認知心理學是研究人類心智運作機制的科學，致力於理解人類如何獲取、處理、儲存和使用資訊。這個領域的核心假設是，人類的心智就像一部精密的資訊處理系統，透過感官接收外界訊息，經過各種認知歷程的轉換與加工，最終產生行為反應。認知心理學家感興趣的問題包括：我們如何辨識一張臉孔？我們如何理解語言？我們如何記住重要的資訊？我們如何做出複雜的決策？這些看似簡單的日常能力，實際上涉及極為複雜的神經與心理歷程，而認知心理學正是要揭開這些歷程的神秘面紗。
認知心理學的研究範疇極為廣泛，從最基本的感觉刺激處理，到高階的思考推理和决策判断，都屬於其研究領域。傳統上，認知心理學關注的主題包括感知觉、注意、记忆、语言、思维、决策等核心议题。近年来，随着认知神经科学的发展，研究者能够更直接地观察大脑在认知活动中的活动模式，这使得我们对认知过程的理解更加深入和精确。此外，认知心理学也与人工智能、教育学、语言学、神经科学等学科形成了密切的跨学科合作关系，共同探索心智的本质。
理解認知心理學不僅具有學術價值，更具有重要的實踐意義。在日常生活中，我們的認知能力決定了我們如何理解周圍的世界、如何學習新知識、如何與他人溝通、如何解決問題。在教育領域，認知心理學的研究成果可以幫助教師設計更有效的教學方法。在臨床領域，認知心理學的知識可以幫助治療各種認知障礙，如失憶症、閱讀障礙、注意力缺陷等。在產品設計和使用者體驗領域，認知心理學的原則可以幫助設計出更符合人類認知特點的介面和系統。因此，學習認知心理學不僅能夠滿足我們對人類心智的好奇心，更能夠幫助我們在各種實際情境中做出更好的決策和設計。
認知心理學（cognitive psychology）是一門研究人類獲取、使用和储存知識過程的科學。根據認知心理學的觀點，人類的心智可以被理解為一個資訊處理系統，這個系統接收來自環境的輸入資訊，經過一系列的認知加工歷程，最後產生適當的輸出行為。這種資訊處理的觀點借用了電腦科學的概念，將人類的心智比喻為一個能夠執行複雜計算的硬體設備，而心智中的知識和信念則是這個系統處理的軟體程式。雖然這個比喻在某些方面過於簡化，但它提供了一個有用的分析框架，幫助研究者系統地研究和理解人類的認知能力。
認知心理學的研究範疇可以說是包羅萬象，涵蓋了人類心智活動的各個層面。首先，感覺和知覺領域研究我們如何從環境中獲取感官資訊，以及如何將這些原始感覺資料轉換成有意義的知覺經驗。其次，注意力和意識領域研究我們如何在眾多刺激中選擇性地處理某些資訊，以及意識經驗的本質和功能。第三，記憶領域研究我們如何編碼、儲存和提取資訊，這包括從極短暫的感覺記憶到長期記憶的各種記憶系統。第四，語言領域研究我們如何理解和產生語言，這涉及語音、詞彙、語法和語用等多個層次的處理。第五，思維和推理領域研究我們如何進行邏輯推理、做出判斷和決策。第六，問題解決領域研究我們如何面對和解決各種挑戰和障礙。第七，認知發展領域研究認知能力如何隨著年齡和經驗而改變和成熟。
認知心理學作為一門科學學科，有其獨特的研究方法和技術。傳統上，認知心理學主要依賴行為實驗法，通過精心設計的實驗任務來觀察和測量人類的認知歷程。例如，研究者可能會設計一個記憶實驗，要求參與者學習一串詞彙，然後測試他們的回憶表現，藉此推論記憶的運作機制。近年來，隨著科技的進步，認知心理學家開始大量使用各種神經成像技術，如功能性磁振造影（fMRI）、腦電圖（EEG）和事件相關電位（ERP）等，這些技術使得研究者能夠直接觀察大腦在認知活動中的活動情況。此外，計算模型也是認知心理學研究的重要工具，研究者會建立數學或電腦模型來模擬人類的認知歷程，這些模型不僅可以幫助我們理解認知過程的內在機制，還可以做出可被實驗驗證的預測。
認知心理學在現代科學體系中佔據著舉足輕重的地位，它是連接心理學、神經科學、電腦科學和語言學等多個學科的橋樑。從學術發展的角度來看，認知心理學的興起標誌著心理學從行為主義的機械觀轉向對內部心智歷程的關注，這個轉變被稱為「認知革命」，深刻地影響了整個心理學領域的發展方向。認知革命不僅復興了對心智的研究興趣，還引入了新的研究方法和理論框架，使得心理學能夠更精確地描述和解釋人類行為的內在機制。
認知心理學與神經科學的結合形成了認知神經科學這個新興領域，這個跨學科領域致力於理解認知過程的神經基礎。透過腦部成像技術，研究者現在能夠觀察人們在執行各種認知任務時的大腦活動模式，這為驗證和修正認知理論提供了前所未有的證據。例如，功能性磁振造影研究已經揭示了工作記憶涉及前額葉皮質的多個區域，這些發現幫助我們更精確地理解工作記憶的認知架構和神經機制。這種認知科學與神經科學的融合不僅推動了基礎研究的進展，也為臨床應用開闢了新的可能性，例如開發針對各種認知障礙的診斷工具和治療方法。
認知心理學的發現對許多應用領域都具有重要的啟示和指導價值。在教育領域，認知心理學的研究成果可以幫助我們理解學習的認知機制，從而設計更有效的教學策略。例如，對於記憶編碼和提取過程的研究發現，間隔重複和主動提取比集中複習更能促進長期記憶的形成，這些發現已經被廣泛應用於各種教育環境中。在使用者介面設計和產品開發領域，認知心理學的原則可以幫助設計出更符合人類認知特點的介面，提升使用者的體驗和效率。例如，了解人類注意力的特點可以幫助設計出更能吸引和維持使用者注意力的介面設計。在組織管理和決策支援領域，認知心理學對人類判斷和決策偏誤的研究可以幫助個人和組織識別和減少決策中的非理性因素，做出更理性的選擇。
認知心理學的歷史根源可以追溯到十九世紀末心理學作為一門獨立科學的創立時期。1879年，德國萊比錫大學的威廉·馮特（Wilhelm Wundt）建立了世界上第一個心理學實驗室，這通常被視為現代心理學誕生的標誌。馮特創立了結構主義（structuralism）學派，主張心理學應該研究人類意識的組成元素，就像化學家分析物質的化學元素一樣。馮特認為，通過嚴格控制的實驗方法和受過訓練的內省觀察者，研究者可以識別和分析意識的基本構成要素，如感覺、情感和意象等。這種強調實驗控制和系統觀察的方法為後續的心理學研究奠定了科學基礎。
然而，結構主義學派很快面臨嚴峻的批評和挑戰。首先，內省法過於依賴觀察者的主觀報告，缺乏客觀性和可重複性，不同的內省者可能對同一經驗做出截然不同的描述。其次，結構主義過於強調意識的靜態組成元素，而忽視了意識的動態功能和適應價值。在這樣的背景下，美國心理學家威廉·詹姆斯（William James）創立了機能主義（functionalism）學派，對心理學的研究取向產生了深遠的影響。詹姆斯認為心理學應該研究心靈如何幫助生物體適應環境，心理學的任務是理解意識經驗的功能和目的，而非仅仅分析其構成元素。詹姆斯的機能主義觀點對後續的認知心理學產生了重要的影響，特別是在強調心智的資訊處理功能和目標導向行為方面。
機能主義學派的另一位重要代表人物是約翰·杜威（John Dewey），他將機能主義的觀點應用於教育領域，強調學習應該是主動建構知識的過程，而非被動接收資訊的過程。杜威的「做中學」理念對現代教育理論和實踐產生了深遠的影響。此外，機能主義的觀點也影響了後續演化心理學和比較心理學的發展，這些領域強調心理能力的適應功能和演化意義。雖然結構主義和機能主義作為正式的學派已經不復存在，但它們所代表的科學精神和研究取向為後續心理學的發展奠定了重要的基礎。結構主義強調實驗方法和系統觀察的精神被現代實驗心理學所繼承，而機能主義強調心理功能的觀點則為認知心理學的資訊處理取向提供了理論淵源。
二十世紀初期，行為主義（behaviorism）逐漸成為心理學的主流範式，對認知心理學的發展產生了重要的影響和制約。行為主義的創始人約翰·華生（John Watson）主張心理學應該只研究可觀察的外顯行為，而應該完全拋棄對內部心智歷程的研究。華生認為意識和心智等概念過於主觀和不可測量，不符合科學研究的要求。華生的激進立場反映了當時科學哲學中邏輯實證主義的影響，這種哲學強調科學陳述必須能夠被經驗觀察所驗證。在華生的領導下，行為主義成為美國心理學的主流範式長達數十年之久。
行為主義最著名的代表人物是史金納（B.F. Skinner），他發展了操作性條件作用理論，詳細描述了行為如何通過強化和懲罰來塑造和改變。史金納的研究揭示了環境刺激和行為反應之間的規律性關係，他的理論和技術在教育、治療和動物訓練等領域得到了廣泛的應用。操作性條件作用理論認為，行為是由其後果所控制的，強化可以增加行為發生的頻率，懲罰則可以減少行為的發生。這種觀點為理解學習和行為改變提供了一個相對簡單和實用的框架。
然而，行為主義的觀點在解釋人類複雜行為時面臨嚴重的局限性。行為主義傾向於將人類和動物等同視之，忽視了人類語言、思維和意識的獨特性和重要性。1959年，語言學家諾姆·喬姆斯基（Noam Chomsky）發表了對史金納《言語行為》一書的尖銳批評，這篇文章被認為是引發認知革命的重要因素之一。喬姆斯基指出，史金納的語言理論無法解釋語言的創造性本質——人類可以產生和理解無數從未聽過的新句子，這種能力無法僅僅通過操作性條件作用來解釋。喬姆斯基提出，人類語言能力依賴於一套內在的語法規則系統，這個系統是生物遺傳決定的，而非後天學習的產物。喬姆斯基的批評揭示了行為主義理論的根本缺陷：它無法解釋人類認知活動的生成性和創造性特質。
1950年代和1960年代，心理學經歷了一場深刻的範式轉變，被稱為「認知革命」（Cognitive Revolution）。這場革命的發生有多重背景因素，除了行為主義理論本身的局限性之外，還有來自其他學科的重要影響。電腦科學的興起是一個關鍵因素，1940年代和1950年代發展起來的新電腦技術為研究者提供了一個新的比喻框架——將人類心智理解為類似電腦的資訊處理系統。這個比喻不僅提供了一種新的語言來描述認知過程，還引發了對認知過程的系統性分析和研究。電腦可以執行輸入、儲存、處理和輸出資訊的功能，而人類的心智似乎也執行類似的功能。
1967年，烏爾里克·奈瑟（Ulric Neisser）出版了《認知心理學》一書，這被認為是認知心理學作為一門獨立學科正式建立的標誌。奈瑟將「認知」定義為「所有與知識相關的心理活動」，包括注意、感知、問題解決、記憶、語言、思考和想像等。奈瑟的著作系統地整合了當時各種認知研究的成果，建立了一個統一的認知心理學框架，對後續的研究和教學產生了深遠的影響。在這本書中，奈瑟強調認知心理學應該研究真實世界中的複雜認知活動，而非人為設計的簡單實驗任務，這個觀點對後續的生態效度研究產生了重要的影響。
認知革命的另一個重要推動力量來自於發展心理學領域。瑞士心理學家尚·皮亞傑（Jean Piaget）通過對兒童認知發展的長期觀察和實驗，創立了發生認識論理論，詳細描述了兒童認知能力隨年齡發展的階段和機制。皮亞傑認為兒童是主動的知識建構者，他們通過與環境的互動來發展認知結構。皮亞傑的理論強調了認知發展的主動性和建構性，這與行為主義的被動學習觀形成了鮮明的對比。皮亞傑的研究表明，人類的認知能力在發展過程中經歷了質的變化，這為理解認知過程的內在機制提供了重要的線索。
自1970年代以來，認知心理學經歷了持續的發展和演變，不斷湧現出新的研究主題和方法論創新。認知神經科學的興起是這個時期最重要的發展之一。隨著腦部成像技術的進步，研究者現在能夠直接觀察大腦在認知活動中的活動情況，這為驗證和修正認知理論提供了前所未有的證據。功能性磁振造影（fMRI）、腦電圖（EEG）和事件相關電位（ERP）等技術已經成為認知心理學研究的重要工具，幫助研究者建立認知過程與大腦活動之間的對應關係。這種認知科學與神經科學的融合不僅深化了我們對認知機制的理解，也催生了認知神經科學這個新的跨學科領域。
平行分散處理（Parallel Distributed Processing, PDP）模型的興起是另一個重要的理論發展。1980年代，以大衛·魯梅爾哈特（David Rumelhart）和詹姆斯·麥克萊蘭德（James McClelland）為代表的研究者提出了PDP模型挑戰了傳統的序列資訊處理觀點。PDP模型認為認知活動是由大量簡單神經元般的單元同時並行處理資訊所產生的，這種處理方式不同於傳統電腦的序列處理模式。PDP模型強調學習和經驗在形成認知結構中的重要性，並提出了聯結主義的理論框架，這個框架對人工神經網路的發展產生了深遠的影響。PDP模型和聯結主義的觀點幫助研究者更好地理解模式辨識、記憶和學習等認知過程的機制。
進入21世紀，認知心理學繼續朝著多元化和整合化的方向發展。一方面，認知心理學與其他學科的交叉融合日益增多，催生了認知科學、社會認知神經科學、情感神經科學等新的研究領域。另一方面，認知心理學的研究發現被越來越多的應用於實際問題的解決，從教育訓練到使用者介面設計，從臨床治療到公共政策制定，認知心理學的影響力正在不斷擴大。近年來，隨著人工智慧和機器學習技術的快速發展，認知心理學與人工智慧之間的對話和合作也日益密切，這種跨學科的交流正在為兩個領域帶來新的理論洞見和實際應用。
資訊處理觀點是認知心理學的核心理論框架，這個觀點將人類心智比喻為一台能夠接收、處理、儲存和輸出資訊的電腦。在這個框架下，認知活動被理解為一系列有序的資訊加工步驟，環境中的刺激首先被感覺系統接收並轉換為神經訊號，然後這些訊號在認知系統中被進一步加工和轉換，最終產生行為反應或主觀經驗。這種資訊處理的觀點提供了一個統一的框架來描述和理解各種不同的認知現象，從簡單的感覺偵測到複雜的問題解決都可以在這個框架下得到分析和解釋。
資訊處理觀點的核心概念包括輸入、編碼、儲存、提取和輸出等。輸入指的是環境中的刺激被感覺系統接收的過程，這個過程將物理能量轉換為神經訊息。編碼指的是將輸入資訊轉換為認知系統可以處理的形式的過程，有效的編碼對於後續的記憶和處理至關重要。儲存指的是將資訊保持在認知系統中的過程，這可以發生在不同的記憶系統中，時間從極短暫的感覺記憶到長期的知識結構不等。提取指的是從記憶中恢復先前儲存的資訊的過程，這是記憶和學習的關鍵環節。輸出指的是認知活動產生行為或語言反應的過程，這是認知系統與環境互動的最後階段。
資訊處理觀點為認知心理學研究提供了重要的分析工具和方法論指導。首先，這個觀點強調認知系統的內部結構和加工歷程，這促使研究者發展出各種實驗技術來推論這些不可直接觀察的內部過程。例如，研究者通過實驗操縱刺激呈現的時間、順序和特徵，觀察這些操縱對被試反應的影響，從而推論認知加工的性質和時序。其次，資訊處理觀點強調認知活動的系統性和層次性，這促使研究者發展出各種認知架構模型來整合不同的研究發現。這些模型不僅可以解釋已知的現象，還可以做出可被驗證的預測，從而推動理論的發展和修正。雖然資訊處理觀點在某些方面過於簡化人類認知活動的複雜性，特別是忽視了情感和社會因素的作用，但它仍然是我們理解和研究人類認知的重要理論基礎。
認知架構（cognitive architecture）指的是人類認知系統的基本結構和組織原則，它描述了人類心智如何組織和運作的整體框架。不同的認知理論提出了不同的認知架構假設，這些假設在資訊的儲存方式、加工容量、處理速度等方面有不同的規定。一個完整的認知架構應該能夠說明感覺輸入如何被處理、資訊如何在不同的記憶系統之間轉移、各種認知功能如何相互協調，以及學習如何改變認知系統的結構和能力。認知架構的研究目標是建立一個能夠統一解釋各種認知現象的理論框架，這個框架不僅要符合行為數據和大腦證據，還要能夠支持各種認知任務的執行。
心智表徵（mental representation）是認知心理學另一個核心概念，它指的是資訊在心智中以什麼形式被儲存和處理。關於心智表徵的本質，心理學家提出了多種不同的理論觀點。命題表徵觀點認為，心智中的知識以命題的形式儲存，命題是對事物之間關係的抽象陳述，可以類比於語言中的語句。例如，「鳥會飛」這個知識可能被儲存為一個命題結構，包含「鳥」和「會飛」之間的關係。類比表徵觀點則認為，心智中的某些知識以類似圖像或地圖的形式儲存，這種表徵保留了原始刺激的空間和關係結構。例如，我們可能以類比的方式儲存熟悉地點的空間地圖，這種表徵類似於真實地圖的結構。
心智表徵的另一個重要議題是知識的組織方式。認知心理學的研究表明，人類的長期記憶中的知識是以高度組織的方式儲存的，而非雜亂無章的孤立資訊。概念和範疇是知識組織的基本單元，相似的物件和概念被歸類在一起，形成了我們對世界知識的基本框架。語意網路模型提出，記憶中的概念以節點的形式儲存，概念之間的關係以連接線的形式表示，概念之間的連接強度反映了它們之間的語意關係強度。基模理論則強調，知識以更大的結構單元——基模——的形式組織，基模是關於某類情境或事物的典型知識結構，可以幫助我們快速理解和處理新資訊。這些關於心智表徵和知識組織的理論對於理解語言理解、記憶和問題解決等認知過程具有重要的啟示。
認知心理學使用多種研究方法來探索人類心智的運作機制，這些方法各有其優點和適用範圍。行為實驗法是認知心理學最基本的研究方法，通過精心設計的實驗任務來觀察和測量被試的行為表現。在認知心理學的典型實驗中，研究者會系統地操縱實驗情境中的某些變數（自變項），觀察這些操縱對被試反應（依變項）的影響。例如，在記憶實驗中，研究者可能會操縱學習材料的呈現時間，觀察呈現時間如何影響被試的記憶表現。通過這種系統性的實驗操縱和控制，研究者可以推論認知加工的性質和規律。
反應時間和錯誤率是認知心理學實驗中最常用的兩種依變項。反應時間指的是被試從刺激呈現到做出反應所需的時間，這個指標可以反映認知加工的速度和複雜度。研究者發展出了多種測量反應時間的技術和方法，從簡單的秒錶計時到精密的電腦化反應時裝置。錯誤率則反映了被試反應的準確性，通過分析錯誤類型可以了解認知錯誤的模式和原因。在認知心理學研究中，反應時間和錯誤率通常需要一起分析，因為它們可以提供互補的資訊。有時快速的反應伴隨著較高的錯誤率，這表明被試可能採用了較為快速的加工策略；而較慢的反應伴隨著較低的錯誤率，則表明被試可能採用了更為謹慎的加工策略。
認知心理學還使用多種互補性的研究方法來擴展和深化對認知過程的理解。眼動追蹤技術記錄被試在觀看刺激時的眼動軌跡，這可以揭示視覺資訊獲取的模式和時間歷程。這個技術對於研究閱讀、場景知覺和視覺搜尋等活動特別有用。錯誤範式（paradigm）是一種特殊的實驗設計，可以揭示特定的認知過程。例如，Stroop效應實驗利用顏色命名和詞語閱讀之間的干擾來研究注意和抑制的控制過程。腦部成像技術如功能性磁振造影和腦電圖可以測量大腦在認知活動中的活動情況，這為理解認知過程的神經基礎提供了重要的證據。個案研究法則通過深入分析特殊個案（如腦傷患者或具有特殊能力的個體）來推論認知系統的組織和功能，這種方法對於發現認知功能的神經基礎特別有效。
理解認知神經科學的基礎首先需要認識神經系統的基本結構和運作原理。人類的神經系統可以分為中樞神經系統和周邊神經系統兩大部分，中樞神經系統包括腦和脊髓，是認知活動的主要神經基礎；周邊神經系統則負責將資訊從感覺器官傳送到中樞神經系統，以及將運動指令從中樞傳送到肌肉和腺體。腦是人類認知活動的核心器官，它由數百億個神經細胞組成，這些細胞通過複雜的連接形成了一個高度複雜的資訊處理網路。腦的結構可以從多個層次來描述，從大的腦區到微觀的神經元網路，每個層次都有其特定的組織原則和功能特點。
神經元（neuron）是神經系統的基本功能單位，負責接收、處理和傳輸資訊。一個典型的神經元包括細胞體、樹突和軸突三個主要部分。樹突是從細胞體延伸出來的許多分支結構，負責接收來自其他神經元的訊息。細胞體包含細胞核和其他細胞器，是神經元的代謝中心。軸突是從細胞體延伸出來的一條較長的纖維，負責將神經訊息傳送到其他神經元或效應器。軸突外面通常包裹著髓鞘，這是一種脂質絕緣層，可以加快神經訊息的傳導速度。不同神經元之間的連接點稱為突觸（synapse），這是神經訊息傳遞的關鍵部位。當神經衝動到達軸突末梢時，會導致神經傳導物質的釋放，這些化學物質穿過突觸間隙，與下一個神經元樹突上的受體結合，從而完成訊息的傳遞。
神經系統的運作依賴於複雜的電化和學過程。靜息狀態下，神經元的細胞膜內外存在電位差，稱為靜息膜電位，這是由於細胞膜對不同離子的通透性不同所造成的。當神經元受到足夠的刺激時，會產生動作電位，這是一種快速的電位變化，會沿著軸突傳播。動作電位的產生遵循「全有或全無」原則，即一旦達到閾值，就會產生完整的動作電位；否則就不會產生。動作電位到達軸突末梢後，會觸發神經傳導物質的釋放，開始下一個神經元的激活過程。這種電化和學的訊息傳遞機制是所有認知活動的神經基礎，理解這些基本原理對於理解認知的腦機制至關重要。
大腦皮質是大腦最外層的神經組織，是人類最高級認知功能的主要神經基礎。大腦皮質的面積約為2,500平方公分，厚度約為2-4毫米，包含了約140億個神經元。大腦皮質的表面充滿了皺褶和溝回，這些皺褶大大增加了皮質的表面積，使得有限的顱骨空間內可以容納更多的神經組織。皮質的不同區域在形態和功能上有所不同，根據這些差異，大腦皮質可以分為四個主要的葉：額葉、頂葉、枕葉和顳葉。每個腦葉都承擔著特定的認知功能，這些功能定位雖然不是絕對的，但對於理解大腦的認知組織提供了重要的參考框架。
枕葉位於大腦的後部，主要負責視覺資訊的處理。初級視覺皮質（V1）位於枕葉的距狀裂兩側，是視覺資訊進入皮質的第一站，負責基本的視覺特徵加工。從初覺皮質出發，視覺資訊會流向多個更高級的視覺區域，這些區域分別專門處理不同的視覺特徵，如形狀、顏色、運動和深度等。這種視覺資訊處理的分工協作模式被稱為「腹側通路」和「背側通路」，腹側通路從枕葉延伸到顳葉，主要處理物體識別和語意資訊；背側通路從枕葉延伸到頂葉，主要處理空間位置和動作相關的資訊。枕葉的損傷會導致各種視覺障礙，如視覺失認症（無法識別物體）和面容失認症（無法識別面孔）。
頂葉位於大腦的頂部中央，負責處理感覺資訊和空間認知。軀體感覺皮質位於中央溝的後面，負責處理來自身體各部分的觸覺、本體感覺和痛覺。這個區域的組織呈現「侏儒」狀的對應關係，即與身體各部分的神經支配密度相對應。頂葉的其他區域還負責空間注意、空間記憶和身體在空間中的位置感知。頂葉損傷可能導致半側空間忽略（對病變對側的刺激視而不見）、穿衣失用症（無法正確穿衣）等認知障礙。額葉是大腦皮質中最大的腦葉，負責執行控制、工作記憶、計畫和決策等高階認知功能。前額葉皮質是人類大腦演化過程中發展最為完善的部分，與人類獨特的理智行為和社會認知密切相關。
認知神經科學的發展很大程度上依賴於各種腦部成像和記錄技術的進步，這些技術使得研究者能夠直接觀察大腦在認知活動中的活動情況。功能性磁振造影（functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）是目前最常用的腦部成像技術之一，它利用磁場和無線電波來測量大腦各區域的氧氣消耗情況，從而推斷神經活動的強度。fMRI的原理是，當某個腦區的神經活動增加時，該區域的血流量也會增加，以提供更多的氧氣。氧合血紅素和去氧血紅素具有不同的磁性特性，fMRI正是利用這種差異來檢測神經活動的變化。fMRI具有較好的空間解析度，可以定位到毫米級別的腦區活動，但其時間解析度相對較低，通常只能測量秒級別的活動變化。
腦電圖（Electroencephalography, EEG）和事件相關電位（Event-Related Potentials, ERP）是另一類重要的腦部活動測量技術。這些技術通過放置在頭皮上的電極來記錄大腦產生的電位變化。EEG記錄的是大腦皮質神經元同步活動所產生的電位波動，可以提供毫秒級別的時間解析度，非常適合研究認知活動的時間歷程。然而，EEG的空間解析度相對較低，難以精確定位活動的腦區。ERP是一種特殊的EEG分析方法，通過對特定事件相關的腦電位進行疊加平均，可以提取出與特定認知過程相關的腦電成分。例如，P300成分是一個在目標刺激出現後約300毫秒出現的正向波幅，與注意資源的配置和記憶更新過程有關。
其他常用的認知神經科學技術包括正子斷層造影（PET）、穿顱磁刺激（TMS）和經顱直流電刺激（tDCS）等。PET掃描利用放射性追蹤劑來測量大腦的代謝活動和神經傳導物質的分布，需要注射放射性物質，因此使用上受到較多限制。TMS技術可以透過顱骨對特定腦區施加磁場刺激，從而暫時性地干擾或增強該腦區的功能，這種技術特別適合研究特定腦區的因果性功能。tDCS則透過頭部 electrodes 傳送微弱電流來改變神經細胞的興奮性，可以用来研究大脑功能与行为之间的因果关系。這些多樣化的技術為認知神經科學研究提供了互補性的證據，幫助研究者建立認知過程與大腦活動之間的對應關係。
人類大腦的一個顯著特點是功能側化（lateralization），即某些認知功能主要或專門由一側大腦半球負責。最著名的側化例子是語言功能，大多數人的語言產生和理解主要依賴左半球。左半球的布羅卡區（Broca's area）位於額葉下回，負責語言產生和言語運動規劃；左半球的韋尼克區（Wernicke's area）位於顳葉上回，負責語言理解。這兩個區域通過弓狀束（arcuate fasciculus）相互連接，共同支持語言的產生和理解。語言功能的側化與大多數人的右利手密切相關，這反映了語言和運動控制系統之間的演化聯繫。
然而，功能側化並不是絕對的，右半球在語言理解中也發揮著重要的作用，特別是在語用理解、隱喻解讀和韻律處理等方面。此外，右半球在空間認知、面孔識別、情緒處理和整體資訊加工等方面具有優勢。右頂葉在空間注意和空間記憶中發揮關鍵作用，右顳葉在面孔識別和情緒認知中具有優勢。左右半球之間通過胼胝體（corpus callosum）相互連接，這是連接兩個半球的最大神經纖維束，負責半球之間的資訊交流和協調。胼胝體的存在確保了兩個半球可以協同工作，而不是各自為政。
功能側化的程度因人而異，也會受到經驗和訓練的影響。例如，音樂家通常表現出更強的右半球優勢，這可能與音樂訓練有關。功能性成像研究顯示，即使是傳統上被認為是側化的功能，如語言，也涉及雙側腦區的參與，只是參與的程度有所不同。左右半球優勢的差異可能與遺傳因素有關，但也受到早期經驗和環境影響的塑造。例如，早期腦損傷可能導致功能重組，未受損的半球接管受損半球的功能，這種可塑性在兒童時期特別明顯。理解功能側化的規律對於解釋各種認知現象和臨床症狀具有重要的意義。
現代認知神經科學的研究表明，複雜的認知功能不是由單一的腦區獨立完成的，而是由分布在大腦不同區域的神經網路協同工作所實現的。這種「分布式的觀點」挑戰了早期的定位論觀點，後者認為特定的認知功能可以精確地定位到特定的腦區。實際上，大多數認知功能涉及多個腦區的互動，這些腦區通過白質纖維束相互連接，形成複雜的功能網路。功能性連接分析是研究這些腦網路的主要方法之一，這種方法分析不同腦區活動之間的相關性，從而識別出在特定認知任務中協同活動的腦區。
預設模式網路（Default Mode Network, DMN）是近年來認知神經科學研究的熱點之一。這個網路包括內側前額葉皮質、後扣帶皮質和角回等腦區，在個體沒有執行特定任務時特別活躍，因此被認為與自發性思考、回想過去和想像未來等內省活動有關。DMN的活動異常與多種精神疾病有關，如抑鬱症和失智症，這表明這個網路在心理健康中扮演重要的角色。另一個重要的認知網路是額頂控制網路（Frontoparietal Control Network），這個網路包括外側前額葉和頂葉皮質，負責執行控制和認知靈活性，是自上而下認知調控的關鍵節點。
注意網路是另一個被深入研究的認知系統，包含三個主要的子系統：警覺網路、定向網路和執行控制網路。警覺網路主要依賴右側額葉和頂葉區域，負責維持準備狀態；定向網路涉及頂葉和顳葉區域，負責選擇性地將注意力導向特定空間位置；執行控制網路涉及前額葉皮質，負責解決衝突和抑制不相關的的反應。這些網路之間的協調活動對於複雜的認知任務至關重要。了解認知網路的組織和功能不僅有助於我們理解正常認知活動的神經基礎，也為診斷和治療各種認知障礙提供了新的思路和靶點。
大腦可塑性（brain plasticity）指的是大腦根據經驗和環境變化而改變其結構和功能的能力。這種可塑性是學習和記憶的神經基礎，也是大腦應對損傷和適應新環境的關鍵機制。傳統觀點認為，大腦在成年後就基本固定，失去了改變的能力。然而，過去數十年的研究表明，大腦在一生中都保持著相當程度的可塑性，只是可塑性的程度隨年齡而變化。年輕的大腦具有更高的可塑性，更容易受到經驗的影響；成年大腦的可塑性雖然較低，但仍然存在，仍然可以通過學習和訓練來改變。
認知訓練研究表明，針對性的練習可以改善特定的認知功能。例如，工作記憶訓練已被證明可以提高工作記憶容量和相關的認知能力，儘管這些改善是否能够迁移到未經訓練的任務上仍存在爭議。語言學習和音樂訓練可以導致相關腦區的結構和功能變化，例如，雙語者的灰質密度和胼胝體厚度與單語者有所不同。這些發現支持了「用進廢退」的神經可塑性原則，表明持續的認知活動可以維護和增強相關的認知功能。大腦可塑性研究對於開發改善認知功能和治療認知障礙的方法具有重要的啟示。例如，針對特定認知缺陷的訓練計畫可以幫助中風患者恢復認知功能；認知刺激活動可能有助于延缓老年人认知衰退的速度。
感覺系統是人類認知系統與環境接觸的第一線，負責將環境中的物理能量轉換為可供神經系統處理的電化學訊號。這個過程稱為感覺轉換（sensory transduction），涉及特殊的感覺受器細胞，這些細胞能夠將特定類型的能量（如光、聲波、壓力、化學物質等）轉換為神經衝動。人類主要的感覺包括視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺、本體感覺和前庭感覺等，每種感覺都有其特定的感受器和處理路徑。雖然這些感覺在輸入通道和處理的細節上有所不同，但它們都遵循一些共同的基本原則，如閾限感受性、適應現象和感覺編碼等。
感覺閾限（sensory threshold）是感覺系統功能的基本測量指標。絕對閾限是指能夠被偵測到的最低刺激強度，例如在完全黑暗環境中能被看見的最低光強度。差別閾限是指能夠被偵測到的兩個刺激之間的最小差異，韋伯定律指出差別閾限與刺激強度成正比，即刺激越強，需要越大的差異才能被偵測到。信號檢測理論（Signal Detection Theory）提供了一個更為精細的框架來分析感覺判斷，這個理論區分了感覺敏感度（d'）和反應傾向（β）兩個獨立的因素，使得研究者可以區分被試真正感覺到的訊息和其判斷策略的影響。
感覺適應（sensory adaptation）是指感覺系統對持續刺激的反應逐漸降低的現象。當我們進入一個有氣味的房間時，最初可能覺得氣味很強烈，但過一會兒就幾乎聞不到了，這就是嗅覺適應的典型例子。適應現象反映了感覺系統的經濟原則：對持續存在且沒有變化的刺激做出反應是浪費資源的，感覺系統通過降低對這類刺激的敏感性來節省處理資源。然而，感覺系統對刺激變化仍然保持高度敏感，這種對變化的敏感性對於偵測環境中的重要事件至關重要。適應現象也為研究者提供了了解感覺系統功能的窗口，通過觀察適應的模式可以推論感覺系統的組織和加工特點。
視覺是人類最重要的感覺之一，大約有超過一半的大腦皮質區域直接或間接地參與視覺資訊的處理。視覺過程始於眼睛， 光線進入眼睛後，首先穿過角膜和水晶體，然後投射到視網膜上。視網膜是眼睛的光敏感層，包含多種感光細胞：桿狀細胞對低光強度敏感，負責暗視覺但不能分辨顏色；錐狀細胞對高光強度敏感，負責明視覺和顏色知覺，根據對不同波長光線的敏感性可分為三種類型。視網膜上的感光細胞將光信號轉換為神經訊號，這些訊息經過視網膜上的神經節細胞處理後，通過視神經傳送到大腦。
視覺資訊從眼睛傳送到大腦後，經過一系列複雜的加工過程。初級視覺皮質（V1，位於枕葉）是視覺資訊進入皮質的第一站，接收來自外側膝狀核的輸入。在初覺皮質中，神經元對特定方向的線條、條紋或邊緣有強烈的反應，這是視覺資訊加工的基本特徵。從初覺皮質出發，視覺資訊分流到兩個主要的路徑：腹側通路（ventral stream）從枕葉延伸到顳葉，主要負責物體識別和語意資訊的處理，這條路徑有時被稱為「什麼通路」；背側通路（dorsal stream）從枕葉延伸到頂葉，主要負責空間位置和運動資訊的處理，這條路徑有時被稱為「哪裡通路」或「如何通路」。
視覺系統的組織表現出層次化和平行處理的特點。在層次結構方面，低層視覺區域（如V1）處理簡單的視覺特徵，如線條的方向和長度；高層視覺區域（如IT皮質）則處理更複雜的特徵，如物體的形狀和身份。在平行處理方面，視覺系統同時處理多個特徵維度，如顏色、形狀、運動和深度等。這種平行分層的組織使得視覺系統能夠快速有效地從複雜的視覺場景中提取各種資訊。然而，這種處理方式也可能導致特定的視覺錯覺和障礙，了解視覺系統的組織和功能對於理解正常的視覺知覺以及視覺障礙都具有重要的意義。
聽覺是僅次於視覺的重要感覺，負責接收和分析環境中的聲音資訊。聲音是由物體振動所產生的壓力波，經過外耳道傳送到耳膜，引起耳膜的振動。這些振動通過中耳的三塊聽小骨（槓骨、砧骨和鐙骨）放大後，傳送到內耳的耳蝸。耳蝸是一個螺旋形的結構，內部充滿了液體，基底膜上分布著毛細胞，這些毛細胞是聲音轉換為神經訊號的關鍵結構。不同頻率的聲音在基底膜的不同位置引起最大振動，高頻聲音靠近耳蝸的基部，低頻聲音靠近耳蝸的頂端，這就是耳蝸的頻率編碼機制。
聽覺資訊從耳蝸出發，經過聽神經傳送到腦幹的耳蝸核，然後依次經過上橄欖核、外側蹄系和下丘，最後到達丘球的內膝體，從這裡再投射到顳葉的初覺聽皮質。初覺聽皮質位於顳葉的上表面，負責基本的聲音特徵加工。與視覺系統一樣，聽覺系統也表現出層次化和功能專門化的特點，高級聽覺區域負責更複雜的聲音分析，如語音辨識和音樂認知。聽覺系統的一個獨特之處是其時間解析度特別高，能夠偵測到毫秒級別的聲音變化，這對於語音理解和聲音源定位至關重要。
除了視覺和聽覺之外，人類還擁有其他重要的感覺系統。觸覺系統負責處理來自皮膚的機械刺激，包括壓力、觸摸、振動、溫度和疼痛等。觸覺感受器分布不均勻，指尖和嘴唇等區域特別敏感，而背部和腿部的敏感度則較低。本體感覺提供關於身體位置和運動的資訊，來自肌肉和關節中的感受器。前庭感覺提供關於頭部位置和運動的資訊，對維持平衡和空間定向至關重要。嗅覺和味覺是化學感覺，分別負責偵測空氣中和食物中的化學物質。這些感覺系統各自有其特定的生理基礎和心理功能，共同構成了人類與環境互動的感覺通道。
知覺是將感覺資訊組織和解釋為有意義經驗的過程。感覺提供了原始的資料，而知覺則賦予這些資料以意義，使我們能夠識別物體、理解場景、與環境互動。從感覺到知覺的轉換不是一個簡單的、被動的過程，而是一個主動的、建構性的過程。在這個過程中，認知系統運用先前的知識和經驗來解釋感覺輸入，將分散的感覺元素組織成連貫的知覺整體。這個轉換過程通常是自動和快速的，我們往往意識不到其中的複雜性，直到面對錯覺或知覺歧義時才會意識到知覺解釋並非總是確定的。
由下而上加工（bottom-up processing）和由上而下加工（top-down processing）是知覺加工的兩種基本模式。由下而上加工是指從刺激的原始特徵開始，逐步向上整合為更高層次認知的加工過程。例如，識別一個字母可能首先需要偵測到其構成的線條和曲線，然後識別這些線條組成的特徵，最後才確認字母的身份。這種加工方式主要依賴於刺激本身所提供的資訊，較少受到預期和知識的影響。由上而下加工則是指運用高層次的知識、期望和情境資訊來影響低層次刺激解釋的加工過程。例如，在閱讀時，如果我們看到一個模糊的單詞，句子上下文可以幫助我們識別這個單詞。由上而下加工使得知覺能夠快速有效，但有時也可能導致錯誤的解釋。
知覺組織的完形原則（Gestalt principles）描述了人類如何將分散的感覺元素組織成有意義的知覺整體。這些原則包括：接近原則（proximity）——彼此靠近的元素傾向於被知覺為一組；相似原則（similarity）——相似的元素傾向於被組織在一起；連續原則（continuity）——我們傾向於將元素知覺為連續平滑的形狀；封閉原則（closure）——我們傾向於填補不完整圖形的缺口以形成封閉的形狀；共同命運原則（common fate）——一起移動的元素傾向於被知覺為一組。這些原則反映了人類知覺系統的組織傾向，完形心理學家認為整體的組織結構優先於其組成部分，這就是著名的「整體不等於部分之和」的觀點。
模式辨識（pattern recognition）是知覺過程的核心問題之一：我們如何從複雜多變的感覺輸入中識別出熟悉的物體、文字和面孔？模式辨識看似簡單，實際上涉及極為複雜的認知歷程，因為同一物體在不同觀察角度、不同光照條件、不同大小和位置下會產生極為不同的視覺投影，而我們仍然能夠穩定地識別它們。認知心理學家發展了多種理論來解釋模式辨識的機制，這些理論從不同的角度揭示了模式辨識的可能過程。
樣板匹配理論（template matching theory）是最早的模式辨識理論之一，這個理論提出，我們的記憶中儲存著各種物體的標準模板或樣板，當輸入刺激與某個模板足夠匹配時，我們就會識別出相應的物體。這個理論的優點是概念簡單明確，但它面臨著嚴重的局限性。首先，現實世界中同一物體的變化無窮無盡，不可能為所有變化儲存對應的模板。其次，這個理論無法解釋人類模式辨識的靈活性和創造性，我們可以識別從未見過的新變體。後來的修正版本引入了「彈性匹配」的概念，允許輸入和模板之間存在一定的變化範圍，但這又使得理論的預測力降低。
特徵分析理論（feature analysis theory）提出，模式辨識不是直接匹配完整模板，而是先識別刺激的基本特徵，然後根據特徵組合來識別物體。例如，識別字母「A」可能涉及識別它由兩條斜線和一條橫線組成這個事實。這個理論得到了實驗研究的支持，數據顯示人類識別字母的反應時間與字母的複雜程度（即包含多少特徵）有關。著名的大小恆常性現象也可以用特徵理論來解釋：無論字母大小如何變化，其構成特徵保持不變，因此可以被一致地識別。現代的計算模擬研究表明，特徵分析方法可以有效地處理模式辨識問題，這種方法與人工神經網路的運作方式有相似之處。
知覺恆常性（perceptual constancy）是指在刺激的物理特性發生變化時，我們對物體的知覺保持穩定的現象。這些恆常性使得我們能夠在不斷變化的環境中維持對物體的穩定認識。視覺恆常性包括大小恆常性、形狀恆常性、顏色恆常性和亮度恆常性等。例如，當物體離我們越來越遠時，它在視網膜上的投影越來越小，但我們仍然知覺它為相同的大小，這就是大小恆常性。這種恆常性是由上而下加工的典型例子：我們運用關於物體實際大小的知識和深度線索來調整對視網膜投影的解釋。
深度知覺（depth perception）使我們能夠知覺三維空間中物體的相對位置和距離。深度線索可以分為單眼線索和雙眼線索兩類。單眼線索只需要一隻眼睛就可以感知，包括：線性透視（平行線在遠處匯聚）、紋理梯度（表面紋理在遠處變得密集）、相對大小（遠處物體看起來較小）、空氣透視（遠處物體看起來較模糊）、遮擋關係（近物遮擋遠物）、以及陰影和光線方向等。雙眼線索依賴於兩隻眼睛的協同工作，最重要的雙眼線索是視差（retinal disparity），即兩眼從略微不同的角度觀看世界所產生的視網膜像差。大腦利用這些微小的差異來計算物體的距離，這種機制在近距離時特別有效。
雙眼競爭和立體視覺是雙眼視覺研究中的兩個重要現象。雙眼競爭發生在兩眼呈現不同圖像時，例如左眼看到垂直線條，右眼看到水平線條。這種情況下，被試不是看到兩者的混合，而是交替地看到一組線條或另一組，這表明意識經驗是高度選擇性的。立體視覺則是利用雙眼視差來產生深度知覺的現象，當兩眼呈現略有不同的圖像時（如通過偏振光眼鏡觀看立體圖片），大腦會將這些差異解釋為深度差異，產生三維的知覺經驗。立體視覺的產生需要大腦整合來自兩眼的資訊，這涉及專門的神經機制和腦區。
注意力是認知系統選擇性地處理某些資訊而忽略其他資訊的能力，是認知資源有限性的直接後果。我們每天都面臨著無窮無盡的感官輸入，而認知系統的處理能力是有限的，因此必須有選擇地分配處理資源。注意力就是這種選擇性分配的機制，它決定了哪些刺激會得到進一步的加工，哪些刺激會被忽略。注意力不僅影響我們感知什麼，還影響我們記住什麼、思考什麼和做什麼。注意力問題是許多認知障礙的核心特徵，如注意力缺陷過動症（ADHD）患者在維持和定向注意力方面存在困難。
注意力可以從多個維度來分類。根據通道的不同，可以分為視覺注意力、聽覺注意力等。根據選擇對象的不同，可以分為內在注意力（指向內部心理內容）和外在注意力（指向外部刺激）。根據功能的不同，可以分為警覺（維持對刺激的敏感度）、定向（選擇性地將感官資源指向特定位置或特徵）和執行控制（維持任務目標並抑制不相關的反應）。這些不同類型的注意力涉及不同的大腦網路和神經機制，但它們也相互作用和協調，共同支持複雜的認知活動。
注意力在認知活動中扮演著多重角色。首先，注意力作為一個過濾器，選擇哪些刺激進入進一步的加工。這個功能對於在嘈雜環境中專注於對話、在繁忙街道上注意交通狀況等至關重要。其次，注意力作為一個資源分配機制，決定處理資源在不同任務或刺激之間的分配。當任務難度增加或同時進行多個任務時，注意力資源會更加緊張。第三，注意力作為一個門控機制，控制資訊進入意識和記憶的通道。並非所有被感知的資訊都會被意識到或記住，注意力選擇性地決定哪些資訊會獲得進一步的加工機會。
選擇性注意力（selective attention）是認知心理學研究最為深入的注意力類型之一，研究者發展了多種理論來解釋選擇性注意力的運作機制。過濾器模型（filter model）是最早也最具影響力的理論之一，由唐納德·布羅德本特（Donald Broadbent）在1958年提出。這個模型提出，注意力像一個過濾器，位於感覺記憶和工作記憶之間。當資訊到達過濾器時，只有被選中的通道（通常是與當前任務相關的通道）可以通過，而其他通道的資訊則被阻擋。這個模型解釋了為什麼我們可以在雞尾酒會上專注於一個對話而忽略其他對話——因為注意力過濾器選擇性地讓目標說話者的聲音通過。
然而，過濾器模型面臨著一些實驗證據的挑戰，其中最著名的是「雙耳分聽」實驗。在這個實驗中，參與者兩耳分別聽到不同的資訊，需要復述其中一耳的內容。根據過濾器模型，被忽略那一耳的資訊應該完全被阻擋，不會得到任何加工。但實驗結果顯示，當被忽略那一耳的內容突然變得與任務相關（如名字被提到），或者與通過那一耳的內容相同時，參與者有時會注意到。這些發現導致了過濾器模型的修正，如安妮·特瑞斯曼（Anne Treisman）的衰減模型提出，過濾器不是一個全有或全無的開關，而是一個可以調節衰減程度的濾網，被忽略通道的資訊不是被完全阻擋，而是被減弱，可能仍然得到一定程度的加工。
晚期選擇理論則提出，過濾器不是發生在知覺加工之前，而是發生在更晚的階段，選擇性發生在反應選擇層面。這個理論認為，所有輸入刺激首先都得到完全的知覺加工，然後才根據與任務的相關性來選擇做出反應。這個理論可以解釋為什麼有時會注意到非注意通道中的顯著刺激（如自己的名字）。然而，晚期選擇理論面臨著資源限制方面的困難：如果所有刺激都得到完全加工，認知系統可能會面臨嚴重的資源不足。現代的注意力理論傾向於採取折中立場，認為選擇性發生在多個層面，具體的選擇點可能根據任務需求和刺激特性而變化。
分散注意力（divided attention）是指同時處理多個任務或刺激的能力，這是注意力研究中的另一個重要議題。人類的多工處理能力是有限的，當試圖同時執行多個任務時，往往會出現干擾和效率下降。影響多工處理效率的因素包括任務的自動化和複雜度、任務之間的相似性、以及個體的訓練程度等。高度自動化的任務（如走路或騎自行車）可以幾乎不消耗注意力資源地執行，而需要認知努力的任務則會競爭有限的注意力資源。
研究多工處理的一個常用方法是雙作業範式（dual-task paradigm），在這個範式中，參與者需要同時執行兩個任務，研究者測量每個任務的表現。例如，參與者可能需要在監控螢幕上出現的目標時，同時記憶一串數字。當兩個任務的認知需求都很高時，通常會出現任務間的干擾，表現任一任務或兩個任務的表現都會下降。根據干擾的模式和程度，研究者可以推論認知資源的組織和限制。任務間的干擾程度與任務之間的相似性密切相關：當兩個任務使用相同的認知資源（如都是語音加工）時，干擾會比使用不同資源時更嚴重。
在現代生活中，多工處理已經成為常態而非例外，人們經常需要在開車時使用手機、在工作時回覆郵件、在看電視時閱讀。認知心理學的研究為這些日常多工活動提供了重要的警示。研究表明，開車時使用手機會顯著增加事故風險，即使使用免持設備也是如此。這是因為開車和手機對話都涉及視覺和認知資源的競爭。認知心理學家提出了「輔助任務效應」的概念，認為即使看起來簡單的次要任務也會消耗認知資源，影響主要任務的表現。理解注意力的限制對於設計有效的使用者介面、制定安全政策和改進教育訓練都具有重要的實踐意義。
意識是認知心理學中最深奧也最富爭議的議題之一。意識經驗是我們日常生活中最直接和普遍的現象——我們有顏色的知覺、疼痛的感覺、情緒的體驗、思想的流動。然而，意識的本質是什麼？意識如何從物理的大腦過程中產生？為什麼我們會有意識經驗而不是像「殭屍」那樣無意識地運作？這些問題被稱為「意識的困難問題」（the hard problem of consciousness），至今仍是科學和哲學爭論的焦點。認知心理學對於意識的研究主要集中在可操作性定義的層面，即研究意識的各種功能和表現，而非試圖解決其本體論問題。
意識可以被分為幾個不同的層面或類型。覺察（awareness）指的是對刺激或心理內容的主觀意識，例如知道自己正在看什麼或想什麼。清醒狀態（arousal）指的是一般的覺醒水平，從深度昏迷到完全警覺。內容意識（content consciousness）指的是特定的心理內容，如意識到一個特定的物體或思想。現象意識（phenomenal consciousness）指的是意識經驗的「感受性質」（qualia），即紅色看起來是什麼樣子、疼痛感覺起來是什麼樣子等。自我意識（self-consciousness）指的是對自身作為認知主體的覺察，包括自我識別和反思性的心理活動。
關於意識的功能，存在多種理論觀點。全局工作空間理論（Global Workspace Theory）提出，意識類似於一個「廣播系統」，當特定資訊被「廣播」到整個認知系統時，它就成為意識內容；未被廣播的資訊則保持無意識狀態，只能影響局部的認知過程。這個理論認為，意識的功能是整合和協調分散的認知資源，使它們可以共同支持複雜的行為。高階理論（Higher-Order Theories）提出，意識經驗產生於對自身心理狀態的「高階表征」或「反思」，即當我們意識到自己在「看」時，我們同時也在「思考自己在看」。這些理論各有其優缺點，目前尚無定論，但它们為意識的實驗研究提供了可測試的預測。
認知心理學的研究表明，人類的認知活動有很大一部分是在無意識狀態下進行的。這些無意識歷程雖然不能被主觀意識直接覺察，但它們仍然可以影響我們的行為和判斷。這個發現具有重要的理論和實踐意義：它表明意識並不是認知活動的必要前提，人類可以在沒有意識覺察的情況下執行複雜的認知功能；同時，它也引發了關於無意識影響和控制力的重要問題。
實驗範式中的一個經典例子是啟動效應（priming effect）。在啟動實驗中，參與者首先接觸一個啟動刺激（如一個單詞或圖片），然後在沒有意識覺察的情況下，這個刺激的影響會在後續任務中表現出來。例如，如果參與者先看到「護士」這個詞，他們會更快地識別「醫生」這個相關詞。這個效應發生在參與者沒有意識到啟動刺激存在的條件下仍然存在，表明它依賴於無意識的加工歷程。啟動效應的持久性和普遍性使其成為研究無意識認知的重要工具。
閾下知覺（subliminal perception）是指對低於意識閾限的刺激的加工。研究表明，即使是低於意識閾限的刺激也可以影響認知和行為。例如，閾下呈現的情緒刺激可以影響後續的判斷和反應。然而，閾下影響的程度和持久性是有限的，它通常只影響與啟動刺激直接相關的內容，難以產生複雜的行為改變。關於閾下廣告和閾下自助錄音帶的有效性，科学研究普遍持懷疑態度，認為這些應用遠未达到其宣稱的效果。理解無意識歷程的能力和限制對於評估各種心理技術的有效性、保護消費者免受誤導性宣傳的影響具有重要的實際意義。
注意和意識是兩個密切相關但又有所區別的概念。在大多數情況下，我們只對注意力所指向的內容有意識覺察，這表明注意力和意識之間存在著強烈的聯繫。然而，這種關係並非簡單的一一對應，存在著「注意而不覺察」和「覺察而不注意」的現象，這些現象幫助我們理解注意和意識之間的複雜關係。
「注意而不覺察」的典型例子是改變盲點（change blindness）。在改變盲點實驗中，兩幅幾乎相同但有一個細節差異的圖片交替呈現，參與者需要判斷圖片是否相同。結果表明，參與者經常無法注意到圖片之間的差異，即使這個差異是明顯的（如大樓的顏色改變）。這個現象表明，我們對場景的知覺並不像看起來那麼完整和穩定，只有被注意力選中的元素才會被仔細加工，而其他的細節則保持模糊的狀態。改變盲點表明，知覺建構是一個需要注意力參與的過程，而不是被動的記錄過程。
「覺察而不注意」的現象則更為少見和特殊。在某些腦損傷患者中觀察到的「盲視」（blindsight）現象是這方面的著名案例。盲視患者否認自己能夠看到東西，但當被迫猜測時，他們能夠以高於隨機水平的準確率對視野中的刺激做出反應。這表明，他們的視覺系統仍然可以接收和處理視覺資訊，只是這些資訊無法進入意識覺察。這種現象支持了意識和加工可以分離的觀點，揭示了意識的神經基礎可能不同於基本的視覺加工。理解注意和意識的關係對於解釋日常認知活動、診斷各種認知障礙以及發展人工智慧系統都具有重要的理論和實踐意義。
感覺記憶（sensory memory）是記憶系統的第一個階段，負責暫時保存感官輸入的詳細資訊。這種記憶的容量相對較大，但保存時間極為短暫，通常只有幾分之一秒到幾秒鐘不等。感覺記憶的功能是為認知系統提供足夠的時間來選擇和提取重要的資訊進行進一步加工。如果沒有感覺記憶，感官輸入一旦消失就無法被處理，我們就無法從複雜的視覺場景中識別物體，也無法理解連續的語音流。感覺記憶可以被視為一個緩衝區，確保資訊不會因為時間的延遲而丟失，直到認知系統準備好處理它。
視覺感覺記憶稱為圖像記憶（iconic memory），是由喬治·斯柏林（George Sperling）在1960年的經典實驗中發現的。在這個實驗中，斯柏林向參與者短暫呈現一排字母，然後測試他們的回憶。參與者通常只能回憶起約4-5個字母，即使他們報告看到了所有的字母。斯柏林推測，所有字母都在記憶中保存了極短的時間，但這個記憶消退得非常快。為了測量圖像記憶的容量和持續時間，斯柏林設計了部分報告法實驗：在字母呈現後，立即給出高、中、低音三種聲音之一作為提示，參與者需要報告對應位置的一行字母。結果顯示，參與者可以報告幾乎所有被要求報告的字母，這表明圖像記憶的容量接近呈現的全部內容。然而，這種記憶只能持續約1秒鐘，然後就會衰退。
聽覺感覺記憶稱為聲像記憶（echoic memory），保存時間比圖像記憶更長，約為3-4秒鐘。聲像記憶對於理解連續的語言輸入特別重要，因為說話的速度使得我們需要在當前詞語過去之後仍然保留前面詞語的記憶，以便理解完整的句子。研究表明，聲像記憶的容量約為幾個聲音片段，保存時間足以支持語言理解。當注意力被導向聲像記憶的內容時，這些資訊可以轉移到短期記憶進行進一步加工；如果沒有被注意，這些資訊就會衰退和消失。感覺記憶的這種短暫性實際上是有適應價值的：它允許認知系統不斷更新輸入資訊，避免被過時的感官資料所干擾。
短期記憶（Short-Term Memory, STM）是感覺記憶和長期記憶之間的緩衝區，負責暫時保持和操作當前正在使用的資訊。短期記憶的容量是有限的，早期的研究估計其容量為「魔術數字」7±2個項目，這意味著大多數人可以同時保持5-9個資訊單位。然而，更近期的研究表明，這個數字高度依賴於資訊的類型和編碼方式，對於簡單的數字或字母，容量確實在這個範圍內；但對於有意義的詞組或熟悉的單詞，容量可能更高，因為可以運用長期記憶中的知識來組塊（chunking）。
組塊是克服短期記憶容量限制的關鍵策略。組塊是指將多個個別項目組合成一個有意義的較大單位的過程。例如，一串隨機的數字「1-4-9-2-6-5」如果作為獨立數字記憶，會佔用6個記憶槽；但如果重新編碼為「1965」（重要年份）和「2146」（一個虛擬的數字），就只需要記憶兩個組塊。專家記憶者通常使用組塊策略來記憶大量資訊，如棋手可以瞬間記憶棋盤上的複雜布局，因為他們將棋子組合成有意義的模式。組塊的有效性依賴於長期記憶中的知識，這再次說明了短期記憶和長期記憶之間的密切關係。
短期記憶的保存時間也是有限的，如果不進行複誦，資訊會在大約15-30秒內衰退。皮特森夫婦（Peterson & Peterson）在1959年的經典實驗中發現，參與者在延遲18秒後只能正確回憶一小部分的字母串，即使在延遲期間要求他們執行一個干擾任務（如倒數數字）。這個實驗表明，短期記憶是高度脆弱的，容易受到干擾和衰退的影響。然而，如果對資訊進行複誦（即在心中默念），就可以維持記憶並將其轉移到長期記憶。複誦有兩種：維持性複誦（maintenance rehearsal）只是簡單地重複資訊以保持在短期記憶中；而精緻性複誦（elaborative rehearsal）則涉及將新資訊與已有知識建立聯繫，這是更有效的長期記憶策略。
短期記憶和長期記憶之間的關係一直是記憶研究的核心問題。資訊要從短期記憶轉移到長期記憶，需要經過編碼和複習等過程。編碼（encoding）是指將資訊轉換為可以儲存在記憶中的形式的過程。編碼的方式多種多樣，可以是表面的知覺特徵（如字母的形狀）、聲音形式（如單詞的發音）或語意形式（如單詞的意義）。大量的研究表明，語意編碼——即基於意義的加工——比表層編碼產生更持久和更強的記憶，這就是所謂的「加工層次理論」（Levels of Processing Theory）的核心觀點。
加工層次理論是由克雷克和洛克哈特（Craik & Lockhart）在1972年提出的，這個理論區分了淺層加工和深層加工。淺層加工涉及刺激的物理或知覺特徵，如字體的大小或顏色；深層加工則涉及刺激的語意特徵和意義。在經典的實驗中，參與者被要求判斷一個單詞是否包含某個字母（淺層任務）或單詞是否適合某個句子（深層任務）。結果表明，執行深層任務後的記憶表現顯著優於執行淺層任務後的表現。這個發現表明，記憶的效果取決於加工的深度而非加工的數量，強調了「如何思考」對於記憶的重要性。
複習在記憶轉移中扮演著重要的角色，但複習的方式會影響記憶的效果。研究表明，間隔複習（spaced repetition）比集中複習（massed repetition）更有效地促進長期記憶的形成。這是因為每次複習都會暫時強化記憶，但記憶的鞏固需要時間；在間隔期間，記憶會經歷一個鞏固的過程，使其更加持久。這個發現導致了「間隔效應」（spacing effect）的發現和各種基於間隔學習的教育和培訓方法的發展。另一個重要的因素是提取練習（retrieval practice），即主動從記憶中提取資訊的過程。研究表明，提取練習不僅可以測量記憶，還可以強化記憶，這被稱為「測試效應」（testing effect）。這種效應的機制可能是提取過程會激活和強化記憶痕跡，使其更容易在未來被提取。
工作記憶（Working Memory）是認知心理學中一個核心且活躍的研究領域，它不僅涉及資訊的暫時保持，還涉及對這些資訊的操作和處理。艾倫·巴德利（Alan Baddeley）在1974年提出了工作記憶的多成分模型，這個模型取代了早期較為簡單的「短期記憶」概念，成為理解人類認知靈活性的重要理論框架。巴德利的模型最初包括三個主要成分：中央執行系統、語音迴路和視覺空間寫生板。後來在2000年，研究者又增加了第四個成分——情節緩衝區——以解釋工作記憶與長期記憶之間的互動。
中央執行系統（Central Executive）是工作記憶的控制中心，負責注意力資源的分配、目標的維持和認知任務的協調。中央執行系統是一個容量有限但功能強大的成分，它決定哪些資訊應該得到優先處理，哪些任務應該被執行，以及如何在不同資訊和任務之間切換。中央執行系統的功能類似於一個管理者，確保認知活動朝著目標前進。這個系統涉及前額葉皮質的活動，特別是背外側前額葉皮質。認知負荷理論（Cognitive Load Theory）認為，學習和問題解決的效果取決於中央執行系統所承受的負荷，當負荷過高時，認知表現會下降。
語音迴路（Phonological Loop）專門處理語音和語言相關的資訊。這個系統包括一個語音儲存器（可以暫時保持語音資訊約2秒鐘）和一個複誦過程（可以通過默念來刷新即將消退的記憶）。語音迴路的功能對於語言理解和學習至關重要，它使我們能夠在閱讀或聆聽時保持詞語的記憶，直到它們被處理和整合。語音迴路的另一個重要功能是支持「語音遮蔽效應」（phonological similarity effect），即發音相似的項目比不相似的項目更容易相互干擾，這表明語音編碼是工作記憶的重要基礎。
視覺空間寫生板（Visuo-Spatial Sketchpad）負責處理視覺和空間資訊，包括視覺形態的暫時保存和空間關係的操作。這個系統支持各種視覺認知活動，如心理旋轉（mental rotation）、視覺化（visualization）和空間推理。心理旋轉研究是視覺空間工作記憶的經典範例：參與者需要判斷兩個不同角度呈現的三維物體是否相同，結果表明反應時間與旋轉角度成正比，這支持了心理旋轉是一個漸進的認知過程而非瞬間完成的觀點。視覺空間寫生板的神經基礎主要是頂葉和枕葉區域，特別是右半球。
視覺空間工作記憶和語音迴路被認為是相對獨立但又可以相互作用的系統。研究表明，視覺空間任務和語音任務可以並行執行而不相互干擾，這支持了它們使用不同資源的觀點。然而，當任務涉及視覺資訊的語意解讀或空間資訊的語言描述時，兩個系統之間就會發生互動。這種分離與互動的模式與大腦左右半球的功能分工有一定的對應關係，但並不完全一致。近年來的研究還表明，視覺空間工作記憶本身可能包含多個子成分，如專門處理視覺內容的成分和專門處理空間內容的成分。
視覺空間工作記憶在教育和專業技能發展中扮演著重要角色。空間能力與數學和科學成就之間存在顯著相關，這可能與這些領域需要複雜的視覺化能力有關。專家如棋手、醫生和工程師通常具有較強的視覺空間工作記憶能力，這種能力部分依賴於長期的專業訓練。訓練研究顯示，視覺空間工作記憶可以通過練習得到改善，雖然這種改善是否能够迁移到未經訓練的任務上仍存在爭議。這些發現對於教育實踐和認知訓練具有重要的啟示意義。
工作記憶是日常認知活動的基礎，從簡單的對話理解到複雜的問題解決都離不開工作記憶的支持。在對話中，我們需要記住對方說的前幾句話的同時理解當前這句話；在閱讀中，我們需要保持前面句子的意義以便理解它們與當前句子的關係；在計算中，我們需要記住部分結果的同時進行下一步運算。這些活動都需要工作記憶來暫時保持和操作資訊。工作記憶容量較高的人在這些認知活動中通常表現更好，而工作記憶容量較低的人則可能在日常生活中遇到更多的困難。
工作記憶能力與各種認知功能和生活結果之間存在廣泛的關聯。研究表明，工作記憶容量與語言理解、推理、決策和注意力控制等認知能力呈正相關。在教育領域，工作記憶容量是預測學業成就的重要因素之一，許多學習困難與工作記憶缺陷有關。在老年認知衰退的研究中，工作記憶被認為是最敏感的認知指標之一，其變化可能預示著更廣泛的認知功能下降。在臨床領域，工作記憶測量被用於評估各種神經系統疾病和心理障礙，如注意力缺陷過動症、精神分裂症和憂鬱症等。
工作記憶訓練是近年來認知訓練研究的一個熱門領域。研究者開發了各種電腦化的工作記憶訓練程序，試圖通過練習來提升工作記憶容量。雖然訓練可以改善訓練任務本身的表現，但關於這些改善是否能够迁移到其他認知任務和日常生活活動上，研究結果並不一致。一些研究者認為，工作記憶訓練可能最有效地改善與訓練任務結構相似的任務的表現，而不一定是全面的認知能力提升。這個問題對於開發有效的認知康復和增強方法具有重要的實際意義。
長期記憶（Long-Term Memory, LTM）是記憶系統的核心，負責儲存我們的知識、經驗和技能。與短期記憶相比，長期記憶的容量几乎是无限的，保存時間可以從幾分鐘到終身不等。然而，並非所有長期記憶都是相同的，認知心理學家發展了多種分類系統來描述長期記憶的不同類型。最常用的分類是區分陳述性記憶（declarative memory）和非陳述性記憶（non-declarative memory），這個區分基於記憶內容是否可以通過語言來表達和報告。
陳述性記憶涉及可以明確陳述的事實和事件，又可以進一步細分為情節記憶（episodic memory）和語意記憶（semantic memory）。情節記憶是關於個人經歷的記憶，如昨天晚餐吃了什麼、上週去了哪裡旅行。這類記憶通常包含豐富的細節和時間、空間脈絡，與個人身份認同密切相關。語意記憶則是關於世界知識的記憶，如巴黎是法國的首都、水的化學式是H₂O。這類記憶通常是抽象的、去脈絡化的，不與特定的時間和地點相關聯。情節記憶和語意記憶之間存在著密切的互動：我們獲得的語意知識通常來自於具體的經驗（情節記憶的積累），而我們的情節記憶又受到語意知識的塑造和詮釋。
非陳述性記憶又稱為內隱記憶（implicit memory），涉及無法通過語言表達的記憶，通常表現為行為或認知操作的自動改善。非陳述性記憶可以分為多個子類型：程序性記憶（procedural memory）負責技能和習慣的記憶，如騎自行車、打字或演奏樂器；啟動效應（priming）是指先前接觸過的刺激會促進後續對相同或相似刺激的加工；古典條件作用（classical conditioning）涉及刺激之間的聯結學習；習慣化（habituation）和敏感化（sensitization）則是對刺激反應的增強或減弱。這些不同類型的非陳述性記憶涉及不同的腦區和神經機制，但它們都共享一個特點：它們的表現不需要有意識的回想。
語意記憶中的知識不是孤立儲存的，而是以高度組織的方式相互關聯。研究者提出了多種模型來描述語意記憶的組織結構，其中最有影響力的是語意網路模型（semantic network model）。在這個模型中，概念以節點的形式儲存在記憶中，概念之間的關係以連接線的形式表示。例如，「鳥」這個概念節點可能連接到「有翅膀」「會飛」「有羽毛」等屬性節點，也可能連接到「動物」「寵物」「觀察」等其他概念節點。概念之間的連接強度反映了它們之間的語意關係強度：關係越密切的概念，連接越強，提取時的反應時間越短。
範疇化（categorization）是語意記憶的核心功能之一，我們如何決定一個物體是否屬於某個範疇？原型理論（prototype theory）提出，範疇是以典型成員為核心組織的，判斷一個成員是否屬於某於範疇是看它與範疇原型的相似程度。例如，說「知更鳥」比「鴕鳥」更典型的鳥，因為它更接近鳥的原型。原型理論得到了實驗的支持：人們對典型成員的分類反應更快，對原型成員的範疇成員判斷更一致。基於範疇的經典實驗還發現，「典型性效應」——典型成員比非典型成員更容易被分類為範疇成員——無法用簡單的必要和充分條件來解釋。
語意記憶的組織可能反映了語言和文化的影響。語言相對論（也稱為沙皮爾-沃夫假說）提出，一種語言的結構和詞彙會影響使用者的思維方式。一些研究表明，不同語言使用者在範疇化和概念結構上存在差異，這支持了語言影響認知的觀點。然而，也有研究發現不同文化的人在某些基本認知任務上表現相似，這表明存在跨文化的認知共性。語意記憶的組織可能是語言經驗、文化經驗和普遍認知原則共同作用的結果，這個問題至今仍是認知科學研究的活躍領域。
情節記憶（episodic memory）是關於個人經歷的記憶，涉及特定的時間、地點和情境。這種記憶通常包含豐富的感官和情緒細節，構成我們個人故事的核心。情節記憶使我們能夠記住過去的事件、想像未來的可能場景，並維持一個連續的自我感。內側顳葉（medial temporal lobe）系統是情節記憶的關鍵神經基礎，特別是海馬體（hippocampus）在將新資訊整合到已有知識結構中發揮著重要作用。
自傳式記憶（autobiographical memory）是情節記憶的一種特殊形式，關於個人生命中的重要事件和經歷。這種記憶不僅包含事件本身的描述，還包含與事件相關的情緒、感覺和意義。自傳式記憶的組織可能遵循一個「生命故事」的模式，我們傾向於將個人經歷整合成一個連貫的敘事，這個敘事定義了我們是誰、我們從哪裡來、要到哪裡去。自傳式記憶的特點是選擇性和建構性：我們並不平等地記住所有經歷，某些事件（如人生轉折點、情緒強度高的經歷）更容易被記住，而其他經歷則可能被遺忘或扭曲。
「閃光燈記憶」（flashbulb memory）是自傳式記憶的一個著名現象，指對重大公共事件的生動和詳細的記憶。這個名稱來源於這樣一種觀念：這些記憶像閃光燈一樣「拍下」了事件發生的時刻及其背景細節。研究表明，人們對重要公共事件（如重大災害、政治事件）的記憶可能非常生動和自信，但這些記憶並不比普通記憶更準確。隨著時間的推移，閃光燈記憶也會衰退和扭曲，只是人們往往沒有意識到這種變化。這些發現表明，自信度並不等於準確度，主觀生動的記憶可能是建構的而非精確記錄的。
記憶編碼是將經驗轉換為記憶痕跡的過程，這個過程的質量直接影響記憶的強度和持久性。有效的編碼需要對資訊進行深度的語意加工，建立豐富的聯結網路。自我參照效應（self-reference effect）是一個有力的編碼策略：當資訊與自我相關時，記憶效果會顯著提高。這可能是因為與自我相關的資訊會觸發更豐富的聯想和更深層的加工。這個發現支持了編碼的「精緻化」原則——在學習時將新資訊與已有知識和經驗建立更多的聯繫，可以增強記憶。
視覺化是另一個有效的編碼策略。心理意象——在心中形成圖像的能力——可以顯著增強記憶。這個策略被廣泛應用於各種記憶術中，如位置記憶法（method of loci）和記憶宮殿（memory palace）。在這些方法中，學習者將要記憶的項目與熟悉的地點或路徑建立視覺聯結，然後在心中「走過」這個路徑來回憶項目。研究表明，即使對於抽象的資訊（如數字、單詞），視覺化編碼也比純粹的言語編碼產生更強的記憶。視覺編碼的有效性可能與人類視覺系統的強大處理能力以及空間記憶的專門化有關。
情境依賴編碼（context-dependent encoding）是編碼研究中的一個重要現象。研究發現，當提取時的情境與編碼時的情境匹配時，記憶表現會更好。這種「情境效應」在自然環境中已經得到驗證，例如，潛水員在水中學習的單詞在水中的回憶效果更好，而在陸地上則表現較差。類似的，狀態依賴編碼（state-dependent encoding）表明，學習時的生理或心理狀態也會影響記憶，如使用特定藥物或情緒狀態。這些發現表明，記憶痕跡不僅包含內容本身，還包含與內容一起編碼的情境資訊，這些情境線索可以在提取時幫助恢復記憶。
記憶提取（retrieval）是從長期記憶中恢復資訊的過程。提取線索在這個過程中起著關鍵作用：提取線索是與目標記憶相關的環境或內部線索，可以激活記憶痕跡並使其進入意識。提取線索的有效性取決於它與編碼時情境的匹配程度，以及它與記憶內容的聯結強度。「編碼-提取匹配原則」指出，當提取情境與編碼情境在多個維度上匹配時，記憶提取最為有效。
再認（recognition）和回憶（recall）是兩種主要的記憶提取方式。再認是指從多個選項中識別出先前學習過的項目，如選擇題測驗；回憶是指在沒有提示的情況下產生出先前學習過的項目，如問答測驗。再認通常比回憶更容易，因為提供了提取線索（正確答案本身）以及區分正確和錯誤選項的機會。然而，再認也可能有錯誤，特別是當干擾選項與目標項目相似時。來源監測（source monitoring）是記憶提取中的一個重要過程，涉及確定記憶資訊的來源（如事件實際發生的還是想像的、來自A還是B）。
提取練習（retrieval practice）不僅是測量記憶的方法，也是強化記憶的有效策略。測試效應（testing effect）表明，提取練習比重新接觸學習材料更能增強長期記憶。這可能是因為提取過程會激活記憶痕跡的不同部分，建立更多的提取路徑，並揭示記憶中的薄弱環節以便進一步加強。這個發現對於教育和學習有重要的啟示：定期的測驗和自我測試可能是比反覆閱讀更有效的學習策略。提取練習的另一個好處是幫助學習者識別自己的知識盲點，從而更有針對性地進行學習。
記憶鞏固（memory consolidation）是將新形成的記憶痕跡轉化為更穩定、更持久形式的過程。這個過程涉及分子、細胞和系統多個層面的變化。在分子和細胞層面，鞏固過程涉及新蛋白質的合成和突觸連接的強化，這被稱為「突觸鞏固」。在系統層面，記憶會隨著時間從海馬體等內側顳葉結構逐漸轉移到大腦皮質，形成更分散的皮質表徵，這被稱為「系統鞏固」。
睡眠在記憶鞏固中扮演著重要的角色。研究表明，睡眠，特別是快速眼動睡眠（REM sleep）和深度睡眠（非REM stage 3），與記憶鞏固有關。睡眠可能通過多種機制促進記憶鞏固：清醒時活躍的神經元會在睡眠期間「重放」其活動模式，強化相關的突觸連接；睡眠期間，腦脊液可以更有效地清除代謝廢物，創造更有利於記憶存儲的環境；睡眠還可能涉及記憶的選擇性強化，保留重要的記憶而消除瑣碎的細節。睡眠剝奪研究提供了進一步的證據：睡眠不足會損害記憶鞏固和學習能力。
重複鞏固（reconsolidation）是記憶研究中的一個重要發現。當記憶被提取時，它會進入一個不穩定的狀態，需要再次鞏固才能長期保存。這意味著每一次提取都是一個潛在的修改記憶的機會。重複鞏固現象具有重要的理論和實踐意義：它解釋了為什麼創傷記憶可能在多年後被重新激活並產生影響；它也為創傷後壓力障礙（PTSD）的治療提供了思路——通過在安全的條件下提取並重新鞏固創傷記憶，可能可以減弱其情緒強度。
遺忘是記憶研究中最重要的問題之一：我們為什麼會忘記？遺忘可能發生在記憶的任何階段——編碼失敗、儲存衰退或提取失敗。早期對遺忘的研究可以追溯到艾賓浩斯（Hermann Ebbinghaus）的經典工作。艾賓浩斯以自己為被試，系統地研究了一串無意義音節的遺忘曲線，發現遺忘的速度在學習後初期最快，然後逐漸減慢。這種「先快後慢」的遺忘模式被稱為「遺忘曲線」，至今仍是記憶研究的基本參考。
衰退理論（decay theory）認為，記憶痕跡會隨著時間自動消退，就像錄音帶會隨著時間逐漸失去訊號一樣。這個理論得到了支持性證據，如學習和測試之間的時間間隔與遺忘程度成正比。然而，單純的時間衰退不足以解釋所有的遺忘現象，因為有時看似遺忘的記憶可以通過適當的提示被恢復。干擾理論（interference theory）提供了另一個解釋，認為遺忘是由於新舊記憶之間的相互競爭所造成的。這個理論區分前向干擾（先前學習的材料干擾對後來材料的記憶）和後向干擾（後來學習的材料干擾對先前材料的記憶）。實驗表明，干擾是遺忘的重要原因，有時比時間因素更具影響力。
提取線索的喪失是另一個重要的遺忘機制。圖爾文（Endel Tulving）提出了「編碼特異性原則」（encoding specificity principle），認為記憶提取依賴於與編碼時相同的線索。如果提取線索與編碼時的情境不匹配，即使記憶仍然存在，也可能無法被提取。這就是為什麼「舌尖現象」（tip-of-the-tongue）會發生——我們感覺某個詞就在嘴邊，卻一時說不出來。這種現象表明，記憶並沒有真正消失，只是暫時無法提取。這個觀點對克服遺忘有重要的實踐意義：改變提取環境、尋找適當的線索，可能可以恢復看似遺忘的記憶。
記憶並不像我們通常認為的那樣準確和可靠。認知心理學的研究揭示了記憶的建構本質：我們的記憶是在提取時根據可用的資訊重新建構的，而非簡單地播放過去的「影片」。這種建構性使記憶容易受到各種因素的影響和扭曲，包括時間、暗示、期望和後來經驗的影響。錯誤記憶（false memory）是指對從未發生過的事件或細節的記憶，這種記憶可能非常生動和自信，但實際上是不準確的。
伊麗莎白·洛夫特斯（Elizabeth Loftus）是記憶研究領域的先驅，她的工作揭示了記憶的可塑性。在一系列經典實驗中，洛夫特斯證明了如何通過暗示性的問題和虛假資訊來植入錯誤記憶。例如，在「車禍實驗」中，參與者觀看一起車禍的影片，然後被問及關於車速的問題。問題的措辭會影響他們的記憶：被問及「當兩輛車『相撞』時」的參與者比被問及「當兩輛車『接觸』時」的參與者更可能報告看到了碎玻璃，即使車禍中根本沒有碎玻璃。更令人震驚的是，洛夫特斯還能夠通過反覆的暗示和虛假證據，讓人們「記住」童年時曾經在商場走失或被動物攻擊的事件，即使這些事件從未發生過。
錯誤記憶的研究對於法律和臨床實踐具有重要的啟示。在法律領域，目擊者證詞可能是不可靠的，特別是在目擊壓力大、時間間隔長或受到暗示性詢問的情況下。研究者開發了各種技術來減少目擊者證詞中的錯誤，如使用認知訪談技術——鼓勵證人從多個角度描述事件、報告所有細節（包括看似不相關的細節），而不使用暗示性的問題。在臨床領域，治療師需要警惕在治療過程中可能無意中植入錯誤記憶的風險，特別是在使用催眠、想像強化或引導性暗示等技術時。
記憶不僅會衰退和被錯誤資訊篡改，還會隨著時間和經驗而被主動重建。我們傾向於根據當前的信念、期望和知識來重新詮釋過去的經驗，這種「事後理解」（hindsight bias）使我們對過去事件的記憶受到後來知道的影響。例如，一旦知道了某個事件的結果，人們傾向於認為這個結果比實際上更容易預測。類似的確認偏誤使我們更容易記住與當前信念一致的信息，而忘記或扭曲不一致的信息。
情緒對記憶有複雜的影響。一方面，強烈的情緒經歷通常會產生更強烈和更持久的記憶，這被稱為「情節記憶增強效應」（emotional memory enhancement effect）。這種效應的部分機制是情緒激發會增強腎上腺素的釋放，進而影響記憶鞏固。然而，情緒也可能導致記憶的扭曲和選擇性：高度激動的情緒可能干擾對事件細節的編碼，導致某些方面記憶較差；情緒也可能影響對記憶內容的解釋，使記憶向與情緒一致的方向扭曲。
創傷記憶是一個特別值得討論的議題。創傷事件通常會產生非常生動和持久的記憶，這似乎與一般「創傷導致健忘」的直覺相矛盾。然而，研究表明，創傷記憶的特點是複雜的。一方面，創傷記憶可能包含侵入性的、片段性的回憶，這些回憶難以用時間線組織，可能在多年後被特定刺激觸發。另一方面，某些創傷相關的細節可能被選擇性地增強，而其他細節則可能被壓抑或扭曲。這種複雜性使得創傷記憶的臨床處理變得複雜，治療師需要在幫助患者處理創傷和避免無意中強化錯誤記憶之間取得平衡。
語言是人類認知能力中最獨特和最複雜的之一，它涉及多個層次的加工和處理。語言可以被分析為多個層次的結構：音素（phonemes）是最小的語音單位，如英文中「bat」的/b/、/æ/、/t/三個音素；詞素（morphemes）是最小的語意單位，如「unhappy」包含「un-」（否定）和「happy」（快樂）兩個詞素；詞（words）是詞素的組合，承載完整的語意；句子（sentences）則遵循語法規則組織，表達更複雜的意義。這種層次結構使得語言具有極強的生成性：有限數量的音素可以組合成無限數量的詞語，進而組合成無限數量的句子。
語法（grammar）是支配語言結構的規則系統，包括語音學、形態學、句法學和語意學等多個分支。語音學研究語音的產生、傳播和接收；形態學研究詞的內部結構和構成規則；句法學研究詞如何組合成句子；語意學研究語言的意義。諾姆·喬姆斯基（Noam Chomsky）發展的生成語法理論提出，人類語言共享一套深層的語法原則，這些原則是生物學決定的，構成了所謂的「語言習得裝置」（Language Acquisition Device, LAD）。這個理論解釋了兒童為什麼能夠在有限的輸入下快速且創造性地習得語言：他們不是簡單地模仿成人的語言，而是運用內在的語法知識來分析和生成語言。
語用學（pragmatics）研究語言在社會互動中的使用，涉及語言的意圖識別、會話含義和說話禮貌等方面。語用理解不僅需要理解字面意義，還需要理解說話者的意圖、話語的上下文和文化背景。例如，「這裡有點冷」這句話的字面意義是關於溫度的陳述，但在特定上下文（如有人穿著外套）中，它可能是一個請求——請關上空調或開暖氣。語用能力在發展過程中逐漸成熟，研究表明，即使是幼兒也已經具備一定的語用理解能力，能夠根據說話者的意圖來解讀話語。
語言理解是一個從低層到高層逐步加工的過程，涉及從音素識別到語意整合的多個階段。在閱讀理解中，視覺刺激首先被分析以識別字母和單詞（詞彙加工），然後這些單詞被整合成短語和句子（句法加工），最後整個話語的意義被建構（語意和語用加工）。這個過程不是單向的序列加工，而是存在大量的由上而下影響：高層的預期可以幫助低層的歧義消解，如句子上下文可以幫助識別語音模糊的單詞。
詞彙提取（lexical access）是語言理解的關鍵步驟：讀者或聽者如何在心理詞典中找到與輸入刺激相對應的單詞？啟動效應研究表明，詞彙提取會受到語意相關詞彙的影響。當呈現「醫生」這個詞後，識別「護士」這個詞會更快，這表明相關詞彙在心理詞典中相互連接。詞彙歧義（如「bank」可以是銀行或河岸）是研究詞彙提取的重要窗口，不同的歧義消解理論對歧義詞語意激活的時間歷程有不同的預測。選擇性視角認為，語境會在早期就選擇適當的語意；互動視角認為，多個語意都會被激活，然後語境進行選擇。
語言產生（speech production）涉及從思想到口語或書面形式的轉換過程。語言產生通常包括概念化（決定要說什麼）、語法編碼（組織語句結構）、語音編碼（選擇語音形式）和運動執行（發出聲音）等階段。舌誤（speech errors）的分析提供了語言產生過程的重要證據。說話時的錯誤模式揭示了語言產生的內在結構：如音素交換錯誤表明語音計畫是在單詞內部進行的，語義替代錯誤表明語義會在語法編碼之前被激活。布羅卡失語症患者（Broca's aphasia）的語言特點——語法簡化、說話不流暢——支持了語法編碼是一個獨立加工階段的觀點。
語言習得是人類發展中的一個驚人成就：兒童在出生後的幾年內，就能從相對混亂的語言輸入中抽取出複雜的語法規則，發展出流利的語言能力。語言習得研究者區分第一語言習得（兒童習得母語）和第二語言習得（學習額外的語言）。第一語言習得的過程可以分為幾個階段：牙牙學語階段（約6-12個月）發出聲音片段；單詞階段（約12-18個月）說出第一個有意義的單詞；雙詞階段（約18-24個月）開始組合兩個單詞；電報句階段（約24-36個月）開始使用複雜的句式；直到學龄前，兒童已經掌握了母語的基本語法結構。
關鍵期假說（Critical Period Hypothesis）認為，語言習得存在一個生物決定的敏感時期，在這個時期內，語言學習特別有效；一旦這個時期過去，語言學習就會變得更加困難。這個假說的支持證據包括：左半球受損的兒童可以通過右半球接管語言功能，而類似的損傷在成人身上會導致永久性的語言障礙；早期暴露於語言的兒童可以達到母語者的語言能力，而青春期後開始學習的個體很少能達到同等水平。然而，關鍵期的確切時間和嚴格程度仍有爭議，一些研究者認為存在一個「關鍵期」或「敏感期」，但這個時期可能比最初假設的更長，且具有更大的可塑性。
第二語言習得的研究對於語言教學和移民政策有重要的啟示。研究表明，年齡是影響第二語言習得成功與否的重要因素，但不是唯一因素。其他因素包括語言接觸的數量和質量、學習動機和策略、以及與第一語言的相似性等。一些研究者區分了「習得」（自然的、無意識的學習）和「學習」（正式課堂中的、有意識的學習），認為兩者可能遵循不同的機制。這種區分對於理解為什麼成人在正式學習環境中仍然難以達到母語者的流利度有一定的解釋力。
閱讀是一個複雜的認知過程，涉及視覺分析、詞彙識別、句法分析和語意整合等多個相互作用的加工層次。閱讀心理學研究的核心問題之一是：讀者如何在看到文字後理解其意義？不同的閱讀理論對這個過程有不同的描述。模組理論提出，閱讀加工是序列進行的，首先完成低層次的視覺和詞彙加工，然後才進行高層次的語意加工。由互動理論則提出，不同層次的加工是同時進行的，高層的語意和語境資訊可以自上而下地影響低層的詞彙識別。
詞彙識別是閱讀理解的基礎。讀者如何識別一個視覺呈現的單詞？交錯作用理論（Interactive Activation Model）提出，詞彙識別涉及多個層次的交互作用：視覺特徵層次、字母層次和詞彙層次。在這個模型中，輸入刺激首先激活相應的視覺特徵，這些特徵進一步激活對應的字母，然後這些字母組合激活詞彙層次的節點，最終實現詞彙識別。同時，高層的詞彙節點也會向下影響低層的字母識別。這個模型成功地解釋了各種詞彙識別現象，如台爾效應（對熟悉詞彙的識別比無意義字符串更快）和語意啟動效應。
閱讀中的眼動研究提供了關於閱讀加工時間歷程的重要資訊。讀者在閱讀時不是平穩地移動目光，而是進行一系列的「注視」（fixation）和「跳躍」（saccade）。平均而言，讀者在每個詞上停留約200-250毫秒，但這個時間取決於詞的特性和上下文。較長的、低頻率的或預期之外的詞通常會獲得更長的注視時間。回視（regression）——回到前面文本的動作——表明讀者遇到了理解困難。眼動數據被用來測試和完善各種閱讀加工模型，現在已經成為閱讀研究的標準方法之一。
對話是人類語言使用最普遍的形式，理解和產生對話涉及特殊的認知和社會技能。會話是一種合作的活動，參與者需要共同遵守特定的規範和原則。格賴斯（Paul Grice）提出的會話含義理論區分了「所言」（what is said）和「所含」（what is implicature），認為說話者的意義不僅包括語句的字面意義，還包括通過遵守或違反會話原則而傳達的含義。會話原則包括量的準則（提供適量的資訊）、質的準則（說真話）、相關準則（說相關的話）和方式準則（清晰明確地說）。當說話者似乎違反這些原則時，聽者會尋找說話者的深層意圖，這就是會話含義產生的過程。
會話結構涉及輪流說話（turn-taking）、話輪轉換（turn-taking）和話題管理等方面的複雜協調。研究表明，即使是簡單的對話也需要複雜的認知能力：說話者需要監控自己的言語輸出、預測對方的反應、計劃自己的下一輪發言；聽者需要理解對方的話語、評估其適當性、決定何時以及如何回應。對話理解還涉及對說話者意圖和心理狀態的推斷，這被稱為「心理理論」（theory of mind）能力。理解諷刺和隱喻等間接語言行為尤其依賴這種能力：聽者需要識別說話者的真正意圖與字面意義之間的不一致。
對話中的聆聽和回應需要分散注意力資源的能力，這在現代多工環境中特別重要。研究表明，即使不使用手機，僅僅意識到手機的存在就可能影響對話的質量和記憶。這種「 brain off」現象表明，我們的認知資源是有限的，分散注意力的刺激會佔用部分認知資源，即使它們並未被積極處理。有效的對話不僅需要語言能力，還需要注意力管理和情緒智力，這些認知和社會技能的結合使對話成為一種真正的人類認知成就。
概念（concepts）是我們對世界中事物類別的心理表徵，是知識的基本單位。我們用概念來分類物體、理解關係、推斷屬性、進行溝通。範疇（categories）是具有共同特徵的事物集合，概念則是這些範疇的內在表徵。認知心理學研究的核心問題是：概念在心智中是如何組織和表徵的？經典理論認為，範疇由成員共享的必要和充分條件定義，這與人工分類系統（如生物分類學）的運作方式類似。然而，實驗研究表明，人類的範疇化往往偏離這種「亞里士多德式」的邏輯定義。
原型理論（Prototype Theory）提出，範疇是以典型成員為核心組織的，而非由離散的定義特徵界定。在這個框架下，範疇成員有程度之分：與原型越相似的成員越典型，越容易被接受為範疇成員。例如，「知更鳥」比「鴕鳥」更典型，因為它更接近鳥類的原型。原型理論得到了多種實驗證據的支持，包括「典型性效應」（典型成員的分類反應時間更短、更一致）和「範疇大小效應」（大範疇的典型成員比小範疇的更典型）。原型可能是通過統計學習從範疇成員的共享特徵中抽象出來的，也可能是兒時習得的具體範例。
範疇的層級結構是知識組織的另一個重要特徵。我們的知識被組織成由上而下的層級結構，如「動物」→「鳥」→「知更鳥」。這個層級結構使得推理變得高效：如果知道某物是知更鳥，我們就可以推斷它是有羽毛的、會飛的、是脊椎動物等。在範疇層級中的位置會影響認知加工：通常，與基本層級（basic level）相關的分類反應最快，如人們通常會說「那是狗」而非「那是動物」或「那是拉布拉多犬」。基本層級可能具有認知上的特殊性，因為它是在具體性和一般性之間的最佳平衡點。
基模（schema）是關於某類情境或物體的典型知識結構，它包含了該類情境的主要組成部分、各部分之間的關係以及典型的屬性和事件。基模理論認為，我們的知識不是以孤立的事實形式儲存的，而是組織成更大的結構單元，這些結構單元可以指導我們的理解、記憶和行為。例如，「餐廳基模」可能包括：顧客進入餐廳、拿菜單、點餐、吃飯、付款、離開等序列，以及餐廳有菜單、服務員、餐桌等元素。當我們進入一家餐廳時，這個基模會被啟動，指導我們的行為和預期。
基模在理解新資訊中起著關鍵作用。當我們閱讀或聽取一個故事時，基模幫助我們填補未明確說出的細節、推斷角色的動機和情感、預測事件的可能發展。這種「由上而下」的加工使得理解更加高效，但也可能導致對未發生事件的錯誤記憶。在著名的「希爾聖誕節故事」實驗中，研究者讓參與者閱讀一個關於感恩節晚餐的故事，然後測試他們對故事細節的記憶。結果表明，參與者「記住」了一些實際上不在故事中但符合餐廳基模的細節，如餐具和食物的擺放。這表明基模不僅幫助我們理解，也會使我們的記憶向基模預期的方向扭曲。
基模也可以指導問題解決和決策。當面對新情境時，我們會搜索記憶中類似的基模，然後根據基模來行動。專家的知識往往以豐富的基模形式組織，這使得他們能夠快速識別情境的模式，做出有效的決策。例如，經驗豐富的醫生可能會立即「看到」一個符合某種疾病基模的症狀組合，從而做出準確的診斷。基模理論對於教育有重要的啟示：有效的教學不僅應該傳授孤立的事實，還應該幫助學生建立良好的知識基模，這些基模可以作為新知識的組織框架和問題解決的資源。
推理是從已知資訊推導出新結論的認知過程，是人類思維能力的核心組成部分。認知心理學區分多種不同類型的推理，每種推理涉及不同的認知歷程和挑戰。演繹推理（deductive reasoning）是從一般原則推導出具體結論的過程，其結論在邏輯上是必然的：如果前提為真，結論必然為真。三段論是演繹推理的經典形式，如「所有的人都會死」（大前提）、「蘇格拉底是人」（小前提）、「所以蘇格拉底會死」（結論）。然而，人類在演繹推理中的表現並不完美，會受到各種因素如信念、內容和呈現方式的影響。
歸納推理（inductive reasoning）是從具體觀察推導出一般結論的過程，其結論是或然而非必然的：即使所有觀察到的天鵝都是白色的，我們仍然不能確定所有天鵝都是白色的。歸納推理是人類認識世界的主要方式，我們的許多信念都基於對過去經驗的歸納。然而，歸納推理容易受到過度泛化和確認偏誤的影響。類比推理（analogical reasoning）是另一種重要的推理形式，通過識別兩個情境之間的相似性，將一個情境的知識應用到另一個情境。例如，醫生可能將一位患者的症狀與過去遇到的類似病例進行比較，從而做出診斷。類比推理是人類解決問題和新領域學習的重要工具。
推理研究的一個重要發現是，人類的推理表現高度依賴於推理內容的熟悉度和有意義性。抽象的邏輯問題往往比具體的、與日常經驗相關的問題更難處理。例如，著名的「華森選擇任務」（Wason Selection Task）中，當問題以抽象的規則呈現時，只有約10%的參與者能夠正確回答；但當問題以人際關係的具體情境呈現時，正確率上升到約75%。這個發現表明，人類的推理不是純粹的邏輯操作，而是受到知識和經驗強烈影響的認知過程。
人類推理雖然在許多情況下是有效的，但也存在系統性的偏誤和限制。確認偏誤（confirmation bias）是最普遍的認知偏誤之一，指人們傾向於尋找、解釋和記憶與既有信念一致的資訊，而忽視或貶低不一致的資訊。這種偏誤影響科學研究、法律判斷和日常決策，使我們過度自信於現有觀點，難以被新證據說服。在推理任務中，確認偏誤表現為人們傾向於測試那些如果得到預期結果會確認假設的案例，而非測試可能否證假設的案例。
框架效應（framing effect）表明，同樣的資訊以不同方式呈現會導致不同的決策。例如，「手術存活率90%」比「手術死亡率10%」聽起來更積極，即使兩者描述的是相同的結果。這個效應與展望理論（Prospect Theory）有關，該理論認為人們對損失和收益的敏感度不對稱：損失帶來的痛苦大於同等收益帶來的快樂，因此會更傾向於避免確定的損失而非追求不確定的收益。
過度自信是另一個常見的推理偏誤。人們往往高估自己的判斷準確性和知識範圍。研究表明，人們對自己答案的自信度往往與實際正確率不成比例，特別是在困難問題上。這種過度自信可能與我們記憶和處理資訊的方式有關：我們更容易記住被確認的判斷，而忘記或淡化出錯的情況。克服這些偏誤需要意識到它們的存在，並發展系統性的策略來對抗它們，如主動尋找反對證據、考慮替代解釋和尋求外部反饋。
問題解決是認知心理學的核心研究主題之一，涉及從當前狀態轉向目標狀態所需的認知歷程。一個完整的問題包含三個要素：初始狀態（問題開始時的情境）、目標狀態（期望達到的情境）和障礙（從初始狀態到目標狀態過程中需要克服的困難）。問題解決研究區分「良構問題」（well-defined problems）和「劣構問題」（ill-defined problems）。良構問題有明確的初始狀態、目標狀態和可接受的解題步驟，如數學題；劣構問題的目標和解決路徑都不明確，如設計一座建築或規劃職業生涯。
解決問題的策略可以分為演算法（algorithms）和捷思法（heuristics）兩大類。演算法是一套確保能夠找到解決方案的明確步驟，如按照配方做菜或按照說明書組裝家具。使用演算法可以保證找到正確的解決方案，但可能非常耗時，有時甚至不切實際。捷思法則是經驗法則，可能無法總是找到正確解，但在大多數情況下是有效的捷徑。常用的捷思法包括：手段-目的分析（means-ends analysis）——不斷縮小當前狀態與目標狀態之間的差距；逆向工作（working backward）——從目標狀態往回推理到初始狀態；類比（analogy）——將當前問題與過去解決過的類似問題進行比較。
專家和新手在問題解決上的差異是一個重要的研究領域。專家往往具有豐富的領域特定知識，這些知識以有組織的基模和例子的形式儲存。當面對問題時，專家能夠快速識別問題的模式，調用相關的知識結構，做出準確的判斷。相比之下，新手更可能使用表面特徵來分析問題，依賴一般的問題解決策略而非專業知識。專家問題解決的一個關鍵特點是「刻意練習」（deliberate practice）——有針對性地練習薄弱環節並獲得反饋，這對於專家技能的發展至關重要。
問題解決過程中會遇到各種認知障礙，這些障礙可能源於問題本身的特點，也可能源於解題者的認知習慣。心向效應（mental set）是指傾向於使用過去有效的方法來解決新問題，即使這些方法並不適合當前問題。盧卡斯和瓦格納（Luchins & Wagner）在經典的「水壺問題」實驗中演示了心向效應：參與者被訓練使用一系列步驟來解決水量測量問題，然後面臨一個可以用更簡單方法解決的新問題，但大多數參與者仍然使用訓練中學到的方法。打破心向效應需要「跳出框架思考」，嘗試不同的方法而非堅持熟悉的模式。
功能固著（functional fixedness）是另一個重要的問題解決障礙，指傾向於以物體的傳統功能來看待它，而忽視其他可能的用途。在經典的「兩根繩子問題」中，參與者需要將兩根分開懸掛的繩子繫在一起，但繩子的長度不夠；房間裡還有一把剪刀和一根桿子。如果參與者被剪刀的傳統功能（剪繩子）所限制，可能不會想到把剪刀繫在一根繩子上使其成為擺錘，從而拉到另一根繩子。功能固著表明，我們對物體的知識可能限制而非促進問題解決，特別是在需要創造性思維的情況下。
問題的表達方式也會影響解決的難度。研究表明，改變問題的呈現方式可以幫助克服解決困難。例如，在著名的「蒙德里安方塊問題」中，參與者需要計算一系列蒙德里安風格畫作中的紅色方塊數量。直接呈現畫作時，參與者往往需要逐個數數；但如果先讓參與者練習估算其他類似畫作中的方塊數量，他們就會採用更有效的策略。這個例子表明，問題的「表徵」方式對於問題解決至關重要，有效的解題者不僅需要知道「做什麼」，還需要知道「如何看」問題。
判斷與決策是認知心理學研究的核心主題之一，涉及在不确定条件下评估选项和做出选择的过程。早期的决策研究受到理性决策模型的影响，该模型假设决策者是完全理性的，会系统地评估所有可能的选项及其后果，选择预期效用最大化的选项。然而，行为经济学和认知心理学的研究揭示了人类决策中大量偏离理性的现象，这些发现挑战了理性决策模型的基本假设。
展望理论（Prospect Theory）是理解人类决策的最有影响力的理论之一，由丹尼尔·卡尼曼（Daniel Kahneman）和阿莫斯·特沃斯基（Amos Tversky）提出。这个理论指出，人们对损失的敏感度高于对收益的敏感度，这被称为「损失趋避」（loss aversion）。同样金额的损失带来的痛苦大于同等收益带来的快乐，因此人们更倾向于规避确定的损失而非追求不确定的收益。展望理论还提出了「参照点」的概念：人们评估结果不是基于绝对值，而是相对于某个参照点（如现状或预期）的变化。
決策啟發式和偏誤是決策研究的另一個重要領域。特沃斯基和卡尼曼識別了幾種在日常生活中常用的捷思法，這些捷思法在許多情況下是有效的，但也可能導致系統性的判斷錯誤。可得性捷思法（availability heuristic）是指人們根據相關例子在腦中浮現的容易程度來判斷事件發生的概率。這個捷思法在評估常見事件時是有效的，但會導致對媒體報導頻繁但實際罕見的事件（如空難）的高估，以及對較少報導但較常見的事件（如糖尿病）低估。代表性捷思法（representativeness heuristic）是指人們根據事物與某個範疇原型的相似程度來判斷其歸屬，這可能導致忽視基礎概率資訊（即「基率偏誤」）。
人類決策中存在大量系統性的偏誤，這些偏誤的識別對於理解和改進決策質量具有重要的意義。錨定效應（anchoring effect）是指人們的估計受到初始值（錨點）的強烈影響，即使這個初始值是隨機或不相關的。在經典的「幸運輪」實驗中，參與者看到一個隨機數字（錨點）後，對非洲國家在聯合國代表比例的估計會受到這個數字的影響。錨定效應在談判、購物和估算等日常活動中普遍存在，專業人士（如房產經紀人和汽車銷售員）可能會有策略地利用這種效應。
後見之明偏誤（hindsight bias）是指在事件發生後，人們傾向於認為自己「早就知道」或「預見到了」這個結果。這種「我早就知道了」的心態使我們難以從過去的經驗中學習，因為我們會記住正確的預測而忘記錯誤的預測。後見之明偏誤在法律領域尤其有問題，可能導致對過失的錯誤判斷——陪審團在知道結果後，傾向於認為行為人應該能夠預見並避免這個結果。
過度自信是另一個普遍存在的決策偏誤，人們傾向於高估自己判斷的準確性和自己控制事件發展的能力。研究表明，過度自信在專家身上可能特別嚴重，這被稱為「能力陷阱」（competence trap）：能力較低的人往往高估自己的能力，而能力較高的人則傾向於低估自己的能力。過度自信可能導致過度交易（投資者相信自己可以打敗市場）、冒險行為（相信自己可以控制風險）和各種認知失誤。認識和對抗過度自信需要培養「校準」能力——使主觀信心與實際表現相匹配的能力。
創造力是產生新穎且有用想法、產品或解決方案的能力，是人類認知能力中最令人著迷也最難以理解的方面之一。創造力的定義通常包括兩個核心維度：新穎性（newness）和適用性（appropriateness）。一個想法必須不僅是新奇的，還必須在某種程度上有用或符合任務要求才能被認為是創造性的。這個「雙重標準」將創造力與簡單的新奇追求區分開來。創造力研究面臨的一個挑戰是：如何測量一個本身主觀的屬性？研究者發展了多種創造力測驗，包括發散性思維測驗（如托蘭斯創意思維測驗，測量流暢性、靈活性和獨創性）和遠距聯想測驗（測量建立遠距概念聯繫的能力）。
關於創造力的認知基礎，研究者提出了多種理論觀點。有些人認為創造力是一般智力之外的特殊能力，這種觀點得到了創造力和智力之間相關性有限的研究支持（當智力在閾限以上時）。另一些人認為創造力涉及特定認知過程的獨特組合，如概念組合、類比推理和隱喻思維。華萊士的創造力四階段模型描述了創造性問題解決的一般過程：準備（preparation）——收集資訊和理解問題；醞釀（incubation）——問題被「放在一邊」，潛意識加工繼續進行；啟示（illumination）——解決方案「突然」浮現；驗證（verification）——評估和精煉解決方案。這個模型強調了有意識和無意識加工在創造力中的不同作用。
專家研究提供了關於創造力本質的重要洞見。研究表明，創造性的成就往往不是來自突然的靈感，而是來自長期的專業投入和刻意練習。領域內的專家更清楚什麼是新穎的、什麼是有價值的，他們能夠區分真正的創新和表面的新奇。創造性成就的「十年法則」指出，要在任何領域達到創造性的水平，通常需要約十年的密集投入。這個發現表明，創造力不是神秘的天賦，而是專業知識和持續努力的產物。
頓悟（insight）是創造性問題解決中的一個獨特現象，指解決方案突然、完整地浮現，通常伴隨著「啊哈！」的體驗。頓悟體驗的特點是突然性（解決方案似乎「跳出來」）、確定性（對解決方案的正確性有強烈的信心）和愉悅感。認知心理學家對頓悟的認知機制提出了多種解釋。一種觀點認為，頓悟涉及問題表徵的重新建構：解題者卡在某一種表徵方式中，無法找到解決路徑；當他們「打破框架」，以新的方式看待問題時，解決方案就變得顯而易見。
「解釋關閉」（unlocking）假說認為，頓悟涉及某種阻礙問題解決的心理障礙的移除。這種障礙可能是功能固著、錯誤的假設或不足的資訊整合。當障礙被移除時，問題的各個部分突然「各就各位」，形成一個連貫的解決方案。支持這個觀點的證據包括：頓悟問題的解決往往伴隨著「啊哈」體驗，而非漸進的「感覺對了」；頓悟解決的正確率往往更高，表明頓悟涉及更高品質的認知加工。
創造性問題解決的環境和個體因素也受到研究關注。研究表明，某些心智狀態可能促進創造力，如積極情緒、輕度快樂和內在動機。相反，負面情緒、壓力和外在動機（如為了獎勵或避免懲罰）可能抑制創造力。環境因素方面，給予一定的自主權和心理安全的環境被認為有利於創造力的表達。這些發現對於教育、管理和政策制定有重要的啟示：要培養和鼓勵創造力，需要考慮個體的心智狀態和環境條件。
尚·皮亞傑（Jean Piaget）是二十世紀最具影響力的發展心理學家之一，他創立了關於兒童認知發展的階段理論。皮亞傑認為，兒童是主動的知識建構者，通過與環境的互動來發展認知結構。他的理論將認知發展分為四個主要階段：感知運動階段（0-2歲）、前運算階段（2-7歲）、具體運算階段（7-11歲）和形式運算階段（11歲及以上）。每個階段都有其特定的認知特點和能力範圍，兒童必須經過這些階段的順序發展，不能跳過任何階段。
感知運動階段的嬰兒主要通過感覺和動作來認識世界，逐漸發展出物體永恆性（object permanence）——理解物體在離開視線後仍然存在。這一階段的認知進步體現在目標導向行為的發展和對因果關係的理解上。前運算階段的兒童開始使用語言和符號，但他們的思維仍然是自我中心的（難以從他人角度看待問題）、直覺的（缺乏邏輯推理能力）和不可逆的（難以想像狀態的反向變化）。著名的三山實驗展示了前運算階段兒童的自我中心傾向：他們選擇的圖片反映的是他們自己看到的三座山的角度，而非假設觀察者所在角度看到的景象。
具體運算階段的兒童獲得了邏輯思維的基本能力，特別是守恆（conservation）概念——理解數量、長度或體積在外觀改變後保持不變。這一階段的兒童可以進行具體的邏輯操作，但仍需要具體實物的支持。形式運算階段的青少年和成人可以進行抽象的假設演繹推理，可以考慮多種可能性並進行系統性的問題解決。皮亞傑的階段理論雖然因其過於整齊和低估兒童能力而受到批評，但其核心洞見——兒童是主動的知識建構者——仍然對發展心理學和教育產生深遠的影響。
列夫·維果茨基（Lev Vygotsky）是另一位對發展心理學產生深遠影響的理論家，與皮亞傑同時代但提出了不同的發展觀點。維果茨基的社會文化理論強調社會互動和文化工具在認知發展中的核心作用。他認為，高級心理功能如語言、邏輯推理和自我調節首先出現在社會層面（人與人之間），然後才逐漸內化為個體層面的能力。這個「內化」過程是發展的核心機制，兒童通過內化與更有能力的他者（通常是父母或老師）的互動來發展認知能力。
維果茨基提出的「最近發展區」（Zone of Proximal Development, ZPD）概念是教育心理學中最具影響力的概念之一。最近發展區被定義為「兒童在獨立解决问题的实际发展水平與在更有能力的他者指導或協助下能夠達到的潜在发展水平之间的距离」。這個概念強調，教育應該針對兒童的最近發展區，提供適當的支持和「腳手架」（scaffolding），幫助兒童達到他們潛在的發展水平。當兒童掌握了某項技能後，逐漸撤除支持，直到他們能夠完全獨立執行。這種「支架式教學」的思想已經廣泛應用於教育實踐。
維果茨基還強調語言在認知發展中的核心作用。他認為，語言不僅是交流工具，更是思維工具。兒童的「私語」（private speech）——自言自語——是認知發展的重要組成部分，這種自言自語是兒童用來指導自己行為的自我指導語言。隨著發展，私語會逐漸內化為內部言語（internal speech），成為思維和自我調節的基礎。維果茨基的觀點與皮亞傑的觀點形成對比：皮亞傑認為自我中心言語是認知不成熟的表現，最終會消失；維果茨基則認為私語是認知發展的必要階段，其內化標誌著更高水平的認知能力。
學習是經驗導致行為或知識的持久改變的過程。認知心理學區分多種不同類型的學習，每種學習涉及不同的認知機制和神經基礎。經典條件作用（classical conditioning）是由巴甫洛夫發現的學習形式，涉及刺激之間的聯結學習。在經典條件作用中，一個中性刺激（條件刺激，CS）與一個能夠引發反射反應的非條件刺激（US）配對呈現，最後單獨呈現CS也能夠引發類似的反應（條件反應，CR）。雖然經典條件作用傳統上被歸入行為主義的範疇，但現在認為它涉及認知預期和表徵學習。
操作性條件作用（operant conditioning）由史金納系統地研究，涉及行為與其後果之間的關聯。當一個行為被強化（獎勵）時，這個行為未來發生的可能性增加；當一個行為被懲罰或忽視時，它發生的可能性降低。操作性條件作用的認知解釋強調了後果的資訊價值：後果告訴行為者其行為是否有效，這種資訊影響未來的行為選擇。認知因素如期望和表徵在操作性學習中起重要作用，動物和人都可以發展出對獎勵預期的表徵。
觀察學習（observational learning）或模仿學習是另一種重要的學習類型，由阿爾伯特·班杜拉（Albert Bandura）系統研究。這種學習涉及觀察他人的行為及其後果，然後調整自己的行為。觀察學習的過程包括：注意（觀察示範行為）、保持（在記憶中儲存觀察到的內容）、複製（將觀察到的行為付諸行動）和動機（決定是否執行觀察到的行為）。觀察學習使我們能夠從他人的經驗中學習，而不必親身經歷所有後果，這對人類的文化傳承和社會適應至關重要。
學習遷移（transfer of learning）是指在一個情境中獲得的知識或技能對另一個情境中表現的影響。這是學習研究的核心問題之一，因為教育的最終目標是培養能夠將所學應用於新情境的靈活知識。遷移可以分為近遷移（應用於非常相似的情境）和遠遷移（應用於表面不同但結構相似的情境）。研究表明，遷移，特別是遠遷移，是困難的；人們往往難以將在特定情境中學到的知識應用於表面不同的新情境。
關於什麼條件促進遷移，研究者提出了多種理論觀點。表徵理論認為遷移依賴於對學習材料深層結構的理解，而非表面特徵的記憶。當學習者理解了問題的抽象結構，他們就能夠將這種理解應用於具有相同結構的新問題。這強調了教學中「理解」而非「記憶」的重要性。情境理論則強調學習情境與應用情境之間匹配的重要性：當學習情境模擬了知識將被應用的真實情境時，遷移更容易發生。這支持了情境學習和真實任務的教學價值。
基於這些理論發現，教育心理學家發展了多種促進學習遷移的教學策略。多元表徵（multiple representations）涉及用多種方式呈現同一概念，幫助學習者抽取本質結構而非附著於特定形式。情境多樣化（context variation）涉及在多樣化的情境中練習同一概念，減少對特定情境線索的依賴。抽象化和比較（abstracting and comparing）涉及明確比較不同例子的共同結構，幫助學習者形成靈活的抽象表徵。元認知訓練（metacognitive training）教導學習者監控自己的理解、識別情境之間的相似性，這些策略對於促進遷移特別有效。
後設認知（metacognition）是「對認知的認知」——對自己的思維過程、學習策略和知識狀態的意識和調節。後設認知使我們能夠監控自己的學習和思考，評估自己的理解程度，調整策略以提高效率。後設認知被認為是專家區別於新手的重要特徵之一：專家不僅擁有更多的領域知識，還更清楚自己知道什麼、不知道什麼，以及如何有效地獲取和應用知識。後設認知能力在學業成就、專業發展和終身學習中起著關鍵作用。
後設認知可以分為兩大類：後設認知知識（metacognitive knowledge）和後設認知調節（metacognitive regulation）。後設認知知識是關於認知的一般知識，包括對自己和他人的認知過程、任務和策略的了解。例如，一個學生可能知道「我對數學問題的理解比對歷史問題的理解更準確」，或者「畫圖可以幫助我理解幾何問題」。後設認知知識可以進一步分為對人（對自己和他人認知特點的了解）、對任務（對不同認知任務難度和特點的了解）和對策略（對不同認知策略有效性的了解）的知識。
後設認知調節是使用後設認知知識來規劃、監控和評估認知活動的過程。這包括規劃（planning）——選擇適當的策略和分配認知資源；監控（monitoring）——追蹤理解程度和任務進度；評估（evaluation）——判斷任務完成質量和策略有效性。例如，在閱讀時，一個具有良好後設認知能力的讀者可能會在遇到困難時放慢速度、使用摘要策略來檢查理解、或者在完成閱讀後反思自己學到了什麼。這些後設認知活動有助於提高學習效率、診斷理解問題並採取補救措施。
自我調節學習（Self-Regulated Learning, SRL）是學習者積極參與自己學習過程的策略，包括設定目標、選擇策略、監控進步和調整方法。自我調節學習模型強調學習者是主動的知識建構者，而非被動的資訊接收者。成功的自我調節學習者具有明確的目標、有效的學習策略、持續的動機和適應性的調整能力。他們知道自己想學什麼、如何學、為什麼學，並能夠根據情況調整自己的方法。
自我調節學習的循環模型將學習過程分為幾個相互關聯的階段。在計劃階段，學習者分析任務、設定目標、選擇策略。在執行階段，學習者使用選定的策略來處理學習材料，同時進行後設認知監控——「我理解了嗎？」「我走在正確的軌道上嗎？」在反思階段，學習者評估自己的表現和策略的有效性，為下一個學習循環做準備。這種循環不是線性的，而是動態反覆的，學習者根據監控結果不斷調整自己的方法。
培養自我調節學習能力是教育的重要目標之一。研究者發現，後設認知策略的明確教學可以提高學生的學習效能。例如，教授學生如何使用自我提問來監控理解、如何使用「間隔重複」來鞏固記憶、如何診斷自己的薄弱環節等，都可以在一定程度上提高學業表現。自我調節學習的培養也需要考慮動機因素：學生需要相信自己的能力、看到學習的價值，才能投入努力來調節自己的學習。總之，自我調節學習是一種複雜但可教的能力，對於終身學習和適應快速變化的世界至關重要。
本課程設計了多個互動式認知實驗室單元，讓學習者通過親身參與經典認知心理學實驗來深化對理論的理解。這些單元包括：
注意力實驗室包含Stroop效應測試、選擇性注意任務和雙作業範例。在Stroop任務中，學習者將體驗到讀詞和命名顏色之間的干擾，理解認知控制的本質。選擇性注意任務模擬了雞尾酒會效應，展示注意力過濾器的運作機制。雙作業範例讓學習者體驗分散注意力的困難，理解認知資源的有限性。
記憶實驗室提供記憶廣度測試、序列位置效應實驗和錯誤記憶植入範例。記憶廣度測試讓學習者了解自己的短期記憶容量，並通過組塊策略嘗試擴展這個容量。序列位置效應實驗讓學習者體驗首因效應和近因效應，理解記憶編碼和提取的模式。錯誤記憶範例展示記憶的建構性，讓學習者體驗如何通過暗示植入虛假的記憶細節。
推理與決策實驗室包括各類認知偏誤測驗、概率判斷任務和展望理論演示。這些單元讓學習者在實際操作中體驗確認偏誤、可得性捷思法、錨定效應等常見偏誤，從而更好地理解自己的判斷和決策模式。
基礎教材類：
專題著作類：
經典論文：
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