认知神经科学的学科分支

认知神经科学的学科分支第一页，共37页。

认知心理生理学：以人类为被试，以心理参数为自变量，记录和分析生理参数随心理认知活动而发生变化的规律。例利用多导仪进行测谎

第二页，共37页。认知神经心理学：以局部脑损伤病人为研究对象，通过局部脑损伤后的神经心理障碍，揭示认知活动的脑机制。1861年布洛卡根据脑损伤病理发现了言语运动中枢，这是认知神经心理学的研究始端第三页，共37页。认知生理心理学：以高等动物为研究对象，采用有创性的实验技术，研究认知过程的脑机制。通过细胞电记录的方法，研究学习记忆过程的脑机制第四页，共37页。认知神经生物学：以低等动物为实验材料，采用多层次的生物技术，研究认知过程的细胞和分子水平上的脑机制。采用转基因小鼠，研究长时记忆形成中基因调节蛋白的作用；转基因方法研究脑退行性痴呆和抑郁症的发病机制。第五页，共37页。计算神经科学：采用数学分析和建模的途径解释人类大脑如何调用各层次上的组件，包括分子、细胞、脑区、全脑，去实现人类的认知活动。第六页，共37页。分支学科研究层次研究对象研究方法认知神经心理学脑区、整脑脑损伤病人神经外科检查、神经心理测查、行为实验研究认知心理生理学脑区、整脑人类通过生理仪器记录生理信号认知生理心理学分子、细胞、脑区、整脑灵长类脑区损毁、单细胞电活动记录认知神经生物学分子、细胞、脑区从低等动物到哺乳动物生物化学测量、生物物理研究计算神经科学分子、细胞、脑区、整脑心理或智能理论、实验、计算第七页，共37页。认知神经科学第八页，共37页。基础研究1、心智的功能与结构

从感知觉、注意、记忆、情绪、思维、意识等方面找到通往心智与大脑关系的钥匙2、心智的起源

可以从细胞分子水平研究基因与心智过程的关系，可以探索文化对大脑的塑造3、探索心智与大脑关系的方法第九页，共37页。应用研究（服务于现实）1、

临床研究：通过干扰注意导向恢复抑郁症患者的正常情绪调节功能。2、激发人类智能的研究：1）军事训练：提高注意力、增强记忆力，提高心理韧性2）超常儿童的研究3）企业组织或学校：大脑训练，提高大脑功能第十页，共37页。3、大脑的“读”与“写”1）读取大脑信息：通过大脑意念来控制机器2）写入大脑的指令：通过某些手段，给大脑写入指令，让心智过程发生改变。

（科幻小说《三体》“思想钢印”）第十一页，共37页。五、基本观点第十二页，共37页。1、脑的结构和功能具有多层次性人脑是一个复杂巨系统，由约一千亿个神经元细胞组成的高度组织化的器官，有不同种类的神经元和神经元集团、不同种类的神经介质和神经化学物质，不同种类的神经通路和网络，不同种类的神经电活动，但并非杂乱无章，而是具有明显的多样化的多层次结构。第十三页，共37页。

全脑系统脑区网络神经元突触分子

1m10cm1cm1mm100mm1mm1A第十四页，共37页。人脑首先开始于有生物活性的分子，包括各种神经递质、神经调质、受体等。目前已经查明的神经递质和调质有100多种，最主要的乙酰胆碱、5-羟色胺、多巴胺、谷氨酸。在这些分子的基础上形成亚细胞结构，如树突、轴突等，各亚细胞结构组成神经元，神经元是脑的基本单元。第十五页，共37页。神经元进一步构成简单的神经网络，如皮层功能柱。局部网络又组成能完成一定功能活动的脑区，杏仁核、海马等。多个脑区可以组成功能系统，如视觉系统、听觉系统等。人脑由多个功能系统组成，每一层次结构都是由下一层次结构为单元组成的系统，具有下一层次结构所不具备的功能。第十六页，共37页。脑结构的这种多层次性决定了脑具有诸多的功能层次，如：从外周神经到低级中枢、皮层下中枢、高级中枢，从感觉到知觉、记忆、思维等即是这种功能层次的反映。因此要阐明心理与脑的关系，必须以脑的不同结构层次为基础。第十七页，共37页。2、脑的结构是其功能的基础脑的结构是其功能的基础，但结构与功能并非简单的对应关系。一种功能需要脑的多种结构的参与，同时脑的一个结构可能参与多种功能。关于脑与心理的关系，有两种观点：弗洛伦斯和拉什利为代表的“大脑皮层机能等势说”——布洛卡和潘菲尔德为代表的“大脑皮层机能定位说”。但两种学说均有其局限性。第十八页，共37页。近些年来，研究者越来越意识到需要对定位学说进行修正。神经心理学、认知心理学并结合脑功能成像研究分离出一些彼此独立的脑功能系统，但这些功能系统不同于计算机上可插拆的组件，他们在形态学上可能是彼此重叠或部分重叠的脑神经网络，组成这些网络的脑结构存在一定程度的动态变化，其变化取决于个体与环境的交互作用。第十九页，共37页。脑功能模块理论对纯粹的机能定位观进行了重大修正，从某种意义上是一种基于大脑整体功能基础上的定位观。第二十页，共37页。3、脑模拟研究脑模拟研究是基于认知心理学和神经生物学已有的理论或研究成果，通过编写计算机程序，建立脑模型来查明认知加工过程。计算神经科学立足于理论、实验、计算，通过建立脑模型来阐明脑的工作原理，为认知神经科学关于认知过程的脑机制研究提供了独特的视野。第二十一页，共37页。六、当代认知神经科学研究热点第二十二页，共37页。1、脑认知功能模块的实验性分离研究在70年代中期，研究者试图以脑功能模块取代等位说或定位说，经过十多年的努力，神经病学家和心理学家采用双分离方法学原则，发现了人脑功能模块性或多重功能系统，主要突破表现在多重记忆模块和复杂的认知功能系统。第二十三页，共37页。神经生理学家在猴等动物的实验研究中也积累了大量的科学事实，证明视觉功能存在着腹背侧系统，视觉的形成至少是枕叶、颞叶、顶叶、额叶的三十多个脑区的动态活动的结果。目前物体真实运动和似动知觉之间、幻觉和真实知觉之间的脑功能模块的异同是引起普遍关注的研究课题。第二十四页，共37页。2、意识与无意识的脑机制研究这一领域的发展一方面直接涉及人类科学最大难题——脑与意识的本质；另一方面又关系到智能化信息系统，智能化机器人等高新技术发展，将为人工智能研究开创新的境界。第二十五页，共37页。对意识与无意识过程进行了更为系统性的实验研究，这类研究一方面在认知实验设计上巧夺天工，另一方面又必须有适当的脑功能检测手段或严格挑选的脑损伤病人为实验对象。此外，设计得当的灵长类动物或低等动物实验模型也十分必要。第二十六页，共37页。不同层次上的实验数据彼此支持是使这一领域深入发展的必由之路近年来，出现了关于意识的“全脑工作空间模型”，“复杂性模型”等。1988巴尔斯全脑工作空间模型若宾复杂性模型第二十七页，共37页。3、学习记忆的脑机制认知心理学和神经心理学研究发现，人类的学习、记忆至少由五个以上的功能系统，实现着多种学习记忆功能，包括重复启动效应、知觉启动效应，语义系统，工作记忆和情景记忆的多重记忆，以及熟练技能学习，知觉学习，语义学习等多种学习模式。第二十八页，共37页。学习记忆的性质不同，其参与的脑结构也不同。神经生物学研究发现，学习中刺激呈现时间，学习之间的间隔期都制约着学习效果和长时记忆的形成。其原因在于，从学习到记忆必须有脑内记忆相关的基因调节蛋白的激活和基因表达。行为水平上所需的时间恰好与基因调节蛋白激活所需时间相等。第二十九页，共37页。细胞学研究表明，脑的个体发育中，突触形成需要一定的神经化学环境。因此，作为学习记忆神经生物学基础而言，突触可塑性的研究已经成为近年来教育相关脑科学所关注的研究热点。寻求脑发育和不同认知功能发展的关键期和可塑性是当代心理学与生理学共同热衷的研究领域。第三十页，共37页。90年代以来，采用基因敲除或转基因技术培养出许多动物模型，对学习记忆的分子生物学提供了新的研究手段。学习记忆的分子生物学研究已经成为国际上最活跃的研究领域之一，出现了众多的研究课题，极大地丰富了认知神经科学的研究空间。第三十一页，共37页。4、个体差异的认知神经科学基础对每个公民而言，哪个领域能够最好地发挥自己的聪明才智，是其面临的重大选择；对教育而言，虽然因材施教是理想的原则，但怎样评定教育对象的心理学素质和才气，仅仅是教育家的经验之谈，缺乏系统的科学基础。第三十二页，共37页。过去40年，认知心理学对人类信息加工过程进行精细的实验研究，概括出许多心理过程的基本特性，提供了理解心理过程个体差异的科学基础。（控制加工与自动加工的特性及其相互转化的规律；心理容量分配的基本特性和规律；外显的意识过程和内隐的无意识心理过程的特性；复杂心理过程的时序性）第三十三页，共37页。这些心理过程的机制，不但可以进行实验操作的客观研究，而且好可以找到许多与之并存的相应脑功能参数。