二十一世紀以來國外第二代認知科學研究的熱點與未來發展趨勢

劉 燊 韓逸雪

(安徽農業大學人文社會科學學院心理學系,合肥 230036)

1 引言

1999年,“第二代認知科學”(second generation cognitive science)的概念首次被提出(李其維,2008),此后至今的二十多年,學術界對于第二代認知科學的關注度一直不斷攀升并陸續獲得了一系列重要的理論和實證發現。第二代認知科學是認知科學哲學發展過程中的第二代范式,區別于認知科學哲學的第一代范式即第一代認知科學強調“計算機隱喻”(心智之于大腦就如同計算機的軟件之于硬件)的立場,強調重返人腦、重返人體、重返行為、重返環境以及重返整體思維(李建會 等,2018;劉燊,2020),并逐漸在其內部匯聚形成了具身認知(embodied cognition)、生成認知(enacted cognition)、延展認知(extended cognition)、嵌入認知(embedded cognition)和情境認知(situated cognition)等諸進路(劉燊,2020,2023)。作為心理學和認知科學哲學領域均關注的交叉研究主題,第二代認知科學的成長伴隨著心靈哲學研究從行為主義到功能主義的變革以及心理學研究從以行為科學為主導到以認知神經科學為主導的轉型。因此,研究第二代認知科學不僅具有重要的理論建構意義,還具有較強的研究范式指導意義。

當前對于第二代認知科學的研究主要集中于心理學和認知科學哲學領域,已有的研究探索了第二代認知科學內部諸進路及其與所涉及研究主題的行為和認知神經機制,以及第二代認知科學所涉及的認知科學范式轉變和理論建構(陳巍 等,2022)。例如,劉明海(2014)指出,第二代認知科學在反對第一代認知科學的過程中陷入了一組悖論,這些悖論源于擴大了心靈的界限但卻沒有重新概括心靈的本質;Allen和Friston(2018)試圖從預測加工的角度重新定義第二代認知科學,他們通過提供關于內部表征從自創生的自我組織中產生的說明,旨在解釋自由能原理在化解內在主義認知和外在主義認知之間緊張關系的過程中所發揮的重要作用;董霄和楊文登(2019)從反基礎主義、非理性主義和后人道主義三個方面探討了第二代認知科學的主張及其與第一代認知科學的關系,梳理了認知科學發展本身存在的問題,并對未來的研究進行了展望;Zwaan(2021)以對具身認知研究的挑戰為例,詳細論述了第二代認知科學本身是否涉及一個連貫的理論框架這一宏觀問題;He等(2021)開發了一項新的目標檢測任務,用于監測在現實環境中執行具身認知任務時的神經活動。研究發現,在認知注意任務下,具身的身體功能會影響個體的心理狀態和心理表現,這些神經標記也可以在實時的腦機接口中實現,這有助于進一步了解現實生活中多目標檢測條件下大腦與行為之間的相互作用;Sixtus等(2023)基于感覺運動的視角理解具身認知理論中的數字認知概念,并通過量級、序數和基數三個數字核心概念探索數字認知的心理與神經表征。

盡管心理學和認知科學哲學領域均已對第二代認知科學開展了大量研究,但目前關于第二代認知科學的研究成果多集中于對其內部諸進路進行孤立的探索以及由第二代認知科學所延伸的對相鄰學科的探索(Rowlands,2017),而相關的綜述型論文也多采用文獻管理的方法(Shapiro,2020),存在主觀性較強、很難對第二代認知科學研究的知識脈絡進行全面梳理、無法清晰地呈現第二代認知科學研究當前的熱點與未來的發展趨勢等局限。隨著可視化技術的日益成熟,科學知識圖譜越來越多地被應用于展現知識結構、探索研究熱點、挖掘研究主題以及構建演化規則,已經成為研究領域動態和發展趨勢的主要知識發現工具(甘燁彤 等,2021)。基于此,本文采用文獻計量學的方法對第二代認知科學研究進行可視化分析,從而為后續研究提供新的思路和方向。此外,考慮到第二代認知科學這一概念是在1999年首次出現且國外的相關研究一直較為領先(Clark,2013),因此本文主要對二十一世紀以來國外第二代認知科學研究的熱點與未來發展趨勢進行分析。

2 方法

2.1 數據來源

基于Web of Science核心合集的SSCI和SCI引文檢索文獻數據庫獲取文獻數據信息,時間為2023年4月2日。以“embodied cognition”“embodied mind”“embodied phenomenology”“embedded cognition”“embedded mind”“enacted cognition”“enacted mind”“extended cognition”“extended mind”“situated cognition”“amalgamated mind”“transcranial cognition”“extraneural cognition”“second-generation cognitive science”作為英文文獻數據庫檢索的主題詞,發表時間限定為2001年1月1日至2022年12月31日,類型限定為“Article”和“Review Article”,語種限定為“English”,總計獲得3101篇英文文獻數據。

2.2 研究工具和程序

借鑒已有研究中采用的方法(劉燊,甘燁彤,2021,2022),借助Python(Version 3.6.3)編寫文本處理程序抽取文獻數據信息,包括每篇文獻的作者、發表年份、關鍵詞、單位、參考文獻等,以便后續進行文獻計量分析。使用CiteSpace(Version 6.2.R2)、Bibliometrix(Biblioshiny)和VOSviewer(Version 1.6.18)對文獻數據進行可視化分析。此外,部分結果采用Scimago Graphica(Version 1.0.26)制作后呈現。

3 結果與分析

3.1 年度發文量、引文量以及發文趨勢

第二代認知科學研究年度發文量、引文量以及發文趨勢的擬合方程如圖1所示,總體的發文量呈指數型增長,表明第二代認知科學研究持續得到學界的高度關注,對發文量進行擬合所得到的擬合方程也支持了該發現。3101篇文獻累計被引94207次,篇均被引30.38次。其中,被引頻次最高的是Barsalou(2008)發表在《Annual Review of Psychology》上以基礎認知及其理論為主題的《Grounded cognition》一文,迄今已被引3481次。該文指出,基礎認知中的模態模擬、身體狀態和情境動作是認知的基礎,并從感知、記憶、知識、語言、思想、社會認知和發展的研究中回顧了支持這一觀點的行為和神經科學證據。

圖1 第二代認知科學研究年度發文量、引文量以及發文趨勢

3.2 高生產力作者分析

與經典物理定律一樣,文獻計量學也有一些經典定律,用以結合數學和統計手段對定性文獻進行分析,這些定律在提供對數據的綜合分析方面具有參考價值。被稱為“文獻計量定律”的三個定律分別是:洛特卡定律、布拉福德定律和齊普夫定律。本研究使用洛特卡定律和布拉福德定律。借助Bibliometrix中基于洛特卡定律對第二代認知科學研究的高生產力作者研究的功能進行分析,結果見圖2。虛線表示作者的理論分布,實線表示作者的實際分布(Adeoye et al.,2021)。由圖2可知,第二代認知科學研究作者的理論分布與實際分布無顯著差異。

圖2 基于洛特卡定律的第二代認知科學研究高生產力作者分布

基于洛特卡定律的作者生產率見表1。其分布顯示發表1篇、2篇和3篇論文的作者分別占比81.5%,10.5%和3.7%。發表5篇和10篇論文的作者分別僅占1.0%和0.1%。絕大多數作者(81.5%)只發表了1篇論文,只有1.0%的作者發表了5篇及以上的論文,這意味著高產作者較少。

表1 基于洛特卡定律的作者生產率

3.3 核心期刊分析

借助Bibliometrix中基于布拉福德定律對第二代認知科學研究的核心期刊研究的功能進行分析,結果如圖3。布拉福德定律描述了論文在某一特定領域/主題的各種來源/期刊中的分布(Adeoye et al.,2021)。

圖3 基于布拉福德定律的第二代認知科學研究核心期刊分布

表2顯示了813種發表過第二代認知科學相關研究的期刊中,排名前十且位于核心一區的期刊。這10種期刊的累積發文量為829篇,而核心一區的17種期刊總累積發文量為1034篇,期刊平均發文量約為61篇,高于二區112種期刊的9篇和三區的2篇。不難看出,表2中的排名前十期刊在第二代認知科學研究中發揮了重要作用,助力心理學和認知科學哲學的進步與發展。

表2 基于布拉福德定律的排名前十核心一區期刊

3.4 趨勢主題分析

采用Bibliometrix對第二代認知科學研究趨勢主題進行分析,結果見圖4。橫軸是年份,豎軸表示主題,圓點大小代表術語頻率高低(Zhang et al.,2022)。可以從圖4中得出結論,近年來出現了幾個具有流行趨勢的主題,如“language”(語言)、“perception”(知覺)、和“cognition”(認知)。

圖4 第二代認知科學研究的趨勢主題

3.5 高頻關鍵詞與聚類分析

經檢索,第二代認知科學研究文獻共涉及9495個關鍵詞,累計出現頻次位居前十的關鍵詞見表3。不難發現,排名前十的關鍵詞大多與具身認知有關,如具身認知本身“embodied cognition”(具身認知)、具身認知所涉及的重要議題“perception”(知覺)和“representation”(表征)、基于具身認知的外延領域“language”(語言)和“memory”(記憶)等。同時,“embodied cognition”(具身認知)作為出現頻次第一的關鍵詞,約是頻次第二位的“language”(語言)一詞的四倍。這表明在第二代認知科學內部諸進路中,具身認知最具代表性。

表3 第二代認知科學研究中出現頻次排名前十的關鍵詞

采用VOSviewer對第二代認知科學研究所涉及的關鍵詞進行聚類分析,結果見圖5。其中,紅色聚類規模最大,以“embodied cognition”(具身認知)、“parkinsons disease”(帕金森綜合癥)、“prefrontal cortex”(前額葉皮層)、“motor system”(運動系統)、“mirror neuron system”(鏡像神經元系統)、“comprehension”(理解力)等關鍵詞為代表,反映了該聚類的研究主題是以帕金森綜合癥為線索探討具身認知及其認知神經機制;深藍色聚類以“embodiment”(具身)、“emotion”(情緒)、“metaphor”(隱喻)、“facial expressions”(面部表情)、“social cognition”(社會認知)、“autism”(自閉癥)、“anxiety”(焦慮)、“stress”(壓力)等關鍵詞為代表,反映了該聚類主要涉及具身情緒及其相關議題;綠色聚類以“students”(學生)、“learning”(學習)、“mathematics”(數學)、“models”(模型)、“strategies”(策略)、“identity”(身份)、“innovation”(創造)等關鍵詞為代表,反映了該聚類主要涉及具身認知對于學習和創造性的作用及其相關議題;黃色聚類以“extended mind”(延展心智)、“extended cognition”(延展認知)、“phenomenology”(現象學)、“cognitive science”(認知科學)、“evolution”(進化)、“robotics”(機器人科學)、“dynamics”(動力學)等關鍵詞為代表,反映了該聚類主要關注延展認知和拓展性思維對于進化的影響及其相關議題。而淡藍色、橙色、紫色等其他幾個聚類的規模較小、關鍵詞較為分散,與前述四個主要的聚類交叉重疊,表明它們尚未形成特色鮮明的研究主題,故此處不贅述。此外,紅色聚類的規模最大、代表性關鍵詞主要與具身認知有關,驗證了上述對于表3結果的分析。

圖5 第二代認知科學研究關鍵詞聚類網絡(閾值=15)

采用Scimago Graphica對第二代認知科學研究所涉及的國家進行聚類分析,結果見圖6。借助Scimago Graphica的地理可視化功能,可以將地理位置與不同國家的出版物和合作關系相結合,提供一種直觀而科學的方式來闡明對于第二代認知科學研究有貢獻的國家的各種情況。第二代認知科學相關研究涉及來自亞洲、非洲、歐洲、北美和南美的71個不同國家或者地區,其中歐洲的整體參與程度最高,突顯了第二代認知科學研究存在全球合作的趨勢。美國和英國之間表現出了最大程度的合作,表明他們在第二代認知科學研究領域處于領先地位。值得注意的是,中國、加拿大、愛爾蘭、澳大利亞以及其他合作密度高的國家已經形成了第二代認知科學研究領域最重要的多中心合作網絡。

圖6 第二代認知科學研究國家聚類的地理可視化視圖

采用Citespace對第二代認知科學研究所涉及的關鍵詞進行聚類分析,并將發表時間加入考察以呈現時間線視圖,其中縱軸體現了聚類信息、橫軸反映了發表年份,通過觀察時間線視圖能分析聚類的開始年份、持續時間等,具體見圖7。聚類分析一方面可以通過聚類凸顯研究主題,更能夠明確相應主題未來的研究方向;另一方面借助時間線視圖側重于展現各個聚類研究演變的時間跨度,可以揭示不同研究方向的發展趨勢(劉燊,甘燁彤,2021)。

圖7 第二代認知科學研究關鍵詞聚類的時間線視圖

更為詳細且具有代表性的聚類情況見表4,以下將分別從基于情境認知的社會性學習及其認知神經機制的探索、基于具身認知的情緒及其認知神經機制的探索、以帕金森綜合癥為線索探索和檢驗具身認知理論這三個方面來分析第二代認知科學研究未來的發展趨勢和方向。

表4 第二代認知科學研究關鍵詞聚類分析

如聚類0、聚類1、聚類2和聚類6所示,基于情境認知的社會性學習及其認知神經機制的探索是第二代認知科學研究的前沿方向之一。第二代認知科學的底層理論之一是動態系統模型(dynamical system model),該模型將個體與環境視為一個實時交互的動態系統,認知是這個系統中涌現出的一種高層級的認知現象。通過引入心靈與世界的交互關系,第二代認知科學可以避免自我中心困境,在認識論上將心靈與世界相勾連(李建會,2018)。根據情境認知的觀點,學習并非是行動者的內部系統對于已有規則的符號表征或者心理計劃,而是在很大程度上依賴于行動者所處的情境,是一種社會性學習。這一前沿方向的研究主要是借助超掃描技術予以實現,例如,課堂教學情境下學生α波(8～13赫茲)的能量相較于視頻教學情境下更強(Dikker et al.,2020);在教師采用提示性而不是解釋性方法的教學情境中,學生與教師之間腦際認知同步的程度顯著更強(Pan et al.,2020);當學生需要觀察并模仿教師的行為以及開展積極的師生互動時,他們的雙側額葉皮層會出現一種較強的腦際認知同步(Pan et al.,2018)等。此外,還有研究就超掃描技術在基于情境認知的社會性學習領域探索了設備技術、數據處理等方法學問題(Barreto et al.,2021)。

如聚類3、聚類5、聚類7和聚類8所示,基于具身認知的情緒及其認知神經機制的探索是第二代認知科學研究的前沿方向之二。具身認知對于傳統的情緒研究發起了一系列挑戰,集中表現為具身情緒(embodied emotion)研究取向的出現。情緒也有具身性,個體在親身體驗或者觀察他人體驗到的情緒時,往往會表現出相應的解碼情緒的行為(李榮榮 等,2012;劉燊,2020)。具身情緒研究思潮的出現解決了傳統的情緒研究所面臨的巨大挑戰和長期懸而未決的難題,即情緒的本質到底是心理狀態還是軀體活動變化?如果將情緒視為個體的一種心理狀態,但卻發現情緒往往摻雜著較多軀體活動的參與;反之如果將情緒視為一種軀體活動變化,則卻又缺少觀念性的內容(李榮榮 等,2012)。而具身情緒傳遞了兩種不同層次的內涵:一方面,情緒作為心理狀態理解的前提是有身體的反映;另一方面,先前已儲存于大腦中的認知圖式會影響個體對于情緒的理解,認知圖式由感覺運動系統產生,因此具身情緒的產生是身體與情緒交互作用的結果。具身情緒的研究主要可以歸結為兩個方面:一方面是關于情緒體驗的軀體感覺運動要素,如情緒表達的生理感知,這可以導致更高層級的情緒加工(Czeszumski et al.,2021);另一方面是在使用情緒隱喻時,如將生理距離與情緒帶入相聯系或者將溫度與情緒參與相聯系(張靜,陳巍,2021)。其中,面部表情的具身性尤其是具身模仿更為重要,因為大部分關于身體體驗能夠促進情緒加工的發現均源自對于情緒面孔表情的識別和加工(Lenzoni et al.,2020)。

如聚類4所示,以帕金森綜合癥為線索探索和檢驗具身認知理論是第二代認知科學研究的前沿方向之三。帕金森綜合癥(Parkinson’s Disease)是一種神經退行性疾病,會導致運動和認知功能的進行性損傷(Cardona et al.,2021)。根據具身認知理論,感覺運動和心理處理之間存在直接的相互作用(Klostermann et al.,2022),在這一前提下,皮層運動區的參與被認為是帕金森綜合癥患者由于動作語義障礙導致動詞與名詞處理的選擇性缺陷的原因(Bayram &Akbostanci,2018)。據此,研究者運用SM(semantic memory,語義記憶)and LA(lexical availability,詞匯可用性)來表征帕金森患者的認知表現,最終發現帕金森綜合癥患者的前紋狀體退化導致了他們搜索策略缺陷和語義分類的潛在破壞,同時佐證了具身認知理論的觀點(Cardona et al.,2021)。

此外,圖7和表4的結果在如圖8所示的第二代認知科學研究關鍵詞突現分析中得到了驗證,尤其是“situated cognition”(情境認知)、“recognition”(識別)、“virtual reality”(虛擬現實)和“parkinsons disease”(帕金森綜合癥)的持續強度較大(7～9年),與表2中最近的聚類9所列出的代表性關鍵詞較為一致。而“situated cognition”(情境認知)、“extended mind”(延展心智)、“virtual reality”(虛擬現實)、“impact”(影響)和“embodied learning”(具身學習)的爆發強度較大(7.41～25.45)。

圖8 第二代認知科學研究關鍵詞突現分析

4 關于認知科學未來的發展趨勢的探討

在第二代認知科學內部諸進路中,具身認知最具代表性。葉浩生(2010)曾指出,在生成認知、延展認知和嵌入認知等諸進路中,具身認知最能夠代表第二代認知科學的發展方向。相較于以計算機隱喻(computational metaphor)為核心的第一代認知科學,具身認知研究最大的不同之處和特點在于強調作為認知主體的身體對于認知活動的強烈影響,同時也更加關注與重視認知主體所處的環境對于認知活動的影響,并將這種實時環境視為認知系統的一部分(劉燊,2023)。在第二代認知科學研究的地理可視化視圖中,美國的國際合作強度最大、發文量最多。而中國關于第二代認知科學研究的發文量較少,所以國內學者應該加強研究投入與關注,同時,未來可以與其他國家進行深入的合作交流,推動國內有關認知科學研究的發展。整合本研究所獲得的研究發現并對已有的第二代認知科學研究進行梳理,第二代認知科學研究未來的發展趨勢和方向展現出三個方面的特點:基于情境認知的社會性學習及其認知神經機制的探索、基于具身認知的情緒及其認知神經機制的探索、以帕金森綜合癥為線索探索和檢驗具身認知理論。

早期認知心理學對于心智的理解來源于兩種學說:計算機隱喻和表征假設,這兩種學說將認知視為符號運算遭受了來自不同研究取向學者的質疑,具身認知范式正是在這種質疑聲中誕生(葉浩生,2015)。現階段研究者關注第二代認知科學研究中具身認知與情境認知的作用,先前的一項研究采用情境認知的教學方法,通過對社會情境學習環境的定性分析,旨在培養兒童的社會學習能力、自我表達能力和自我反思能力(Gomez &Lee,2015)。不僅如此,也有學者將注意集中于情境認知對于生理變化的影響,試圖通過具體化和情境化的認知方法來解釋衰老這一復雜過程,旨在揭示衰老現象中身體、心理和社會的變化是由于情境認知與具身認知演變的動態認知而產生(Borel et al.,2022)。隨著科技的持續發展和認知神經科學的進步,基于情境認知的社會性學習將迎來更為廣闊的未來。未來的研究將更加集中于探索情境認知背后的神經機制,研究對應腦區的功能和結構。同時,新興技術將被引入到情境認知的社會性學習中,例如虛擬現實、運動追蹤和人工智能等,這將使得學習者更加身臨其境地體驗社會情境,提高其社會學習能力和自我反思能力。

不僅是衰老這種生理現象,美國心理學創始人威廉·詹姆斯認為,情緒也是具身的,身體的物理感受與狀態喚醒了情緒(葉浩生,2011)。情緒的生成取向(enactive approach)也主張,情緒并不是僅發生于腦內,而是產生于大腦、身體和環境的相互作用與耦合之中(Sánchez,2019)。有關味覺情緒隱喻聯想的一項研究證實了情緒反應與身體之間存在密切聯系(Zhou &Tse,2020)。另一項研究則詳細闡述了以哺乳動物大腦核心神經結構為中心的情緒理論和模型,以及如何結合情緒理論和認知科學中的具身認知,以具體化、動態化和行為化的方法開發機器人的具體認知情感架構(Ziemke &Lowe,2009)。基于生成認知的視角,身體并非第三方視角中看到的客體,而是包括情緒在內的各種認知過程賴以發生的主體,情緒的具身性即身體的主體性(葉浩生 等,2021)。

也有學者著眼于帕金森綜合癥相關研究。根據具身認知理論,感覺運動和心理處理之間存在直接的相互作用(Klostermann et al.,2022)。據此,帕金森綜合癥患者的語義障礙被認為與皮層運動區的參與有關(Bayram &Akbostanci,2018)。先前的一項研究證實,帕金森綜合癥患者的前紋狀體退化導致了搜索策略缺陷和語義分類的潛在破壞,佐證了具身認知理論的相關觀點(Cardona et al.,2021)。值得注意的是,鏡像神經元系統的發現為具身認知提供了生物學基礎。在帕金森綜合癥中,鏡像神經元網絡可能會改變,但其過度激活能夠為帕金森綜合癥早期階段的運動和認知過程提供一定支持(Farina et al.,2020)。隨著對帕金森綜合癥的認知神經機制研究的不斷深入,未來的研究將重點關注具身認知在帕金森綜合癥治療中的作用和影響,深入探討如何通過身體運動和身體感覺訓練來促進病人的康復和生活質量,從而為帕金森綜合癥的治療和其他神經系統疾病的治療提供新的思路和方法。

綜上所述,二十一世紀以來國外第二代認知科學研究仍聚焦于具身認知及其相關理論與神經機制的探索,而具身認知已成為一股洶涌澎湃的學術思潮(葉浩生,2015),對心理學、科學哲學、神經科學、社會學等諸多學科產生了影響深遠、經久不散的強烈沖擊。