2认知神经科学.pptx

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1、Contents认知神经科学的起源认知神经科学的起源1从神经元到脑：神经组织的结构从神经元到脑：神经组织的结构2脑的结构和功能脑的结构和功能3大脑皮质和其他结构大脑皮质和其他结构4第1页/共64页一、认知神经科学的起源认知神经科学的产生：认知神经科学的产生：M.S.GazzanigaG.MillerM.I.Posner第2页/共64页1.1.公元前公元前4 4世纪：希波克拉底盖伦世纪：希波克拉底盖伦2.2.法国：笛卡尔法国：笛卡尔第3页/共64页3.意大利L.Galvani:神经电活动19世纪，机能统一说与皮层机能定位说的争论4.德国和第4页/共64页5Paul Broca-言语运动中枢第5页

2、/共64页：接受性失语症7Gustav Fritsch和Eduard Hitzig：狗的特征性运动第6页/共64页对猴脑的刺激点第7页/共64页9.Brodmann及Brodmann分区第8页/共64页，用银染色的神经元第9页/共64页他绘制的大脑环路之一第10页/共64页11.Charles Sherrington 和Adrian第11页/共64页第12页/共64页13.Stephen M.Kosslyn第13页/共64页二、从神经元到脑：神经系统的组织神经元的结构与机能神经系统的组织层次第14页/共64页1.神经元的结构与功能神经元神经元末梢结：突触：神经递质末梢结：突触：神经递质轴突轴突

3、树突：接收树突：接收体细胞：执行细胞的新陈代谢，繁殖，整合信息体细胞：执行细胞的新陈代谢，繁殖，整合信息有髓磷脂：郎氏结：自体免疫病硬化症有髓磷脂：郎氏结：自体免疫病硬化症无髓磷脂无髓磷脂一元胺神经递质一元胺神经递质氨基酸神经递质氨基酸神经递质神经肽神经肽阿尔兹海默病阿尔兹海默病第15页/共64页第16页/共64页神经递质神经递质神经递质神经递质说明说明一般机能一般机能 具体例子具体例子乙酰胆碱（乙酰胆碱（Ach)Ach)由胆碱合成的单酰胺由胆碱合成的单酰胺神经递质神经递质兴奋大脑，身体其他部位兴奋大脑，身体其他部位的兴奋或抑制的兴奋或抑制记忆记忆多巴胺（多巴胺（DADA）由酪氨酸合成的由酪氨

4、酸合成的影响运动、注意和学习，影响运动、注意和学习，大多有兴奋作用，有些抑大多有兴奋作用，有些抑制制帕金森氏症和精帕金森氏症和精神分裂症神分裂症肾上腺和去甲肾上腺肾上腺和去甲肾上腺素素同上同上荷尔蒙与警觉的调节相关荷尔蒙与警觉的调节相关涉及与打斗或飞涉及与打斗或飞行反应、愤怒及行反应、愤怒及恐惧相关的对身恐惧相关的对身体的影响体的影响血清素血清素由色氨酸合成的由色氨酸合成的影响觉醒、睡眠、梦和情影响觉醒、睡眠、梦和情绪，通常是抑制性的绪，通常是抑制性的抑制做梦，缺乏抑制做梦，缺乏导致深度抑郁导致深度抑郁伽马氨基丁酸伽马氨基丁酸氨基酸神经递质氨基酸神经递质对突触前轴突的兴奋刺激对突触前轴突的兴奋

5、刺激产生普遍的神经调节效果产生普遍的神经调节效果 影响某些学习和影响某些学习和记忆机制记忆机制谷氨酸谷氨酸同上同上同上同上同上同上神经肽神经肽肽链神经递质肽链神经递质突触后隔膜所产生的普遍突触后隔膜所产生的普遍的神经调节效果的神经调节效果内啡肽有镇痛作内啡肽有镇痛作用，加强乙酰胆用，加强乙酰胆碱的作用碱的作用第17页/共64页2 2神经系统的组织层次神经系统的组织层次第18页/共64页三、脑的结构与机能PostmortemPostmortem尸体解剖：尸体解剖：Paul Broca-Tan;Paul Broca-Tan;阿尔兹海默病海马阿尔兹海默病海马VivoVivo活体研究：动物研究活体研究

6、：动物研究 成像技术成像技术第19页/共64页电波记录：电波记录：脑电图脑电图（electroencephalogram,EEGs)electroencephalogram,EEGs)事件相关电位（事件相关电位（event-related potentials,ERP)event-related potentials,ERP)成像技术：成像技术：脑磁图脑磁图(magnetoencephalogram,MEG)(magnetoencephalogram,MEG)计算机计算机辅助轴向断层扫描术（辅助轴向断层扫描术（CTCT）正电子发射断层扫描术（正电子发射断层扫描术（positron emissi

7、on tomographyPETpositron emission tomographyPET）磁共振成像技术（磁共振成像技术（functional magnetic resonance imaging,functional magnetic resonance imaging,MRI MRI，fMRI)fMRI)葡萄糖氧气第20页/共64页常见的EEG模式第21页/共64页各种意识水平下的各种意识水平下的EEGEEG波形波形第22页/共64页第23页/共64页第24页/共64页采用成像技术的一个实例例一：例一：Tulving:Tulving:关于情节记忆和语义记忆的研究关于情节记忆和语义记忆

8、的研究多重记忆系统多重记忆系统例二：例二：Posner&Peterson:PETPosner&Peterson:PET研究研究 对单词的加对单词的加工处理工处理 （1 1）休息阶段）休息阶段 （2 2）在屏幕在呈现一个单词）在屏幕在呈现一个单词 （3 3）大声地读出这个单词）大声地读出这个单词 （4 4）想出这个单词的一个用法）想出这个单词的一个用法 第25页/共64页第26页/共64页第27页/共64页例三：记忆操作的特异性任务：读出下列单词：candy,cake,sugar,taste 下面哪个单词是你刚刚读到的？Blood,sweet,sugar,你有多大把握反应：击中，虚报，漏报第28

9、页/共64页四、脑认知脑：前脑、中脑、后脑第29页/共64页脑部位主要结构主要机能前脑大脑皮质接收并加工感官信息，思考，其他认知加工，规划发送运动信息基底神经节（细胞核与神经纤维结合体）对运动系统机能特别重要边缘系统（海马、杏仁核、隔膜）学习、情绪、动机丘脑充当进入大脑的感官信息的中继下丘脑控制内分泌，自主神经系统，控制意识，影响情绪、愉悦、疼痛和应激中脑上丘（顶部）影响视觉（尤其是视觉反射）下丘（底部）影响听觉网状激活系统（RAS，延伸至后脑）控制意识、注意、心肺机能与运动灰质，红核，黑质，腹侧区控制运动后脑小脑主管平衡、协调性和肌肉弹性脑桥（网状激活系统）影响意识；连接大脑各部分之间的神经

10、传送；影响面部神经延脑对侧传导，调控心肺机能，消化和吞咽第30页/共64页第31页/共64页四个主要的丘脑细胞核中转视觉、听觉、体觉和平衡觉相关的信息四个主要的丘脑细胞核中转视觉、听觉、体觉和平衡觉相关的信息细胞核名称细胞核名称从从.接收信息接收信息主要投向到主要投向到（传送信息）（传送信息）受益功能受益功能外侧膝状细胞核视觉接收器，凭视神经视觉皮层使我们看得见内侧膝状细胞核听觉接收器，凭听觉神经听觉皮层使我们听得见腹后侧细胞核躯体神经系统初级体觉皮质使我们感觉压力和疼痛腹外侧细胞核小脑（位于后脑）初级运动皮质使我们有平衡感第32页/共64页大脑皮质与功能定位大脑皮质与功能定位大脑皮质：沟、裂

11、、回大脑皮质：沟、裂、回 由胼胝体分成左右两半球由胼胝体分成左右两半球大脑半球专门化：大脑半球专门化：Dax-Broca,Wernicke-Dax-Broca,Wernicke-Lashley-Lashley-SperrySperry大脑半球的大脑半球的叶叶：额叶，顶叶，颞叶，枕叶：额叶，顶叶，颞叶，枕叶联合区联合区第33页/共64页第34页/共64页第35页/共64页倒立；面积大小与部位的敏感性有关；对侧传导第36页/共64页Vision-The Visual Pathway第37页/共64页Conrad(1964)的实验一、听觉码与AVL单元BCPTVFMNSX一类是BCPTV：i:；另一

12、类是FMNSX：e。视觉呈现的字母回忆的混淆矩阵视觉呈现的字母回忆的混淆矩阵第38页/共64页听觉呈现的字母回忆的混淆矩阵听觉呈现的字母回忆的混淆矩阵第39页/共64页其它的实验其它的实验WikelgrenWikelgren：字母、数字：字母、数字刺激是图画时，也存在听觉代码刺激是图画时，也存在听觉代码听觉缺陷被试的研究：某些耳聋人在短时记忆中将听觉缺陷被试的研究：某些耳聋人在短时记忆中将视觉符号转换成在功能上与语音代码相似的一种代视觉符号转换成在功能上与语音代码相似的一种代码码第40页/共64页AVL：某些声音混淆现象也可能是言语运动或发音的混淆造成的。鉴于字母、字词的听觉代码和口语代码都是

13、不同形式的言语代码，因此，常将听觉的(Auditory)、口语的(Verbal)、言语的(Languistic)代码联合起来，称之为单元。AuditoryLinguisticverbal第41页/共64页二、视觉码Ponsner的实验条件刺激样本正确反应视觉和名称都匹配AA相同名称匹配视觉不匹配Aa相同视觉和名称都不匹配AB不同视觉和名称都不匹配Ab不同第42页/共64页对字母的视觉代码加工存在于短时记忆的最初阶段，对字母的视觉代码加工存在于短时记忆的最初阶段，之后才逐渐地向听觉代码过渡，对于大量的非言语之后才逐渐地向听觉代码过渡，对于大量的非言语刺激信息材料，视觉代码也许是重要的。刺激信息材

14、料，视觉代码也许是重要的。第43页/共64页感觉代码与感觉信息的区别感觉代码与感觉信息的区别感觉记忆是按照刺激的物理特性进行感觉记忆是按照刺激的物理特性进行直接加工与编码的。直接加工与编码的。短时记忆中的感觉代码，要比感觉记短时记忆中的感觉代码，要比感觉记忆中的信息更为抽象，已经排除了刺忆中的信息更为抽象，已经排除了刺激信息的某些物理特性或细节。激信息的某些物理特性或细节。第44页/共64页三、语义码:1 Wickens的实验：前摄抑制设计实验组实验1葡萄西瓜枇杷分心作业回忆苹果香蕉凤梨分心作业回忆实验2梨子芒果桔子分心作业回忆实验3实验4玫瑰花向日葵雏菊分心作业回忆实验1荔枝龙眼柚子分心作业

15、回忆控制组第45页/共64页前摄抑制解除函数结果前摄抑制解除函数结果正正确确率率（%）第46页/共64页2.Shulman的实验给被试看一张字表，接着再呈现一个探测词，要求被试将这个探测词与字表中的一个词进行匹配。同一匹配同义匹配在同一匹配时，他们会将探测词与字表中意义相似的一个词混淆起来。如“美丽”“漂亮”第47页/共64页语义代码是一种与意义有关的抽象有代码，不带有任何感觉通道的特性。语义代码是一种与意义有关的抽象有代码，不带有任何感觉通道的特性。通过抑制实验表明，在短时记忆中两种被加工的材料越接近，互相干扰越通过抑制实验表明，在短时记忆中两种被加工的材料越接近，互相干扰越大。大。组块在本

16、质上就是短时记忆信息的意义组织或再编码，这表明，短时记忆组块在本质上就是短时记忆信息的意义组织或再编码，这表明，短时记忆中也存在语义编码。中也存在语义编码。第48页/共64页第三节短时记忆的信息提取一、一、Sternberg的系列搜索：的系列搜索：1实验程序：实验程序：一半数量的实验要做是的反应，一半数量的实验要做否的反应。一半数量的实验要做是的反应，一半数量的实验要做否的反应。实验变量：识记忆项目的数量，即记忆集的大小实验变量：识记忆项目的数量，即记忆集的大小识记项目编码给被试探测数字被试作彻底的比较决定和反应（是或否）反应时间第49页/共64页2.2.平行扫描和系列扫描平行扫描和系列扫描平

17、行扫描：测试项目与记忆集中的全部项目同时进行比平行扫描：测试项目与记忆集中的全部项目同时进行比较。被试的反应时不会随着识记忆项目的数量或记忆集较。被试的反应时不会随着识记忆项目的数量或记忆集的大小而发生变化的大小而发生变化 系列扫描：测试项目与记忆集中的项目一个一个地相继系列扫描：测试项目与记忆集中的项目一个一个地相继进行比较，被试的反应时会随着记忆项目数量增多或记进行比较，被试的反应时会随着记忆项目数量增多或记忆的增大而增加。忆的增大而增加。平行扫描系列扫描平行扫描系列扫描第50页/共64页实验结果实验结果第51页/共64页识记项目编码刺激编码顺序比较决策反应组织影影响响影影响响影影响响影影

18、响响测试项目的质量识记项目的数量反应类型反应类型的相对频率反应时第52页/共64页识记项目编码测试项目编码顺序比较决定和反应（是或否）反应时间e msNc msd msRT38N397第53页/共64页从头至尾的系列扫描：对记忆集中的全从头至尾的系列扫描：对记忆集中的全部项目都要顺序检查一遍。部项目都要顺序检查一遍。自我停止的系列扫描：在记忆集中查出自我停止的系列扫描：在记忆集中查出所要的项目后即停止比较。所要的项目后即停止比较。3.3.从头至尾的扫描还是自我停止的扫描？从头至尾的扫描还是自我停止的扫描？第54页/共64页“否”反应“是”反应记忆集大小反应时（A）从头到尾的系列扫描“否”反应“

19、是”反应记忆集大小反应时（A）自我停止的系列扫描“是是”反应和反应和“否否”反应有着一样的斜率，短时记忆反应有着一样的斜率，短时记忆信息提取是以从头至尾系列扫描方式进行的。信息提取是以从头至尾系列扫描方式进行的。第55页/共64页 不同类别材料的加工速率与记忆容量不同类别材料的加工速率与记忆容量加工速率（加工速率（msms）记忆容量（项目）记忆容量（项目）数字数字33.433.47.77.7颜色颜色38.038.07.17.1字母字母40.240.26.356.35字词字词47.047.05.55.5几何图形几何图形50.050.05.35.3随机图形随机图形68.068.03.83.8无意义

20、音节无意义音节73.073.03.43.4第56页/共64页对Sternberg模型的批评识记项目数量太少刺激呈现速度太慢对Sternberg的实验结果也可以从加工能量有限的观点加以解释第57页/共64页二、直通模型（direct access model)实验支持：常见词的反应时快于非常见词重复项目的反应时少于非重复项目可以解释系列位置效应直通模型（直通模型（DirectAccessModel）认为，短时记忆中信息的提取并不是通过）认为，短时记忆中信息的提取并不是通过扫描的方式进行的，大脑可以直接通往所要提取的项目在短时记忆中的位置，扫描的方式进行的，大脑可以直接通往所要提取的项目在短时记忆

21、中的位置，进行直接提取。进行直接提取。该模型认为，短时记忆中的每一个项目都有一定的熟悉值或痕迹强度，可以据该模型认为，短时记忆中的每一个项目都有一定的熟悉值或痕迹强度，可以据此作出某种判定。在大脑内部有一个判断标准，当熟悉值高于这一标准，则作此作出某种判定。在大脑内部有一个判断标准，当熟悉值高于这一标准，则作出出“是是”反应，低于这一标准则作出反应，低于这一标准则作出“否否”反应。反应。熟悉值与标准的偏离程度越高，作出是或否反应的速度也越快。熟悉值与标准的偏离程度越高，作出是或否反应的速度也越快。第58页/共64页三、双重模型Atkinson和和Joula认为，短时记忆过程中信息的提取既包含扫

22、描方式，认为，短时记忆过程中信息的提取既包含扫描方式，也存在在直通方式，简言之就是两头直通，中间扫描。也存在在直通方式，简言之就是两头直通，中间扫描。第59页/共64页四、加工速率与记忆容量四、加工速率与记忆容量加工速率随记忆容量的增大而提高，容量愈大的材料，扫描愈快。加工速率随记忆容量的增大而提高，容量愈大的材料，扫描愈快。信息是以特征来表征的，短时记忆中的贮存空间有限，如果每个刺激的平信息是以特征来表征的，短时记忆中的贮存空间有限，如果每个刺激的平均特征数量越大，那么短时记忆能够贮存的均特征数量越大，那么短时记忆能够贮存的 刺激数量就越小。每个刺激刺激数量就越小。每个刺激的加工时间与其平均

23、特征的数量成正比。的加工时间与其平均特征的数量成正比。第60页/共64页 第五节短时记忆的遗忘一、遗忘进程通过干扰作业法(Peterson-Peterson方法)发现：短时记忆中信息可以保持1530S。如果得不到复述，那么短时记忆中的信息将会迅速遗忘。阻止复述后短时记忆的遗忘速率（Peterson和Peterson,1959)第61页/共64页短时记忆中不同材料的遗忘速率（Murdock）只要短时记忆识记项目的数量不变，识记材料性质的改变对短时记忆的遗忘没有什么大的影响。资源和认知分配资源和认知分配第62页/共64页二、痕迹消退与干扰关于遗忘，历来有痕迹说与消退说之分，Waugh和Norman(1965)实验发现，短时记忆中的遗忘的主要原因是干扰而不是记忆痕迹消退。3725763628736528 干扰项目数量对短时记忆信息保持的影响每秒每秒1个个每秒每秒4个个第63页/共64页感谢您的观看。第64页/共64页