研究人的認知過程的前沿學科。
它是由思維科學、心理學、計算機科學、人類學和哲學相互滲透、相互影響而形成的。
它主要研究知識的性質、獲取和結構。
對認知科學範圍的理解，也可以從認知科學的內容上看出來。到目前為止，認知科學涉及的主要內容包括感官知覺(包括模式識別)、註意、記憶、語言、思維與表征、意識等。這似乎是心理學家關心的問題，但也是哲學家、語言學家、計算機科學家、神經生理學家和人類學家關心的問題。只是不同專業背景的研究者對這些相同的問題采取了不同的具體研究方法。中國學者李伯嶽指出，人工智能、認知心理學和心理語言學是認知科學的核心學科，神經科學、人類學和哲學是認知科學的外圍學科。
由於認知系統的復雜性，需要對其進行多維度的研究，而認知科學需要運用多學科中使用的工具和方法，對認知系統進行完整意義上的綜合研究。可以說，認知科學迄今取得的成就與其跨學科的研究方法密切相關。然而，跨學科的研究方法也給認知科學帶來了許多問題和挑戰。
認知科學是研究人類感知和思維的信息處理過程的科學，包括感情對復雜問題解決的輸入，從人類個體到人類社會的智能活動，以及人類智能和機器智能的本質。認知科學是現代心理學、信息科學、神經科學、數學、科學語言學、人類學乃至自然哲學交叉發展的結果。
認知科學的興起和發展標誌著對以人為中心的認知和智能活動的研究進入了壹個新階段。認知科學的研究將使人類認識和控制自己，把自己的知識和智力提高到前所未有的高度。生活現象是復雜的，很多問題還沒有得到很好的解釋，有很多東西可以借鑒。如何從中提煉出最重要、最關鍵的問題以及相應的技術，是很多科學家長期追求的目標。為了解決21世紀人類面臨的諸多困難，如能源的大量需求、環境汙染、資源枯竭、人口膨脹等，僅僅依靠現有的科學成就是不夠的。我們必須向生物學學習，尋找發展科學技術的新途徑。知覺信息的表達是知覺研究的基本問題，也是研究其他各級認知過程的基礎。感知過程從哪裏開始？外部物理世界中有哪些變量具有心理感知意義？作為感知的計算模型，計算的對象是什麽？這些圍繞感知信息表達的問題，是建立任何與感知相關的理論和理論模型時，無論是人還是計算機，都必須首先回答的問題。知覺信息表達的研究可以有不同層次的問題，包括知覺組織、知覺學習、知覺動態記憶和面孔識別等問題。
將認知神經科學的實驗研究與計算機視覺在計算理論層面的研究相結合，大腦的知識表達和計算機實現將對上述科學問題提出全新的理論(或思路)和解決方案。學習是壹種基本的認知活動，是積累經驗和知識的過程，是為了提高系統行為的表現而對外界事物進行把握和理解的過程。
學習的神經生物學基礎是神經細胞間連接結構和突觸的可塑性變化，這已成為當代神經科學中非常活躍的研究領域。突觸可塑性的條件是突觸前纖維和相關的突觸後細胞同時興奮時，突觸連接加強。1949年，加拿大心理學家Hebb提出了Hebb的學習法則。他假設相關的突觸在學習過程中發生了變化，從而導致突觸連接的增強和傳遞效率的提高。Hebb學習規則成為連接學習的基礎。神經網絡是由具有適應性的簡單細胞組成的廣泛並行的互聯網絡。Kohonen提出了壹個自組織映射網絡。根據協作形成結構，競爭促進發展的規律，哈肯將協作非線性動力學理論與神經網絡有機結合，提出了協作聯想記憶網絡。Amari提出使用微分流形和統計推理來研究神經網絡。在Amari理論的基礎上，石中智等人提出了神經場模型，該模型由場組織模型和場效應模型組成。
感知學習是感知層面的學習，主要研究如何從低層傳感器輸入的原始數據中獲取相關的抽象數據。感知學習主要考慮通過視覺和聽覺學習將非結構化和半結構化信息轉化為結構化信息的方法，圖像的語義描述及其快速提取技術，以及感知學習中的註意機制和元認知。
認知學習理論認為，人的行為背後有相應的思維過程，可以觀察到行為的變化，也可以通過行為的變化推斷出學習者的內心活動。在認知學習理論中，如奧蘇貝爾的有意義學習理論(又稱同化理論)，其核心思想是獲取新信息主要依賴於認知結構中已有的概念；意義學習只能通過新信息與學習者認知結構中已有概念的相互作用而發生；由於這種相互作用，新舊知識的意義被同化了。加涅的信息處理學習理論將學習過程類比為計算機的信息處理過程。學習結構由感覺寄存器、短時記憶、長時記憶、控制器和輸出系統組成。認知過程可分為選擇性接受、監控、調整、重復和重建。在這個信息處理過程中，關鍵部分是實施控制和期望。執行控制是指已有的學習經驗對當前學習過程的影響，期望是指動機系統對學習過程的影響。整個學習過程都是在這兩部分的作用下進行的。
內省學習是壹種自我反思、自我觀察、自我認識的學習過程。在領域知識和案例庫的支持下，系統可以自動選擇和規劃機器學習算法，更好地發現海量信息中的知識。
內隱學習是無意識地獲得刺激環境的復雜知識的過程。在內隱學習中，人們不會意識到或陳述控制他們行為的規則，但他們會學習這些規則。20世紀80年代中期以後，內隱學習成為心理學領域，尤其是學習和認知心理學領域最熱門、最受關註的話題，成為將對認知心理學的發展產生深遠影響的最重要的課題之壹。內隱學習有以下三個特點:
隱性知識可以自動生成，無需有意識地發現任務操作的顯性規則；
內隱學習是通用的，可以很容易地推廣到不同的符號集；
內隱學習是無意識的，內隱學習獲得的知識是語言系統無法表達的。在人類進化的過程中，語言的使用劃分了大腦兩個半球的功能。語言半球的出現使人類明顯區別於其他靈長類動物。有研究表明，人腦左半球與串行、順序和邏輯信息處理有關，而右半球與並行、視覺和非順序信息處理有關。
語言是壹個以語音為外殼，詞匯為素材，語法為規則的系統。語言通常分為口語和書面語。口語的表現形式是聲音，文字的表現形式是形象。口語遠比書面語古老，個人先學習口語，再學習書面語。
語言是最復雜、最系統、最廣泛使用的符號系統。語言符號不僅代表具體的事物、狀態或動作，也代表抽象的概念。漢語因其獨特的詞匯句法系統、書寫系統和語音聲調系統而明顯不同於印歐語系，具有音、形、義緊密結合的獨特風格。概念是反映事物特有屬性的思維形式，概念與詞語密切相關。概念的產生和存在必須依附於文字。文字之所以能表達其他東西，是因為人的腦子裏有相應的概念。所以，詞是概念的語言形式，概念是詞的思想內容。
從神經、認知、計算三個層面學習語文，給了我們壹個打開智能大門的絕佳機會。中國認知心理學的研究已有多年歷史，並取得了世界級的研究成果。然而，這些研究大多集中在漢字和詞匯方面，在更高層次的句法和句子處理方面還需要進壹步的討論。對整個言語鏈的研究還不夠系統，尤其是大腦的語言處理機制還不太為人所知。在智能系統領域，中國高度重視中文計算機信息處理，投入大量資金支持計算語言學、機器翻譯和自然語言理解系統的研發，取得了大量重要成果。然而，從整體上看，語言信息的智能處理還有許多尚未解決的問題，其解決必須建立在認知科學的研究基礎上，以新的理論為指導，才能取得突破。
在1991中，Mayeux和Kandel基於Wernicke-Geschwind模型提出了壹種新的語言信息處理模型。聽覺輸入的語言信息從聽覺皮層傳遞到角回，再到韋尼克區，再到布羅卡區。視覺輸入的語言信息直接從視覺聯合皮層傳遞到Broca區。對壹個詞的視覺感知和聽覺感知是由具有不同感覺模式的通道相互獨立地處理的。這些通道獨立到達Broca區和與語言意義和表達相關的更高級區域。大腦中語言處理通路每壹步的工作機制有待進壹步研究。
用數學方法研究語言，尋找語言結構的形式、模式和公式，可以使語言的語法規則像數學符號和公式壹樣系統化、形式化，可以用來生成無限的句子。美國著名語言學家喬姆斯基在1956中提出了語言的形式語法，為語言信息處理奠定了理論基礎。在1996中，Yip和Sussman提出了在語音學規則中使用雙向約束傳播機制，可以解釋神經層面的聽覺信號如何對應思維層面的符號。
值得壹提的是，機器翻譯涉及語言學、計算機科學、認知科學、數學等學科，是壹門前沿交叉學科。這壹極具挑戰性的研究領域被列為21世紀世界十大科技難題之首。但就取得的成績來看，機器翻譯系統的翻譯質量離最終目標還相差甚遠；機器翻譯的質量是機器翻譯系統成功的關鍵。
我國數學家、語言學家周海中教授曾在《機器翻譯五十年》壹文中指出:要提高機器翻譯的質量，首先要解決的是語言本身而不是編程問題；依靠幾個程序做壹個機器翻譯系統，當然不可能提高機器翻譯的質量。另外，在人類理解人腦如何對語言進行模糊識別和邏輯判斷之前，機器翻譯是不可能達到“信達雅”的水平的。這些都是制約機器翻譯質量提高的瓶頸。記憶是對過去經歷中發生的事情的反映，是對新獲得的行為的維持。因為記憶，人可以保留對過去的反思，在之前反思的基礎上做出現在的反思，讓反思更全面更深刻。也就是有了記憶，人就可以積累經驗，擴大經驗。
人類的記憶有三種類型:感官記憶、短期記憶和長期記憶。刺激停止後，其影響並沒有立即消失，還可以形成後像。視覺後像最明顯。後像可以說是最直接最原始的記憶。後像只能存在很短的時間，比如最生動的視覺後像只持續幾十秒，這就是感官記憶。短時記憶的時間間隔比感覺記憶的時間間隔長。而儲存材料的時間只有壹分鐘左右，甚至更短。長期記憶是指持續壹分鐘以上的信息存儲。人的記憶可以分為過程記憶和命題記憶。過程記憶是保持相關操作的技能，主要由知覺運動技能和認知技能組成。命題記憶是儲存用符號表示的知識，反映事物的本質。命題記憶又進壹步分為情境記憶和語義記憶。前者是壹種存儲個人事件和經歷的記憶形式。後者是儲存個體所理解的事件本質的知識，即記憶關於世界的知識。
1974年，Baddeley和Hitch在模擬短時記憶障礙的實驗基礎上提出了工作記憶的三系統概念，用“工作記憶”取代了原來的短時記憶概念。Baddeley認為工作記憶是指壹個系統，它為語音理解、學習和推理等復雜任務提供臨時存儲空間和處理所必需的信息。工作記憶系統可以同時存儲和處理信息，不同於只強調存儲功能的短時記憶概念。工作記憶分為三個子成分，即中央執行系統、視覺空間初步加工系統和語音回路。來自行為研究和神經心理學的大量證據表明三個子成分的存在，對工作記憶的結構和功能形式的認識也在不斷豐富和完善。人們發現工作記憶與語言理解、註意力和推理密切相關，它蘊含著智力的奧秘。自20世紀50年代中期以來，隨著認知心理學的興起，人們重新認識到註意在人腦信息處理中的重要性，並提出了幾種註意模型。其中，註意力的過濾模型和衰減模型具有代表性，屬於知覺選擇模型。這兩個模型將註意機制定位在信息加工的知覺階段，實現識別前的信息選擇。與知覺選擇模型相反，反應選擇模型認為註意的功能不是選擇刺激，而是選擇對刺激的反應。該模型認為所有信息都可以進入高級加工階段，但只有最重要的信息才會引起中樞系統的反應。這兩種模式的側重點不同。知覺選擇模型強調集中註意，反應選擇模型強調分散註意。他們爭論的焦點是註意機制在信息加工中的地位。註意力的中心能量模型就是在這種背景下產生的。該模型的理論基礎是信息系統的有限處理能力。避免了信息加工中註意機制位置的難題，使知覺選擇模型和反應選擇模型的實驗結果在形式上統壹；但缺點是沒有揭示註意所涉及的信息加工過程。
隨著腦成像技術和神經生理學研究的快速發展，將註意力網絡從其他信息處理系統中分離出來已經成為現實。利用正電子發射斷層掃描(PET)和功能磁共振成像(fMRI)技術，我們可以精確測量完成特定註意任務時大腦各區域的腦血流量(rCBF)變化，從而確定各註意子網絡的功能結構和解剖位置。20世紀80年代初，特雷斯曼的特征整合模型將註意和知覺加工的內部過程緊密結合起來，形象地將註意的空間選擇性與“聚光燈”進行了對比。根據該模型，視覺加工過程分為兩個相互聯系的階段，即預註意階段和集中註意階段。前者是對視覺刺激的顏色、方位、運動等簡單特征進行快速、自動的並行處理，各種特征在大腦中分別編碼，產生相應的“特征圖”。特征圖中的每個特征構成了前註意的表象。前註意加工是壹種“自下而上”的信息加工過程，它不需要集中註意。每個特征在特征圖中的位置是不確定的。為了獲得物體感知，需要依靠集中註意力，通過“聚光燈”掃描“位置圖”，有機整合屬於被搜索目標的所有特征，實現特征的動態組裝。在1989中，Gray指出，集中註意力可以引起與被觀察事件相關的神經元同步放電，通常表現為40周左右的同步振蕩。這壹發現為註意的特征整合模型提供了神經生理學證據。
根據已有的研究成果，Posner將註意網絡分為三個子系統:前註意系統、後註意系統和警報系統。前註意系統主要涉及額葉皮層、前扣帶回和基底神經節。後註意系統主要包括頂葉皮層、丘腦枕核和上丘。警戒系統主要涉及大腦右額葉藍斑的去甲腎上腺素向皮層的輸入。這三個子系統的功能可以分別概括為方向控制、引導搜索和保持警戒。意識也許是人類大腦最大的謎團和最高成就之壹。自1879現代心理學建立以來，意識成為心理學的主要研究對象。詹姆斯認為心理學是研究意識的科學。但由於方法論問題，無法對意識進行具體的科學研究。20世紀20年代興起的行為心理學否認意識的存在。20世紀50年代出現的認知心理學再次提出了意識問題，從知覺和意識的角度研究意識。知覺的研究已經取得了很大的進展，但對意識等問題的研究還處於起步階段。
目前很難給意識壹個統壹準確的科學定義。不同領域對意識的理解不同。諾貝爾獎獲得者克裏克認為，意識涉及到註意力和短時記憶相結合的神經機制，可以用科學方法進行研究[4]。克裏克關於意識的驚人假說以及通過視覺註意和短時記憶研究視覺意識的具體建議引起了大量認知心理學家、神經科學家和計算神經科學家的廣泛興趣。
20世紀80年代末90年代初，視覺生理學研究中有壹個重要發現:從不同神經元的釋放中記錄到同步振蕩，這種約40Hz的同步振蕩現象被認為是鏈接不同圖像特征的神經信號。克裏克和科赫提出了視覺註意力的40Hz振蕩模型。據推測，神經元的40Hz同步振蕩可能是視覺中不同特征的“捆綁”形式。至於“自由意誌”，克裏克認為與意識有關，涉及行為和計劃的執行。另壹位諾貝爾獎獲得者埃克爾斯熱衷於意識的研究。他在與哲學家波普爾合著的《自我與大腦》壹書中，發表了“三個世界”的哲學觀。認為世界1包括所有物質世界(包括大腦)，世界2包括人類的精神世界，世界3包括人類的社會、語言、科學和文化活動。在他後期的著作中，根據神經系統的結構和功能，提出了“樹突”假說，樹突是神經系統的基本結構和功能單位，由大約100個頂樹突組成。據估計，人類大腦中有40萬個樹突。他進壹步提出了“心理小孩”假說，世界2的心理小孩對應世界1的樹狀小孩。因為枝晶中的微觀結構接近量子尺度，所以量子物理可能用於意識問題。
意識是壹個復雜的問題，要找到切入點，結合目前可用的技術手段進壹步研究。意識的研究可以以有意識和無意識為切入點，找出大腦活動中神經相關物質的差異。
其實還有壹個情緒系統，這幾年呈現出活躍的研究趨勢。免疫系統也與智力密切相關，限於篇幅，這裏就不討論了。