認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的學(xué)科分支

1、,認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)包括認(rèn)知神經(jīng)心理學(xué)、認(rèn)知生理心理學(xué)、認(rèn)知心理生理學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)生物學(xué)以及計(jì)算神經(jīng)科學(xué)等學(xué)科。,,認(rèn)知心理生理學(xué)： 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(rèn)知活動(dòng)而發(fā)生變化的規(guī)律。例 利用多導(dǎo)儀進(jìn)行測(cè)謊,,認(rèn)知神經(jīng)心理學(xué)：以局部腦損傷病人為研究對(duì)象，通過(guò)局部腦損傷后的神經(jīng)心理障礙，揭示認(rèn)知活動(dòng)的腦機(jī)制。1861年布洛卡根據(jù)腦損傷病理發(fā)現(xiàn)了言語(yǔ)運(yùn)動(dòng)中樞，這是認(rèn)知神經(jīng)心理學(xué)的研究始端,,認(rèn)知生理心理學(xué)：

2、以高等動(dòng)物為研究對(duì)象，采用有創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，研究認(rèn)知過(guò)程的腦機(jī)制。通過(guò)細(xì)胞電記錄的方法，研究學(xué)習(xí)記憶過(guò)程的腦機(jī)制,,認(rèn)知神經(jīng)生物學(xué)：以低等動(dòng)物為實(shí)驗(yàn)材料，采用多層次的生物技術(shù)，研究認(rèn)知過(guò)程的細(xì)胞和分子水平上的腦機(jī)制。采用轉(zhuǎn)基因小鼠，研究長(zhǎng)時(shí)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(jī)制。,,計(jì)算神經(jīng)科學(xué)：采用數(shù)學(xué)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(xì)胞、腦區(qū)、全腦，去實(shí)現(xiàn)人類的認(rèn)

3、知活動(dòng)。,,,認(rèn)知神經(jīng)科學(xué),基礎(chǔ)研究,1、心智的功能與結(jié)構(gòu) 從感知覺(jué)、注意、記憶、情緒、思維、意識(shí)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(xì)胞分子水平研究基因與心智過(guò)程的關(guān)系，可以探索文化對(duì)大腦的塑造3、探索心智與大腦關(guān)系的方法,應(yīng)用研究（服務(wù)于現(xiàn)實(shí)）,1、 臨床研究 ：通過(guò)干擾注意導(dǎo)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(xùn)練：提高注意力、增強(qiáng)記憶力，提高心理韌性

4、2）超常兒童的研究3）企業(yè)組織或?qū)W校：大腦訓(xùn)練，提高大腦功能,,3、大腦的“讀”與“寫(xiě)” 1）讀取大腦信息：通過(guò)大腦意念來(lái)控制機(jī)器 2）寫(xiě)入大腦的指令：通過(guò)某些手段，給大腦寫(xiě)入指令，讓心智過(guò)程發(fā)生改變。 （科幻小說(shuō)《三體》 “思想鋼印”）,五、基本觀點(diǎn),,,1、腦的結(jié)構(gòu)和功能具有多層次性人腦是一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，由約一千億個(gè)神經(jīng)元細(xì)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(tuán)、不同種類的神經(jīng)介質(zhì)和神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)，不同種

5、類的神經(jīng)通路和網(wǎng)絡(luò)，不同種類的神經(jīng)電活動(dòng)，但并非雜亂無(wú)章，而是具有明顯的多樣化的多層次結(jié)構(gòu)。,全腦 系統(tǒng) 腦區(qū) 網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元 突觸 分子,1 m 10 cm 1 cm 1 mm100 mm 1 mm 1 A,,,人腦首先開(kāi)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

6、酸。在這些分子的基礎(chǔ)上形成亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如樹(shù)突、軸突等，各亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成神經(jīng)元，神經(jīng)元是腦的基本單元。,,神經(jīng)元進(jìn)一步構(gòu)成簡(jiǎn)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(dòng)的腦區(qū)，杏仁核、海馬等。多個(gè)腦區(qū)可以組成功能系統(tǒng)，如視覺(jué)系統(tǒng)、聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)等。人腦由多個(gè)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。,,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(jí)

7、中樞、皮層下中樞、高級(jí)中樞，從感覺(jué)到知覺(jué)、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)。,,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(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一種功能需要腦的多種結(jié)構(gòu)的參與，同時(shí)腦的一個(gè)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(diǎn)：弗洛倫斯和拉什利為代表的“大腦皮層機(jī)能等勢(shì)說(shuō)”——布洛卡和潘菲爾德為代表的“大腦皮層機(jī)能定位說(shuō)”。但兩種學(xué)說(shuō)均有其局

8、限性。,,近些年來(lái)，研究者越來(lái)越意識(shí)到需要對(duì)定位學(xué)說(shuō)進(jìn)行修正。神經(jīng)心理學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)并結(jié)合腦功能成像研究分離出一些彼此獨(dú)立的腦功能系統(tǒng)，但這些功能系統(tǒng)不同于計(jì)算機(jī)上可插拆的組件，他們?cè)谛螒B(tài)學(xué)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(dòng)態(tài)變化，其變化取決于個(gè)體與環(huán)境的交互作用。,,腦功能模塊理論對(duì)純粹的機(jī)能定位觀進(jìn)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。,,3、腦模擬研究腦模擬研究

9、是基于認(rèn)知心理學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)已有的理論或研究成果，通過(guò)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序，建立腦模型來(lái)查明認(rèn)知加工過(guò)程。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)立足于理論、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算，通過(guò)建立腦模型來(lái)闡明腦的工作原理，為認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)關(guān)于認(rèn)知過(guò)程的腦機(jī)制研究提供了獨(dú)特的視野。,六、當(dāng)代認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究熱點(diǎn),,,1、腦認(rèn)知功能模塊的實(shí)驗(yàn)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(shuō)或定位說(shuō)，經(jīng)過(guò)十多年的努力，神經(jīng)病學(xué)家和心理學(xué)家采用雙分離方法學(xué)原則，發(fā)現(xiàn)了人腦功能模塊性或

10、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(rèn)知功能系統(tǒng)。,,神經(jīng)生理學(xué)家在猴等動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)研究中也積累了大量的科學(xué)事實(shí)，證明視覺(jué)功能存在著腹背側(cè)系統(tǒng)，視覺(jué)的形成至少是枕葉、顳葉、頂葉、額葉的三十多個(gè)腦區(qū)的動(dòng)態(tài)活動(dòng)的結(jié)果。目前物體真實(shí)運(yùn)動(dòng)和似動(dòng)知覺(jué)之間、幻覺(jué)和真實(shí)知覺(jué)之間的腦功能模塊的異同是引起普遍關(guān)注的研究課題。,,2、意識(shí)與無(wú)意識(shí)的腦機(jī)制研究這一領(lǐng)域的發(fā)展一方面直接涉及人類科學(xué)最大難題——腦與意識(shí)的本質(zhì)；另一方面又關(guān)系到智能化

11、信息系統(tǒng)，智能化機(jī)器人等高新技術(shù)發(fā)展，將為人工智能研究開(kāi)創(chuàng)新的境界。,,對(duì)意識(shí)與無(wú)意識(shí)過(guò)程進(jìn)行了更為系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)研究，這類研究一方面在認(rèn)知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上巧奪天工，另一方面又必須有適當(dāng)?shù)哪X功能檢測(cè)手段或嚴(yán)格挑選的腦損傷病人為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。此外，設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)撵`長(zhǎng)類動(dòng)物或低等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵彩直匾?,不同層次上的實(shí)驗(yàn)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(lái)，出現(xiàn)了關(guān)于意識(shí)的“全腦工作空間模型”， “復(fù)雜性模型”等。1988 巴爾斯

12、 全腦工作空間模型若賓 復(fù)雜性模型,,3、學(xué)習(xí)記憶的腦機(jī)制認(rèn)知心理學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人類的學(xué)習(xí)、記憶至少由五個(gè)以上的功能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)著多種學(xué)習(xí)記憶功能，包括重復(fù)啟動(dòng)效應(yīng)、知覺(jué)啟動(dòng)效應(yīng)，語(yǔ)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(xué)習(xí)，知覺(jué)學(xué)習(xí)，語(yǔ)義學(xué)習(xí)等多種學(xué)習(xí)模式。,,學(xué)習(xí)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(xué)研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)中刺激呈現(xiàn)時(shí)間，學(xué)習(xí)之間的間隔期都制約著學(xué)習(xí)效果和長(zhǎng)時(shí)記憶的形成。其原因在于，從

13、學(xué)習(xí)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(dá)。行為水平上所需的時(shí)間恰好與基因調(diào)節(jié)蛋白激活所需時(shí)間相等。,,細(xì)胞學(xué)研究表明，腦的個(gè)體發(fā)育中，突觸形成需要一定的神經(jīng)化學(xué)環(huán)境。因此，作為學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)而言，突觸可塑性的研究已經(jīng)成為近年來(lái)教育相關(guān)腦科學(xué)所關(guān)注的研究熱點(diǎn)。尋求腦發(fā)育和不同認(rèn)知功能發(fā)展的關(guān)鍵期和可塑性是當(dāng)代心理學(xué)與生理學(xué)共同熱衷的研究領(lǐng)域。,,90年代以來(lái)，采用基因敲除或轉(zhuǎn)基因技術(shù)培養(yǎng)出許多動(dòng)物模型，對(duì)學(xué)習(xí)記憶

14、的分子生物學(xué)提供了新的研究手段。學(xué)習(xí)記憶的分子生物學(xué)研究已經(jīng)成為國(guó)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(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究空間。,,4、個(gè)體差異的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)對(duì)每個(gè)公民而言，哪個(gè)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(duì)教育而言，雖然因材施教是理想的原則，但怎樣評(píng)定教育對(duì)象的心理學(xué)素質(zhì)和才氣，僅僅是教育家的經(jīng)驗(yàn)之談，缺乏系統(tǒng)的科學(xué)基礎(chǔ)。,,過(guò)去40年，認(rèn)知心理學(xué)對(duì)人類信息加工過(guò)程進(jìn)行精細(xì)的實(shí)驗(yàn)

15、研究，概括出許多心理過(guò)程的基本特性，提供了理解心理過(guò)程個(gè)體差異的科學(xué)基礎(chǔ)。（控制加工與自動(dòng)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(shí)過(guò)程和內(nèi)隱的無(wú)意識(shí)心理過(guò)程的特性；復(fù)雜心理過(guò)程的時(shí)序性）,,這些心理過(guò)程的機(jī)制，不但可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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)。（腦細(xì)胞或不同腦區(qū)神經(jīng)信息處理和能量代謝水平的差異；同一心理過(guò)程腦激活區(qū)大小、多少和激活水平的差異；,,將認(rèn)知心理學(xué)和神