《认知心理学》第二章 认知神经科学（要点摘抄）
2013-02-07 12:17阅读：
第二章 认知神经科学
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一、身心关系问题
任何心理层面上的事件同时也都是神经层面上的。我们人类同时存在于这两个世界中。
第一个世界是物理的世界，其中的事物存在于特定的时空之中。这些事物具备物理特征，遵循物理法则，以及神经科学法则（它调节着神经冲动从一个神经元向另一个神经元的神经传递（neurotransmission））
第二个世界是记忆、思想、观念、想象等构成的。它们也同样受到法则的支配。
二元对立的结论是建立在这样的假设之上：一个世界关注的是物质的领域，或曰身体；而另一个世界的核心则是精神的领域，或曰心灵。
心灵和身体的分离从直观上看是合理的，但是这两个世界之间的相互作用也同样是一目了然的。（身体受到的物理性的损害会影响精神的集中）
身心关系问题（mind—bo
dy
issue
）的简要阐释：当我们谈论心灵的时候，我们涉及的是那些由大脑所做的事。从这个意义上说，心灵是由脑中的处理过程所构成的。
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脑具有处于持续变动状态中的物质属性。脑从来不会完全静息，而是永远充满着电化学活动。
然而，总体的构造、神经元网络、皮层主要区域的定位，以及与感觉、运动、视觉等功能有关的脑区，却是恒定的，很少产生变化。（身体）
而脑中所发生的——脑的处理过程——则更易发生变化。我们可以迅速改变主意而无须脑的构造发生明显的变化，即使此时电化学传递的模式可能已产生剧变。是神经活动的物质变化导致了心灵的变化（心灵）
然而，即使心灵活动看似多变，它们自身也有一致性。我们的一般思维模式、我们对宗教的态度、雄心壮志、对家庭的看法等，都是相当稳固的。
我们最近对脑和认知的非同寻常的关注建立于一个基本的信条之上：所有的认知活动都是神经活动的结果。
二、认知神经科学
认知神经科学，是对神经科学和认知心理学之间关系的研究，尤其是涉及记忆、感觉和知觉、问题解决、语言加工、运动功能和认知活动的那些关于心灵的理论。
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三、神经系统
中枢神经系统（central
nervous system，CNS）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。人的大脑中密布着神经元。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）。每一立方英寸的大脑皮质含有大约一万英里长的神经纤维，它们将神经细胞连接起来。
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（一）神经元
可能存在上千种不同类型的神经元，每一种都在多个位点执行特定的功能。
神经元在形态上的主要分区包括：
1、树突（dentrites），从其他神经元处收集神经冲动。
2、细胞体（cell
body），在此处通过渗透性的细胞膜摄入营养物质并排除代谢废物。
3、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结合物传递给其他的细胞。长的轴突外包裹着一层脂肪物质，称为髓鞘（myelinsheath），起到绝缘作用。
4、突触前端（presynaptic
terminals），又称为终扣（buttons），位于轴突末尾纤细分支的末端。它们位于与其他神经元的连接点（又称为突触的地方），紧邻其他神经元上具有接收功能的表面，能够向其他神经元传递信息。
在突触（synapse）处，轴突末梢的一侧释放一种化学物质，它作用于另一个神经元树突的膜上。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。一类神经递质具有抑制作用，使得下游的神经元更不易被激发；另一类则具有易化作用，使下游的神经元更易被激发。
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经髓鞘化，然而，绝大多数神经元都已经存在了。到成年期，所有的突触都发育完全，所有适宜的细胞都已髓鞘化。在成年人身上，突触的数目不再增加。
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神经冲动在轴突中传导的速度和轴突的大小有关。在最细小的轴突上，神经信号大约以每秒0.5米的速度缓慢前行，而在最粗大的轴突上，传导速度达每秒120米。（这个速度比计算机内部的传导和切换速度慢了成千上万倍。
神经元发放冲动的次数越多，它对突触下游细胞的作用就越大。
这些发放活动可以通过脑电图（electroencephalography，EEG）和事件相关电位（event—related potential，ERP）的方法记录，测量脑的各个区域的电活动水平；也可以通过对动物的单个神经元的活动进行单细胞记录。
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人类的知识并不定位于任何单一的神经元中。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，并通过易化性和抑制性联结的方式来发挥作用。
科学家提出的众多理论都强调了不同单元之间联结的强度问题。在一种联结主义模型的简化版本中，如果A单元和B单元被同时激活，那么他们之间的联结就会增强。如果不是被同时被激活的，那么他们之间的联结就会减弱。
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（二）脑：从机能定位说到整体活动说
颅相学（phrenology），伪科学，坚称：品质、个性、知觉、智力等等确切地定位于脑中。颅相学家相信，可以通过检测颅骨外表面的隆起，对人格特点、能力和情绪等等加以测量。
定位说（localization），即运动行为、语言加工和感觉等等功能，都各自与脑中一个特定的区域相联系。
整合场理论（aggregate field
theory），最早由法国神经学家皮埃尔·弗劳伦斯（Pierre
Flourens）提出，认为运动和感觉功能并不是简单地定位于特定的脑区，相反，这些功能也分布于脑的其余部分。对脑部造成的创伤或损毁似乎同等地影响着所有的高级功能。
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（三）脑的解剖结构
脑可以被分为两个结构相似的部分，即左右大脑半球（cerebral
hemisphere）。
脑半球表面覆盖着大脑皮层（cerebral
cortex），它是一层薄薄的灰色粘稠物质，密布神经元细胞体和短而无髓鞘的轴突。大脑皮层只有约1.5至5毫米厚。因为它深深地蜷曲盘绕着，其表面积比看上去的要大。褶皱之间突起的脊称为脑回（gyri，单数形式是gyrus），凹槽被称为脑沟（sulci，sulcus）。深而明显的脑沟被称为脑裂（fissures）。
人类的思维、感觉、语言加工和其他认知功能正是发生在大脑皮层中。
脑以对侧的方式处理信息，即，来自脊髓的身体左侧的感觉信息会交叉换位，在右半球接受初级处理。同样，每一个大脑半球的运动区控制着对侧身体的运动。
每一个大脑半球的表面被划分成四个主要的区域，其中一些是根据大的沟回来加以划分的。分别是额叶（frontal
lobe）、颞叶（temporal
lobe）、顶叶（parietal
lobe）和枕叶（occipital
lobe）。
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（1）大脑皮层
大脑皮层是进化过程中最晚出现的脑结构。一些生物，如鱼类，根本没有；另一些动物，例如鸟类，其复杂程度较低。在人类身上，大脑皮层从事知觉、言语、复杂动作、思维、语言加工和生成等加工过程，使得我们具备了认知能力。
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一项功能越为重要，分配给该功能的大脑皮层区域就越大
大脑皮层的感觉和运动区域占据了相当大的空间（约为整个表面积的25%），具有重要功能，而大脑皮层的其余部分则属于所谓的联络（association）区域，涉及认知、记忆、语言加工等等。
（2）早期功能性神经病学
早期关于脑的特定功能的知识可以追溯到19世纪。尤为重要的研究工作出自法国神经病学家Pierre Paul
Broca之手，他研究了失语症（aphasia），这是一种语言障碍，患者难以讲话。这种病症通常见于中风患者。对于失语症患者的脑部进行的死后检查，显示有一个脑区损伤，该区现在被称为布诺卡区。
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1876年，德国神经病学家Karl Wernicke
描述了一种新型的失语症，其特点并非不能言语（患者的言语实际上是流畅的），只是毫无意义而不能理解。
Wernicke认为某些心理功能确有定位，但是它们绝大多数仅限于简单的知觉和运动活动。诸如思维、记忆和理解等等复杂的心智过程则是感觉和运动区域的相互作用的结果。一些功能是在脑部的不同区域以并行的方式进行的。
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美国心理学家Karl
Lashley在其著作《大脑机制与智能》中表述了他对脑损伤与行为之间关系的兴趣，目的在于阐明功能的定位说与相对的均势说的问题。
他提出了整体活动说（mass
action）理论，该理论淡化了单个神经元的重要性，而认为记忆可能遍布于整个脑。提示了脑的运作是以整体而非区域化的方式。
我们现在得到的一些一般结论及其推论：
1、很多心理功能似乎定位于脑内的特定区域或区域集群，例如运动区和感觉区。然而，除了汇集这些功能的特定区域以外，进一步的加工处理可能发生于不同的地方。
2、很多高级心理功能（思维、学习、记忆等等）似乎涉及大脑皮层的若干个不同区域。对此类信息的神经加工过程是冗余性的，即此类信息遍布于整个大脑并在不同位置以并行方式进行处理。
3、对脑的损伤并不总是导致认知功能的衰减。这可能由于多种原因。首先，损伤可能发生于那些与认知功能仅仅存在微弱关联，或者执行冗余功能的脑区。另外，认知功能也可能由于那些完好的联结可以接管原来的功能，或通过某种方式加以重整以完成原来的任务从而不受影响。
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四、神经生理学探测技术
（一）CT扫描
计算机辅助轴向断层扫描技术（CT），是采用计算机从平面（两维的）的X射线图像生成三维影像的方法。CT扫描也可以提供显示脑部结构的静态影像。
CT扫描将X射线波束进行180度的旋转，对同一器官摄取大量“图像”，并生成内部的断层，或曰“切片”。这种图像式的断层称为断层图（tomogram）。
动态空间重构仪（the
dynamic spatial reconsructor，DSR），是一种更为精密的CT技术，可以用三维空间的方式显示内部结构。
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（二）PET扫描
正电子发射断层扫描技术（PET）对脑部消耗的葡萄糖进行扫描。
它采用探测器来测量血流中的放射性粒子。脑部活跃的部分需要更多的血流，因而有更多的放射性示踪元素汇集于脑部正在运作的区域，示踪素会发射射线，射线能够被转化为可视图谱。
计算机将有关葡萄糖吸收量的数据进行编码，在一张颜色编码的“脑地图”上显示不同的活动水平。
（三）MRI和fMRI
磁共振成像扫描技术（MRI）可以提供脑结构的静态影像。MRI技术将身体置于非常强大的电磁场中，磁场使水中氢原子的原子核进行重新排列。通过测量，就能推断氢原子密度以及它们和周围组织的相互作用的变化。由于氢反映了含水量，因此可以将MRI用于诊断和研究之目的。
fMRI（功能性磁共振成像，functional magnetic resonance
imaging），可以检测脑部活跃区域血流量的增加，从而既展现结构又展现功能。
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（四）MEG
MEG（脑磁描记法，magnetoencephalography），采用一种从头部外围通过探测脑活动所产生的微弱磁场的仪器，来测量脑部活动。
（五）TMS
TMS，穿颅磁刺激（transcranial magnetic
stimulation）,可以与EEG或MEG结合使用，以估计脑电活动的改变对知觉和思维的影响。一个磁性电荷由置于头部的棒体在很短的时间内定位都脑部特定的部位。
这一电荷会改变神经功能，这种对脑功能的影响可在EEG或MEG的输出结果中被观察到，同时也可以在被试当时正在进行的认知或知觉任务上的反应中体现。
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五、双半球
研究表明，大脑左半球确实与语言、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、面孔与形状的再认，以及了解我们周围的城市道路以及穿衣打扮等等日常（另外右半球对言语加工仍有一定的功能，尤其是对书面语言）。
发育过程中的人脑具有相当的可塑性。
裂脑人，通过大脑联合部切开手术（cerebral
commissurotomy），将连接两半球的粗大的神经束，胼胝体（corpus
callosum），切除。
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关于大脑功能研究的总结
功能
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左半球
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右半球
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听觉系统
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与语言有关的声音
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音乐、环境声音
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空间处理
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未知
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几何形状、方向感、
几何图形的空间旋转
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躯体感觉系统
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未知
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触觉再认、盲文识别
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记忆
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言语记忆
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非言语记忆
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语言加工
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言语、阅读、书写、算术运算
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有节奏的韵律
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视觉系统
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字母、单词、
超现实主义的艺术作品
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几何图形、面孔、
现实主义的艺术作品
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运动
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复杂的随意运动
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具有空间模式的运动
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