認知神經(jīng)科學實用教案

1、Contents認知神經(jīng)科學的起源認知神經(jīng)科學的起源1從神經(jīng)元到腦：神經(jīng)組織的結構從神經(jīng)元到腦：神經(jīng)組織的結構2腦的結構和功能腦的結構和功能3大腦皮質和其他結構大腦皮質和其他結構41第1頁/共64頁第一頁，共64頁。一、認知(rn zh)神經(jīng)科學的起源認知認知(rn zh)(rn zh)神經(jīng)科學的產(chǎn)生：神經(jīng)科學的產(chǎn)生：M.S.GazzanigaG.MillerM.I.Posner2第2頁/共64頁第二頁，共64頁。1. 1.公元前公元前4 4世紀世紀(shj)(shj)：希波克拉底蓋倫：希波克拉底蓋倫2. 2.法國：笛卡爾法國：笛卡爾3第3頁/共64頁第三頁，共64頁。 3.意大利L.Galv

2、ani:神經(jīng)(shnjng)電活動 19世紀，機能統(tǒng)一說與皮層(p cng)機能定位說的爭論4.德國F.J.Gall和J.G.Spurzheim4第4頁/共64頁第四頁，共64頁。5Paul Broca-言語(yny)運動中樞5第5頁/共64頁第五頁，共64頁。6.C.Wernicke：接受( jishu)性失語癥7Gustav Fritsch和Eduard Hitzig：狗的特征性運動(yndng)6第6頁/共64頁第六頁，共64頁。8.D.Ferrier對猴腦的刺激(cj)點7第7頁/共64頁第七頁，共64頁。9.Brodmann及Brodmann分區(qū)(fn q)8第8頁/共64頁第八頁，

3、共64頁。10.C.Golgi，S.R.Cajal 用銀染色(rns)的神經(jīng)元9第9頁/共64頁第九頁，共64頁。S.R.Cajal他繪制的大腦(dno)環(huán)路之一10第10頁/共64頁第十頁，共64頁。11.Charles Sherrington 和Adrian11第11頁/共64頁第十一頁，共64頁。12.F.Goltz12第12頁/共64頁第十二頁，共64頁。13.Stephen M.Kosslyn13第13頁/共64頁第十三頁，共64頁。二、從神經(jīng)元到腦：神經(jīng)系統(tǒng)(shnjngxtng)的組織 神經(jīng)元的結構與機能 神經(jīng)系統(tǒng)(shnjngxtng)的組織層次14第14頁/共64頁第十四頁，

4、共64頁。1.神經(jīng)元的結構(jigu)與功能神經(jīng)元神經(jīng)元末梢末梢(msho)結：突觸：神結：突觸：神經(jīng)遞質經(jīng)遞質軸突軸突樹突：接收樹突：接收(jishu)體細胞：執(zhí)行細胞的新陳代謝，繁殖，整合信息體細胞：執(zhí)行細胞的新陳代謝，繁殖，整合信息有髓磷脂：郎氏結：自體免疫病硬化癥有髓磷脂：郎氏結：自體免疫病硬化癥無髓磷脂無髓磷脂一元胺神經(jīng)遞質一元胺神經(jīng)遞質氨基酸神經(jīng)遞質氨基酸神經(jīng)遞質神經(jīng)肽神經(jīng)肽阿爾茲海默病阿爾茲海默病15第15頁/共64頁第十五頁，共64頁。16第16頁/共64頁第十六頁，共64頁。神經(jīng)遞質神經(jīng)遞質神經(jīng)遞質神經(jīng)遞質說明說明一般機能一般機能 具體例子具體例子乙酰膽堿（乙酰膽堿（Ach)

5、Ach)由膽堿合成的單酰胺由膽堿合成的單酰胺神經(jīng)遞質神經(jīng)遞質興奮大腦，身體其他部位興奮大腦，身體其他部位的興奮或抑制的興奮或抑制記憶記憶多巴胺（多巴胺（DADA）由酪氨酸合成的由酪氨酸合成的影響運動、注意和學習，影響運動、注意和學習，大多有興奮作用，有些抑大多有興奮作用，有些抑制制帕金森氏癥和精帕金森氏癥和精神分裂癥神分裂癥腎上腺和去甲腎上腺腎上腺和去甲腎上腺素素同上同上荷爾蒙與警覺的調節(jié)相關荷爾蒙與警覺的調節(jié)相關涉及與打斗或飛涉及與打斗或飛行反應、憤怒及行反應、憤怒及恐懼相關的對身恐懼相關的對身體的影響體的影響血清素血清素由色氨酸合成的由色氨酸合成的影響覺醒、睡眠、夢和情影響覺醒、睡眠、夢和

6、情緒，通常是抑制性的緒，通常是抑制性的抑制做夢，缺乏抑制做夢，缺乏導致深度抑郁導致深度抑郁伽馬氨基丁酸伽馬氨基丁酸氨基酸神經(jīng)遞質氨基酸神經(jīng)遞質對突觸前軸突的興奮刺激對突觸前軸突的興奮刺激產(chǎn)生普遍的神經(jīng)調節(jié)效果產(chǎn)生普遍的神經(jīng)調節(jié)效果 影響某些學習和影響某些學習和記憶機制記憶機制谷氨酸谷氨酸同上同上同上同上同上同上神經(jīng)肽神經(jīng)肽肽鏈神經(jīng)遞質肽鏈神經(jīng)遞質突觸后隔膜所產(chǎn)生的普遍突觸后隔膜所產(chǎn)生的普遍的神經(jīng)調節(jié)效果的神經(jīng)調節(jié)效果內啡肽有鎮(zhèn)痛作內啡肽有鎮(zhèn)痛作用，加強乙酰膽用，加強乙酰膽堿的作用堿的作用17第17頁/共64頁第十七頁，共64頁。2 2神經(jīng)系統(tǒng)的組織神經(jīng)系統(tǒng)的組織(zzh)(zzh)層次層次18

7、第18頁/共64頁第十八頁，共64頁。三、腦的結構(jigu)與機能 PostmortemPostmortem尸體解剖：尸體解剖：Paul Broca-Tan;Paul Broca-Tan;阿爾茲海默病海馬阿爾茲海默病海馬 VivoVivo活體研究：動物活體研究：動物(dngw)(dngw)研究研究 成像技術成像技術19第19頁/共64頁第十九頁，共64頁。電波記錄：腦電圖（電波記錄：腦電圖（electroencephalogram,EEGs)electroencephalogram,EEGs) 事件相關電位（事件相關電位（event-related potentials,ERP)event-

8、related potentials,ERP)成像技術成像技術(jsh)(jsh)：腦磁圖：腦磁圖(magnetoencephalogram,MEG)(magnetoencephalogram,MEG) 計算機輔助軸向斷層掃描術（計算機輔助軸向斷層掃描術（CTCT） 正電子發(fā)射斷層掃描術（正電子發(fā)射斷層掃描術（positron emission tomographyPETpositron emission tomographyPET） 磁共振成像技術磁共振成像技術(jsh)(jsh)（functional magnetic resonance imaging,functional magnet

9、ic resonance imaging, MRI MRI，fMRI)fMRI)葡萄糖氧氣(yngq)20第20頁/共64頁第二十頁，共64頁。常見(chn jin)的EEG模式21第21頁/共64頁第二十一頁，共64頁。各種意識各種意識(y sh)(y sh)水平下的水平下的EEGEEG波形波形22第22頁/共64頁第二十二頁，共64頁。23第23頁/共64頁第二十三頁，共64頁。24第24頁/共64頁第二十四頁，共64頁。采用成像技術(jsh)的一個實例 例一：例一：Tulving:Tulving:關于情節(jié)記憶和語義記憶的研究關于情節(jié)記憶和語義記憶的研究多重記憶系統(tǒng)多重記憶系統(tǒng) 例二：例二

10、：Posner&Peterson:PETPosner&Peterson:PET研究研究 對單詞的加工對單詞的加工處理處理 （1 1）休息階段）休息階段 （2 2）在屏幕在呈現(xiàn)）在屏幕在呈現(xiàn)(chngxin)(chngxin)一個單詞一個單詞 （3 3）大聲地讀出這個單詞）大聲地讀出這個單詞 （4 4）想出這個單詞的一個用法）想出這個單詞的一個用法 25第25頁/共64頁第二十五頁，共64頁。26第26頁/共64頁第二十六頁，共64頁。27第27頁/共64頁第二十七頁，共64頁。 例三：記憶操作的特異性 任務：讀出下列單詞：candy,cake,sugar,taste 下面哪個單

11、詞是你剛剛(gng gng)讀到的？ Blood,sweet,sugar,你有多大把握 反應：擊中，虛報，漏報28第28頁/共64頁第二十八頁，共64頁。四、腦認知(rn zh) 腦：前腦(qinno)、中腦、后腦29第29頁/共64頁第二十九頁，共64頁。腦部位主要結構主要機能前腦大腦皮質接收并加工感官信息，思考，其他認知加工，規(guī)劃發(fā)送運動信息基底神經(jīng)節(jié)（細胞核與神經(jīng)纖維結合體）對運動系統(tǒng)機能特別重要邊緣系統(tǒng)（海馬、杏仁核、隔膜）學習、情緒、動機丘腦充當進入大腦的感官信息的中繼下丘腦控制內分泌，自主神經(jīng)系統(tǒng)，控制意識，影響情緒、愉悅、疼痛和應激中腦上丘（頂部）影響視覺（尤其是視覺反射）下丘（

12、底部）影響聽覺網(wǎng)狀激活系統(tǒng)（RAS，延伸至后腦）控制意識、注意、心肺機能與運動灰質，紅核，黑質，腹側區(qū)控制運動后腦小腦主管平衡、協(xié)調性和肌肉彈性腦橋（網(wǎng)狀激活系統(tǒng)）影響意識；連接大腦各部分之間的神經(jīng)傳送；影響面部神經(jīng)延腦對側傳導，調控心肺機能，消化和吞咽30第30頁/共64頁第三十頁，共64頁。31第31頁/共64頁第三十一頁，共64頁。四個主要的丘腦細胞核中轉視覺、聽覺、體覺和平衡覺相關的信息四個主要的丘腦細胞核中轉視覺、聽覺、體覺和平衡覺相關的信息細胞核名稱細胞核名稱從從.接收信息接收信息主要投向到主要投向到（傳送信息）（傳送信息）受益功能受益功能外側膝狀細胞核視覺接收器，憑視神經(jīng)視覺皮層

13、使我們看得見內側膝狀細胞核聽覺接收器，憑聽覺神經(jīng)聽覺皮層使我們聽得見腹后側細胞核軀體神經(jīng)系統(tǒng)初級體覺皮質使我們感覺壓力和疼痛腹外側細胞核小腦（位于后腦）初級運動皮質使我們有平衡感32第32頁/共64頁第三十二頁，共64頁。大腦皮質大腦皮質(d no p zh)(d no p zh)與功能與功能定位定位大腦皮質：溝、裂、回大腦皮質：溝、裂、回 由胼胝體分成左右兩半球由胼胝體分成左右兩半球大腦半球專門化：大腦半球專門化：Dax-Broca,Wernicke-Lashley-Dax-Broca,Wernicke-Lashley-SperrySperry大腦半球的葉：額葉，頂葉大腦半球的葉：額葉，頂葉

14、(dn y)(dn y)，顳葉，枕，顳葉，枕葉葉聯(lián)合區(qū)聯(lián)合區(qū)33第33頁/共64頁第三十三頁，共64頁。34第34頁/共64頁第三十四頁，共64頁。35第35頁/共64頁第三十五頁，共64頁。倒立；面積(min j)大小與部位的敏感性有關；對側傳導36第36頁/共64頁第三十六頁，共64頁。Vision-The Visual Pathway37第37頁/共64頁第三十七頁，共64頁。Conrad(1964)的實驗(shyn)一、聽覺(tngju)碼與AVL單元 BCPTVFMNSX 一類(y li)是BCPTV： i:；另一類(y li)是FMNSX：e。視覺呈現(xiàn)的字母回憶的混淆矩陣視覺呈現(xiàn)的

15、字母回憶的混淆矩陣38第38頁/共64頁第三十八頁，共64頁。聽覺呈現(xiàn)的字母回憶的混淆聽覺呈現(xiàn)的字母回憶的混淆(hnxio)矩矩陣陣39第39頁/共64頁第三十九頁，共64頁。其它其它(qt)(qt)的實驗的實驗 WikelgrenWikelgren：字母、數(shù)字：字母、數(shù)字 刺激是圖畫時，也存在聽覺代碼刺激是圖畫時，也存在聽覺代碼(di m)(di m) 聽覺缺陷被試的研究：某些耳聾人在短時記憶中將視聽覺缺陷被試的研究：某些耳聾人在短時記憶中將視覺符號轉換成在功能上與語音代碼覺符號轉換成在功能上與語音代碼(di m)(di m)相似的一種相似的一種代碼代碼(di m)(di m)40第40頁/

16、共64頁第四十頁，共64頁。AVL：某些聲音混淆現(xiàn)象也可能是言語運動(yndng)或發(fā)音的混淆造成的。鑒于字母、字詞的聽覺代碼和口語代碼都是不同形式的言語代碼，因此，常將聽覺的(Auditory)、口語的(Verbal)、言語的(Languistic)代碼聯(lián)合起來，稱之為A.V.L單元。AuditoryLinguisticverbal41第41頁/共64頁第四十一頁，共64頁。二、視覺(shju)碼Ponsner的實驗(shyn)條件刺激樣本正確反應視覺和名稱都匹配AA相同名稱匹配視覺不匹配Aa相同視覺和名稱都不匹配A B不同視覺和名稱都不匹配A b不同42第42頁/共64頁第四十二頁，共64

17、頁。 對字母的視覺代碼加工存在于短時記憶的最初對字母的視覺代碼加工存在于短時記憶的最初(zuch)(zuch)階段，之后才逐漸地向聽覺代碼過渡，對于大量的非階段，之后才逐漸地向聽覺代碼過渡，對于大量的非言語刺激信息材料，視覺代碼也許是重要的。言語刺激信息材料，視覺代碼也許是重要的。43第43頁/共64頁第四十三頁，共64頁。感覺代碼與感覺信息感覺代碼與感覺信息(xnx)(xnx)的區(qū)別的區(qū)別 感覺記憶是按照感覺記憶是按照(nzho)(nzho)刺激的物理特性刺激的物理特性進行直接加工與編碼的。進行直接加工與編碼的。 短時記憶中的感覺代碼，要比感覺記憶短時記憶中的感覺代碼，要比感覺記憶中的信息更

18、為抽象，已經(jīng)排除了刺激信中的信息更為抽象，已經(jīng)排除了刺激信息的某些物理特性或細節(jié)。息的某些物理特性或細節(jié)。44第44頁/共64頁第四十四頁，共64頁。三、語義碼:1 Wickens的實驗：前攝抑制(yzh)設計實驗組實驗1葡萄西瓜枇杷分心作業(yè)回憶蘋果香蕉鳳梨分心作業(yè)回憶實驗2梨子芒果桔子分心作業(yè)回憶實驗3實驗4玫瑰花向日葵雛菊分心作業(yè)回憶實驗1荔枝龍眼柚子分心作業(yè)回憶控制組45第45頁/共64頁第四十五頁，共64頁。前攝抑制解除函數(shù)前攝抑制解除函數(shù)(hnsh)結果結果正確率（正確率（%）46第46頁/共64頁第四十六頁，共64頁。2.Shulman的實驗(shyn) 給被試看一張字表，接著再呈

19、現(xiàn)(chngxin)一個探測詞，要求被試將這個探測詞與字表中的一個詞進行匹配。 同一匹配 同義匹配 在同一匹配時，他們會將探測詞與字表中意義相似的一個詞混淆起來。如“美麗”“漂亮”47第47頁/共64頁第四十七頁，共64頁。 語義代碼是一種與意義有關的抽象有代碼，不帶有任何感覺通道的特性。語義代碼是一種與意義有關的抽象有代碼，不帶有任何感覺通道的特性。通過抑制實驗表明，在短時記憶中兩種被加工的材料越接近，互相干擾越通過抑制實驗表明，在短時記憶中兩種被加工的材料越接近，互相干擾越大。大。 組塊在本質組塊在本質(bnzh)(bnzh)上就是短時記憶信息的意義組織或再編碼，這表明，上就是短時記憶信息

20、的意義組織或再編碼，這表明，短時記憶中也存在語義編碼。短時記憶中也存在語義編碼。48第48頁/共64頁第四十八頁，共64頁。第三節(jié)短時記憶的信息提取一、一、Sternberg的系列搜索：的系列搜索：1實驗程序：實驗程序：一半數(shù)量一半數(shù)量(shling)的實驗要做是的反應，一半數(shù)量的實驗要做是的反應，一半數(shù)量(shling)的實驗要做否的的實驗要做否的反應。反應。實驗變量：識記憶項目的數(shù)量實驗變量：識記憶項目的數(shù)量(shling)，即記憶集的大小，即記憶集的大小識記項目編碼給被試探測數(shù)字被試作徹底的比較決定和反應（是或否）反應時間49第49頁/共64頁第四十九頁，共64頁。2.2.平行掃描平行掃

21、描(somio)(somio)和系列掃描和系列掃描(somio)(somio) 平行掃描：測試項目與記憶集中的全部項目同時進行比較平行掃描：測試項目與記憶集中的全部項目同時進行比較(bjio)(bjio)。被試的反應時不會隨著識記憶項目的數(shù)量或記憶。被試的反應時不會隨著識記憶項目的數(shù)量或記憶集的大小而發(fā)生變化集的大小而發(fā)生變化 系列掃描：測試項目與記憶集中的項目一個一個地相繼進行比系列掃描：測試項目與記憶集中的項目一個一個地相繼進行比較較(bjio)(bjio)，被試的反應時會隨著記憶項目數(shù)量增多或記憶，被試的反應時會隨著記憶項目數(shù)量增多或記憶的增大而增加。的增大而增加。平行掃描平行掃描(so

22、mio)系系列掃描列掃描(somio)50第50頁/共64頁第五十頁，共64頁。實驗實驗(shyn)(shyn)結果結果51第51頁/共64頁第五十一頁，共64頁。識記項目編 碼刺激編碼 順序比較決 策反應組織影影響響影影響響影影響響影影響響 測試項目的 質 量識記項目的 數(shù) 量 反應類型反應類型的相對頻率反 應 時52第52頁/共64頁第五十二頁，共64頁。識記項 目編碼測試項 目編碼順序比較決定和反應（是或否）反應時間e msNc msd msRT38N39753第53頁/共64頁第五十三頁，共64頁。 從頭至尾的系列掃描：對記憶集中的全部從頭至尾的系列掃描：對記憶集中的全部(qunb)(

23、qunb)項目都要順序檢查一遍。項目都要順序檢查一遍。 自我停止的系列掃描：在記憶集中查出所自我停止的系列掃描：在記憶集中查出所要的項目后即停止比較。要的項目后即停止比較。3. 3.從頭至尾從頭至尾(cng tu zh wi)(cng tu zh wi)的掃描還是自我的掃描還是自我停止的掃描？停止的掃描？54第54頁/共64頁第五十四頁，共64頁?！胺瘛狈磻?fnyng)“是”反應(fnyng)記憶(jy)集大小反應時（A）從頭到尾的系列掃描“否”反應“是”反應記憶集大小反應時（A）自我停止的系列掃描“是是”反應和反應和“否否”反應有著一樣的斜率，短時記憶信息提反應有著一樣的斜率，短時記憶信息

24、提取是以從頭至尾系列掃描方式進行的。取是以從頭至尾系列掃描方式進行的。55第55頁/共64頁第五十五頁，共64頁。 不同類別材料的加工速率與記憶不同類別材料的加工速率與記憶(jy)(jy)容量容量加工速率（加工速率（msms）記憶容量（項目）記憶容量（項目）數(shù)字數(shù)字33.4顏色顏色38.038.07.17.1字母字母56.35字詞字詞47.047.05.55.5幾何圖形幾何圖形50.050.05.35.3隨機圖形隨機圖形68.068.03.83.8無意義音節(jié)無意義音節(jié)73.073.03.43.456第56頁/共64頁第五十六頁，共64頁。對Sternb

25、erg模型(mxng)的批評識記項目數(shù)量太少刺激呈現(xiàn)速度太慢對Sternberg的實驗結果也可以(ky)從加工能量有限的觀點加以解釋57第57頁/共64頁第五十七頁，共64頁。二、直通模型(mxng)（direct access model)實驗支持：常見詞的反應時快于非常見詞重復項目的反應時少于非重復項目可以(ky)解釋系列位置效應直通模型（Direct Access Model）認為，短時記憶中信息的提取并不是通過掃描的方式進行的，大腦可以直接通往所要提取的項目在短時記憶中的位置，進行直接提取。該模型認為，短時記憶中的每一個項目都有一定的熟悉值或痕跡強度，可以據(jù)此作出某種判定。在大腦內部有一個判斷標準，當熟悉值高于這一標準，則作出“是”反應，低于這一標準則作出“否”反應。 熟悉值與標準的偏離程度(chngd)越高，作出是或否反應的速度也越快。58第58頁/共64頁第五十八頁，共64頁。三、雙重(shungchng)模型Atkinson和Joula認