《认知心理学》讲义大纲.pdf
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1、 1 认知心理学 本课程安排在三年级第二学期,每周平均三课时,其中双周一次课,单周两次课,每次两节,共 48 课时。教学方式以讲授法为主,根据课程具体内容及学生实际需要,配合其他教学方法,如讨论法、案例分析法等,其中,课堂教授与课堂讨论大约按 3:1安排。根据课程要求、教材体系和教学时数的实际情况,本课程教学内容及时数、教学进度安排为:周 次 计划进度 课 时 分 配 备注 讲授课 习题课 课堂讨论 实验参观 测 验 1 绪论 2 要求学生课外自行检索资料,布置作业:编写认知心理学条目。1-2 研究方法 3 1 3 感觉与知觉 3 1 要求学生分组作业:每三人一组,分别撰写知觉、注意、记忆的文
2、献综述。4-5 注意:认知神经科学取向 3 1 5-6 记忆过程 4 7 概念的表征与结构 4 分组作业 要求学生根据笔记和教材编写认知心理学课程纲要,课堂交流并讨论。9 作业讨论 2 9-10 图像加工和表象 3 1 11 语言信息处理 3 12 语言与认知 2 1 13 问题解决与创造力 3 1 14-15 决策 3 1 15 社会认知 2 16 元认知 2 17 课程复习与回顾 2 2 总计 37 11 共 48 课时。3 第一章:绪论 一、认知心理学 Cognitive Psychology的定义 广义:Piaget为代表的结构主义认知心理学 Gestalt为代表的心理主义心理学 信息
3、加工心理学 Information Processing Psychology 狭义:信息加工心理学 (Newell&Simon,1972),又称为符号操作系统 Symbol Operation System Receptor:感受器 Effector:反应器、效应器 Processor:处理器、加工器、控制系统 Memory:记忆、记忆装置 J.R.Anderson,1980认为:认知心理学是研究人类智能本质及其工作原理的科学;美国的百科全书里指出,认知心理学研究人类的高级心理过程,即接收、编码、操作、提取、利用知识的过程,包括知觉、语言、记忆、智力、推理、问题解决、创造性等。1956年,认
4、知心理学的兴起 1967年,世界上第一本认知心理学 Ulric Neisser,1967,Cognitive Psychology 定义“认知”(Cognition)All mental processes by which the sensory input is transformed,reduced,elaborated,stored,recovered,and used.经由感知觉系统输入的刺激所进行的六种心理过程:转换、缩减、添加、储存、提取和运用。Receptor Effector Processor Memory 环境 4 认知心理学:以心理学方法来研究人类认知问题的一门学科。认
5、知心理学家主要研究“心理过程”(mental processes)转换、缩减、添加 心理过程 transformatin,reduction,elaboration Mental Processes 2、记忆和应用操作 memory and applied operation 储存、提取、应用 storage,retrieval,use 二、认知心理学的特点 1、其基本理论取向为信息加工论,并以信息加工方法为基本研究方法,使其不同于广义的认知心理学;2、强调研究人类的内部认知过程,是对行为主义的反动;3、将人脑与电脑类比,将人脑看成是类似电脑的信息加工系统;4、将人类认知看成是一个由不同加工序
6、列构成的有序系列,主张将各种认知活动综合、整体地加以分析,它们既可能是“序列”的,也可能是“平行”的(serial/parallel)5、人类的信息加工过程采用了一定的认知策略,强调人类认知活动的主动性。三、认知心理学研究的核心问题 1、知识或信息是如何储存在我们的认知系统之中?心理表征 mental representation 表征:象征性的代表,既可以是具体的对象,也可以是抽象的概念 可以使形之于外的,也可以是心理或内隐的。表征的三个方面:内容 形式 媒介 长期以来,在认知心理学的研究当中,更多地研究集中在心理表征的内容与形式上,而比较忽略媒介。这主要是因为牵涉人脑的神经生理机制,受限于
7、研究方法和背景知识。这也就是认知心理学中“信息加工论”风靡的原因。而现在随着脑成像(brain imaging)技术以及认知神经科学的发展而有所改变。2、信息的获取以及操作时的程序问题?心理过程 mental processes(1)为了要达到特定目的,究竟需要进行哪些心理活动?(2)这些心理活动的操作程序到底怎样?5 例:数字心算 3+5=?(记忆提取 vs 扳指计数?)四、认知心理学的理论来源及基本理论取向 1、心理学科的发展沿革 1879 年,Wundt 心理学实验的建立标志现代心理学起源,Wundt 意识心理学主张研究意识 反应时技术 1920 年代,Watson 行为主义心理学兴起(
8、美国)巴甫洛夫刺激反应(技术)&实证主义哲学、实用主义哲学 严格的实验方法,操作主义 Gestalt 心理学在德国兴起 Wertheimer,Kohler,Koffka,物理学场论(技术)&现象学(哲学)内部心理组织的观点 2、邻近学科的影响和促进 心理语言学:Chomsky 的语言学理论 转换生成语法 乔姆斯基(Noam Chomsky,1928-)在 1956 年开始发表他的系统的语言学研究成果语言描述的三模型(Chomsky,1956)。乔姆斯基提出的短语结构文法能够产生所有可被“图灵机”(Turing Machine)识别的语言,可被图灵机识别的语言就是能使图灵机停机的字串。随后乔姆斯
9、基在 1957 年发表了他的代表性著作句法结构,标志着“转换-生成语法”的诞生。转换-生成语法不是仅仅描写人的语言行为,而是要研究体现在人脑中的认知系统和普遍语法,强调要对人的语言能力作出解释。乔姆斯基本人开始就看到了转换-生成语法对认知科学的意义,主张把语言学的研究和神经科学、心理学以及生物学等学科的研究结合起来,共同为探索人脑的奥秘作出贡献。计算机科学和人工智能:Newell&Simon 的“逻辑理论机”(简称为 LTM)1956 年西蒙和纽厄尔“逻辑理论机”(简称为 LTM)的成功为后来被称为信息加工心理学准备的语言和框架。西蒙和纽厄尔认为“逻辑理论机”不仅是计算机智力的有力证明,也是人
10、类认知本质的证明,其系统的关键特征是将复杂任务分解成子目标,信息加工被表征为一系列的程序指令,而且启发式也用于辅助决策(Newell&Simon,1956)。6 第二章:研究方法 一、认知心理学的三种研究范式:1、实验心理范式 实验认知心理学方法的研究范式:研究者通过控制变量来观察被试行为(反应时和操作准确率)以探索认知过程和认知结构。2、计算建模范式 计算建模方法的研究范式:借助计算机建模来理解认知过程,解释和预认知科学 Cognitive Science 认知心理学 Cognitive Psychology 心理语言学Psycholinguistics 认知神经心理学 Cognitive
11、Neuropsychology 认知神经科学 Cognitive Neuroscience 人工智能 Artificial Intelligence 认知心理生理学 Cognitive Psychophysiology 认知生理心理学 Cognitive Physiopsychology 计算神经科学 Computational Neuroscience 认知神经生物学 Cognitive Neurobiology 2 3 1 7 测行为。3、认知神经科学范式 认知神经科学范式:主要是通过一些细胞活动记录和脑成像技术来研究认知过程与大脑活动之间的关系。二、实验认知心理学的方法(实验心理范式)1
12、、反应时技术 Reaction Time 反应时:指刺激作用于感官至被试做出某一反应的时间。荷兰生理学家 Donders(1868)利用计算一个选择反应和简单反应之间的反应时之差,来推断完成“选择过程”需要 100ms Michael Posner 减法反应时实验 a、对红色光点进行 Y/N 判断;b、对红色和绿色光点进行辨别反应。b-a 即为对两个颜色光点进行判别的时间。经典实验:Clark&Chase(1972)句子和图形加工实验 判断句子与图形表达意义是否一致,如 Star isnt above plus 根据深层结构假设,句子以命题形式表征 第一阶段:句子表征 则:Star is ab
13、ove plus 参数 a Star isnt above plus 参数 b(否定命题)第二阶段:图形表征 第三阶段:两种表征进行比较 Plus is below star(第一名词不同,参数c)两个命题都是肯定比任一命题否定用时更少(参数 d)第四阶段:做出反应(时间是一个恒定值 t0)Clark 和 Chase 根据上述累加逻辑和实验结果,分别计算出:a=93ms,b=685ms,c=187ms,d=685ms,t0=1763ms。设计反应时实验时,要特别注意速度-准确性权衡现象(speed-accuracy tradeoff)2、双耳分听技术 Dichotic Listening 双耳
14、分听技术:实验者要求被试追随呈现在一侧耳朵的一条讯息(任务为大声重复讯息内容),而与此同时向另一侧耳朵呈现另一条讯息。Colin Cherry(1953)首先使用这一技术研究“鸡尾酒会”问题(cocktail party problem):当多人同时讲话时,人们怎样能够只聆听某一个人的谈话?*+8 他发现这个能力是运用物理特征的差别来维持注意所选择的听觉信息。当Cherry 以同样的声音向两耳同时呈现两条不同信息时(这样就消除了物理差异),发现被试制能从另一条或没被注意的讯息中获得很小的信息而且被试很难仅仅根据意义来区分这两条讯息。被试甚至很少注意到另一条讯息的呈现形式发生了大的变化,如以外语
15、或倒叙方式呈现。因此,Cherry 认为未被注意的听觉信息几乎不接受任何加工。其他证据也支持这一结论,如Moray(1959)发现对没被注意的词汇,即使呈现多达 35 次,也不能产生多少记忆。3、分视野速视刺激法 分视野速视刺激法:利用左视野信息投射到右侧半球,右视野信息投射到左侧半球的解剖特点比较两半球的功能差异。其逻辑是:如果大脑两半球在处理信息时存在特异性,那么当信息正好投射到优势半球时就会表现出加工优势,而信息投射到劣势半球则需要通过胼胝体传递信息至优势半球,然后再做出反应。分视野速视刺激法一般与反应时技术结合使用。特别注意:a、投射角度 25 度。太大,看不清楚;太小,双侧投射 b、
16、刺激时间低于 200ms。超过会引起眼动或头动。4、眼动技术 Eye Moving 眼动概念:当我们阅读文章、看风景或搜索东西时,会不断发动一些眼睛的移动使我们的注视点从一个位置变换至另一位置,这个过程叫眼跳(saccade)。发动一个眼跳需要一定的时间(潜伏期);眼跳速度很快,期间视觉输入的敏感性会降低,这个现象就是眼跳抑制现象。视网膜根据其不同的注视特点可以划分为三个区域:中央窝:不需要眼跳就可以识别目标刺激的区域;副中央窝:必须眼跳才可以识别目标刺激的区域;边缘视觉区:需要头部运动才可以识别目标刺激的区域 眼动研究的三种技术:移动窗口技术:窗口指主试点周围的一段视觉区域。在移动窗口技术中
17、,窗口中的内容在实验中是正常显现,而窗口外的内容则被屏蔽掉。如下面对两个连续的注视位置使用移动窗口所显现的 例:language is an essential characteristic of the human 正常句子 *xxxxxxxx xx xx essential charac xxxxxxx xxxx xxxxxx 移动窗口技术 *9 xxxxxxxxxx xxxxx xxxxxxx l characteristic xx xxx xxx *中央窝掩蔽技术:这种技术与移动窗口技术类似,区别就是读者注视时,主试点周围或窗口内部的内容被屏蔽掉,而窗口外的信息正常显示。如:Langu
18、age is an xxxxxxx l characteristic of the human 中央窝掩蔽技术 *Language is an essential xxxxxx teristic of the human *边界技术:如在下句中,最初时将目标单词用其他词或非词替换,“eyes”被替换成“dogs”。当读者眼跳经过预先定义的视觉区域边界位置时,这里是单词“the”中的“e”,最初的刺激词被目标词替换,也就是“dogs”被“eyes”替换:During a saccade because the dogs are moving so 边界技术 *During a saccade b
19、ecause the eyes are moving so *实验介绍:Keith Rayner(1998)的实验:使用移动窗口技术来检测阅读中的读者可以从注视点右侧获得那些信息。阅读文章,然后对窗口进行调整 (1)一个单词;(2)一个单词,注视点右侧的单词;(3)一个单词,右侧单词 1 个字母;(4)一个单词,右侧单词 2 个字母;(5)一个单词,右侧单词 3 个字母 发现:(5)阅读更顺畅,与(2)很接近,被相似字母掩蔽,与(2)无差别;被不相似字母掩蔽,没有(2)快。结论:我们从注视点右侧得到的是单词的部位信息,尤其是前三个字母是比较重要的,但同时我们也得到比这个三个字母更多的信息。5、
20、口头报告法 认知心理学家采用内省法(introspection)要求被试口头报告认知过程或感受。Sperling(1960)关于瞬时记忆的部分报告法就是其中一个典型代表,在这个实验中,Sperling要求被试立即口头报告所见内容,发现瞬时记忆现象。三、计算建模 computational modelling 认知科学家开发各种计算模型以理解人类认知过程。一个理想的计算模型能引导人们去规范一个理论并预测个体在新情景中的行为。10 1、语义网络 在语义网络模型中,刺激之间存在语义联系,而这种语义联系通过以下三条基本原则来运作:相邻 contiguity:两件事因时间同时发生而变得互为联系 相似 s
21、imilarity:两件事因相似而变得互为联系 对比 contrast:两件事因对立而变得互为联系 语义网络的特征:(1)概念由相连的结点(node)来表征;(2)结点之间的连线(link)可表示各种关系;(3)结点以及结点之间连线的兴奋强度代表各概念之间的相似性程度;(4)学习意味着在网络中新增加结点或连线或改变连线间的连接强度;(5)通过兴奋从一个或一组结点在网络上的传播方式,可模拟各种认知效应;(6)兴奋在网络的传播方式可由多种因素决定。(Eysenck&Keane,2000)Collins&Loftus(1975)的语义网络模型能非常恰当地解释许多现象,例如,在语义启动效应中,被试对“
22、狗”这一单词的辨认成绩受先前呈现的单词“狼”的积极影响,这一语义启动效应通过该网络模型能很好地模拟出来。2、产生式系统 产生式系统由各种产生式(production)组成,每一产生式就是一个“如果那么”规则(IFTHEN rule)。一个典型的产生式系统通常包括一个存储“如果那么”规则的长时记忆单位和一个处理当前信息的工作记忆单位。如果外界信息如“绿灯亮了”进入工作记忆,那么它将与长时记忆中有关规则的“如果”部分匹配,进而激活规则的“那么”部分,即“汽车可以通过路口了”。Newell&Simon(1972)在解释像问题解决和推理这一类认知活动时,首先确证了产生式系统的有效性。Anderson(
23、1993)用产生式系统模拟了人类学习,Holland(1986)模拟了语义记忆和老鼠的强化行为。3、连接主义网络 connecgtionist network 也 称 神 经 网 络(neural network)或 平 行 分 不 加 工 模 型(parallel distributed processing model,PDP)。语义网络和产生式系统都是尽可能为一个模型的各个方面编制明确的程序,并且用明确的符号来表征概念。PDP则是在某种程度上改造网络自身。也就是当给予某些信息时,网络可“学习”去 产 生 一 些 特 定 的 产 品,其 意 义 也 是 通 过 分 布 式 表 征(dist
24、ributed representation)来构建。上世纪 80 年代加州大学圣地亚哥分校科学家根据 Donald Hebb 的理论而发展出来。典型的连接主义模型利用三个层次来处理复杂信息:第一层是输入层,由输入单元组成,能把一个刺激编码成一个兴奋模式并存储于输入单元中。11 第三层是输出层,把某一反应存储为一个兴奋模式。两者之间是隐藏层。当一个网络已经学会针对输入层的某一个特定输入刺激在输出层产生某一特定反应时,它就能展示较为稳定的行为。其中误差逆转规则(BackProp)是其一种学习规则。Seidenberg&McClelland(1989)曾开发了一个可朗读英文课文的连接主义模型。模型
25、中每一个单元具有某些简单的计算功能。在 250 组训练之后,该模型对所学单词的发音正确率达 97%。从而,模型在未外显地设置任何发音规则的情况下,似乎学会了英文发音规则。四、认知神经科学技术 认知神经科学技术分为两大类:脑损伤(刺激):以生理变化为自变量,心理反应为因变量,属于生理心理学范畴;脑成像:以心理活动为自变量,生理反应为因变量,属于心理生理学范畴。1、脑电(EEG/ERP)脑电(EEG:Electroencephalograph):通过头皮表面电极记录到的脑电活动变化 如人类安静时,脑电呈 波,813Hz,振幅 50100/V 兴奋时,脑电呈 波,频率 1430Hz,振幅20/V 事
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