认知神经科学概述列车运维关键岗位作业认知理论课件

1.3认知神经科学概述列车运维关键岗位作业认知理论郑州铁路职业技术学院主讲人：牛可01认知神经科学简史02认知神经科学与认知心理学的关系03细胞机制与认知形成content目录Part01认知神经科学简史Part01列车运维关键岗位作业认知理论认知神经科学简史1650年，AnneGreen受到绞刑却又奇迹般复活，为牛津的内科医生Willis和Petty贏得了声誉。Thomaswillis后来成了牛津大学自然哲学教授。Willis和Wren共同绘制的人类大脑1.认知神经科学起源他与他的同事及朋友ChristopherWren（他因设计英国伦敦圣保罗大教堂而家喻户晓）一道，绘制了当时以及此后200年内最精确的人类大脑。简而言之，Willis肇始的一些想法和知识基础经过几百年酝酿，发展成我们今天的认知神经科学这个领域。认知神经科学简史2.认知神经科学术语的诞生认知神经科学（cognitiveneuroscience）这一科学领域是19世纪70年代在纽约市一辆出租车的后座上被命名的。当时，MS.Gazzaniga正与杰出的认知心理学家GeorgeA.Mler一同乘车去参加晚宴。它来自“认知（cognition）”和“神经科学（neuroscience)这两个词：“认知”即知觉和认识的过程（也就是那些生意识、感知和推理的东西），而“神经科学”则是研究神经系统的学科。Part02Part02认知神经科学与认知心理学的关系列车运维关键岗位作业认知理论认知神经科学与认知心理学1.两种学科的碰撞当代的心理学家运用神经科学领域的信息和技术，神经科学家也运用认知心理学的信息和技术，这么做有几个理由：一、需要为心灵的理论构想探寻物理上的证据。二、神经科学家需要将他们的发现与对脑和认知的更全面的理论模型联系起来。三、临床上试图探寻脑的病理机制和行为之间的关联。认知神经科学与认知心理学2.神经网络构造法神经科学层面上的功能越来越多地参与到心灵的理论模型中。一些计算机科学家试图通过开发与人脑的运行方式相类似的计算机来模拟人类的认知和智能，这种解决脑和计算机问题的方法有时被称为神经网络构造法。一种典型的神经网络图一个经典的神经网络是一个包含三个层次的。红色的是输入层，绿色的是输出层，紫色的是中间层（也叫隐藏层）。输入层有3个输入单元，隐藏层有4个单元，输出层有2个单元。认知神经科学与认知心理学3.两种学科的四个问题一、大脑中用来控制特定类型认知功能的神经环路在哪儿?二、什么类型的信息得到这些环路的加工?为了理解那些认知策略背后的神经基础，有四个问题可以用来考虑将认知心理学和认知神经科学绑定在一起的重要性：三、这些环路具体表现为什么类型的认知策略?四、这些神经环路（和其所导致的认知功能）在捕猎者群聚的环境中实现什么功能?Part03细胞机制与认知形成Part03列车运维关键岗位作业认知理论细胞机制与认知形成1.心身关系问题哲学家笛卡尔举例说，一个人把手伸进火堆而感受热能，然后几乎不需要思考就会把手缩回来。为什么身体会如此运作?一种典型的神经网络图我们现在知道，任何心理层面上（心）的事件同时也都是神经层面上（身）的。其中由物质构成的世界，事物存在于特定的时空之中，而心理的世界是由记忆、思想、观念、想象等构成的。这两个世界看似是对立的，不可中和的。细胞机制与认知形成2.中枢神经系统神经元的基本类型中枢神经系统（centralnervoussystem，CNS）是一套比细线和流体更复杂的系统，它由脊髓和脑组成。神经系统的基本单元是神经元（neuron）它是一种特异化的细胞，能够在整个神经系统中传递神经信息。细胞机制与认知形成2.中枢神经系统人脑由密集排布的神经元构成。有些估算认为其数量达到1000亿的数量级（相当于银河系天体的数目）。其中的每个都能够接收并传递神经冲动到有时多达数以千计的神经元那里，这比地球上和宇宙中任何已知的系统都更为复杂。每1立方英寸的大脑皮质含有大约1万英里长的神经纤维，它们将神经细胞联接起来。右图展示的是人脑中神经元错综交织的图景。卡哈尔对中枢神经系统的第一版画像细胞机制与认知形成3.神经元四种神经元的主要部分如右图所示：神经元结构树突（dentrites），从其他神经元处接收神经冲动。1细胞体（cellbody），主要负责“家务活”，它通过具有渗透性的细胞壁摄入营养物质并排出代谢废物。轴突（axon），一根长长的管状的传递通道，由这条通道，来自细胞体的信号通过称为突触的接合物传递给其他的细胞。轴突止于突触前末梢（presynapticterminals），它们处在其他神经元用来接收信号的树突表面附近。234细胞机制与认知形成3.神经元突触传递传递的发生是因为一种被称为神经递质的化学物质在不同神经元间交换化学信息。这种化学神经递质会改变接收神经元树突的极性或电位。神经递质（neurotransmitter）是一种作用于接收神经元的树突膜上的化学信号。一类神经递质具有易化作用，使得下游的神经元更容易被激发，如右图所示；另一类则具有抑制作用，使下游的神经元更不易被激发。细胞机制与认知形成人类出生到2岁的神经网络在人出生之时，并不是所有的突触联结都已发育完全，也不是所有的神经元都已髓鞘化，如右图所示。换言之，你出生带有的神经元就是你终生可用的，并且随着自然老化或损伤，你也会失去其中一部分。神经冲动在轴突中传导的速度和轴突的长度有关。神经元发放的次数越多，它对突触下游细胞的作用就越大。人类认知被认为以大尺度的神经活动模式发生，这些活动遍布整个脑内，以并行方式运行。3.神经元细胞机制与认知形成4.大脑的解剖结构左脑和右脑分工不同脑可以被分为两个结构相似的部分，即左右大脑半球（cerebralhemispheres）。脑半球的表面覆盖着大脑皮层（cerebralcortex），这是一层薄薄的灰色黏稠物质，密布着神经元胞体和短而无髓鞘的轴突。褶皱之间突起的脊称为脑回，凹槽被称为脑沟，深而明显的脑沟被称为脑裂。细胞机制与认知形成5.大脑皮层大脑皮层可通过主要的沟回而被划分成四个主要部分，这四个区域是额叶颞叶顶叶枕叶和大脑皮层的不同功能额叶负责冲动控制、判断、问题解决、行为的控制和执行以及复杂组织。颞叶加工声音信号、听觉、高水平的声音加工（说话）以及面孔识别顶叶，整合各个感觉传递而来的信息，客体的操纵，视觉空间加工。枕叶视觉加工，接收从视网膜而来的信息，将信息加工后传递到相关区域，也以纹状皮层著称。细胞机制与认知形成6.感觉运动区人类大脑皮层的主要分区对感觉区域的定位研究显示，精确地刺激区域的各个部分，会使得该处大脑皮层被激活，从而产生对侧肢体上相应的感觉体验。细胞机制与认知形成7.功能定位的早期研究弗朗兹·约瑟夫·加尔（1758-1828）—GettyImage颅相学的发明者早期的学者认为脑与思想和知觉无关。例如，亚里士多德（Aristotle）就将这些功能归之于心脏。很久以后，一种被称为颅相学（phrenology）的伪科学坚称：品质、个性、知觉、智力等等都确切地定位于脑中。这类研究通常被称为伪科学（pseuconscience），实际上指的就是虚假的科学。其他伪科学领域还包括芬芳疗法（用精油进行治疗）、颅骨测量学（宣传头部越大就越聪明）以及相面术（脸部特征可以告诉我们一些有关个体性格特征的信息）。细胞机制与认知形成7.功能定位的早期研究最早关于功能定位的例子来自一位名叫盖奇（Phineasgage）的患者。在经历过炸药爆炸，大脑额叶受到伤害的事故发生前，盖奇被公认为是一位和善、正直的男子汉，然而事故后他变得对朋友和同事无礼而且而目中无人。这一案例使得早期科学家相信额叶负责控制人的性情。这一观点催生了20世纪30年代称为精神外科学的实践，弗里曼（Walterfreeman）和他的同事发展了对人类额叶进行精神外科手术的技术，从而将他们从不良行为（例如攻击性冲动）解放。细胞机制与认知形成7.功能定位的早期研究法国神经学家弗洛伦斯（Pierreflourens）就认为颅相学毫无意义，因此开始着手对其进行证伪。在研究中，他切除了大脑的一小部分，然后检查手术对行为的影响。他总结认为，运动和感知功能并非像其他学者所认为的那样可在一块特定领域简单定位，而是弥散在大脑其他部分的。这一观点后来被称为整合场理论（aggregatefieldtheory），用来对抗定位学说，并支持大脑应被看作一个整体的器官来看待，而认知加工是遍布在各区域的。细胞机制与认知形成7.功能定位的早期研究早期关于功能定位的支持证据可以追溯到19世纪。法国神经病学家布洛卡（Pierrepaulbroca）研究了失语症，这是一种语言障碍，患者难以讲话。对失语症患者的脑部进行的死后检查，显示了一个脑区的损伤，该区现被称为布洛卡区。布洛卡失语症为运动性失语，患者拥有运动技能、发音肌肉正常，但无法说话。1876年，年轻的德国神经病学家威尔尼克（KarlWernicke）描述了一种新的失语症，其特点是感觉性失语，能调整自己的语言，即能说话，能听到别人的语言，但却不能理解语言的意思。布洛卡区和韦尼克区细胞机制与认知形成7.功能定位的早期研究大脑皮层的不同功能在哈佛大学的美国心理学家拉什利（KarlLashley）颇具影响的著作《脑机制与智能》中，他检验了大鼠脑损伤的情况，以确定对大鼠掌握复杂迷津的能力的影响。小范围的脑损毁不会对走迷津的成绩造成大的影响。拉什利断言，学习并不局限于特定的神经元拉什利提出了一个称之为整体活动说（massaction）的理论，他总结道：“没有哪个特定的细胞是为特定的记忆而预留的。”他的观点的重要之处在于提示了脑的运作是以整体而非区域化的方式。细胞机制与认知形成8.双半球记左脑和右脑分工不同左半球确实与语言、概念加工、分析和归类等特定功能有关。与右半球相关联的则是跨时间的信息整合，例如艺术与音乐、空间处理、脸与形状的再认，以及了解我们周围的城市道路以及穿衣打扮等等日常任务。总体而言，发育过程中的人脑具有相当的可塑性，并且脑功能并不像人们当初认为的那样截然分开，而是由不同区域和半球共同承担的。研究表明细胞机制与认知形成9.大脑半球特异化研究视觉传导神经通路当前在大脑半球特异化的研究领域中，很多研究工作探讨的是视觉，其有一套独特的处