北师大认知心理学-第二讲 脑与认知
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PET（Position emission tomography）
正电子断层发射扫描
fMRI （functional Megnatic Resonance Imaging)
功能磁共振成像
特点: 无损伤（研究正常人的大脑功能） 高空间分辨率
PET
fMRI：
基本原理：
PET---大脑局部脑血流 rCBF 局部葡萄糖的新陈代谢率 rCMR
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。
Caviness等（1998）的研究资料
大脑的发育（结构）
出生时，大脑的一千亿神经元，还没有 连成一个神经网络 在早期脑发育过程中一个主要任务是形 成和强化神经元之间的联结 经验在联结的过程中起重要作用
出生时
6岁
14 岁
24
脑结构和功能的可塑性
脑具有在外界环境和经验的作用下不断塑 造其结构和功能的能力。
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）
突触的化学传递
大脑皮层的结构
四个脑区
大脑两半球
运动皮层
感觉皮层
视交叉
脑发育
脑发育及其可塑性
脑的发育（体积）：
z 出生时：与黑猩猩的脑大小相当（约350立方厘 米）
z 6月龄：将达到最终体积的一半 z 2岁：为成人的四分之三。 z 4岁：大小为出生时4倍（约1400立方厘米），与
成人十分接近。
TES : transcranial electrical stimulation
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。
3. 联结复杂(大脑皮层每一立方英寸有 大约一万英里长的神经纤维;神经元 通过神经纤维相互联结，形成复杂的 神经网络）
4. 即有兴奋性联系、也有抑制性联系
神经元
基本结构：
1）胞体 2）轴图 3）树突
突触的结构
神经递质（Neurotransmitters）
Acetylcholine（乙酰胆碱，与记忆有关） Dopamine（多巴胺，帕金森症与DA太少有关， 有些精神分裂症与DA太多有关） Epinephrine & Norepinephrine （肾上腺素、去甲肾上腺素，与生气、愤怒、应 急等生理反应有关） Serotonin（复合胺，与梦、及抑郁有关） GABA（伽马氨基丁酸，与学习记忆有关） Glutamate（谷氨酸盐，与学习记忆有关） Neuropeptides（神经肽，与减轻疼痛有关）
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
思考与讨论
z 认知神经科学产生的动力是什么？ z 我们在多大程度上，可以根据脑的神经活
动来推测当前的心理状态或认知活动？
心理过程 生理过程
心－脑关系
¤ 心理是脑的功能，脑是心理的物质基础 ¤ 支配心理过程的规律与支配生理过程的规律有本质
的不同。 ¤ 生理过程和心理过程是相互影响、相互作用的。 ¤ 对于人的大多数活动，我们可以同时从心理和生理
两方面进行考察，二者是同时发生的过程。
那么，脑的物理或生理活动状态是否与心理活动状态 相对应？ －>认知神经科学
目前知道的化学物质有六十多种之多
神经信号的传递
1. 静息电位 （Resting Potential） Vs 动作电位 （Action Potential）
神经元 每秒激 活次数 可以多 达一千 次
2. 传递方式： 神经元内部的电传递
“全或无”的原则
神经冲动沿着轴突传导的速度和轴突大小有关 最小的轴突：每秒0.5米 最大的轴突：每秒120米
A
B
TASK
10
t
C
D
2.5
L
Gao et al. Science, 1996
MOVEMENT R NO MOVEMENT
7. 光学成像方法
1)近红外光谱成像 (near-infrared spectroscopy technique，NRFS )
2)单光子发射计算断层扫描 ( single photon emission computed tomography, SPECT )
fMRI -- 血氧水平依赖性对比 BOLD 组织内血流变化（perfusion）
FMRI的信号提取：BOLD
BOLD
(BLOOD OXYGEN LEVEL DEPENDENT) CONTRAST
含氧 Vs. 脱氧血红蛋白
含氧血红蛋白 抗磁性
脱氧血红蛋白 顺磁性
研究举例1：小脑的感觉功能
NO SENSORY DISCRIMINATION SENSORY DISCRIMINATION
1989年，美国发行一本名为“认知神经科学”的 专业期刊。
1991年，美国出版名为“认知神经科学”的专著。
认知神经科学的研究方法
脑损伤：
临床观察法、皮层刺激、TMS (TES)、 韦达技术
脑生理电：
脑电图（EEG/ERP）、脑磁图（MEG）
脑血流（神经影像学）：
PET、fMRI, 近红外，SPECT
关键期 脑损伤及恢复
第二节 认知神经科学简介
关键词
z 认知神经科学 z 脑成像技术
20世纪90年代，认知神经科学兴起
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）。Biblioteka Baidu美国： 脑的十年（20世纪90年代） 日本：“脑科学时代” （1996）
心－脑关系
认知神经科学
认知过程
认知科学
神经生理
神经科学
认知神经科学
认知过程与神经过程结合
促成认知科学和神经科学相结合的原因
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, fMRI等， 提供了更多的关于神经活动的数据和信息。
正电子断层发射扫描
fMRI （functional Megnatic Resonance Imaging)
功能磁共振成像
特点: 无损伤（研究正常人的大脑功能） 高空间分辨率
PET
fMRI：
基本原理：
PET---大脑局部脑血流 rCBF 局部葡萄糖的新陈代谢率 rCMR
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。
Caviness等（1998）的研究资料
大脑的发育（结构）
出生时，大脑的一千亿神经元，还没有 连成一个神经网络 在早期脑发育过程中一个主要任务是形 成和强化神经元之间的联结 经验在联结的过程中起重要作用
出生时
6岁
14 岁
24
脑结构和功能的可塑性
脑具有在外界环境和经验的作用下不断塑 造其结构和功能的能力。
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）
突触的化学传递
大脑皮层的结构
四个脑区
大脑两半球
运动皮层
感觉皮层
视交叉
脑发育
脑发育及其可塑性
脑的发育（体积）：
z 出生时：与黑猩猩的脑大小相当（约350立方厘 米）
z 6月龄：将达到最终体积的一半 z 2岁：为成人的四分之三。 z 4岁：大小为出生时4倍（约1400立方厘米），与
成人十分接近。
TES : transcranial electrical stimulation
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。
3. 联结复杂(大脑皮层每一立方英寸有 大约一万英里长的神经纤维;神经元 通过神经纤维相互联结，形成复杂的 神经网络）
4. 即有兴奋性联系、也有抑制性联系
神经元
基本结构：
1）胞体 2）轴图 3）树突
突触的结构
神经递质（Neurotransmitters）
Acetylcholine（乙酰胆碱，与记忆有关） Dopamine（多巴胺，帕金森症与DA太少有关， 有些精神分裂症与DA太多有关） Epinephrine & Norepinephrine （肾上腺素、去甲肾上腺素，与生气、愤怒、应 急等生理反应有关） Serotonin（复合胺，与梦、及抑郁有关） GABA（伽马氨基丁酸，与学习记忆有关） Glutamate（谷氨酸盐，与学习记忆有关） Neuropeptides（神经肽，与减轻疼痛有关）
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
思考与讨论
z 认知神经科学产生的动力是什么？ z 我们在多大程度上，可以根据脑的神经活
动来推测当前的心理状态或认知活动？
心理过程 生理过程
心－脑关系
¤ 心理是脑的功能，脑是心理的物质基础 ¤ 支配心理过程的规律与支配生理过程的规律有本质
的不同。 ¤ 生理过程和心理过程是相互影响、相互作用的。 ¤ 对于人的大多数活动，我们可以同时从心理和生理
两方面进行考察，二者是同时发生的过程。
那么，脑的物理或生理活动状态是否与心理活动状态 相对应？ －>认知神经科学
目前知道的化学物质有六十多种之多
神经信号的传递
1. 静息电位 （Resting Potential） Vs 动作电位 （Action Potential）
神经元 每秒激 活次数 可以多 达一千 次
2. 传递方式： 神经元内部的电传递
“全或无”的原则
神经冲动沿着轴突传导的速度和轴突大小有关 最小的轴突：每秒0.5米 最大的轴突：每秒120米
A
B
TASK
10
t
C
D
2.5
L
Gao et al. Science, 1996
MOVEMENT R NO MOVEMENT
7. 光学成像方法
1)近红外光谱成像 (near-infrared spectroscopy technique，NRFS )
2)单光子发射计算断层扫描 ( single photon emission computed tomography, SPECT )
fMRI -- 血氧水平依赖性对比 BOLD 组织内血流变化（perfusion）
FMRI的信号提取：BOLD
BOLD
(BLOOD OXYGEN LEVEL DEPENDENT) CONTRAST
含氧 Vs. 脱氧血红蛋白
含氧血红蛋白 抗磁性
脱氧血红蛋白 顺磁性
研究举例1：小脑的感觉功能
NO SENSORY DISCRIMINATION SENSORY DISCRIMINATION
1989年，美国发行一本名为“认知神经科学”的 专业期刊。
1991年，美国出版名为“认知神经科学”的专著。
认知神经科学的研究方法
脑损伤：
临床观察法、皮层刺激、TMS (TES)、 韦达技术
脑生理电：
脑电图（EEG/ERP）、脑磁图（MEG）
脑血流（神经影像学）：
PET、fMRI, 近红外，SPECT
关键期 脑损伤及恢复
第二节 认知神经科学简介
关键词
z 认知神经科学 z 脑成像技术
20世纪90年代，认知神经科学兴起
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）。Biblioteka Baidu美国： 脑的十年（20世纪90年代） 日本：“脑科学时代” （1996）
心－脑关系
认知神经科学
认知过程
认知科学
神经生理
神经科学
认知神经科学
认知过程与神经过程结合
促成认知科学和神经科学相结合的原因
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, fMRI等， 提供了更多的关于神经活动的数据和信息。