心理疲劳的神经机制——脑连接组的新见解
大脑工作的原理
大脑工作的原理
大脑是人体最重要的器官之一，它通过复杂的神经网络和电化学信号传递来完成各种认知和行为功能。
大脑工作的原理可以简单描述如下：
1. 神经元：大脑由数以亿计的神经元组成，每个神经元都有细长的纤维，称为轴突，和分支的树突。
神经元之间通过突触连接。
2. 突触传递：神经元之间通过突触进行信息传递。
当一个神经信号（称为神经冲动）通过一个神经元的轴突时，它到达与其连接的下一个神经元的树突上。
这种信息传递是通过化学物质（神经递质）在突触间的释放和接收来完成的。
3. 网络连接：大脑中的神经元通过复杂的网络连接在一起，形成各种不同的神经回路。
这些神经回路负责处理不同的信息，例如感知、记忆、思考和行动。
4. 突触可塑性：大脑的神经回路能够通过学习和记忆来改变连接的强度和结构，这称为突触可塑性。
这种可塑性是大脑适应环境变化和获取新知识的基础。
5. 区域分工：大脑的不同区域负责处理不同的功能。
例如，额叶与思考、决策和执行控制相关，颞叶与听觉和记忆相关，顶叶与视觉相关等。
大脑工作的原理涉及到许多细节和复杂的机制，科学界仍在不断研究和探索大脑的奥秘。
心理学研究中的脑机制及其意义
心理学研究中的脑机制及其意义心理学是对人类感知、思维和行为的研究，它旨在探讨人类心理运作的本质和规律。
近年来，随着神经科学的快速发展，心理学也越来越重视脑机制的研究，试图从神经层面解释人类心理活动的本质。
本文将探讨心理学研究中的脑机制及其意义。
一、脑机制的定义及其研究方法脑机制指的是在神经层面上解释行为和心理现象的机制，包括了大脑结构和功能的运作方式，以及外在刺激和内部过程的神经反应。
研究脑机制通常需要借助于现代生物医学技术，例如功能性磁共振成像（fMRI）、脑电图（EEG）等，通过对大脑活动的非侵入式化学数字建模实验，进一步研究神经元的计算和通讯方式，揭示神经系统与心理现象的联系。
二、脑机制的意义及其在心理学研究中的应用心理学研究中的脑机制意义重大。
首先，它有助于从大脑的角度来突破过去心理学研究中的局限性，例如行为主义中的S-R （刺激 - 反应）理论，认为大脑只是S-R的组合。
脑机制的研究揭示了大脑并不是一种简单的刺激反应机制，而是拥有高度复杂的神经结构和功能相互关联的生理学系统。
进一步运用脑机制研究，将有助于人们更深入地了解神经系统与心理现象的关系。
其次，脑机制研究对于人类智力的理解也有很大的意义。
现代认知神经科学的兴起，意味着探索人类思维和意识的本质，在大脑活动中变得更为明确。
除了典型的感知和知觉研究之外，我们还能够研究人类自主思考的机制。
这将会使我们更好地理解人类智力和才智的发展和变化规律，更加深入探究生物和心理学中的诸多疑点，为人类智力和思维的机制提供更好的解释。
最后，脑机制研究也可以为临床心理学和精神病理学提供支持。
脑机制的研究使得人们能够更准确地判断和治疗心理障碍，如精神分裂症，抑郁症等强烈情感症状的表现，通过研究灵敏性，我们可以了解人们如何感受自己能够控制的行为，并了解我的情感与自我意识如何相互作用。
三、脑机制研究的现状及未来发展趋势脑机制研究在所有相关科学领域都非常活跃。
尤其是通过神经成像技术的发展，研究脑机制的方法更加直观和优化，这使得我们能够更深入地研究大脑的结构和功能。
神经科学——理解人类大脑的运作原理
神经科学——理解人类大脑的运作原理人类的大脑是最神奇和最神秘的器官之一，它控制我们身体的运动，思维、情感、记忆等方面，帮助我们适应环境和生存。
因此，解读人类大脑的神秘和奥秘已经成为神经科学发展的重点之一。
在过去的几十年中，神经科学的研究成果不断涌现，我们对人类大脑的理解也越来越深入。
本文将介绍神经科学的基本知识和方法以及目前对人类大脑运作原理的认识。
一、神经科学的基本知识神经科学主要研究神经系统，除了人类大脑，还包括神经元、神经回路和神经递质等一系列相关的领域。
其中，神经元是神经系统的基本组成部分，主要负责信息传递和处理。
它有一个细胞体，若干根突起和一个轴突。
根突起接收来自其他神经元的信号，并将其转化为电刺激进行处理；轴突则通过释放神经递质将信息传递到其他神经元和组织中。
神经递质是神经系统中的化学信使，通过神经元之间的突触传递信息。
目前已经发现数百种神经递质，包括乙酰胆碱、多巴胺、GABA、谷氨酸等等。
每种神经递质都有其功用和特点，不同神经递质之间还存在相互作用和调节。
神经回路是多个神经元之间相互连接形成的复杂网络，它们根据不同的工作任务完成信息处理、存储、传递等功能。
神经回路可以是直接连接两个神经元，也可以是过程中多个神经元的参与。
在神经回路中，突触的传递和神经元的活动状态是关键。
二、神经科学的研究方法神经科学是一门涉及生物学、心理学、计算机科学等学科的跨学科研究领域。
为了深入研究神经系统，神经科学家们使用了多种方法和技术。
1. 生理学测量法：神经科学家通过记录个体的生理反应和身体的电化学信号来了解神经系统的活动情况。
常用的生理学测量方法包括脑电图（EEG）、正电子发射计算机断层扫描（PET）等。
2. 影像学技术：通过成像技术如磁共振成像（MRI）、功能性MRI（fMRI）、磁力图（MEG）等，神经科学家可以测量脑部活动的时空特征以及大脑部位之间的相互影响，推断神经回路的组成和功能。
3. 细胞生物学技术：神经科学家使用细胞学技术和分子遗传学技术等研究神经元的内部构造和分子机制，从而了解神经元活动的基本原理。
2022心理学导论复习重点之心理的神经生理机制
2022心理学考研进入到冲刺阶段，此阶段的复习同学们仍应紧扣考纲，重视笔记与精要知识点。
做到查缺补漏，将自己已经记住的重点强化，未记住的重点重新记忆!下面是整理的心理学导论重点复习笔记吧。
请参考：第二章心理的神经生理机制人的心理是人脑对客观现实的反映(辩证唯物主义解析心理实质的基本观点)心理是人脑的技能，脑是心理的器官，客观现实是人心理内容的源泉神经元：即神经细胞，它是神经系统基本的结构单位和功能单位1891年，瓦尔岱耶提出神经元一词，并创立神经元学说基本作用：接收和传递信息，以及整合信息构成：由细胞体(包括细胞核和细胞质)、树突、轴突三部分组成生物钟典型神经元五部分：胞体、树突、轴突、髓鞘和突触小体分类：根据其机能特性(功能)分为三大类：感觉神经元(传入/内导神经元)联络神经元(中间神经元)运动神经元(传出/外导神经元)树突：接收来自其他神经元信息并传至胞体胞体：中央有细胞核是能量中心髓鞘：包裹在神经纤维外围，由胶质细胞组成轴突：又叫神经纤维，把冲动由胞体传至远处突触：一个神经元与另一个神经元之间彼此接触的部位构成：突触前膜、突触间隙、突触后膜突触前：轴突、突触小泡(神经递质的储存场所)突触间隙：大小影响了化学传导速度突触后：胞体、树突神经递质：产生兴奋/抑制作用，兴奋和抑制是神经系统两个基本状态冲动传导到轴突末端，突触小泡释放神经递质通过突触间隙，作用于后膜，激发后膜上的受体，打开/关闭某离子通道，改变膜的通透性，引起神经元的电位变化神经冲动：神经元通过接收和传递神经冲动进行交往，实际为电位变化神经冲动的传导方式分为两种：电传导和化学传导电传导：神经冲动在神经细胞内的传导(同一神经元)——较快，静息电位-动作电位化学传导：神经冲动在神经细胞间的传导即突出间传导(不同神经元)——较慢，以化学物质神经递质作为媒介电传导过程：内负外正-接受刺激-通透性变化+离子进入膜内-产生电位差极化状态-去极化状态-反极化状态-复极化状态周围神经系统：概念：周围神经系统是联系感觉输入和输出的神经机构，它将感觉器官，运动器官以及内脏器官和中枢神经系统联系起来构成：躯体神经系统受意识的调节和控制脑神经12对、脊神经31对植物性神经系统分布于内脏器官、心血管、腺体，几乎向所有腺体发送神经冲动交感神经系统是主导兴奋，当机体应付紧急情况时产生以适应环境变化副交感神经系统主导安静，也叫自主神经系统，保持身体安静时的生理平衡，如：协助消化进行，保存身体能量中枢神经系统：自上而下：中脑-脑桥-延脑-脊髓功能：传递、储存和加工信息，产生各种心理行为，控制人的全部行为构成：脊髓：活动受脑控制，重要通路上接脑，外连周围神经，31对脊神经位于两侧可以完成反射活动如：膝跳反射、轴反射、跟腱反射负责本能活动(如一部分反射活动)脑干：重要通路，12对脑神经与高级神经相连神经纤维大量汇集形成网状结构网状结构：控制觉醒和意识状态的神经系统分流信息，进行弥漫性传导调节脑结构的兴奋水平，维持注意并激活情绪延髓：和脊髓相连的部分，又称延脑，上接脑桥下接脊髓有呼吸中枢和心跳中枢，又称生命中枢脑桥：在中脑和延髓之间维持机体平衡的初级中枢对人的睡眠具有调节和控制作用中脑：神经信息的主要通道有视、挺的反射中枢，瞳孔和眼动中枢间脑：位于大脑两个半球之间丘脑：位于皮层下，除嗅觉外所有感觉的重要中枢所有感觉信息先到丘脑进行初步分析综合，再由丘脑传到大脑皮层上丘脑：参与嗅觉和某些激素调节下丘脑：植物性神经系统的主要控制中枢负责内脏器官活动，控制内分泌系统，维持正常代谢调节饥饿、渴、性等生理活动情绪反应的重要中枢小脑：具有保持身体平衡，调节肌肉紧张作用大脑：又称端脑，由左右对称两个半球组成，分隔左右半球的深沟称为纵裂内部是白质，外部是灰质，灰质就是大脑皮层纵裂底上是胼胝体，连接两个半球大脑半球：两半球对称，但功能不对称左半球抽象思维，右半球为形象思维表面有深浅不同沟和裂，沟裂中间隆起部分为脑回三条大沟：中央沟、外侧和顶枕裂沟将半球分为四叶：1.额叶：以躯体运动功能为主，中枢在中央前回2.顶叶：以躯体感觉功能为主，中枢在中央后回3.枕叶：以视觉功能为主，中枢在枕叶的枕极4.颞叶：听觉功能为主，听觉中枢在颞上回和中回大脑两半球单侧化优势：联合活动，共同完成复杂的活动大脑两半球的功能是不对称的，其分工与生活中用手的习惯有关。
神经心理学中的神经机制和神经调节
神经心理学中的神经机制和神经调节神经心理学是心理学和神经科学的交叉学科，研究大脑和神经系统对行为与认知的影响。
其中，神经机制和神经调节是神经心理学中重要的概念。
本文将探讨神经心理学中的神经机制和神经调节，并分析其在认知和行为方面的作用。
一、神经机制神经机制指的是大脑和神经系统中的结构和功能，以及它们与行为和认知的关系。
神经机制通过神经元和神经回路的相互作用来实现信息的传递和处理。
下面将从神经元和神经回路两个方面介绍神经机制。
1. 神经元神经元是神经系统中的基本单位，负责传递和处理神经信号。
一个神经元通常由细胞体、轴突和树突组成。
细胞体包含细胞核和各种细胞器，负责合成和调节蛋白质的产生。
轴突是神经元的长纤维，用于将神经信号传递给其他神经元或靶细胞。
树突是从细胞体分支出来的突起，接收来自其他神经元的神经信号。
神经元之间的信息传递通过突触完成。
突触分为化学突触和电突触两种类型。
在化学突触中，神经元释放神经递质物质，通过突触间隙传递到下一个神经元。
而在电突触中，神经元之间通过细胞膜直接传递离子电流，实现信息的传递。
2. 神经回路神经回路是由多个神经元相互连接而成的网络。
它是大脑和神经系统中信息处理的基本单元。
通过神经回路，不同的神经元之间可以进行复杂的信息传递和集成处理。
神经回路可以分为感觉神经回路、运动神经回路和认知神经回路等不同类型，它们分别参与感觉、运动和认知方面的信息处理。
神经回路的组织和功能可以通过大脑成像技术如fMRI和EEG进行研究。
通过这些技术，我们可以观察到不同的神经回路在特定的任务和认知活动中的活跃程度和相互之间的连接程度，从而揭示神经回路在认知和行为方面的作用。
二、神经调节神经调节指的是大脑和神经系统对行为和认知进行调节的过程。
神经调节通过调节神经活动的强度和方向来影响认知和行为的表现。
下面将从神经调节的机制和应用两个方面探讨神经调节的作用。
1. 神经调节的机制神经调节的机制涉及到多个神经递质和神经调节系统。
脑机接口在认知心理学与行为学研究中的应用
行为学中脑机接口的未来展望
新技术的应用
随着科技的不断发展，脑机接口技术在行为 学领域的应用将更加广泛。例如，未来脑机 接口可能会应用于智能家居、游戏、社交等 领域，使得人们的生活更加智能化和便捷。 同时，脑机接口技术也可能会应用于临床治 疗和教育等领域，为特殊人群提供更好的支 持和帮助。
跨学科合作
认知神经科学中的脑机接口应用
神经反馈
脑机接口可以提供实时的神经反馈，让受试者了解自己的大脑活动状态，并学会调节自己的大脑活动 。这种技术可以应用于认知训练和认知干预，提高个体的自我意识和自我控制能力。
神经机制研究
脑机接口可以用于研究大脑的神经机制。例如，探究不同认知任务下的大脑活动模式和神经通路，以 及这些活动模式和通路与行为表现的关系。这种研究有助于深入了解大脑的工作原理和认知过程。
02 脑机接口技术概述
脑机接口定义
• 脑机接口（BCI）是一种直接在大脑和外部设备之间建立通信 的技术。它允许用户通过思维控制机器，无需语言或动作。 这种接口可以捕捉大脑的电信号，并将其转换为指令，从而 控制外部设备。
脑机接口工作原理
• 脑机接口的工作原理包括三个主要步骤：信号采集、信号处理 和输出控制。首先，通过脑电信号采集设备，如电极帽，捕捉 大脑的电信号。然后，这些信号通过计算机软件进行预处理和 解析，以识别用户的意图。最后，根据识别结果，计算机驱动 外部设备执行相应的动作。
特殊教育
为学习障碍或神经系统障碍的学生提供个性化的学习体 验，提高学习效果。
02
自主学习
通过实时反馈和指导，脑机接口可以帮助学习者提高自 主学习能力。
03
技能培训
在职业培训或技能培训中，脑机接口可以实时监测学习 者的学习进度并提供个性化指导。
脑疲劳的生物学机制
脑疲劳的生物学机制脑疲劳是指由于长时间的认知活动或高强度的思维工作导致大脑功能下降和疲劳感的一种状态。
随着现代社会的快节奏发展，人们越来越容易遭受脑疲劳的困扰。
本文将从生物学角度探讨脑疲劳的机制，以期帮助人们更好地理解和应对脑疲劳。
1. 神经递质的耗竭脑疲劳与神经递质的耗竭密切相关。
神经递质是神经元之间传递信息的化学物质，包括多巴胺、去甲肾上腺素、谷氨酸等。
长时间的认知活动会消耗大量的神经递质，导致其浓度下降，从而影响神经元之间的正常通信。
这种神经递质的耗竭是脑疲劳产生的重要原因之一。
2. 能量代谢紊乱脑疲劳还与能量代谢紊乱有关。
大脑是人体最耗能的器官之一，其正常运转需要大量的能量供应。
长时间的认知活动会导致脑细胞内能量储备的消耗，从而引发能量代谢紊乱。
这种紊乱会导致脑细胞功能下降，进而引发脑疲劳。
3. 神经元兴奋性降低脑疲劳还与神经元兴奋性降低有关。
神经元是构成大脑的基本单位，其兴奋性的变化会直接影响脑功能。
长时间的认知活动会导致神经元兴奋性下降，使得神经元之间的信息传递变得迟缓和不稳定。
这种兴奋性降低是脑疲劳产生的重要机制之一。
4. 炎症反应的激活最近的研究表明，脑疲劳还与炎症反应的激活有关。
长时间的认知活动会引发大脑内部的炎症反应，导致炎症因子的释放和免疫细胞的活化。
这些炎症反应会对神经元和神经递质的正常功能产生负面影响，从而导致脑疲劳的发生。
5. 睡眠不足的影响睡眠不足是导致脑疲劳的重要原因之一。
睡眠是大脑恢复和修复的重要过程，长时间的认知活动会导致睡眠时间的减少和质量的下降。
睡眠不足会进一步加重神经递质的耗竭、能量代谢紊乱和神经元兴奋性降低等脑疲劳机制，从而使脑疲劳的程度更加严重。
结论脑疲劳是由多种生物学机制共同作用所致。
神经递质的耗竭、能量代谢紊乱、神经元兴奋性降低、炎症反应的激活以及睡眠不足等因素都可以导致脑疲劳的发生。
了解这些机制有助于我们更好地理解脑疲劳，并采取相应的措施来预防和缓解脑疲劳。
脑神经系统与心理问题的关联性分析
脑神经系统与心理问题的关联性分析人类的心理状态一直是一个备受关注的问题，尤其在当今高压的社会环境中，越来越多的人开始关心自己的心理健康。
但是，我们不得不承认，心理问题的复杂性和多样性给心理健康的维持带来了极大的挑战。
因此，研究脑神经系统与心理问题的关联性对于心理健康的可持续发展具有重要的意义。
一、脑神经系统是心理问题的基础脑神经系统是人体的最重要的系统之一，它通过神经元间的电流和化学信号来进行信息传递。
心理问题往往是由于脑神经系统的异常引起的。
例如，焦虑、抑郁等心理问题的发生往往与脑神经系统的压力反应有关。
当我们处于压力环境之中时，脑神经系统释放的应激激素会大量增加，导致我们出现焦虑、紧张等反应。
同时，长期的应激反应也会导致脑神经系统的异常变化，进而导致大脑功能的调节出现问题，从而产生更为严重的心理问题。
二、脑神经系统对心理疾病的作用1、焦虑症焦虑症是指出现过度焦虑和不良的心身症状的一种心理障碍。
它的主要表现是感觉到一种无法控制的恐惧或不安全感，因为这种恐惧感和不安全感往往是由过度活跃的脑神经系统引起的。
2、抑郁症抑郁症是指情绪低落和丧失兴趣或愉悦感的一种心理障碍。
它的主要表现是感到心情沮丧、无力或绝望等。
脑神经系统和神经内分泌系统的功能异常通常与抑郁症有关，例如，与脑神经系统紧密相关的中脑和前脑区域中的哀伤和动机中枢的活动水平下降，而下丘脑—垂体—肾上腺轴功能亢进。
3、强迫症强迫症是指侵蚀患者日常生活的强迫性思维和行为，通常是由于脑神经系统中某些环路的过度活跃和功能异常导致的。
例如，强迫症患者的基底神经节及其相应的多巴胺信号适应和抑制机制失调，这种信号异常可能是强迫行为和思维的一个基本因素。
三、心理问题对脑神经系统的影响除了脑神经系统对心理问题的影响，心理问题也会对脑神经系统产生反作用。
例如，抑郁症患者脑内的血液流通下降，可以引起前额皮质下部的功能障碍，从而影响信息处理和心理执行功能。
另外，长期的忧虑和焦虑也可能导致多巴胺和5-羟色胺系统的异常变化，从而导致脑神经系统更长时间地处在过度的应激状态。
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standpoint, mental fatigue manifests itself as deteriorated performance, which is typically seen in target-detection failure, escalating reaction times, and the subjective experience of fatigue [4]. These objective declines are known as the effects of time-on-task (TOT) [1]. In the real-world workspace, TOT-related effects have been implicated in lower productivity and increased on-the-job lapses in situations where prolonged work hours were administrated without proper rest breaks [5]. For example, Ricci et al. [6] conducted a survey of the US workforce in 2007 and showed that 38% of workers reported being fatigued, with two-thirds of these reporting reduced productivity in the previous two weeks. In 2008, Boksem and Tops [7] reported in their review that half of the women and a third of the men in the working population of the Netherlands complained of fatigue. This ratio has increased by nearly a third in comparison with a similar report from 15 years
Ó 2019 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license
Engineering 5 (2019) 276–286
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Engineering
Research AI for Precision Medicine—Review
Neural Mechanisms of Mental Fatigue Revisited: New Insights from the Brain Connectome
Peng Qi a, Hua Ru b, Lingyun Gao b, Xiaobing Zhang c, Tianshu Zhou b, Yu Tian b, Nitish Thakor d, Anastasios Bezerianos d, Jinsong Li b, Yu Sun b,d,⇑
a Department of Control Science and Engineering, College of Electronics and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China b Key Laboratory for Biomedical Engineering of Ministry of Education, Department of Biomedical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310000, China c Department of Neurosurgery, Shaoxing People’s Hospital (Shaoxing Hospital, Zhejiang University School of Medicine), Shaoxing 312000, China d Singapore Institute for Neurotechnology (SINAPSE), Center for Life Science, National University of Singapore, Singapore 117456, Singapore
abstract
Maintaining sustained attention during a prolonged cognitive task often comes at a cost: high levels of mental fatigue. Heuristically, mental fatigue refers to a feeling of tiredness or exhaustion, and a disengagement from the task at hand; it manifests as impaired cognitive and behavioral performance. In order to effectively reduce the undesirable yet preventable consequences of mental fatigue in many real-world workspaces, a better understanding of the underlying neural mechanisms is needed, and continuous efforts have been devoted to this topic. In comparison with conventional univariate approaches, which are widely utilized in fatigue studies, convergent evidence has shown that multivariate functional connectivity analysis may lead to richer information about mental fatigue. In fact, mental fatigue is increasingly thought to be related to the deviated reorganization of functional connectivity among brain regions in recent studies. In addition, graph theoretical analysis has shed new light on quantitatively assessing the reorganization of the brain functional networks that are modulated by mental fatigue. This review article begins with a brief introduction to neuroimaging studies on mental fatigue and the brain connectome, followed by a thorough overview of connectome studies on mental fatigue. Although only a limited number of studies have been published thus far, it is believed that the brain connectome can be a useful approach not only for the elucidation of underlying neural mechanisms in the nascent field of neuroergonomics, but also for the automatic detection and classification of mental fatigue in order to address the prevention of fatigue-related human error in the near future.
article info
Article history: Received 24 May 2018 Revised 15 October 2018 Accepted 8 November 2018 Available online 23 February 2019
Keywords: Mental fatigue Functional connectivity Graph theoretical analysis Brain network
1. Introduction
Many daily activities in contemporary society require a steady level of attention and performance; examples include driving a long distance on the highway or studying for hours—or even overnight—for a school exam; both of which often lead to a high level of mental fatigue. Borrowing the idea from physical fatigue, conventional wisdom believes that mental fatigue is associated with excessive demands on neural and cognitive systems [1]. Mental fatigue can lead to suboptimal functioning of the cognitive systems that involve attention, planning, and adaptively changing strategies in the face of negative outcomes [2,3]. From a behavioral