人類行為是如何產生的？不同學科之間雖存在差異和鴻溝，但對人類行為的思考和研究從未停止過，迄今為止，這仍是具有挑戰性的科學問題。神經科學從生物學視角出發，試圖解釋神經迴路如何活動進而執行當前行為；認知科學則從心理學視角出發，探討行為產生的內部認知加工過程是什麼；這些過程如何通過計算機加以實現，則是人工智慧關心的問題。隨著科學技術的發展，從基因定位到光遺傳學迴路控制，從電生理機制到多模態的解剖和功能性結構，研究大腦活動的手段和工具日漸精益。但僅依靠對大腦和神經的研究尚不足以解釋人類行為，如同研究羽毛無法解釋鳥類如何飛行一般。而對人類心智及認知過程的研究，能夠幫助神經科學更好地理解大腦，了解神經系統如何實現人類的感知、記憶、思維。認知心理學與神經科學相結合的認知神經科學，定位為「心智的生物基礎」，旨在闡明認知活動的腦機制，即人類大腦如何調用各層次上的組件，包括分子、細胞、腦組織區和全腦去實現各種認知活動。了解認知神經科學的主要內容和目標取向，對理解人類大腦—心智—行為三者之間的關係至關重要。
從認知進路探索行為
就產生和發展而言，認知神經科學可視為認知心理學的一個研究取向，即採用神經科學的範式研究人類認知過程，解決有關人類心智的根本問題。與外顯行為不同，認知心理學關注的是那些不能直接觀察但卻構成了人類行為基礎的內部機制和過程，如意識的起源、思維的產生和信息的加工等。
認知心理學從20世紀六七十年代產生至今，主要經歷了四個階段。第一階段是類比計算機的信息加工，即將大腦的加工模式比作計算機的序列加工。第二階段是以神經網絡為基礎的平行加工，這種聯結主義認為，大腦各項功能主要依賴於神經網絡的整體加工，但此階段的模型大多是基於算法的計算模型，即人工神經網絡，還未涉及具體的神經科學證據。第三階段是嵌入環境的具身認知思潮，即將認知、身體和環境看成是一個動態的統一體，認為認知是在一定環境下，由身體提供認知內容，並由物理屬性決定認知加工方式的過程。第四階段是如今的認知神經科學，即從神經科學的視角解釋人類認知過程，探討心智與大腦的關係。
因此，認知神經科學的核心仍是解決根本的認知問題，正如科萊考爾（John W. Krakauer）所強調的，僅將重心放在神經科學的研究上無法做到理解人類行為，只有通過理論和實踐對行為的認知過程進行分解，並輔以神經科學研究對因果關係進行檢驗，才能真正理解大腦，真正理解認知，進而解釋人類行為。
腦科學帶來新發展
認知神經科學這一領域主流趨勢的形成，直接原因在於神經成像技術的發展及其在認知心理學研究中的應用，主要是為解決大腦加工模式究竟是分不同的功能模塊還是作為一個整體對信息進行加工的認知問題。不同於心理學研究中普遍參照的行為指標，認知神經科學會使用更為客觀的腦成像技術作為研究依據。其中主要包含了時間解析度較高的腦電圖（Electroencephalograph, EEG）和腦磁圖（Magnetoencephalography, MEG）以及空間解析度較高的正電子發射斷層掃描技術（Positron emission tomography, PET）和功能性磁共振成像技術（Functional magnetic resonance imaging, fMRI）。
EEG和MEG分別檢測神經元細胞產生的電活動信號和細胞內電流產生的磁場，因此在信號傳導過程中會受到介質的影響導致空間解析度較低，其中腦磁圖受介質的影響較小，但受到距離的影響很難探測到大腦深處的磁信號。得益於二者較高的時間解析度，通過測量認知活動引起的腦電或腦磁信號的變化，就可以逆向推斷出神經元活動的源定位，其中20世紀六七十年代發展的事件相關電位技術（Event-related potentials, ERP）被廣泛應用於認知心理學的研究，但也只能是對真實腦活動的粗略估計。
相比之下，依據大腦對能量的消耗進行測量的PET和fMRI技術的空間解析度就高很多。其中PET主要通過將放射性標記物注入人體，計算腦內相關物質的代謝率來測量人腦在進行認知任務時腦部血流量、糖代謝率以及耗氧量的變化，以此說明生理代謝活動和認知過程之間的關係。而fMRI技術則無需標記物，直接通過血液中氧濃度變化引起的血紅蛋白磁性變化來檢測執行認知功能時腦部興奮區域的活動模式。
在認知心理學研究中，應用PET和fMRI技術主要通過與對照狀態相減的方法，認為相減後的興奮區域就是與特定認知任務相關的腦區。基於的前提假設是認知任務能從其他認知活動中獨立分離出來，而不會相互影響。這可能並不符合實際的認知加工過程，因此想要得到更為確切的神經機制還有很多技術和理論層面的問題需要解決。但至少現在可以認為某個特定區域負責相應特定功能的觀點是錯誤的，幾乎所有認知活動都會涉及多個腦區的同時興奮。
近年來的近紅外腦功能成像（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）利用神經血管耦合規律來反推大腦的神經活動情況，能夠解決以往技術由於幹擾敏感和成像過程幽閉等原因無法適用於兒童（尤其嬰幼兒）和自然情境的問題。也有研究採用EEG和fMRI相結合的方法以取得技術的優勢互補，但考慮到依據的生物基礎不同，為獲取高時間解析度和高空間解析度的神經影像仍是認知神經科學領域的重要技術路線。
探索心智的功能和結構
認識人類自身是理解人類行為的基礎，是解釋人類為何會成為智慧生物的根本。如果說認知心理學的目標在於探索行為背後的認知活動和加工機制，那麼認知神經科學則更加強調大腦與這些認知活動之間的關係，即探究心智的功能和結構，找到心理過程和生理過程的基本關係，闡明人腦實現認知活動的信息加工機制。
對於一個複雜的信息加工系統的研究，馬爾（David Marr）提出了三層次理論，即這個系統至少要包含計算理論層次、表徵與算法層次以及物理實現層次，分別解決了為什麼、是什麼和怎樣做的問題。第一個層次，研究者關心這個系統的計算目標是什麼，想要實現怎樣的功效，解決什麼樣的問題，對什麼信息進行加工，例如人類想像鳥類一樣實現飛行。第二個層次則要考慮需要進行的操作有哪些，如何對信息進行加工，如為了飛行對空氣動力學進行研究。第三個層次則探討設計何種物理系統來執行上述算法，從而解決最根本的問題，例如製造飛機來實現飛行。從研究取向上來看，認知神經科學側重於解決第二層次的算法問題，相比於認知心理學僅對心智過程和機制進行探索，加入了對大腦的探秘，進而能幫助神經科學或電子工程學完成第三層次的實現問題。
多腦互動：未來可能發展方向
過去二十年認知神經科學的發展讓人們對於大腦和認知有了新的理解，但人們尚不清楚大腦在普遍且具有生態意義的環境下是如何運作的，即社交互動。以往研究受限於實驗範式和研究設計，難以將互動考慮在內，僅能研究孤立的大腦。但人類作為社會性動物，相比於個體如何解釋和加工信息，人們更應該關心人類在互動中如何形成共享的認知空間，使得在個體信息加工差異存在的情況下還能夠在溝通行為中實現快速的相互理解。
在社會互動背景下，依託於多人交互同步技術，即對執行社會互動任務中的不同被試進行同時的、多人的記錄（多EEG、多fMRI或多NIRS同步記錄）來測量人類在交流時大腦間的神經活動，探討認知和心理活動是如何實現相互聯繫的。庫倫（Anna K. Kuhlen）指出，通過多人交互同步技術能將大腦置於人際互動背景中，人們能夠根據自己對互動對象的認識和理解對溝通方式進行適應性的調整。這使得大腦交互研究成為可能，更為解決某些無法解釋的社交障礙提供基礎，為認知神經科學的研究增加了新的生態現實意義。
認知神經科學的魅力，在於能夠直接衝擊人類對於「我是誰」的哲學思考，解決人類行為產生和形成的問題，並為人工智慧的發展開創新的路徑，未來的發展和貢獻可期。
（作者單位：蘇州大學教育學院）