脑与认知-01-02 脑科学概述
脑与认知- 脑科学概述 ppt课件
1.2 脑科学概述
电子工程系
本节的中心问题是：
什么是脑科学？ 脑科学的研究内容 脑科学的研究方法
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹斯佩里 （1961）：两半球功能一侧化现象和脑 发育关键期以及可塑性现象，至今对教育仍发生一定 影响。
脑认知功能模块论：M·S·加查尼加（Gazzaniga， 1976） 脑是由在神经系统的各个水平进行活动的子系统以模 块的形式组织在一起的，脑功能模块是一种动态变化 的组装。 →正逐渐替代了“定位说”，被现代技术所证实。 →主张左右两半球整体功能的协调开发。
北京大学的认知神经科学实验室； 中国科技大学研究生院脑认知开放实验室； 北大与北师大、浙大、东南大学等
组建了“脑科学与认知科学网上合 作研究中心”； 中山大学设立“逻辑与认知研究所”。
脑科学的研究对象
研究对象：脑的结构与功能
科学问题： 脑的形态 脑的结构（组织水平，细胞水平，分子水平） 脑的功能（基本功能，物质与意识的关系） 脑与其他器官的关系（脑系统） 脑系统与环境的关系（认识世界，改造世界） 脑的进化（系统发育） 脑的发育（个体发育） 脑的保护与医治 脑的潜能开发
认知心理学： 研究知觉、注意、学习、记忆、语言、概念思 考、解决问题思考、推理、判断与决策、创造 性与智能、运动行为等各种行为与技术的心理 过程。
功能分析来解释有关认知处理理论与处理各要素成分。
语言学：
语法结构、语言与认知关系、语用论、自然语 言等认知过程的核心工具之一的语言信息处理 问题，为认知心理学和人工智能及哲学提供依 据。
脑科学与认知神经学
脑科学与认知神经学当我们提及脑科学与认知神经学，或许您会觉得这是一个高深莫测、充满神秘色彩的领域。
但实际上，它与我们的日常生活息息相关，影响着我们的思考、学习、记忆以及情感等各个方面。
脑科学，简单来说，是研究大脑结构和功能的科学。
它试图揭示大脑是如何工作的，从神经元的活动到复杂的神经网络，从感知觉的形成到思维的产生。
我们的大脑由数十亿个神经元组成，这些神经元通过电信号和化学信号相互交流，形成了一个极其复杂而又高效的信息处理系统。
认知神经学则更侧重于研究大脑与认知过程之间的关系。
它关注的是我们如何感知世界、如何获取和存储信息、如何做出决策以及如何解决问题等。
通过各种先进的技术手段，如功能性磁共振成像（fMRI）、脑电图（EEG）、脑磁图（MEG）等，科学家们能够实时观察大脑在进行各种认知活动时的变化。
比如说，当我们看到一张美丽的风景图片时，大脑中的视觉皮层会被激活，处理和分析来自眼睛的视觉信息。
同时，与情感和记忆相关的区域也可能会参与进来，让我们产生愉悦的感受并可能将这个画面存储在记忆中。
在学习方面，脑科学与认知神经学的研究为我们提供了很多有益的启示。
我们知道，大脑具有很强的可塑性，也就是说，它能够根据我们的学习和经历不断改变和调整自身的结构和功能。
比如，当我们学习一门新的语言时，大脑中与语言处理相关的区域会逐渐变得更加活跃和高效。
而且，不同的学习方式和环境也会对大脑的学习效果产生影响。
重复性的练习可以帮助强化神经连接，而多样化的学习情境则有助于促进知识的迁移和应用。
记忆是认知神经学中的一个重要研究领域。
我们的记忆分为短期记忆和长期记忆。
短期记忆就像一个临时的“便签本”，只能存储有限的信息，而且持续时间较短。
而长期记忆则像是一个巨大的“仓库”，可以存储大量的信息，并且持续时间较长。
记忆的形成涉及到神经元之间连接的改变，也就是所谓的突触可塑性。
通过不断的复习和巩固，我们可以将短期记忆转化为长期记忆。
脑与认知科学概论
March 26, 2020
自强，笃行，艰苦奋斗，自强不息
信息科学与工程学院
School of Information Science and Technology
沈阳工业大学
Shenyang University of Technology
March 26, 2020
自强，笃行，艰苦奋斗，自强不息
• 为了制作一个真实的模型，研究组需要把各种模块和一些运算法则输入一
台超级电脑中。一个神经元的计算量需要用一台笔记本来做，所以，需要
上万台笔记本。但是，研究使用的是一台有1万个处理器的IBM“蓝色基因”
电脑。模拟大脑已经开始让研究人员了解到大脑工作方式的一些线索。例
如，他们能显示出大脑的画面并监控机器的电活性。
信息科学与工程学院
School of Information Science and Technology
沈阳工业大学
Shenyang University of Technology
• 按照他的设想，人造大脑由硅、金和铜等金属制成，最终的结果会是一 个“人”——如果我们可以这样称呼的话，马克拉姆相信在十年内，此 人可能会具备思维、感觉等能力，甚至还能坠入爱河。一旦成功，马克 拉姆的“蓝脑”计划一定会成为科学史上最非同寻常的项目之一。
沈阳工业大学
Shenyang University of Technology
第四章：人工大脑
第四章：人工大脑
人工大脑概述 人工大脑相关数学模型 人工大脑实现技术 人工大脑简单记忆功能的电路设计 互联网与神经学的交叉对比研究
March 26, 2020
自强，笃行，艰苦奋斗，自强不息
信息科学与工程学院
沈阳工业大学
脑科学与认知心理学
脑科学与认知心理学：洞察人类思维的奥秘思考、记忆、语言、情绪，这些看似简单的人类活动，其背后却隐藏了大量的神经活动和心理机制。
脑科学和认知心理学的发展，为我们揭示了人类思维的奥秘，也为解决一系列社会问题提供了新的思路和方法。
一、脑科学：解密大脑的活动在众多学科中，脑科学以其深入的探究大脑功能和结构的特点而备受关注。
人类的整个思考过程都与大脑的各种神经元活动有着密不可分的关系。
脑科学家们通过依靠类似于FMRI（功能性磁共振成像）这样诊断技术得以深入研究人脑的活动机制、脑回路等问题，从而进一步了解人脑。
神经元的活动使大脑能够完成广泛的任务，如视觉、听力、记忆、语言还有决策等等功能。
典型的FMRI技术，在这方面起着引领性的作用，使科学家们得以研究诸如广告中意识形态手段的运用与人类大脑产生的反应、压力状態带来的反应，婴儿、一般成年人、老年人在大脑活动方面的改变等等复杂问题。
二、认知心理学：揭开人类心理世界的神秘面纱与此同时，认知心理学也以研究人类思维过程为重点，解释和理解个体的思考、感觉等心理现象，认知心理学也一直被称为解释人类行为和思维模式的学科。
与动物的行为模式不同，人类认知心理学探究的范围，即认知过程，预示着一种传统的行为准则上的突破。
如在学科的范畴问题上，人类的认知边界仅仅由大脑的硬件和生理活动所确定，而非人类把行为模式和优越算法规定的界限。
认知心理学研究人类的思维模式、记忆过程、决策、学习，以及对心理干预的反应等等。
例如，在记忆范围上，人类的记忆在受到外部因素的影响下也会发生变化，为此，通过认知心理学可以更加深入地了解人类的记忆效应，从而发挥出最大的优势。
三、未来发展：多学科融合，拓展认知领域与此同时，认知控制的扩张和人类思维状態的不断调整，也为其他学科的发展贡献了力量。
计算机科学，色彩学、心理学和语言学等等的科学，与脑科学和认知心理学的结合融合，也使这些学科不断开展下去。
随着多学科的融合，脑科学和认知心理学的应用领域也不断扩展。
脑科学与认知神经生物学
脑科学与认知神经生物学随着现代科学的发展，人们对于大脑及其功能的研究已经取得了重大进展。
脑科学和认知神经生物学正是这一领域的代表。
本文将分别阐述脑科学和认知神经生物学的相关概念、历史、研究方法和研究内容，以期为读者提供更深入的了解。
一、脑科学1.1概念脑科学是指研究大脑结构、功能和行为的学科领域。
它跨越了多个学科领域，如神经学、心理学、计算机科学、生理学等等，旨在揭示大脑是如何实现认知、情绪、意识、意图等功能的。
1.2历史脑科学的历史可以追溯到古希腊时期，早期的医学家和哲学家对脑的结构和功能已经有所研究。
到了近代，随着神经生理学等分支学科的出现和科学技术的发展，脑科学开始进入快速发展的阶段。
20世纪60年代以后，该领域的研究方法和技术得到了极大的创新，研究取得了重大进展。
1.3研究方法脑科学的研究方法涉及到多个层面。
在脑结构的研究中，研究者采用的方法主要有电子显微镜、免疫组织化学、脑切片等等。
在研究脑功能和行为时，神经影像技术是一种最为常见的研究手段。
例如，功能磁共振成像（fMRI）、电生理技术（如脑电图和脑磁图）等都能够揭示脑在认知和行为方面的实时活动。
1.4研究内容脑科学的研究内容极为广泛。
从脑结构和发育、神经细胞的信号传递、神经网络和大脑区域之间的相互作用到脑中多种认知和行为的实现机制等等。
例如，神经科学家正在研究大脑如何感知环境刺激、大脑如何控制行为、大脑如何储存和提取记忆等。
二、认知神经生物学2.1概念认知神经生物学是研究大脑与观念、思维、语言和行为表现之间的联系的学科。
它探究不同大脑区域在支配认知过程中的作用和交互关系，通过研究认知生物学可以更好地理解人类思维和行为。
2.2历史认知神经生物学的历史可以追溯到20世纪50年代，当时研究者们利用病人的病例和病后效果研究不同大脑区域与认知活动的关系。
随着技术的进步，该领域的研究变得更加细致深入。
2.3研究方法认知神经生物学方面的研究方法涉及到脑影像技术、神经干预技术、行为实验等等。
脑与认知 脑科学概述 PPT
→ 把本世纪的最后十年命名为“脑的十年”， 重点是保护脑，防治脑疾病。
一九九二年，启动「人类脑计划」：
→ 会员国已有20多个。
新世纪开始：科学基金会、商务部
“聚合四大技术，提高人类素质”计划
脑科学在欧洲
英国：“认知与脑科学研究所” → 研究方向有：注意、认知和情绪、语 言和交流、记忆和知识等。
解剖学方法：
采用通常的组织染色方法可以在光学显微镜下观察神经系统各种组织 的细胞结构，即神经元的不同形态，以及它们间连接的一般情况。运 用电子显微镜可以进一步了解神经元和突触的精细结构。
运用微电极细胞外记录、细胞内记录技术对单个神经元活动分析。近 年来，片膜钳技术对离子通道进行深入的研究。
细胞外记录：30年代后期发展起来的。用金属丝电极1-5微米记录幅 度较大的瞬间性动作电位，对神经元的功能起了重要作用。
广义的定义：是研究脑的结构和功能的科学， 还包括认知神经科学等。
二十一世纪是脑科学时代
J.D.Watson在「The Brian」前言： → “二十一世纪是脑的世纪”。
五十年代→六次诺贝尔医学奖 脑科学研究者以美国为中心每年以20%速
度递增。
脑科学的研究范围
大家好
5
1.2.1 脑科学的研究现状
脑科学在教育中的应用
神经生物学界认为：
→ 人类大脑的感应是分析外来信号的处理过程； → 除了分析外来信号外，大脑在某一特定时刻的内在 状态也很重要。 → 大脑是通过某个神经“密码”来处理外来信息的。 → 这一“密码”不是固定不变的，而是随着大脑内部 状态和外界环境的改变而不断改变。 利用新技术，可以观察大脑在处于高度集中和高度 期待等状态下，怎样处理外部信息的过程。
脑与认知科学概论
脑与认知科学概论1、自然智能，又叫人工智能，主要包括感知能力、思维能力、行为能力3方面。
2、人工智能的核心是对脑的功能的模拟。
3、“NBIC会聚技术”是指当前四个迅速发展的科学技术领域的协同和融合。
这四个领域分别是：纳米技术、生物技术、信息技术、认知科学。
4、人脑被认为是自然界中最复杂、最高级的智能系统。
5、认知科学是探索人类的智力如何由物质产生和人脑信息处理的过程。
6、认知科学的研究思路：（1）“认知心理学”路径（2）“人工神经网络”路径（3）“认知神经科学”路径7、中脑位于脑桥的嘴侧。
控制许多感觉及运动功能，包括眼球运动及视、听反射的协调。
8、根据脑结构、皮质的类型和作用的不同，科学家提出了人脑的三位一体学说，即大脑有三个部分：古脑，也叫做爬行脑；旧脑，也叫做哺乳脑；最后一个是新脑，也就是大脑的新皮层。
新皮层是人类独有的。
9、胼胝体是左右脑沟通的桥梁。
10、男脑与女脑在生理构造上的区别表现在如下几个部位：胼胝体、前连合、颞平面。
11、胞体是神经元的代谢和营养中心。
12、神经系统的基本功能包括：（1）协调人体内各系统器官的功能活动，保证人体内部的完整统一。
（2）使人体活动能随时适应外界环境的变化，保证人体与不断变化的外界环境之间的相对平衡。
（3）认识客观世界，改造客观世界。
13、脑科学的基本研究手段：（1）脑电图与脑功能成像技术（2）功能性磁共振成像技术（3）正电子发射断层摄影术（4）脑研究的新技术——ET（脑涨落图技术）14、事件相关电位ERP，是一种特殊的脑诱发电位，通过有意地赋予刺激特殊的心理意义，利用多个或多样的刺激所引起的脑的电位。
15、人们通常习惯把读书、听讲、练习、或进行实验等活动叫做学习。
16、反射分为两种，无条件反射和条件反射。
17、操作条件反射同经典条件反射有几点重要区别：（1）前者没有所谓的条件刺激，也不是靠条件刺激与无条件刺激相结合而形成条件反射，它的形成源自动物的一种随意活动，而且是欲求行为的结果。
脑与认知(自己总结)
第一章1.智能科学与技术是由脑科学（brain science）、认知科学（cognition science）、人工智能（artificial intelligence）等学科组成的交叉学科。
2.NBIC会聚技术：纳米科技（Nano-technology）、生物科技（包括生物制药和基因工程）（biotechnology）、信息科技（包括先进计算机与通信）（informational technology）、认知科学（包括认知神经科学）（cognition science）。
其简化英文的联式为（Nano-Bio-Info-Cogintion），缩写NBIC。
NBIC会聚技术代表着研究与开发新的前沿领域，其发展将显著改善人类生命质量，提升和扩展人的技能。
（名词解释）3.脑科学是研究人脑的结构与功能的综合性学科。
4.现代脑科学的研究有两个大的潮流：一是从细胞乃至分子的水平入手，由基础向上，把功能与结构研究结合起来，即所谓的bottom-up，二是从整体入手，用系统的观点，在整体水平以及整体各部分之间的相互联系和相互作用中，逐渐向下深入，逼近脑研究的答案，称为top-bottom。
（什么是自上而下驱动？什么是自下而上驱动？）5.脑与认知科学的研究实验方法：（简答题）（1）脑电图与脑功能成像技术（EEG）通过在头皮表面记录大脑内部的电活动情况而获得脑电图（治疗脑血管）（2）功能性磁共振成像技术（FMRI）局部神经元兴奋将引进该区域的血流量的增加，而血液中含有氧和葡萄糖，FMRI能检测到大脑的功能性氧的消耗变化情况，清晰地显示高活动量区域的三维图像（空间分辨率1mm、实时跟踪信号的改变、时间分辨率1s）（3）正电子发射断层摄影技术（PET）根据正电子的检测而获得有关大脑活动的信息的实验技术（肿瘤、冠心病）（4）脑磁图（MEG）运用一个超导量子干扰装置来测量闹电活动的磁场变化（5）事件相关电位（ERP）是与实际刺激或预期刺激有固定时间关系的脑反应所形成的一系列脑电波，利用ERP的固定时间关系，经过计算机的叠加处理，提取ERP成分，在评估某些认知活动的时间特点上尤为有效。
脑与认知科学基础
脑与认知科学基础脑与认知科学是一个涉及脑部结构、功能以及人类思维认知过程的领域。
通过研究脑部结构和功能，科学家们可以更好地了解人类思维认知的基本原理，从而开发出更有效的学习、记忆、决策等方面的方法。
本文将从脑部结构、认知功能以及认知神经科学的角度来探讨脑与认知科学的基础知识。
脑部结构是脑与认知科学的基础，人类的大脑主要分为左右半球、额叶、顶叶、颞叶和枕叶等部分。
左右半球分工不同，左脑主要负责语言、逻辑推理等功能，右脑主要负责空间认知、直觉等功能。
额叶主要负责决策、情绪控制等功能，顶叶主要负责视觉信息处理，颞叶主要负责听觉信息处理，枕叶主要负责视觉信息的处理。
各个脑部结构相互协作，共同完成认知功能。
认知功能是指人类大脑处理信息、思维、记忆等功能。
认知功能主要包括感知、学习、记忆、决策、语言、执行功能等。
感知是指人类通过感觉器官接收外界信息，学习是指人类通过接触、体验等方式获得知识，记忆是指人类将信息存储并随时取用，决策是指人类根据信息做出选择，语言是人类沟通交流的重要方式，执行功能是指人类完成任务的能力。
这些认知功能是人类思维的基础，也是脑与认知科学的重要研究对象。
认知神经科学是研究脑与认知之间的关系的学科，通过神经影像技术、脑成像技术等手段，科学家们可以观察脑部结构和功能的变化，进一步了解认知功能的神经机制。
认知神经科学的研究成果不仅可以帮助人类更好地了解大脑的工作原理，还可以指导人类改进学习、记忆、决策等方面的能力。
认知神经科学的发展对人类认知能力的提升具有重要的意义。
综上所述，脑与认知科学的基础知识涉及脑部结构、认知功能以及认知神经科学的内容。
通过研究脑部结构和功能，人类可以更好地了解认知功能的基本原理，进一步提升学习、记忆、决策等方面的能力。
认知神经科学的发展将为人类认知能力的提升带来重要的启示，为人类的进步与发展做出贡献。
脑与认知科学的基础知识是人类认知研究的重要基础，也是未来认知科学发展的重要方向。
《脑科学基础知识》课件
详细描述
积极情绪如快乐、兴奋、满足等，能 使人产生愉悦的体验和积极的行为； 消极情绪如悲伤、恐惧、愤怒等，可 能导致消极的行为和心理状态。
情绪的生理机制
总结词
情绪的生理机制涉及大脑多个区域的协同作用，包括杏仁核、下丘脑、前额叶等 。
递。
突触的传递方式可分为兴奋性和 抑制性，对神经系统的功能起着
重要的调节作用。
神经递质
神经递质是神经元之间传递信息的化学物质，通过突触间隙传递信息。
常见的神经递质包括乙酰胆碱、谷氨酸、多巴胺、去甲肾上腺素和5-羟 色胺等。
神经递质的合成、释放和代谢过程受到多种因素的调节，对神经系统的 功能起着重要的调控作用。
情绪
情绪对学习的影响很大。积极的情绪可以提高学习效果，而消极 的情绪可能会干扰学习过程。
睡眠
睡眠对记忆的巩固和整合非常重要。良好的睡眠有助于提高学习 效果和记忆力。
饮食与健康
饮食和身体健康状况也会影响学习效果。均衡的饮食和适当的运 动可以促进大脑的健康和功能。
07
情绪与决策
情绪的定义与种类
总结词
01
短期记忆是指暂时存储信息的能力，通常持续几秒到几分钟。
02
短期记忆容量有限，一般只能容纳7±2个信息单元。
短期记忆的信息可以通过复述、联想等方式转化为长期记忆。
03
长期记忆
长期记忆是指长期存储信息的能力，可以持续数 小时、数天、数年甚至更久。
长期记忆的容量无限，可以存储大量的知识和经 验。
长期记忆的信息可以通过回忆、再认等方式提取 出来。
学习过程
学习过程概述
学习是一个复杂的过程，涉及多个脑区的协同工作。它通常包括信 息的接收、编码、存储和提取等阶段。
学习计划脑科学
学习计划脑科学第一部分：脑科学概述脑科学是研究大脑结构和功能的跨学科领域，涉及神经科学、心理学、生物学和计算机科学等多个学科。
随着科技的发展，人们对大脑的了解也越来越深入，脑科学成为了一个备受关注的领域。
在这个学习计划中，我将系统地学习脑科学的相关知识，深入理解大脑的结构和功能，掌握脑科学的基本理论和研究方法，为将来做出更多的贡献做好准备。
第二部分：脑科学的基础知识1. 大脑结构和功能：学习大脑的基本解剖结构，包括脑的各个部分及其功能；学习大脑的发育和变化，了解不同构造在不同与智能程度上的重要；学习大脑的认知功能，包括思维、记忆、学习等方面。
2. 神经元和神经递质：学习神经元的结构和功能，了解神经递质的作用和类型；培养分析和解释神经递质作用的才能。
3. 大脑和行为：通过实验和研究，了解大脑是如何影响行为的，学习掌握研究大脑和行为的科学方法。
第三部分：脑科学的研究方法1. 实验设计和数据分析：学习脑科学实验的设计和进行，了解数据采集和分析的方法和技巧，培养实验能力和科学素养。
2. 神经影像技术：学习不同的神经影像技术，包括MRI、fMRI、PET等，熟练掌握这些技术的原理和应用。
第四部分：脑科学的应用领域1. 神经科学与临床：了解神经科学在临床上的应用，包括神经系统疾病的诊断和治疗，以及脑技术在神经外科等领域的应用。
2. 脑科学与教育：了解脑科学在教育领域的应用，包括脑科学对教育理论的影响，以及脑科学在教学实践中的应用。
第五部分：脑科学的未来发展趋势1. 脑科学的前沿研究：了解脑科学的最新研究进展，包括脑机接口、人工智能与大脑等领域的最新进展，培养对脑科学未来发展的前瞻性思维。
2. 脑科学与伦理问题：了解脑科学研究中的伦理问题，包括脑科学技术的应用带来的伦理风险和挑战，培养分析和解决伦理问题的能力。
学习方法：1. 系统学习基础知识通过阅读脑科学领域的经典著作和最新研究成果，系统学习脑科学的基础知识，包括大脑的结构和功能、神经元和神经递质、大脑和行为等方面的知识。
《脑与认知科学》教学大纲
《脑与认知科学基础》教学大纲一、课程说明脑与认知科学是智能科学与技术专业的一门重要的专业基础课程，是现代脑科学、认知科学、心理学、神经科学、数学、语言学、信息科学、人类学乃至自然哲学等学科交叉发展的结果，是一门以脑科学为核心的多学科交叉的研究型课程。
本课程针对计算机类、信息类、控制类学科门类下智能类专业开设的《脑与认知科学基础》，利用神经科学和信息科学等跨学科知识，理解脑与认知，目标是学习利用先进技术和工具，从量子、分子、细胞、系统、全脑和行为等不同层次上理解脑与认知的基本概念和现象，分析、处理、整合、建模、仿真与虚拟脑与认知。
通过对这本课程的学习，学生可以理解人类如何通过脑与神经系统认知周围的世界、理解来自外界和自身的信息是如何在脑和神经系统中被处理的，掌握脑与认知科学的基本概念、基本理论、科学研究方法，促进学生对脑与认知的脑功能与结构以及系统构成、认知现象、神经机理、认知模型的理解，领悟脑科学、认知科学、人工智能及计算机和信息科学等多学科领域交叉的特点，形成较为全面系统的知识框架，对已有成果展开分析与讨论，给智能设计、计算模式与方法及其实践带来新的启示，为进一步学习后续专业课程打下良好的基础。
二、课程目标知识目标课程目标 1：学习脑与认知科学基础知识和基本理论知识，掌握大脑与神经元的结构、特性等基本知识，了解各种认知心理特质（感觉、知觉、运动、控制、学习、记忆、睡梦、成瘾、语言、情绪、社会认知、脑神经可塑性）的脑神经原理，具备调研、分析和判断各种脑与认知现象的脑神经原理与框架的知识储备；课程目标 2：掌握大脑与神经系统的组成要素与基本功能，了解脑与认知科学的研究现状和发展趋势，具备对已有成果展开分析与讨论并能针对存在问题提出前瞻性解决方案的知识储备；课程目标 3：掌握脑与认知科学研究中所使用的基本技术（脑功能成像、电生理、心理测评）的原理与方法，激发学生对人脑结构与人类基本认知能力的思索，激发学生对进一步研究智能形成机理和工作方式的强烈兴趣，培养学生追求创新的态度和意识；能力目标课程目标 4：在掌握基础知识的基础上，增强学生批判性思维和解决问题的能力，学会解决问题、分析问题的方法和手段，掌握信息的收集、检索、分析、评价利用的机能，提高合作技能，促进班级内学生的合作交流，开阔学生的综合素质，最终提高学生的创新能力；课程目标 5：培养学生的脑与认知科学数据分析处理能，使学生掌握脑与认知科学行为实验的设计方法，掌握各种脑功能成像实验（fMRI、EEG、ERP、PET、ECT）的设计、执行与数据分析方法，具有独立进行行为、脑成像和神经生理实验的能力；课程目标 6：培养学生的脑与认知科学实践研究能力，使学生掌握脑与认知相关联的脑机接口、智能系统、类脑系统设计方法，特别是学习非侵入式脑信号提取方法，通过硬件、软件设计，尝试实践意识控制、自主无人系统的能力。
脑科学和认知科学的研究和应用前景
脑科学和认知科学的研究和应用前景随着科技的不断发展和人类对大脑的认识越来越深入，脑科学和认知科学成为了当今最为炙手可热的研究领域之一。
通过对大脑的研究，科学家们不仅能够更加深入地了解人类的生理机能和心理机理，还能够为人类创造出更好的生活和工作环境。
本文将从脑科学和认知科学的概念、研究方法、研究成果以及未来应用等方面，对这两个领域进行介绍和展望。
一、脑科学和认知科学的概念脑科学是研究大脑结构、功能、成像、修复、干细胞和神经元等方面的综合性科学，其目的是揭示大脑是如何工作的，从而深入探索生命的奥秘。
脑科学包括神经科学、计算神经科学、认知神经科学等多个分支领域。
而认知科学则是一门研究人类思维、知觉、记忆、智能、语言、行为等方面的跨学科科学。
它包括计算认知科学、心理学、哲学、人类学、人工智能等学科，并通过这些学科的知识和方法，解释和阐述人类认知的各种现象和现状。
二、脑科学和认知科学的研究方法脑科学和认知科学的研究方法多种多样，包括神经成像技术、脑电图、磁共振成像、脑磁图、计算机化认知模型等方法。
其中，神经成像技术是脑科学的重要方法之一，主要有功能性磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）等技术。
通过对这些方法的应用，科学家们可以解释和说明一些某个行为背后的神经机制，比如大脑的某个区域在某一时间可能会更多地参与到某种决策或行为中。
而计算机化认知模型则是认知科学的重要研究方法。
通过对认知过程进行数学建模，从而形成精确化的定量模型，可以直观地理解和解释认知现象。
这些模型不仅能够为神经统计学和神经影像学提供基础，还被广泛应用于计算机程序设计、人工智能等方面。
三、脑科学和认知科学的研究成果在这些研究方法的支撑下，脑科学和认知科学相关研究也取得了一系列的研究成果。
比如神经影像学已经可以提供一些与人类决策和行为有关的神经背景信息。
而认知神经科学则致力于提供一个更为全面的理解人类行为和认知过程的整体性框架。
当前，应用于治疗精神疾病的创新方法正变得越来越流行。
脑科学_精品文档
脑科学脑科学是研究大脑和神经系统的科学领域。
它涉及神经生理学、心理学、认知科学、计算神经科学和神经工程学等多个学科的交叉。
人类的大脑是神经系统的核心组成部分，是人类思维、情绪和行为的中枢。
脑科学的目标是理解大脑的功能和运作原理，以便可以更好地了解和治疗与大脑相关的疾病和障碍。
脑科学的起源可以追溯到古代的时期，但它真正开始迅速发展是在20世纪。
随着科学和技术的进步，科学家们能够使用各种工具和技术，如电生理学、功能磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）等，更深入地研究大脑。
通过研究大脑的结构和功能，脑科学已经取得了许多重要的发现。
例如，我们现在知道大脑由数十亿个神经元组成，这些神经元通过电化学信号进行通讯。
我们还了解到大脑的不同区域专门负责不同的功能，比如运动控制、视觉处理和语言理解等。
脑科学的一个重要领域是研究大脑的发育和塑形。
大脑在出生后会继续发育，并根据个体的经验和环境进行塑形。
这种发育和塑形过程对于我们理解学习、记忆和适应环境非常重要。
脑科学研究还发现，神经可塑性是大脑适应变化的重要机制。
神经可塑性指的是大脑神经元之间的连接可以通过新的经验和训练而改变。
脑科学的另一个关注点是研究大脑与行为和认知之间的关系。
通过观察大脑在执行不同任务或进行不同思考活动时的活动模式，脑科学家们可以了解不同思维和行为的基础。
这对于理解认知功能的基础、认知发展和认知病理学都有重要意义。
在医学和临床方面，脑科学对于理解和治疗与大脑相关的疾病非常重要。
通过研究大脑在疾病状态下的变化，如阿尔茨海默病、帕金森病和精神疾病，科学家们可以为诊断和治疗提供更好的方法。
最近，脑科学还与人工智能和机器学习等领域有了更多的交叉。
通过研究大脑的工作原理，人们希望可以设计出更高效的人工智能系统，并将人工智能技术应用于脑科学研究中。
总之，脑科学是一个充满挑战和机会的领域。
通过对大脑的深入研究，我们可以更好地理解人类思维和行为的本质，为治疗脑部疾病和设计更智能的系统提供基础。
脑与认知科学ppt课件
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11
3.1神经系统的细胞
神经胶质细胞分类 ： 中枢神经系统
• 星形胶质细胞 • 少突胶质细胞 • 小胶质细胞 外周神经系统 • 许旺氏细胞
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12
3.1神经系统的细胞
• 星形胶质细胞：是一种呈圆形对称形状的大细胞，他 们围绕着神经元并与脑血管紧密连接星形细胞与脑血 管的接触部位特化为终足，该结构即允许离子进入血 管壁又在中枢神经系统的组织与血液之间构建了一道 屏障-血脑屏障(blood-brain barrier BBB)。
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3.2神经信号
Na+-K+泵： ATP(三磷酸腺 苷)-提供能量将 Na+运出细胞并 将K+运进细胞 。 一个ATP分子 水解可以运出3 个Na+运进2个 K+
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22
3.2神经信号
因为离子通道和 Na+-K+泵的存在
，在静息状态时 K+内多外少， Na+内少外多的
状态，产生电荷 梯度。
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3.1神经系统的细胞
• 胞体：(直径约10~30μm．最大的可达100μm )又被称 为核周体(perikaryon)，其由细胞膜、细胞核、细胞质 、细胞器组成。进行着维持生命的各种代谢活动。
• 树突(dendrite)：是胞体的延伸，在细胞体周围反复分
枝，细胞内容物也存在其中，直径从粗到细变化明显
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3.2神经信号
电极化：膜两侧外正内 负的状态称为电极化； 去极化(depolarization)： 膜电位的数值向负值减 少的方向称为去极化； 负极化 (hyperpolarization) ： 膜电位的数值向负值增 加的方向称为超极化。
北师大认知心理学-第二讲 脑与认知
5.脑电图(EEG)和脑磁图(MEG)
4.韦达技术(wada)
在大脑一侧的动脉注射麻醉剂，暂时抑制 或麻痹一侧大脑，考察由此带来的认知功 能上的变化。
MEG
EEG/ERP数据
偶极子定位（与 MR/CT图像融合）
6. PET & fMRI。
Smith et al：1996
前扣带回 前运动区
顶叶 颞下区
言语记忆
前额叶 前运动区
顶叶 枕叶
空间记忆
认知神经科学的出现
(Gazzaniga 1995)
由欧洲科学和技术预测和评价（FAST）委员会 建议出版《认知神经科学专集》 （1987-1988） 是第一部认知神经科学的著作。改书于1991年 出版，是《认知科学》系列丛书（五本）之一。
1. 临床观察法
探讨脑损伤与 认知功能缺失 的关系
Broca区的发现
2.对皮层组织的直接刺激
z 做外科手术前，直接对脑的某些特定部位 进行刺激
3. TMS和TES
发出磁脉冲或电脉冲，暂时抑制或麻痹大 脑特定区域的功能，考察由此带来的认知 上的变化。
TMS： transcranial magnetic stimulation
第二讲 脑与认知
主要内容
z 认知的神经基础：脑 z 认知神经科学简介
第一节 认知的神经基础:脑
关键词：
z 神经元、 突触、神经递质 z 脑的结构及功能 z 脑发育、可塑性
一、认知的神经基础:脑
神经元
1. 数量巨大（约1000亿个，相当于银河 系恒星的数量）
2. 种类繁多（有1000种不同类型的神经 元）
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脑科学在中国
❖ “香山科学会议”（一九九三年）： → 将脑科学列为国家研发重点，脑认知科学研究列 为「十五」国家规划重点发展学科。
❖ 二○○一年，中国正式成为加入国际「人类脑会议 的第二十个国家。
脑科学在中国
❖ 中国科学院生物物理所：“脑与认知科学研究中 心”；
运用微电极细胞外记录、细胞内记录技术对单个神经元活动分析。近 年来，片膜钳技术对离子通道进行深入的研究。
细胞外记录：30年代后期发展起来的。用金属丝电极1-5微米记录幅 度较大的瞬间性动作电位，对神经元的功能起了重要作用。
细胞内记录：0.1~0.5微米的玻璃电极，内充高浓度氯化钾或醋酸钾 以导电。能记录动作电位，小的分级电位，同时能监视膜电位的变化。 此外，能注入物质，进行形态学分析。缺点是造成细胞损伤，记录时 间、小细胞受限。
❖ 北京大学的认知神经科学实验室； ❖ 中国科技大学研究生院脑认知开放实验室； ❖ 北大与北师大、浙大、东南大学等
组建了“脑科学与认知科学网上合 作研究中心”；
脑科学的研究对象
研究对象：脑的结构与功能
科学问题： 脑的形态 脑的结构（组织水平，细胞水平，分子水平） 脑的功能（基本功能，物质与意识的关系） 脑与其他器官的关系（脑系统） 脑系统与环境的关系（认识世界，改造世界） 脑的进化（系统发育） 脑的发育（个体发育） 脑的保护与医治 脑的潜能开发
脑与认知科学
1.2 脑科学概述
申华 电子工程系
本节的中心问题是：
什么是脑科学？ 脑科学的研究内容 脑科学的研究方法
脑科学：
❖ 狭义的定义：就是神经科学，是为了了 解神经系统内分子水平、细胞水平、细 胞间的变化过程，以及这些过程在中枢 功能控制系统内的整合作用而进行的研 究。（美国神经科学学会）
❖ 广义的定义：是研究脑的结构和功能的 科学，还包括认知神经科学等。
片膜钳技术：70年代后期，Neher 和Sakmann 发展了一种新的纪录 方法，可以用来记录单个离子通道的活动。
❖ 分子生物学方法：
结构研究 01，直接观察：解剖，显微解剖 02，间接观察：染色，示踪，显影，造影 03，比较解剖学
结构-功能-行为研究 04，电生理学研究 05，基因修剪 06，病理研究 07，成像技术
脑科学的研究意义
❖ 不仅具有重要的科学意义，还具有巨大的潜 在应用价值。
脑科学的研究目的
美国“脑的十年：1990 -- 2000” 的提法 了解脑：脑科学研究的基本目的 保护脑：医学科学研究的基本目的 开发脑：教育科学研究的基本目的
智能科学技术工作者的特殊研究目的
了解脑 – 了解脑的工作原理 创造脑 – 创造人工脑，扩展脑的能力
脑科学的主要研究方法❖Fra bibliotek解剖学方法：采用通常的组织染色方法可以在光学显微镜下观察神经系统各种组织 的细胞结构，即神经元的不同形态，以及它们间连接的一般情况。运 用电子显微镜可以进一步了解神经元和突触的精细结构。
→正逐渐替代了“定位说”，被现代技术所证实。
→主张左右两半球整体功能的协调开发。
脑科学在教育中的应用
❖ 神经生物学界认为：
→ 人类大脑的感应是分析外来信号的处理过程； → 除了分析外来信号外，大脑在某一特定时刻的内在 状态也很重要。 → 大脑是通过某个神经“密码”来处理外来信息的。 → 这一“密码”不是固定不变的，而是随着大脑内部 状态和外界环境的改变而不断改变。 ❖ 利用新技术，可以观察大脑在处于高度集中和高度 期待等状态下，怎样处理外部信息的过程。
功能核磁共振成像技术 局部神经元兴奋将引起该区域血流量的增加，而血液中 含有氧和葡萄糖，血红蛋白所携带的氧的含量会影响血红蛋 白的磁场特性，因此，磁共振成像能够能够检测到大脑的功 能性的氧消耗变化情况，并显示高活动量区域的三维图像， 空间分辨率可达1mm。
关于脑研究方法的评论
1，局部与全局，部分与整体 2，静态与动态 3，物质-能量-信息 4，结构-功能-行为-机制
二十一世纪是脑科学时代
❖ J.D.Watson在「The Brian」前言： → “二十一世纪是脑的世纪”。
❖ 五十年代→六次诺贝尔医学奖 ❖ 脑科学研究者以美国为中心每年以
20%速度递增。
脑科学的研究范围
1.2.1 脑科学的研究现状
脑科学在美国
❖ 1989年美国脑科学计划：
→ 把本世纪的最后十年命名为“脑的十年”， 重点是保护脑，防治脑疾病。
现代脑成像技术的发展
大脑皮层是怎样工作的？在各种的认知活动中，哪些 脑区在工作？哪些脑区在休息？哪些脑区先激活？哪些脑 区后激活？传统的脑损伤和麻醉的方法无法回答。
现代脑成像技术可以在清醒的、不损伤的条件下洞察 脑认知功能的活动过程。它能够显示出：在认知过程中大 脑特定的脑区是如何一个个相关联地被“点亮”。
脑科学在教育中的应用
❖ R·斯佩里 （1961）：两半球功能一侧化现象和脑 发育关键期以及可塑性现象，至今对教育仍发生一定 影响。
❖ 脑认知功能模块论：M·S·加查尼加（Gazzaniga， 1976）
脑是由在神经系统的各个水平进行活动的子系统以模 块的形式组织在一起的，脑功能模块是一种动态变化 的组装。
❖ 一九九二年，启动「人类脑计划」：
→ 会员国已有20多个。
❖ 新世纪开始：科学基金会、商务部
“聚合四大技术，提高人类素质”计划
脑科学在欧洲
❖ 英国：“认知与脑科学研究所” → 研究方向有：注意、认知和情绪、语言和 交流、记忆和知识等。
❖ 巴黎： “信息处理”课题（2000年） → 人文与社会科学部同工程科学部和符号处 理技术与自动化技术部的合作项目；
脑科学在日本
❖ 一九九六年，制定了为期十年的「脑科学时 代」计划，计划每年投入1千亿日元。其主要 研究内容为：
➢ 了解脑——阐明脑功能 ➢ 保护脑——征服脑疾患
脑科学在韩国
❖ “脑神经信息学研究规划（BNRP规划）： → 强调目标明确的多学科梯队研究，发展基于脑信息加工 机制的“人类化(Human―like)”的功能。 → 先从视听模块着手，在第二阶段中首先实现人工视觉和 听觉。而整个规划的整合需到2008年才进行。