漫谈脑科学及其对学习生活的指导意义

1、漫谈脑科学 及其对学习生活的指导意义,触及灵魂深处,福建省 仿脑智能系统重点实验室,科普知识,心，脑之官也,人类最醒目的特征不是我们建筑的外部世界而是我们丰富的内心世界，这是一个气质优雅，充满希望、恐惧和幻想的世界。不管怎么说大脑赋予我们超越其他动物的革新和想象能力。 （英）格林菲尔德大脑的故事,一、脑科学概况,认识脑,保护脑,开发脑,仿造脑,多学科交汇,神经科学,认知科学,人工智能,心灵哲学,信息科学,精神科学,医学,机器人学,心灵之本体,智,意,情,慧,识,志,研究之方法,观察,探测,仿真,成像,解剖,内省,二、人脑的进化与发育,人类与黑猩猩的脑对比,黑猩猩,人类,哺乳动物脑的基本数据,几

2、种动物脑/体重之比,人脑平均重1400克，神经元个数1011个,哺乳动物脑的比较,人脑发育成长过程,人脑发育生长过程（单位：克）,关键期：人：4岁；猫：24-36天；猴：28-42天,人脑发育成长过程,基础：怀孕第8周起(出生时约1万亿个神经元) 连接：一生中的头3年（运动感知期） 涌现：智力升华的初中（11-14岁转运期）,智力发展关键阶段,人脑衰老死亡过程,人脑的衰老过程,人脑神经元平均每日死亡数约50万个。,人脑的常见疾病（健脑秘诀：运脑与观心） 帕金森综合症 老年痴呆症 疯牛病（克雅氏综合症）,三、中枢神经系统,大脑功能分区,人脑感觉分布,运动感觉侏儒图,几类感觉系统,遥感(Telec

3、eptor)系统：视、听觉 化学感觉：味、嗅 体感(Somatic)感觉：触、痛、温度、压力等 内脏感觉：饥饿、渴、大小便、呕吐等 其它感觉(平衡感等),人的感觉强度范围,感觉,可感觉到的最小强度Imin,最大可承受的强度Imax,视,听,机械振动,温度,嗅觉,味觉,2.210-10尔格,10-9尔格/cm2,0.25(指尖),1.510-4卡/cm2/秒,210-9毫克/m3(香兰素),410-7克分子浓度(硫酸奎宁),Imin109,Imin1014,Imin40db,Imin1450,不知,不知,大脑左右半球分工,新皮层与旧皮层,情欲脑（旧皮层）:边缘系统、丘脑、垂体 理智脑（新皮层）:

4、大脑皮层，特别是前额叶 脑平衡：情欲与理智互根、互惠、互助 抑制物: 茶碱、酒精、咖啡,新皮层与旧皮层,情感奖惩系统,神经组织：杏仁体、中隔核，老鼠的实验 教育启示：奖励比惩罚好 生活启示：正面情感与负面情绪 切记要保持良好的心态，是健康的第一保障。,寻求,恐惧,向前运动，嗅探，探索,僵立，逃走，逃避,行动 孤立诱发 寻求 激动，痛苦的叫声， 社会背景,恐慌,攻击，啮咬，争斗,愤怒,兴奋作用,抑制作用,社会联系,自然情绪：哺乳动物的四种基本情感,杏仁核在恐惧的认知加工中居于关键地位.大脑中加工“恐惧”情绪的神经通路发生异常是焦虑症的神经基础,恐惧的脑机制,微笑的社会属性,恐惧：海马-杏仁核-前

5、额皮层，恐惧刺激激活了海马和杏仁核，然后在前额皮层中同时表征、相互整合而产生 厌恶：激活的脑区有脑岛，基底神经节，纹状体 惊奇：负性激活杏仁核右腹侧, 正性激活腹内侧前额叶 悲伤：在悲伤情绪中，前额叶皮层中部，额下回，颞上回，楔前叶，杏仁核，丘脑活动增强 愉快：下丘脑、前额叶、杏仁核、腹侧纹状体 愤怒：与杏仁核有密切关系，但目前多把愤怒和恐惧联系在一起研究，单纯研究愤怒脑机制少，也不成熟，有人认为与额叶、扣带前回有关 有认知任务的情绪性活动导致脑岛和扣带前回的活动,情绪的脑定位,记忆系统,神经机制：海马体，分布式存取 记忆分类：程序记忆、语义记忆、情景记忆、 铭刻记忆 生活修为：从刻意有为到自

6、觉无为，程序记忆 养成良好的行为规范,醒觉系统,神经机制：网状体，睡眠与清醒 睡眠程度：浅层睡眠、深度睡眠、快速眼动 应对失眠：心如明镜，意无旁骛,四、高级思维活动,主观认知,主观认知,歧义认知,歧义认知,虚妄认知,虚妄认知,虚妄认知,虚妄认知,虚妄认知,虚妄认知,神经审美活动,1.审美活动是一种意识活动的高级形式，涉及我们的感知、情感、想象、记忆，以及价值评判等高级认知过程。2.对视觉艺术（主要是绘画）的审美活动的研究，涉及大脑对视觉刺激的线条、形状、颜色、位置、运动各因素的感知和整合问题； 3.对听觉艺术（音乐）的审美感知的研究，揭示与音乐的审美感知有关的大脑活动机制。 4.艺术风格的脑成

7、像研究 5.对于艺术审美的神经机制探索，更丰富的脑科学实验是关于各种艺术形式的审美体验的实验报告。,音乐审美的意义,1993年美国认知神经科学家肖（Gordor L. Shaw）教授等人在自然杂志第365期上发表了一篇题为“音乐与空间任务能力”的科学论文。在这篇论文中，肖教授指出，经常聆听莫扎特D大调k.448号作品的大学生，有助于提高他们的时空推理能力。论文发表后，引起了公众的很大反响，一时聆听莫扎特音乐重新成为了大学生们的“时尚”。后来肖教授为了全面阐述音乐与思维能力的关系，干脆出版了一部题为心留莫扎特的书，将审美活动与大脑的智力发展关联了起来。根据肖教授的研究，艺术活动的时空想象能力与语

8、言逻辑的分析能力是提高智力水平相互补充的两个途径。,琴德最优的科学实验,古琴组 钢琴组 空白组 图中当钢琴音乐大于古琴音乐时，表示为红色， 古琴音乐大于钢琴音乐时表示蓝色：绿色为相减为零。,实验结果表明：古琴音乐在中国被试身上表现出对选择性注意和记忆更新过程的影响，以及对判断分类和评估时间的影响有两种效应：前额优势与左偏侧效应。,自我意识能力,2岁儿童，大猩猩和黑猩猩 通过“斑点实验”,意义产生机制,1、W.Freeman：与神经活动的宏观模式有关的并不是刺激本身，而是刺激对机体的意义。也就是说，神经活动的本质是意义而不是信息。 2、决定外部信息是否有意义的是价值评判。情感是主观评价的主要部分

9、，而评价肯定是意义产生的基础，即判断力。因此情感不仅是审美活动的基础，同样也是意义发生的基础。 3、福尔克阿尔茨特 ：“我们判断力的力量，不管他是建设性的还是破坏性的，全都来自于我们情感的规定。所谓情感，就是对我们同其他人的关系做出评价、贯穿于感觉和回忆并赋予每一次经历以意义的那种东西。”,他心知问题,庄子的鱼之乐,庄子与惠子游于濠梁之上。 庄子曰：倏鱼出游从容，是鱼之乐也。 惠子曰：子非鱼，安知鱼之乐？ 庄子曰：子非我，安知我不知鱼之乐？ 惠子曰：我非子，固不知子矣；子固非鱼也，子之不知鱼乐，全矣。 庄子曰：清循其本。子曰“汝安知鱼乐”之者，既已知吾知之而问我，我知之濠上也。 秋水第十七 注

10、：惠子主张理性的求证、推理，但当时他应用他的知识去推理求证时已经不知不觉忽略了更多的东西。,自由意志,B. Libet的研究工作介绍 实施行为之前200毫秒就有觉知。 潜在无意识神经活动则更早,550毫秒之前. 因此在觉知到将发生的行为之前350毫秒就有该行为实施的神经活动了. 神经传导时间约20毫秒. 所以,您有足够的时间来改变您要实施的行为,也就是说自由意志是存在的. 意识的产生在于刺激的持续性,约500毫秒.这也称为意识的持续时间理论. 意识心灵场,意识的主观体验性/整体性.,James H. Austin, Zen and the Brain, The MIT Press, Cambr

11、idge, Massachusetts, 1998 通过静虑是如何能够功志地富于成效地重构自我的?强调禅悟状态的可能性和重要性 静虑状态的脑电分析, 对坐禅人员的脑电波（EEG）测试，分析了等波谱的规律 超稳定意识状态的可能性,非线性动力学的相空间 弗洛伊德理论，脑科学理论与禅宗心性论之间的比较研究,五、健康用脑心法,禅悟心法实验,Antoine Lutz团队开展有关脑电与成像实验 Waisman Laboratory for Brain Imaging & Behavior, University of Wisconsin-Madison,基于神经科学的禅法分类,值得强调的是，当代的认知神经

12、科学，恰好从实证的角度，为三类禅法所达成的心态境界给出了科学证据。也就是说，我们现在可以从脑电活动的模式中区分出这样的三种不同境界。不管我们选择什么样的冥想去修行，科学现在已经结论性地指明冥想能够并且正在使我们的脑变得更好。也许这只是一个时间问题，迟早冥想被看作是不可或缺的情感与心灵的幸福源泉，就像我们的身体健康锻炼一样。,第一种是聚焦注意禅法,此种禅法，可以达成的境界就是专注一境，其对应心理活动的表现形式主要由皮层中增强的beta/gamma脑电波活动来描述。Gamma 波是最高频率的脑电波(频率范围是30-100 Hz)，代表神经元不同群体同时性发放以执行一定的认知或运动功能，当我们卷入需

13、要集中注意的任务时，就形成Gamma波。聚焦注意禅法能够对修行者有益，是因为在脑的特定认知方面有gamma活动的强化。换句话讲，这种禅法可以帮助人们提高注意力、抵御精神衰老或培养诸如慈悲的心态。因此，对各种诸如慈悲状态的集中注意能够强化积极品质的脑活动，并带来永久性心理品质的改变。,第二种是开放监视禅法,也称正念禅法。可以达成的境界就是无住生心，其对应心理活动的表现形式主要由增强的theta脑电波活动来描述。Theta脑电波是相对慢的 (频率范围是4-7 Hz)并正常在幼儿与放松期、反省或创新状态期间出现。因此开放监视禅法涉及无反应且无判断性的经验觉知，每时每刻对经验内容没有高级操纵与控制，能

14、够使人更加自觉到自己的思想与情感的纯意识状态。目前在西方心理学与医学界，开放监督禅法频繁用于治疗压力、焦虑、忧郁、精神创伤与吸毒成瘾。这种修行对于个体寻求放松快节奏生活的感受、观察情感状态与思想模式以便选择更正当的行为、与生存环境更加和谐、以及加强通常的认知与洞察力是特别有效的。,第三种是自动超越自我禅法,也就是坐忘式顿悟禅法。可以达成的境界就是任运自在，其对应心理活动的表现形式由增强的alpha1波活动（频率范围是8-12 Hz）及其阻断现象所描述。自动超越自我禅法包括旨在超越自己的活动，在其中根本没有修行者、修行活动与修行对象之间的区别。从EEG的观点看，超越自我在禅道修行期间涉及最小的认

15、知控制或操纵，即就是不做任何刻意的努力（无为）。当然，这种自动超越自我的境界，新手通过努力是达不到的。但是几乎对每个人而言都会在某一时刻不期而遇。而且，一旦修行者顿悟到超越自我的状态，从此日用生活便可以进入任运自在的人生境界。,六、未来的挑战,随着脑科学的深入发展，我们对大脑的认识越来越深入，与此同时一些先进脑科学技术的出现，如脑机融合技术、大脑扫描技术、神经植入技术等，也有神经药物滥用给人类带来了众多伦理问题。所有这些是好是坏，不得而知，对人类生活构成了前所未有的挑战。,大脑扫描备份技术,一项更具挑战但最终切实可行的方案是：对人的大脑进行扫描，绘制出神经细胞、肘突、树突、前突触以及其他成分的

16、位置。相互之间的联系和具体内容的图谱。这样，在具有足够容量的神经计算机上就可以模拟大脑的整体结构以及他所记忆的内容。 死亡将不再是我们已知意义上的死亡。迄今为止，我们的死亡与我们的硬件长寿与否密切相关。我们的硬件一旦崩溃，随之而来的就是死亡。 在我们成为软件之后，我们的死亡将不再取决于运算电路的寿命。虽然硬件和躯体仍将存在，可是我们身份的实质将取决于我们的软件是否恒定。,神经植入的虚拟感官体验,我们原来以为许多体验只能从世纪的精神或肉体接触中获得，可是现在却发现我们可以直接激活大脑，从而使之体验许多不同的感觉。 比如，在进行动物试验的时候，无论是雄性还是雌性动物，只要把少量睾丸激素注射到他的脑下丘某个特定部位，就能刺激它产生雌性反应。如果刺激的是脑下丘的另一个特定部位，则会产生雄性性反应。 这个结果说明，一旦神经植入得到普及，我们不仅可以营造虚拟感官体验，而且可以营造跟这些体验相关的感觉。我们还能造成一些通常与这些体验不相干的感觉。,从脑机接口到脑机融合,心想事成，意念驱动将成为现实。 脑机接口技术。通过对人类脑电模式的解读，来理解人脑