四、认知神经科学的四、认知神经科学的学科分支学科分支认知神经科学的学科分支n n认知神经科学包括认知神经心理学、认知生理心理学、认知心理生理学、认知神经生物学以及计算神经科学等学科。认知神经科学的学科分支 n n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。n n例例 利用多导仪进行测谎利用多导仪进行测谎 认知神经科学的学科分支n n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。n n18611861年布洛卡根据脑损伤病理发现了言语运动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中枢，这是认知神经心理学的研究始端认知神经科学的学科分支n n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。n n通过细胞电记录的方法，研究学习记忆过程的通过细胞电记录的方法，研究学习记忆过程的脑机制脑机制认知神经科学的学科分支n n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。n n采用转基因小鼠，研究长时记忆形成中基因调采用转基因小鼠，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。和抑郁症的发病机制。认知神经科学的学科分支n n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。认知神经科学的学科分支分支学科分支学科研究层次研究层次研究对象研究对象研究方法研究方法认知神经心理学认知神经心理学脑区、整脑脑区、整脑脑损伤病人脑损伤病人神经外科检查、神神经外科检查、神经心理测查、行为经心理测查、行为实验研究实验研究认知心理生理学认知心理生理学脑区、整脑脑区、整脑人类人类通过生理仪器记录通过生理仪器记录生理信号生理信号认知生理心理学认知生理心理学分子、细胞、分子、细胞、脑区、整脑脑区、整脑灵长类灵长类脑区损毁、单脑区损毁、单细胞电活动记细胞电活动记录录认知神经生物学认知神经生物学分子、细胞、分子、细胞、脑区脑区从低等动物从低等动物到哺乳动物到哺乳动物生物化学测量、生生物化学测量、生物物理研究物物理研究计算神经科学计算神经科学分子、细胞、分子、细胞、脑区、整脑脑区、整脑心理或智能心理或智能理论、实验、理论、实验、计算计算认知神经科学的学科分支认知神经科学认知神经科学的学科分支基础研究基础研究n n1、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认知神经科学的学科分支应用研究（服务于现实）应用研究（服务于现实） 1 1、 临床研究临床研究 ：通过干扰注意导向恢复抑郁症患者：通过干扰注意导向恢复抑郁症患者的正常情绪调节功能。的正常情绪调节功能。2 2、激发人类智能的研究：、激发人类智能的研究： 1 1）军事训练：提高注意力、增强记忆力，提高心）军事训练：提高注意力、增强记忆力，提高心理韧性理韧性2 2）超常儿童的研究）超常儿童的研究3 3）企业组织或学校：大脑训练，提高大脑功能）企业组织或学校：大脑训练，提高大脑功能认知神经科学的学科分支n n3、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”）认知神经科学的学科分支五、基本观点五、基本观点认知神经科学的学科分支n n1、脑的结构和功能具有多层次性脑的结构和功能具有多层次性n n人脑是一个复杂巨系统，由约一千亿个神经元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，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。是具有明显的多样化的多层次结构。认知神经科学的学科分支 全脑全脑 系统系统 脑区脑区 网络网络神经元神经元 突触突触 分子分子 1 m 10 cm 1 cm 1 mm100 m mm 1 m mm 1 A认知神经科学的学科分支n n人脑首先开始于有生物活性的分子分子，包括各种神经递质、神经调质、受体等。n n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。n n在这些分子的基础上形成亚细胞结构亚细胞结构，如树突、轴突等，各亚细胞结构组成神经元，神经元神经元是脑的基本单元。认知神经科学的学科分支n n神经元进一步构成简单的神经网络神经网络，如皮层功能柱。n n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。n n多个脑区脑区可以组成功能系统系统，如视觉系统、听觉系统等。n n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。认知神经科学的学科分支n n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。n n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。认知神经科学的学科分支n n2、脑的结构是其功能的基础、脑的结构是其功能的基础n n脑的结构是其功能的基础，但结构与功能并非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。的参与，同时脑的一个结构可能参与多种功能。n n关于脑与心理的关系，有两种观点：弗洛伦斯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和拉什利为代表的“ “大脑皮层机能等势说大脑皮层机能等势说” ”布洛卡和潘菲尔德为代表的布洛卡和潘菲尔德为代表的“ “大脑皮层机能大脑皮层机能定位说定位说” ”。但两种学说均有其局限性。但两种学说均有其局限性。认知神经科学的学科分支n n近些年来，研究者越来越意识到需要对定位学说近些年来，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，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，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的动态变化，其变化取决于个体与环境的交互作用。用。认知神经科学的学科分支n n脑功能模块理论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。认知神经科学的学科分支n n3、脑模拟研究、脑模拟研究n n脑模拟研究是基于认知心理学和神经生物学已有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。脑模型来查明认知加工过程。n n计算神经科学立足于理论、实验、计算，通过建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。关于认知过程的脑机制研究提供了独特的视野。认知神经科学的学科分支六、当代认知神经科学六、当代认知神经科学研究热点研究热点认知神经科学的学科分支n n1、脑认知功能模块的实验性分离研究n n在在7070年代中期，研究者试图以脑功能模块取代年代中期，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。表现在多重记忆模块和复杂的认知功能系统。 认知神经科学的学科分支n n神经生理学家在猴等动物的实验研究中也积累了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。的三十多个脑区的动态活动的结果。n n目前物体真实运动和似动知觉之间、幻觉和真实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。研究课题。认知神经科学的学科分支n n2、意识与无意识的脑机制研究、意识与无意识的脑机制研究n n这一领域的发展一方面直接涉及人类科学最大难这一领域的发展一方面直接涉及人类科学最大难题题脑与意识的本质；另一方面又关系到智能脑与意识的本质；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。为人工智能研究开创新的境界。认知神经科学的学科分支n n对意识与无意识过程进行了更为系统性的实验研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，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。挑选的脑损伤病人为实验对象。n n此外，设计得当的灵长类动物或低等动物实验模此外，设计得当的灵长类动物或低等动物实验模型也十分必要。型也十分必要。认知神经科学的学科分支n n不同层次上的实验数据彼此支持是使这一领域深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入发展的必由之路n n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。n n1988 巴尔斯 全脑工作空间模型n n若宾 复杂性模型认知神经科学的学科分支n n3、学习记忆的脑机制、学习记忆的脑机制n n认知心理学和神经心理学研究发现，人类的学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。义学习等多种学习模式。认知神经科学的学科分支n n学习记忆的性质不同，其参与的脑结构也不同。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。时间相等。认知神经科学的学科分支n n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。认知神经科学的学科分支n n9090年代以来，采用基因敲除或转基因技术培养出年代以来，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。新的研究手段。n n学习记忆的分子生物学研究已经成为国际上最活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。大地丰富了认知神经科学的研究空间。认知神经科学的学科分支n n4、个体差异的认知神经科学基础、个体差异的认知神经科学基础n n对每个公民而言，哪个领域能够最好地发挥自对每个公民而言，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。家的经验之谈，缺乏系统的科学基础。认知神经科学的学科分支n n过去过去4040年，认知心理学对人类信息加工过程进行年，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。性，提供了理解心理过程个体差异的科学基础。n n（控制加工与自动加工的特性及其相互转化的规（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）理过程的时序性）认知神经科学的学科分支n n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。n n（脑细胞或不同脑区神经信息处理和能量代谢水平的差异；同一心理过程脑激活区大小、多少和激活水平的差异；认知神经科学的学科分支n n将认知心理学和神经科学的研究成果用于人脑认知功能的个体差异研究，已经具备了较好的科学基础。21世纪，将个体差异的研究纳入认知神经科学的轨道，将会出现突破性进展。认知神经科学的学科分支认知神经科学对心理认知神经科学对心理学的影响学的影响认知神经科学的学科分支n n1、认知神经科学体现了心理学发展的一种、认知神经科学体现了心理学发展的一种部分整合趋势部分整合趋势n n认知神经科学继承了认知心理学研究时所采用认知神经科学继承了认知心理学研究时所采用的实验设计的精细性特征，同时采用现代神经的实验设计的精细性特征，同时采用现代神经科学手段广泛探讨心理活动的脑机制，将传统科学手段广泛探讨心理活动的脑机制，将传统的生理心理学、心理生理学、神经心理学、认的生理心理学、心理生理学、神经心理学、认知心理学成功地整合在一个新的研究范式下。知心理学成功地整合在一个新的研究范式下。认知神经科学的学科分支n n人是一个由生理的、心理的、社会的不同层次特人是一个由生理的、心理的、社会的不同层次特征组成的整体。未来心理学如果要建立一个能够征组成的整体。未来心理学如果要建立一个能够解释人的活动的理论体系，就不能将有关心理与解释人的活动的理论体系，就不能将有关心理与脑的研究排除在外。脑的研究排除在外。n n目前心理学还处于分裂状态，在这个意义上，认目前心理学还处于分裂状态，在这个意义上，认知神经科学将对心理学的整合提供一个平台。知神经科学将对心理学的整合提供一个平台。认知神经科学的学科分支n n2、认知神经科学改变着心理学的面貌、认知神经科学改变着心理学的面貌n n心理学研究存在着心理学研究存在着“ “意识模糊意识模糊” ”、“ “人兽不分人兽不分” ”、心、心生混淆生混淆“ “等问题，认知神经科学试图解决这些问题。等问题，认知神经科学试图解决这些问题。n n认知心理学实验研究范式的进一步发展使对人的意识认知心理学实验研究范式的进一步发展使对人的意识与无意识过程的探讨成为可能。与无意识过程的探讨成为可能。n n无创性技术的发展和成熟使我们得以真正区分人和动无创性技术的发展和成熟使我们得以真正区分人和动物，逐渐摆脱以动物的研究结果来说明人类心理学的物，逐渐摆脱以动物的研究结果来说明人类心理学的尴尬局面。尴尬局面。认知神经科学的学科分支n n认知心理学中实验研究范式的进一步发展及其与无创性技术的结合使我们可以真正研究人类心理活动的脑机制，从而避免“心生混淆”的毛病。n n以上三点正是认知神经科学在关于人的心理活动研究方面取得实质性进展的地方。认知神经科学的学科分支