数字与脑认知神经科学的研究前沿

数字与脑认知神经科学的研究前沿第1页/共75页

数字与脑：

认知神经科学的研究前沿第2页/共75页Pre-talk

认知神经科学——新世纪的科学前沿科学发展的需要社会发展的需求第3页/共75页第4页/共75页20世纪以来，人类对脑的神经生物活动有了更深入的认识；但对脑的高级功能的认识却相对较为贫乏第5页/共75页认知神经科学二十一世纪的主导学科信息科学生命科学认知科学行为科学第6页/共75页认知神经科学的研究层面心理与认知层面全脑层面脑区层面网络层面细胞层面分子层面第7页/共75页PETfMRI第8页/共75页世界上的大规模脑研究计划脑的十年美国，1989保护脑欧洲脑十年欧共体，1991了解脑/保护脑脑的世纪日本，1996了解脑/保护脑/创造脑日美脑研究合作项目,2000欧美脑研究联盟,1996人类脑计划，1993太空脑科学实验计划，1998第9页/共75页世界认知神经科学的研究机构概况美国Harvard：四个专门实验室MIT：约300名专门研究人员UCLA：200余名专门研究人员德克萨斯大学：拥有fMRI、PET、MET、SPECT、MPLSM等研究设备欧洲Oxford：20余名教授从事专门研究Cambridge：100余名专门研究人员，fMRI、PET等研究设备日本脑科学综合研究中心：约400名专门研究人员，fMRI、PET等研究设备第10页/共75页Science与Nature杂志1995年来脑研究领域论文增长第11页/共75页中国的自然资源状况我国自然资源人均占有量与世界人均水平的差距第12页/共75页中国的人口资源状况世界上人口最多的国家20.9%世界上劳动力人口最多的国家25.9%中国根据1999年统计数据第13页/共75页中国人口中各类认知障碍的发生率

儿童群体阅读障碍： 5－7％ 1700万计算障碍： 3－8％ 1800万注意缺陷障碍： 5－8％ 1500万学习障碍： 8－20％ 5000万老年群体老年痴呆病： 4－10％ 3000万第14页/共75页人力资源大国人口大国人力资源的开发人脑的开发第15页/共75页Abstract数字感：天生数字“狂”Numbersense:Naturalbornnumbers语言与空间：数字的“两条腿”LanguageandSpace:Twolegsfornumber天才与白痴：数字认知的特异性GeniusandIdiot:Specificnumericalskills第16页/共75页1NumberSenseGodcreatedtheintegers,allelseistheworkofman.

LeopoldKroenecker(1823-1891)TrinityofGod第17页/共75页Wherearenumbersfrom?ArenumberscomingintoourbrainbyNature,orbyNurture?种系发生学的证据Phylogeneticevidence:fromanimaltohuman个体发生学的证据Ontogeneticevidence: frominfanttoadult认知科学的证据Cognitiveevidence: specificeffect神经科学的证据Neuralevidence: distinctarea第18页/共75页第19页/共75页Doanimalsknownumbers?CleverHans第20页/共75页Chimpanzeecanremembernumbers!第21页/共75页Testinganimals’numberknowledgeDiscriminationQuantification第22页/共75页第23页/共75页第24页/共75页第25页/共75页第26页/共75页LargebutApproximateCoresystem1:Largerapproximaterepresentationtosets’magnitudePlatt,1975Hauser,2003RatsCatsRacoonsPigeonsParrotsDolphinsRhesusMonkeysTamarinsChimps第27页/共75页ExactbutSmallCoresystem2:Smallerpreciserepresentationofdistinctindividuals第28页/共75页Doinfantsknownumbers?第29页/共75页Testinginfants’numberknowledgeHabituationViolation-of-Expectation第30页/共75页HabituationXu,2000Habituatedwith8objectsPresentedwithobjectsin8oranothernumberWhichwillattractinfants’attention第31页/共75页Violation-of-ExpectationWynn,1998第32页/共75页Coresystem1&2Feigensen,2002第33页/共75页Aretherespecificeffects?第34页/共75页SubitizingandCountingCoresystem1Coresystem2Piazza,2003第35页/共75页1 2第36页/共75页2 3第37页/共75页4 5第38页/共75页3 7第39页/共75页7 8第40页/共75页DistanceeffectandSizeeffectBrannon,2002第41页/共75页Isitlinkedwithdistinctbrainareas?第42页/共75页Coresystem1&2Coresystem1Coresystem2BilateralHIPS双侧顶内沟Rightextrastriateregion右侧视区Piazza,2003Sathian,1999第43页/共75页Themostimportantcandidate:

Bilateralhorizontalsegmentofintraparietalsulcus

HIPS双侧顶内沟水平部Dehaene,2003第44页/共75页ActivationinHIPSvariedwithnumberdistancePinel,2001第45页/共75页2LanguageandSpaceWordsandlanguage,whetherwrittenorspoken,donotseemtoplayanypartinmythoughtprocesses.Thepsychologicalentitiesthatserveasbuildingblocksformythoughtarecertainsignsorimages,moreorlessclear,thatIcanreproduceandrecombineatwill.

AlbertEinstein(1823-1891)第46页/共75页TwodynamictracksAnimalsHumanInfantChildrenAdultPhylogeneticOntogenetic第47页/共75页Pirahã

tribeinBrasil:

peoplewithoutnumberhói(one),hoì(two),baagi/aibai(many)第48页/共75页Pirahã

tribeinBrasil:

peoplewithoutnumberCountingImitationtoknocking第49页/共75页NumericalcognitionofPirahãa.h.Gordon,2004第50页/共75页AnotherExample:MundurukuPica,2004第51页/共75页Approximationvs.CalculationDehaene,1999第52页/共75页NumbersysteminancientEgypt第53页/共75页NumbersysteminShang第54页/共75页CountingmakenumberexactVerbalcountingOne-oneprincipleStableorderprincipleCardinalprincipleOrderirrelevantprincipleAbstractionprincipleCountingLearningOneTwoThreeAll第55页/共75页Howdoesithappen?Coresystem1Coresystem2IndividualSet123456Successorfunctionmanyonetwothreefourfivesix第56页/共75页SpaceandNumber第57页/共75页SNARCeffect

Spatial-NumericalAssociationofResponseCode1 2 3 4 5 6 7 8 9LeftHandRightHand第58页/共75页SpaceConflictwithNumber 3 5 3 5 3 5第59页/共75页Knotsystem:Countinglistinhominids第60页/共75页BodyandNumber第61页/共75页MentalNumberLine1 2 3456789 ……第62页/共75页SpaceisessentialincalculationVenkatraman,2004Zago,2001Zhang,unpublished第63页/共75页3GeniusandIdiot第64页/共75页CalculationDisorder数字理解与数量操作受损，数学运算正常数学运算受损，数字理解与数量操作正常第65页/共75页DevelopmentalDyscalculia第66页/共75页ItlinkedwithHIPSAbnormality Lemar,2003;Issacs,2000第67页/共75页ACalculationProdigyPesenti,2000第68页/共75页AbacusAbacusisakindofcomputationaldevicescreatedbyChinesepeople.Ithasverysimplestructure,canbemasteredeasily,