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2004研高级心理学复习题（仅供参考） 2004-11-14一.评述认知科学的基本假设认知科学用信息加工的观点解释人的心智（mind），将人脑看成一个接收、存储、提取、转换、传递信息的复杂系统。信息加工理论的四个基本假设：1）、形式的信息加工（Formal Information Processes） 信息和信息加工能够看作“模式和对模式的操作”来研究。这种对信息的操作是通过一系列的规则（也可叫做算法或形式程序）来执行的，因为这种操作只与符号的形式有关，而与意义无关。认知科学家关注信息加工形式方面的原因主要有三个：一、由于信息加工的形式化，使得尽管规则本身是有限的，但可产生无限的结果和行为；二、算法（形式）的执行无需对执行内容意义的理解，因此这一过程可以由机器完成，这为计算机与计算机程序提供了智力基础。三、最重要的一点，理解了系统的形式规则也就意味着理解了这个信息加工系统。2）、形式加工过程的可表征性（Formal Processes Can Be Representational）为了理解信息加工我们将符号与他们的意义分离开来，但认知科学必须是有意义的理论化的，这样才是有用的。因此，认知科学通过表征来使符合和形式意义化，即符号和形式加工能够表征它们所代表的事物（“同构主义”，Isomorphism），包括两层含义：一、符号能够准确的映射它所代表的真实世界物体（如字符串“11”可代表数字11）；二、系统的形式信息加工方式应与它所代表的真实世界对信息的加工方式相同。认知科学家通过分辨“符号的形式加工”和“符号与它所代表物体的表征关系”来了解信息加工。3）、把形式加工与其物理基础相分离（Seperating Formal Processes from Their Physical Basis）对信息加工的研究应该或在一定程度上必须独立于系统的物理和生理基础。尽管人脑和机器的物理结构和特点不同，但在进行一些任务（如加减运算）时却使用着相同的算法。因此，为了理解为什么相同的算法能够同时在人脑和计算机中执行，我们必须独立于物理基础来定义这种算法。4）、认知科学是基础科学（Cognitive Science Is a Basic Science） 认知科学家寻求发现信息加工的高度一般和可解释的基本原则，即信息加工最本质的规律。尽管人的思想和行为是很复杂多变的，受到多种文化和历史因素的影响，但认知科学家相信其基本加工过程存在着一致性。如对言语获得机制的解释，研究表明确实存在着“语言共性”（linguistic universal），它在儿童母语获得的过程中起着重要影响。二、Searle是如何回答“Is the brain a digital computer?”这个问题的？Searle：目前的计算机程序能够通过图灵试验，但它并没有智能。认为人类心智就是计算，这是一种图灵机的概念。人类思维确实包括计算，但它不仅仅是计算，人类思维具有创造性。计算机模拟思维，但不是真正的思维，正如它模拟消化并不是真正的消化一样。目前的数字计算机仅仅是执行句法的机器，它没有语义。人类的理解不仅是句法的理解，更重要的是语义的理解。我们说今天的数字计算机没有智能，并不是说机器永远不可能有智能。基于神经网络连接和能量传递的计算机也许真的会思考，这方面我们寄希望于认知科学的发展。（认知科学建立在错误的基础上。在认知科学的例子中，它错误的所在就是假定大脑是数码计算机而心智是计算机的程序。要证明这种假设是错误的方法有很多，但最简单的就是去指出运行的计算机程序是按照符号或句法运算定义的，它独立于硬件物质。“同一执行的程序”定义了这样的相当层次，它完全以给定形式的或句法的步骤，独立于具体的这样或那样的硬件物质来执行。这一原则成了著名的计算机程序“多元可实现化”特征的基础。同一个软件可以在不限定的各种硬件上运行。但心智并不能由一个或众多的程序所构成。因为程序的句法运算并不能自身就足以构造或保证实际心智过程的语义内容。另一方面，心智包含了比符号和句法更多的成分，它们通过思想、情感等形式，以语义的内容包含了实际的心智状态，并且它们产生于非常独特的大脑内的新生物学程序。心智不可能由程序组成，因为在执行程序的句法过程自身不能产生任何语义内容。几年前我通过所谓的“中文屋论证”证明过这点。三、功能主义是如何解释认知心理过程的？试讨论功能主义对于心理学研究的影响。四知识表征的方法，命题表征的实验证据，概念的语义网络表征表征是指信息在人脑中的记载和呈现的形式。在人脑的长时记忆系统中的信息又称为表征的内容。1知识表征的方法有以下几种：命题表征，图式表征：包括概念图式和复杂图式（脚本、个人图式和自我图式），心理表象、产生式表征。命题指语词表达意义的最小单元。命题由两个成分构成。一个成分是关系,另一个是一组论题。论题多是由名词、代词表示(有时也可以用动词和形容词表示)。“酸是一种化合物”中的论题是:“酸”和“化合物”。命题中的关系多以动词表示,有时也用形容词和副词表示。关系对论题起限制作用。如“酸是一种化合物”这个命题中“是一种”表示关系,显著地限制了“酸”的所属种类。一个命题大致相当于一个观念。许多简单句子,如象“酸是一种化合物”表达一个意思,仅含有一个命题。2命题表征实验证据【实验一】Sach（1967），支持内部命题表征理论。让被试听一段话，然后再认句子。给出句子的时间有3种，原句子出现了0，40，80个音节以后。给出的句子有四类，一类是与原文完全一样，两类意思一样，但是句子结构变化，还有一类是意思不同。结果发现，在80个音节（2025s）以后，被试很少在句子4上犯错，但经常在句子2和3上出现错误。在此实验条件下，被试能够记住句子的意思，而没有记住语言形式。解释：句子的意义以一种内在的非语言形式表征，它能够转换为多种语言形式。【实验二】 Experimental Evidence for Propositional Unitn Kintsch and Glass (1974): 在单词数大致相同时，比较含命题多的句子与含命题少的句子的回忆情况。1 the settler built the cabin by hand; (one proposition involving 3-place relation BUILD)2 the crowded passengers squirmed uncomfortably. (three proposition involving three 1-place relations CROWDED, SQUIRM, and UNCOMFORTABLE)n Result: subject tended to recall the first kind sentence better that the second, which indicating that it had more unit in an underlying representation that determined the subjects memory performance. （假设：在单词数大致相同时，含命题多的句子需要更多记忆资源，回忆效果会差一些。结果证明：命题在人脑中作为知识表征的存在，但未证实知识以网络方式存在。）【实验三】n McKoon and Ratcliff (1980): subjects read the paragraphs like:n “the businessman gestured to a waiter. The waiter brought coffee. The coffee stained the napkins. The napkins protected the tablecloth. The businessman flourished documents. The documents explained a contact. The contract satisfied the client.”n Immediate recognition memory test: 36 test words appeared on the screen, one at a time. Subjects have to response “Y” if they thought the word had appeared in the paragraph, or “N” if not. Response time was recorded.n 启动: test word was preceded by a test word from the story;n 未启动: test word was preceded by a test word from another stories.结果：(启动词和反应词间距越大，启动效果越小，反之亦然。)Waiter-document: 4 links and 3 nodes; Rt(document) = 736 ms unprimed, 665 ms primed with waiter; priming effect= 71ms. n Coffee-contract: 8 links and 7 nodes; priming effect= 47ms.n Napkins-client: 12 links and 11 nodes; priming effect= 30ms.3概念的语义网络语义网络：表征关于概念的语义学的一般知识而不是具体物体的事实。（例子：蔬菜和大豆）语义的激活扩散模型：在任意时刻，网络中的结点处于某种激活水平，并且激活沿着连接通路在结点间扩散。当激活达到一定水平时，就会引起意识注意。四个基本假设：激活同时扩散；激活在连接中进行分配；一个结点的激活迅速消失；不同的结点和连接有不同的激活能力。激活扩散模型用来解释网络的加工过程，自动激活vs控制加工。在一个简单的分类任务中，比较过程从目标结点与测试结点的自动激活开始，激活沿着两个结点间所有联系通路平行扩散，激活的程度依赖通路的权重。从两个结点出来的一些激活通路会相交，形成连接两个结点的激活通路。决定反应的控制过程监控激活程度，当超过阈限的时候，就会做出“是”反应。概念的语义网络模型可以预测启动效应和背景效应。如果先前的背景激活了任务需要的通路，概念信息加工可以得到促进。实验证据：Loftus和Cole（1974）给被试一个高等级的类别名称和一个特征，让被试生成该类别拥有该特征的一个例子。如：红色，汽车result消防车。两种情况：类别在特征之前给出，特征在类别之前给出。结果发现，前一种情况下被试生成例子的速度更快。解释：当呈现一个词后，激活扩散从该词开始，启动语义网络。与类别相联系的词少于与特征相联系的词，当先呈现类别时，效率更好。从特征发散的激活在更多的通路中变弱，并迅速减弱。4.表象表征： Paivio 两个图对 两个字对四评述认知科学的机能主义假设。首先说明一点，认知科学的机能主义假设不同于机能主义心理学。他一方面吸收机能心理学的一些思想，另一方面也是在心脑同一论的基础上发展起来的。在解释身心问题上，物理主义和行为主义都遇到一些无法克服的困难，但是促进了同一论的不断的发展，并在此基础上发展成为机能主义的心智哲学。机能主义是对身心问题（如心理的实质，什么使痛成为痛）的重要解释之一。他是从机能的角度来看问题，强调心理活动的功能表现，并认为心智是机体和环境之间的中介。认为人的内部心理状态（如想法、需要）依赖于其在认知系统中的功能或者作用，而非他们的内部构造。更确切地说，该理论认为，心理状态的身份，是由他和感觉刺激、其他心理状态以及行为的因果关系决定的。认知科学的机能主义假设把认知科学从对心理是如何构成的研究中解放出来。认为每个人的心理本身是一个生理结构，但是它与心理的本质无根本联系，因此我们可以从生理活动的具体细节中进行抽象、发现与认知者心理直接相关，但无共同生理特征的心理活动的共同原则。如果机能主义的假设是正确的，那么认知的最基本的特征便是独立于神经学，心理状态不需要特殊的物质载体来解释。根据机能主义，心理是一生理系统拥有众多的内部状态处于一系列可能外部状态的环境中。外部状态可导致内部状态的变化，内部状态的轻微浮动，产生内部状态变化进而产生外部行为。关于心理的机能主义形式，一些是从图灵机的角度来阐述的，如pylyshyn。当前，机能主义主要有以下形式，并试图结合图灵机进行初步的解释：l 机械机能主义：20世纪60初期，美国哲学家普特南陆续发表了一系列文章，围绕当时大家关心的机器和心身的关系问题阐述了功能主义的观点。机能主义中有一关键的概念：功能同构性，即有两个系统，如其中一系统的状态与另一系统的状态保持对应的功能关系，那么可以认为这两个系统是功能同构的。普特南认为人是一台图灵机，人的心理状态就是图灵机的状态或这种状态的析取。人和计算机是功能同构的关系。心理状态便是机器状态。具有心理生命的任何系统就是一复杂的图灵机。图灵机能够表征人类所能进行的任何信息加工过程。如果如认知科学所言，我们生理上能进行信息加工系统所进行的过程，那么，在功能上讲，我们等同于某种图灵机。对于一台图灵机讲，处于一定的机器状态，也就意味着处于一特定功能的生理状态。同样，对于人，处于一特定的心理状态，也意味着处于一特定功能的生理状态（可能是中枢神经系统的生理状态）。机械机能主义认为，对于心理过程或状态的心理本质，所必要的不是特定的生理现实，而是他们在信息加工系统中的计算角色。因此，这种把功能关系归结为计算的功能主义又称之为计算的功能主义，他为人工智能的发展提供哲学上的论证。评：回避了物理主义还原的困难（无法说明心理现象和属性的整合与突现），也避免了物理载体的复杂结构问题（可在大脑的神经生理基础上不完全清楚的条件下，从功能的角度来研究心智功能的大脑），但是，仍然存在问题。问题：1、心理状态可能与神经生理的细节部分紧密联系，机械机能主义太过于自由。功能和结构具有紧密地关系，功能最终要由结构来解释。功能分析是以一物具有某一功能为前提的，那么他为什么有这种功能，必须从微观结构来考察。2、如果心理状态便是计算状态，那么一个功能强大的巨型计算机也应该有心理状态。显然是不对的。此外，机器不能有意识。3、什么为机能实现？不能是一 一对应（两种状态）的关系，因为这样太廉价了。4、计算机没有自由意志，仅可以做已编好程序的工作。而人有，如果人的大脑就是计算机，那么人的自由意志便是错觉。l 心理机能主义人的心理状态对于人来讲，就如图灵机的计算状态与图灵机的关系。对人大脑的描述，应该来自于探讨他们的计算状态而非他们的机器状态。该种观点主要来源于对认知心理理论的目标和方法的反思，认为心理状态和过程，是那些对人的行为给予最好科学解释的实体和特征。评：心理机能理论可以利用科学心理学中的所有查询工具，从而使所有的辨别都似乎非常科学。但是这种方法，使它可能太过于沙文主义（Block,1980）。因为拥有与我们大致但并非非常一致因果图示的生物，将不能被认为拥有人类的心理状态。此外，一个更为严肃的问题需要考虑：如果最佳经验心理理论的规则与当前我们对于心理的因果角色的认识不一致，那么，很难认为心理机能理论给予我们一个心理状态的解释。l 生理机能主义认为特定的心理状态与图灵机（用于模拟心理）特定的计算或机器状态相一致是错误的。而允许在一定的辨认图式或者其他特定功能图式下，所表征的心理状态与生理状态相一致。总评价：尽管从1970以来，机能主义作为认知科学的哲学基础，一直处于统治地位，但是他仍存在不足之处：1、机能主义的基本假设认为在大脑外部，心理可以独立存在。如果这种观点是正确的，那么，在原则上，存在有思想的非机体机器是没有障碍的。2、忽视了认知的核心假设：意识的存在。功能上相同的个体，可能具有质上不同的意识。3、心理状态是一具有丰富语义表征的状态。电脑是一语义贫乏的装置，仅是设计来模拟人和人的心理状态，并不能以人的方式，通过心理状态来表征、认识外部世界。如果人能够表征世界，但是计算机不能，那么机能主义可能未给认知中的一个重要方面与足够的重视。4、至今尚未有人成功地把心理概念从概念上还原为机能概念。这可能意味着机能概念的复杂性。5、另外的批评，来自于拥有和我们类似机能的智能系统，但他们没有心理状态。6、机能主义者必须决定如何界定系统的输入和输出。这是个难题。而且如何对输入和输出的物理性质进行预先的界定，也是很困难的。五图灵机与认知的信息加工研究 图灵机指可实现某种计算功能的数学上理想的仪器，它具有有限数字的不同可能态的集合，称为内态。但能够在受限的计算尺度能够处理不受限的输入，产生不受限的输出。以“图灵机算法可计算”这一核心概念为基础，认知科学领域已逐渐形成了“认知可计算主义”的研究纲领。它的核心是“认知的本质就是计算”。其含意是：作为信息处理系统，描述认知和智能活动的基本单元是符号，无论是人脑还是计算机，都是操作、处理符号的形式系统，认知和智能的任何状态都不外是图灵机的一种状态，认知和智能的任何活动都是图灵意义上的算法可计算的。丘比图灵论点从人的认知结构、认知过程和认知能力三方面综合地刻画了人的认知本质，表明了：（1）人的认知过程是一种递归结构；（2）人的认知过程是一种递归计算过程；（3）人的认知能力是受递归规律限制的，即人只能对具有递归结构的事物进行认知。“认知可计算”纲领的提出是对认知科学研究的重要贡献。在此基础上，认知科学家们已经开始找到了一些特有的由计算派生出来的概念和理论，是得人们对智力的研究不再是思辩，而是建立在科学实验的基础上。“认知可计算”纲领包括“符号主义”和“联结主义”。（1）“符号主义”认为大脑、心灵和计算机一样，都是一种物理符号系统，无论它们在结构和动力机制上可能有多大不同，但在计算理论层次上都具有产生、操作和处理抽象符号的能力。在这一层次上，大脑和恰当编程的计算机可以被看作同一类装置的不同特例，完全可以在形式系统中通过用规则操作符号演算来生成智能。认知科学所要做的只是抽象出大脑的思维规律并编码为计算机可识别的形式，而不必考虑大脑的硬件构成。（2）“联结主义”认为人类大脑特殊的物理构成方式对于认知起了关键作用。应该用机器程序去精确阐明大脑的硬件结构，采取一种“内在”眼光，考察大脑的这种硬件结构是如何产生和记录我们认为是“智能”的行为的。人工神经网络研究就是力图体现大脑的分布式并行计算和非线性等特征。所构建的人工神经网络是一种具有大量连接的并行分布式处理器，具有通过学习获取知识并解决问题的能力，且知识是分布存储在与大脑神经元突触相类似的连接的权重中。因此，通过人工神经网络，联结主义者探索机器体现的思维如何从连接的各种模式中以一种涌现的方式产生。对认知可计算理论的批评（1） 人类的心灵、大脑和计算机之间存在本质差别，大脑的功能也许可以说是一台计算机，但更深曾的智能活动，特别是以“意向性”为核心的心智活动决不是计算机的算法可穷尽的。按照语法规则定义的计算机程序本身不足以担保心的意向性和语义的呈现，心的本质是不可计算的。（2） 与现代计算机不同，大脑不是一种通用图灵机。人脑在进化过程中形成了许多用以解决不同问题的高度特异性结构。认知和智能活动不是由建立在公理上的数学运算所能统一描述的现象。无论是符号主义还是联结主义都受害于唯理主义倾向，都是用在物理学中获得成功的方法和简单而漂亮的形式系统来解释智力。要在认知科学领域有实质性突破，就应当放弃唯理主义哲学，从生物学而不是物理学中去寻找启示和线索。六关于认知现象的理论解释（Interpretation Strategies）首先，我们来看一下我们对待科学理论的两个层次。第一种被称为是“真实的理解”（The realistic interpretation）。在这个层次，我们把理论看作是实实在在的东西。比如说，在这个层次上，我们把认知心理学中的网络模型看作是在大脑中真的有这种网络的结构，并且相应的计算过程也确实发生。第二种被称为“工具性解释”（The instrumental interpretation）。在这个层次，我们把理论看作是对真实的事物或现象的解释。比如说，在这个层次上我们把认知心理学中的网络模型仅仅用以解释认知现象，但并不关心在我们的大脑中是否真的有相应的网络与计算过程。下面，我们以计算机下棋作为例子具体的分析一下对认知现象进行理论解释的三个水平：1.硬件水平（hardware strategy）我们研究计算机中的晶体管，电线，象素，电流是如何流经计算机的；按键是如何发挥作用的，而这种输入又是如何在显示器上显示出来的。通过这种方式来解释计算机的下棋行为。这种水平相当于认知心理学中认知神经科学的取向。认知神经科学用神经元以及神经元的电位变化来解释认知心理现象。其优点是预测的非常准确；缺点是并不能解释计算机是如何下棋的（某个功能是如何实现的）。即如果两台计算机物理基础不同（比如一台是奔4，另一台是苹果），而运行相同的程序（如，CS），那么在这个水平上就不能得到很好的解释。2.程序水平（program strategy）我们用一条一条的语句来解释计算机如何下棋。这类似于传统的认知心理学。其优点是能够说明两个物理特征不同，但功能相近的计算的运算情况。缺点是太复杂，以至于不能进行实际操作，而且也不能解释机器出现故障是怎么回事。3.心理水平（mental strategy）用计划，目标，信念，知识等等解释心理现象。对我们的启示：1. 从上面的说明我们可以看出，同一种现象用不同的语言来描述就是不同的东西。这种用语的不同其实已经不再简单的是用语的问题了，而是不同的理论取向。2. 从水平3到水平1，抽象（或说“还原”）的程度越来越大。纵观心理学的发展，我们对心理现象进行描述的用语却是从“目标”“信念”“知识”等到“反应时”，再到“神经元”的。应用哪一种解释最好，恐怕是各有千秋，各有各自的应用范围，而各种范式之间最好也能采取对话的态度，这样，即使不能吸收各自的长处，那最好也能知道自己的适用范围。3. 认知心理学应该从什么层次上进行解释，才能对应用性的东西（比如说人工智能）做出最大的贡献，似乎应该是从心理水平进行考察，对具体的程序水平做出指导，这样才能设计出比较理想的硬件。 七.认知科学关于认知发展的解释：认知结构（Cognitive Architacture）的发展；认知发展中的质变与量变的解释；程序性知识的发展及其实验证据。认知结构与认知发展1.基本信息加工机能：认知发展不是一个认知结构基本特征的成熟或物理的发展，信息加工系统的许多机能在生命的早期就运转很好了，即机能上与成人类似。Decasper和Fifer的实验证明：婴儿能学会辨认母亲的声音，能用母亲的声音作为强化物学习。这里就包涵了很多认知能力，用认知能力是从无到有或是生而具备，后天只是慢慢展开的观点来解释都不合理。出生时，在信息加工机能保证的前提下，儿童会对外界的信息重新组合，构建他们对外部世界的认知。2.信息加工能力：认知结构组成成分的基本能力在整个生命中保持不变。其证据有：激活扩散加工、近因效应、首因效应Ornstein的系列回忆实验发现：在3、6、8年级的被试中，总回忆量8年级被试最好，3年级被试最差；近因效应各年级的被试表现差不多，说明38年级，学生记忆能力有差别，但基本加工方式相同，基本认知能力保持不变；首因效应8年级被试优于3年级被试，分析其原因可能是被试的策略（如复述、精细加工）不断发展，年长的被试能有意识得使用加工策略，能自主控制策略，改进记忆的绩效。还有实验用图片而非文字来做再认实验，也发现儿童的基本认知能力与成人差不多。说明功能结构的基本能力，婴儿、儿童早期与成人相比较改变不多。认知发展的质变有一种观点认为，认知结构中的基本功能是人类与生俱来的。最直接的解释是，发展来源于控制策略、加工程序、陈述性知识的增加和相互协调。同年龄儿童认知发展上有惊人的相似性，认知特点上也有同样惊人的变化。解释1：语言发展以及最基本知识、技能的获得，两者构成了儿童在某一阶段认知的统一性。知识结构本身加上语言发展，解释了发展的普遍模式。而成人技能获得的程序也是一样的。解释2：儿童的认知发展有独特的原则（与成人不同），是认知结构的一部分，可解释同年龄儿童发展的一致性（如，皮亚杰的理论）。当然许多当前的研究认为，发展并不是一个个阶段跃进的。知识组织的发展变化大量的陈述性知识的获取是公认的儿童最重要的变化之一，陈述性知识的层次结构的出现，关键是知识的组织，组织的变化应该代表了认知的发展。组合知识的认知设施与生俱来，随儿童获得更多知识，该设施的效果越来越强。特定领域的知识的组织会出现怎样的改变，Chi 和Koeske 对4岁儿童关于恐龙概念的认知的研究为此提供了实验证据。研究发现，知识库结构好坏差别在于语义网络中联结的数量、强度、组合的密切程度或聚合性。说明图式形成的机制与层次的组织在儿童早期阶段已经充分发挥作用，导致了知识组织的快速发展。Fivash对30个幼儿园小孩的调查研究也发现随入园时间的增长，儿童对一天生活的脚本表征更加详细、复杂，变成与某事物相关的表征。说明认知发展有知识组织的发展。程序性知识的发展变化程序性知识的增加会明显影响认知发展。1.记忆策略的发展：Ornstein和Naus关于复述和精细加工的实验研究发现，不同年龄阶段的被试复述方式不同；让3个年龄阶段的被试有采用复述前面一串词的方法，记忆效果明显增加；但是很小的儿童即便告知策略，以后还是会使用先前习惯的方式。该研究说明，随着年龄的增长，儿童程序性知识会增长。2.问题解决的规则的使用：Siegler关于儿童距离、速度、时间的概念获得的实验研究，发现各年龄阶段的儿童和成人在规则掌握方面的差异和发展的过程。3.儿童专家知识的发展：假设认知结构很小就存在了，那么儿童在某一认知领域能形成专家技能，甚至在某些方面会比成人新手要好。De Groot让被试看棋局并凭记忆重新摆放的实验发现，学习过下棋的儿童被试优于成人，说明原因可能在于儿童的棋谱知识。也说明认知发展中程序性知识的发展。八. 常用的脑功能成像技术有哪些？BOLD存在着什么问题？（1）EEG (脑电图)：大脑工作时，神经细胞中离子的运动产生电流，在头皮表面形成微弱的电位，脑电装置通过高灵敏度的电极和放大器来探测这些电位。EEG有着极高的时间分辨率，几乎达到实时，不过空间分辨率较低。（2）MEG (高分辨率脑磁图)：根据电磁感应的原理，脑磁图通过捕捉大脑工作时形成的在头颅外表产生的微弱磁信号来反映大脑内部的神经活动。它的优点是对神经兴奋源的定位更加直接和准确。（3）PET（正电子发射断层扫描技术）：给被试服用或注射示踪同位素，同位素放出来的正电子和脑组织中的电子相遇，发生湮灭，产生r-射线，可以被专门的装置探测到，可得到同位素的分布。PET可用来测量大脑的各种活动，包括葡萄糖代谢，耗氧量，血流量等等。局限：a.实验模式选择余地较小 b.虽然PET基本上属于无创伤技术，但仍受放射性物质的限制。 C.系统造价高。（4）fMRI（脑功能磁共振成像）：磁共振信号与血流中含氧有关，测量脑活动时脑内各处血流含氧量的变化可反映相应神经细胞活动的变化。fMRI结合磁共振成像和正电子发射断层扫描技术，通过检测血流进入人脑细胞的磁场变化而实现脑功能成像，它能给出更精确的结构与功能关系。优点：a.信号直接来自脑组织功能性的变化，故无创性 b.可同时提供结构和功能的图像， c.空间分辨率非常高 d.有大量成像参数供实验者自有控制，以实现特定效果的扫描BOLD（血氧水平依赖性）合氧和脱氧血红蛋白的磁化率有差异，神经活动引起的血流有变化，血氧浓度及代谢率有变化的综合机制。不足之处：a.它不是直接检测神经活动，而是滞后于神经活动一般达58s 的氧信号，所以它的时间分辨率低于EEG和MEG b.实验环境不适合于幽闭恐怖症患者 c 扫描过程中的巨大噪音妨碍了在听觉上的应用， d 系统造价高 九试说明在fMRI中如何用减法法分析词的语义加工减法法是荷兰生理学家Franciscus.C.Donders 1868年提出的一种研究快速信息加工过程如识别、短时记忆的方法，在该方法中一般要安排两种不同的反应时作业，其中一种作业包含另一种作业所没有的某个心理过程，即所要测量的过程，这两种反应时的差即为该过程所需的时间。减法法应用于心理学后产生了很多有影响的研究成果，但是该方法假设人的信息加工是系列的且增加和减少一个心理过程对其他过程没有影响，这些假设一直是心理学家争论的焦点，也直接影响到减法法的实际应用价值。fMRI的出现为解决这个争议提供了好方法，因为它可以直接观察到心理活动过程中大脑状态的变化，研究者可以直接看到脑内部发生的事件而不像纯认知实验那样把脑看成黑箱。对功能成像中大脑变化的仔细分析可以揭示在不影响当前加工活动的前提下能不能加上或减去其他的心理过程（如：特定的认知决策），这就可以帮助确定某些信息加工过程可不可以用减法法进行研究。 词的语义加工（semantic processing）包含语义的提取和控制、输出等过程，动词产生是一种最常见的语义加工实验范式，主要突出了控制和输出过程。该范式是由Peterson,Raichle.Posner等人于80年代中后期提出的一种从名词知觉到动词输出的多层次加工实验范式，认为对不同层次行为作业的脑功能成像结果进行逐级相减可以获得语言功能在脑内的组织。该范式的实验设计包括难度递增的四个加工层次：第一层次：采用控制作业，给被试呈现一个小的字（要求被试睁眼即可）；第二层次：采用被动视觉作业，给被试呈现一系列常用英文名词，但不要求作任何反应；第三层次：采用复述作业，要求被试主动复述在屏幕上看到的名词；第四层次：采用动词产生作业，要求被试根据所呈现的名词说出相关的动词，如呈现“锤子”就说“敲”。用fMRI记录被试进行每一层次作业时脑功能成像，然后通过对成像图的分析来确定与语义加工相关的脑区。第一层次可显著激活双侧初级视觉加工区（与闭眼条件相比），提供了视觉系统功能活动的基础水平；第二层次和第一层次相比就可以确定言语知觉所依赖的脑区，结果发现左侧纹外区皮层的明显活动；第三层次减去前一个作业就可获得语言输出功能的相关脑区，激活的脑区包括运动皮质、辅助运动区、脑岛和小脑中部，但没有经典的语言功能区Broca区和Wernicke区；第四层次减去复述作业则可确定语义加工的脑区，激活的脑区有扣带回前部、左侧前额叶和额眶部、左侧额叶后部、右侧小脑。对fMRI成像图分析可知脑区血流量减少得最多的情况是：说出名词与只看名词相比；说出与名词相关的动词与只说出名词相比。对于与语义加工相关的脑区，几乎所有的研究者都报告左侧前额叶的激活，只有部分作者报道颞叶或顶叶的激活，额叶主要与语义的控制和输出有关。十.关于启动效应的研究发展传统的启动效应的范式： 首先要求被试学习一组物体（记忆项），然后要求被试辨认当前出现的物体（检测项）是不是刚才学习的物体。研究发现：当记忆项和检测项在知觉或者概念上类似时，记忆项能提高检测项的辨认绩效（正确率和反应时）。我们把这种促进作用成为启动效应。当前的启动研究相关皮层的研究一般采用 词干补笔的任务。词干补笔的范式：首先要求被试学习一组单词，然后要求被试补完词干，有可能是前三个字母（视觉的词干），也可能是第一个音节（听觉的词干）由于启动效应，被试一般会使用刚才学习的单词的词干来补完词干。在词干补笔的范式中，既有视觉通道内的启动效应，也有听觉和视觉的跨通道的启动效应。研究者认为，在跨通道的启动效应中，不太可能依赖知觉表征，很可能是依赖概念。表征；在视觉通道内的启动效应，既有概念表征，又有知觉表征起作用。另一个用于知觉启动的脑成像研究是：字母补笔的任务。要求被试补完单词中缺失的字母 （e.g.： P_CT_R）。类似于词干补笔的任务，这个任务也受到语义加工和词汇加工的影响，既有知觉表征，又有概念表征。因此，利用词干补笔的视觉通道内的启动范式或者字母补笔的启动范式的脑成像的研究，是无法区分知觉表征和概念表征的。虽然有研究发现，在这些范式中，会导致 额外条纹区域（extrastriate area）的激活下降，但是由于在这些范式中，无法区分知觉表征和概念表针，所以无法确定这个区域的激活下降是由于知觉启动还是由于概念启动，或者是两者共同起作用。为了检验额外条纹区域（extrastriate area）的激活下降是和知觉启动相关的假设，研究者使用图片来代替单词（一些研究者认为 使用图片能获得比较纯净的知觉启动，减少由于使用的单词而带来的词汇加工）。范式：首先要求被试学习一组图片，然后要求被试辨认当前的图片是不是刚才学习过的图片。 此外增加控制组，只要被试看一副新的图片3s，不要求作任何判断。（作为被试视觉加工图片的基线。）。都使用fmri扫描被试。在这个范式中，有三个控制水平： 有启动的图片，无启动的图片和控制组。主要包含以下的认知过程：视觉图形加工，知觉启动效应和 辨认。启动图片组： 视觉图形加工，知觉启动效应和 辨认；无启动图片组：视觉图形加工和辨认；控制组 ：视觉图形加工。因此利用减法原则，我们可以得到：启动和无启动组的差异就是代表知觉启动效应。结果：证实了额外条纹区域（extrastriate area）的激活下降是和知觉启动相关的假设。十一。根据课程内容，距离说明脑成像技术的应用一、 认知神经科学领域：(一)对正常脑功能的FMRI研究 由于FMRI能够提供脑结构和功能的图像，因此被广泛的用于研究视觉、听觉、言语、躯体感觉等领域。以视觉 为例，磁共振脑功能成像中对视觉皮层的研究是最早的。Zeki等利用成像技术研究了人脑颜色识别过程的传导路。让受试者分别观察自然色、非自然色及无色的对照物，借以比较不同情况下人脑激活部位的差别，结果表明自然色及非自然色物体激活人脑的过程都是从V1区到V4区的传导途径。自然色物体激活梭状回前部、海马回及腹外侧额叶皮质，而非自然色物体则激活额叶皮质的背外侧。此外，FMRI研究显示，口述语言可引起额叶、颞叶及扣带回前部的兴奋，词语生成时可引起补充运动区、扣带前回、左侧运动前区、左侧Broca 区、左侧背侧额叶皮质、左侧颞后回、双侧丘脑及双侧基底节区的兴奋, Mentzel对31例志愿者应用Wisconsin卡片分类法进行了认知功能研究，结果发现激活区域主要位于双侧额叶前部内侧及背侧，与BA44区、45区、46区有联系，以右侧为主，同时在基底节、丘脑核团的内侧也有活动。（二）对认知过程的研究 使用FMRI能够研究各种认知过程，如人怎么记忆、面孔再认、学习、启动效应等。1.记忆：如在长时记忆中，有的以前记住的东西不能提取，那么是由于在提取失败还是由于对信息的编码引起的，应用事件相关FMRI能够将记忆的复杂的认知过程分解为编码和提取部分，避免了两者的混淆。Gonzalez 等在另外一组研究中采用BOLD 法对正常人对语义记忆和工作记忆时的脑激活图进行了研究，发现在在语义记忆测试中（包括视觉和听觉刺激），其总的信号变化从前到后呈阶梯状改变（前部信号最为明显）。在工作记忆测试中，额叶背外侧区为较恒定的激活区，内侧颞叶的激活则较不恒定。2.面孔和物体的辨认：Andrews应用FMRI研究对面孔和花瓶的二歧图的辨认的脑激活。发现当被试将二歧图看为面孔时，梭状回激活，但当被看作花瓶时这种活动消失。3.学习：Heal等人研究当人学学习复杂的按键任务时脑的变化，发现随着学习过程的推进能够引起脑结构的变化。运动学习过程也可引起额前区、运动前区、顶叶、新纹状体及小脑的兴奋。4.启动效应: Dale等用事件相关fMRI对启动效应进行研究，结果表明，当任务为要求被试者对物品图片按静止的或可运动的进行分类时，对重复的刺激条目在后部皮层区域可见明显的激活减低区，并且此现象具有解剖特性，即该激活减低区主要涉及晚视觉区域，而在早视觉区域，仅有轻微的或未见激活减低.二、 临床应用研究（一） 神经外科学1. 在症状产生之前觉察疾病，FMRI 也被用于疾病的诊断，如老年性痴呆Bookheimer等使用FMRI来检查记忆能力的下降从而预测疾病。2.观察大脑的恢复：一系列FMRI研究表明，在损伤后脑的功能能够重新组织，FMRI能够检验脑的恢复和功能恢复的程度。Johansen-Berg等人用FMRI研究了物理疗法后功能改进的神经基础。3.术前视皮层功能定位：手术或放疗前准确判断肿瘤对脑功能损害的程度对指导治疗、评估预后有着重要的意义。在研究不同疾病对视皮层功能影响时，可采用适当刺激条件、应用FMRI对视功能域谱进行解剖学定位，并根据检查结果优化治疗反感，避免损害正常功能区。Hirsch等比较6例事业缺损病人的视野与FMRI的关系，发现FMRI结果与视野检查完全一致，提示FMRI可客观反映视皮层功能。（二）精神病学和神经病学对于神经疾病和没有明确解剖学改变的精神病的诊断、脑功能的观察、病理生理改变的了解和治疗方案的选择,fMRI 显示出了重要的应用价值，如癫痫、帕金森病(PD)、阿尔茨海默氏病等。1.药物或是赌博成瘾 ：尼古丁成瘾者静脉注射尼古丁后,杏仁核、扣带回、额叶、伏隔核被激活,在可卡因、鸦片等成瘾者进行的类似研究也有同样的发现,而且这些脑区的活动与成瘾性和症状有关。3.阅读障碍：Small等对一例右利手脑卒中后出现阅读障碍,治疗后恢复正常者,于治疗前后阅读时行fMRI 检查,发现治疗前主要活动区是左侧角回,而治疗后则位于左侧舌回,这提示治疗后皮层生理功能的改变和神经通路的联合,为病人的预后提供了线索。4. 阿尔茨海默氏病 ： 在临床上出现明显认知障碍以前对Alzheimer 病(AD) 作出早期诊断,对AD 的预防和治疗极其重要。高危者进行字母流利阅读时fMRI 检查,发现双侧颞下回中、后部活动区减少,提示该区或该区的传入神经在AD 发病前已有病理改变,这使得AD 的早期诊断成为可能 。对痴呆前AD 病人的fMRI 研究发现海马功能损害有两种类型:即海马广泛区域受累和仅海马下脚受累。十二.如何将脑成像技术用于分析经济决策中的心理过程。传统的人的经济决策行为研究中，把人视作纯理性的认知机器。随着神经成像技术的发展，新兴的神经经济学领域开始运用各种脑成像技术如fMRI和PET等，来寻求经济决策的大脑的生理基础。这些技术，通过对进行决策行为的参与者的扫描，获得决策时大脑皮层各部分激活水平的情况的信息，从而可以进一步分析决策中的心理过程。最近的研究，涉及到运用fMRI技术，来研究认知和情绪过程对人类社会决策的相对贡献。下面详细说明了怎样运用fMRI技术，对最后通牒游戏Ultimatum Game中对经济决策行为的脑生理机制的探讨的过程。（1） 介绍Ultimatum Game:2个参与者分一笔钱：前者提出一种分法，另一者可以接受或拒绝。如果接受，钱如提议被分，如果拒绝，则两人都得不到钱。标准的解决方法：使得提议者提供给反应者尽可能少的钱，而反应者能接受该offers（2）当前研究的结果发现根据参与者的自我报告，low offers经常在出现对认为不公平的出价的反应出现后遭拒绝。对于其原因的探讨包括：把不公平的拒斥视作保持社会声誉的基本适应机制，在Ultimatum Game中遭不公平对待所激起的消极情绪能引导人们牺牲客观的经济收入来惩罚对手。（3）如何运用fMRI进行决策过程的分析1.假设：在Ultimatum Game中，不公平的offers会涉及与情绪和认知过程相关的神经结构。认知（接受offers）和情绪（拒绝offers）的动机冲突反映在相应的脑区以及协调这一冲突的脑区。这些部位的活动强度可能解释在后来的决策中接受或拒绝offers的行为差异。因此，根据该假设，通过fMRI对参与者扫描，分析不同脑区的活动强度，从而可以探索决策中行为的认知和情绪作用。2.研究目的：运用功能性核磁共振成像(FMRI),来研究认知和情绪过程对人类社会决策的相对贡献。3.过程：使用FMRI扫描处于反应角色的参与者，以研究对公平（5:5）和不公平出价的神经和行为的反应。步骤：介绍：每个参与者被介绍给要成为其合作者的10个人；扫描：反应者被置于MRI扫描仪下，通过计算机界面，开始游戏。一共30轮。分三组（a）10个human partner：offers事先遵从某种算式，即一半是公平的，剩下的9：1共两次，8：2共两次，7：3一次（b）10个computer partner：同上（c）control rounds：只是简单地接受钱4.结果接受所有公平的offers，offers越不公平，接受率越低：反映了参与者对不公平的反应；由human partner分配的$1和$2比计算机被拒率高：表明参与者对来自人类的不公平offers比来自计算机的不公平offers有更强的情绪反应对不公平offers比公平offers反映出更高的激活水平的脑区有：双侧前脑岛(bilateral anterior)，背侧的额叶前部(DLPFC)和扣带回(ACC)来自human partner的offers所引起的激活水平比来计算机要高：表明这些激活是提供给参与者的金额的函数，而且也受知觉情境的影响，即知觉到来自另一个人的不公平的对待双侧前脑岛对于9:1比8:1表现出更大程度的激活：表明该部位对不公平的程度敏感5.讨论a.双侧前脑区与消极情绪状态有关假设：该区域与接下来接受或拒绝该offers的决定有关结果：有更强的激活水平的被试，更多地拒绝offersb. DLPFC通常与认知过程相联系：目标持续和执行控制与接受率无关c. DLPFC和双侧脑区在影响决策上存在着竞争实验：检验双侧前脑岛和DLPFC对不公平offers的活动的平衡）结果：对于