腦與認知腦科學概述

關(guān)于腦與認知腦科學概述第1頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六本節(jié)的中心問題是：什么是腦科學？腦科學的研究內(nèi)容腦科學的研究方法第2頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六腦科學：狹義的定義：就是神經(jīng)科學，是為了了解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細胞水平、細胞間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統(tǒng)內(nèi)的整合作用而進行的研究。（美國神經(jīng)科學學會）廣義的定義：是研究腦的結(jié)構(gòu)和功能的科學，還包括認知神經(jīng)科學等。

第3頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六二十一世紀是腦科學時代在「TheBrian」前言：

→“二十一世紀是腦的世紀”。五十年代→六次諾貝爾醫(yī)學獎腦科學研究者以美國為中心每年以20%速度遞增。第4頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六腦科學的研究范圍第5頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六1.2.1腦科學的研究現(xiàn)狀第6頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六腦科學在美國1989年美國腦科學計劃：

→把本世紀的最后十年命名為“腦的十年”，重點是保護腦，防治腦疾病。一九九二年，啟動「人類腦計劃」：

→會員國已有20多個。

新世紀開始：科學基金會、商務部

“聚合四大技術(shù)，提高人類素質(zhì)”計劃第7頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六腦科學在歐洲英國：“認知與腦科學研究所”→研究方向有：注意、認知和情緒、語言和交流、記憶和知識等。巴黎：“信息處理”課題（2000年）→人文與社會科學部同工程科學部和符號處理技術(shù)與自動化技術(shù)部的合作項目；→學習、推理、創(chuàng)造活動和語言表達等的信息軟件。第8頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六腦科學在日本一九九六年，制定了為期十年的「腦科學時代」計劃，計劃每年投入1千億日元。其主要研究內(nèi)容為：了解腦——闡明腦功能保護腦——征服腦疾患創(chuàng)造腦——開發(fā)腦型計算機第9頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六腦科學在韓國“腦神經(jīng)信息學研究規(guī)劃（BNRP規(guī)劃）：→強調(diào)目標明確的多學科梯隊研究，發(fā)展基于腦信息加工機制的“人類化(Human―like)”的功能?！葟囊暵犇K著手，在第二階段中首先實現(xiàn)人工視覺和聽覺。而整個規(guī)劃的整合需到2008年才進行。與哈佛大學腦影像中心和德國(Siemens)聯(lián)合進行協(xié)作研究。第10頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六腦科學在中國“香山科學會議”（一九九三年）：→將腦科學列為國家研發(fā)重點，腦認知科學研究列為「十五」國家規(guī)劃重點發(fā)展學科。二○○一年，中國正式成為加入國際「人類腦會議的第二十個國家。

第11頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六中國科學院生物物理所：“腦與認知科學研究中心”；北京大學的認知神經(jīng)科學實驗室；中國科技大學研究生院腦認知開放實驗室；北大與北師大、浙大、東南大學等組建了“腦科學與認知科學網(wǎng)上合作研究中心”；中山大學設(shè)立“邏輯與認知研究所”。腦科學在中國第12頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六科學問題：腦的形態(tài)腦的結(jié)構(gòu)（組織水平，細胞水平，分子水平）腦的功能（基本功能，物質(zhì)與意識的關(guān)系）腦與其他器官的關(guān)系（腦系統(tǒng)）

腦系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系（認識世界，改造世界）腦的進化（系統(tǒng)發(fā)育）腦的發(fā)育（個體發(fā)育）腦的保護與醫(yī)治腦的潛能開發(fā)腦科學的研究對象研究對象：腦的結(jié)構(gòu)與功能第13頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六美國“腦的十年：1990--2000”的提法了解腦：腦科學研究的基本目的保護腦：醫(yī)學科學研究的基本目的開發(fā)腦：教育科學研究的基本目的智能科學技術(shù)工作者的特殊研究目的了解腦–了解腦的工作原理創(chuàng)造腦–創(chuàng)造人工腦，擴展腦的能力腦科學的研究目的第14頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六解剖學方法：采用通常的組織染色方法可以在光學顯微鏡下觀察神經(jīng)系統(tǒng)各種組織的細胞結(jié)構(gòu)，即神經(jīng)元的不同形態(tài)，以及它們間連接的一般情況。運用電子顯微鏡可以進一步了解神經(jīng)元和突觸的精細結(jié)構(gòu)。運用微電極細胞外記錄、細胞內(nèi)記錄技術(shù)對單個神經(jīng)元活動分析。近年來，片膜鉗技術(shù)對離子通道進行深入的研究。細胞外記錄：30年代后期發(fā)展起來的。用金屬絲電極1-5微米記錄幅度較大的瞬間性動作電位，對神經(jīng)元的功能起了重要作用。細胞內(nèi)記錄：0.1~0.5微米的玻璃電極，內(nèi)充高濃度氯化鉀或醋酸鉀以導電。能記錄動作電位，小的分級電位，同時能監(jiān)視膜電位的變化。此外，能注入物質(zhì)，進行形態(tài)學分析。缺點是造成細胞損傷，記錄時間、小細胞受限。片膜鉗技術(shù)：70年代后期，Neher和Sakmann發(fā)展了一種新的紀錄方法，可以用來記錄單個離子通道的活動。分子生物學方法：重組DNA技術(shù)：分析離子通道蛋白的結(jié)構(gòu)和功能、生理特性。應用單克隆抗體和遺傳突變體。腦科學的主要研究方法第15頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六01，直接觀察：解剖，顯微解剖

02，間接觀察：染色，示蹤，顯影，造影

03，比較解剖學

結(jié)構(gòu)研究第16頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六04，電生理學研究

05，基因修剪

06，病理研究

07，成像技術(shù)

結(jié)構(gòu)-功能-行為研究第17頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六現(xiàn)代腦成像技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代腦成像技術(shù)可以在清醒的、不損傷的條件下洞察腦認知功能的活動過程。它能夠顯示出：在認知過程中大腦特定的腦區(qū)是如何一個個相關(guān)聯(lián)地被“點亮”。

大腦皮層是怎樣工作的？在各種的認知活動中，哪些腦區(qū)在工作？哪些腦區(qū)在休息？哪些腦區(qū)先激活？哪些腦區(qū)后激活？傳統(tǒng)的腦損傷和麻醉的方法無法回答。

功能核磁共振成像技術(shù)局部神經(jīng)元興奮將引起該區(qū)域血流量的增加，而血液中含有氧和葡萄糖，血紅蛋白所攜帶的氧的含量會影響血紅蛋白的磁場特性，因此，磁共振成像能夠能夠檢測到大腦的功能性的氧消耗變化情況，并顯示高活動量區(qū)域的三維圖像，空間分辨率可達1mm。第18頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六關(guān)于腦研究方法的評論1，局部與全局，部分與整體2，靜態(tài)與動態(tài)3，物質(zhì)-能量-信息4，結(jié)構(gòu)-功能-行為-機制第19頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六R·斯佩里（1961）：兩半球功能一側(cè)化現(xiàn)象和腦發(fā)育關(guān)鍵期以及可塑性現(xiàn)象，至今對教育仍發(fā)生一定影響。腦認知功能模塊論：M·S·加查尼加（Gazzaniga，1976）腦是由在神經(jīng)系統(tǒng)的各個水平進行活動的子系統(tǒng)以模塊的形式組織在一起的，腦功能模塊是一種動態(tài)變化的組裝。→正逐漸替代了“定位說”，被現(xiàn)代技術(shù)所證實?！鲝堊笥覂砂肭蛘w功能的協(xié)調(diào)開發(fā)。腦科學在教育中的應用第20頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六神經(jīng)生物學界認為：→人類大腦的感應是分析外來信號的處理過程；→除了分析外來信號外，大腦在某一特定時刻的內(nèi)在狀態(tài)也很重要?！竽X是通過某個神經(jīng)“密碼”來處理外來信息的。→這一“密碼”不是固定不變的，而是隨著大腦內(nèi)部狀態(tài)和外界環(huán)境的改變而不斷改變。利用新技術(shù)，可以觀察大腦在處于高度集中和高度期待等狀態(tài)下，怎樣處理外部信息的過程。腦科學在教育中的應用第21頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六腦科學的研究意義不僅具有重要的科學意義，還具有巨大的潛在應用價值。不僅能夠揭示生命的本質(zhì)和意義，促進人工智能的發(fā)展，提高人類的認識能力和生活質(zhì)量。在促進現(xiàn)代科學特別是心理學、生理學、語言學、邏輯學、腦科學、數(shù)學、計算機科學甚至哲學等眾多學科的發(fā)展上，都有非同尋常的重要意義。第22頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六概念：腦科學相關(guān)學科研究課題認知心理學：研究知覺、注意、學習、記憶、語言、概念思考、解決問題思考、推理、判斷與決策、創(chuàng)造性與智能、運動行為等各種行為與技術(shù)的心理過程。功能分析來解釋有關(guān)認知處理理論與處理各要素成分。第23頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六語言學：語法結(jié)構(gòu)、語言與認知關(guān)系、語用論、自然語言等認知過程的核心工具之一的語言信息處理問題，為認知心理學和人工智能及哲學提供依據(jù)。計算機科學：研究機器的視聽知覺、人工智能、機器語言處理、專家知識表象、神經(jīng)網(wǎng)系統(tǒng)等信息處理模型。第24頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六神經(jīng)科學（腦科學）：大腦對空間、非空間信息處理以及虛擬環(huán)境中的認知；學習／記憶的規(guī)律及其腦機制；語言認知和自動語言識別；意識、自我意識及其腦機制；情緒與心境障礙、精神疾病與老年性認知衰退的神經(jīng)生物學機制；腦認知功能可塑性的機制及其應用；腦功能成像方法與技術(shù)等。結(jié)構(gòu)分析來解釋有關(guān)認知處理解剖學結(jié)構(gòu)原理。（Marr,1982)第25頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六參考文獻：《心理學思想的流變——心理學名人傳》，張春興著，上海教育出版社，2002《認知神經(jīng)科學》GazzarnigaM.主編沈政等譯，MIT出版社1995年，上海教育出版社1998年楊雄里：《腦科學的現(xiàn)代進展》，上?？萍冀逃霭嫔?998年版沈政：《腦科學與素質(zhì)教育》，《教育研究》1999年第8期

第26頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六可利用的資源：孔令軍等，中國教育技術(shù)學科:進展、問題和前景[J]，陜西廣播電視大學學報，2007，(1)認知神經(jīng)科學與學習研究所：腦與語言認知實驗室

認知神經(jīng)科學研究實驗室

第27頁，共30頁，2022年，5月20日，1點49分，星期六