1概论

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19世纪，意大利科学家Golgi使用银染技术，向人 们展示了神经元的样子 Golgi 的网状学说：大脑是一个合胞体，中枢神经 系统内的神经细胞几乎都是相互融合的
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Cajal（西班牙科学家）的神经元学说：
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每个神经细胞是独立的单位，并有轴突和树突之分。网状 学说和神经元学说的争论持续到20世纪，直到20世纪50 年代，电子显微镜问世后，才确定了神经元学说的正确性 Golgi和Cajal分享了1906年的诺贝尔生理学-医学奖
认知神经科学
中国科学院心理研究所 李雪冰 副研究员
参考书目
{ Michael
S. Gazzaniga 等著，周晓林等译， 认知神经科学－关于心智的生物学，中国轻工业 出版社，2011 { 罗伯特 L. 索尔所（Robert L. Solso）著，杨 柄钧等译，认知心理学（第七版），上海人民出 版社，2008 { 王甦，汪安圣著，认知心理学，北京大学出版社， 2006 { 罗跃嘉主编，认知神经科学教程，北京大学出版 社，2006 { 魏景汉&阎克乐著，认知神经科学基础，人民教 育出版社，2008
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授课计划
{ 第一章 { 第二章 { 第三章 { 第四章 { 第五章 { 第六章
概论 知觉 注意 记忆 语言 情绪
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第一章 概论
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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
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认知神经科学的概念
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George Miller
Michael Gazzaniga
认知神经科学的重要发展趋势
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第一、认知神经科学手段与分子生物学、基因组研 究的结合。 第二、认知神经科学研究的对象扩展到儿童和老年 人身上。 第三、认知神经科学与传统社会科学的交叉。 第四、计算神经科学的发展。
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认知神经科学研究的关键一步是在认知概念和认知 理论的指导之下采用精巧的实验设计和认知任务。
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认知心理学的诞生和两个重要时期
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认知心理学的诞生的标志：1967年，Neisser出版专 著《认知心理学》 ，第一部专门系统研讨认知活动的著 作。
பைடு நூலகம்
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20世纪80年代和90年代
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80年代是认知心理学完整体系基本形成的时期。指导 思想是信息加工理论，将人脑比作计算机，而认知活动 就是信息加工的过程。 90年代是联结主义融入认知心理学的时期。后来发现 计算机和人脑的诸多不可比性，计算机能够做到的，人 脑做不到，反之亦然。如人脑对信息的加工往往是并行 的，不是信息加工理论所认为的是串行的。
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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。
认知心理学的发展
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心理学基础
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冯特
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。
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行为主义
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华生
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行为主义之父华生（John Watson, 1878-1958）认为 心理学应该是门纯粹客观的自然科学，目标是预测和控制行 为。心理学只能研究可以观察到的行为，因此对内部思维内 容和机制的研究没有用处。 只关注环境与行为之间的联系（S-R），人类大脑是“黑匣 子” 极端行为主义者斯金纳（B. F. Skinner, 1904-1990） 认为，操作性条件反射可以解释所有人类行为。从20世纪 初起统治了心理学界40多年，到了50年代让位于认知心理 学。
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（三）神经和神经节
神经：多个神经元伸出的神经纤维所组成，由结 缔组织包裹，外面再围以结缔组织的鞘。
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一个神经像一条电缆，可含有成百成千并行的神经纤维， 外有髓鞘，高度绝缘，传导信息彼此不受干扰
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神经节：细胞体集中形成，多位于中枢神经系统 的灰质中。
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（四）突触
{突触
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轴突小支末端膨大成小球，和另一神经元的树突或 细胞体的表膜相连处形成 电突触：2nm，不需要化学递质，多见于腔肠动物、 无脊椎动物。 特点：突触前后两膜很接近，神经冲动可直接通过， 速度快；传导没有方向之分，任何一个发生冲动， 即可以传导给另一个。 2个神经元之间有一个宽约20~50nm的缝隙 突触前膜（突触囊泡）、突触间隙、突触后膜 实现神经冲动传导机制：Ca、Ach 兴奋性突触和抑制性突触
Paul Broca
Korbinian Brodmann
Brodmann Area (BA)
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整体论：脑的各部分作为一个共同的整体控制所 有的功能
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Flourens毁损动物脑，没有发现脑区与行为缺陷 之间的对应关系 Lashley的大鼠迷宫实验
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Lashley的大鼠迷宫实验结果:损伤大脑皮质的面积越大， 大鼠的学习和记忆能力就越差。大脑的所有皮质区域对 学习和记忆都同样重要
认知心理学的发展
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哲学基础——理性主义与经验主义之争
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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）
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英国神经生理学家Sherrington首先使用突触 （synapse）这一术语描述神经元之间的连接点。 他认为神经元通过突触交换信息。 Adrain与1925年首次在单神经上记录到电脉冲 Sherrington和Adrian分享了1932年的诺贝尔 生理学-医学奖
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谢林顿(1857～1952) 英国神经生理学家
（二）神经胶质细胞
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胶质细胞没有传导功能，其角色主要为神经元提供支持、 供给营养、维持环境恒定及提供绝缘。 在哺乳类，与神经元的比例为10：1，对神经元的代谢和 正常活动重要作用。 少突胶质细胞：分支少，以其细胞膜包覆中枢神经系统中 部分神经元的轴突，形成髓鞘构造。髓鞘可提供绝缘效果， 使神经讯号传递得更快、更有效率。 星状胶质细胞：数目多，功能多。具许多凸出物，并以此 固定住神经元，提供其血流供应。参与神经递质的代谢， 中枢神经系统中离子平衡及神经系统的正常发育，记忆功 能。胶质细胞退化或不正常时可出现神经功能上的疾病。 小胶质细胞：数量少，约占全部胶质细胞的5％。此细胞是 定居在脑内的吞噬细胞，在炎症刺激下，其抗原性增强， 形态伸展，功能活跃。
2. 3. 4.
认知神经科学的兴起
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人类对脑的认识在过去5年内所取得的成就，超过了在 此以前 100年的成就（Brandt,1998 ）。
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1990年，美国国会通过议案，并由美国总统签署“脑的十年” 1991年，欧洲议会推出“欧洲脑的十年” 1997年，日本提出“脑科学时代”，20年，欲投入200亿 美元，把“认识脑”、“保护脑”、“创造脑”作为研究目标 1998年，国际神经信息学工作组推出人类脑计划，与人类基 因组计划对应，旨在世界范围内建立人类脑功能结构信息库 美国国家科学基金会和美国商务部共同资助的一个重大计划将 纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学看作21世纪4大 前沿技术，并将认知科学视为最优先发展领域。
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认知神经科学的学科位置
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认知神经科学 = 认知科学（主要是认知心理学） + 神经科学
个性心理 情绪 意志 认知心理学 人工神经网络 心理语言学 人工智能 神经科学 …… …… 心理过程
心理学
认知科学
生理学
认知心理学的发展
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认知心理学
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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。
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神经科学（脑科学）的发展
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心脏中心说 v.s. 脑中心说
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亚里士多德（Aristotle，公元前384～322年）认为 心脏是智慧的器官。 希波克拉底（Hippocrates，公元前460～379年）， 在公元前4世纪提出行为的控制中心应该是脑。 公元2世纪，“实验生理学之父”盖仑（Galen，公元 130～200年）提出脑室中心论。 欧洲文艺复兴以后，法国哲学家笛卡尔（René Descartes，1596～1650年）提出著名的心物二元 论，认为精神和脑是相互独立的实体，认为精神与脑的 相互通信发生在松果体。
艾德里安(1889～1977) 英国生理学家
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定位论 vs. 整体论
定位论：不同功能由不同的特殊脑区控制
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颅相学：德国医生Gall（1758-1828）及其学 生Spurzheim（1776-1832） 1861年， Broca区，“神经科学之父”—— Broca 1876年，Wernicke区 功能上：英国神经病学家与生理学家Ferrier用 电刺激狗和猴的皮层，观察到15个与精细运动 有关的脑区，切除这些位点，导致相应运动功能 的丧失。 解剖上：Brodmann分区：使用组织染色的方 法，描述了52个不同脑区。在很大程度上支持 了功能定位的观点。如17和18区是人类初级视 皮层。
第二节 认知的神经基础
一、神经系统的基本结构
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（一）神经元 （二）神经胶质细胞 （三）神经、神经节 （四）突触 （五）神经递质 （六）神经冲动 （七）反射弧
（一）神经元
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是神经系统的基本结构和功能单位 形态结构
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Nissl bodies
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细胞体 { 尼氏体 （Nissl bodies）染色显示，是粗面内质网 和游离核糖体的混合物，合成蛋白质。 突起 { 树突：短而多分支，接受刺激的功能，传入纤维 { 轴突：长而少，传导神经冲动功能，传出纤维 { 髓鞘：成节排列，朗飞节。磷脂。绝缘并增进神 经传导
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认知神经科学在我国的发展
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“21世纪，人类将在脑科学和认知神经科学研究 的几个重大问题上取的突破性进展。” 脑与认知科学的研究已经被列为我国科技中长期 发展规划中。 20世纪70年代起，纷纷建立相关研究机构。 过去近30年里，取得了许多重要研究成果
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视知觉拓扑结构和功能层次 注意、记忆、思维的脑机制 汉语认知加工 衰老与脑疾病 ……
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两种观点的调和
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解决这场争论的关键是认识到诸如知觉、记忆、推理、 运动等复杂功能都是由脑的某一区域执行的许多潜在 的过程实现的。实际上，各种功能都可以通过许多不 同的途径实现，每种途径涉及不同过程的组合……因 此，任何一个复杂的功能都不是由某个单一脑区实现 的。所以在这个意义上，整体论者是正确的。颅相学 者提出的各种功能不是定位在单一脑区上的。但是实 现这些功能的简单过程却是定位在特定脑区的，从这 个意义上说，定位主义者是正确的。 -------- Kosslyn
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 = 认知科学（主要是认知心理学）+神经科学 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）。
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神经生物学的发展：
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17-18世纪 { 中枢和外周神经系统 { 神经解剖学：白质、灰质 { 皮质表面的脑沟、脑回
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19世纪 { 光学显微镜技术：神经元、突触 { 网状学说 vs.神经元学说 { 大脑机能的整体论和定位论之争 20世纪 { 电子显微镜确立了神经元学说的地位 { 单个神经纤维上记录下电脉冲 { 小鼠迷宫学习 { 脑损伤患者
认知科学和神经科学结合的原因
1）由于学科之间存在互补性，认知心理学、 神经科学、以及临床医学的研究都需要相互 从对方那里寻求依据和支持。 2）一系列脑成像技术的出现，如PET, ERP, fMRI等。
认知神经科学诞生的标志
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1987-88 欧洲认知科学界 35 位著名科学家组 成的“科学技术发展预测和评估委员会”建议出 版“认知神经科学”作为认知科学五个领域研究 指南之一。 1989年美国杂志“认知神经科学”。 1991年欧洲出版上述“认知神经科学”。 1992年美国专著“认知神经科学”。