脑与认知-01-02脑科学概述市公开课一等奖省赛课微课金奖

脑与认知科学

1.2脑科学概述申华电子工程系第1页本节中心问题是：什么是脑科学？脑科学研究内容脑科学研究方法第2页脑科学：狭义定义：就是神经科学，是为了了解神经系统内分子水平、细胞水平、细胞间改变过程，以及这些过程在中枢功效控制系统内整合作用而进行研究。（美国神经科学学会）广义定义：是研究脑结构和功效科学，还包含认知神经科学等。

第3页二十一世纪是脑科课时代J.D.Watson在「TheBrian」序言：

→“二十一世纪是脑世纪”。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。第4页脑科学研究范围第5页1.2.1脑科学研究现实状况第6页脑科学在美国1989年美国脑科学计划：

→把本世纪最终十年命名为“脑十年”，重点是保护脑，防治脑疾病。一九九二年，开启「人类脑计划」：

→会员国已经有20多个。

新世纪开始：科学基金会、商务部

“聚合四大技术，提升人类素质”计划第7页脑科学在欧洲英国：“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（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合作项目；→学习、推理、创造活动和语言表示等信息软件。第8页脑科学在日本一九九六年，制订了为期十年「脑科课时代」计划，计划每年投入1千亿日元。其主要研究内容为：了解脑——说明脑功效保护脑——征服脑疾患创造脑——开发脑型计算机第9页脑科学在韩国“脑神经信息学研究规划（BNRP规划）：→强调目标明确多学科梯队研究，发展基于脑信息加工机制“人类化(Human―like)”功效。→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。而整个规划整合需到年才进行。与哈佛大学脑影像中心和德国(Siemens)联合进行协作研究。第10页脑科学在中国“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「人类脑会议第二十个国家。

第11页中国科学院生物物理所：“脑与认知科学研究中心”；北京大学认知神经科学试验室；中国科技大学硕士院脑认知开放试验室；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”；中山大学设置“逻辑与认知研究所”。脑科学在中国第12页科学问题：脑形态脑结构（组织水平，细胞水平，分子水平）脑功效（基本功效，物质与意识关系）脑与其它器官关系（脑系统）

脑系统与环境关系（认识世界，改造世界）脑进化（系统发育）脑发育（个体发育）脑保护与医治脑潜能开发脑科学研究对象研究对象：脑结构与功效第13页美国“脑十年：1990--”提法了解脑：脑科学研究基本目标保护脑：医学科学研究基本目标开发脑：教育科学研究基本目标智能科学技术工作者特殊研究目标了解脑–了解脑工作原理创造脑–创造人工脑，扩展脑能力脑科学研究目标第14页解剖学方法：采取通常组织染色方法能够在光学显微镜下观察神经系统各种组织细胞结构，即神经元不一样形态，以及它们间连接普通情况。利用电子显微镜能够深入了解神经元和突触精细结构。利用微电极细胞外统计、细胞内统计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研究。细胞外统计：30年代后期发展起来。用金属丝电极1-5微米统计幅度较大瞬间性动作电位，对神经元功效起了主要作用。细胞内统计：0.1~0.5微米玻璃电极，内充高浓度氯化钾或醋酸钾以导电。能统计动作电位，小分级电位，同时能监视膜电位改变。另外，能注入物质，进行形态学分析。缺点是造成细胞损伤，统计时间、小细胞受限。片膜钳技术：70年代后期，Neher和Sakmann发展了一个新纪录方法，能够用来统计单个离子通道活动。分子生物学方法：重组DNA技术：分析离子通道蛋白结构和功效、生理特征。应用单克隆抗体和遗传突变体。脑科学主要研究方法第15页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

结构研究第16页04，电生理学研究

05，基因修剪

06，病理研究

07，成像技术

结构-功效-行为研究第17页当代脑成像技术发展

当代脑成像技术能够在清醒、不损伤条件下洞察脑认知功效活动过程。它能够显示出：在认知过程中大脑特定脑区是怎样一个个相关联地被“点亮”。

大脑皮层是怎样工作？在各种认知活动中，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？传统脑损伤和麻醉方法无法回答。

功效核磁共振成像技术局部神经元兴奋将引发该区域血流量增加，而血液中含有氧和葡萄糖，血红蛋白所携带氧含量会影响血红蛋白磁场特征，所以，磁共振成像能够能够检测到大脑功能性氧消耗改变情况，并显示高活动量区域三维图像，空间分辨率可达1mm。第18页关于脑研究方法评论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-功效-行为-机制第19页R·斯佩里（1961）：两半球功效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。脑认知功效模块论：M·S·加查尼加（Gazzaniga，1976）脑是由在神经系统各个水平进行活动子系统以模块形式组织在一起，脑功效模块是一个动态改变组装。→正逐步替换了“定位说”，被当代技术所证实。→主张左右两半球整体功效协调开发。脑科学在教育中应用第20页神经生物学界认为：→人类大脑感应是分析外来信号处理过程；→除了分析外来信号外，大脑在某一特定时刻内在状态也很主要。→大脑是经过某个神经“密码”来处理外来信息。→这一“密码”不是固定不变，而是伴随大脑内部状态和外界环境改变而不停改变。利用新技术，能够观察大脑在处于高度集中和高度期待等状态下，怎样处理外部信息过程。脑科学在教育中应用第21页脑科学研究意义不但含有主要科学意义，还含有巨大潜在应用价值。不但能够揭示生命本质和意义，促进人工智能发展，提升人类认识能力和生活质量。在促进当代科学尤其是心理学、生理学、语言学、逻辑学、脑科学、数学、计算机科学甚至哲学等众多学科发展上，都有非同寻常主要意义。第22页概念：脑科学相关学科研究课题认知心理学：研究知觉、注意、学习、记忆、语言、概念思索、处理问题思索、推理、判断与决议、创造性与智能、运动行为等各种行为与技术心理过程。功效分析来解释相关认知处理理论与处理各要素成份。第23页语言学：语法结构、语言与认知关系、语用论、自然语言等认知过程关键工具之一语言信息处理问题，为认知心理学和人工智能及哲学提供依据。计算机科学：研究机器视听知觉、人工智能、机器语言处理、教授知识表象、神经网系统等信息处理模型。第24页神经科学（脑科学）：大脑对空间、非空间信息处理以及虚拟环境中认知；学习／记忆规律及其脑机制；语言认知和自动语言识别；意识、自我意识及其脑机制；情绪与心境障碍、精神疾病与老年性认知衰退神经生物学机制；脑认知功效可塑性机制及其应用；脑功效成像方法与技术等。结构分析来解释相关认知处了解剖学结构原理。（Marr,1982)第25页参考文件：《心理学思想流变——心理学名人传》，张春兴著，上海教育出版社，

《认知神经科学》GazzarnigaM.主编沈政等译，MIT出版社1995年，上海教育出版社1998年杨雄里：《脑科学当代进展》，上海科技教育出版社1998年版沈政：《脑科学与素质教育》，《教育研究》1999年第8期

第26页可利用资源：孔令军等，中国教育技术学科:进展、问题和前景[J]，陕西广播电视大学学报，，(1)认知神经科学与学习研究所：/researches.asp脑与语言认知试验室

认知神经科学研究试验室

第27页作业：教育技术学学科定位问题？新技术环境下认知、学习与教学研究趋势？第28页本章小