认知神经科学-学习和记忆17.3
大脑认知和学习的神经科学基础
大脑认知和学习的神经科学基础人类的大脑是一个神秘的器官，它是我们思考、学习和行动的中枢。
神经科学研究已经揭示了神经元之间的复杂信号交换，这些信号可以组成复杂的神经回路来控制行为和思维。
这种神经功能是大脑的认知和学习过程的基础，它们经常被用作探索人类认知的神经科学研究中的关键因素。
神经元和突触大脑的神经元是大脑的基本细胞单元，它们为大脑提供信号交换服务。
一个神经元由许多分支组成，其中一个分支作为神经原纤维，向与之相邻的神经元发送电信号。
电信号穿过神经元的突触和神经干细胞到达下一个神经元，这个过程被称为神经信号传递。
突触是两个神经元之间的联系点，它们是信息从一个神经元发送到另一个神经元的交换站。
神经处理信号的方式在人脑中，神经元之间的通信方式非常特殊。
神经元之间的通信不同于人们习惯的电话、电报或电子邮件之间的通讯方式。
大脑的神经元之间通讯的方式是依赖于突触的存在，并通过神经元之间新产生的电位差来进行信号交换。
当神经元被刺激时，神经突触会释放化学物质, 从而传递一个电信号。
神经元之间的交流方式是非常复杂的，有时神经元的电信号被放大，有时还会减缓和被忽略。
学习和记忆的神经科学基础学习和记忆是神经科学中的广泛研究领域。
在人脑中，神经元的连接和突触之间的当前状态对于学习和记忆至关重要。
大脑的学习和记忆过程依赖于神经元和神经元之间的联系。
神经元突触的加强和减弱可以改变神经元之间的相互作用和电信号传递的能力。
这种能改变突触效能的过程被称为突触可塑性，是学习和记忆的基础。
神经可塑性的形成突触可塑性是神经科学中最重要而有趣的研究领域之一。
科学家们正在努力揭示神经可塑性的神经基础，以从神经科學的理论层面更好地理解学习和记忆这些复杂的高级人类行为，神经可塑性可以被分为短期突触可塑性和长期突触可塑性。
突触可塑性可以通过多种形式形成，包括长时程增强，长时程抑制和回路增强。
这些过程是神经可塑性形成的基石，既可以在个体发育过程中发生，也可以在成年人的学习过程中发生。
认知神经科学1
认知神经科学1认知神经科学授课计划第一章概论第二章知觉第三章注意第四章记忆第五章语言第六章情绪第一章概论第一节认知神经科学的兴起与发展第二节认知的神经基础第三节认知神经科学的研究方法认知神经科学的概念认知神经科学 = 认知科学（主要是认知心理学） + 神经科学●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）。
●神经科学（Neuroscience）：研究人与动物神经系统（主要是脑）的结构和功能，在分子水平、神经网络水平、整体水平乃至行为水平阐明神经系统特别是脑的活动规律（韩济生，1999）。
●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）。
认知心理学的发展认知心理学●心理学的一个重要分支●是认知科学的一个重要组成部分●它研究人的内在心理过程，主要是认识过程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等。
认知心理学的发展哲学基础——理性主义与经验主义之争●理性主义认为，通往真理的唯一道路是理性思考●经验主义认为，通往真理的唯一道路是细心观察●古希腊：柏拉图v.s. 亚里士多德●17世纪：笛卡尔v.s. 洛克笛卡尔：寻求真理的过程中，内省与反思优于经验洛克：白板论（tabula rasa）●洛克的理论是一种真正的心理学，是心理学发展的里程碑，因为他试图理解人类心理的操作过程，认为心灵和身体是同一的。
还提出语言是人类的物种特征，只有人类才有语言，用它表达思维。
这对认知心理学的发展有重大的影响。
心理学基础●1879年冯特在莱比锡创建了世界上第一个心理实验室，使心理学转变为一门以实验为基础的学科。
这一事件标志着心理学的诞生，冯特因此被称为心理学的始祖。
一百多年间，心理学经历了构造主义、机能主义、行为主义和认知心理学时期。
认知科学和神经科学
认知科学和神经科学是两个重要的交叉领域，它们通过不同的角度和方法研究人类认知和神经机制，帮助我们更好地理解人类思维和行为的本质。
本文将从以下几个方面介绍这两个学科的概念、研究方法、应用现状以及未来发展趋势。
一、认知科学概念与研究方法认知科学是一门跨学科的研究领域，旨在研究人类认知（cognition）的本质和机制。
认知包括知觉、思考、语言、学习、记忆等多个方面，是人类行为的核心和根源。
认知科学家们通过实验和理论构建来研究认知，常用的实验手段包括行为实验和神经影像技术。
同时，还有许多理论模型被提出来解释不同的认知现象，其中最著名的包括计算模型、连接主义模型以及符号主义模型等。
二、神经科学概念与研究方法神经科学是一门研究神经系统结构和功能的科学，旨在揭示大脑如何控制行为和意识。
神经科学不仅包括神经生物学和神经解剖学这类基础学科，还涉及神经药理学、神经影像学、神经工程学等多个领域。
现代神经科学主要依靠神经影像技术和电生理技术来研究神经系统的功能和结构，例如fMRI、MEG、EEG等。
三、的交叉研究的交叉研究是两个领域相互促进和发展的过程。
很多经典的认知现象都可以通过神经影像技术加以解释，例如工作记忆、视觉加工等。
神经科学的研究也受益于认知科学的理论模型，例如连接主义模型在解释神经网络活动方面具有很大作用。
同时，也有一些疾病或症状在两个领域中都有研究，例如阿尔茨海默病、精神分裂症等。
四、应用现状的研究对人类社会的各个方面都有着广泛的应用，下面介绍几个具有代表性的领域。
1、教育：应用认知科学的理论和方法来改善教学效果，例如基于认知负荷理论设计教学内容。
神经影像技术也可以用于评估教育干预的效果，例如神经反馈训练。
2、医疗：神经科学技术可以用于病理诊断和治疗，例如fMRI 可以用于帮助诊断脑损伤等。
同时，也有很多神经科学的研究成果被应用于药物研究和开发中。
3、人工智能：认知科学的理论和神经科学的研究成果都被广泛应用于人工智能领域。
认知神经科学
研究层次
研究对象
研究方法
认知神经心理学 脑区、整脑
认知心理生理学 脑区、整脑
认知生理心理学 分子、细胞、 脑区、整脑
脑损伤病人 人类
灵长类动物
神经外科检查、神经心理测查、 行为实验研究（如采用双任务
法）
通过生理仪器（EEG、ERP、 PET、FMRI、MEG等）记录生
理信号
脑损毁、单细胞电活动记录
认知神经生物学 分子、细胞、 从低等动物到
+ 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
+ 法国神经病学家布罗卡描述了一则表达性失
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大脑皮层均可 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”
+ 80年代中期，出现了正电子发射断层扫描技术 （PET,positron emission tomography），它 将带有放射性核素标记的化合物注入人体，由 此获得心理活动时的脑代谢图像或脑血流图像 。
+ 1990-1992年期间又出现了功能磁共振成像（
+ 疾病始终困扰着人类，一些疾病直接影响 人的脑功能，包括脑肿瘤、老年痴呆、脑 血管疾病、癫痫、毒品成瘾、精神分裂症 等等。对这些疾病进行早期诊断，是预防 疾病发生的重要措施。
《认知神经科学》学习笔记
《认知神经科学》学习笔记1、⼈类基因组建模有助于分辨：情感、认知、动机。
2、通过神经⽣理活动检测精神状态与⼼理意图。
3、⼈体⽔平的精神学构建主要包括情感、认知、动机。
4、读⼼术：主要指能够确定个体正在想什么或者想要做什么的能⼒。
5、精神建构的四种类型神经⽣理指标：后果、伴随、标志物和常量。
6、所有精神现象是通过⾝体活动发⽣的。
7、相关性对于因果关系是必要的，但必须满⾜其他两个标准才符合因果关系。
时间顺序（因在果之前）和必须排除第三变量。
8、认知增强剂，认知增强药物⼴义上是指那些可以提⾼⼈们注意⼒、学习能⼒及记忆⼒等功能的药物或制剂。
神经系统可以调节并能够控制⼀系列的⼈类⼼理活动。
9、⾎脑屏障：⾎脑屏障是药物投递到⼤脑时的⼀道屏障。
它由⽑细⾎管内⽪细胞基膜和星形胶质细胞等构成。
⾎脑屏障把⾎液与脑实质分开并阻⽌药物渗⼊中枢神经系统。
⾎脑屏障阻⽌了在⽣理浓度具有神经毒性的药物，如钾、⽢氨酸、⾕氨基酸等对⼤脑的损害。
10.当前，脑电图研究的重点，是测量⼤脑对特别刺激的电⽣理反应。
11.当前脑电图研究的重点，是测量⼤脑对特别刺激的电⽣理反应。
12.1973年，Hounsfield⾸先发⽂介绍了计算机断层扫描技术（CT），该技术⼤⼤改变了科学家和医⽣检查⼤脑的⽅法。
13.对复杂认知⾏为的实时数据采集和近实时的数据分析（数百毫秒延迟）已获成功，并扩⼤到相关的研究应⽤领域。
实时fMRI（功能磁共振成像）已被⽤来检测情感状态的⾃主抑制，这表明可以更深⼊地⽤于了解复杂的认知过程。
14.磁共振波谱（MRS）提供了⼀个⽆创的⼤脑化学可视窗⼝。
15.通过神经影像监测⾼级认知过程。
16.在神经科学研究中，计算机最普遍的应⽤是对基因组学、蛋⽩质组学、形态学和神经功能影像学等数据进⾏分析。
17.⼈类认知和情感的⽣理仿真模型。
构建⼤脑模型的主要困难是如何模拟⼤脑功能的神经⽣理学、认知和情感等特性。
对⼈类⼤脑进⾏⾼保真模拟，需要在认知和情感模拟机制的综合了解⽅⾯有所突破。
认知神经科学
19世纪，机能统一说与皮层机能定 位说旳争论
• 4.德国和
5
5Paul Broca-言语运动中枢
6
：接受性失语症
7Gustav Fritsch和Eduard Hitzig：狗旳特征 性运动
7
对猴脑旳刺激点
8
9.Brodmann及Brodmann分区
9
，
• 用银染色旳神经元
10
他绘制旳大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环路之一
45
三、语义码:
1 Wickens旳试验：前摄克制设计
试验1
葡萄 西瓜 枇杷
分心 作业
回忆
试验2
苹果 香蕉 凤梨
分心 作业
回忆
试验3
梨子 芒果 桔子
分心 作业
回忆
试验组
试验4
玫瑰花 向日葵 雏菊
分心 作业
回忆
控制组
试验1
荔枝 龙眼 柚子
分心 作业
回忆
46
正 确 率 （ ）
%
前摄克制解除 函数成果
主要投向到 受益功能 （传送信息）
外侧膝状细胞核 视觉接受器，凭视 视觉皮层 神经
使我们看得见
内侧膝状细胞核 听觉接受器，凭听 听觉皮层 觉神经
使我们听得见
腹后侧细胞核 躯体神经系统
初级体觉皮质 使我们感觉压力和疼痛
腹外侧细胞核 小脑（位于后脑）
初级运动皮质 使我们有平衡感
33
大脑皮质与功能定位
大脑皮质：沟、裂、回 由胼胝体提成左右两半球
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二、直通模型（direct access model)
直通模型（Direct Access Model）以为，短时记忆中信息旳提取并不是经过扫描 旳方式进行旳，大脑能够直接通往所要提取旳项目在短时记忆中旳位置，进行 直接提取。 该模型以为，短时记忆中旳每一种项目都有一定旳熟悉值或痕迹强度，能够据 此作出某种鉴定。在大脑内部有一种判断原则，当熟悉值高于这一原则，则作 出“是”反应，低于这一原则则作出“否”反应。
人类记忆的认知神经科学研究
人类记忆的认知神经科学研究人类的记忆是人类认知机制中至关重要的一环。
它既是人类智力的表现，又是人类文化和社会秩序的基础。
人们常说“没有记忆，就没有未来”，这也从侧面印证了记忆的重要性。
随着神经科学技术的不断发展，越来越多的研究表明，人类的记忆是由大脑的神经元和突触之间的信息传递而实现的。
接下来，本文将探讨一下人类记忆的认知神经科学研究。
记忆的基础认知神经科学记忆是一个复杂而庞大的机制，它包括了输入/存储/提取/整合等多个环节，每一个环节都对记忆功能的正常实现有着重要的影响。
人们通常将记忆分为长时记忆和短时记忆。
而长时记忆又可以分为显性记忆和隐性记忆。
显性记忆指的是肉眼可见的意识现象，需要有人故意地去回忆。
隐性记忆指的是潜在的、并不需要意识的记忆。
比如我们骑车、开车等动作，都是由隐性记忆所掌控的。
科学家们通过对人体神经系统的观察和研究，首先发现了人类记忆的基础认知神经科学，包括了杏仁核、海马体、外侧杏仁体、切迹皮层等多个脑区。
这些脑区的活跃程度或者相互之间的连接方式，都与人类记忆的表现密切相关。
海马体，位于大脑中央的颞叶内侧，是人类记忆中的重要一环。
很多实验验证了海马体在存储人类记忆中的重要作用。
同时，海马体还与其他调节情感、味道记忆等功能相关的脑区相互连接，说明其对人类的记忆和认知功能有着多方面的影响。
切迹皮层是一个负责信息编码的过程的脑区，在人类记忆中起着若干功能。
在人们实际操作记忆任务时，通常要求人们提取和整合信息。
这一过程就是由切迹皮层所掌控的。
杏仁核是人类记忆与情感之间的中转站，从杏仁核发出的“置信度”信号将会在很大程度上影响人类记忆的处理、存储以及提取。
这表明记忆和情感之间存在着很强的内在联系，每个人的个体情感体验都会在一定程度上影响到人类记忆的表现。
新近的研究也表明，人类的神经可塑性是一项非常重要的基础认知神经机制。
神经可塑性是指在不同环境和学习经历下，神经元和突触之间的连接会发生变化，从而调节神经系统的结构和功能。
认知科学视角下的学习与记忆机制
认知科学视角下的学习与记忆机制引言：学习与记忆是人类生活中重要的认知功能。
众所周知，人们可以通过学习来获取新的知识和技能，而记忆则是在学习后保留和提取这些信息的过程。
认知科学视角下的学习与记忆机制研究了人类大脑是如何通过学习来形成记忆，并如何在需要时从记忆中提取所需的信息。
本文将从认知科学的角度探讨学习与记忆的机制，并介绍相关研究的重要发现。
一、学习与记忆的定义及分类学习是指个体通过经验获取新的知识或技能，从而改变行为或思维方式的过程。
记忆指的是将学习到的信息保存在大脑中，并在需要时进行提取和回忆的能力。
根据学习与记忆的时间尺度和内容特点，可以将其分为短期学习与记忆和长期学习与记忆两种形式。
短期学习与记忆是指在短时间内获取和保持信息的过程，通常容量有限，持续时间较短；长期学习与记忆则是指在相对较长的时间内保持和回忆信息，容量较大，持续时间较长。
二、学习与记忆的神经基础1. 神经元的作用神经元是组成大脑的基本单位，它们通过电化学信号的传递，实现信息的收集、处理和传递。
在学习与记忆过程中，神经元之间的连接和活动起着重要的作用。
2. 突触可塑性突触是神经元之间的连接点，通过突触间的传递信息。
突触可塑性是指突触连接的强度和效率在学习和记忆过程中发生变化的现象。
突触可塑性分为短时程可塑性和长时程可塑性两种形式。
短时程可塑性主要包括突触前神经元和突触后神经元之间的反复刺激，增加反应的强度和频率，从而加强神经元之间的连接。
长时程可塑性则包括长期增强（LTP）和长期抑制（LTD），即通过突触连接的强化或削弱而形成的可持续的变化。
三、学习与记忆的过程1. 学习过程学习过程可以分为三个阶段：获取、编码和巩固。
获取阶段是指通过感觉器官对外界信息进行感知和收集。
编码阶段是将获取到的信息进行处理和整合，将其转化为大脑内部的神经网络中的模式。
巩固阶段是指将编码好的信息保存在大脑中，以便日后的提取和回忆。
2. 记忆过程记忆过程包括存储和提取两个阶段。