有一句名言是，科學始於觀察。對於早期的人類來說，這種觀察更多的是直接依賴於人的感覺器官（尤其是視覺器官），這是毋庸置疑的。然而，對於認知科學家來說，卻有疑問，即這種以視覺器官為主的感覺器官所獲得的刺激以及在此基礎上形成的認知活動是不是隻是提供一種表象或感性經驗材料？例如，是否先要對某一天象進行觀察與記錄，然後再等待某種抽象的符號係統來加以配列與概括。或者，在視知覺與中樞神經係統的認知和思維活動中間是否存在著天然的屏障，抑或兩者可能存在某種“對應”與“同構”等。這些問題對於科學認知來說，都是必須加以回答的。圍繞這個方麵的研究，構成了作為科學認知的視知覺探究論題。美國著名學者波林（Edwin G.Boring）在其兩卷本的《實驗心理學史》一書中曾經寫道：“科學怎樣開始的呢？有一種主張認為在人類史上科學沒有一個起點，它是和知覺一樣古老的，它在進化階段上，是以看見一個對象而做出概括的能力開始的。科學和知覺都在觀察時注意基本的通則，在被觀察的對象中看出自然的一致性。”[12]這就是說，一向被作為實驗科學和認知科學對象的視知覺一開始便是與科學史、哲學史緊密相連的；視知覺既是實驗心理學和認知心理學所關注的核心問題，同樣也是科學方法論、科學認知哲學一直爭論不休的難題。作為後者，視知覺的探究與科學史、關於認知的科學以及科學哲學保持著最切近的距離。

在早期階段，感覺心理物理學、神經生理學、格式塔心理學等實驗心理學提供了大量材料；在當代，認知心理學、視覺心理學、知覺表象理論等圍繞相關話題也展開了深入研究，並輔之以知覺現象學、視覺溯因理論、觀察滲透理論等的哲學思考。具體來說，作為科學認知的視知覺探究包括相互聯係的三個方麵：一是科學家本人在科學研究活動中對視知覺的探究。例如，中世紀伊斯蘭科學家伊本·海塞姆在研究光學現象過程中形成了他的視覺理論；近代牛頓在其《光學》一書中，對視覺特別是有關顏色形成方麵的視覺進行了有價值的研究。這類研究通常可以折射出科學家本人以及他所屬的那個科學共同體對視知覺所采取的態度以及對視知覺理論知識的應用。二是職業心理學家對視知覺進行的實驗研究。這主要是指近代以來，特別是德國心理學家威廉·馮特開創的實驗心理學以來的有關工作。這些工作連同後來形成的認知心理學研究，使我們對視知覺（包括物理的、生理的和心理的）的認識不斷深化。其影響已超越它原有的專業領域，對科學史、科學哲學問題研究具有借鑒意義。三是擅長綜合與思辨思維的哲學家、認知科學家以及部分科學史家，依據前兩部分人的研究成果，結合自身的專業優勢，在跨學科的層麵上對視知覺在科學認知活動中的作用和功能所進行的係統總結與概括，他們的研究結論通常反過來被用於說明科學史、科學哲學中的認知問題。

本節不打算展開介紹上述三個方麵的內容，而隻是從後麵所要討論的主要問題出發，選擇與科學認知密切相關的主要觀點作簡明的概述。至少有以下五個方麵。

（一）經驗主義和現象學。視知覺理論最天然的“盟友”便是經驗主義。在哲學上，它表現為對感性、感覺主義的強調；在科學上則表現為對觀察和實驗的重視。由於包括視知覺在內的感覺和知覺活動對於經驗形成所產生的獨特作用，經驗主義者們大都強調，人們的認識和知識超不出經驗的範圍，而那些最典型的經驗主義者大都是極端的視覺主義者。在曆史上，經驗主義的古老傳統與對人的視知覺的重要性的認識相匹配。在近代，西歐經驗主義哲學家力求將經驗主義與視知覺的關係揭示出來。例如，喬治·貝克萊的唯我論的經驗主義正是建立在他關於視覺及空間知覺的研究基礎之上的。在《視覺新論》一書中，貝克萊闡述了視知覺對象的大小依賴於視知覺的距離的觀點。另一位英國哲學家大衛·休謨進一步認為：“一個人如果因為感官有了缺陷，以致不能有任何感覺，那我們也總會看到，他也一樣不能形成與此相應的觀念。”[13]這種徹底的經驗主義者的觀點在當時促進了知覺心理學的研究。

19世紀初，一種被用來描述直接經驗的哲學流派——現象學在德國產生。在現象學家眼裏，“現象”是自在自足地敞開著的存在者本身。對於作為存在者的人而言，“表象”的最準確的含義來自於現場出場者的顯現，即把“現象”“表”“象”出來。而聯結現象與表象的通路便是“直觀”。正如現象學奠基人胡塞爾所指出的：“在考察的最初階段，在素樸狀態中，起初明證性似乎是一種純粹直觀，是精神的無本質的觀察，到處都是一個、同一、並無自身區別的東西：直觀所直觀的就是事物，事物簡單地存在於此並且存在於意識的真正明證的直觀中，而直觀就是簡單地直觀它們。或者從另一種意義上來描述：直接把握、接受或指明一種簡單的、具體存在的東西。所有的區別都‘在’事物中，這些事物自為地存在著並且由於自身而具有區別。”[14]作為他的弟子，海德格爾深諳老師思想之精髓，他將“直觀”定義為對具體有形的被給予者的簡捷的“把捉”，如同其自身所顯示的那樣。這表明，在場者首先向視覺顯現；所謂“現象”和“表象”不過是一種基於視知覺等感官刺激所做的心理學和哲學分析的產物。當然，這裏的直觀還不能簡單地被理解為視覺意義上的“觀”。作為例子，德國近代史上的自然科學家和作家歌德便是一個現象學者。他倡導一種非演繹的科學方法，並撰寫了兩卷本的《顏色說》一書。在他看來，“現象學無論用的是什麽名稱，在科學史上是起源頗早的。現象學對科學的研究是敘述的、分類的和歸納的方法；是數學的，演繹法的反麵”[15]。基於此，我們不能拘泥於現象學的指稱和它在德國產生的緣由，而應從它與視知覺及經驗主義的內在關聯方麵，進行一種跨文化的思考。

（二）格式塔心理學。作為20世紀重要的心理學體係之一，格式塔心理學（gestalt psychology）正是通過對視覺刺激的研究而展開的。在已經發現的視知覺諸多特性和基本原則當中，知覺的整體性是一個重要特征和原則，即視覺器官具有把握刺激物的整體形狀、輪廓的能力，能夠將看似不完整的東西“組織”成具有突現性質的對象。其具體表現是能夠從刺激物中形成圖形—背景關係。此外，它還具有接近性（proximity），即那些在空間上比較接近的部分容易形成一個整體圖形；相似性（similarity），即相似的各個部分（元素）有被看成一個整體的傾向；封閉性（enclosure），即相對封閉的圖形容易被看成一個整體；連續性（continuity），即在一個按一定順序組成的序列中，如果有新的成分加入，這些新的成分容易被看成是原來圖形的繼續等。（見圖10-2）

圖10-2 圖形知覺的連續性和封閉性

格式塔心理學家普遍認為，組織、圖形，從而物體的性質，通常有賴於各部分之間的關係，而不有待於各部分的特殊性質。因此，如果各部分發生變化而關係保持不變，則圖形和物體也保持不變。他們還較早地通過實驗檢測出視知覺的拓撲性質，即所再現的圖形通常集中於它的拓撲性質方麵，而對它的具體量度或尺寸則不予以注意。[16]由於格式塔心理學對於整體性的重視，因而他們傾向於運用“場論”（field theory）來解決視知覺等心理現象問題。在他們眼裏，一個場便是一個動力的整體，其中任何一部分都可能影響其他各部分。據此，格式塔心理學家多持同型論（isomorphism）的觀點。例如，心理學家苛勒（W.K?hler）假設視覺神經場能夠引起腦內神經場的變化，兩者間的興奮被認為是同型的關係。

格式塔心理學家還嚐試運用他們的研究成果來說明某些科學問題。例如，韋特海默（M.Wertheimer）晚年運用格式塔心理學原理討論伽利略的科學發現及愛因斯坦創立相對論的思維過程。又如，格式塔心理學派另一創始人魯道夫·阿恩海姆（Rudolf Arnheim）在《視覺思維》一書中明確指出，所謂視知覺，也就是視覺思維。通常如簡化、選擇、抽取、補足、綜合以及某個問題的當場解決等，都是作為“思維”的視知覺功能而呈現出來的，而且，“視覺思維在這一方麵同導致科學發現的那種‘問題解決’是極為相似的”[17]。因此，他認為，絕不能忽視視知覺在古代科學概念構造中的作用。再如，英國學者格裏高利（R.L.Gregory）同樣認為：“知覺形成過程與科學中假說形成過程頗為相似。”[18]

（三）“觀察滲透理論”。格式塔心理學在科學哲學領域裏的應用成果之一便是著名的“觀察滲透理論”。美國科學哲學家N.R.漢森在研究科學發現的認識論和心理學的問題中，直接否定了邏輯經驗主義所謂中性觀察語言說。他認為，科學發現中的觀察不是單純視覺意義上的“看”，而是一樁滲透著理論的事情。根據格式塔心理學原理，即使在視知覺的層麵，視覺活動也不單是視網膜的映像反映，它與人們的過往經驗密切相關。漢森舉例說，在視網膜的層麵上，天文學家的開普勒和第穀在黎明的東方所“看”到的現象應當是相同的；但是，他們的“看”並不等同於照相機，“看不僅是擁有視覺經驗；而且也是擁有視覺經驗的方式”[19]。這個視覺經驗的方式便是知識、經驗和理論的嵌入。由此漢森進一步提出了“觀察滲透理論”的命題。

但是，是不是所有的觀察都必然滲透理論，觀察與理論兩者到底有沒有各自的邊界，這些疑難並未使曆史主義與邏輯經驗主義在科學哲學內的爭辯得以平息。於是，問題的討論又不得不回到認知心理學和實證研究的層麵上來。在認知科學的框架下，觀察與理論二分論題被轉換為知覺與認知關係的討論。例如，作為科學哲學家和認知科學家的福多和P.丘奇蘭德的爭論為“觀察滲透理論”開啟了新一輪的認知解讀。[20]在福多看來，心理本質上是符號操縱裝置。知覺係統是一種類似於計算機的輔助計算係統。在這個意義上，可以說“知覺必須做的事情就是以思維能夠理解的方式來表征世界”[21]，而P.丘奇蘭德等人則認為：“我們的知覺判斷不再被賦予諸如有關世界存在的東西的獨立的和理論中立的仲裁者的優越地位了。理論的優點隻有作為所有本體論的基本尺度，才顯現出來。因而，科學的作用就在於向我們提供一種優越的，以及（從長遠看）也許是意義深遠的不同的世界構想，甚至是在知覺的層麵上。”[22]盡管P.丘奇蘭德的方案看起來更誘人，但他與福多之間的爭論並未分出勝負。不過這種爭論仍然是有益的。近年來，心理學家L.巴薩洛提出的知覺符號係統理論，認為人的認知與知覺共享同一神經表達係統，並通過相同的表達機製進行相關的符號操作。知覺符號與原型及知覺狀態有可類比之處，這是構成概念或知識符號表征的基礎。反過來說，概念知識的符號本身也包含有知覺特性。[23]

（四）模式識別。模式識別（pattern recognition）是現代認知心理學的重要內容之一。它是指人們對輸入刺激（模式）的信息與長時記憶中的有關信息進行比較、辨認和匹配的過程。對於人類視覺來說，模式識別表現為圖像識別，它是視知覺的重要功能。研究表明，圖像識別或視覺再認是一個複雜的過程，它涉及感覺、知覺、記憶、分析、比較和搜索、形成概念諸方麵及其相互作用。對於包括圖像識別在內的模式識別機理的解釋，主要有模板匹配理論、原型檢測理論和特征分析理論等。模板匹配理論認為，在人的感知係統和大腦長時記憶係統中，存在著一種內部結構（或模板、拷貝），當外部刺激與之一一對應時，便產生了對該刺激物的識別。該理論的不足之處在於，它過分強調了外部刺激與模板的完全符合、一致。由於人類知覺的模式是多種多樣的，按照該理論，也就意味著人們必須擁有大量的模板，以應對各種知覺刺激，而這顯然是不經濟的，也是做不到的。

為了解決模板匹配理論遇到的問題，心理學家提出所謂“原型匹配”（prototype matching）理論。該理論認為，原型不是某個刺激的內部模板，不需要與輸入刺激一一對應，它是表示某類對象物的基本成分的一種抽象形式。這種抽象形式並不是眾多刺激物當中的樣例，而通常是這些樣例經過抽象加工後的平均值或它們當中最常見特征的組合。[24]研究表明，圖像識別在某一個水平上是模板匹配的，而在另一個水平上得到運用的則是原型。例如，前者是視知覺對熟悉麵孔的識別，後者是視知覺對完美圖形的理解。還有研究者提出圖像識別的類似屬性理論。這種理論認為，當人們在識別圖形或複雜圖像時，是通過不斷地喚起以前感覺經驗中所有的相似屬性的記憶而進行的。這實際上也是一種原型匹配理論。當然，原型匹配理論也有不足。它並沒有說明人是怎樣對相似的刺激進行辨別和加工的，所說的“相似性”好像隻是對所觀察的事實加以重述而已，並沒有一個用來衡量的嚴格標準。[25]

相比較而言，特征分析理論所強調的是模式識別中的組成部分，尤其是那些有鮮明特征的部分，而不是整體。這一研究進路得到了認知神經科學的支持。例如，有些神經細胞隻是在視覺刺激的某些特征（如水平線、垂直線和移動著的點）出現時才被激活。這些神經細胞被稱為特征覺察器。特征分析理論的優長在於，如果人們能夠從一組相當大數量的模式中抽取少量的特征，並且能用這少量特征描述大量的模式，那麽，識別係統需要加以存儲和處理的東西，就將大大減少。同樣地，該理論也有不足之處。這再一次表明，要充分理解和說明視知覺模式識別的機理，必須走出一條將上述各個理論的優長整合在一起的道路。對於科學認知來說，圖像識別過程的探究再次連接起知覺和認知及意義的通道，它使我們進一步確認科學理論（概念）模式與知覺模型之間存在的雙向建構過程。

（五）“無意識推理”和“視覺溯因”。如果我們承認知覺確實與認知存在著關聯，那麽我們也就得承認作為認知活動的推理，也應當是在知覺內完成的，至少是部分完成的。經驗主義大師、英國哲學家洛克很早就論證過如下觀點：感覺就像刻寫在白板上的痕跡，如果刻寫兩個痕跡“太陽曬”和“石頭熱”，而且這兩個痕跡又總是聯係在一起，就可以說“因為太陽曬，所以石頭熱”。這恐怕是最早的視覺推理了。

明確提出“無意識推理”理論的是19世紀的經驗主義物理學家、生理心理學家赫爾曼·馮·赫爾姆霍茨（H.Helmholtz）。在赫爾姆霍茨看來，無意識的推理形成於人的經驗，或者說是通過意識間的聯想而在經驗中形成的習慣性的活動；它開始可能是有意識的，但後來由於形成了穩固的聯想，便成為無意識的了，並且是不可抗拒的（不能因有意識的推理而更正）。他認為，感覺先於無意識推理，知覺則依存於無意識推理。由於無意識推理的作用，通常知覺中不直接見於刺激的部分可以根據知覺活動而附加於其上。例如，紅和銅綠互為補色，互成對比。一個灰色的刺激呈現於紅色的背景之上，它便與紅色形成對比，我們可以因無意識推理而將它看成相反的顏色，即綠色。[26]可見，無意識推理是大腦在知覺中迅速而自動地進行的。

那麽，無意識推理在科學認知活動中是如何表現的呢，赫爾姆霍茨在《光學》中寫道：“一個天文學家觀察星於不同的時間及地球的軌道的不同點之上，而得有星的遠近的意像，借以估計它們在空間上的位置，及和地球相隔的距離，這就是實際的意識推理。天文學家以其結論造基於光學法則的知識之上。就平常的觀看動作而言，這種光學的知識是缺乏的；但是我們仍可稱平常知覺的精神的活動為無意識的推理，因為這個名詞可使它們充分有別於平常所謂意識的推理。這兩種推理的精神的活動，果否相似，雖屬可疑，但這種無意識的推理和意識的推理的結果之相似，那是無可置疑的。”[27]學者德莎素（L.de Saussure）列舉的例子可作為赫爾姆霍茨上述例子的一個注腳：“如果你問文人望月何時升起，他們一般是這樣回答：‘我又不是天文學家，怎麽會知道。’但是，如果你問一個偷獵者或私販，或問任何純樸的鄉民，那麽，就像在古代一樣，他們由於職業的關係，有機會觀察自然界和天空，他們便會這樣回答：‘日沒即出。’所以，望月同太陽相反，在太陽西落時從東方地平線下升起這一點，是無需請哥白尼或牛頓證明的。”[28]

盡管不能肯定赫爾姆霍茨的無意識推理對後來的視覺溯因（visual abduction）產生了什麽樣的影響，但就兩者將視知覺與推理聯結起來這一點來看，它們是相同的。對於後者來說，它肯定與曆史上的溯因推理有關。美國邏輯學家查爾斯·桑德斯·皮爾斯（C.S.Peirce）首創“溯因”（亦譯為“逆推”“外展”）一詞。該詞特指包含解釋性假說產生和評價的推理。皮爾斯認為，溯因是一種不同於演繹法和歸納法的推理形式。它的本質在於通過洞察力產生創造性的假說以及對於假說的最佳解釋。而洞察力的基礎是觀察和知覺判斷。因為“溯因推理滲入知覺判斷，二者之間沒有任何嚴格的分界線”[29]。

相關的研究還見諸漢森那裏。漢森借助於格式塔心理學中轉換圖式的例子，把溯因與他的科學發現模式聯係起來。他指出，皮爾斯的溯因推理（如“火星的諸觀察位置，介於圓和卵形線之間，所以其軌道必定是橢圓”）和知覺判斷（如“它是左旋的”）是同一認識論的正反兩麵。這與“看……”有關。[30]他詳細討論了天文學家開普勒在對火星軌道的觀察和計算中，其概念圖式由正圓到卵形曲線再到橢圓的思維過程。指出，開普勒發現火星軌道的過程正是一個溯因推理：火星運動為什麽在90°和270°處加速（P），因為火星軌道是橢圓形的（H）。這裏，P為被解釋項，H為解釋項。被解釋項是觀察事實或觀察語句。也就是說，不同的觀察事實（現象）本身已經開辟了通往可能的解釋和說明的道路。

基於溯因對觀察和視知覺的強調，當代認知科學家把基於模型（圖式、意象、類比）的推理當作溯因的重要形式來看待，並把這種推理與科學發現聯係起來。更有學者明確提出視覺溯因理論。例如，意大利認知科學哲學家洛倫佐·瑪格納尼（Lorenzo Magnani）基於視覺形象和心理空間模型，具體論證了視覺溯因的係統結構。他指出：“通過對視覺表達和產生式意象表達的考察，我們可以看到溯因在其中的作用”，“任何科學的基本概念的溯因解釋都是依據感覺：基本概念總是通過感覺印象獲得的”。[31]例如，歐幾裏得幾何學和羅巴切夫斯基幾何學，便是這樣形成的。

最後，還要提一下德國哲學家叔本華（Arthur Schopenhauer）的一個關於幾何圖形的直觀證明的觀點。我們知道，叔本華信奉康德的純粹直觀說，同時也是一位心理學家。他對視覺和顏色有較深入的研究，撰寫有《論視覺與顏色》一書。在叔本華看來，人們的意識中存在著先驗的認知形式，這種認知形式依據所謂“根據律”而形成空間直觀。當人們觀察和證明某一幾何圖形時，所依據的正是這種空間直觀形式，而不是抽象的概念，演繹性的證明是事後追加上去的。例如，畢達哥拉斯定理已經包含了這樣一種“隱秘屬性”，人們完全不必像歐幾裏得那樣“矯揉造作”“挖空心思”地去證明，就可以依據“一眼看去”的圖示法（此處省略），完成“證明”工作。[32]應當說，透過哲學思辨甚至有些神秘的論述，叔本華的這一觀點與赫爾姆霍茨、皮爾斯等人的觀點，還是有相近之處的。