認知神經科學的學科分支

1、,認知神經科學包括認知神經心理學、認知生理心理學、認知心理生理學、認知神經生物學以及計算神經科學等學科。,,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,,認知神經心理學：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，這是認知神經心理學的研究始端,,認知生理心理學：

2、以高等動物為研究對象，采用有創(chuàng)性的實驗技術，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,,認知神經生物學：以低等動物為實驗材料，采用多層次的生物技術，研究認知過程的細胞和分子水平上的腦機制。采用轉基因小鼠，研究長時記憶形成中基因調節(jié)蛋白的作用；轉基因方法研究腦退行性癡呆和抑郁癥的發(fā)病機制。,,計算神經科學：采用數(shù)學分析和建模的途徑解釋人類大腦如何調用各層次上的組件，包括分子、細胞、腦區(qū)、全腦，去實現(xiàn)人類的認

3、知活動。,,,認知神經科學,基礎研究,1、心智的功能與結構 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系，可以探索文化對大腦的塑造3、探索心智與大腦關系的方法,應用研究（服務于現(xiàn)實）,1、 臨床研究 ：通過干擾注意導向恢復抑郁癥患者的正常情緒調節(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

4、2）超常兒童的研究3）企業(yè)組織或學校：大腦訓練，提高大腦功能,,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”）,五、基本觀點,,,1、腦的結構和功能具有多層次性人腦是一個復雜巨系統(tǒng)，由約一千億個神經元細胞組成的高度組織化的器官，有不同種類的神經元和神經元集團、不同種類的神經介質和神經化學物質，不同種

5、類的神經通路和網絡，不同種類的神經電活動，但并非雜亂無章，而是具有明顯的多樣化的多層次結構。,全腦 系統(tǒng) 腦區(qū) 網絡神經元 突觸 分子,1 m 10 cm 1 cm 1 mm100 mm 1 mm 1 A,,,人腦首先開始于有生物活性的分子，包括各種神經遞質、神經調質、受體等。目前已經查明的神經遞質和調質有100多種，最主要的乙酰膽堿、5-羥色胺、多巴胺、谷氨

6、酸。在這些分子的基礎上形成亞細胞結構，如樹突、軸突等，各亞細胞結構組成神經元，神經元是腦的基本單元。,,神經元進一步構成簡單的神經網絡，如皮層功能柱。局部網絡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，每一層次結構都是由下一層次結構為單元組成的系統(tǒng)，具有下一層次結構所不具備的功能。,,腦結構的這種多層次性決定了腦具有諸多的功能層次，如：從外周神經到低級

7、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系，必須以腦的不同結構層次為基礎。,,2、腦的結構是其功能的基礎腦的結構是其功能的基礎，但結構與功能并非簡單的對應關系。一種功能需要腦的多種結構的參與，同時腦的一個結構可能參與多種功能。關于腦與心理的關系，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

8、限性。,,近些年來，研究者越來越意識到需要對定位學說進行修正。神經心理學、認知心理學并結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網絡，組成這些網絡的腦結構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。,,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上的定位觀。,,3、腦模擬研究腦模擬研究

9、是基于認知心理學和神經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，為認知神經科學關于認知過程的腦機制研究提供了獨特的視野。,六、當代認知神經科學研究熱點,,,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，經過十多年的努力，神經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

10、多重功能系統(tǒng)，主要突破表現(xiàn)在多重記憶模塊和復雜的認知功能系統(tǒng)。,,神經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注的研究課題。,,2、意識與無意識的腦機制研究這一領域的發(fā)展一方面直接涉及人類科學最大難題——腦與意識的本質；另一方面又關系到智能化

11、信息系統(tǒng)，智能化機器人等高新技術發(fā)展，將為人工智能研究開創(chuàng)新的境界。,,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，設計得當?shù)撵`長類動物或低等動物實驗模型也十分必要。,,不同層次上的實驗數(shù)據(jù)彼此支持是使這一領域深入發(fā)展的必由之路近年來，出現(xiàn)了關于意識的“全腦工作空間模型”， “復雜性模型”等。1988 巴爾斯

12、 全腦工作空間模型若賓 復雜性模型,,3、學習記憶的腦機制認知心理學和神經心理學研究發(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，包括重復啟動效應、知覺啟動效應，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。,,學習記憶的性質不同，其參與的腦結構也不同。神經生物學研究發(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

13、學習到記憶必須有腦內記憶相關的基因調節(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節(jié)蛋白激活所需時間相等。,,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化學環(huán)境。因此，作為學習記憶神經生物學基礎而言，突觸可塑性的研究已經成為近年來教育相關腦科學所關注的研究熱點。尋求腦發(fā)育和不同認知功能發(fā)展的關鍵期和可塑性是當代心理學與生理學共同熱衷的研究領域。,,90年代以來，采用基因敲除或轉基因技術培養(yǎng)出許多動物模型，對學習記憶

14、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成為國際上最活躍的研究領域之一，出現(xiàn)了眾多的研究課題，極大地豐富了認知神經科學的研究空間。,,4、個體差異的認知神經科學基礎對每個公民而言，哪個領域能夠最好地發(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和才氣，僅僅是教育家的經驗之談，缺乏系統(tǒng)的科學基礎。,,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

15、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。（控制加工與自動加工的特性及其相互轉化的規(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隱的無意識心理過程的特性；復雜心理過程的時序性）,,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腦功能參數(shù)。（腦細胞或不同腦區(qū)神經信息處理和能量代謝水平的差異；同一心理過程腦激活區(qū)大小、多少和激活水平的差異；,,將認知心理學和神