认知神经科学
认知神经科学
唐德斯反应时（Donders ABC of reaction time)
刺激
刺激
刺激
反应
反应
反应
唐德斯A反应
唐德斯B反应
（F. C. Donders, 1968)
复杂反应时间与简单反应时间的差别，就是 包含在复杂反应中的心理过程所需要的时间
简单反应时（simple reaction time） RT1 RT3
复杂反应时（complex reaction time） RT2 复杂反应时 辨别过程时间= RT2－RT1 选择过程时间= RT3－RT2
脑的构造
脑的构造大体分为三个 部分，即后脑、中脑和 前脑 后脑包括小脑和延髓 中脑包括脑干的一部分， 主要机能是视觉的皮层 下反射中枢 前脑的主体是大脑，是 中枢神经系统中最大的 结构 重量约为1400克，在 大脑左右两半球之间由 中央沟区分，两个半球 之间则由胼胝体连接
人类对脑的探索
任务就越慢，但不是不能完成。
Hegarty 等指出,通常的双任务实验逻辑 是有问题的. 至少有两个原因,一是反应选择 的瓶颈问题;二是两种任务间的策略权衡问题。
减法反应时（subtractive method）
用两种反应时的差数来判定某个 心理过程的存在 。 在研究快速信息加工过程如识别、 短时记忆应用这种方法。目的是测 量包含在复杂反应中的辨别、选择 等心理过程所需的时间。
大脑认知功能模块论
加扎尼加认为脑是由在神经系统的各 个水平上进行活动的子系统，以模块 的形式组织在一起的。”近几年利用 无创性脑功能成像技术对人类各种高 级功能进行大量的研究，证明了脑高 级功能的模块性。 脑功能模块是一种动态变化的组装。
医生或研究人员传统的信息获取方式为视觉 ＋经验。但这种方式存在不足，对于及其复 杂的人脑而言，越来越不能满足“大量、准 确、定量研究人群细微差别”的要求。 计算神经解剖，主要通过智慧计算的方法， 充分地挖掘和利用已有的数据，对个体和群 体神经解剖结构的变化进行定量的研究。
临床认知神经科学就业方向
临床认知神经科学就业方向临床认知神经科学是一个非常有前途的领域，它涉及到了人类大脑的认知过程和神经系统的功能。
在这个领域里，有很多不同的就业方向，包括但不限于以下几个方面：
一、研究助理
作为一名研究助理，你将会参与到各种不同的研究项目中去，帮助导师完成一些基础性的工作，比如数据收集、实验设计、数据分析等等。
这个职位需要具备扎实的理论基础和良好的实验技能，同时还需要有较强的沟通能力和团队合作精神。
二、博士后研究员
如果你想在这个领域深入研究并取得更高的学位，那么博士后研究员可能是一个不错的选择。
作为博士后研究员，你将会独立开展一些研究项目，并撰写相关的论文和报告。
这个职位需要具备较强的学术能力和创新思维，同时还需要有较强的耐心和毅力。
三、教授/讲师
如果你对教学和科研都有兴趣，那么成为一名教授或讲师也是一个很好的选择。
在这个职位上，你将会担任本科生和研究生的教学工作，并带领他们进行一些研究项目。
这个职位需要具备丰富的教学经验和科研能力，同时还需要有较强的领导才能和管理能力。
四、临床医生/神经科医生
临床认知神经科学与临床医学有着密切的关系，因此成为一名临床医生或神经科医生也是一个很好的选择。
在这个职位上，你将会负责诊断和治疗各种与认知功能有关的疾病，比如阿尔茨海默病、帕金森病等等。
这个职位需要具备扎实的医学知识和丰富的临床经验，同时还需要有较强的人际交往能力和责任心。
临床认知神经科学是一个非常有前途的领域，它涉及到了人类大脑的认知过程和神经系统的功能。
在这个领域里，有很多不同的就业方向可供选择，你可以根据自己的兴趣和能力来选择最适合自己的职业道路。
认知神经科学的研究方向
认知神经科学的研究方向认知神经科学是一门跨学科的研究领域，结合了心理学、生物学、物理学和计算机科学等多个学科的知识，旨在研究人类和动物的认知、情感、学习和记忆等高级神经功能的神经机制和计算模型。
近年来，随着神经科学技术的不断发展和进步，认知神经科学的研究方向也日益多样化和深入化。
本文将从三个方面论述认知神经科学的研究方向：脑区结构与功能、认知过程和计算模型。
一、脑区结构与功能脑功能成像技术的不断提高和发展，使得科学家们能够更加准确地了解不同脑区的结构和功能，并揭示许多人类认知和行为的神经机制。
首先是“大脑连接图”（Connectome），其目的是将不同区域之间数百万个神经元的连接方式和信息传递过程绘制出来，建立起不同脑区间的连接图谱。
Secondly，还可以使用功能性磁共振成像技术（fMRI）来探索不同脑区的功能。
例如，有研究表明，左侧额叶皮层在语音和语言处理中起着重要作用，而背外侧区则参与视觉空间加工。
同时，被动微笑和自发微笑也会引起不同的脑区活动。
此外，研究者还可以使用脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）等技术来研究大脑的电信号活动，以及使用可溶酶链聚合酶（CLARITY）技术来可视化不同神经元和神经递质的分布，以此改善对脑神经元的理解。
二、认知过程除了探索脑的结构和功能之外，认知神经科学还关注的是认知过程。
在研究认知过程方面，又可以分为三个方向：知觉、注意和记忆。
知觉是指感知和辨别不同的感官刺激，如视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉等。
神经科学家们正在研究这些感官刺激的感知阈值、刺激强度、感觉特异性、连接模式和过程。
例如，已经发现，基于视觉、听觉、触觉和嗅觉的刺激所产生的感觉会从不同的脑区经过，并遵循不同的信号路径传递给各个脑区。
它们也研究了起源于体感皮层和继发于内在灰质核区的多种疼痛途径。
注意是指将注意力集中在特定感官信息或信息源上的一种心理过程。
人们可以通过控制注意力，来控制自己的行为和思维。
认知神经科学
认知神经科学认知神经科学是研究人类认知过程与神经机制的学科。
它探究人类智力活动的本质，包括知觉、注意、记忆、学习、思维和决策等方面。
认知神经科学的发展使我们对人类大脑及其功能有了更深入的理解，对我们认识自我及对外界的理解有着重要意义。
人类的认知过程是一个复杂的系统，涉及大脑中多个区域之间的复杂交互。
认知神经科学的研究依赖于多种技术手段，如功能性磁共振成像（fMRI）、电脑断层扫描（CT）、脑电图（EEG）等。
通过这些技术，研究者可以观察到大脑活动的时空特征，从而研究认知过程的神经机制。
认知神经科学研究的一个重要方向是知觉研究。
人的知觉是指通过感官对外界刺激的感知和认知过程。
通过对视觉、听觉、触觉等感觉器官的研究，人们了解到不同感觉信息在大脑中的处理过程，以及如何形成我们对外界的认知和体验。
例如，视觉信息在大脑的初级视觉皮层中进行初步加工，然后传递到高级皮层进行更复杂的分析和解释。
这些研究为我们理解感知错觉、注意力分配等认知现象提供了重要的基础。
另一个重要的研究方向是记忆。
记忆是人类认知的关键组成部分，也是大脑功能中的一项重要任务。
认知神经科学研究揭示了记忆过程在大脑中的进行方式。
例如，存储在海马体和内侧颞叶的海马回中的记忆，通过神经元之间的突触连接来进行保存和检索。
研究者通过对大脑进行刺激和记录神经活动的方法，揭示了记忆形成和巩固的过程。
这些研究对于理解认知失调症状的形成机制、解决记忆问题等具有重要意义。
学习也是认知神经科学中的重要方向之一。
学习是指通过经验和训练，改变行为和认知的过程。
通过对学习和记忆的关系进行研究，我们可以了解到大脑中学习的神经机制。
例如，长期增强（LTP）和长期抑制（LTD）是学习和记忆机制中关键的突触可塑性过程。
研究人员通过对动物和人类大脑的实验，揭示了学习过程中神经元之间突触连接的变化。
这些研究不仅有助于我们理解学习的本质，还有助于我们改善教育和学习的方法。
思维和决策也是认知神经科学的一个重要研究领域。
认知神经科学研究方法
认知神经科学研究方法认知神经科学是一个跨学科的领域，旨在研究和理解人类的认知过程，包括学习、记忆、注意力、意识和感知等。
为了推动这一领域的发展，研究人员采用了各种研究方法以帮助他们揭示认知过程的神经基础。
本文将介绍几种常见的认知神经科学研究方法。
1. 功能性磁共振成像（fMRI）功能性磁共振成像是近年来最具影响力和广泛应用的一种神经影像学方法。
它通过监测人脑血液流动的变化来测量大脑不同区域的活动。
研究人员可以利用fMRI检测特定任务或刺激对大脑的影响，从而了解不同认知过程的神经基础。
fMRI提供了高空间分辨率和非侵入性的测量手段，使得研究人员可以研究到更细微的大脑活动变化。
2. 电脑化测试任务电脑化测试任务是一种灵活且易于实施的研究方法。
研究人员可以设计各种电脑化测试任务来评估被试者的感知、注意力、工作记忆和执行控制等认知能力。
这些任务通常包括简单的反应时间测试、工作记忆任务和冲突解决任务等。
通过电脑化测试任务，研究人员可以收集大量的数据，在短时间内评估被试者的认知能力，从而揭示不同认知过程的特点和机制。
3. 脑电图（EEG）脑电图是一种记录大脑电活动的方法。
通过在头皮上放置电极来测量脑电信号，研究人员可以研究人脑在不同认知任务下的电活动模式。
EEG具有高时间分辨率和较低的成本，适用于研究大样本量和长时间跨度的实验。
研究人员可以利用EEG数据进行频谱分析、事件相关电位分析和相干性分析，以揭示不同认知过程的时间和空间相关性。
4. 脑磁图（MEG）脑磁图是另一种记录大脑活动的方法，与EEG类似，但测量的是脑电位的磁场。
MEG具有高时间分辨率、较好的空间分辨率和较低的噪音水平，可以捕捉到更高频率的神经活动。
通过MEG，研究人员可以研究大脑的快速事件，例如感觉刺激的加工、心理过程的时间特性和大脑区域之间的互动。
5. 结构性磁共振成像（sMRI）结构性磁共振成像技术可以提供大脑灰质和白质的高分辨率图像。
通过sMRI，研究人员可以检测到大脑结构的变化，如头盖骨和皮层之间的形态学差异。
认知神经科学
（三）主要研究目的
为心灵的理论构想探寻物质的证据 将具体发现与理论模型相联系 探寻脑的病理机制与行为之间的关联 建立更具说服力的理论模型 人工智能 更深入地探究人脑
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三、人类对脑的探索
灰质(gray matter)和白质(white matter)
沟(sulci)和回(gyri)的发现 神经的电活动 颅相学(phrenology) 的观点
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脑功能
Pierre Flourens 的“大脑机能统一说” Lashley 的“大脑皮层机能等势说” Broca的机能定位 Brodmann分区 从机能定位说到整体活动说
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大脑左半球的分区功能 第十九页，共67页
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赫布定律基于以下基本假设：
共同激活的神经元成为联合。
联合能发生在相邻的或疏远的神经元间， 即整个皮层是联合存储。
如果神经元成为联合，它们将发展 成为功能体或细胞集合。
第十一页，共67页
他的《行为的组织》一书中有一个后来被
广泛引用的段落：“当细胞 A 的一个轴突和 细胞 B 很近，足以对它产生影响，并且持久 地、不断地参与了对细胞 B 的兴奋，那么在 这两个细胞或其中之一会发生某种生长过程 或新陈代谢变化，以致于 A 作为能使 B 兴 奋的细胞之一，它的影响加强了。”这个机 制以及某些类似规则，现在称为赫布定律， 又称突触学习学说。
认知神经科学
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第一节 认知神经科学概述
一、心身关系问题
第二页，共67页
二、什么是认知神经科学
（一）概念 认知神经科学（Cognitive Neuroscience）
完整版认知神经科学
思维与决策
01
总结词
思维是我们如何理解和解决问题、进行逻辑推理和创新思考的过程。决
策则是基于思维做出的选择或决定。
02 03
详细描述
思维是我们大脑的一种高级功能，它涉及到我们如何理解和解决问题、 进行逻辑推理和创新思考。决策则是基于思维ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ出的选择或决定，它可 以帮助我们更好地应对复杂的环境和情境。
教育与学习
学习障碍
注意力与记忆力
认知神经科学研究有助于深入了解学 习障碍的神经机制，为个体化教育和 干预提供依据。
探究大脑在注意力与记忆力方面的运 作机制，有助于提高学生的学习效果 。
阅读能力
研究阅读能力的认知神经机制，有助 于优化阅读教学方法和评估阅读能力 的发展。
人机交互与人工智能
人机协作
通过认知神经科学的研究，有助 于开发更加智能、高效的人机协
1 2
神经生物学
与神经生物学结合，深入研究神经系统的基本原 理和功能，为认知神经科学提供更深入的理论基 础。
心理学
与心理学结合，通过行为实验和心理物理学方法 ，揭示认知过程的内在机制和外在表现。
3
计算机科学
与计算机科学结合，借鉴计算机科学的理论和方 法，研究大脑的算法和信息处理过程。
数据共享与伦理问题
计算机科学与神经科学结合
将计算机科学与神经科学相结合，利用人工智能和机器学习的方法 对神经数据进行处理和分析。
05 认知神经科学研究应用
神经退行性疾病
01
02
03
阿尔茨海默病
认知神经科学研究有助于 深入了解阿尔茨海默病的 发病机制，为早期诊断和 治疗提供依据。
帕金森病
研究大脑神经网络的改变 ，有助于揭示帕金森病的 运动障碍和认知障碍的关 联。
认知神经科学
认知神经科学认知神经科学认知神经科学是研究大脑与心智活动之间的关系的一门学科，它涉及了神经科学、心理学、计算机科学和哲学等多个领域。
通过研究大脑的神经元活动以及相关的认知过程，我们可以更好地理解人类思维和智力活动的本质。
人类的思维和智力活动是在神经系统中进行的。
大脑是人类思维和智力活动的主要器官，它由约86亿个神经元组成，这些神经元之间通过突触相互连接。
认知神经科学的研究对象就是这些神经元之间的信息传递和处理过程。
在认知神经科学的研究中，我们使用多种方法来解析和探索大脑的功能和结构。
其中最重要的方法包括功能磁共振成像（fMRI）、脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）。
这些方法可以通过观察大脑的活动来研究不同认知功能的实现。
例如，通过fMRI可以观察到在特定任务中激活的脑区，从而揭示出不同认知过程的神经机制。
认知神经科学的研究领域非常广泛，涉及到记忆、学习、语言理解、感知、决策等多个方面。
例如，研究者通过观察脑电图和脑磁图，发现在记忆任务中，海马体和额叶皮层起着重要的作用。
这些研究为我们理解记忆的形成和存储机制提供了重要线索。
在近年来，随着计算机技术的不断发展，认知神经科学与人工智能的交叉领域也得到了快速的发展。
通过模拟人脑思维的过程，人工智能系统在语音识别、图像识别和自然语言处理等方面取得了重要突破。
而认知神经科学的研究可以为人工智能的发展提供指导和启示。
认知神经科学的研究对于理解人类思维和智力活动的本质具有重要意义，它不仅可以帮助我们更好地诊断和治疗神经系统相关的疾病，还可以促进人工智能的发展。
相信随着相关技术的不断进步，我们对人类思维和智力的认知将会越来越深入。
尽管认知神经科学在过去几十年取得了很大的进展，但仍然存在许多未解之谜。
例如，我们尚不清楚意识这一现象是如何产生的，以及人类思维和智力活动与大脑的具体连接方式。
这些问题将会是未来研究的重点，我们期待着通过认知神经科学的研究，揭示人脑的奥秘。
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2、认知科学的发展
•认知科学（Cognitive Science）：是研究人、动物和机器的 智能的本质和规律的科学。认知心理学和人工智能是认知科学 的核心学科（Wiles & Dartnall, 1999）。
• 70 年代，人工智能发展面对许多难题，传统物理符 号论难以解决。于是一批富有远见卓识的美国科学 家提出将人脑、电脑研究融为一体,研究智能实体(自 然脑和人造脑) 的智能活动与环境条件相互制约的规 律。认知心理学、神经心理学、心理语言学和传统 人工智能构成了统一的认知科学雏型，智力与计算 的关系成为70～80 年代认知科学的基本命题。然而， 这一命题研究很快遇到了重大挫折，即离散的物理 符号计算无法表达人类智能活动的真谛。
认知神经科学 Cognitive Neuroscience
参考书目
• 沈政 方方 杨炯炯著，认知神经科学导论，北京大学出版社 • 郭本禹著，当代心理学的新进展，山东教育出版社 • 莲蓉主编，认知心理学，高等教育出版社 • Howard Eichenbaum著，记忆的认知神经科学—导论，北京师范大学出版社 • 沈政 杨炯炯，当代认知神经科学，科技前沿与学术评论 • 陈巍，从颅相学到认知神经科学，科技评论 • 王晓东 张立春 肖鑫雨，大脑学习密探—认知神经科学研究进展，开放教育研究 • 王道阳，认知神经科学研究范式的困境与出路，专论 • 李雅，认知神经科学新进展评述，赤峰学院学报 • 徐俊霞 胡俊丽，认知神经科学新进展对科学发展的启示，呼伦贝尔学院学报 • 刘昌，认知神经科学：其特点及对心理科学的影响，心理科学 • 孟维杰，认知神经科学范式检讨与文化反思，阴山学刊 • 金志成，在认知神经科学中所应用的功能性磁共振成像技术，华南师范大学学报 • 刘文艳，PET设备的成像原理、现状及展望，中国医学设备
1、脑的研究
•古希腊时期，希波克拉底天才般的提出脑是心理的器官 •我国医学家李时珍指出“脑为元神之府”。 • 19世纪初德国医学家伽尔和
他的学生斯普茨海姆首先对 脑和心理的关系进行了了解， 提出“颅相学”，认为头骨 的外形与脑的形状相对应， 人的不同心理功能，如记忆、 野心、谨慎、仁慈等，分别 存于大脑特定部位，因此， 根据颅骨的外形可以推知人 的各种心理特征，他假设特 定区域的隆凸或凹陷对应于 大脑相关功能区域的发展情 况。
Paul Broca
• 加拿大神经外科医生潘菲尔德采用点刺激法对 病人大脑的感觉与运动功能进行了研究，发现 人身体不同部位的感觉和运动在脑皮层均可 找到相对应的部位
• 后来一系列研究表明，人类感觉，运动，语言， 记忆等机能均与特定脑区有关，且语言功能更 与左半球有密切关系，这是所谓“大脑皮层机 能定位说”
• 十几年后，认知科学家们终于在生物脑中概括出并行分布式(PDP) 的神 经计算原理,1986～1996 年的十年间,风起云涌的人工神经网络研究积累 了大量科学事实,冲破了智能的传统概念。1993 年认知科学杂志上人工智 能研究创始人之一Simon 和五位青年学者展开的智能本质论战,1994 年已 故生态心理学家Gibson 著作再度风行于世,都为智能新概念奠定了科学基 础
•认知神经科学（Cognitive Neuroscience）：一门研究人脑高级功能的学 科。认知神经科学的研究目的在于阐明认知活动的脑机制（Gazzaniga， 2000）
•认知神经科学诞生至今有着近20年的历史，80年代开始走入人们的视野， 与90年代成为一门受国际学术界公认的新兴学科，被认为是21世纪最有发 展前景的自然科学前沿研究领域。
• 法国神经病学家布罗卡描述了一则表达性失语症，病人能 听懂他人说话，且喉，舍，唇肌肉正常，但除了“Tan”的 声音外不能说话，对其尸检发现病人左半球额下回后部约 1/3处有一鸡蛋大的损伤，脑组织退化，认为该区域是言语 运动中枢。德国学者威尔尼克则发现听觉性失语症病人左 半球颞上回后部受损，其听觉正常，却听不懂他人和自己 说话，常常答非所问。即言语听觉中枢。
• 智能与计算的命题再次扩展开来，它包括离散物理符号计算，连续(模拟的) 神经计算(PDP) ，自组织自适应计算、模糊计算和模糊推理等。智能新概 念不仅体现在其算法多样性与综合性，更体现于智能活动源于生态环境， 又归结为生态环境。它不是每个头脑作为孤立系统的内部运动过程，而是 体现于制约着生态环境又作用于生态环境的个体高效目的行为。因此，智 能实体(自然脑或人工脑) 在特定环境下完成高效目的行为的过程及其内部 机制，就成为新智能理论的基本命题，它的目标不仅在于运用当代各种图 灵计算原理，还在于试图突破图灵计算，追求智能本质的新认识。
Contents
认知神经科学的起源 理论及其研究方法 神经系统的基本知识 在记忆、注意、思维、情绪方面的研究
反思
一、起源
Michael S. Gazzaniga
George A. Miller
•认知神经科学这一术语最早于20世纪70年代末由美国著名的心理学家
Michael S. Gazzaniga和George A. Miller共同提出。是一门在认知科学和 神经科学的基础上发展起来的一门新生学科。
• 但是，认知科学各学科的一个共同特点是，它们 对人的认知过程的研究采取的是一种“隐喻式描 述”。
• 例如，我们可以采用心理实验设计证明短时记忆 的存在，但短时记忆显然是脑的功能之一，在没 有阐明其脑活动机制之前，我们只能设想短时记 忆类似于一个工作平台。
• 这显然不能满足研究者们的要求。脑是心理活动 的物质本体，仅从行为水平探讨人脑的心理功能 当然是不够的。
• 法国生理学家弗洛伦斯采用脑局部切除法损毁动物（主要 是鸟类）的脑不同部分，观察动物行为的变化，提出“大 脑机能统一说”，认为脑的机能具有整体性。后来美国心 理学家拉 什里用类似方法研究大鼠脑损伤程度对大鼠学习 和记忆的影 响，发现大鼠记忆障碍的严重程度与脑损伤的
部位无关，而是依赖于脑损毁的面积大小，提出“大脑皮 层机能等势说”，认为大脑皮层不同部位的机能是相同的。