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思维科学顾名思义是探讨人类思维形态的科学，除了传统的逻辑学思维形式及思维规律的认识方法论研究，还包括思维物质及其进化等相关的研究，思维科学有着广阔的研究领域。在对思维探讨中涉及的一些常用的哲学认识论、逻辑学、心理学基本概念加以界定，以便在后续的探讨中能够有明晰的理解，是进一步展开讨论的前提。这些概念包括反映、感觉、知觉、认知、判断、记忆、思维等，以及对“概念”本身的定义和相关的表达词语、语言等都是经常用到的，在此仅简略加以描述。
思维 是客观事物在人脑中的反映与概括加工。这种反映与加工是借助语言、形体、书画、电子录入等表达方式来实现的。思维的主要结构有概念、判断、推理三种形式。思维具有初级的反映印象和高级自主构建的进化特点。
反映 是物质之间相互作用、留下痕迹的过程，人的大脑对外界事物的反映就是留在大脑中的痕迹，并能够直观表达出来，就像棱镜的内部反射。
感觉 是人脑对客观事物的个别属性的反映。感觉的生理基础是各种形式联结的神经电场受外界事物（哲学称之为客观事物的个别属性）的刺激在大脑中所产生的直接反映，包括视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等，当然还有心灵感应的第六感觉。感觉是最简单、最低级的反映形式，是初级的认识过程，是高级复杂的认识活动的基础。人的知觉、记忆、思维等是对感觉所储藏的信息材料进行运演的复杂的认识活动。
知觉 是感觉信号引起的内心反应，是感觉器官对刺激事物的整体及其简单关系的反映，是对感觉信息加工的过程，是感觉基础之上的高一级反映形式状态。知觉是以感觉信息为基础，在经验知识的参与下，经过大脑加工对事物加以解释的过程。
认知 是个体认识客观世界的信息的加工活动。它包括感觉、知觉、记忆、思维等一系列人与客观世界的互动。
记忆 是客观印象和过去的经验通过识记、保持、再认和回忆的方式在人脑中的反映。
概念 是思维活动最基本的形式之一，是人脑对客观事物共同的本质特性的反映，在抽象与概括的基础上，形成不同的概念。
一个概念是一个抽象思维的单元，不同的概念单元又可以组成新一层的概念，概念具有套层（盒）性，以不断地简化高一层级的思维复杂程度。最初级的概念是同一类事物的指代名词，是建立在分类基础上的，而分类正是印象区分的界限形成的一事物区别于其他事物的明显特征。概念包括内涵和外延两部分，内涵指概念所反映事物的共同本质的属性，外延是指具有这些共同本质特征的“全体”对象（抛开了具体的数目，可能是无穷多，但都可归为同一类全体，从集合角度讲一个概念集合中包括了无穷多的对象元素，因而可以无限延长，从而解决数学中的无限悖论）。概念同化则是把新概念纳入原有的概念知识体系的过程，这个过程就是通常的学习过程。
词语 是标志概念的标志符号，概念通过词语来标志。词语是概念的外壳，概念赋予词语一定的意义和内容。词语有不同种类，最多最常用的是名词，表示联系所属的关系是动词及介词，表示并列转折的是连词，它们组合构成词语。
判断 是肯定或否定思维对象是否存在、是否具有某种属性以及事物之间是否具有某种关系的思维过程。在形式逻辑上用一个命题表达出来。
逻辑 指人类思维的形式和规律，逻辑有着成熟的推理形式，逻辑推理包括演绎推理、归纳推理和或然性推理三种主要方式。
演绎推理是从一般性前提出发，通过推导得出具体陈述或个别结论的过程。是从一般到特殊的推理，其前提蕴含结论，前提和结论有着必然的联系，是充分条件或充分必要条件的必然性推理。推理的前件和后件是一种集合关系，它使得人的思维能够保持前后一贯的严谨性。推理有效的根据是框架的形式而不是推理的内容，在逻辑学和数学中典型的应用就是演绎推理。
归纳推理是从个别到一般的推理。由一定程度的个别事物观点推及范围较大的观点，由特殊具体事例推导出一般原理。完全归纳推理是必然的结论，不完全归纳推理结论是或然的需要验证的。
或然性推理是指即使前提真，推理过程合乎逻辑要求，其结论也未必是真的推理。这种推理对于扩展知识有着重要的价值。不完全归纳推理、溯因推理、类比推理都是或然性推理。
逻辑套层关系，层级递进的逻辑套层关系是建立在客观世界存在相似变化及复杂程度递增的这样普遍事实基础之上的，度量客观事物是概念思维所必需的，相互联系的概念组成对客观事物描述的逻辑框架体系，当逻辑体系产生悖论矛盾时会产生逻辑框架边缘层级式的扩展，形成逻辑套层状态，逻辑套层关系与概念套层同步螺旋式上升，共同解决同层逻辑矛盾悖论，使思维认识水平逐步上升。概念的套层和逻辑的套层关系是作者在本书中提出的思维发展形式的观点，并在观察实验中得到证实，以此观点来解决创新思维的产生及运行模式。
哲学领域思维的认识论、方法论探讨由来已久，从符号角度看，当哲学家将一个概念作为一个自然的符号，将一个词作为约定的符号时，并通过符号进行运演，逻辑的或非逻辑的，这样的思维方式，即是大脑的特定功能，将一类事物或具有多种属性的概念浓缩汇聚映射为一个概念点符号，进行思维运演，大脑必然有一部分专门形成概念点的区域和解释概念点的解链区域，进行转换运演，这样哲学的认识论就可以与基于神经生理脑科学的发生认识论联系起来。皮亚杰（1896—1980）的发生认识论是思维结构形成过程的外部观察和影响试验所做出的建构理论，基本符合儿童的思维认识成长规律，当然有些认知的建构过程与时间段皮亚杰没有观察发现到。
思维科学是跨越了哲学方法论和神经生理学及心理学这些领域进行综合探讨的。在哲学的认识论当中逻辑是作为科学的内容分立出来的，或者说逻辑是科学思维的基础，尤其是数理逻辑产生后，逻辑和数学转化为更简单的符号来表达，成为更严谨的科学认识方法工具。纯逻辑思维虽然是人的智能发展的高级阶段，但是并不形成高级文明智慧，高级思维形态除了逻辑的思维基础还有思维形态的叠加，综合的思考判断，形成意志和行动的选择。认识论的基本物质要素在现代都可以从脑神经科学中找到对应的区域，即使复杂的抽象思维在生物心理学的发展层面上看也是大脑神经网络各个模块的联结在直观反映和概念映射等不同层级上的运演。
对人类高级思维与认识的来源进行探讨，先哲们都曾有过猜想，关于认识的来源不管是天赋论也好，还是实践论也好，或者是发生认识论也好，总的来说在思维与认识的形成过程中，这些因素都存在，挖掘出来龙去脉则有利于进一步研究。