Enterprise Engineering Forum

企业工程论坛
Categorized as: 其它基础课题   Tagged as: ,, , , , ,

认知过程三角

Author: 余彤鹰,  Source: 企业工程论坛,  Published: 2010-04-09

Excerpt: 介绍一个简单而基本的认知模型,“认知三角”(cognitive triangle),即“感受-思考-行动”(feeling-thought-action)。它反映认知基本行为的基本过程结构,也可能是基本的智能过程特征结构,所以也可称为“智能三角”。在讨论中,假定了两种基本的资料(数据)类型:映像、陈述(理论)。同时,大脑还应有编制、执行、调度“程序”的功能。大脑就是信息系统。进一步从信息系统及交互这样的“中间”立场去讨论,可以对信息系统、大脑工作原理等不同方面,带来很好启发性和操作性思路。

1 基本概念

对认知过程或认知模型有很多的研究,并且有认知心理学这样的专门学科。有一个认知三角(cognitive triangle),即“感受-思考-行动”(feeling-thought-action or do),虽然简单,却可能刻画了认知过程(行为)最基本的东西[1]

Cognitive Process Triangle

认知过程三角

为了与其它话题区分,这里将其称为“认知过程三角”(Cognitive Process Triangle)。这个模型揭示了认知的根本。它反映了认知过程上的三种相互关联的基本行为,如图。在不少地方看到这个三角形,action有时也用do,其中的顺时针旋转标记是我添加的。

感受(feeling),或感觉、知觉,是意识活动的基本出发点,是对原始资料(数据)的搜集。最初的感觉,是一种被动的信号接收。但认知过程不仅是被动接收、处理和分析信息,还包括对认知对象的主动探查、或者与认识对象的互动——称之为“行动”(action)。

思考(thought),首先是对原始的感受数据进行处理,并与已有的数据(知识)建立关联。初步处理的结果,可能停留在关联、补充上,也可能发现一般化的要求,例如产生新“概念”。更深入的方面,可能涉及复杂的陈述(理论)的建立或匹配、扩展。这些处理中可能会发现诸如资料不完整、不一致、与已有资料或知识矛盾、新理论存在的假设等等,这就产生了获取新的资料或进行验证的需求,也就是“行动”的需求。

例如:最初,我们还没有“苹果”的概念。然后,我们不断地 “感受”一些具体的苹果,它的形状、颜色、手感等。在感受资料基础上,一方面,在大脑中处理各种感受的结果,例如多次的感受,综合成为“苹果”的概念(类),它不等同于任何一个具体的苹果的数据,每次新的感受,都会被用来与之比较。另一方面,我们不会停留在偶然、被动得到的苹果资料,例如我们会想,它的内部是什么样——于是产生行动指令,用刀切开;它的味道怎样?于是产生品尝的行动。在这些行动中,得到进一步的感受资料,不断补充最初建立的“苹果”概念。

行动(action),是思考的一种结果(这里我们忽略不经大脑的所谓“条件反射”),表现为认知主体针对认知对象的行为或操作。例如对推测的检验,对数据的主动搜集。行动的结果必须通过感受,而再次进入到思考之中,这种感受,将是有目的、前提的(或用计算机的方式说,是有状态记录的,是预定程序的返回值),是“主动探索”的结果。

从上述过程的认识看,它们应当是有顺序的,正如同图中的顺时针箭头所示:感受需经思考才能行动;行动带来新的感受,从而启发进一步的思考;而思考过程的重要结果,则是一些“理论陈述”(可能成为知识),并可能导致行动方案——程序的产生。例如,在感受到一种不知名的园形物体时,我们会运用已有的知识(即理论)与之关联,看是否符合:它是坚硬的吗?它含有水分吗?它的颜色、气味如何?手感如何?所有这些“设问”,实际上就是与某种“理论”进行比较,另一方面,也可能产生新的理论陈述。这些理论陈述可以是:苹果是园的、一边有柄,一边有眼,黄底红色,等等。每次感受得到的资料,会与已有资料匹配,足够相似时,就可能是一种验证;不同时,则可能需要补充、更新现有资料,或进一步探索(采取行动和新的感受)的需要。

思考与行动、感受的关联,暗示这是一种智能行为模式,它们的基本顺序和不可跳过性,也许就是“智能”的基本特征,或者说是智能过程的特征性结构。感受提供思考的基本素材,行动则主动地获得新的素材。通过这样不断地循环,逐步积累、改进对复杂事物的认识。人类正是通过这几个基本行为的不断重复、循环,形成对外部世界复杂的“”。不经大脑的“行动”(条件反射),是低级的、非智能的。

另一方面,这一结构不仅表现在对“外部世界”的认知,也表现在人体自身的过程,例如饥饿(感觉)-如何解决(思考)-吃饭(行动)。相对于认知主体——大脑,身体也是其工作环境的一部分,相当于计算机的外部设备。

2 若干讨论

2.1 从信息系统及交互立场研究认知

传统的认知过程或认知心理的研究,看起来具有强烈的学科特点,即密集地运用心理学、社会与文化方面的概念。而涉及到基础原理或作用机理层面,则可能更多地,直接落到生理乃至解剖学的视域中。这样的研究,可能在两个地方产生软肋:一是自顶向下,从传统的哲学、认识论、文化社会研究的命题向下,如何过渡到诸如“信息、数据、处理、输出、程序、执行”,是第一个软肋;从大脑解剖学、活动区域的扫描、脑细胞结构、神经传导信号向上,如何升层次,是第二个软肋。这两个软肋中间的地方,我认为,就是与“计算机信息系统”最相似的地方——它的基本要素是信息/数据、存储、处理、程序……。严格地说,这也许仍然是一种假说(我个人宁愿当作是信念)。

正是出于这种“固执”的观念,我才关注或留意到诸如上述的认知过程,并且发现这两方面的知识(尽管有些非常原始和粗糙),通过这种途径能够紧密地结合,互相启发。

例如,感受和行动这两种基本行为,还揭示了思考不仅仅是分析处理感受的数据,而且要产生行动指令(程序)。而感受,也不会停留在被动、初级的感觉数据输入,它包括各种“探测行动”(例如观察,试验)的结果。无论研究大脑的活动原理,还是借助对大脑的认识研究计算机(信息系统或软件)的结构原理(例如具体的“信息系统架构”这样的课题),这个认知过程三角模型都有很直接的启发和可操作性。

在这样的基础上,我们还提出同时具有启发性和操作意义的“认知结构模型”。

2.2 大脑对几种不同资料的处理方式

大脑之内的陈述,是以什么样的“语言”完成的?是一种字符编码的文本吗?

这是我的一个猜想:原始感官记录(映像)和最接近的地方,人脑使用的是通用的(取决于大脑一般结构特征的)表达方式,一种大脑特有的“原始编码”。在什么地方、怎样与自然语言衔接,是未来研究的一个切入点。从信息的本质角度,在自然科学的基本方法基础上(比如数学)研究,而不是限于精神、心理、神经学的角度,可能是个突破口。毕家祥的“全息拓扑学”,就是这样一个理论,其中的一个要点,就是通过对信息的拓扑性质的揭示,发现了一种“自然编码”的方式[2]。我个人笃信,这是一个迄今没有受到重视的重要发现。

根据直觉,大脑对于原始感觉资料的保存可能是很少的、短暂的,它们可能被迅速转化为“原始编码”,这些原始编码,或许类似于映像转换为脚本。而在大脑空间里,这些原始脚本,才是思考的基础,相当于思想的“模型”部分。根据对大脑研究的一些留意,我想大脑对上述类型资料的接受、储存和处理,可能会反映到某种具体的生理/物理结构上。更有意思的是,在上述思考背后所能看到的,将大脑活动()建立在既有的数学基础之上的可能方式。

2.3 如何建立和处理时间/顺序

时间性(顺序性)的因素是怎样产生或作用的?可以有以下假设:

  • 大脑存在着基础时钟,把握脑的计算节拍,与计算机的时钟相似。这种时钟具有物理时钟的特点。但它的重要性,也许并没有被足够地重视和揭示。
  • 大脑对绝对时间的处理,可能只能与计算机系统类似,靠对特定事件附加时间标记。它和顺序的表达是可分离的。因此,很多事情,我们可能只记得顺序,而无法回忆绝对时间。
  • 大脑对顺序/程序的储存、处置机制是什么?这是一个重要的问题。记忆资料的时间顺序,可能会体现在物理分布上。而程序的执行机构,可能是小脑。程序的编制机制和定位、调度方式,是特别重要和有吸引力的一个研究点。
  • 大脑编制、执行、保存“程序”的方式,也许可以从现代计算机软件的发展中得到很多启发。仅仅是确定这种假设的合理性,也是很有意思的。

3 小结

大脑的认知过程可能是类似软件开发的迭代、增量式、逐步求精的过程。在这个过程中,行动(主动的探测、操作、有目的地搜集数据)是标志着“智能”的重要环节。在这个意义上,这一认知过程三角,也可称之为“智能三角”。

在对认知过程三角的分析中,假定了两种基本的资料(数据)类型:映像,陈述。映像是感觉器官输入的直接记录,并作为“理论”的模型;陈述则对应着模型论[3]的“理论”。“理论”决定行动,这应该是“智能”的一个基本标志。

在“信息系统”概念上研究大脑,是个有趣的课题。大脑如何对原始的感觉映像编码,并过渡到自然语言,可能是个重要的切入点。同时,为了支持行动(乃至各种复杂的行为),大脑还应具有编制、执行、调度“程序” 的功能。

借助现代信息技术(软件、信息系统)的原理,可以对研究大脑的工作原理带来许多启发和借鉴。这里隐藏着一个命题:“大脑就是信息系统”。

这些讨论思路,无论是对计算机应用,还是大脑工作原理研究,都可能具有启发意义,并带来操作性思路。而笔者思考这些问题的基本初衷与主要结果,都是针对计算机信息系统的。

注释

[1] 很遗憾,看到过几个关于认知三角的叙述,都是一般性的,尚未能辨清其原始的提出者。
[2] 见毕家祥创建的网站,这是一个运用拓扑学创建的信息理论模型。其基本目的就是“研究人工智能和大脑思维模型”。
[3] 本文提到的映像、陈述(理论),有意对应着数学分支“模型论”的背景。映像对应着模型论中的结构(即模型);陈述,表达为句子的集合,对应着模型论的理论。

Copyright

  本发布物版权归原作者所有,经原作者许可在企业工程论坛(EE-Forum.org)公开发布,并允许个人及公益性机构非牟利性使用及传播。传播中需保持从标题、署名到各项内容及此声明包括链接地址等完整内容不变。引用或摘编文中内容或观点应符合公认准则。其它机构,或牟利性使用,请预先取得作者许可。保留一切未说明的权利。
  详细说明见: http://www.ee-forum.org/about/copyright ,管理者电子邮箱:admin(at)ee-forum(.)org

Cite Style

GB7714 style: 余彤鹰. 认知过程三角[EB/OL]. 企业工程论坛, http://www.ee-forum.org/wp/pub/ty/2010-04-p1290.html, 2010-04-09[2016-05-28 11:55]

Chicago style: 余彤鹰, "认知过程三角", 企业工程论坛, http://www.ee-forum.org/wp/pub/ty/2010-04-p1290.html(accessed 2016-05-28 11:55)

Posted by   2010-04-09(原发)   Hits 9228   Modified 2010-04-09(Locked)
Prev Post: 
Next Post: 

Related Entries:

思于模型
提升软件领域模型驱动研究的境界
辛卯元月遐思录:浮云,神马与黑马
开放的世界与有限的模型
漫谈计算机领域的本体论(ontology)

2 Comments

  1. 大脑如何记录和回想一个影像,过去曾有两种观点。一种说大脑内数百万个神经元会和谐一致地作用,将各种零星的信息拼凑在一起,形成完整的画面;另一种则认为大脑内一个个独立的神经元,会各自辨识一个特定的物体或人物。1960年代神经学家雷特温(Jerome Lettvin)将第二派的观点命名为“祖母细胞”理论,意谓大脑内有一个神经元专门负责辨认每一个家庭成员,失去了某个神经元,可能就认不得祖母了。

    英国列斯特大学的基洛加(Rodrigo Quian Quiroga)和同事为研究单一神经元的选择程度,观察了八名病患,他们的脑内都植入了64个微电极(为找出癫痫发作部位进行手术治疗),其中许多是装置在与长期记忆储存有关的海马(hippocampus)。这样就可以观察记录脑神经元的活动与信息输入的关联(例如:给受试者观看明星、特殊物体照片)。

    他们发现:

    有名病患的一个神经元,可以对演员珍妮弗安妮斯顿七张不同的照片都会产生反应,然而对其他80多张动物、建筑物、有名或默默无闻的人的相片却一点反应也没有。

    类似地,另一名病患有一个神经元是奉献给演员荷莉贝瑞的;这个神经元不仅对照片有反应,对画像和她名字的图像都有反应;此外,即使贝瑞穿上猫女的面罩和戏服,只要病患知道那是贝瑞,这个神经元也会活化。基洛加补充道:“这个神经元是对荷莉贝瑞这个抽象观念有感应,而不是对某一特定的视觉特征起反应。这就好像’我没有办法回想一段对话的每个细节,但我记得它是有关什么’一样。它显示我们储存记忆时用的是抽象的概念。“

    摘编自:《部分人的大脑诠释事物的影象只需几个细胞》,环球科学,2007-3

  2. 在豆瓣上一个关于“具身认知”(Embodied Cognition) 的对话中(链接),从网友的质疑得到一点启发。

    三角形这个表述给人以强烈的静态结构的暗示,虽然本文讨论是认知(智能)过程:基本行为的顺序和循环,并对流行的图示做了重要改进(环形有向箭头),但似乎仍然不能消除这种误解。

    由此启发,这个概念最恰当的表述,是“认知循环”(cognitive cycle)。这才更明确无误地表达出“认知行为的过程结构特征”这一主旨。

    另一个质疑是关于条件反射的:但正如本文所述,它是低层次上的东西。如果非要说这也是智能,那么它就是比大脑智能低一个层次的“智能”,几乎所有动物都具有的“智能”,叫做“躯体智能”也很恰当(也许这就是所谓“具身认知”强调的?)。模糊印象中,巴普洛夫学说的早期阐述似乎就有类似躯体智能的说法?但这是本文之外的事情。除了对“智能”含义的不同,这与本文讨论的东西并不矛盾。忽然想到坎农的《躯体的智慧》,好久没翻过了。

Leave a Response

You must be logged in to post a comment.