导语

认知神经科学作为一门跨学科新兴领域，横跨浩瀚领域，例如生理生理学、神经科学、认知心理学等。
本文将从入门资料、研究方法、研究主题发出，带你入门这一领域。

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认知神经科学（Cognitive neuroscience）是关于心智认知过程的生物学。
其学科术语来自“认知”和“神经科学”两个观点，是一门结合了认知心理学和神经科学的交叉学科。

神经科学紧张研究在生物体中卖力对组织器官与外部环境进行调节的掌握系统即神经系统，尤其作为中枢掌握系统的脑神经系统。
它关注的是有机体内部活动和行为掌握的生物根本。

认知心理学是基于认知主义科学范式的生理学，关注大脑对外部天下基于各种线索和表征的心智建模与信息处理过程，将心智看做是一个基于离散符号处理的序列加工系统。
因此，由神经科学供应生物根本和实验方法，认知心理学供应了对各种生理活动信息操作过程的观点和解释，二者联姻的产物便是认知神经科学：通过结合生理活动与大脑构造的研究，详细研究感知、运动、感情、学习、影象、措辞、把稳与意识、认知掌握以及社会认知等诸多生理过程，从而供应对“有形大脑的功能如何产生无形的心智”最完美的描述。

认知神经科学紧张采取神经科学、认知心理学、打算建模、以及精力病学（Neurology）等学科基本方法研究。
这些学科关注角度不尽相同，各有侧重，认知神经科学的长处则在于对不同方法综合利用以全面回答心脑与行为之间的关系问题。
对认知神经科学研究，这些学科基本知识储备是必不可少的。

基本教材与课程

1. 入门教材

2. 神经科学总论

3. 认知心理学：

4. 生物学与生理学运用：

5. 学术期刊

6. 学术会议：

认知神经科学所涉及每一学科都有独特的方法与技能工具，它们的运用范围可以按照空间和韶光分辨率两个坐标来划分：

下图展示了两个坐标下所采取的技能工具：

图1：两个坐标下所采取的技能工具

感知觉与物体识别

为处理外部环境的光刺激 、化学刺激、机器刺激与能量刺激，人类具有五种基本的觉得系统，听觉、嗅觉、味觉、躯体觉得以及视觉，使人可以阐明周围的环境。
每一种觉得都包含了独特的通路和加工，以将外部刺激转化为可以被大脑阐明的神经旗子暗记。
例如，在躯体觉得中包括了触碰、温度、疼痛等五种不同感想熏染器。

图2：外界刺激下的五种基本觉得系统

在每种觉得内，专门化的觉得机制被发展出来办理打算问题以促进和增强我们的知觉能力。
就如神经成像所揭示那样，在大脑的觉得皮质中都创造了专门化；这样，纵然颜色或运动知觉的皮质机制缺失落，人们仍旧保持看的能力。
在觉得损失的极度情形下，知觉的皮质系统可能会被完备重组。

论文题目：Activation of the primary visual cortex by Braille reading in blind subjects [1996]Sadato N1,Pascual-Leone A,Grafman J,Ibañez V,Deiber MP,Dold G,Hallett M 论文地址：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8606771

在人的觉得系统中，五种觉得也不是伶仃事情的，而是同等行动以构建一个对天下的丰富的阐明，正是这一整合成为许多人类认知的根本，并且使人类在一个多觉得的天下中生存并茂盛发展。
（多通道知觉、联觉）

多通道细胞创造（Hikosaka,1988）

论文题目：Polysensory properties of neurons in the anterior bank of the caudal superior temporal sulcus of the macaque monkey论文地址：https://www.physiology.org/doi/abs/10.1152/jn.1988.60.5.1615

多觉得整合征象（Nicholas P.Holmes&Charles Spence,2005）

论文题目：Multisensory Integration: Space, Time and Superadditivity论文地址： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982205010171

联觉的家族性

论文题目：Synaesthesia: prevalence and familiality论文地址：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8983047

联觉在知觉加工早期（Vilayanur Ramachandran,2001a,2003)

论文题目：The Phenomenology of Synaesthesia论文地址：http://cbc.ucsd.edu/pdf/Ramachandran_JCS2003

联觉在知觉晚期、多阶段加工（Jason Mattingley,2001;JA Nunn et al.,2002）

论文题目：Unconscious priming eliminates automatic binding of colour and alphanumeric form in synaesthesia论文地址：https://www.nature.com/articles/35069062

论文题目：Functional magnetic resonance imaging of synesthesia: activation of V4/V8 by spoken words论文地址：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11914723

联觉多脑区加工（Michael Esterman et al.,2006）

论文题目：Coming Unbound: Disrupting Automatic Integration of Synesthetic Color and Graphemes by Transcranial Magnetic Stimulation of the Right Parietal Lobe论文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16989556

物体识别则涉及视知觉的高水平加工。

视知觉双通路：人类视觉包括两条不同通路以加工不同信息：腹侧通路（ventral pathway）也称 what 通路，专司物体知觉和识别，决定人们看到什么；背侧通路（dorsal pathway）也称 where 通路，特异于空间知空间知觉，决定物体在哪里、剖析场景中不同物体的空间构造。
这两条通路是双分离的，例如一个盲视患者是腹侧通路出了问题，他会失落明看不到物体，但是他却不会被路上的障碍绊倒。
背侧通路的正常足以让他知觉到空间构造，只管他自己意识不到这点只是自动避开。

图3：视知觉双通路：腹侧通路与背侧通路

视知觉的两条通路 （Leslie Ungerleider&Mortimer Mishkin,1982;Milner&Goodale,2008)

视觉双通路与听觉（Rauschecker&Tian,2000;Ungerleider&Haxby,1994)

物体识别的路子是多样的，涉及到很多水平的表征。
要识别一个物体，视觉系统必须要物体恒常性（object constancy），即通过提取能够区分彼此形状的关键信息，来战胜觉得输人内在变异性。
为此有两个紧张理论：

视角依赖理论 （D. I. Perrett et al.,1994)。
视角不变理论（David Marr,Vision A Computational Investigation Into the Human Representation and Processing of Visual Information，1982）

对付不同刺激信息的不同层级表征，如颜色和形状、对物体种类、以及某个物体整体知觉，是由专门细胞、层级编码进行表征的，还是由各种繁芜特色探测器集群编码一同激活进行编码的？这些问题都属于大脑自下而上的剖析加工，强调物体各组成部分的知觉剖析形式，紧张与左半球加工有关。

特异反应、知识理论（gnostic theory）与祖母细胞（Hubel&Wiesel,1977）集群编码假说：由同时激活一组定义性特色来定义物体。
例如“祖母”就因她的眼镜、面部轮廓、头发颜色等特色共同涌现而识别从失落认症研究物体识别：低级加工，知觉分类，语义分类（Elizabeth Warrington,1985)

但是，所有的剖析加工模型，都不能办理知觉整合问题。
在大脑中也存在整体加工：一种强物体整体形状的知觉剖析形式，与右半球加工有关。
例如功能性 MRI 的研究表明人类颞叶梭状回的一个区域参与了面孔识别。

面孔识别激活特定区域研究（Roll,1992;Tsao et al.,2006;Mccarthy et al.,1997）面孔知觉与物体知觉的分离模型（Farah,1994)

图4：面孔知觉与物体知觉的分离模型

对部分和整体同时编码的网格细胞想法的几何学：大脑如何构建内在的意义宇宙？《On Intelligence》作者Jeff Hawkins首提“千脑智能理论”，破解皮层网格细胞谜题把稳与意识

把稳指的是将觉知集中于一个刺激、思想或行为上，同时忽略其他不干系的刺激、思想或行为的能力。
把稳分为两大类：主动把稳（voluntary attention）：自上而下、目标驱动。
故意进行把稳目标的能力，常被想象为一个把稳的“聚光灯”；反射性把稳（reflexive attention）：自下而上的、刺激驱动，被某个觉得事宜捕获把稳。
会涌现返回抑制征象中，刚被反射性把稳关注的位置经由一定的韶光后被抑制，会导致对此处涌现的刺激的反应变慢。

图5：把稳与意识

意识不到自己把稳的内隐把稳（Hermann von Helmholtz,1894)把稳的鸡尾酒会效应（E. C. Cherry,1953）早选择模型（Donald Broadbent,1958）晚选择模型（Cherry&Neville Moray,1959）与早晚选择模型（Anne Treisman,1969）

意识包含多种含义，和觉知的观点在很多层面相互重合。
如征象意识（phenomenal awareness，包括觉知、觉得与感想熏染征象下统统神经由程），与通达意识（access awareness，或称取用意识，可以对意识内容进行报告）。
前者可能包括无意识与阈下觉知过程，而相对的自我意识便是一种通达意识。

无意识加工（Ladavas et al.,1993)觉知与把稳关系（Charles Eriksen et al.,1971;R.Marois,DJ Yi,MM Chun,2004)结合自下而上和自上而下的把稳与觉知三分模型（Stanislas Dehaene et al.,2006)

图6：自上而下的把稳与觉知三分模型

运动掌握

在大脑中有很多皮质区域涉及运动掌握，乃至在某种意义上说全体大脑都在进走运动掌握。

身体上可以运动的部分成为效应器。
α运动神经元起于脊髓终止在肌肉，卖力肌肉和神经系统之间的紧张联系，开释乙酰胆碱引起肌肉紧缩。
锥体外系吸收来自运动皮质和皮质下构造的信息，并传输到脊髓。
下行纤维起于脑干这些下行纤维起于皮质并经由一级突触投射到脊髓。

图7：运动掌握

脊髓的自发运动肌肉运动 （Sherrington,1947;Thomas Graham Brown,1911）运动操持表征（Keele,1986;Emilio Bizzi et al.,1984）运动层级表征模型：观点层级、回应系统、运动实行（Donald Mackay,1987）运动编码：场向量（Kakei et al.,1999,2001）对运动目标的表征（Giacomo Rizzolatti,1988;Graziano&Gros,1994）镜像神经元与体验认知（Umilta,2001）学习与影象

学习（learning）是获取新信息的过程，其结果便是影象（memory）。
某些学习可能会在信息的单次呈现后，也可能是在信息的重复呈现后。
影象则必须是能够在一段期间内坚持的。
学习与影象可以假设为三个紧张的阶段：编码（encoding，包括获取acquisition与巩固consolidation）、存储（storage）与提取（retrieval）。

图8：影象类型

影象加工局限的神奇数字 7（George A. Miller,1956)短时影象模型（Richard Atkinson &Richard Shiffrin,1968）事情影象模型（Alan Baddeley&Graham Hitch,1974）永劫影象模型（Endel Tulving）海马、额叶与影象研究（Charan Ranganath et al.,2004;Laura Eldridge et al.,2000;Mark Wheeler et al.,2000;Roberto Cabeza&Lars Nyberg&Endel Tulving,1996）Hebbian 学习与永劫增强效应、（Hebb,1949;Bliss&Lomo,1973）NMDA受体与影象的永劫增强效应（Bannerman et al,1995；Saucier&Cain,1995；Daniel Zamanillo et al,1999）感情

由于很难对感情做出准确定义以及通过操作实验进行科学丈量，对感情的研究充满寻衅。
早期感情研究方向于将感情与认知分离，但随着有关感情的神经科学研究发展，科学家们越来越清晰地认识到，感情不能被视为独立于其他更“认知”的能力。
感情和其他认知功能的神经系统是相互依存、相互浸染的。

在感情的认知神经科学中，杏仁核一贯是研究焦点。
它不仅对感情有主要浸染，对内隐感情学习、外显感情学习和影象、以及社会互动均产主要生影响。

不过当前杏仁核也不再是感情的神经机制硏究中的唯一焦点。
其他脑区，包括眶额皮质（愤怒）和脑岛（厌恶）已和杏仁核研究相结合起来。

基本感情分类（Ekman&Friesen,1971）感情维度：效价与唤动身度（Osgood et al.,1957; Russell,1979）感情加工系统：边缘系统与Papez 回路 （James Papez,1937；Paul Maclean,1949,1952）恐怖反应的两条通路（Joe Ledoux,1996；Mike Davis,1992；Bruce Kapp et al.,1984）杏仁核与感情、内隐与外显学习 （Heinrich Kliiver&Paul Bucy,1939；Elizabeth Phelps et al.,2001; Phelps et al.,2001；James Mcgaugh et al.,1992,2000）杏仁核、海马与影象 （Mcgaugh et al.,1996；Christianson,1992；Buchanan et al.,2006；Cahill et al.,1996；Hamann et al.,1999；Smith et al.,2006；Phelps et al.,1998杏仁核与其他脑区共同浸染 （Baxter et al.,2000；Hampton et al.,2007；Drevets,1998；Damasio,躯体标识假说）感情其他干系脑区研究。
愤怒（James Blair et al.,1999；Sander et al.,2005）、悲哀（Blair et al.,1999）、厌恶（Philips et al.,1997, 1998；Calder et al.,2000；Giacomo Rizzolatti&Wicker et al.,2003）、扣带前回（Lane et al.,1997；Devinsky al.,1995；Wicker al.,2003；Blair al.,1999）

图9：感情其他干系脑区研究

措辞

对付大脑是如何通过处理口头和书面输人来获取意义这个问题，核心在于研究单词在大脑中是如何表征的。

个中单词表征中的一个中央观点便是生理词典（mental lexicon）。
关于语义（单词描述客不雅观天下的意义）、句法（单词是如何组合成句子的）和词形（单词的拼写以及发音模式的信息）信息的生理存储器。
单词表征可以是正字法的（基于视觉）也可以是语音的（基于声音）。

语义网络模型 （Collins &Loftus,1975） 、（Martha Farah&James Mcclelland,1991）、（Caramazza&Shelton,1998）、范畴特异性损伤（Hanna Damasio,1996）书面措辞 （O.G.Selfridge,1959；James Mcclelland&David Rumelhart,1981、Gregory Mccarthy&Puce et al.,1996）、组群模型（Marsten-Wilson&Tyler,1980）听觉单词知觉。
言语加工层级模型（Jeffrey Binder et al.,2000；Demonet et al.,1992,1994；Perani et al.,1996；Binder et al.,1999,2000）语境与单词识别（Mcclelland et al.,1989；Zwitserlood et al.,1989）句法剖析干系。
花园路径模型（Tooley et al.,2007）、“非措辞”信息与句子理解（Thomas Miinte et al.,1998）Broca 区和Wernicke 区与措辞加工（David Caplan et al.,2000；Marcel Just et al.,1996；Nina Dronkers et al.,1994）言语产生：措辞产生理论（Willem Levelt,1989）、交互模型（Gary Dell,1986；Miranda van Turennout et al.,1999）措辞新模型：Peter Hagoort （P Hagoort,2000,2003）

前额叶皮质对付目标导向行为、事情影象对付表征没有即刻呈现在环境中的信息都具有极高的主要性。
所谓目标导向行为（goal-oriented behavior），即依据过去的履历得出适宜于当前环境的行为。
由于这些操作掌握须要调节脑内的信息加工，常日会涉及认知掌握（cognitive control）。
认知掌握的大脑紧张区域是前额叶皮质，它对中枢神经系统（CNS）内多个区域间的折衷加工起到主要浸染。
前额叶皮质包括低级和次级运动皮质前面的所有脑区，共四个部分：外侧的前额叶皮质、腹内侧的前额叶皮质（眶额皮质）、额极和内侧的额叶皮质。
个中外侧前额叶皮质与额极、内侧额叶皮质与前额叶分别支持目标导向行为与行为中认知调节与监控。

前额叶与事情影象功能（Alan Baddeley,1995；Wager&Smith,2003）事情影象与行为目标（Petrides,2000；Prabhakaranet al.,2000；Bunge,2004）外侧前额叶皮质和与目标导向行为：额叶主要性（Tim Shallice,1991；Goel et al.,1997）、操持与选择行动（Duncan,1995）、前额叶的动态过滤（Art Shimamura,2000） 、任务转换（Seiki Konishi et al.,1998）内侧额叶皮质与前额叶皮质协同与认知行为监控（Corbetta et al.,1991；Raichle et al.,1994；Dehaene et al.,1994；Gehring et al.,1993；Bush et al.,2000；Botvinick et al.,1999；JW. Brown&Braver et al.,2005)交叉研究与学科新取向

社会认知神经科学（Social Cognitive Neuroscience）

社会认知神经科学是一个新领域，旨在理解大脑功能若何支持社会行为背后的认知过程。
神经科学们已经理解到，三种紧张社会认知（自我知觉、他人知觉和社会知识）会激活许多相同脑区。

社会认知神经科学研究综述（MD Lieberman,2007）：

论文题目：Social Cognitive Neuroscience: A Review of Core Processes 论文地址：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17002553

神经经济学（Neuroeconomics）

神经经济学通过领悟了生理学、神经科学和经济学来理解人们是若何利用社会知识来进行决策的。
与理性决策的经济学模型假定不同，神经经济学家把感情的浸染整合进来，认识到人们并不总根据经济后果做出理性决策，他们重点感情和认知干系的大脑区域或多或少相互影响决策事情的。

神经经济学（sanfey et al.,2006）

论文题目：Neuroeconomics: cross-currents in research on decision-making 论文地址：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16469524

打算神经科学（Computational neuroscience）

打算神经科学基于信息与打算科学，紧张采取打算仿照和仿真方法，与认知神经科学进行交叉研究神经机制的学科

打算神经科学（TJ Sejnowski, C Koch, PS Churchland,1988）

论文题目： Springer Series in Computational Neuroscience 论文地址： https://link.springer.com/search?facet-series=%228164%22&facet-content-type=%22Book%22

认知神经动力学（Cognitive Neurodynamics ）

认知神经动力学采取非线性动力学方法研究认知神经科学与神经信息处理过程，包括从微不雅观到宏不雅观，分子与细胞、生物学神经网络、认知功能以及认知行为等方面对人脑的认知构造和认知模型展开多层次的，跨学科的综合研究，探索大脑信息加工的认知和神经动力学机制，并建立可以履行的打算模型。

论文题目： Dynamical Systems in Neuroscience 论文地址： https://www.izhikevich.org/publications/dsn.pdf

华南理工大学认知神经动力学研究所

作者：十三维

编辑：张爽

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