认知心理学_第02章_认知神经科学
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空间科学的时代
为什么我们要学习一些认知神经 科学的知识
STAR…
1964
1977
信息科学和生命科学的时代
我们在21世纪看到什么
…
…
1999
2001
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大脑遥控……
大脑功能的校准和脑机接口技术
Pacific rim
如何让幻想成真
• 学习大脑是如何产生心智可能是第一步。
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第二章 认知神经科学
• 第一节 认知神经科学的定义和历史 • 第二节 从神经元到脑：神经系统的组织， 脑的结构与机能 • 第三节认知神经科学的研究方法和手段 • 第四节 脑疾病和认知障碍 • 第五节 认知神经科学研究与认知心理学的 关系
第一节 认知神经科学的定义和历史
• 认知神经科学是一门新兴的交叉学科，其 研究任务在于阐明认知活动的脑机制。 • 大脑是如何产生心理和认知活动的。
历史：从一个故事开始
• Thomas Willis 和 Anne Green, 一个死刑犯 的故事 (1650).
A story
• Willis and Wren 绘制了 之后两百年内最准确的 大脑图画。 • 他的一些知识和观点最 后发展为现在的认知神 经科学 • 例如：大脑特定部位的 损伤导致特定功能的障 碍.
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现代人类大脑的历史其实很短
50亿年前 5X10^9 无生命 35亿年前 3.5X10^9 500~2300万年前 0.5~23X10^6 灵长类脑 3400万年前 34X10^6
认知神经科学的历史可以看成是功能整 合和功能分离的辩证发展
• 问题： 大脑是作为一个整体单位进行工作 的还是以不同的独立部分的组合进行工作 的？（每个部分管理不同的功能）
猿脑
10万年前，智人 100X10^3
功能分离的观点（功能定位主义）
• 不同的功能定位于大脑不同的部分 • Thomas Willis: 特定的脑损伤导致特定的工鞥障 碍 • 颅相学: 大脑有多大35种不同的功能，每个功能 对应一个特定的脑区。如果一个脑区对应的功能 被频繁使用的话，该脑区的体积就会增大，从而 在颅骨的形状上反映出来。
对大人物的性格进行分析? 颅相学的海报 用于婚介
Franz Joseph Gall (1758‐1828)
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功能整合的观点
• Marie-Jean-Pierre Flourens: 动物的脑收到 部分损伤后，受损的功能可以恢复，因此 认知功能可能散布于整个脑，或者说反映 了一种单一的机能。.-----聚集场理论 Aggregated field theory (1824)
定位主义的回归
• John Hughlings Jackson (1835-1911): • 通过对癫痫病人的研究Jackson发现运动功 能可能蕴含于特定的脑区。
Marie‐Jean‐Pierre (1794‐1876)
Paul Broca的重要发现
• 法国内科医生，外科医生，解剖学家，人 类学家。
Broca 区
• 失语症病人： • 该病人无法完整说完一 句话也无法写出自己的 想法。
左脑Broca区的损伤和语言障碍有关。
Paul Broca (1824‐1880)
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Werni
cke 区
• Carl Wernicke (18481905) • 位于颞叶后部的这一区域 和语言的理解有关。该区 域损伤的病人虽然可以说 话，但是却往往难以说出 连续和有意义的话。
能手但是不能理 解语言
不能说但能 理解语言
Brodmann 分区
• Korbinian Brodmann (1868-1918) 通过 Nissl染色法观察神经元的组织和形态，将 大脑皮层分为若干编号的区域 (细胞结构 学) 。
1909
神经元学说的兴起
• Camillo Golgi (18431926) 使用金属注入的 方法对神经组织进行染 色(银染色法）。此种方 法可以随机的对某些神 经元细胞整体染色。使 得他得以第一次观察神 经元的相互连接情况。
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神经元学说的兴起
• Santiago Ramón y Cajal (桑地牙哥·拉蒙卡哈 1852-1934), 使用相同的染色方法研究神经元的形 态和连接，得出了和Golgi不同的结论
功能分离和功能整合观点的在20世 纪后的结合
研究者们意识到神经元之间连接对认知的意义是重大 的‐‐‐connectionism连接主义
行为主义在心理学的统治地位走 到了尽头
• 回顾Chomsky和Skinner之间的论战以及格 式塔学派的出现。人们开始关注认知/心理 活动的内在机制。
二十世纪50年代的认知革命
• 心理学家们意识到如果不研究心智的内在 机制是无法完全理解人类行为的。 • 神经科学家们也意识到不考虑认知因素是 无法阐明大脑是如何产生心智的。
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认知神经科学一词的诞生
• 认知神经科学一词于七十年代的某一天诞生于 一辆纽约出租车里，当时MS Gazzaniga 和 GA Miller 正乘车在赶往一个宴会。
认知科学
第二节 从神经元到脑：神经系统 的组织，脑的结构与机能
+
神经科学
认知神经科学
Gazzaniga
Miller
脑的解剖形态
5 weeks
脑结构和发育
8 weeks
大脑侧视图 7 months 大脑顶视图
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定位命名的习惯
额叶
大脑的结构分布-Lobe
顶叶 枕叶
颞叶
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大脑皮质 胼胝体
脑隔区
海马回 丘脑
结构和功能
下丘脑 中脑
基底节 杏仁核
脑桥
小脑
延髓
脊髓
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脑半球的偏向性 Hemispheric Specialization
• 位于不同半球的损伤可能损伤不同认知功 能 • 大脑两半球以相对独立的方式工作
– 癫痫病人胼胝体被切断后的表现 （裂脑人）
抽象思维 逻辑 分析 推理 算术 语言
形象思维 画画 音乐 想象 情感 创新 空间感
大脑两半球的通讯
• 案例，裂脑人实验（Gazzaniga 1978）
– 手术前，左右手都可以绘制3D的立方体 – 手术后，只有左手可以绘制3D的立方体，右手 则失去此能力
几个有趣的现象
• 言语功能主要存在于左半脑
– Dax 、 Broca和Wernicke 对失语症病人死后大 脑的解剖证据 – 大概有90%的右利手和70%的左利手语言功能 主
要依赖左半脑 – 相比于男性，女性的语言功能的左右不对称性 相对更弱
• 思考：请根据刚才所提到的半球特异性， 解释这种现象。
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几个有趣的现象
• 空间注意功能则更侧重于右半球
– 右脑中风引发忽视症
额叶
脑叶的功能
顶叶 枕叶
颞叶
运动区的功能定位
视网膜到视觉皮层的神经通路
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神经的构造和功能
树突
单个神经元的形态
轴突终扣 细胞体 soma 兰氏结
• 神经元细胞是构成神经系统的基本单位。 • 在神经系统中，电信号被神经元从一个位 置传输到另一个位置。 • 神经元集中于脑的新皮质（neocortex）， 密度达到了10万/立方毫米
– 注，前脑表面所覆盖的灰质称为大脑皮质,也即 新皮质，在进化过程中出现最晚的大脑皮质。 占据大脑半球表面的绝大部分
细胞核
动作电位
神经膜细胞 轴突 髓鞘
信息在单个神经元中的传输
速度可达到100米/秒
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信息在多个神经元之间的传输
突触
The (a) resting membrane potential is a result of different concentrations of Na+ and K+ ions inside and outside the cell. A nerve impulse causes Na+ to enter the cell, resulting in (b) depolarization. At the peak action potential, K+ channels open and the cell becomes (c) hyperpolarized.
神经递质
Delivery of the action potential
The jumping action potential
• 兰氏结（Nodes of Ranvier） 是轴突在髓鞘之间的裸露部分。这些裸 露的部分细胞膜上上含有钠离子和钾离子通道。 动作电位在兰氏结上 进行跳跃式的快速传输。
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Signal Summation
轴丘
All kinds of neurons
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第三节 认知神经科学的研究方法 和手段
• Postmortem studies（尸检研究） • Live Nonhuman Animal studies(动物活体 研究) • Live Human Studies (活体人类研究) • Computer simulation （计算机模拟）
脑电EEG和脑磁技术MEG
PET和fMRI
第四节 脑疾病/损伤和认知障碍
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第四节 脑疾病和认知障碍
ADHD 注意缺失多动症 Autism 自闭症 Neglect 忽视症 TouretteSyndrome 秽语症 MCI轻度认知障碍障碍和Alzheimer’s Disease 老年痴呆 • Adiction 成瘾 • • • • •
ADHD注意力不足过动症
阿尔茨海默症 (老年痴呆症)
成瘾
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第五节 认知神经科学研究和认知 心理学的关系
• 认知心理学和其他新兴学科以及技术的结 合催生了认知神经科学 • 认知神经科学反过来将认知心理学研究起 到了推动作用。
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