第二章 認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)

第二章認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)第一節(jié)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)概述一、心身關(guān)系問題二、什么是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)（一）概念認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)（CognitiveNeuroscience）旨在闡明心理活動(dòng)尤其是人類心理活動(dòng)的腦基礎(chǔ)，以揭示心理與腦的關(guān)系。P33定義認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)這一學(xué)科名稱誕生于二十世紀(jì)七十年代后期,該學(xué)科是認(rèn)知科學(xué)與神經(jīng)科學(xué)相互結(jié)合,于九十年代得到國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的一門新興學(xué)科,被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最有發(fā)展前景的自然科學(xué)前沿研究領(lǐng)域之一。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)建立在現(xiàn)代認(rèn)知科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)上,具有高度的跨學(xué)科性、學(xué)科交叉性。它作為一門正式學(xué)科的歷史雖然很短,但其關(guān)于人類心理活動(dòng)的研究已取得了一些實(shí)質(zhì)性突破。（二）基本理論假設(shè)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(chǔ),但結(jié)構(gòu)與功能之間不存在簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（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(jī)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三、人類對(duì)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(dòng)顱相學(xué)(phrenology)的觀點(diǎn)加拿大心理學(xué)家Hebb用了20年時(shí)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(rèn)知科學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

1949,Hebb率先使用connectionism（聯(lián)結(jié)主義）這一術(shù)語對(duì)人的大腦模型進(jìn)行了描述,并提出了著名的算法規(guī)則又稱Hebb規(guī)則（定律）。赫布定律基于以下基本假設(shè)：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(yuǎn)的神經(jīng)元間，即整個(gè)皮層是聯(lián)合存儲(chǔ)。如果神經(jīng)元成為聯(lián)合，它們將發(fā)展成為功能體或細(xì)胞集合。他的《行為的組織》一書中有一個(gè)后來被廣泛引用的段落：“當(dāng)細(xì)胞A的一個(gè)軸突和細(xì)胞B很近，足以對(duì)它產(chǎn)生影響，并且持久地、不斷地參與了對(duì)細(xì)胞B的興奮，那么在這兩個(gè)細(xì)胞或其中之一會(huì)發(fā)生某種生長(zhǎng)過程或新陳代謝變化，以致于A作為能使B興奮的細(xì)胞之一，它的影響加強(qiáng)了。”這個(gè)機(jī)制以及某些類似規(guī)則，現(xiàn)在稱為赫布定律，又稱突觸學(xué)習(xí)學(xué)說。腦的構(gòu)造

腦的構(gòu)造大體分為三個(gè)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(jī)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(gè)半球之間則由胼胝體連接

腦功能PierreFlourens的“大腦機(jī)能統(tǒng)一說”Lashley的“大腦皮層機(jī)能等勢(shì)說”Broca的機(jī)能定位

Brodmann分區(qū)從機(jī)能定位說到整體活動(dòng)說大腦左半球的分區(qū)功能串行加工與并行加工第二節(jié)神經(jīng)科學(xué)常用探測(cè)技術(shù)多導(dǎo)細(xì)胞電活動(dòng)記錄腦成像技術(shù)的發(fā)展時(shí)間分辨率(temporalresolution)和空間分辨率(spatialresolution)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)試圖通過先進(jìn)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(rèn)知活動(dòng)的大腦區(qū)域，界定各區(qū)域的活動(dòng)順序等。一、單細(xì)胞記錄(single—unitrecording)將微電極(micro．electrode)插進(jìn)動(dòng)物大腦以獲得細(xì)胞膜外電位(extracellularpotential)記錄。在靜息狀態(tài)下，膜內(nèi)外大約有70毫伏——90毫伏的負(fù)電位差，膜內(nèi)比膜外略帶負(fù)電的電位差，使細(xì)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(xì)胞膜外帶正電荷的鈉離子（Na＋）和帶負(fù)電荷的氯離子（Clˉ），細(xì)胞膜內(nèi)則是帶正電荷的鉀離子（K＋）和帶負(fù)電荷的生物大分子當(dāng)神經(jīng)元受到足夠強(qiáng)的刺激時(shí)，細(xì)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(xì)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(xì)胞膜內(nèi)相對(duì)于細(xì)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(dòng)作電位

二、腦電圖（EEGMeasurement）腦電圖(electroencephalogram，EEG)是通過在頭皮表面記錄大腦內(nèi)部的電活動(dòng)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。腦電圖(EEG)是研究和檢查大腦半球神經(jīng)元細(xì)胞自發(fā)放電活動(dòng)，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(cè)技術(shù)。因其方法簡(jiǎn)便無創(chuàng)、價(jià)格低廉而廣泛用于顱腦疾病的診斷和研究。

EEGandEvokedPotentialsEEGEvokedPotentials不足之處EEG的關(guān)鍵問題是腦電活動(dòng)的自發(fā)性或大量的背景活動(dòng)阻礙了對(duì)刺激引起的信息加工活動(dòng)的記錄。三、事件相關(guān)電位(event—relatedpotentials，ERP)1965年Sotton最早發(fā)現(xiàn)，在“認(rèn)知”某種靶刺激時(shí)(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。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(shí)間加以排列。把這些EEG片段疊加后平均就獲得一個(gè)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(yīng)從背景活動(dòng)中分離出來。

ERP和許多認(rèn)知過程的密切相關(guān)的聯(lián)系，使得ERP成為了解認(rèn)知神經(jīng)基礎(chǔ)的最主要的信息來源，這些認(rèn)知過程包括心理判斷、理解、辨識(shí)、注意、選擇、做出決定、定向反應(yīng)和某些語言功能等。評(píng)價(jià)事件相關(guān)電位可提供關(guān)于大腦活動(dòng)的更具體的時(shí)間信息，同時(shí)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。四、正電子發(fā)射斷層掃描（PET）

正電子發(fā)射層析攝影術(shù)(positronemissiontomography）簡(jiǎn)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(fù)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(cè)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(dòng)變化。評(píng)價(jià)較高的空間分辨率時(shí)間分辨率很低只能間接測(cè)量有關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)屬于侵襲性技術(shù)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(chǎng)去興奮大腦中的原子。這一過程所導(dǎo)致的磁場(chǎng)變化被一臺(tái)環(huán)繞患者磁體所檢測(cè)，這些變化進(jìn)而由計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化成一幅非常精確的三維圖像。

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(shí)明顯增加,同時(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)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(hào)增加。功能磁共振成像（FunctionalMRI，fMRI）是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一種全新的研究手段，通過神經(jīng)元活動(dòng)時(shí)大腦的血液動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，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(dòng)區(qū)，與其他研究方法相比，具有較高的空間分辨率和時(shí)間分辨率,以及較好的可重復(fù)性和可行性，近年來受到廣泛重視。評(píng)價(jià)高的時(shí)間和空間分辨率高安全性的技術(shù)只能對(duì)神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)