認知神經(jīng)科學

關(guān)于認知神經(jīng)科學第一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第一節(jié)認知神經(jīng)科學概述一、心身關(guān)系問題第二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三二、什么是認知神經(jīng)科學（一）概念認知神經(jīng)科學（CognitiveNeuroscience）旨在闡明心理活動尤其是人類心理活動的腦基礎，以揭示心理與腦的關(guān)系。P33定義第三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

認知神經(jīng)科學這一學科名稱誕生于二十世紀七十年代后期,該學科是認知科學與神經(jīng)科學相互結(jié)合,于九十年代得到國際學術(shù)界公認的一門新興學科,被認為是二十一世紀最有發(fā)展前景的自然科學前沿研究領域之一。第四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

認知神經(jīng)科學建立在現(xiàn)代認知科學和神經(jīng)科學的基礎上,具有高度的跨學科性、學科交叉性。它作為一門正式學科的歷史雖然很短,但其關(guān)于人類心理活動的研究已取得了一些實質(zhì)性突破。第五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三（二）基本理論假設腦的結(jié)構(gòu)與功能具有多層次性腦的結(jié)構(gòu)是腦功能的基礎,但結(jié)構(gòu)與功能之間不存在簡單的對應關(guān)系。第六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三（三）主要研究目的為心靈的理論構(gòu)想探尋物質(zhì)的證據(jù)將具體發(fā)現(xiàn)與理論模型相聯(lián)系探尋腦的病理機制與行為之間的關(guān)聯(lián)建立更具說服力的理論模型人工智能更深入地探究人腦第七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三三、人類對腦的探索灰質(zhì)(graymatter)和白質(zhì)(whitematter)溝(sulci)和回(gyri)的發(fā)現(xiàn)神經(jīng)的電活動顱相學(phrenology)的觀點第八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

加拿大心理學家Hebb用了20年時間與Penfield和Lashley等人合作，終于在1949年出版了《行為的組織》(OrganizationofBehavior)一書，為現(xiàn)代認知科學奠定了基礎。

第九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三1949,Hebb率先使用connectionism（聯(lián)結(jié)主義）這一術(shù)語對人的大腦模型進行了描述,并提出了著名的算法規(guī)則又稱Hebb規(guī)則（定律）。第十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三赫布定律基于以下基本假設：共同激活的神經(jīng)元成為聯(lián)合。聯(lián)合能發(fā)生在相鄰的或疏遠的神經(jīng)元間，即整個皮層是聯(lián)合存儲。如果神經(jīng)元成為聯(lián)合，它們將發(fā)展成為功能體或細胞集合。第十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

他的《行為的組織》一書中有一個后來被廣泛引用的段落：“當細胞A的一個軸突和細胞B很近，足以對它產(chǎn)生影響，并且持久地、不斷地參與了對細胞B的興奮，那么在這兩個細胞或其中之一會發(fā)生某種生長過程或新陳代謝變化，以致于A作為能使B興奮的細胞之一，它的影響加強了。”這個機制以及某些類似規(guī)則，現(xiàn)在稱為赫布定律，又稱突觸學習學說。第十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三腦的構(gòu)造

腦的構(gòu)造大體分為三個部分，即后腦、中腦和前腦后腦包括小腦和延髓

中腦包括腦干的一部分，主要機能是視覺的皮層下反射中樞前腦的主體是大腦，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最大的結(jié)構(gòu)重量約為1400克，在大腦左右兩半球之間由中央溝區(qū)分，兩個半球之間則由胼胝體連接

第十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三腦功能PierreFlourens的“大腦機能統(tǒng)一說”Lashley的“大腦皮層機能等勢說”Broca的機能定位Brodmann分區(qū)從機能定位說到整體活動說第十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三大腦左半球的分區(qū)功能第十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三串行加工與并行加工第二十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第二節(jié)神經(jīng)科學常用探測技術(shù)多導細胞電活動記錄腦成像技術(shù)的發(fā)展時間分辨率(temporalresolution)和空間分辨率(spatialresolution)第二十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三認知神經(jīng)科學試圖通過先進技術(shù)手段獲得關(guān)于大腦結(jié)構(gòu)與功能的重要信息，尋找涉及不同認知活動的大腦區(qū)域，界定各區(qū)域的活動順序等。第二十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三一、單細胞記錄(single—unitrecording)將微電極(micro．electrode)插進動物大腦以獲得細胞膜外電位(extracellularpotential)記錄。第二十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三在靜息狀態(tài)下，膜內(nèi)外大約有70毫伏——90毫伏的負電位差，膜內(nèi)比膜外略帶負電的電位差，使細胞膜發(fā)生極化現(xiàn)象，稱為靜息電位

在神經(jīng)元的內(nèi)、外部具有帶電離子，細胞膜外帶正電荷的鈉離子（Na＋）和帶負電荷的氯離子（Clˉ），細胞膜內(nèi)則是帶正電荷的鉀離子（K＋）和帶負電荷的生物大分子第二十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三當神經(jīng)元受到足夠強的刺激時，細胞膜的通透性迅速變化鈉離子比鉀離子和氯離子更容易通過細胞膜，使鈉離子內(nèi)流，膜內(nèi)電位迅速上升，并高過膜外電位，使細胞膜內(nèi)相對于細胞膜外變成正極，出現(xiàn)去極化狀態(tài)，這種電位變化即為動作電位

第二十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第二十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三二、腦電圖（EEGMeasurement）第二十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三腦電圖(electroencephalogram，EEG)是通過在頭皮表面記錄大腦內(nèi)部的電活動情況而獲得的。大腦內(nèi)部非常微小的電變化都能被置于頭皮表面的電極記錄到。這些變化可通過示波器中的陰極射線管而得以顯示。第二十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

腦電圖(EEG)是研究和檢查大腦半球神經(jīng)元細胞自發(fā)放電活動，通過電子放大器并記錄下來，客觀反映大腦功能狀態(tài)的一種檢測技術(shù)。因其方法簡便無創(chuàng)、價格低廉而廣泛用于顱腦疾病的診斷和研究。

第二十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三EEGandEvokedPotentialsEEGEvokedPotentials第三十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三不足之處EEG的關(guān)鍵問題是腦電活動的自發(fā)性或大量的背景活動阻礙了對刺激引起的信息加工活動的記錄。第三十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三三、事件相關(guān)電位(event—relatedpotentials，ERP)1965年Sotton最早發(fā)現(xiàn)，在“認知”某種靶刺激時(奇異刺激)，可從頭皮記錄到一組波，主要有N1、P2、N2、P300，統(tǒng)稱事件相關(guān)電位。第三十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

多次呈現(xiàn)相同刺激，隨后，每一刺激呈現(xiàn)后的EEG片段被抽取出來并根據(jù)刺激的觸發(fā)時間加以排列。把這些EEG片段疊加后平均就獲得一個單一波形。這樣一來，我們通過這種技術(shù)就從腦電圖記錄中獲得了事件相關(guān)電位，從而允許我們把刺激的效應從背景活動中分離出來。第三十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

ERP和許多認知過程的密切相關(guān)的聯(lián)系，使得ERP成為了解認知神經(jīng)基礎的最主要的信息來源，這些認知過程包括心理判斷、理解、辨識、注意、選擇、做出決定、定向反應和某些語言功能等。第三十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第三十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第三十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三評價事件相關(guān)電位可提供關(guān)于大腦活動的更具體的時間信息，同時也有非常廣泛的臨床用途。事件相關(guān)電位并不能提供關(guān)于腦功能定位方面的精確信息。第三十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三四、正電子發(fā)射斷層掃描（PET）

第三十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

正電子發(fā)射層析攝影術(shù)(positronemissiontomography）簡稱PET掃描。它的基本原理是：給被試注射含放射性同位素的示蹤物，同位素放出的正電子，與腦內(nèi)的負電子發(fā)生湮滅而釋放出γ-射線。通過記錄γ-射線在大腦中的位置分布，可以測量區(qū)域腦代謝率和區(qū)域腦血流的改變，以此反映大腦的功能活動變化。第三十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三評價較高的空間分辨率時間分辨率很低只能間接測量有關(guān)的神經(jīng)活動屬于侵襲性技術(shù)第四十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三五、磁共振成像(MRI和fMRI)

磁共振成像(magneticresonanceimaging，MRI)的原理是利用電磁場去興奮大腦中的原子。這一過程所導致的磁場變化被一臺環(huán)繞患者磁體所檢測，這些變化進而由計算機轉(zhuǎn)化成一幅非常精確的三維圖像。

第四十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第四十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

其基本原理為：被激活的大腦皮層功能區(qū)的局部血流量較靜止時明顯增加,同時該區(qū)腦組織耗氧量亦有增加，且被激活的功能區(qū)耗氧量增加幅度遠遠小于血流量的增加幅度,從而造成局部微循環(huán)內(nèi)氧合血紅蛋白量增加,脫氧血紅蛋白量相對下降,使該區(qū)磁化率發(fā)生變化,造成在T2加權(quán)像上局部信號增加。第四十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三功能磁共振成像（FunctionalMRI，fMRI）是神經(jīng)科學領域的一種全新的研究手段，通過神經(jīng)元活動時大腦的血液動力學反應，如血容量、血流量及血氧水平的變化來定位大腦的功能活動區(qū)，與其他研究方法相比，具有較高的空間分辨率和時間分辨率,以及較好的可重復性和可行性，近年來受到廣泛重視。第四十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三評價高的時間和空間分辨率高安全性的技術(shù)只能對神經(jīng)活動進行間接測量

第四十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三六、腦磁圖(MEG)腦磁圖(magneto—encephalography，MEG)運用一個超導量子干擾裝置來測量腦電活動的磁場變化。

第四十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第四十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三評價磁場信號相對直接地反映了神經(jīng)活動的變化能提供有關(guān)認知過程的相當具體的時間信息，時間分辨率達毫秒級。無侵襲，無損傷的腦功能檢測技術(shù)

不能提供結(jié)構(gòu)或解剖信息第四十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三裂腦人研究第四十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三第三節(jié)認知心理學經(jīng)典研究方法簡介第五十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三一、反應時測量法

反應時（reactiontime，簡稱RT）刺激作用于有機體后到其作出明顯反應所需要的時間，即刺激與反應之間的間隔。

第五十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三1.減法反應時（subtractivemethod）

用兩種反應時的差數(shù)來判定某個心理過程的存在。在研究快速信息加工過程如識別、短時記憶應用這種方法。目的是測量包含在復雜反應中的辨別、選擇等心理過程所需的時間。第五十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三（F.C.Donders,1968)復雜反應時間與簡單反應時間的差別，就是包含在復雜反應中的心理過程所需要的時間

簡單反應時（simplereactiontime）RT1復雜反應時（complexreactiontime）RT2復雜反應時RT3

辨別過程時間=RT2－RT1

選擇過程時間=RT3－RT2第五十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三唐德斯反應時（DondersABCofreactiontime)刺激反應唐德斯A反應刺激反應唐德斯B反應唐德斯C反應刺激反應A反應時C反應時C—AB反應時C反應時B—C基線時間選擇時間辨別時間第五十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三例：短時記憶的編碼實驗（Posner，1969-1970）Aa對AA對

00.52字母間隔時間/s反應時ms第五十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三參數(shù)a星形在十字之下a+t0

星形在十字之上t0參數(shù)c星形在十字之上t0

十字在星形之上c+t0參數(shù)b+d星形在十字之下a+t0

星形不在十字之下a+b+d+t0

第五十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2.相加因素法（S.Sternberg,1969)

相加因素法實驗的基本思路為：如果可以確定一個信息加工過程有某一獨立過程，那么，當加工過程包含該過程時，可以看到信息加工總時間的顯著變化，如果該過程不是一個獨立的加工過程，那么當加工過程包含該過程時，加工總時間不會發(fā)生顯著化變化。

使用相應因數(shù)法實驗可以證實信息加工過程是否包含一個假定的環(huán)節(jié)。第五十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三經(jīng)典實驗（Sternberg)

短時記憶提取實驗表明，字母轉(zhuǎn)換的信息加工過程經(jīng)過四個階段：

刺激編碼階段

順序比較階段

決策階段

反應組織階段

第五十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

不同的階段所進行的信息加工是相互獨立的。如下圖所示：第五十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三3.開窗實驗

通過特定的技術(shù)將被試各信息加工階段所用時間直接進行測量?！伴_窗”實驗的目的是采用“開窗”技術(shù)，將大腦進行信息加工過程及其所使用時間直接地測量出來。使用研究者可以清楚感知該過程。

第六十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

字母轉(zhuǎn)換實驗就是一種比較典型的“開窗”實驗方法。它可以較清晰地反應在進行字母轉(zhuǎn)換的信息加工過程中，信息加工所經(jīng)歷的各個階段，而且計算出該過程所需要的時間。第六十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三經(jīng)典實驗（Hockeyt等，1981）

實驗的設計：向被試出視一個字母加一個數(shù)字的卡片，如“E+3”，要求被試說出該字母后數(shù)字表示的字母，如被試看到“E+3”,應該說“h”，然后翻看下一張...

第六十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三反應時研究的局限性

1、速度-正確率權(quán)衡問題：被試為了追求速度而犧牲回答的正確性，或者在反應過程使用猜測的策略，以提高正確率和速度。

2、系列加工與平行加工問