认知心理学概述

1、第一章 认知心理学概述基本概念、历史发展、研究方法第一节 认知心理学和认知科学一 认知心理学（一）什么是认知心理学u奈瑟尔对认知的定义：认知指的是对感觉输入加以转换、简化、细化、储存、恢复和利用所依赖的所有加工过程。（一）什么是认知心理学 广义的认知心理学：指以认知为研究取向的心理学。 狭义的认知心理学：指以信息加工观点为核心的心理学，又可称为信息加工心理学。认知心理学的研究范式 符号操作系统范式 把计算机作为人脑功能的一种心理学模型。 联结主义范式 认为人的心理活动和大脑的神经活动方式一相似的。符号操作系统范式 符号：泛指代表、表示或意指他物的一切东西。所谓符号就是模式，任何一个模式只要能和

2、其他模式相区别，就是一个符号。输入符号存储符号建立符号结构条件性迁移复制符号输出符号符号操作系统范式 符号操作系统的三点推论： 既然人具有智能，它就一定是一个完整的符号操作系统。 既然计算机是一个完整的符号操作系统，它就能够表现出智能。 既然人是一个完整的符号操作系统，计算机也是一个符号操作系统，那么久能够用计算机来模拟人的认知活动过程。人的认知活动和计算机类比人类认知活动计算机人类认知的计算机模型 通用问题解决程序 初级知觉和记忆程序 人类联想记忆 思维的适应性控制联结主义范式联结主义理论模型的组成1.一组单元：节点2.激活状态3.联结模式4.节点激活规则5.节点输出功能6.学习规则联结主义

3、理论模型的特点 内在并行性 分布式处理 容错性 自适应性（二）认知心理学研究什么 注意 知觉（模式识别） 记忆 知识的组织 推理 问题解决 分类、概念和类型 语言 元认知 认知发展 社会认知 认知神经科学二、认知科学 认知科学是20世纪世界科学标志性的新兴研究门类，它作为探究人脑或心智工作机制的前沿性尖端学科，已经引起了全世界科学家们的广泛关注。 认知科学的六个领域：心理学、计算机科学、语言学、人类学、神经科学、哲学。第二节、认知心理学的历史与发展一、认知心理学的哲学基础u理性注意u经验主义二、认知心理学的起源 早期对认知的探索 柏拉图 亚里士多德 通过科学实验对认知进行研究 对神经冲动的研究

4、 对记忆的研究三、认知心理学的创立 认知心理学诞生的内在条件 行为注意 格式塔学派相关学科的推动 人因工程学 信息科学 计算机科学 语言学2022-4-2719第三节 认知心理学研究方法 计算机模拟计算机模拟 流程图示研究流程图示研究 口语报告法口语报告法 反应时测量法反应时测量法 眼动研究技术眼动研究技术 认知神经科学技术认知神经科学技术2022-4-2720一、计算机模拟方法 (一)、涵义 计算机模拟方是指利用计算机来模拟、检验、发现人的认知活动及其行为表现的规律的研究方法。 (二)、基本程序 主要工具是计算机程序，用它来模拟人的某些心理活动过程。 将某些确定性推断用计算机程序描述，观察在

5、输入相同的刺激信息条件下计算机的输出状态，并同人类被试的输出反应比较。 例如：初级知觉和记忆程序。输入：A、H、V、Y上部有凹状么有横线么？有竖线么？AHVYNYYNNY2022-4-2722二、流程图式研究 （一）、涵义（一）、涵义 是指以是指以作业图或信息流程图作业图或信息流程图的形式表示人的心理活动，并以此分析的形式表示人的心理活动，并以此分析人的信息加工过程的研究方法。人的信息加工过程的研究方法。 （二）、信息加工流程模式（二）、信息加工流程模式 一般由一张作业图中的系列方框构成，每一个方框表示信息加工的一般由一张作业图中的系列方框构成，每一个方框表示信息加工的一个步骤，从一个方框指向

6、另一个方框的箭头标出了一个步骤，从一个方框指向另一个方框的箭头标出了信息流向信息流向的方的方位和位和先后先后次序。次序。感觉记忆信息短时记忆长时记忆提取复述信息丧失信息丧失2022-4-2724三、口语报告法 （一）涵义（一）涵义 被试在解决某项问题时被试在解决某项问题时“出声思考出声思考”（出声讲出）其思维内容，（出声讲出）其思维内容，研究者记录后进行分析，从而揭示被试认知活动规律的研究方研究者记录后进行分析，从而揭示被试认知活动规律的研究方法。法。 最初是德国心理学家最初是德国心理学家Duncker（1945）首先发展出来的，后来）首先发展出来的，后来Newell和和Simon在研究问题解

7、决时（在研究问题解决时（1972），把它当作一个重），把它当作一个重要的方法加以应用。要的方法加以应用。2022-4-2725（二）基本过程 利用这个方法进行研究之前，应对被试进行利用这个方法进行研究之前，应对被试进行足够的训练。足够的训练。 给被试某个问题，要求他们在解决问题时出声思考，同时给被试某个问题，要求他们在解决问题时出声思考，同时录下全部录下全部口述。口述。 如被试在出声思考中发生如被试在出声思考中发生停顿，停顿，实验者可以问他实验者可以问他现在想什么。一般不现在想什么。一般不应提问应提问。 研究者整理由录音机录下的被试的口头报告序列，逐字逐句整理成研究者整理由录音机录下的被试的口

8、头报告序列，逐字逐句整理成文字材料。文字材料。 经整理分析后绘出图例，称为问题解决行为图。经整理分析后绘出图例，称为问题解决行为图。2022-4-2726问题行为图 由两部分组成：由两部分组成：1）被试所具有的知识状态，被试所具有的知识状态，即人在某一具体时刻所即人在某一具体时刻所知的关于该问题或作业的全部信息。知的关于该问题或作业的全部信息。2）被试的）被试的内部操作过程，内部操作过程，即每即每次用来改变其知识状态的手段。次用来改变其知识状态的手段。12345678知识状态操作问题行为解决图例2022-4-2727四、反应时测量法 （一）涵义（一）涵义 反应时是刺激作用于有机体后到其作出明显

9、反应所需要的时间，反应时是刺激作用于有机体后到其作出明显反应所需要的时间，即刺激与反应之间的即刺激与反应之间的时间间隔。时间间隔。 它作为个体成绩指标或内部加工信息过程的复杂程度的指标。它作为个体成绩指标或内部加工信息过程的复杂程度的指标。（二）反应时研究简史（二）反应时研究简史 反应时研究的开端-天文学的研究 贝塞尔德人差方程 ：B-A=K(1923年) （二）反应时在心理学中的研究历史 1850年，赫尔姆霍茨实施了第一个反应时实验：测定蛙的运动神经传导速度。 荷兰生理学家唐德斯提出的反应时ABC 冯特和其学生的研究 1969年，美国心理学家斯滕伯格提出了加因素法。（三）唐得斯的反应时三成分

10、说（减法反应时原理）人的反应可分为三类:第一类称为A反应，只有一个刺激，一个反应，其反应时为简单反应时，又称基线反应时;第二类反应为B反应，有多个刺激，需进行多个反应，其反应时包括简单反应时、辨别反应时和选择反应时；第三类反应为C反应，有多个刺激，只需做一种反应，其反应时包括简单反应时和辨别反应时。基于此，可得出如下算式：辨别反应时=C-A； 选择反应时=B-C。唐德斯反应时唐德斯反应时（Donders ABC of reaction time)刺激反应唐德斯A反应刺激反应唐德斯B反应唐德斯C反应刺激反应A反应时C反应时C AB反应时C反应时B C基线时间选择时间辨别时间二、相加因素法（一）含

11、义： 认为完成一个作业所需的时间是一系列信息加工阶段分别需要的时间的总和。如果发现可以影响完成作业所需时间的一些因素，那么单独地或成对地应用这些因素进行实验，判断这些因素是否与特定的信息加工阶段相联系。该法的关键不在于区分每个加工阶段的时间，而是辨认加工的顺序并证实不同阶段的存在。（二）相加因素法的逻辑： 如果两个因素的效应是相互制约的，即一个因素的效应可以改变另一个因素的效应，那么这两个因素只作用于同一个信息加工阶段；如果两个因素的效应是分别独立的，即可以相加，那么这两个因素各自作用于不同的加工阶段。（三）在认知心理研究中的应用： 斯腾伯格有关短时记忆提取过程的研究。先发现影响因素，然后推断

12、信息加工阶段，再验证信息加工过程阶段。2022-4-2733短时记忆信息提取过程识记项目的数量反应类型反应类型的相对频率测试项目的质量顺序比较反应时测试项目编码决策识记项目编码反应组织2022-4-2734开窗实验 如果能如果能直接测量每个加工阶段的时间直接测量每个加工阶段的时间，明显的看出这些加工阶，明显的看出这些加工阶段，那就好像打开窗户一览无余了。这种技术即称作段，那就好像打开窗户一览无余了。这种技术即称作“开窗开窗”（open window）实验。实验。 以以“KENC4”为例，为例，4个刺激字母相继呈现，被试自己按一下个刺激字母相继呈现，被试自己按一下键就可以看见第一个字母键就可以看

13、见第一个字母K并同时开始计时，接着被试作出声并同时开始计时，接着被试作出声的转换，即说出的转换，即说出LMNO，然后再按键来看第二个字母（，然后再按键来看第二个字母（E），），再作转换，直至再作转换，直至4个字母全部呈现完毕并作出回答。个字母全部呈现完毕并作出回答。2022-4-2735开窗实验看第一个字母看第二个字母将转换结果贮存出声转换被试按键转换结束被试按键转换开始编码阶段转换阶段贮存阶段反应时：第一个字母加工2022-4-2736五、眼动研究技术 1、基本概念基本概念 眼跳，眼跳，我们看东西时，不断发动一些眼动以使我们的注视点由一个位置变我们看东西时，不断发动一些眼动以使我们的注视点由

14、一个位置变换到另一个位置，这个过程就叫眼跳。换到另一个位置，这个过程就叫眼跳。 潜伏期，潜伏期，发动一个眼跳需要一定的时间，这段时间就是眼跳的潜伏期。发动一个眼跳需要一定的时间，这段时间就是眼跳的潜伏期。 在眼跳的过程中我们视觉输入的敏感性会降低，这个现象叫在眼跳的过程中我们视觉输入的敏感性会降低，这个现象叫眼跳抑制。眼跳抑制。 在注视一个目标时，我们的眼睛不会真正静止下来，而是有一种持续的颤在注视一个目标时，我们的眼睛不会真正静止下来，而是有一种持续的颤动叫做动叫做眼球震颤。眼球震颤。 回跳，回跳，与视觉运动方向相反的眼跳运动。与视觉运动方向相反的眼跳运动。 回扫，回扫，注视点从一行的末尾跳

15、到另一行的开始。注视点从一行的末尾跳到另一行的开始。2022-4-27372、研究动态 利用眼动技术可记录多种指标，包括注视和凝视时间，眼跳时利用眼动技术可记录多种指标，包括注视和凝视时间，眼跳时间和位置、回跳时间等。间和位置、回跳时间等。 可用来研究阅读、视觉搜索和场景浏览等问题。可用来研究阅读、视觉搜索和场景浏览等问题。 目前，研究者正试图改进技术，使视觉场景与真实接近。比较目前，研究者正试图改进技术，使视觉场景与真实接近。比较流行的眼动仪是用摄像机对眼球运动进行跟踪的流行的眼动仪是用摄像机对眼球运动进行跟踪的头盔式眼动仪。头盔式眼动仪。2022-4-2738六、认知神经科学 认知神经科学

16、是一门新兴的交叉学科，其研认知神经科学是一门新兴的交叉学科，其研究任务在于阐明究任务在于阐明认知活动的脑机制。认知活动的脑机制。现有的现有的脑认知功能研究技术大致可以分为两类：脑认知功能研究技术大致可以分为两类： 一类是通过改变（损伤或刺激）脑组织和脑一类是通过改变（损伤或刺激）脑组织和脑活动并观察行为上相应的变化来研究脑与行活动并观察行为上相应的变化来研究脑与行为之间的关系。属于为之间的关系。属于生理心理学生理心理学的范畴。的范畴。 eg:脑损伤，电刺激，透颅磁刺激。脑损伤，电刺激，透颅磁刺激。 另一类是在人们完成认知任务的同时，观察另一类是在人们完成认知任务的同时，观察他们的脑活动变化。这

17、属于他们的脑活动变化。这属于心理生理学心理生理学的范的范畴。畴。 eg：单细胞记录，脑电，脑磁，：单细胞记录，脑电，脑磁，PET，fMRI2022-4-27391、脑电（EEG/ERP） 脑电图（脑电图（ electroencephalography，简称简称EEG），），通过头皮表通过头皮表面电极记录得到脑电活动变化，一般认为这种电活动反映了电面电极记录得到脑电活动变化，一般认为这种电活动反映了电极下神经元群活动时产生的极下神经元群活动时产生的突触后电位突触后电位总和。总和。 除了记录电极以外，还在头皮表面放置除了记录电极以外，还在头皮表面放置参考电极，参考电极，实际记录下实际记录下来的信号

18、是记录电极和参考电极之间的来的信号是记录电极和参考电极之间的电位差。电位差。 脑电信号微弱，电极引出的电位变化通过高倍放大器后才能被脑电信号微弱，电极引出的电位变化通过高倍放大器后才能被计算机记录下来。计算机记录下来。2022-4-2740ERP技术 由由特定认知任务特定认知任务所引起的脑电活动比较微弱，被淹没在整体的所引起的脑电活动比较微弱，被淹没在整体的EEG中难以观察，事件相关电位（中难以观察，事件相关电位（ERPs, event-related potential）技术可以将其抽提出来，其核心是）技术可以将其抽提出来，其核心是叠加平均叠加平均技术。技术。 通过叠加平均，只有那些与刺激相

19、关（时间锁定、振幅锁定）通过叠加平均，只有那些与刺激相关（时间锁定、振幅锁定）的脑电成分保留下来，而与刺激无关的成分的脑电成分保留下来，而与刺激无关的成分衰减衰减了。所提取出了。所提取出来的信号就是来的信号就是ERP，它是由刺激事件（包括物理刺激和心理事，它是由刺激事件（包括物理刺激和心理事件）所引起的脑电波，也称件）所引起的脑电波，也称诱发电位诱发电位（evoked potentials，EP）。）。2022-4-2741技术特点 1）无损。可以在人体上重复多次使用。）无损。可以在人体上重复多次使用。 2）脑电信号直接反映了神经元电活动变化。）脑电信号直接反映了神经元电活动变化。 3）时间分

20、辨率非常高，可以达到）时间分辨率非常高，可以达到1ms以下。以下。 4）空间分辨率较低。电极个数和脑内兴奋源推测。）空间分辨率较低。电极个数和脑内兴奋源推测。 5）费用低廉。）费用低廉。128导，导，100万左右。万左右。2022-4-2742研究动态 研究者可以通过记录分析人们在执行各种认知任务时的研究者可以通过记录分析人们在执行各种认知任务时的ERP信信号，号，动态地观察动态地观察大脑在认知过程中的活动变化，进而探索这些大脑在认知过程中的活动变化，进而探索这些认知功能的神经机制。认知功能的神经机制。 ERP技术被广泛应用于知觉、注意、学习、记忆、语言等多种技术被广泛应用于知觉、注意、学习、

21、记忆、语言等多种认知过程的研究中，并取得了非常丰富的研究成果。认知过程的研究中，并取得了非常丰富的研究成果。2022-4-2743例子1动物词 工具词 -200.0 50.0 300.0 550.0 800.0 uV 0.0 -2.5 -5.0 2.5 5.0 FZ ms 2022-4-2744例子2假词 真词 -200.0 50.0 300.0 550.0 800.0 0.0 -2.5 -5.0 2.5 5.0 FZ 2022-4-2745EEG Measurement2022-4-27462、脑磁（MEG/ERF） 当神经元兴奋时，除了产生与突触活动相关的电流之外，还会当神经元兴奋时，除了

22、产生与突触活动相关的电流之外，还会产生产生磁场。磁场。与脑电相似，可以通过特殊的技术手段将头皮表面与脑电相似，可以通过特殊的技术手段将头皮表面很小的磁场检测出来。很小的磁场检测出来。 脑磁图（脑磁图（magneto encephalography , MEG），就是一种在），就是一种在头头皮表面皮表面测量脑神经活动产生的微弱磁场的技术。测量脑神经活动产生的微弱磁场的技术。 与与ERP相似，研究者也可以通过叠加平均技术在相似，研究者也可以通过叠加平均技术在MEG中抽取中抽取事事件相关磁场件相关磁场（event-related fields，ERFs）。）。2022-4-27473、正电子发射断层

23、扫描（PET） 神经元需要从血液中获取神经元需要从血液中获取氧和葡萄糖氧和葡萄糖作为其营养和活动能源。作为其营养和活动能源。在脑组织兴奋时其附近的血管血流量会增多以满足神经活动的在脑组织兴奋时其附近的血管血流量会增多以满足神经活动的需要。需要。 正电子发射断层扫描（正电子发射断层扫描（PET, positron emission tomography）技术，就是利用正电子放射性同位素来标记血流量在脑内的分技术，就是利用正电子放射性同位素来标记血流量在脑内的分布，通过测量与某个认知过程有关的布，通过测量与某个认知过程有关的局部脑血流量局部脑血流量（regional cerebral blood

24、flow，rCBF）变化，来推测在这个认知过程中）变化，来推测在这个认知过程中伴随着哪些脑区域的活动。伴随着哪些脑区域的活动。2022-4-2748技术特点 1）扫描时要给人体注射一定剂量的放射性物质，短期内最好不）扫描时要给人体注射一定剂量的放射性物质，短期内最好不要接受多次要接受多次PET扫描。扫描。 2）并不是直接测量脑神经活动，只是通过测量脑血流量来间接）并不是直接测量脑神经活动，只是通过测量脑血流量来间接推测脑活动。脑血流量和神经活动之间的关系复杂。推测脑活动。脑血流量和神经活动之间的关系复杂。 3）空间分辨率高。目前最高可达）空间分辨率高。目前最高可达5-10mm3。 4）时间分辨

25、率非常差。需要几十秒。）时间分辨率非常差。需要几十秒。 5）设备昂贵。回旋加速器和同位素。）设备昂贵。回旋加速器和同位素。2022-4-2749PET2022-4-27504、功能磁共振成像（fMRI） 功能磁共振成像（功能磁共振成像（fMRI, functional magnetic resonance imaging），测量的是），测量的是“血氧水平依赖血氧水平依赖”（blood oxygenation level dependent，BOLD）信号。）信号。 大脑活动时，其血氧含量中大脑活动时，其血氧含量中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的比的比率发生变化，引起脑部组

26、织的率发生变化，引起脑部组织的磁化率磁化率变化，测量其引起的信号变化，测量其引起的信号改变，以此反映相关的大脑活动功能变化。改变，以此反映相关的大脑活动功能变化。 与与PET相比，相比，fMRI成像时间可以短于成像时间可以短于100ms，空间分辨率可以，空间分辨率可以达到达到1mm，可以无创性的多次实验。，可以无创性的多次实验。2022-4-2751研究动态 fMRI涉及的脑结构大都在涉及的脑结构大都在皮质区域水平。皮质区域水平。时间和空间分辨率都时间和空间分辨率都还有较大的局限性。并且，还有较大的局限性。并且，fMRI信号的变化与神经元的兴奋和信号的变化与神经元的兴奋和抑制之间的确切关系是什

27、么，还是一个没有完全解决的问题。抑制之间的确切关系是什么，还是一个没有完全解决的问题。 fMRI的一个发展方向是提高成像的的一个发展方向是提高成像的时空分辨率和信噪比，时空分辨率和信噪比，发展发展新的成像技术克服新的成像技术克服BOLD-fMRI研究的限制。研究的限制。 另一个发展方向是另一个发展方向是多种成像技术的结合多种成像技术的结合。如与。如与ERP结合使用。结合使用。2022-4-2752fMRI2022-4-27Free template from 53时间分辨率和空间分辨率的比较第四节、实践与应用 一、认知心理学与教学 认知心理学可以帮助教师提高教学效果 认知心理学可以帮助学生提高

28、学习效果（一）教学中的认知心理 教学过程涉及多种认知过程：注意、知觉、记忆、思维、语言、元认知等等 使用过程分析的方法分析学生认知操作 使用多种方法分析学生的认知活动。（二）学习中的认知心理 制作概念地图，提高学习和记忆的效果 根据认知规律，提高阅读效果 五步阅读法和六步阅读法五步阅读法六步阅读法 概览：S 提问：Q 阅读：R1 复述：R2 联系：R3 复习：R4怎样做笔记 主动记 重点记 抓信号词 积极听 选择记笔记的使用和复习方法 及时整理，查漏补缺 寻找各种观点之间的联系 联系新信息和已有的信息 对笔记进行总结 对课堂笔记材料做补充提问养成良好的学习习惯 营造适合学习的环境 采用分散学习法 联想记忆 自测 过度学习考试的技巧 回答选择题的技巧 对付考试中的问答题的技巧二、认知心理