4E认知是认知科学中一系列理论方法的统称，它拒绝将认知视为纯粹内在的、对抽象符号进行计算处理的过程这一经典观点。相反，它提出认知过程深受身体（具身性）、环境（嵌入性）、行动（生成性）的影响，并且可以延伸到颅骨之外（延展性）。该框架借鉴了现象学、生态心理学、机器人学和动力系统理论，自20世纪末以来已成为主流认知主义的主要替代方案。
“4E”一词于21世纪初被创造出来，用以将这四个相互重叠但又各具特色的主张归为一组。虽然每个“E”都有其自身的学术谱系，但它们共同反对将心智视为一种仅处理输入并产生输出的计算机的观点。相反，4E理论家认为，感知、记忆、推理甚至意识都与活生生的身体及其与世界的互动密不可分。
具身认知
具身认知是四个“E”中讨论最广泛的一个。它认为，有机体身体的具体物理细节，，其形状、运动能力、感觉器官和神经结构，，会影响其思维和感知方式。例如，抓握物体的能力取决于手部形态，而这又塑造了婴儿对空间和因果关系的认知。该领域的研究经常引用弗朗西斯科·瓦雷拉、埃莉诺·罗施和埃文·汤普森的著作，他们1991年的著作《具身心灵》是该领域的奠基性文本。
一个关键的实证研究线索来自运动共振和镜像神经元的研究，这些神经元由贾科莫·里佐拉蒂的团队于20世纪90年代在猕猴身上首次发现。这些神经元既在动物执行动作时放电，也在其观察相同动作时放电，这表明理解他人的行动是基于自身的运动技能库。后来在具身认知方面的研究表明，即使是“正义”或“温度”等抽象概念也常常通过身体隐喻来理解，正如乔治·莱考夫和马克·约翰逊在1980年的著作《我们赖以生存的隐喻》中所论证的那样。
嵌入认知
嵌入认知强调认知过程总是处于一个物理和社会环境中，而环境本身承担了大量工作。大脑并非构建一个完整的内部世界模型，而是常常依赖环境本身作为一种外部记忆或计算资源。这有时被称为“卸载”，，例如，写购物清单、整理工作空间中的工具，或使用日历记住约会。
一个经典例子是使用笔记本或智能手机来存储信息，否则这些信息会加重工作记忆的负担。环境不仅仅是输入的来源，而是认知过程中的积极伙伴。这一观点在人机交互和用户界面设计中具有重要影响，其目标是让信息在世界中可用，而不是迫使用户去记忆。
生成认知
生成主义，即第三个“E”，认为认知产生于有机体与其环境之间的动态互动，感知不是被动接收而是主动探索。这一术语由瓦雷拉、汤普森和罗施在《具身心灵》中引入，借鉴了生物学家温贝托·马图拉纳的工作。生成主义认为，生命系统是自主的能动者，它们通过自身行动“生成”一个世界，而非仅仅表征一个预先给定的外部现实。
一个核心概念是“意义建构”，即有机体的需求和目标决定了其环境中什么才是相关的。例如，一个细菌沿葡萄糖梯度游动，并不是在计算梯度的表征，而是在进行一种基本的意义建构。这一观点已应用于机器人学，20世纪80年代，麻省理工学院的罗德尼·布鲁克斯等研究人员构建了基于行为的机器人，这些机器人无需内部地图即可导航，仅依赖简单的感觉运动回路。
延展认知
延展心智论题最著名的阐述来自安迪·克拉克和大卫·查尔默斯1998年的论文《延展心智》，该论题声称某些认知过程并不局限于颅骨内，而是可以包括外部工具甚至其他人。他们的思想实验涉及一位名叫奥托的阿尔茨海默病患者，他用笔记本存储重要信息，就像神经典型者可能使用生物记忆一样。克拉克和查尔默斯认为，如果笔记本在功能上扮演与记忆相同的角色，那么它就是奥托认知系统的一部分。
这一论题引发了广泛争论。弗雷德·亚当斯和肯·艾扎瓦等批评者认为，认知过程必须由内部机制因果驱动，而辩护者则回应说，大脑与世界之间的界限并非原则性的。延展心智对人工智能具有启示意义，特别是在理解AI系统如何通过可穿戴设备、增强现实或脑机接口与人类认知整合方面。
历史根源
4E认知的学术根源可追溯至现象学，尤其是莫里斯·梅洛-庞蒂的著作，他在《知觉现象学》（1945年）中论证身体不是对象，而是我们感知世界的媒介。他的“在世存在”概念影响了后来的生态心理学家，如詹姆斯·J·吉布森，他发展了可供性理论，，即环境为有机体提供的行动机会。吉布森1979年的著作《视觉感知的生态学方法》拒绝了内部表征的观念，转而支持直接感知。
在20世纪80年代和90年代，这些思想被应用于机器人学和人工智能，作为对经典符号AI局限性的回应。布鲁克斯以及后来的罗尔夫·普法伊费尔等研究人员认为，智能行为不需要中央模型，而是从简单规则与复杂环境的互动中涌现。这种“基于行为”的方法是现代机器人学中具身AI的直接先驱。
批评与争论
4E认知在认知科学内部面临重大批评。一个主要反对意见是，该框架过于模糊，每个“E”对不同作者而言含义不同。杰里·福多和泽农·皮利申等批评者捍卫计算心智理论，认为心理过程最好被理解为对心理表征的操作，无论身体细节如何。
另一个批评涉及延展心智论题，有些人认为它违反直觉甚至荒谬。例如，如果一个人使用计算器，计算器是其心智的一部分吗？辩护者回应说，标准不是单纯的使用，而是整合与信任，如奥托的笔记本。关于认知卸载的实证研究表明，人们经常使用外部工具来减少认知负荷，但这是否构成真正的认知仍存在争议。
关于4E认知与神经网络方法在机器学习中的关系也存在争论。一些人认为，深度学习模型从大型数据集中学习而无需显式规则，是一种虚拟意义上的“具身”认知，但另一些人指出，这些模型缺乏身体和可互动的世界。这导致了对“具身AI”的呼吁，即在物理互动中为语言和感知奠定基础，正如麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室和伯克利AI研究等机构的机器人学研究所示。
应用与影响
尽管存在争论，4E认知已影响了多个应用领域。在教育领域，它启发了“具身学习”方法，学生通过手势和物理操作来理解抽象概念。在人机交互领域，它促成了利用用户身体和环境的界面设计，如有形用户界面。在心理治疗领域，它为基于身体的疗法做出了贡献，这些疗法将心理状态视为部分由身体姿势和动作构成。
在人工智能领域，该框架推动了交互式机器人的研究，这些机器人通过试错而非静态数据集来学习。OpenAI和谷歌DeepMind等公司探索了模拟环境中的强化学习，这可以被视为一种嵌入认知。然而，目前大多数大型语言模型（如GPT-4）在任何物理意义上都不是具身的，它们是否能被说成“理解”仍是一个开放问题，4E理论家对此持怀疑态度。
未来方向
4E认知的未来可能在于与实证神经科学和AI的更紧密整合。脑机接口的进展，如Neuralink等公司正在开发的，可能会模糊大脑与机器之间的界限，为延展心智论题提供现实世界的检验。同样，具有丰富感觉运动能力的人形机器人的发展可能为具身如何塑造认知提供新的见解。
另一个方向是社会认知研究，其中“延展”的“E”被应用于群体和机构。一些理论家认为，一起工作的团队可以形成一个分布式认知系统，例如一艘船的船员共同导航船只。这对组织设计以及理解人类和AI系统中的集体智能具有启示意义。
截至21世纪20年代初，4E认知仍是一个充满活力且存在争议的领域，拥有年度会议、专业期刊和不断增长的实证研究。其核心洞见，，心智不是一台孤独的计算机，而是一个活生生的、具身的、与世界相关的过程，，继续挑战并丰富着认知科学。