认知神经科学

关于认知神经科学第一页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第一节认知神经科学概述一、心身关系问题第二页，共六十八页，编辑于2023年，星期三二、什么是认知神经科学（一）概念认知神经科学（CognitiveNeuroscience）旨在阐明心理活动尤其是人类心理活动的脑基础，以揭示心理与脑的关系。P33定义第三页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

认知神经科学这一学科名称诞生于二十世纪七十年代后期,该学科是认知科学与神经科学相互结合,于九十年代得到国际学术界公认的一门新兴学科,被认为是二十一世纪最有发展前景的自然科学前沿研究领域之一。第四页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

认知神经科学建立在现代认知科学和神经科学的基础上,具有高度的跨学科性、学科交叉性。它作为一门正式学科的历史虽然很短,但其关于人类心理活动的研究已取得了一些实质性突破。第五页，共六十八页，编辑于2023年，星期三（二）基本理论假设脑的结构与功能具有多层次性脑的结构是脑功能的基础,但结构与功能之间不存在简单的对应关系。第六页，共六十八页，编辑于2023年，星期三（三）主要研究目的为心灵的理论构想探寻物质的证据将具体发现与理论模型相联系探寻脑的病理机制与行为之间的关联建立更具说服力的理论模型人工智能更深入地探究人脑第七页，共六十八页，编辑于2023年，星期三三、人类对脑的探索灰质(graymatter)和白质(whitematter)沟(sulci)和回(gyri)的发现神经的电活动颅相学(phrenology)的观点第八页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

加拿大心理学家Hebb用了20年时间与Penfield和Lashley等人合作，终于在1949年出版了《行为的组织》(OrganizationofBehavior)一书，为现代认知科学奠定了基础。

第九页，共六十八页，编辑于2023年，星期三1949,Hebb率先使用connectionism（联结主义）这一术语对人的大脑模型进行了描述,并提出了著名的算法规则又称Hebb规则（定律）。第十页，共六十八页，编辑于2023年，星期三赫布定律基于以下基本假设：共同激活的神经元成为联合。联合能发生在相邻的或疏远的神经元间，即整个皮层是联合存储。如果神经元成为联合，它们将发展成为功能体或细胞集合。第十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

他的《行为的组织》一书中有一个后来被广泛引用的段落：“当细胞A的一个轴突和细胞B很近，足以对它产生影响，并且持久地、不断地参与了对细胞B的兴奋，那么在这两个细胞或其中之一会发生某种生长过程或新陈代谢变化，以致于A作为能使B兴奋的细胞之一，它的影响加强了。”这个机制以及某些类似规则，现在称为赫布定律，又称突触学习学说。第十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期三脑的构造

脑的构造大体分为三个部分，即后脑、中脑和前脑后脑包括小脑和延髓

中脑包括脑干的一部分，主要机能是视觉的皮层下反射中枢前脑的主体是大脑，是中枢神经系统中最大的结构重量约为1400克，在大脑左右两半球之间由中央沟区分，两个半球之间则由胼胝体连接

第十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期三脑功能PierreFlourens的“大脑机能统一说”Lashley的“大脑皮层机能等势说”Broca的机能定位Brodmann分区从机能定位说到整体活动说第十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期三大脑左半球的分区功能第十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期三串行加工与并行加工第二十页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第二节神经科学常用探测技术多导细胞电活动记录脑成像技术的发展时间分辨率(temporalresolution)和空间分辨率(spatialresolution)第二十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期三认知神经科学试图通过先进技术手段获得关于大脑结构与功能的重要信息，寻找涉及不同认知活动的大脑区域，界定各区域的活动顺序等。第二十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期三一、单细胞记录(single—unitrecording)将微电极(micro．electrode)插进动物大脑以获得细胞膜外电位(extracellularpotential)记录。第二十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期三在静息状态下，膜内外大约有70毫伏——90毫伏的负电位差，膜内比膜外略带负电的电位差，使细胞膜发生极化现象，称为静息电位

在神经元的内、外部具有带电离子，细胞膜外带正电荷的钠离子（Na＋）和带负电荷的氯离子（Clˉ），细胞膜内则是带正电荷的钾离子（K＋）和带负电荷的生物大分子第二十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期三当神经元受到足够强的刺激时，细胞膜的通透性迅速变化钠离子比钾离子和氯离子更容易通过细胞膜，使钠离子内流，膜内电位迅速上升，并高过膜外电位，使细胞膜内相对于细胞膜外变成正极，出现去极化状态，这种电位变化即为动作电位

第二十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第二十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期三二、脑电图（EEGMeasurement）第二十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期三脑电图(electroencephalogram，EEG)是通过在头皮表面记录大脑内部的电活动情况而获得的。大脑内部非常微小的电变化都能被置于头皮表面的电极记录到。这些变化可通过示波器中的阴极射线管而得以显示。第二十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

脑电图(EEG)是研究和检查大脑半球神经元细胞自发放电活动，通过电子放大器并记录下来，客观反映大脑功能状态的一种检测技术。因其方法简便无创、价格低廉而广泛用于颅脑疾病的诊断和研究。

第二十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期三EEGandEvokedPotentialsEEGEvokedPotentials第三十页，共六十八页，编辑于2023年，星期三不足之处EEG的关键问题是脑电活动的自发性或大量的背景活动阻碍了对刺激引起的信息加工活动的记录。第三十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期三三、事件相关电位(event—relatedpotentials，ERP)1965年Sotton最早发现，在“认知”某种靶刺激时(奇异刺激)，可从头皮记录到一组波，主要有N1、P2、N2、P300，统称事件相关电位。第三十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

多次呈现相同刺激，随后，每一刺激呈现后的EEG片段被抽取出来并根据刺激的触发时间加以排列。把这些EEG片段叠加后平均就获得一个单一波形。这样一来，我们通过这种技术就从脑电图记录中获得了事件相关电位，从而允许我们把刺激的效应从背景活动中分离出来。第三十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

ERP和许多认知过程的密切相关的联系，使得ERP成为了解认知神经基础的最主要的信息来源，这些认知过程包括心理判断、理解、辨识、注意、选择、做出决定、定向反应和某些语言功能等。第三十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第三十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第三十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期三评价事件相关电位可提供关于大脑活动的更具体的时间信息，同时也有非常广泛的临床用途。事件相关电位并不能提供关于脑功能定位方面的精确信息。第三十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期三四、正电子发射断层扫描（PET）

第三十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

正电子发射层析摄影术(positronemissiontomography）简称PET扫描。它的基本原理是：给被试注射含放射性同位素的示踪物，同位素放出的正电子，与脑内的负电子发生湮灭而释放出γ-射线。通过记录γ-射线在大脑中的位置分布，可以测量区域脑代谢率和区域脑血流的改变，以此反映大脑的功能活动变化。第三十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期三评价较高的空间分辨率时间分辨率很低只能间接测量有关的神经活动属于侵袭性技术第四十页，共六十八页，编辑于2023年，星期三五、磁共振成像(MRI和fMRI)

磁共振成像(magneticresonanceimaging，MRI)的原理是利用电磁场去兴奋大脑中的原子。这一过程所导致的磁场变化被一台环绕患者磁体所检测，这些变化进而由计算机转化成一幅非常精确的三维图像。

第四十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第四十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

其基本原理为：被激活的大脑皮层功能区的局部血流量较静止时明显增加,同时该区脑组织耗氧量亦有增加，且被激活的功能区耗氧量增加幅度远远小于血流量的增加幅度,从而造成局部微循环内氧合血红蛋白量增加,脱氧血红蛋白量相对下降,使该区磁化率发生变化,造成在T2加权像上局部信号增加。第四十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期三功能磁共振成像（FunctionalMRI，fMRI）是神经科学领域的一种全新的研究手段，通过神经元活动时大脑的血液动力学反应，如血容量、血流量及血氧水平的变化来定位大脑的功能活动区，与其他研究方法相比，具有较高的空间分辨率和时间分辨率,以及较好的可重复性和可行性，近年来受到广泛重视。第四十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期三评价高的时间和空间分辨率高安全性的技术只能对神经活动进行间接测量

第四十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期三六、脑磁图(MEG)脑磁图(magneto—encephalography，MEG)运用一个超导量子干扰装置来测量脑电活动的磁场变化。

第四十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第四十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期三评价磁场信号相对直接地反映了神经活动的变化能提供有关认知过程的相当具体的时间信息，时间分辨率达毫秒级。无侵袭，无损伤的脑功能检测技术

不能提供结构或解剖信息第四十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期三裂脑人研究第四十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期三第三节认知心理学经典研究方法简介第五十页，共六十八页，编辑于2023年，星期三一、反应时测量法

反应时（reactiontime，简称RT）刺激作用于有机体后到其作出明显反应所需要的时间，即刺激与反应之间的间隔。

第五十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期三1.减法反应时（subtractivemethod）

用两种反应时的差数来判定某个心理过程的存在。在研究快速信息加工过程如识别、短时记忆应用这种方法。目的是测量包含在复杂反应中的辨别、选择等心理过程所需的时间。第五十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期三（F.C.Donders,1968)复杂反应时间与简单反应时间的差别，就是包含在复杂反应中的心理过程所需要的时间

简单反应时（simplereactiontime）RT1复杂反应时（complexreactiontime）RT2复杂反应时RT3

辨别过程时间=RT2－RT1

选择过程时间=RT3－RT2第五十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期三唐德斯反应时（DondersABCofreactiontime)刺激反应唐德斯A反应刺激反应唐德斯B反应唐德斯C反应刺激反应A反应时C反应时C—AB反应时C反应时B—C基线时间选择时间辨别时间第五十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期三例：短时记忆的编码实验（Posner，1969-1970）Aa对AA对

00.52字母间隔时间/s反应时ms第五十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期三参数a星形在十字之下a+t0

星形在十字之上t0参数c星形在十字之上t0

十字在星形之上c+t0参数b+d星形在十字之下a+t0

星形不在十字之下a+b+d+t0

第五十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期三2.相加因素法（S.Sternberg,1969)

相加因素法实验的基本思路为：如果可以确定一个信息加工过程有某一独立过程，那么，当加工过程包含该过程时，可以看到信息加工总时间的显著变化，如果该过程不是一个独立的加工过程，那么当加工过程包含该过程时，加工总时间不会发生显著化变化。

使用相应因数法实验可以证实信息加工过程是否包含一个假定的环节。第五十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期三经典实验（Sternberg)

短时记忆提取实验表明，字母转换的信息加工过程经过四个阶段：

刺激编码阶段

顺序比较阶段

决策阶段

反应组织阶段

第五十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

不同的阶段所进行的信息加工是相互独立的。如下图所示：第五十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期三3.开窗实验

通过特定的技术将被试各信息加工阶段所用时间直接进行测量。“开窗”实验的目的是采用“开窗”技术，将大脑进行信息加工过程及其所使用时间直接地测量出来。使用研究者可以清楚感知该过程。

第六十页，共六十八页，编辑于2023年，星期三

字母转换实验就是一种比较典型的“开窗”实验方法。它可以较清晰地反应在进行字母转换的信息加工过程中，信息加工所经历的各个阶段，而且计算出该过程所需要的时间。第六十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期三经典实验（Hockeyt等，1981）

实验的设计：向被试出视一个字母加一个数字的卡片，如“E+3”，要求被试说出该字母后数字表示的字母，如被试看到“E+3”,应该说“h”，然后翻看下一张...

第六十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期三反应时研究的局限性

1、速度-正确率权衡问题：被试为了追求速度而牺牲回答的正确性，或者在反应过程使用猜测的策略，以提高正确率和速度。

2、系列加工与平行加工问