認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)概述列車運(yùn)維關(guān)鍵崗位作業(yè)認(rèn)知理論課件

1.3認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)概述列車運(yùn)維關(guān)鍵崗位作業(yè)認(rèn)知理論鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院主講人：牛可01認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)簡(jiǎn)史02認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)的關(guān)系03細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成content目錄Part01認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)簡(jiǎn)史Part01列車運(yùn)維關(guān)鍵崗位作業(yè)認(rèn)知理論認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)簡(jiǎn)史1650年，AnneGreen受到絞刑卻又奇跡般復(fù)活，為牛津的內(nèi)科醫(yī)生Willis和Petty贏得了聲譽(yù)。Thomaswillis后來(lái)成了牛津大學(xué)自然哲學(xué)教授。Willis和Wren共同繪制的人類大腦1.認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)起源他與他的同事及朋友ChristopherWren（他因設(shè)計(jì)英國(guó)倫敦圣保羅大教堂而家喻戶曉）一道，繪制了當(dāng)時(shí)以及此后200年內(nèi)最精確的人類大腦。簡(jiǎn)而言之，Willis肇始的一些想法和知識(shí)基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)幾百年醞釀，發(fā)展成我們今天的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)這個(gè)領(lǐng)域。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)簡(jiǎn)史2.認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)術(shù)語(yǔ)的誕生認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)（cognitiveneuroscience）這一科學(xué)領(lǐng)域是19世紀(jì)70年代在紐約市一輛出租車的后座上被命名的。當(dāng)時(shí)，MS.Gazzaniga正與杰出的認(rèn)知心理學(xué)家GeorgeA.Mler一同乘車去參加晚宴。它來(lái)自“認(rèn)知（cognition）”和“神經(jīng)科學(xué)（neuroscience)這兩個(gè)詞：“認(rèn)知”即知覺(jué)和認(rèn)識(shí)的過(guò)程（也就是那些生意識(shí)、感知和推理的東西），而“神經(jīng)科學(xué)”則是研究神經(jīng)系統(tǒng)的學(xué)科。Part02Part02認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)的關(guān)系列車運(yùn)維關(guān)鍵崗位作業(yè)認(rèn)知理論認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)1.兩種學(xué)科的碰撞當(dāng)代的心理學(xué)家運(yùn)用神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的信息和技術(shù)，神經(jīng)科學(xué)家也運(yùn)用認(rèn)知心理學(xué)的信息和技術(shù)，這么做有幾個(gè)理由：一、需要為心靈的理論構(gòu)想探尋物理上的證據(jù)。二、神經(jīng)科學(xué)家需要將他們的發(fā)現(xiàn)與對(duì)腦和認(rèn)知的更全面的理論模型聯(lián)系起來(lái)。三、臨床上試圖探尋腦的病理機(jī)制和行為之間的關(guān)聯(lián)。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造法神經(jīng)科學(xué)層面上的功能越來(lái)越多地參與到心靈的理論模型中。一些計(jì)算機(jī)科學(xué)家試圖通過(guò)開(kāi)發(fā)與人腦的運(yùn)行方式相類似的計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類的認(rèn)知和智能，這種解決腦和計(jì)算機(jī)問(wèn)題的方法有時(shí)被稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造法。一種典型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖一個(gè)經(jīng)典的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)包含三個(gè)層次的。紅色的是輸入層，綠色的是輸出層，紫色的是中間層（也叫隱藏層）。輸入層有3個(gè)輸入單元，隱藏層有4個(gè)單元，輸出層有2個(gè)單元。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)3.兩種學(xué)科的四個(gè)問(wèn)題一、大腦中用來(lái)控制特定類型認(rèn)知功能的神經(jīng)環(huán)路在哪兒?二、什么類型的信息得到這些環(huán)路的加工?為了理解那些認(rèn)知策略背后的神經(jīng)基礎(chǔ)，有四個(gè)問(wèn)題可以用來(lái)考慮將認(rèn)知心理學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)綁定在一起的重要性：三、這些環(huán)路具體表現(xiàn)為什么類型的認(rèn)知策略?四、這些神經(jīng)環(huán)路（和其所導(dǎo)致的認(rèn)知功能）在捕獵者群聚的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)什么功能?Part03細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成Part03列車運(yùn)維關(guān)鍵崗位作業(yè)認(rèn)知理論細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成1.心身關(guān)系問(wèn)題哲學(xué)家笛卡爾舉例說(shuō)，一個(gè)人把手伸進(jìn)火堆而感受熱能，然后幾乎不需要思考就會(huì)把手縮回來(lái)。為什么身體會(huì)如此運(yùn)作?一種典型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖我們現(xiàn)在知道，任何心理層面上（心）的事件同時(shí)也都是神經(jīng)層面上（身）的。其中由物質(zhì)構(gòu)成的世界，事物存在于特定的時(shí)空之中，而心理的世界是由記憶、思想、觀念、想象等構(gòu)成的。這兩個(gè)世界看似是對(duì)立的，不可中和的。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成2.中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的基本類型中樞神經(jīng)系統(tǒng)（centralnervoussystem，CNS）是一套比細(xì)線和流體更復(fù)雜的系統(tǒng)，它由脊髓和腦組成。神經(jīng)系統(tǒng)的基本單元是神經(jīng)元（neuron）它是一種特異化的細(xì)胞，能夠在整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)中傳遞神經(jīng)信息。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成2.中樞神經(jīng)系統(tǒng)人腦由密集排布的神經(jīng)元構(gòu)成。有些估算認(rèn)為其數(shù)量達(dá)到1000億的數(shù)量級(jí)（相當(dāng)于銀河系天體的數(shù)目）。其中的每個(gè)都能夠接收并傳遞神經(jīng)沖動(dòng)到有時(shí)多達(dá)數(shù)以千計(jì)的神經(jīng)元那里，這比地球上和宇宙中任何已知的系統(tǒng)都更為復(fù)雜。每1立方英寸的大腦皮質(zhì)含有大約1萬(wàn)英里長(zhǎng)的神經(jīng)纖維，它們將神經(jīng)細(xì)胞聯(lián)接起來(lái)。右圖展示的是人腦中神經(jīng)元錯(cuò)綜交織的圖景?？ü枌?duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的第一版畫像細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成3.神經(jīng)元四種神經(jīng)元的主要部分如右圖所示：神經(jīng)元結(jié)構(gòu)樹(shù)突（dentrites），從其他神經(jīng)元處接收神經(jīng)沖動(dòng)。1細(xì)胞體（cellbody），主要負(fù)責(zé)“家務(wù)活”，它通過(guò)具有滲透性的細(xì)胞壁攝入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并排出代謝廢物。軸突（axon），一根長(zhǎng)長(zhǎng)的管狀的傳遞通道，由這條通道，來(lái)自細(xì)胞體的信號(hào)通過(guò)稱為突觸的接合物傳遞給其他的細(xì)胞。軸突止于突觸前末梢（presynapticterminals），它們處在其他神經(jīng)元用來(lái)接收信號(hào)的樹(shù)突表面附近。234細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成3.神經(jīng)元突觸傳遞傳遞的發(fā)生是因?yàn)橐环N被稱為神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)在不同神經(jīng)元間交換化學(xué)信息。這種化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)會(huì)改變接收神經(jīng)元樹(shù)突的極性或電位。神經(jīng)遞質(zhì)（neurotransmitter）是一種作用于接收神經(jīng)元的樹(shù)突膜上的化學(xué)信號(hào)。一類神經(jīng)遞質(zhì)具有易化作用，使得下游的神經(jīng)元更容易被激發(fā)，如右圖所示；另一類則具有抑制作用，使下游的神經(jīng)元更不易被激發(fā)。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成人類出生到2歲的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在人出生之時(shí)，并不是所有的突觸聯(lián)結(jié)都已發(fā)育完全，也不是所有的神經(jīng)元都已髓鞘化，如右圖所示。換言之，你出生帶有的神經(jīng)元就是你終生可用的，并且隨著自然老化或損傷，你也會(huì)失去其中一部分。神經(jīng)沖動(dòng)在軸突中傳導(dǎo)的速度和軸突的長(zhǎng)度有關(guān)。神經(jīng)元發(fā)放的次數(shù)越多，它對(duì)突觸下游細(xì)胞的作用就越大。人類認(rèn)知被認(rèn)為以大尺度的神經(jīng)活動(dòng)模式發(fā)生，這些活動(dòng)遍布整個(gè)腦內(nèi)，以并行方式運(yùn)行。3.神經(jīng)元細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成4.大腦的解剖結(jié)構(gòu)左腦和右腦分工不同腦可以被分為兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似的部分，即左右大腦半球（cerebralhemispheres）。腦半球的表面覆蓋著大腦皮層（cerebralcortex），這是一層薄薄的灰色黏稠物質(zhì)，密布著神經(jīng)元胞體和短而無(wú)髓鞘的軸突。褶皺之間突起的脊稱為腦回，凹槽被稱為腦溝，深而明顯的腦溝被稱為腦裂。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成5.大腦皮層大腦皮層可通過(guò)主要的溝回而被劃分成四個(gè)主要部分，這四個(gè)區(qū)域是額葉顳葉頂葉枕葉和大腦皮層的不同功能額葉負(fù)責(zé)沖動(dòng)控制、判斷、問(wèn)題解決、行為的控制和執(zhí)行以及復(fù)雜組織。顳葉加工聲音信號(hào)、聽(tīng)覺(jué)、高水平的聲音加工（說(shuō)話）以及面孔識(shí)別頂葉，整合各個(gè)感覺(jué)傳遞而來(lái)的信息，客體的操縱，視覺(jué)空間加工。枕葉視覺(jué)加工，接收從視網(wǎng)膜而來(lái)的信息，將信息加工后傳遞到相關(guān)區(qū)域，也以紋狀皮層著稱。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成6.感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)人類大腦皮層的主要分區(qū)對(duì)感覺(jué)區(qū)域的定位研究顯示，精確地刺激區(qū)域的各個(gè)部分，會(huì)使得該處大腦皮層被激活，從而產(chǎn)生對(duì)側(cè)肢體上相應(yīng)的感覺(jué)體驗(yàn)。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成7.功能定位的早期研究弗朗茲·約瑟夫·加爾（1758-1828）—GettyImage顱相學(xué)的發(fā)明者早期的學(xué)者認(rèn)為腦與思想和知覺(jué)無(wú)關(guān)。例如，亞里士多德（Aristotle）就將這些功能歸之于心臟。很久以后，一種被稱為顱相學(xué)（phrenology）的偽科學(xué)堅(jiān)稱：品質(zhì)、個(gè)性、知覺(jué)、智力等等都確切地定位于腦中。這類研究通常被稱為偽科學(xué)（pseuconscience），實(shí)際上指的就是虛假的科學(xué)。其他偽科學(xué)領(lǐng)域還包括芬芳療法（用精油進(jìn)行治療）、顱骨測(cè)量學(xué)（宣傳頭部越大就越聰明）以及相面術(shù)（臉部特征可以告訴我們一些有關(guān)個(gè)體性格特征的信息）。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成7.功能定位的早期研究最早關(guān)于功能定位的例子來(lái)自一位名叫蓋奇（Phineasgage）的患者。在經(jīng)歷過(guò)炸藥爆炸，大腦額葉受到傷害的事故發(fā)生前，蓋奇被公認(rèn)為是一位和善、正直的男子漢，然而事故后他變得對(duì)朋友和同事無(wú)禮而且而目中無(wú)人。這一案例使得早期科學(xué)家相信額葉負(fù)責(zé)控制人的性情。這一觀點(diǎn)催生了20世紀(jì)30年代稱為精神外科學(xué)的實(shí)踐，弗里曼（Walterfreeman）和他的同事發(fā)展了對(duì)人類額葉進(jìn)行精神外科手術(shù)的技術(shù)，從而將他們從不良行為（例如攻擊性沖動(dòng)）解放。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成7.功能定位的早期研究法國(guó)神經(jīng)學(xué)家弗洛倫斯（Pierreflourens）就認(rèn)為顱相學(xué)毫無(wú)意義，因此開(kāi)始著手對(duì)其進(jìn)行證偽。在研究中，他切除了大腦的一小部分，然后檢查手術(shù)對(duì)行為的影響。他總結(jié)認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)和感知功能并非像其他學(xué)者所認(rèn)為的那樣可在一塊特定領(lǐng)域簡(jiǎn)單定位，而是彌散在大腦其他部分的。這一觀點(diǎn)后來(lái)被稱為整合場(chǎng)理論（aggregatefieldtheory），用來(lái)對(duì)抗定位學(xué)說(shuō)，并支持大腦應(yīng)被看作一個(gè)整體的器官來(lái)看待，而認(rèn)知加工是遍布在各區(qū)域的。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成7.功能定位的早期研究早期關(guān)于功能定位的支持證據(jù)可以追溯到19世紀(jì)。法國(guó)神經(jīng)病學(xué)家布洛卡（Pierrepaulbroca）研究了失語(yǔ)癥，這是一種語(yǔ)言障礙，患者難以講話。對(duì)失語(yǔ)癥患者的腦部進(jìn)行的死后檢查，顯示了一個(gè)腦區(qū)的損傷，該區(qū)現(xiàn)被稱為布洛卡區(qū)。布洛卡失語(yǔ)癥為運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)，患者擁有運(yùn)動(dòng)技能、發(fā)音肌肉正常，但無(wú)法說(shuō)話。1876年，年輕的德國(guó)神經(jīng)病學(xué)家威爾尼克（KarlWernicke）描述了一種新的失語(yǔ)癥，其特點(diǎn)是感覺(jué)性失語(yǔ)，能調(diào)整自己的語(yǔ)言，即能說(shuō)話，能聽(tīng)到別人的語(yǔ)言，但卻不能理解語(yǔ)言的意思。布洛卡區(qū)和韋尼克區(qū)細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成7.功能定位的早期研究大腦皮層的不同功能在哈佛大學(xué)的美國(guó)心理學(xué)家拉什利（KarlLashley）頗具影響的著作《腦機(jī)制與智能》中，他檢驗(yàn)了大鼠腦損傷的情況，以確定對(duì)大鼠掌握復(fù)雜迷津的能力的影響。小范圍的腦損毀不會(huì)對(duì)走迷津的成績(jī)?cè)斐纱蟮挠绊?。拉什利斷言，學(xué)習(xí)并不局限于特定的神經(jīng)元拉什利提出了一個(gè)稱之為整體活動(dòng)說(shuō)（massaction）的理論，他總結(jié)道：“沒(méi)有哪個(gè)特定的細(xì)胞是為特定的記憶而預(yù)留的?！彼挠^點(diǎn)的重要之處在于提示了腦的運(yùn)作是以整體而非區(qū)域化的方式。細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成8.雙半球記左腦和右腦分工不同左半球確實(shí)與語(yǔ)言、概念加工、分析和歸類等特定功能有關(guān)。與右半球相關(guān)聯(lián)的則是跨時(shí)間的信息整合，例如藝術(shù)與音樂(lè)、空間處理、臉與形狀的再認(rèn)，以及了解我們周圍的城市道路以及穿衣打扮等等日常任務(wù)?？傮w而言，發(fā)育過(guò)程中的人腦具有相當(dāng)?shù)目伤苄?，并且腦功能并不像人們當(dāng)初認(rèn)為的那樣截然分開(kāi)，而是由不同區(qū)域和半球共同承擔(dān)的。研究表明細(xì)胞機(jī)制與認(rèn)知形成9.大腦半球特異化研究視覺(jué)傳導(dǎo)神經(jīng)通路當(dāng)前在大腦半球特異化的研究領(lǐng)域中，很多研究工作探討的是視覺(jué)，其有一套獨(dú)特的處