腦科學(xué)與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)

1、腦科學(xué)與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)Company Document number ： WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT腦科 學(xué) 與 認(rèn) 知 神 經(jīng) 科 學(xué)內(nèi)容提要：研究大腦，開發(fā)大腦，是世界各國科學(xué)家和學(xué)者所研究關(guān)注的熱點(diǎn)問題之 一，腦科學(xué)之所以受到各國科學(xué)家的積極關(guān)注，重點(diǎn)研究，是因?yàn)槟X科學(xué)的研究，具有 極為重要的意義，與現(xiàn)在科技創(chuàng)新密切相關(guān)。本文從“大腦腦科學(xué)我國的腦科學(xué)研究現(xiàn) 狀腦科學(xué)與現(xiàn)代科技創(chuàng)新”等四個(gè)方面研究腦科學(xué)在推動(dòng)科技創(chuàng)新的重要意義。以介紹 大腦的機(jī)能及大腦的運(yùn)作程式為開始，通過“腦科學(xué).“我國的腦科學(xué)研究現(xiàn)狀.“腦科學(xué)與 現(xiàn)代科技創(chuàng)新”來研究腦科學(xué)對(duì)現(xiàn)代科技創(chuàng)新的

2、作用與意義。關(guān)鍵詞：大腦腦科學(xué)現(xiàn)代科技創(chuàng)新研究現(xiàn)狀行動(dòng)中樞思維中樞大腦大腦是人體最重要的生理器官，是人的行動(dòng)中樞和思維中樞，是決定人是最高級(jí)動(dòng) 物最重要因素。大腦由約140億個(gè)細(xì)胞構(gòu)成，重約1400克，大腦皮層厚度約為2-3毫 米，總面積約為2200平方厘米，據(jù)估計(jì)腦細(xì)胞每天要死亡約10萬個(gè)（越不用腦，腦細(xì) 胞死亡越多）。大腦又稱端腦，脊椎動(dòng)物腦的高級(jí)神經(jīng)系統(tǒng)的主要部分，由左右兩半球 組成，在人類為腦的最大部分，是控制運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生感覺及實(shí)現(xiàn)高級(jí)腦功能的高級(jí)神經(jīng)中 樞。脊椎動(dòng)物的端腦在胚胎時(shí)是神經(jīng)管頭端薄壁的膨起部分，以后發(fā)展成大腦兩半球， 主要包括大腦皮層和基底核兩部分。大腦皮層是被覆在端腦表面

3、的灰質(zhì)、主要由神經(jīng)元 的胞體構(gòu)成。皮層的深部由神經(jīng)纖維形成的髓質(zhì)或白質(zhì)構(gòu)成。髓質(zhì)中又有灰質(zhì)團(tuán)塊即基 底核，紋狀體是其中的主要部分。廣義的大腦指小腦幕以上的全部腦結(jié)構(gòu)，即端腦、間 腦和部分中腦。一個(gè)人的腦儲(chǔ)存信息的容量相當(dāng)于1萬個(gè)藏書為1000萬冊的圖書館，最善于用腦 的人，一生中也僅使用掉腦能力的10%。大腦分為左腦和右腦，左腦是知識(shí)司令，它的 職責(zé)是以思維、分析思維、集中思維為主進(jìn)行智力開發(fā)。左腦又可稱為數(shù)學(xué)家的腦，右 腦是創(chuàng)造司令，它的職責(zé)是以想象、直覺思維、擴(kuò)散思維為主進(jìn)行智力開發(fā)，右腦又可 稱為藝術(shù)家的腦，但是這種把左腦和右腦分開，功能明確劃分并不準(zhǔn)確，因?yàn)檫B接著左 腦和右腦的是由大約

4、幾億條神經(jīng)纖維組成的臍月氐體進(jìn)行連接的，左腦和右腦在不斷地相 互交流傳遞信息大腦是個(gè)完整的不可分割的整體大腦主要包括左、右大腦半球，是中樞 神經(jīng)系統(tǒng)的最高級(jí)部分。人類的大腦是在長期進(jìn)化過程中發(fā)展起來的思維和意識(shí)的器官。大腦半球的外形和 分葉左、右大腦半球由駢月氐體相連。半球內(nèi)的腔隙稱為側(cè)腦室，它們僧室間孔與第三腦 室相通。每個(gè)半球有三個(gè)面，即膨隆的背外側(cè)面，垂直的內(nèi)側(cè)面和凹凸不平的底面。背 外側(cè)面與內(nèi)側(cè)面以上緣為界，背外側(cè)面與底面以下緣為界。半球表面凹凸不平，布滿深 淺不同的溝和裂，溝裂之間的隆起稱為腦回。背外側(cè)面的主要溝裂有：中央溝從上緣近 中點(diǎn)斜向前下方；大腦外側(cè)裂起自半球底面，轉(zhuǎn)至外側(cè)面

5、由前下方斜向后上方。在半球 的內(nèi)側(cè)面有頂枕裂從后上方斜向前下方；距狀裂由后部向前連頂枕裂，向后達(dá)枕極附 近。這些溝裂將大腦半球分為五個(gè)葉：即中央溝以前、外側(cè)裂以上的額葉；外側(cè)裂以下 的潁葉；頂枕裂后方的枕葉以及外側(cè)裂上方、中央溝與頂枕裂之間的頂葉；以及深藏在 外側(cè)裂里的腦島。另外，以中央溝為界，在中央溝與中央前溝之間為中央前回；中央溝 與中央后溝之間為中央后回。大腦通過神經(jīng)原之間的電流交流，提取相同信息來完成思考。大腦的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，成 就了大腦行動(dòng)中樞和思維中樞的地位，同時(shí)，以大腦為研究對(duì)象的學(xué)科漸漸得到社會(huì)的 重視。腦科學(xué)腦科學(xué)，狹義的講就是神經(jīng)科學(xué)，是為了了解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細(xì)胞水平、細(xì)

6、 胞間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統(tǒng)內(nèi)的整合作用而進(jìn)行的研究。廣義 的定義是研究腦的結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)，還包括認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等。研究大腦，開發(fā)大腦， 是世界各國科學(xué)家和學(xué)者所研究關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一，腦科學(xué)之所以受到各國科學(xué)家的 積極關(guān)注，重點(diǎn)研究，是因?yàn)槟X科學(xué)的研究，具有極為重要的意義。首先，了解大腦工 作的原理,為制作仿造人腦的高水平電腦提供科學(xué)依據(jù)。其次，治療大腦疾病，提高人 們的生活質(zhì)量，因?yàn)槟X是心理產(chǎn)生的器官，如果這個(gè)器官出了問題，人的心理或行為就 會(huì)出現(xiàn)異常。例如：健忘、癡呆、智力低下、精神異常等。神經(jīng)科學(xué)的最終目的是在于闡明人類大腦的結(jié)構(gòu)與功能，以及人類行為與心理活動(dòng) 的物

7、質(zhì)基礎(chǔ)，在各個(gè)水平（層次）上闡明其機(jī)制，增進(jìn)人類神經(jīng)活動(dòng)的效率，提高對(duì)神 經(jīng)系統(tǒng)疾患的預(yù)防、診斷、治療服務(wù)水平。通常采取的研究方法有：解剖學(xué)方法（采用 通常的組織染色方法可以在光學(xué)顯微鏡下觀察神經(jīng)系統(tǒng)各種組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，即神經(jīng)元 的不同形態(tài)，以及它們間連接的一般情況。運(yùn)用電子顯微鏡可以進(jìn)一步了解神經(jīng)元和突 觸的精細(xì)結(jié)構(gòu)。）生理學(xué)方法：（運(yùn)用微電極細(xì)胞外記錄、細(xì)胞內(nèi)記錄技術(shù)對(duì)單個(gè)神經(jīng) 元活動(dòng)分析。近年來，片膜鉗技術(shù)對(duì)離子通道進(jìn)行深入的研究。）分子生物學(xué)方法（包 括重組DNA技術(shù)：分析離子通道蛋白的結(jié)構(gòu)和功能、生理特性和應(yīng)用單克隆抗體和遺 傳突變體。）以及系統(tǒng)生物學(xué)方法（基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)生物學(xué)采用

8、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算與工程的 系統(tǒng)論方法，成為腦科學(xué)研究的發(fā)展現(xiàn)代趨勢。）世界各國普遍重視腦科學(xué)研究，美國101屆國會(huì)通過一個(gè)議案，“命名1990年1月 1日開始的十年為腦的十年二1995年夏，國際腦研究組織IBRO在日本京都舉辦的第四 屆世界神經(jīng)科學(xué)大會(huì)上提議把下一世紀(jì)（21世紀(jì)）稱為“腦的世紀(jì)，歐共體成立了“歐洲 腦的十年委員會(huì)”及腦研究聯(lián)盟。曰本推出了“腦科學(xué)時(shí)代”計(jì)劃綱要。中國提出了“腦功 能及其細(xì)胞和分子基礎(chǔ)”的研究項(xiàng)目，并列入了國家的“攀登計(jì)劃"。我國的腦科學(xué)研究現(xiàn)狀2011年5月15日，中國教育學(xué)會(huì)腦科學(xué)與教育研究分會(huì)成立。在當(dāng)天舉行的成立 大會(huì)上，教育部原副部長、中國工程院院士

9、韋鋅講話指出：“5歲之前不要背詩，背了也 記不住?！毙蜗蟮孛枥L了腦科學(xué)與教育學(xué)研究之間的緊密關(guān)系。中國教育學(xué)會(huì)腦科學(xué)與教育研究分會(huì)將致力于推動(dòng)腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的 交叉和協(xié)作，開展面向教育重要現(xiàn)實(shí)問題的腦科學(xué)研究、腦科學(xué)與教育相關(guān)的國內(nèi)外學(xué) 術(shù)交流等，期待能揭示我國兒童青少年心理發(fā)展、學(xué)習(xí)與教育的規(guī)律，提升我國國民的 心理健康意識(shí)和教育綜合素質(zhì)。中國教育學(xué)會(huì)腦科學(xué)與教育研究分會(huì)的成立促進(jìn)了我國 腦科學(xué)研究的發(fā)展，也推動(dòng)了中國的腦科學(xué)與國際交流的力度。2011年11月18曰，美 國國際數(shù)據(jù)集團(tuán)（IDG）與北京師范大學(xué)簽署捐建協(xié)議，成立北京師范大學(xué)-IDG/麥戈文 腦科學(xué)研究院（IMIBR

10、-BNU）。IDG創(chuàng)始人兼董事長、麻省理工學(xué)院（MIT）麥戈文人 腦研究院創(chuàng)始人麥戈文（PatrickMcGovern）與北京師范大學(xué)黨委書記、教育基金會(huì)理事 長劉川生、北京師范大學(xué)校長鐘秉林共同簽署捐建協(xié)議。教育部副部長郝平出席了簽約 儀式，并為研究院揭牌。根據(jù)協(xié)議，IDG將捐贈(zèng)1000萬美元用于北京師范大學(xué)-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院建 設(shè)。同時(shí)IDG及IDG資本管理團(tuán)隊(duì)還將分別設(shè)立“IDG中國基金會(huì)”和“和諧基金會(huì)”，為 該研究院提供長期支持與資助。經(jīng)過十多年的研究和實(shí)驗(yàn),中國科學(xué)家不久前在人的大腦中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)和學(xué)習(xí)、記憶 功能有關(guān)的新區(qū)域,并得到國際科學(xué)界的承認(rèn)。作為中國近年取得的一項(xiàng)

11、重大原始性創(chuàng)新 成果和全球腦科學(xué)領(lǐng)域最引人注目的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)、專家認(rèn)為，人腦“新大陸的發(fā)現(xiàn)，提供 了研究某些學(xué)習(xí)記憶障礙疾病發(fā)病機(jī)理的新途徑、并將促進(jìn)老年性癡呆、帕金森氏病等疾 病的研究。由第一軍醫(yī)大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所舒斯云教授發(fā)現(xiàn)的這一新區(qū)域“邊緣區(qū).，被國 際權(quán)威專家稱為“舒氏區(qū)”，“邊緣區(qū)”理論也被權(quán)威學(xué)者列人專著，并被國際神經(jīng)科學(xué)界廣為 引用。對(duì)于人類來說，大腦至今仍是一個(gè)謎。作為宇宙中已知最復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，人類對(duì) 大腦中許多區(qū)域的功能知之甚少。早在20世紀(jì)80年代，舒教授在研究大鼠腦皮層下的高 級(jí)運(yùn)動(dòng)中樞一紋狀體時(shí)意外發(fā)現(xiàn).和紋狀體的圓形或三角形細(xì)胞不同.其邊緣有一群紡錘 狀的細(xì)胞，這

12、些細(xì)胞組成一輪彎月的形狀，在紋狀體邊緣形成一個(gè)特殊區(qū)域?！斑@是一個(gè)從 未見過,也從未見人報(bào)道過的“新大陸、而細(xì)胞形狀不同，功能肯定也不同?！笔嫠乖瞥藙?追擊進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，不僅大鼠，而且在貓、猴子和人的大腦中都存在這一區(qū)域。腦科學(xué)與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)大腦是人類的思維和行動(dòng)中樞，對(duì)人類的思想和活動(dòng)起著指導(dǎo)作用，是人類創(chuàng)新思 維的源泉，腦科學(xué)的設(shè)立與研究，可有力的推動(dòng)現(xiàn)代科技創(chuàng)新，推動(dòng)人來文明的進(jìn)步與 發(fā)展。新思想、新觀念產(chǎn)生的時(shí)期，也是創(chuàng)造性思維過程中最關(guān)鍵的時(shí)期。由于新思想 的產(chǎn)生是沒有固定的邏輯通過的，為此，就需要充分發(fā)揮右腦的想象、直覺、靈感等非 邏輯思維功能。想象，是人腦對(duì)已有表象進(jìn)行加工改造、重

13、新組合，而形成新的形象。 在創(chuàng)造性活動(dòng)中，人們要揭示事物的本質(zhì)、把握哪些不能為人們直接感知到的事物的隱 蔽聯(lián)系，填補(bǔ)知識(shí)鏈條的空白，創(chuàng)造出不曾有過的新產(chǎn)品，就必須借助于想象去設(shè)想事 物內(nèi)部過程相互聯(lián)系，相互作用的圖景，尋找解決問題的一般性原則和中介環(huán)節(jié)，構(gòu)思 新產(chǎn)品的形象。想象，可使人們突破個(gè)別經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)的框子，而把握普遍性；通過有限， 而深入到無限；超越現(xiàn)實(shí)的時(shí)空界限，而推測過去，預(yù)示未來：擺脫具體事物的束縛， 而自由地重新組合。正因?yàn)橛辛怂?，人們?chuàng)造性思維的行程才有了很大的自由, 人們的 思想才可以自由地飛翔。右腦的想象功能不但在文學(xué)藝術(shù)創(chuàng)造中，而且在科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)明中，都起著巨 大的作用

14、。直覺，是人腦依據(jù)以往的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，在無意識(shí)的條件下，從整體上，迅速 猜測，預(yù)感或觀察隱藏在現(xiàn)象背后的事物的本質(zhì)屬性或本質(zhì)聯(lián)系的一種思維方式。其特 點(diǎn)是：跳躍式地進(jìn)行，直接接觸到問題的實(shí)質(zhì)，似乎不存在中間的推導(dǎo)過程，主體不能 明確意識(shí)到該過程的進(jìn)行，也因之不用言語將其清楚地描述出來，大有“知其然，不知 其所以然'之感。在創(chuàng)造性思維過程中，一方面由于問題都是不明確的，所需的事實(shí)和證據(jù)也常常十 分有限，另一方面由于不存在一種凝固不變邏輯通道，去引導(dǎo)我們按圖索驥地構(gòu)思實(shí) 驗(yàn)，建立模型，提出假設(shè)，尋找問題解決的中介思維環(huán)節(jié)。因此，左腦的分析思維是難 以施展和奏效的，而只能依靠右腦的直覺思維，直

15、覺思維方式雖然不能保證成功，但卻 容易引導(dǎo)成功，既是創(chuàng)造性解決問題所必需，當(dāng)省時(shí)省力?？梢?，在創(chuàng)造性思維活動(dòng)的 過程中，右腦的直覺功能在確定研究方向、選擇有前途的研究課題、識(shí)別有希望的線 索、預(yù)見事物的發(fā)展進(jìn)程和研究工作的可能結(jié)果、提出假設(shè)、尋找解決問題的有效途 徑、領(lǐng)悟機(jī)遇的價(jià)值、在缺乏可供推理的事實(shí)時(shí)決定行動(dòng)的方案、在未獲得決定性佐證 時(shí)形成對(duì)新發(fā)現(xiàn)的看法等等方面,都具有重要的作用。靈感，是創(chuàng)造性思維過程中普遍存在的一種客觀現(xiàn)象。對(duì)于一些曾集中精力、長時(shí) 間反復(fù)探索而又尚未解決的問題，人腦有時(shí)會(huì)有意無意地突然出現(xiàn)某些新的形象、新的 思想，產(chǎn)生一下子使問題得到澄清的頓悟，這種現(xiàn)象即靈感。在創(chuàng)

16、造性思維活動(dòng)的過程 中,既有長時(shí)間的準(zhǔn)備和積累，又有短時(shí)間的攻關(guān)和突破，既有經(jīng)久的沉思，又有一時(shí) 的頓悟。靈敏就是在創(chuàng)造性實(shí)踐和思考活動(dòng)的基礎(chǔ)上，思維運(yùn)動(dòng)發(fā)展到一定關(guān)節(jié)點(diǎn)時(shí)， 而產(chǎn)生的一種質(zhì)的飛躍。有關(guān)的調(diào)查和科學(xué)家們的自述表明，無論是文學(xué)家、藝術(shù)家、 還是自然科學(xué)家、社會(huì)科學(xué)家，他們在創(chuàng)造思維過程中不但都經(jīng)常出現(xiàn)靈感，而且其許 多新思想、新觀念的涌現(xiàn)、新思路的產(chǎn)生、新形象的形成，都與靈感密切相聯(lián)。大量事 例證明，靈感大多出現(xiàn)在思維長期緊張工作之后的暫時(shí)松馳狀態(tài)，如散步、釣魚、洗 澡、聽音樂、觀花賞月乃至睡夢中。此時(shí)，主體精神放松、抑制解除、遇想豐富、想象 活躍，右腦正處于積極活動(dòng)之中。不少事例還表明，靈感常常是受某事物的啟發(fā)而產(chǎn)生 的，這種起啟發(fā)作用的事物被稱之為“原型"o在我們周圍的客觀世界中，無處不隱蔽著大量的啟示，提供人們作為原型，以取得 豐富的創(chuàng)造性設(shè)想，發(fā)現(xiàn)原型與所要尋求事物的相似之處，看出它們之間的隱蔽關(guān)系， 也即從變化的背景和改變形式的事物中將所需要的東西再認(rèn)出來，是創(chuàng)造性突破的關(guān)鍵 一步。魯班被草割