学不是绝对真理，任何科学的理论都可能是错的，只是暂时未被推翻的假说。

证伪主义的意义在于，指出可错的理论才是有价值的，值得人们认真对待的。然而，科学发展本身是否就是一个不断证伪前人理论的过程？

对此，哲学家迪昂和奎因（Quien）等进行了反驳，提出了迪昂-纽拉特-奎因论题（Duhem–Quine thesis）。认为在科学理论判断中根本不存在「判决性实验」。如果有足够的想象力，总可以过适当调整个理论体系某些部分，使该理论永不被「反驳」。奎因认为，所有适合证伪原则的命题都是严格的全称命题（如所有天鹅都是白色的，直到发现黑天鹅），对单一命题进行检验和证伪都是不可能的，总可以增加辅助假设，使得理论永远正确的（如地心说面对日心说，可以增加如本轮、均轮的概念使之依然正确）。

换言之，面对任一组观测结果，可以有无穷多个理论去解释这些结果，之所以得出某个特定结论，一定同观察者者的预设立场直接有关。理论持有者完全可以通过打补丁的方式完善理论，使得理论符合新的事实。这些理论的立场。

发生这种情况最主要的原因是，不仅理论本身，证据本身也是主观的，这被美国哲学家汉森（Norwood Russell Hanson）称为「观察渗透理论」。也就是说，其实根本并不存在中性观察下的经验事实，任何「事实」都是在某些先验假设和不同范畴化视角下的产物。例如在《我的妻子和岳母》这幅画中，看到妻子还是老妇人就因不同人脑的观念而异。在某些原住民中，会把「女人、火、危险事物」当成同一种东西。在模式识别中，也有所谓「丑小鸭定理」证明：世界上并不存在客观的分类。神经科学研究也证实，人脑所看到的现实世界，本身就是被构建出来的，其中不同的信念和知识会影响所观察的结果。

因此，任何理论，无论是非科学还是科学理论，总是可以通过打补丁的方式，让自己不被证伪。那么，要否定的，就不能只是单一的理论，而是在理论背后具有整体性知识网络的信念、价值和假设。

美国科学哲学家托马斯·库恩（Thomas Kuhn）通过对科学发展史的研究，提出了「范式」理论：每一个时代这些不同信仰、价值、先验假设和研究方法的总和，即被称为不同的「范式」。科学真实发展过程不是一个理论取代一个理论，而是范式之间的变迁，即「科学革命」。一个范式刚被建立起来的时候，科学家最重要的工作在某个范式下发展和丰富理论，而不是证伪。当有违反现有科学理论的现象出现时，科学家往往依然在原有范式下小修小补，直到实在补得太多不堪重负，科学共同体再来一个观念上的大颠覆，完成科学革命。例如爱因斯坦相对论和量子力学对牛顿力学的颠覆即是这样。

在库恩看来，科学正是一个在整体性不断通过科学革命进行范式转移的过程。然而事实上真是如此么？匈牙利科学哲学家拉卡托斯（Imre Lakatos）认为不是这样。他认为无论是证伪主义对个别理论的「判决性实验」，还是库恩提出针对的范式转移的科学革命，都是一种神话——或者说是一种理想性概括。

在真实科学研究过程中，所谓范式，实际上细化为一系列不同的科学研究纲领，而这些研究纲领之间往往在很长时间是共存的。这些研究纲领有其特定的结构：

硬核（hard core）：「研究纲领」的基础理论，是不受经验检验的陈述和命题所形成的集合，是一组具有启发力的形而上理论或是预设，如果遭到反驳和否定，整个「研究纲领」就会遭到动摇或彻底的否定。

保护带（protective belt）：由许多「辅助假设」所构成，其功能为保护硬核，对保护带的调整修改可消除研究纲领与经验事实的不一致性

反面启示法（negative heuristic）：是一种方法论上的禁止性规定，禁止把外部批判的矛头指向硬核，并要求科学家用自己的智慧去型塑硬核或发明一些辅助假设以形成保护带。

正面启示法（positive heuristic）：用以发展整个纲领。是科学家预先想好的研究方向、方针和步骤，可以开展出一系列越来越复杂的的模型以模拟客观实在

在同一个时代，不同的研究纲领虽然可以长期并存，彼此之间也无法进行证伪，但是，在不同的可以研究纲领之间状态是有差别的，即科学纲领之间存在进化与退化：进步的科学纲领，其理论研究能促使发现迄今不为人们所知的更多的新颖事实，即预测力更强。

在讲完科学哲学简史后，我们回过头来再看认知科学。

以科学纲领来分析认知科学，其最初的 CRUM 假设中，其硬核为「心智过程是基于心理表征的计算过程」，然而却遭到了情绪、意识、身体、世界、社会、动力系统等多方面挑战。

与挑战的同时，连接主义和具身-生成进路兴起，它们实际上和认知主义是不同的科学纲领。为此，CRUM 作为硬核可以调整自己的保护带，增加更多「辅助假设」，譬如对连接主义将符号表征理解为不同神经元的权重、对动力系统将符号表征理解为不同的混沌吸引子，然而，这种调整却是被动的，并不能使基于CRUM 假设认知科学预测更多的事实，即无法带来更多的新的知识与实践。相反，我们看到的是基于神经网络的深度学习、强化学习，基于具身-生成路线的具身机器人在不断发展。

由此我们看出，基于认知主义的认知科学是一个退步的科学纲领。虽然拉卡托斯认为，退步的科学纲领并不被会证伪，会和新纲领并存，甚至有可能重来（如深度学习之后符号主义再受到重视）。然而新纲领被建立时，会因为更强的解释力和预测力，预测更多的事实和指导实践，必然会慢慢成为主流纲领，原有纲领即使不被废弃，往往会被暂且冷落，成为某种条件下的近似（如牛顿力学成为相对论低速宏观下的近似）。

结合认知科学本身的情况看，认知主义方法在退步，认知科学的跨学科环境和设置也没有形成，因此认知科学已很难再形成一个统一完整的学科。

按照《What happened to cognitive science?》这篇论文的观点，也许一开始就不存在认知革命下的认知科学，只有认知心理学——而它只是行为主义心理学后的又一心理流派。

编辑：马晓晴