認知神經(jīng)科學的學科分支

認知神經(jīng)科學的學科分支第一頁，共37頁。

認知心理生理學：以人類為被試，以心理參數(shù)為自變量，記錄和分析生理參數(shù)隨心理認知活動而發(fā)生變化的規(guī)律。例利用多導儀進行測謊

第二頁，共37頁。認知神經(jīng)心理學：以局部腦損傷病人為研究對象，通過局部腦損傷后的神經(jīng)心理障礙，揭示認知活動的腦機制。1861年布洛卡根據(jù)腦損傷病理發(fā)現(xiàn)了言語運動中樞，這是認知神經(jīng)心理學的研究始端第三頁，共37頁。認知生理心理學：以高等動物為研究對象，采用有創(chuàng)性的實驗技術(shù)，研究認知過程的腦機制。通過細胞電記錄的方法，研究學習記憶過程的腦機制第四頁，共37頁。認知神經(jīng)生物學：以低等動物為實驗材料，采用多層次的生物技術(shù)，研究認知過程的細胞和分子水平上的腦機制。采用轉(zhuǎn)基因小鼠，研究長時記憶形成中基因調(diào)節(jié)蛋白的作用；轉(zhuǎn)基因方法研究腦退行性癡呆和抑郁癥的發(fā)病機制。第五頁，共37頁。計算神經(jīng)科學：采用數(shù)學分析和建模的途徑解釋人類大腦如何調(diào)用各層次上的組件，包括分子、細胞、腦區(qū)、全腦，去實現(xiàn)人類的認知活動。第六頁，共37頁。分支學科研究層次研究對象研究方法認知神經(jīng)心理學腦區(qū)、整腦腦損傷病人神經(jīng)外科檢查、神經(jīng)心理測查、行為實驗研究認知心理生理學腦區(qū)、整腦人類通過生理儀器記錄生理信號認知生理心理學分子、細胞、腦區(qū)、整腦靈長類腦區(qū)損毀、單細胞電活動記錄認知神經(jīng)生物學分子、細胞、腦區(qū)從低等動物到哺乳動物生物化學測量、生物物理研究計算神經(jīng)科學分子、細胞、腦區(qū)、整腦心理或智能理論、實驗、計算第七頁，共37頁。認知神經(jīng)科學第八頁，共37頁?；A(chǔ)研究1、心智的功能與結(jié)構(gòu)

從感知覺、注意、記憶、情緒、思維、意識等方面找到通往心智與大腦關(guān)系的鑰匙2、心智的起源

可以從細胞分子水平研究基因與心智過程的關(guān)系，可以探索文化對大腦的塑造3、探索心智與大腦關(guān)系的方法第九頁，共37頁。應(yīng)用研究（服務(wù)于現(xiàn)實）1、

臨床研究：通過干擾注意導向恢復(fù)抑郁癥患者的正常情緒調(diào)節(jié)功能。2、激發(fā)人類智能的研究：1）軍事訓練：提高注意力、增強記憶力，提高心理韌性2）超常兒童的研究3）企業(yè)組織或?qū)W校：大腦訓練，提高大腦功能第十頁，共37頁。3、大腦的“讀”與“寫”1）讀取大腦信息：通過大腦意念來控制機器2）寫入大腦的指令：通過某些手段，給大腦寫入指令，讓心智過程發(fā)生改變。

（科幻小說《三體》“思想鋼印”）第十一頁，共37頁。五、基本觀點第十二頁，共37頁。1、腦的結(jié)構(gòu)和功能具有多層次性人腦是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)，由約一千億個神經(jīng)元細胞組成的高度組織化的器官，有不同種類的神經(jīng)元和神經(jīng)元集團、不同種類的神經(jīng)介質(zhì)和神經(jīng)化學物質(zhì)，不同種類的神經(jīng)通路和網(wǎng)絡(luò)，不同種類的神經(jīng)電活動，但并非雜亂無章，而是具有明顯的多樣化的多層次結(jié)構(gòu)。第十三頁，共37頁。

全腦系統(tǒng)腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元突觸分子

1m10cm1cm1mm100mm1mm1A第十四頁，共37頁。人腦首先開始于有生物活性的分子，包括各種神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)質(zhì)、受體等。目前已經(jīng)查明的神經(jīng)遞質(zhì)和調(diào)質(zhì)有100多種，最主要的乙酰膽堿、5-羥色胺、多巴胺、谷氨酸。在這些分子的基礎(chǔ)上形成亞細胞結(jié)構(gòu)，如樹突、軸突等，各亞細胞結(jié)構(gòu)組成神經(jīng)元，神經(jīng)元是腦的基本單元。第十五頁，共37頁。神經(jīng)元進一步構(gòu)成簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如皮層功能柱。局部網(wǎng)絡(luò)又組成能完成一定功能活動的腦區(qū)，杏仁核、海馬等。多個腦區(qū)可以組成功能系統(tǒng)，如視覺系統(tǒng)、聽覺系統(tǒng)等。人腦由多個功能系統(tǒng)組成，每一層次結(jié)構(gòu)都是由下一層次結(jié)構(gòu)為單元組成的系統(tǒng)，具有下一層次結(jié)構(gòu)所不具備的功能。第十六頁，共37頁。腦結(jié)構(gòu)的這種多層次性決定了腦具有諸多的功能層次，如：從外周神經(jīng)到低級中樞、皮層下中樞、高級中樞，從感覺到知覺、記憶、思維等即是這種功能層次的反映。因此要闡明心理與腦的關(guān)系，必須以腦的不同結(jié)構(gòu)層次為基礎(chǔ)。第十七頁，共37頁。2、腦的結(jié)構(gòu)是其功能的基礎(chǔ)腦的結(jié)構(gòu)是其功能的基礎(chǔ)，但結(jié)構(gòu)與功能并非簡單的對應(yīng)關(guān)系。一種功能需要腦的多種結(jié)構(gòu)的參與，同時腦的一個結(jié)構(gòu)可能參與多種功能。關(guān)于腦與心理的關(guān)系，有兩種觀點：弗洛倫斯和拉什利為代表的“大腦皮層機能等勢說”——布洛卡和潘菲爾德為代表的“大腦皮層機能定位說”。但兩種學說均有其局限性。第十八頁，共37頁。近些年來，研究者越來越意識到需要對定位學說進行修正。神經(jīng)心理學、認知心理學并結(jié)合腦功能成像研究分離出一些彼此獨立的腦功能系統(tǒng)，但這些功能系統(tǒng)不同于計算機上可插拆的組件，他們在形態(tài)學上可能是彼此重疊或部分重疊的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，組成這些網(wǎng)絡(luò)的腦結(jié)構(gòu)存在一定程度的動態(tài)變化，其變化取決于個體與環(huán)境的交互作用。第十九頁，共37頁。腦功能模塊理論對純粹的機能定位觀進行了重大修正，從某種意義上是一種基于大腦整體功能基礎(chǔ)上的定位觀。第二十頁，共37頁。3、腦模擬研究腦模擬研究是基于認知心理學和神經(jīng)生物學已有的理論或研究成果，通過編寫計算機程序，建立腦模型來查明認知加工過程。計算神經(jīng)科學立足于理論、實驗、計算，通過建立腦模型來闡明腦的工作原理，為認知神經(jīng)科學關(guān)于認知過程的腦機制研究提供了獨特的視野。第二十一頁，共37頁。六、當代認知神經(jīng)科學研究熱點第二十二頁，共37頁。1、腦認知功能模塊的實驗性分離研究在70年代中期，研究者試圖以腦功能模塊取代等位說或定位說，經(jīng)過十多年的努力，神經(jīng)病學家和心理學家采用雙分離方法學原則，發(fā)現(xiàn)了人腦功能模塊性或多重功能系統(tǒng)，主要突破表現(xiàn)在多重記憶模塊和復(fù)雜的認知功能系統(tǒng)。第二十三頁，共37頁。神經(jīng)生理學家在猴等動物的實驗研究中也積累了大量的科學事實，證明視覺功能存在著腹背側(cè)系統(tǒng)，視覺的形成至少是枕葉、顳葉、頂葉、額葉的三十多個腦區(qū)的動態(tài)活動的結(jié)果。目前物體真實運動和似動知覺之間、幻覺和真實知覺之間的腦功能模塊的異同是引起普遍關(guān)注的研究課題。第二十四頁，共37頁。2、意識與無意識的腦機制研究這一領(lǐng)域的發(fā)展一方面直接涉及人類科學最大難題——腦與意識的本質(zhì)；另一方面又關(guān)系到智能化信息系統(tǒng)，智能化機器人等高新技術(shù)發(fā)展，將為人工智能研究開創(chuàng)新的境界。第二十五頁，共37頁。對意識與無意識過程進行了更為系統(tǒng)性的實驗研究，這類研究一方面在認知實驗設(shè)計上巧奪天工，另一方面又必須有適當?shù)哪X功能檢測手段或嚴格挑選的腦損傷病人為實驗對象。此外，設(shè)計得當?shù)撵`長類動物或低等動物實驗?zāi)Ｐ鸵彩直匾?。第二十六頁，?7頁。不同層次上的實驗數(shù)據(jù)彼此支持是使這一領(lǐng)域深入發(fā)展的必由之路近年來，出現(xiàn)了關(guān)于意識的“全腦工作空間模型”，“復(fù)雜性模型”等。1988巴爾斯全腦工作空間模型若賓復(fù)雜性模型第二十七頁，共37頁。3、學習記憶的腦機制認知心理學和神經(jīng)心理學研究發(fā)現(xiàn)，人類的學習、記憶至少由五個以上的功能系統(tǒng)，實現(xiàn)著多種學習記憶功能，包括重復(fù)啟動效應(yīng)、知覺啟動效應(yīng)，語義系統(tǒng)，工作記憶和情景記憶的多重記憶，以及熟練技能學習，知覺學習，語義學習等多種學習模式。第二十八頁，共37頁。學習記憶的性質(zhì)不同，其參與的腦結(jié)構(gòu)也不同。神經(jīng)生物學研究發(fā)現(xiàn)，學習中刺激呈現(xiàn)時間，學習之間的間隔期都制約著學習效果和長時記憶的形成。其原因在于，從學習到記憶必須有腦內(nèi)記憶相關(guān)的基因調(diào)節(jié)蛋白的激活和基因表達。行為水平上所需的時間恰好與基因調(diào)節(jié)蛋白激活所需時間相等。第二十九頁，共37頁。細胞學研究表明，腦的個體發(fā)育中，突觸形成需要一定的神經(jīng)化學環(huán)境。因此，作為學習記憶神經(jīng)生物學基礎(chǔ)而言，突觸可塑性的研究已經(jīng)成為近年來教育相關(guān)腦科學所關(guān)注的研究熱點。尋求腦發(fā)育和不同認知功能發(fā)展的關(guān)鍵期和可塑性是當代心理學與生理學共同熱衷的研究領(lǐng)域。第三十頁，共37頁。90年代以來，采用基因敲除或轉(zhuǎn)基因技術(shù)培養(yǎng)出許多動物模型，對學習記憶的分子生物學提供了新的研究手段。學習記憶的分子生物學研究已經(jīng)成為國際上最活躍的研究領(lǐng)域之一，出現(xiàn)了眾多的研究課題，極大地豐富了認知神經(jīng)科學的研究空間。第三十一頁，共37頁。4、個體差異的認知神經(jīng)科學基礎(chǔ)對每個公民而言，哪個領(lǐng)域能夠最好地發(fā)揮自己的聰明才智，是其面臨的重大選擇；對教育而言，雖然因材施教是理想的原則，但怎樣評定教育對象的心理學素質(zhì)和才氣，僅僅是教育家的經(jīng)驗之談，缺乏系統(tǒng)的科學基礎(chǔ)。第三十二頁，共37頁。過去40年，認知心理學對人類信息加工過程進行精細的實驗研究，概括出許多心理過程的基本特性，提供了理解心理過程個體差異的科學基礎(chǔ)。（控制加工與自動加工的特性及其相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律；心理容量分配的基本特性和規(guī)律；外顯的意識過程和內(nèi)隱的無意識心理過程的特性；復(fù)雜心理過程的時序性）第三十三頁，共37頁。這些心理過程的機制，不但可以進行實驗操作的客觀研究，而且好可以找到許多與之并存的相應(yīng)腦功能參數(shù)。