单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,8,讲 认知与脑功能,沈显生,中国科大生命科学学院,主要内容,一、认知神经科学与心理学,二、视觉,三、选择性注意和视觉忽略症,四、学习和记忆,五、语言,六、认知神经科学的新时代,一、认知神经科学与心理学（一）概念,认知神经科学是由神经生物学、脑科学与心理学组成的新兴的交叉学科，它的主体是心理学。,心理学是研究人类行为的科学，主要研究脑的活动及其特点和规律。心理学涉及的范围非常广泛，包括感觉、知觉、注意、学习和记忆、语言、思维、推理、智力，以及动机、情绪、人格个性、社会行为和非正常心理等方面。,（二）研究心理学的意义,了解人类自身,自我意识，无疑是最重要的认知功能，与此密切相关的是面孔的自我识别。,为医学服务,心理学研究将有助于发展新的神经系统和心理功能的监测、疾病的诊断、治疗及康复的方法。,为生物领域高技术的发展提供好的思路,从自然匹配原则到以人脑为中心的设计原则,。,二、视觉 （一）视知觉的恒常性,1,、恒常性实验,举起双手大拇指。,2,、概念：一个外部的物体，当它相对人眼的距离、方位、角度和照明光线发生变化时，它在视网膜上的成象也会有相应的变化，然而人对这个物体的视知觉（即你看到的、感受到的）却是恒定不变的，即知觉到的物体的大小、彩色、形状保持不变。或换一句话讲，人对物体的视知觉，不是简单地由视网膜成象所确定的。依靠恒常性,人的知觉更真实地反映了外部物体所固有的特性。,3,、视知觉恒常性的破坏,人提取不变性的能力很强,例如,一个熟人,不论他的脸朝向何方,甚至仅从一个背影我们也能正确地判断他是谁。然而在有些条件下,知觉的恒常性却被破坏了。通过这些恒常性的破坏,可以更深入地理解知觉的恒常性。,请把书倒过来读,多用一点时间你可能读出上面的句子。然而,要读倒着的连笔草书的诗词就非常困难,甚至无法读出。,把一个刺激旋转会同时产生,1,视网膜象；,2,刺激对其周围的环境,(,以重力为标准,),的相对方位这两种变化。究竟什么因素影响人的知觉呢,?,可作一个实验：把一个正方形纸片贴在墙上,使其下边与地面平行。观察者采用两种方法来看：头保持正直或转,45,度。在这两种条件下视网膜象的方位不相同，但是这对正方形的知觉并无影响。这说明视网膜象的变化没有起作用。实验,2,把贴在墙上的纸片转,45,度,观察者仍以两种不同的位置去看,结果感到的都是棱形。这进一步说明了,刺激相对视网膜的方位不起作用,起作用的是其相对环境的朝向。,(,续,),但是在另一种条件下的结果就不一样了。当我们两腿分开,身体向下弯曲,180,度,使头顶完全朝下,眼睛向后看。在这种条件下,相对环境正立的书则比倒立的书难读了,!,看来,这时,书相对视网膜的朝向,起了主要的作用。,总之,环境的朝向和对视网膜的朝向两个因素都对视觉起作用。,4,、视觉图象的解释,图形分割对知觉非常重要，,Hoffman,和,Richards,发现：,两个任意形状的曲面作随机穿插时，其相交的边界总是在凹性不连续处。,这是客观规律，一个数学定律，或换句话说紧靠在一起的两个物体，它们的分界线一定是凹性的不连续。,现在用这个定律去理解分割的变化，在正看时,两阴影面之间的相交线,AB,是在凸处，所以这条线必然不会把两侧面分割开来；倒转后线段,AB,成为凹性不连续的线,它就成了把两个侧面分割开来。,（二）视觉识别的三种模型,1,、,模板模型,在记忆中贮存着大量的视觉表征模板，这些模板都已经被标记和命名。识别就是内部表征与模板相匹配的过程。该模型简单、明确。但是它不完善，主要缺点是：在物体识别中,要实现不变性的抽提，则不但每一个物体需要一个模板，而且这一个物体在每种不同的距离、朝向等都需要一个不同的模板。因而需要大量的甚至是无限多的模板。,2,、原型模型,多个相关刺激之间的相似性在识别中起了基本的作用。某一刺激总是一类刺激中的一员，原型定义为一类刺激的平均。某一具体的刺激既有它所属的那一类刺激的共同性质，又有它自身与原型的差别,即个性。,主要缺点是：对外界刺激究竟如何经过抽象,从而建立内部表征和原型的结构都缺少明确、具体的描述。,3,、,特征模型,在脑的内部，刺激被表征为一系列的特征。识别要经过,4,个阶段，在每个阶段都有相应的精灵，它们是图象、特征、认知和决策精灵。,图象精灵,把网膜象转化成初级内部表征。,特征精灵,搜索包含在初步表征中的特征。,认知精灵,专门搜索某些特定的特征。,决策精灵,比较认知精灵的活动水平,并依此作出最后决定。特征检测模型灵活、有效、无需占用太多的记忆容量、对识别过程有更明确的描述，它还得到一些生理学和心理学实验的支持。然而它也有缺陷，主要问题：实验所发现的选择反应细胞并不完全符合检测器的理论标准。它不能解释内容优势效应。,（三）视觉刺激的分类反应,高等动物的大多数分类功能,是通过学习建立的。猴子可以学会区分动物与非动物、食物与非食物、树木与非树木等。这些知觉分类的神经机制可能在,IT,和,PFC,，因为这两个脑区的神经元对图形敏感，并在很多视觉引导的行为中起重要作用。,分类反应实验,通过计算机,3,维系统，以,3,种猫科动物和,3,种犬科动物作为原型，把这些原型进行所有可能的线性合成。通过组合不同量的“猫”“狗”，就可以连续地改变原型，和清楚地定义种类的边界。这样得到了,100%,、,80%,和,60%,的“猫”和“狗”，这里的,60%,的猫与,60%,的狗是很相似的，因为它们有,80%,（,40%,猫,40%,狗）是相同的。而,60%,狗与,100%,狗却只有,60%,相似。（但这,60%,都是“狗”类特征。）,经过训练，,2,只猴子可以很快地完成这种猫狗分类的任务。在训练前，这两只猴子没有接触和看过猫与狗，所以其分类能力可能是通过训练学习获得的。,三、,选择性注意和视觉忽略症（一）选择性注意,1,、注意,大脑有选择地处理不同的信息，这就是注意的主要功能。特点是节约和高效。,2,、注意研究中的,难点,人的心理注意中心一般与视网膜的中央凹一致。这就难以把注意对实验结果的影响与中央凹的作用相区别。,3,、,Posner,的,方法,如下：视觉刺激是一个短暂的闪光，被随机地呈现在视野的左侧或右侧的不同位置，要求被试眼睛始终盯住视野中心的注视点，并在看到闪光后，不论其位置，都迅速作出反应。关键是刺激之前有一个提示信号，提示有,3,类：有效的，如一个指向左侧的箭头，它提示刺激将以的概率呈现在左侧；无效的，如指向左侧的箭头，之后的刺激却出现在右侧；中性的，如双向箭头。,4,、注意研究中的发现,实验结果：有效提示时的反应时间是最短，无效提示最长，中性则居中。在这三种条件下刺激是相同的，并且都作用于相同的视网膜区域。因此反应时间的差别，就反映了注意的作用,如在注意集中的区域内的信号的检测被加速,被易化。,发现,：内源提示和外源提示是有区别的。所谓内源提示就是呈现在视野中央的一种符号,不同的符号表示目标刺激将出现在不同的位置,如上面的箭头。外源提示又称外周提示,外周提示是以提示本身的位置表示目标将出现的位置。,注意分布的空间结构是另一个重要的问题。,Stroop,效应,1935,年美国人,Stroop,发现：命名书写色字“绿”所用的红色色块和直接用绿色色块时，前者的命名时间要比后者长得多。这个实验发现了颜色和词义相互干扰现象。,结果：注意具有选择性，并且人对颜色和文字的注意是不对称的。,规律：文字对颜色的干扰较大；而颜色对文字的干扰较小。,绿,+,红,+,绿,红,（二）,视觉忽略症,大脑后部的顶叶，特别是右侧顶叶的损伤,时常会导致一种称为半侧空间忽略,(neglect),的病症。,在读书时，这类病人也会遇到困难。因为,他们似乎只能看见书右侧的字词，更有甚者，连单词也会念错，比如：把,CAGE,念成,AGE,。但更多的错误是替代性错误，如把,PEACH,念成,BEACH,。,（三）注意的控制及神经机制,1,、“鸡尾酒会现象”,在聚会上发生的与注意有关的现象。聚会上总是有很多的人，大家俩俩三三的交谈，非常热闹。在这种声音嘈杂的环境中（存在大量的干扰），你依然可以和一两位朋友交谈，即可以把注意集中在，此刻与你交谈的朋友的对话，似乎听不到别人的谈话。但是，如果有人说到你的名字，你就可能听到，而把注意转向谈论你的方向。这反映了注意控制的两个基本的方面：（,1,）,人们可以集中注意于，与当前任务或目的有关的信息，排除其它的干扰。（,2,）,当出现与自己密切关系的其它信号时，特别是提示危险的信号，人们的注意，可以及时地从当前的任务中撤离，而迅速地转向可能有重要意义的新的信号。,（续）,2,、注意是由两个相对分离的神经系统控制。自上而下的控制系统包括，背侧顶叶和背侧额叶的部分皮层，这一系统也随着刺激的探测而调整。从底向上的系统，包括颞顶交界处的皮层和腹侧前额叶，并且主要位于,右半球,。,（四）注意功能系统中的局限,1,、神经系统处理的能力是有限的,限制了所注意到的事物和位置的数量。被选择的事物得到加强,这是注意的“光明面”。然而，注意集中于一处是需要代价的，也就是说，对没有注意到的事物,会产生“功能性失明”,即注意的“黑暗面”或局限性。,2,、由于非注意而造成的知觉缺失：,其中有,3,个是最常见的现象：,（,1,）,非注意盲,（,2,）变化盲,（,3,）注意眨眼,（续）,（,1,）,非注意盲,当被试没有注意到次要事物的时候，非注意盲就发生了。例如当被试正在做某一项视觉任务时，他就不会注意到屏幕上另一个闪烁的点。,（,2,）变化盲,没有注意到事物出现发生的改变，比如事物的特征或位置的变化。同样，当被试没有预期有改变发生时，变化盲也很容易出现。例如，变化出现在一个短暂的中断之中，比如工人扛着门从两个对话者之间走过，也有超过半数的对话者，没有注意到与之对话的那个人的特征的改变。,（,3,）注意眨眼,当把被试的注意负担增加到极限的时候，被试的注意也会“失明”，这就是注意眨眼。,四、学习和记忆,（一）学习,学习是人的智能的最重要的组成部分,是适应不断变化的环境的根本能力。,操作式条件反射是一种学习，它与经典条件反射不同，它一定要求被实验的人或动物对刺激作出某种反应，只有在被试作出所需要的反应时，某种特定的结果就会产生。杂技团里就是用操作式条件反射来训练动物。,（二）记忆,记忆,是过去经验在人脑中的反映。先有“记”再有“忆”。,从信息加工的观点解释：记忆是对输入信息的编码、存储，以后在一定条件下提取的过程。,记忆按保持时间分可以为三类：感觉记忆、短期记忆、长期记忆。,短期记忆,短期记忆,与感觉记忆很不相同，人不但可以清楚地意识到短期记忆中的内容，还能够通过不断地复述使它们保持很长的时间。短期记忆接受感觉记忆的输入，它还可以调用长期记忆中的信息，以完成多种信息加工的任务。因此，有人称它为,工作记忆,。它的功能是同时记忆和加工信息,因此它与其它的认知功能（如阅读、学习、推理）密切相关。,一种与记忆有关的蛋白质,人们常常会想：人的大脑到底被利用了百分之多少？美国科学家的一项最新研究确定了大脑分配细胞进行编码和记忆存储的关键机制,一种名为,CREB,的蛋白。在这种蛋白影响下，人类中脑只有,20%,的神经细胞用于形成记忆。该研究成果为治疗,阿尔海默症,等脑部疾病开辟了新的道路。相关论文发表在,2007,年,4,月,20,日,的,科学,杂志上。,(,Alzheimers disease,一种进行性早老性痴呆，主要是由于大脑潜在的神经病变与神经化学变化，引起,认知,功能逐渐退化，记忆力、学习能力、注意力和判断力下降，时空走向出现问题，沟通困难，个人卫生自理能力下降，社会性行为不恰当，,人格,发生改变。,),Sperling,效应,根据记忆的保持时间，记忆分为：长期记忆，短期记忆，感觉记忆。,感觉记忆,是为记忆的进一步加工提供额外的时间和可能。包括：图像记忆和声像记忆。,实验,：被试看,3,行每行,3,个字母，共,9,个字母，时间,50ms,，