心理科学进展 2008，16（3）：446~452 Advances in Psychological Science
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心算的加工机制：来自认知神经科学的研究*
刘 昌 王翠艳
（南京师范大学教育科学学院暨认知神经科学实验室，南京 210097）
摘 要 心算加工分编码（表征）、运算（或提取）和反应三个阶段，这三个阶段相互影响。不同输入形式的数字表征在顶叶的不同区域完成。算术知识提取主要与左脑顶内沟有关，但当心算变得更复杂时而需要具体运算时，左脑额叶下部出现明显激活。所有与心算有关的脑区涉及大脑前额皮层和颞顶枕联合皮层的综合作用，并总体表现为左脑优势，但估算、珠心算以及某些具有特殊心算能力的人的心算还依赖视空间表征，这与右脑额顶区和楔前叶的活动有关。 关键词 心算，珠心算，认知神经科学。 分类号 B845
心算（mental arithmetic or calculation ）指在没有外界工具（如纸笔、计算器等）的帮助下所进行的算术操作活动。作为日常生活中一种重要的思维活动和技能，心算已经成为心理学家们高度关注的研究主题。1972年，Groen 和Parkman 首次从认知心理学角度探讨心算的认知加工机制[1]；1985年，Roland 和Friberg 首次从神经影像学角度探讨心算的神经活动机制[2]。最近10年更是心算研究的蓬勃发展时期。我们曾先后两次分别对心算的认知加工机制和心算的神经活动机制进行过评述[3,4]。在以前评述的基础上，本文将从认知心理学和神经科学相结合的角度评述心算研究的一些新进展，同时梳理以前评述中所未涉及的一些重要方面，以此对心算有一个更系统的认识。
1 心算的加工环节
心算涉及一系列的认知加工环节。一般认为心算的加工环节主要包括三个部分：编码（表征）、运算（或提取）和反应（给出答案）[5]。首先是编码阶段，即要将外部刺激转化为适当的内部表征，然后是算术知识的提取或算术运算加工阶段。一般来说，对于一些简单的心算，如9+6、3×5等，我们可以很快脱口说出答案，因为在不断的运用过程中，一些简单的算术问题已经和它的答案结合在一起，当被试看到问题时会自动提取答案，并不需要使用
收稿日期：2007-12-31
*
高等学校全国优秀博士学位论文专项资金（200006）资助。
通讯作者：刘昌，E-mail ：cglew@https://www.doczj.com/doc/df7987390.html,
任何形式的运算规则。但对于434-87、26×38这样需要进位或借位的复杂心算，如果我们并没有记住它的现成答案，那只能通过一定的运算程序进行计算才能得到答案。这个过程不仅有提取，还有运算加工。心算的第三个加工环节就是给出答案并做出反应。
1.1 心算的编码加工
在编码阶段，刺激可以有多种输入形式。从输入通道看，有视觉的方式，有听觉的方式；从输入语言形式看，有阿拉伯数字的输入方式，有各种言语（汉语、英语等）的输入方式。不同刺激的内部表征只有一个还是多个，不同的理论有不同的解释。抽象代码模型（abstract code model ）[6]认为阿拉伯数字、言语数字等不同输入都转化为同一个抽象的、语义数量表征，这一表征参与完成随后的运算操作。三重代码模型（triple code model ）[7]则认为根据任务性质的不同，表征方式可以有多种，比如听觉的言语编码专门负责书写的或口语的言语输入、输出以及记忆中简单加法和乘法知识的提取。视觉的阿拉伯数字形式则是参与了阿拉伯数字的输入、输出和多位数运算。近似的数量表征支持近似的运算、估算和数字比较等任务。编码复杂性模型（encoding complex model ）[8]也认为表征不止一个，并且每一种表征可以参与多个认知过程，即不特异于某类任务，这是与三重代码模型不同的地方。多个表征的存在得到了很多行为和神经成像研究证明。Dehaene 等[9]认为，大脑顶叶主要负责数字加工。在具体分工上，双侧顶内沟的水平段（the bilateral horizontal
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segment of the intraparietal sulcus，HIPS）主要负责数量表征，位于HIPS后下部的左侧角回主要参与言语形式的数字表征，双侧顶叶的后上部（posterior superior parietal lobule）则主要负责视空间注意以及运动反应等。因此，数字加工贯穿多个认知过程、并通过多个脑区共同完成的（详见下文）。
上述心算的三个加工环节是相互独立的，还是相互作用的呢？如果是独立的，那么各阶段的操作是互不影响的。编码阶段完成后，提取或运算阶段就会依顺序进行，不受编码阶段的影响。如果是相互作用的，那么编码阶段的加工会直接影响后面的提取或运算。如上所述，抽象编码模型认为，不同的刺激都会转化为同一个内部表征来完成后面的加工，因此编码阶段的加工不会对随后的加工产生影响。尽管三重代码模型承认多个表征的存在，但认为一旦输入被转化为适当的内部表征，加工就以独立于输入的同一方式进行。因此，与抽象编码模型类似，三重代码模型也认为心算加工的各子系统仍旧是顺序的、相互独立进行的，编码和后面的运算操作并没有相互作用。只有编码复杂性模型认为心算的各个加工阶段不是机械的，相互独立的依次进行，而是相互作用，相互影响的。这比较符合大脑复杂、高效的加工模式，同时也得到了大量行为研究的证明。Noel等[10]用罗马数字和阿拉伯数字呈现乘法问题以考察不同输入形式对心算过程的影响，作为比较，他们还设计了数字比较任务，用于估计言语数字和阿拉伯数字的编码时间。在比较任务中，他们先给被试呈现两组一定数量的圆点，然后出现阿拉伯数字对或言语数字对，被试通过按键判断这些数字是否与之前呈现的圆点数量一致。实验记录了同一任务在两种输入条件下反应时，并计算出二者的差异。结果显示乘法任务中，言语反应时是阿拉伯数字反应时的2.5倍，两者相差335ms。相比之下，比较任务中言语数字的反应时仅比阿拉伯数字长140ms。这样，言语乘法中近200ms的反应时是不能用编码阶段的耗时差异来解释的，研究认为数字输入方式的不同不仅影响心算的编码阶段，而且还影响随后的心理操作。采用类似上述范式，Campbell等[11~14]进行了一系列的行为研究，结果都倾向证明不同的输入形式不只影响心算的编码阶段，同时也会影响随后加工阶段。但这方面的认知神经科学证据却很少。我们运用脑事件相关电位技术和行为实验相结合的方式，发现不同的输入形式不仅影响编码阶段，同时也影响心算的提取过程，表明心算的输入、编码、提取等阶段并不是相互独立的依次进行，为编码复杂性模型提供了直接的证据*。
1.2 心算中的提取和运算加工
前已述，对于一些简单的心算，如9+6、3×5等，人们一般直接从自己的长时记忆库直接提取现成的答案。但对于434-87、26×38这样的复杂心算，一般需要通过一定的运算程序进行计算才能得到答案，这个过程不仅有提取，还有运算加工。已有一些研究采用正电子发射断层扫描（PET）或功能磁共振成像（fMRI）等神经影像技术对心算活动中这两种加工方式的脑生理活动进行了观察。Hayashi等[15]运用PET技术研究考察了连续减法（100连减9）和背诵乘法表两种心算过程的脑区，结果显示两种心算活动所依赖的脑区除部分交叠外，还出现了分离。进行连续减法时前额皮层明显激活，但在背诵乘法表时并没有激活，背诵乘法时激活了基底神经节的一些区域。Kazui等[16]类似研究发现，当背诵九九乘法表（即直接提取算术答案）时，左脑顶内沟、前运动区、辅助运动区以及额下回激活；当进行连续减法运算时，除这些脑区激活外，右脑顶区和两侧前额区也激活。所有被试左脑的顶内沟激活最为强烈。他们推测，有关九九乘法表的记忆储存在左脑顶内沟，而对这些知识的利用则由前运动区、辅助运动区以及额下回等位于额叶的脑区完成。在连续减法中，右脑顶区和两侧前额区与实际的计算活动有关。
与可以从长时记忆库中直接提取答案的简单问题相比，复杂的心算问题还需要除了提取以外的加工，比如一些基本算式规则的运用，如进位、借位以及加工过程的分解、中间结果的保持等，这需要借助工作记忆的参与才能完成。Logie等[17]采用双任务（dual task）实验范式证明了工作记忆在心算中的作用。研究发现，干扰工作记忆的中央执行成分和语音环均对心算成绩产生明显影响。这一结果提示工作记忆的中央执行成分和语音环在心算活动中发挥了作用。一些研究显示心算复杂性相关脑区主要位于额叶、顶叶和中央区[18,19]，而这些区域与工作记忆的关系密切。Kong等[20]发现随着问题难度的增
*王翠艳, 刘昌. 不同输入形式影响心算活动的脑事件相关电位研究. 2008, 待发表
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加，左侧顶内沟和左侧额下回和双侧扣带回出现明显激活，并且双侧的扣带回特异于借位和进位操作，而扣带回与工作记忆的执行功能关系密切。Gurber 等[21]认为顶叶背外侧的角回、顶叶内侧的后扣带回、楔前叶是参与心算的专一脑区，若心算变得更复杂而需要应用一些计算规则时，左脑额叶下部出现明显激活，而该脑区与语言和工作记忆关系密切。Zago 等[22,23]还进一步观察到类似32×24这样的复杂乘法活动中激活了负责视空间工作记忆的左侧顶额网络（parietal-frontal network）以及与视空间表征相关的双侧颞下回。由此可见，参与工作记忆的脑区与参与心算加工的额叶和顶叶等脑区存在相当大的重叠，表明心算与工作记忆存在密切联系，然而这方面的直接研究证据甚少。我们利用fMRI技术*，采用Logie等使用的双任务实验范式直接研究了干扰工作记忆的中央执行成分时心算加工的脑活动特点。相对于简单乘法的算术知识提取活动（如3×8），复杂乘法运算（如43×9）激活了双侧辅助运动区、双侧额中回以及双侧沿顶内沟区。当进行乘法运算时干扰中央执行成分，双侧辅助运动区和左侧额中回的激活增强，而双侧沿顶内沟区的激活显著且弱于无干扰时的激活；同样，当进行简单乘法知识提取时，干扰中央执行成分对双侧沿顶内沟区的激活没有任何影响。顶内沟区的这种变化表明顶内沟是数字加工的特异性脑区，而前者双侧辅助运动区和左侧额中回的激活增强表明这些脑区可能是工作记忆与心算的共同活动区域，并意味着复杂运算依赖工作记忆的中央执行功能。该研究首次从顶叶和额叶这两个最重要的心算脑区中成功分离出与工作记忆和数字加工相关的脑区。
综上所述，简单心算问题的解决主要是从长时记忆中直接提取出答案，主要激活顶内沟以及语言环路相关的角回等脑区，而对于复杂的心算问题，则需要工作记忆的参与，主要激活左脑的额叶下部以及右脑负责视空间表征的区域。
2 不同运算方式之间的差异
2.1 四种基本运算之间的差异
加、减、乘、除无论在日常生活还是在学校教育中都是最基本的运算。在学校里，儿童总是先学习加减法，并通过计数、凑整以及竖式等程序策略
*Liu C, Shen L, Weng X. Mental multiplication and the central executive component of working memory: A dual-task fMRI study. Manuscript to be published, 2008来获得相应知识，而通过背诵乘法表来掌握乘法，进而学习除法。那么，这四种运算过程及其神经基础是否也有所不同呢？大量的神经心理学研究显示，各种运算方式会选择性地受到影响。例如，割裂脑患者JW（连接大脑两半球的胼胝体被切除）的右半球在完成加法和减法任务时，成绩在随机水平之上，乘法和除法的成绩却只有随机水平，而左半球完成各种任务相对都比较好[24]；另有病人减法和除法运算严重受损，但加法和乘法相对完好[25]；其他或减法比乘法受损更严重，或乘法则比减法更差[26]。神经心理学的研究发现似乎乘法和其他运算的差异较大[27]。在使用双任务范式的行为研究中，Lee 等发现语音环路的双任务影响乘法运算，而不影响减法运算。但是，视空间的双任务只影响减法，却不影响乘法[28]。这可能是由于减法和乘法运算拥有不同表征方式：乘法主要运用听觉的言语表征方式，因此受到语音环路次级任务的影响，而减法主要依赖视空间表征和与心理数字线相关的近似数量表征，因而视空间次级任务对其的影响比较大。这一结论得到的神经成像研究的证实。与减法相比，乘法运算主要激活了左脑外侧裂周围的语言区[29]。神经心理学的研究也显示，左脑外侧裂周围脑区受损的被试的乘法和除法能力也严重不足，却相对保留了加法和减法运算[30]。只有乘法依赖语言相关的脑区，还是以直接提取来获取答案的运算都依赖语言相关的脑区？如前所述，数字知识的直接提取，不管是那种运算都会激活语言相关的脑区。所以不能简单地认为，只有乘法（或除法）依赖语言环路。当然，也不能认为乘法就一定只依赖言语表征。Zago 等[22]发现在26×38这样的复杂乘法活动中两侧颞下回被明显激活，以往的大量研究已得到明确结论，颞下回的活动与视觉信息的加工有密切关系。这意味着，复杂的乘法心算活动也存在视觉空间表征，而不单独依赖言语表征。因此在比较各种运算方式之间的神经基础时，应该将提取和运算分开，即将简单的可以直接提取出答案的问题与复杂的运算分开，否则将无法区分运算类型和运算方式之间的差异。
基于此，在控制了任务难度的基础上，Kawashima等[31]的fMRI研究发现，一位数简单加法、减法和乘法都激活了左侧额中回、双侧颞下回、双侧枕叶外侧和顶内沟区，但只有加法和减法激活右侧额区。Kong等[20]则比较了实际运算的加法和减法
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的神经基础，他们发现加法所激活的脑区在减法时同样出现激活，除此之外，减法还激活了一些特异性的脑区，包括右侧顶下小叶、左侧楔前叶和左侧顶上小叶等。研究认为这是因为减法的掌握是在加法的基础上获得的，因此，加法和减法并不存在各自独立的加工区域，而是在一些共同神经基础之上有所不同[20]。这与Fehr等[19]研究一致，他们比较加、减、乘、除四种运算发现，所有的运算都激活了一些共同的脑区，比如右侧楔前叶、双侧额上、额中区，其他脑区则是特异性的，主要分布在枕叶和中央区。因此，各种运算方式的神经基础并不完全分离，而是以一些脑区为共同基础，不同运算方式又涉及不同的神经网络。总体上，各种运算方式之间的差异，目前的研究并不多，这也是以后心算研究的一个方向。
2.2 精算和估算
所谓精算（exact arithmetic）是指给出算术问题的准确答案，而估算（approximate arithmetic）则只需要给出近似的答案或从备选答案中选出最接近正确答案的选项。相对于前者，后者只需进行粗略的计算即可。对一些脑损伤病人的研究发现，这两种运算的脑区活动存在分离。左侧额叶皮层损伤的人不能进行精确的运算，但能比较好地完成数量比较、估算和感数的加工；而顶下小叶受损的病人正相反，可以较好的完成和提取有关的精确运算，但在需要对数量进行表征的任务中表现出缺陷[26,32]。一些土著人只掌握很少的言语数字，5以内的数字甚至不超过2个，研究发现，这些土著人只能在所掌握的言语数字范围内才可以完成精算，超出则不能较好地完成，但估算却不受影响。这进一步表明，精算主要依赖言语表征，而估算则较少依赖言语表征[33,34]。
功能神经影像的研究也发现这两种心算过程的脑激活模式有所不同。Dehaene等[35]利用fMRI研究发现，在精算活动中，左半球前额叶下部、前扣带回以及左右脑角回等脑区存在明显激活（其中以左半球前额叶下部激活最突出），这些脑区都是与语言功能有关的脑区；而在估算活动中，大脑左右两半球顶叶的顶内沟、中央前沟、左脑额上回、右脑楔叶、小脑左侧等脑区存在明显激活（其中以左右两侧的顶内沟激活最突出），这些脑区均与视觉空间信息加工有关，而与语言功能关系不大。进一步采用脑事件相关电位技术分析发现，精算和估算的脑活动差别在题目出现后的300ms之前已经出现。由于这种差异出现在备选答案呈现之前（备选答案在题目出现400ms后呈现），可以肯定上述脑活动差异是由两种不同的心算加工方式引起，而不是由于题目呈现之后再呈现备选答案时被试选择答案时所引起的。因此，精算活动依赖于特定的言语表征，主要在左半球前额叶下部脑区完成；估算活动依赖于数的视觉空间表征，主要在左右顶叶的顶内沟完成。
Venkatraman等[36]对英汉双语者的研究则提供了进一步的证明，他们训练被试使用两种语言完成精算和估算任务，其中一半被试以英语完成精算，以汉语完成估算。另一半则正相反，以英语完成估算，以汉语完成精算。最后考察完成两类任务时，从训练过的语言转换到另一种没有训练过的语言的脑区激活情况，即语言切换效应（language switching effects）的发生情况。实验预测，在精算过程中，如果数字知识的存储和提取依赖语言，那么就会发生语言切换效应，并且激活的脑区该与言语加工的脑区一致。在估算任务中，激活的区域不会是言语相关的网络，而可能是参与近似数量表征的一些脑区，但也会出现语言切换效应，因为大脑必须对新奇的刺激特征（使用没有训练过的语言）转换成相应的语义表征（类似使用过的语言）。研究证实了上述预测，在精算任务中，在左侧额下回、左侧顶下小叶以及角回等言语相关区域发现了语言切换效应。而在估算任务中，语言切换效应仅发生在双侧顶内沟的后部以及背侧的额叶皮层。可见，精算更多运用言语表征，主要激活大脑左半球的额顶区域和语言相关的神经网络，而估算加工则更多涉及近似数量表征和空间表征，主要激活双侧的顶内沟。
2.3 珠心算与普通心算
珠心算是传统的珠算和心算相结合的产物，即把抽象的数字变成直观的盘珠影像，并在头脑中进行类似于在算盘上的心算。与普通的心算相比，珠心算者运用特殊的运算法则，经过长时间的训练形成了特殊的数字结构以及编码、提取等信息加工方式。珠心算在完成复杂的心算问题时，速度快，准确率高。一些行为研究表明珠算能手的数字记忆能力要超过常人，在完成任务时容易受到视觉—空间干扰任务的影响，这表明珠心算者可能是运用形象的“心理算盘”这一特殊方式来加工数字信息的[37]。Hishitani等[38]的研究证明了这一点。他们以两种听
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觉的方式呈现给珠算能手和普通被试一定数量的数字，一种采用分离的形式，即3456数字串以3、4、5、6这样单独数字依次呈现，另一种是整体的形式，即3456以“三千四百五十六”的读法呈现，然后出现探测指示，指导被试回忆相应位置的数字。结果珠算能手在两种呈现方式间没有差异，而非珠算者的差异却十分明显；普通被试的反应时随着探测位置的增加而增加，而在想象能力之内，珠算者的反应时却没有增加，在超出想象能力之外，珠算能手的反应时也增长，但不如普通被试的明显，并且，想象能力越小，反应时的波动越大。这些结果证实了前面的观点，珠算能手能立即将数字串转化为心理算盘，进行形象加工，这样他们就可以根据内部的算盘形象直接进入探测位置，反应时也大大缩短，而普通被试只能通过言语编码，进而进行系列加工，反应时也就会随探测位置的增加而增加。因此，经过珠算技能训练的人具有与普通人不同的数字加工模式，前者更多利用了是空间的信息表征方式。
神经机制的研究也证明了这一点。Tanaka等[39]以延迟样本匹配任务（delayed match to sample task）范式考察数字记忆，即判断某一探测数字在之刺激呈现之前是否出现过。非珠算者完成上述任务主要激活的是包括Broca区在内言语工作记忆脑区，而珠算能手激活双侧额上沟（bilateral superior frontal sulcus）和顶上小叶（superior parietal lobule）这些视空间工作记忆所依赖的脑区。Hanakawa等[40]采用三种心理操作任务：心算、空间和言语任务，这些任务都需要被试不断地根据刺激来更新心理表征。每个任务都由启动刺激（prime stimulus）和指示刺激（instruction stimulus）组成。在数字任务中，两类刺激都是阿拉伯数字，被试的任务是将呈现的阿拉伯数字全部相加并报告最后的结果。在空间任务中，启动刺激是由9个正方形组成的一个格子，当中有一标记；指示刺激是一个或一对箭头，被试需要根据箭头的指示来移动标记的位置。在言语任务中，启动刺激是代表星期的日本汉字，指示刺激是阿拉伯数字，被试需要根据指示对星期数进行转化，比如“2”代表在原有的星期数上增加两天。研究发现在完成空间和言语任务时，两组激活脑区差异不大。在完成心算任务时控制组（普通被试）和专长组（珠心算能手）激活了一些共同的脑区，包括中央前沟上部、顶内沟、顶叶后部、梭状回和小脑等，但是专长组这些脑区都是双侧激活，而非珠算者则偏向左半球，除此之外，珠算者的楔前叶还出现了明显的激活。而楔前叶和右半球的额顶区域则反映的是视空间和视觉运动表象加工。可见，珠心算者主要是利用是空间策略来进行心算加工的。只在控制组出现激活的脑区有前额叶、Broca区、前扣带回皮层以及前辅助运动区（presupplementary motor area）和外侧顶叶等。这些区域的激活表明控制组可能主要运用言语相关策略来完成任务的。Chen等[41]在比较珠算能手和普通被试在完成默读（一位或两位的阿拉伯数字）、一位数和两位数心算加法时的脑区差异时，发现珠心算者在完成心算任务时出现了右侧背外侧前运动区（视觉运动表象加工）和双侧顶叶和额叶网络（视空间加工）的激活。普通被试由于缺乏有效的策略，需要更多地依赖执行功能的参与来进行费时的系列加工，所涉及的脑区更多，且主要激活左侧额下皮层。可见，珠心算者与普通心算者在数字加工方面的确存在者差异，前者更多依赖右脑加工。除了珠心算者具有超越一般人的心算能力，非珠心算者中也有心算天才，他们也能在很短的时间内基本准确地完成在一般人看来相当复杂的算术题。Pesenti等人[42]的研究报告了一个叫Gamm的心算天才的案例。他在两位数的乘法、正弦、除法的计算方面表现出与众不同的能力。他能很快地准确说出象995、539、sin287这样题目的结果，另外对某些更复杂题目，如973487的平方根，计算结果与正确答案也十分接近。Gamm有意识的训练获得了这样非凡的心算能力。行为研究发现，Gamm具备良好的短时记忆、情景记忆和语义记忆（如有关计算算法的知识）能力。神经成像的研究发现，一般心算者在心算时大脑左右两半球均有激活，但总体上都表现为左脑优势。所有心算者的两侧缘上回、顶内沟、枕叶、额下沟，以及左脑颞枕联合区、额中回均有激活。但是，Gamm还存在一些独有的激活脑区，其右脑颞枕联合区、额叶内侧、旁海马回、前扣带回上部，以及左脑中央旁小叶这5个脑区激活，而在一般心算者中这5个区恰表现为去激活。这几个脑区活动基本上都与情景记忆活动有关，它们负责情景记忆信息的编码和提取。Gamm在事后的内省报告中也说自己通过视觉表象对数字信息进行编码和提取。该个案表明，心算天才者表现得与众不同确实与一些特定的脑区活动有关，这些特定的脑区活动能够将费时费力的以短时记忆为中介的加工方式转化为直接高效的情景记忆
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编码和提取，自动运用合适的计算算法，同时监控
这一计算过程。这一系列过程与如上所述的右脑特
定脑区有关。从心理活动方式来看，也表明存在长
时工作记忆（long-term working memory）方式，心
算天才通过这一方式直接以情景记忆的编码和提取
策略准确高效地完成了一般人难以企及的复杂心算
题目。
综上所述，珠算能手与一般心算天才既有相似
的地方，也分别具有各自的特点。两者都很少依赖
容量有限的短时记忆，而是运用特定的视觉表象从
长时记忆中对数字信息进行编码和提取。所不同的是，珠心算者的特定表象来自“心理算盘”，而一
般的心算天才则从丰富的情节记忆中建构适合自己
的特定视觉表象来帮助运算，两者都明显依赖大脑
右半球。
3 结语
到目前为止，有关心算活动的认知心理和神经
科学的研究结果可大致归纳为如下：心算加工分编
码（表征）、运算（提取）和反应产生三个阶段，这
三个阶段相互影响。不同输入形式的数字表征在顶
叶的不同区域完成。算术知识提取主要与左脑顶内
沟有关，但当心算变得更复杂时而需要具体运算时，左脑额叶下部出现明显激活。所有与心算有关的脑
区涉及大脑前额皮层和颞顶枕联合皮层的综合作用，并总体表现为左脑优势，但估算、珠心算以及
某些具有特殊心算能力的人的心算还依赖视空间表征，这与右脑额顶区和楔前叶的活动有关。总体上，各种运算方式都以一些共同的神经网络为基础，但
这些运算的加工方式又各有不同层面的侧重。对心
算加工机制的进一步揭示有赖于更巧妙完善的实验
设计、多个不同侧面（行为研究、影像学、神经心
理等）的综合研究和研究者的长期不懈努力。
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Mental Calculation: Studies from Cognitive Neuroscience
LIU Chang, WANG Cui-Yan
(Lab of Cognitive Neuroscience and School of Educational Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China)
Abstract: Mental calculation is complex cognitive procedure, which includes three tightly related processing stages: converting the stimulus into the appropriate internal codes, retrieving or calculating the answer, and producing the answer. Different numbers in different input formats are represented in different areas of the parietal lobe. The left intraparietal sulcus is mainly involved in arithmetic facts retrieval, moreover, and the left inferior frontal lobe is additionally involved in actual computation when mental arithmetic problems become more difficult. While the prefrontal cortex and the occipito-temporo-parietal regions are generally involved in mental arithmetic, predominant activation is typically found in the left hemisphere. It is also shown that approximate arithmetic, abacus mental calculation and mental calculation in a prodigy are more dependent on visual-spatial representation, involving the right prefrontal cortex and precuneus.
Key words: mental calculation, abacus mental calculation, cognitive neuroscience.
1、认知科学——是研究智能实体与其环境相互作用园里的科学。 2、智能实体——是人类、动物和智能机的泛称。 3、研究人类智能的科学有心理学、心里语言学；研究动物智能的有动物心理学 和比较心理学；研究机器智能的科学有计算机科学，特别是人工智能学以及人工神经网络的研究。 4、神经科学是一大类学科的总称，这些学科均以“分析神经系统的结构和功能， 揭示各种神经活动的基本规律，在各个水平上阐明其机制，以及预防、诊治神经和精神疾病患”为自己的基本研究内容，包括神经生理学、神经解剖学、神经胚胎学。。P2。。。等。这些学科彼此渗透，互相支持，新技术、新概念层出不穷，日新月异，构成当代生物医学发展的前沿学科之一。 5、《人治神经科学》一书的主要思想就是阐明组成脑的分子和细胞如何以其可 塑性参与脑结构与功能系统的形成，进而通过结构与功能系统映射的进化，逐渐出现了人类的意识和多层次的精神活动。 6、人治神经科学的基本理论： （1）物理符号论、信息加工学说和特征检测理论 （2）联结理论、并行分布处理和群编码理论 （3）模块论或动功能系统论 （4）基于环境的生态现实理论：认知科学家们一直把认知过程堪称是发生在每个人头脑或智能系统内部的信息加工过程。而环境作用的观点则 认为认知决定于环境，发生在个体与环境交互作用之中，而不是简单 发生在每个人的头脑之中。 （5）机能定位论：试图为每一种高级功能在脑内找到一个中枢，或一种特意的细胞。到20世纪80年代前后，曾以半讽刺的方式，否定了祖母 细胞是识别熟悉面孔的特意细胞。 7、认知神经科学方法包括两大类互补的研究方法：一类是无创性脑功能（认知） 成像技术；另一类是清醒动物认知生理心理学研究方法。前一类方法中又分为脑代谢功能成像和生理功能成像两种；后一类方法中包括单细胞记录、多细胞记录、多维（阵列）电极记录法和其他生理心理学方法（手术法、冷却法、药物法等）。
2018年北京师范大学认知神经科学考研经验 其实做任何一件事情，都需要有一定的原因，尤其是对于考研这件事情，身边的同学可能不全都需要拼命学习的时候，更需要你的强大意志来坚持和自我鼓励。对我来说，我中考成绩很好所以上了一所重点高中，到高考的成绩却不太理想，没能考到梦寐以求的大学，所以上了大学一直觉得很遗憾，但人生必须向前看，很快我就恢复了心情，想着用四年的努力考取研究生继续圆我的梦想，这是我的动力之一。其次，现在的大学本科生越来越多，人们的受教育程度普遍越来越高，大学毕业以后工作的寻找很大程度上会有限制，所以我希望提高自身的文化水平，让自己有权利有能力去选择做什么样的工作，过什么样的生活，而不是让单位企业和社会生活挑选你，想把自主权掌握在自己手中，这是我的动力之二。最后，作为一个标准的理科生，沉浸在做题运算中太多年了，对知识的探索和渴求让我想继续深一步地走下去，大学四年的数学专业，最后选择了心理学，因为一直以来的兴趣，也因为想利用四年的数学知识解决心理学中认知问题，需要用到统计测量，计算机语言，我都有一定的优势，所以跨专业并不能阻断我的前进，求知欲，这是我的动力之三。 我大三上半学期决定了跨考心理学，从大三下班学期就开始准备考研，因为是跨考，所以买了专业课的书以后还并不是很了解究竟应该如何学好这个对于我这个理科生来说有些偏文的心理学，后来就在网上各种查阅，向同学各种咨询，多番对比以后决定报勤思辅导班，跟着老师一起学习，跟着同学们一起努力，这样最起码在跨考的路上并不觉得那么孤独了，觉得最起码有人和你一起奋斗，有人关心你的进度和成绩，后来老师和学姐也都给了很多建议，越来越了解以后，就开始着手复习，复习了一学期，把心理学统考的基本知识框架熟悉了，后来学期结束我发现三年没有白努力，我的成绩排名很靠前，所以暑假报名参加了北师大和华东师大的夏令营，但最后可能由于心理学专业课的知识不是很牢固都没有成功通过，回来以后我就开始系统的一本书一本书的背诵理解，然后每天心理学，英语，政治轮流学习，学习了一个暑假。九月份开学后，我拿到了学校的推免资格，由于北师的推免考试最早，所以最先去了，果然没有辜负我整个暑假的学习，推免考试顺利通过，虽然华东师大也给我了去复试的机会，但由于离家太远而且认为排名不如北师靠前，就放弃了华东选择了北师。 公共课的英语和政治，我认为英语是一个长期积累的过程，从决定考研以后，大三下学期开始，最好就每天做阅读练听力背单词，多培养自己的语感和意识，而且贵在坚持，单词量一定要上去，不然很难在短时间内读懂文章听懂文章，逐渐增加阅读量和缩减时间，如果认为自己的英语基础实在太差，可以报班学习。至于政治，可以从暑假开始看书，先了解政治的考点和思维脉络，主要的大事件和思想体系，把书全都看过以后，再开始根据考点去有目的地背诵，政治我认为报班还是很有用处的。专业课的学习，本专业的同学你们肯定有自己的学习方法而且要比我的好，我只能说对于非专业的同学，需要先把所有的课本通读一遍，了解所有的知识体系，然后再根据考点去进行横向和纵向的对比记忆和理解，再去做题，多巩固，多重复!
附件二： 湖北大学教育学院推荐评审教授综合材料一览表 推荐部门（公章）2010年3月21日 姓名邓晓红性 别 女 出生 年月 1967．9 高校 教龄 7年党政兼职系主任 现任专业技术职务 及任职时间 副教授（2005.9） 4.5年 原学历学位及毕业时间、学校、专业1990年6月在同济医科大学本科毕业 医学学士学位，医疗专业 最后学历学位及毕业 时间、学校、专业 2003年6月在华中科技大学同济医学院博士毕业 神经病学博士学位，博士研究生学历 工作简历1990.6 - 1997.9：湖北省梨园医院住院医师、主治医师 1997.9 - 2003.6：华中科技大学同济医学院读硕、博 2003.9 – 2005.1：北京大学心理学系国内访问学者 2005.1至今：湖北大学教育学院心理学系 计 算 机 年 度 级 别 成 绩 免 试 外 语 情 况 年 度 级 别 成 绩 免 试 考 核 等 次 2007 2008 2009 20 09 高 级 合 格 √ 优 秀 合 格 优 秀 进 修情况2003.9 - 2005.1：北京大学心理学系国内访问学者 进行认知神经科学研究 教学 奖励 情况 07-09年度湖北大学优秀教师标兵（同等条件下优先评审条件） 2004年湖北大学首届青年教师优秀科研工作者 任现职至今每学期教学质量评价全部为优秀 2009年湖北省优秀学士学位论文指导教师（2篇） 2008年湖北省优秀学士学位论文一等奖指导教师 2006年湖北省优秀学士学位论文二等奖指导教师 第九届全国多媒体课件大赛三等奖（排名第三） 主讲的《心理学》为省级精品课程（排名第三） 近年教学工作情况授课门数 6 主要 授课 名称 本科生：《认知心理学》、《生理心理学》、《心理学基础》 研究生：《认知神经科学方法》、《认知心理学研究》、 《医学与认知心理学专题》 是否 公共课 心理学基 础是公共 必修课 教学 质量 评价 优 秀 良好 一 般 较 差指导研究生数9 核定年教学工作量188 年均完成教学工作量461 √应完成全日制本专科教学工作量333 实际完成工作量1533．4 任现职以来科教研情况科 教 研 项 目 项目名称、来源、时间本人承担的具体任务及排序 授奖或签定部门及获奖 级别、鉴定结论 1.《右侧颞顶联合区在注意瞬脱中的门控作用：fMRI、ERP和TMS研究》 2009年国家自然科学基金面上项目（合作项目） 2.《不同亚型强迫症反应抑制缺陷的研究》 2007年度湖北省教育厅科学技术研究项目 3.《强迫症患者抑制能力的事件相关电位研究》 2009年人的发展与心理健康湖北省重点实验室开放课题 4.《武汉地区本科毕业生择业焦虑与心理健康及自杀意念的关系》 2009年湖北省教育科学“十一五”规划课题重点项目 5.《强迫症患者的冲突监测处理系统功能研究》 2009年湖北省教育厅人文社会科学研究项目 6.《强迫症执行功能障碍的研究》 2004~2006年湖北大学自然科学基金项目 第二主持人经费5万 主持经费2.5万 主持经费1.2万 (另0.8万2010年划拨) 主持经费0.3万 主持经费0.3万 主持经费0.6万 在研 已结题 在研 在研 在研 已结题 著作、论文名称（作者序、刊物、时间、出版社、书刊号） 代 表 作 1．《强迫症患者反应抑制缺陷及注意的调节作用》. 第一作者.心理科学, 2006,29(5): 1203-1205 (重要核心) 其 它 著 作 论 文 2.《注意瞬脱的暂时性失控理论》.第一作者.心理科学, 2008, 3: 751-753 (重要核心) 3.《注意瞬脱神经机制的研究》. 第一作者.心理科学, 2006, 29(2): 508-510 (重要核心) 4．国家自然科学基金面上项目第二主持人(重要核心1篇） 5．指导学生获2008年湖北省优秀学士学位论文一等奖1篇（重要核心1篇，普通期刊1篇） 6．指导学生获2006年湖北省优秀学士学位论文二等奖1篇（重要核心1篇） 7.《忽视症多感觉通道缺陷研究的新进展》. 独撰. 中国临床心理学杂志, 2006, 14(1): 109-110 ( CSSCI期刊 ) 8. 参编《心理学导论》第三章（教材）.2006年2月.湖北人民出版社 9.《阈上及阈下情绪线索条件下的返回抑制容量》. 湖北省暨武汉心理学会2008年学术年会会议交流。 10.指导的《情绪面孔对注意范围的调节作用》获2009年湖北省优秀学士学位论文（一等奖申报）（普通期刊） 11.指导的《阈下情绪对空间注意定向的影响》获2009年湖北省优秀学士学位论文（二等奖申报）（普通期刊） 12．《阈上和阈下不同情绪线索对返回抑制的影响》.第一作者.心理学报,2010,3:1~9（2010年3月出刊，2009年9月录用）(权威期刊) 13.《单侧空间忽视的类型及发生机制》.第一作者.中外医疗,2010,6: 21~22（已出刊,2009.12录用） 14.《情绪效价对注意范围的影响》.第一作者.科技创新导报,2010,5: 243~245（已出刊,2009.11录用） 15.《阈下情绪面孔对注意的自动调节》.第一作者.科技创新导报,2010,7 （2010年3月出刊,2009.12录用） 16.《不同情绪效价对返回抑制容量的影响》，中国科技纵横,2010,4（2010年3月出刊,2009.11录用） 17．《不同情绪效价对返回抑制时程的影响》，中国科技纵横,2010,4（2010年3月出刊,2009.12录用）
《认知神经科学》期末复习 一、概论 1.什么是认知神经科学？ [ppt]认知神经科学是阐明认知活动的心理过程和脑机制的科学。其研究模式是将行为、认知过程、脑机制三者有机地结合起来 [书]认知神经科学是在传统的心理学、生物学、信息科学、计算机科学、生物医学工程，以及物理学、数学、哲学等学科交叉的层面上发展起来的一门新兴学科，在分子（基因）、细胞、网络（神经回路）、脑区、全脑、行为等各个水平上对人类的所有初级和高级的精神活动的心理过程和神经机制—包括感知觉、运动、注意、记忆、语言、思维、情绪、意识等—开展研究。简而言之，它是研究脑如何创造精神的。 二. 方法： 2. 结构磁共振成像的空间contrast与功能共振成像的时间contrast 的概念 结构像的空间contrast：结构像一般认为是比较固定的，在短时间内不会变化，所以空间contrast是被试间某个脑区volume大小的contrast； 功能像的时间contrast：功能像在时间维度上是变化的，使用block design/event related design时，可以在被试内做时间上的experimental condition vs. baseline的contrast，当然在这之后也可以做被试间的两个时间上的experimental condition vs. baseline的contrast的contrast。 3. fMRI研究中的多重比较校正的概念。为什么需要做多重比较？常用的矫正方法有哪些（列举3个左右）？（答案1：在我们进行voxel-by-voxel比较时，由于比较次数很多，那么犯I型错误的数量也随之增加，如果还以只进行一次比较的α值为犯I型错误的概率的话，就会出现假阳性的结果，所以理论上比较次数大于1次的分析都应该进行多重比较校正。 另外，在fMRI数据分析中，我们相信脑的活动应该在灰质的一定范围内，而不是仅在一个voxel内，所以通过多重比较校正我们可以把这些单个的假阳性voxel排除。fMRI数据分析中常用的多重比较校正有FDR（false discovery rate），FWE（family-wise error）和AFNI提供的校正方法。） 4. 在磁共振成像中的血液动力学响应函数指的是什么？ 血液动力学响应函数受区域性脑血流（rCBF）、血体积（rCBV）等的变化影响，是随着刺激出现从平稳状态先降低，再升高，再降低，最后恢复到平稳状态的一条函数曲线。 5. 什么是成像设备的空间分辨率与时间分辨率？ 这两个分辨率都应该指设备进行功能成像的描述。 空间分辨率（Spatial Resolution）是指成像设备在什么空间水平上反映大脑活动的信号，也就是能在什么样的空间水平上分辨出不同的信号的变化，可以反映为突触级，神经元级，voxel级，脑回级等空间分辨率。 时间分辨率（Temporal Resolution）是指成像设备在脑活动后多长时间内能记录下活动信号，可以反映为毫秒（ms）级，秒（m）级，分钟（min）级，小时（h）级等时间分辨率； 空间分辨率：单细胞记录 > 颅内ERPs > 颅外ERPs、fMRI、PET。 时间分辨率：MEG、颅外ERPs > fMRI、TMS、PET。 6. BOLD-fMRI, NIRS, EEG/ERP这三种成像各自的特点是什么？哪两个之间可以同时记录，好处在哪里？
认知神经的新思考---社会认知与心理理论的脑定位研究 作者：John S. Bellerose, Miriam H. Beauchamp, and Maryse Lassonde 引言 社会认知指用以知觉和加工社会线索、社会刺激和环境的心理过程。以往，传统研究社会认知是从社会的、发展的以及神经心理的角度，从概念和行为学上加以研究。近年来，社会神经科学以开始讲抽象的社会认知概念于人脑中加以定位，并将这些广泛、特定与深奥的皮层定位结果进行评价和实际验证，尤其是针对进行过外科干预的癫痫与脑肿瘤患者，有关他们的社会认知神经机制研究有利于去解释临床实践中患者社会认知受损的机制。进一步，了解那些藏在人类特有的社会技能行为背后的脑区与功能环路知识，能够深化人们对神经生理、病理疾病，如自闭症和精神分裂症患者所表现出的社会情感、社会认知受损症状的理解。为了阐明以上几点，本章节将重点关注社会认知的两个中心成分，心理理论和道德推理在人脑中的定位。在谈这两者的发展和神经机制之前，首先开始对这些概念加以定义并与其他的概念相区分。我们也将强调对认知神经有一定影响的外部因素，如文化和性别因素。最后，我们对医疗机构强调这些问题的重要性，我们将会阐明：一系列神经病学和精神病学条件是如何影响社会认知能力的，这些障碍对于我们理解社会认知又提供了什么含义，例如在神经外科领域，社会认知的知识又能在临床实践中如何提示我们。 Scourfield和同事们【27】定义社会认知为：“通过理解和加工个人线索与计划适当的反应，使社会交往顺畅之下的那些高级认知功能。”因此，它包括一个广泛的功能。其中一个最核心的加工是合适的社会和情感功能运作，即心理理论（theory of mind ，ToM)，或“心智化”（mentalizing），是一种将心理状态（信念、意图、欲念、伪装、常识）归属于某人自己或他人，以理解他人具有的心理状态并与自身
神经疗法·社会认知与情感神经科学（neuSCAN）实验室 2018年度主要论文发表情况 1.Zhao Z, Yao S, Li K, Sindermann C, Zhou F, Zhao W, Li J, Luehrs M, Goebel R, Kendrick K, Becker BCA (2018) Real-time functional connectivity-based neurofeedback of amygdala-frontal pathways reduces anxiety. Psychotherapy and Psychosomatics(IF=13.1) (in press, DOI: 10.1159/) 2.Qin Li, Benjamin Becker, Jennifer Wernicke, Yuanshu Chen, Yingying Zhang, Rui Li, Jiao Le, Juan Kou, Weihua Zhao#, Keith M Kendrick#. (2018) Foot massage evokes oxytocin release and activation of orbitofrontal cortex and superior temporal sulcus. Psychoneuroendocrinology(in press) doi: 10.1016/j.psyneuen.2018.11.016 (IF=4.73) 3.Weihua Zhao*, Benjamin Becker*, Shuxia Yao, Xiaole Ma, Juan Kou, Keith M Kendrick. (2018) Oxytocin enhancement of the placebo effect may be a novel therapy for working memory impairments. Psychotherapy and Psychosomatics (in press) (IF=13.122) 4.Jialin Li, Lei Xu, Xiaoxiao Zheng, Meina Fu, Feng Zhou, Xiaolei Xu, Xiaole Ma, Keshuang Li, Keith M. Kendrick#, Benjamin Becker#. (2018) Common and dissociable contributions of alexithymia and autism to domain-specific interoceptive dysregulations - a dimensional neuroimaging approach Psychotherapy and Psychosomatics (in press) (IF=13.122) 5.Fei Xin, Feng Zhou, Xinqi Zhou, Xiaole Ma, Yayuan Geng, Weihua Zhao, Shuxia Yao, Debo Dong, Bharat B. Biswal, Keith M. Kendrick, Benjamin Becker. (2018) Oxytocin modulates the intrinsic dynamics between attention-related large-scale networks. Cerebral Cortex (in press). (IF=6.308) 6.Feng Zhou, Kaeli Zimmermann, Fei Xin, Dirk Scheele, Wolfgang Dau, Markus Banger, Bernd Meber, Rene Hurlemann, Keith M. Kendrick, Benjamin Becker. (2018) Shifted balance of dorsal versus ventral striatal communication with frontal reward and regulatory regions in cannabis-dependent males. Human Brain Mapping, . /10.1002/hbm.24345 (IF=4.927) 7.Scheele D, Lieberz J, Patin A, Engels C, Schneider L, Stoffel-Wagner B, Becker B, Hurlemann, R (2018) Trauma disclosure moderates the effects of
认知神经科学的研究领域及发展趋势 认知神经科学是认知科学和神经科学相结合的一门新学科（1991年正式问世），以探讨认知活动的脑机制为其研究任务即研究人脑各组件包括分子、细胞、脑组织各区及全脑如何调用以实现自身的认知活动。认知神经科学本身只是认知心理学的一个研究取向，即采用神经科学的范式来研究人类的心智。认知心理学从上个世纪六七十年代兴起，经历了大概四个研究阶段，而认知神经科学范式是第四个阶段，也是目前比较受追捧的研究范式。目前的阶段，从神经科学的视角解读大脑认知的功能，探讨心智和大脑的关系。研究的是人类对外部世界（信息）的加工和处理的过程与机制，最核心的问题（我认为）应该就是探索人类智能的起源、机制和发展过程：为什么人类会成为智慧生物，人类的心智具体有什么样的特点等等。 （一）认知神经科学的研究领域：从基础科学到转换科学 1. 基础研究—大脑与心智的关系 认知神经科学家不会轻易相信身心二元论，相反，这个领域的研究者对人类心智的基本认识就是“功能起源于结构”，“没有无生理基础的心理活动”。因此，研究者的基本任务就是找到心理过程和生理过程的基本关系，这个是最基础的。因此，可以把基础类的研究划分：心智的功能与结构；心智的起源，基因与文化；探索心智与大脑的技术与方法。
1)心智的功能与结构：大脑信息处理过程被看作不同的阶段，从感觉，知觉，到注意，记忆，情绪动机，思维决策，意识和自由意志等等。人多研究者都始于对某个信息加工过程的专研，希望能找到通往心智与大脑关系的钥匙。 2)心智的起源：基因与文化的研究。这一部分的研究更加基础，研究的层次可大可小。精细的话可以达到细胞分子水平，谈到基因与上述心智过程的关系；宏大的话可以讨论文化对大脑和心智过程的塑造。最近，一个比较有趣的研究探讨了农业生产方式对心理过程的影响，这个研究也应用了很多认知心理学的范式， 3)探索心智与大脑关系的方法：基础研究的另外一个任务，就是要在方法上创新，推动上述研究话题的发展。目前已近于应用的探测人脑状态的方法有:对大脑状态进行客观观察的技术， 其根本的逻辑是找相关（如单神经元细胞活动记录、EEG/ERP 脑电记录、 MRI/fMRI 大脑核磁成像与大脑功能核磁成像、MEG 大脑磁活动记录、fNIR功能性近红外光学成像、Pupil size 瞳孔变 化测量等）；对大脑状态进行操控，以寻找大脑活动和心理行为 过程的关系，本质是找因果（如TMS 经颅磁刺激、tDCS/tACS/tRNS 经颅电刺激等）。 2.应用性研究或转换科学—服务于现实 1)临床研究：基础研究是为了发现心智的功能和结构以及它们与大脑的关系，而临床研究就是为了研究部分人的心智发生失常，能否在掌握心智的规律后，通过特定的手段进行干预。认知
认知神经科学课后习题答案 第二章细胞机制与认知 如果动作电位是全或无的，神经系统如何编码感觉刺激强度的差异？ o张弛同学: 张弛同学根据p36页关于对神经元不应期的描述，在听觉系统对声音频率的敏感性被神经元的放电频率所限制。张弛同学所以我的想法是神经元是由动作电位产生的频率来区别刺激强度的差异，这点在听觉系统上可以很好的解释.张弛同学刺耳的声音和微小的声音通过内耳蜗的毛细胞感受转化成相应频率的电信号传送给相应脑区，不同的声音转化后得到的电信号放电次数有着明显差异，图表可见p144 o杨斐曈同学: 张弛同学就我所知道的知识，神经元通过动作电位传递信息，主要是通过频率不同来编码。一般来说，刺激越强，频率越大；刺激越弱，频率越小。听觉系统毛细胞编码在这一点上特别明显。实际上触觉细胞、视觉细胞也都是这样。但是，因为离子通道有绝对不应期，Na+通道会关闭，至少1ms，所以神经元放电频率撑死了是1000HZ，即每秒1000次。但这显然不能完全编码。这里不扯那些非线性编码的问题。一个最简单的想法就是：换细胞！实际上有证据表明，刺激增强，反应的细胞也增多。在听觉系统的编码里面就有一对互补的理论：频率说（如前）和地点说(即不同的细胞编码不同的频率)。频率理论和地点理论算是编码的两种常见理论了 o张峻华: 张弛同学仅仅依靠频率编码肯定不够用，况且神经系统工作时很难想像不是协同工作的。张弛同学因此我认为频率编码之外，逻辑上一定有多个细胞、细胞集群联合编码，即使考虑离散的情况，基於每个细胞不同频率响应，排列组合一下，可资编码的内部表徵就很多了。我的想法来自物体识别中祖母细胞vs集群编码。 离子通道的什么特性决定了它们只选择性的针对某种离子，如K+或者Na+？是通道的大小，其他原因还是共同作用的结果？ o张弛同学:应该是共同作用的结果。离子通道是由氨基酸链组成的多肽分子。氨基酸链形成的三维结构将形成一个特定通道供离子通过同时，在离子通道中央孔区域的化学环境将帮助特定的
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 2019级北大认知神经科学复习重点 2019 级北大认知神经科学复习重点一、名词解释 1. 神经元： 神经细胞是神经系统最基本的结构与功能单位，所以又将其称为神经元。 神经系统的一切机能都是通过神经元实现的。 神经元虽然在形态、大小、化学成分和功能类型上各异，但是在结构上大致相同，都是由细胞体、轴突、和树突组成的。 2. 突触是神经元之间发生联系的细微结构，由突触前膜（轴突末梢）、突触后膜（下一个神经元的树突或胞体）和突触间隙（前，后膜之间的缝隙）三个部分组成，突触间隙因突触的种类不同宽窄不一。 3. 中枢神经系统和外周神经系统 a 中枢神经系统由脑和脊髓组成。 b 外周神经系统由 12 对脑神经和 31 对脊神经组成，它们分别传递头部、面部和躯干的感觉与运动信息。 在脑、脊神经中都有支配内脏运动的纤维，分布于内脏、心血管和腺体中，称为自主神经或植物神经系统，它们维持机体的生命过程。 4. 脑的结构： 大脑： 1 / 11
大脑皮层、髓质、基底神经节间脑： 丘脑、上丘脑、下丘脑、底丘脑脑干： 中脑、桥脑、延脑小脑： 灰质、白质、深部核 5. 全或无规则是指每个神经元都有一个刺激阈值；对阈值以下的刺激不发生反应，对阈值以上的刺激，不论其强弱均给出同样高度的神经脉冲发放。 6. 神经递质与调质神经递质是一些小分子或中分子的化学物质，由突触前末梢释放。 越过突触间隙，作用于突触后膜。 神经调质作用于释放的神经细胞体或稍远的神经末梢，调节自身的生成和释放速度。 根据神经递质的化学结构，可将其分为如下几类： 胆碱类，单胺类，氨基酸类，肽类 7. 受体： 是蛋白大分子， 8. 脑的电现象第 1 页共 6 页脑的电现象可分为自发电活动和诱发电活动两大类，两类脑电活动变化都在大脑直流电位的背景上发生。 自发电活动记录就是脑电图（EEG） 9. 平均诱发电位： 20 世纪 60 年代以来，在计算机叠加和平均技术的基础上，对大脑诱发电位变化进行了大量研究．这种大脑平均诱发电位是一组复合波，刺激以后 10 毫秒之内出现的一组波称为早成分，代表接受刺激的感觉器官发出的神经冲动， 10~50 毫秒的一组称为中成分， 50 毫秒以后的一组波称为晚成分。
术语表 A1:见primary auditory cortex ABR:见auditory brainstem response. Access awareness/通达知觉：人类对大脑中的信息进行报告和做出相应反应的能力。请与现象觉知比较。 Achromatopsia/全色盲[?,kr??m?'t?ps??]：由中枢神经系统，尤其是视觉皮质的 腹侧通路损害导致的颜色知觉的选择性缺陷，在全色盲种，颜色知觉障碍比形状知觉严重。全色盲患者知觉到的世界是灰色的。 Acquired alexia: 见alexia. Acquisition/获取[,?kw?'z??(?)n]：感觉缓存和感觉分析阶段的输入登记。 Action potential/动作电位：突触传导所产生和再生的电信号。动作电位沿轴突传导，并导致神经递质释放。 Adaptation/适应[?d?p'te??(?)n]：生物体提高自身适应性的一种特征。请与退化做比较。 Affective/情感的[?'fekt?v]：处于一种情绪体验（正性或负性的情绪而不是中性情绪）当中。 Aggression/攻击[?'gre?(?)n]：一种社会性的，不适当的情绪表达，表现为通过身 体或言语冲突，有意主宰或控制他人的行为。 Agnosia/失认症[?g'nos??] ：一种不是有基本感觉过程损害引起的知觉识别困难的神经综合症。失认症可局限于单个感觉道（如视觉或听觉）。 Agrammatic aphasia/语法缺失性失语症：产生和/或理解句子结构困难。语法缺失性失语症见于脑损伤患者，一般表现为止使用实词而不是用虚词(如the,a) Akinetopsia/运动盲：由于中枢神经系统而导致的一种选择性运动知觉障碍。运动盲患者无法知觉由一个物体或者自身的运动而引起的平滑运动。严重的患者可能只能靠物体在环境中相对位置的变化来推测运动，似乎是通过一系列连续的静态快照来重建运动。 Alexia/失语症[?'leks??; e?-]：一种阅读能力受到损害的神经综合症。失语症一般 指获得性失语症，由神经损伤（如卒中）所导致，病变部位通常包括左侧顶枕区。另一方面，也指明显是儿童发展过程中出现的阅读困难。这两个术语以及发展性阅读障碍一般指因神经病变或发展问题而引起的阅读能力低下。 Alleles/等位基因[?'li:l;：基因的对等形式。 Alpha motor neurons/a运动神经元：起始于脊髓，通过脊髓腹根延伸出去，终止于肌肉纤维的神经元，通过牵引（收缩）引发运动。 Amnesia/遗忘症[?m'ni?z??]：记忆丧失。 Amobarbital/异戊巴比妥[,?m??'bɑ?b?t??l]：用于快速，短暂麻醉的药物。Amygdala/杏仁核[?'m?gd?l?]：位于内侧颞叶中海马前部的神经元群，参与情绪
认知神经科学的前世今生：简短版 首先，我们要知道认知神经科学是从哪里来的，具体干什么的，为什么存在这样的一个学科？我想可以简要地这样梳理一下： ? 1. 认知神经科学本身只是认知心理学的一个研究取向，即采用神经科学的范式来研究人类的心智。 ? 2. 认知心理学从上个世纪六七十年代兴起，经历了大概四个研究阶段，而认知神经科学范式是第四个阶段（不同人划分不同，各个阶段并不是单独存在），也是目前比较受追捧的研究范式。而其余的几个阶段分别是：1. 以计算机作为类比的信息加工理论（把大脑比作序列加工的计算机）；2. 以神经网络平行加工为基础的联结主义（认为神经网络整体加工是大脑功能的基础，注意，到这里还没有具体的神经科学证据，大多数模型都是基于算法的计算模型）；3. 以生态功效为主要思路的具身化思潮（认为人类的认知是根治于环境以及具身化的过程）；而目前的阶段就是 4. 认知神经科学（从神经科学的视角解读大脑认知的功能，探讨心智和大脑的关系）。 ? 3. 我们还要知道，认知心理学本身就是心理学下面的一个分支，研究的是人类对外部世界（信息）的加工和处理的过程与机制，最核心的问题（我认为）应该就是探索人类智能的起源、机制和发展过程：为什么人类会成为智慧生物？人类的心智具体有什么样的特点？等等。 ? 4. 认知心理学和其他许多心理学分支一样，都起源于哲学，涉及人类了解自身的终极大问：“我是谁？”等等之类的哲学思考。归根到底，就是要认识人类自己本身。 ?关于人类心智的探索，有这样的一段话，可以供读者品玩：“人类需要孜孜不倦地探索两个未知空间，一是人类生存所必须面对的宇宙，是二人类自己的内心；宇宙的无限容量，把一切强大的内存，都变成宇宙自己的内存；心灵的无限向度，给人类自己提供了无限的探索性和可能性；内心与宇宙，是世界上唯一的一对微观与宏观相匹配的超级感应物；内心的未知空间有多大，宇宙的未知空间就有多大；内心与宇宙之间的排斥与兼容，如同两台不同性能、型号、年代的计算机；它们互相在程序上的试探、破解、沟通与交流，其实就是人类对自我，进而对未知空间的新发现、新拓展和新认知。” 所以，如果把上述的梳理倒过来看，大致可以定位认知神经科学前世今生的大体坐标。必须说明的是，以上是非常简要的介绍，忽略了许多有关学科交叉的事实，例如生物学，生理学，物理学，计算机科学的发展等学科对认知科学的推动。 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 认知神经科学的研究领域：从基础科学到转换科学 现在，可以具体看看认知神经科学有哪些研究领域了，这些研究其实和认知心理学的研究没有本质的区别，所问的问题都非常相似。然而，人们通常会把神经科学和认知神经科学混为一谈。其实不然，我想以下的这个回答有利于读者了解认知神经科学的基本思维和视角：认知神经科学的基本原则是什么呢？简而言之，
认知神经科学 美国心理学家葛查尼革（M.S.Gazz0aniga）主编，1995年出版。认知神经科学是认知科学和神经科学相结合的一门新学科（1991年正式问世），以探讨认知活动的脑机制为其研究任务即研究人脑各组件包括分子、细胞、脑组织各区及全脑如何调用以实现自身的认知活动。 《认知神经科学》由170多位国际著名学者撰写。全书由11篇，92章，1400多页，百余张插图和27张彩色图组成。每章作者总结其研究领域的实验成果，概述了其研究的历史、现状与存在问题。 11篇的篇目为： 1 分子和细胞水平的可塑性（7章），阐明机体对环境反应中的机能和结构的灵活性（flexibility）多变性（Mutability），是知觉，记忆等认知过程的重要基础。 2 神经发育和心理过程的发育（6章），介绍了一些神经生物学研究新技术，用当代脑功能成像成果来说明婴儿脑发展和认知发展的关系。 3 感知觉（17章）阐明单一感觉神经元的信息与主观感知觉的变化，神经元间编码和感知觉的多样性，信息加工组合及其对环境制约的关系。 4 运动系统的策略和规划（8章）从神经生物学讨论皮层运动区神经元对不同运动及其阶段的活动规律。 5 注意（8章）阐明各种感觉刺激在心理定向中的作用。 6 记忆（8章）阐明记忆过程和多重记忆系统的脑结构及其作用（包括海马、边缘系统、颞叶和额叶皮层等）。 7 语言（7章）从神经心理学，语言学和语言发展等方面讨论语言的获得，产生和理解的脑机制。 8 思维与表象（7章）从理论上阐明思维与表象的脑功能实时动态规律，在方法上总结了近年来应用事件相位电位，脑构像技术和脑损伤病人的神经心理学与动物模型研究的成果。 9 情感（9章）阐明从恐惧到情感及其和意识的各种复杂情况的神经生理学基础，包括杏仁核、脑干、海马、边缘系统和基底神经节的理论。 10 进化理论（7章）讨论心、脑机能结构的进化及其种种理论之间的争论， 11 意识（8章）回顾了意识生理研究的历史，和20世纪60-80年代间的快速眼动睡眠与梦的关系，割裂脑病人和失语症等对意识神经问题研究的多种事实。 原著已于1998年编译成中文出版。为了帮助读者对本书形成这门新学科的整体概念，译者沈政撰写了一篇"总论"（见本书正文前），指出原著"为我们描绘出认知神经科学对基本认识过程的研究成果和存在问题"，这是"一部高水平的当代前沿科学专著。
摘要：发展认知神经科学是从脑神经的层面对认知进行研究的学科，研究认知发展的神经机制、脑发育与行为能力和认知发展之间关系。本文介绍了该学科的发展，并对未来的研究进行了展望。 关键词：认知神经科学发展心理学认知发展脑机制 正文：发展认知神经科学是研究认知发展的神经机制、脑发育与行为能力和认知发展之间关系的科学。它关注知觉、注意、记忆、言语等认知活动在人生不同时期的特征、以及促使认知发展变化的神经机制。认知神经科学和发展心理学的交叉融合渗透到该领域研究内容和方法技术。理论探索和未来趋向等诸多方面。 发展认知神经科学的出现,不仅加深了人们对传统认知发展领域相关问题的认识,而且拓展了传统的发展心理学研究领域,其对异常发展神经机制的研究更为发展异常诊断和治疗提供了坚实的基础。 一、发展认知神经科学研究的主要进展 在过去十几年中，发展认知神经科学主要探讨了大脑结构发育、功能发展与心理行为发展的关系，遗传与环境对个体心理行为发展的交互影响，以及心理行为发展个体差异的神经机制。下面从这四个方面介绍当前发展认知神经科学的主要研究进展。 1大脑结构发育与个体心理行为的发展 结构是功能的基石，不管是儿童、青少年还是成人，其心理
行为的发展离不开大脑结构的发展。正常的大脑发育序列是个体心理行为正常发展的基础；反之，异常的脑结构发展可能会导致个体心理行为发育的异常。认识这些问题不仅有助于了解毕生发展进程中大脑发展变化的规律，而且有助于了解人类心智的起源、各种发展障碍的矫治以及认知老化的干预等。发展认知神经科学从一开始就把大脑结构发育与个体心理行为发展之间的关系作为重点研究领域。 首先，通过研究活体大脑结构的发育规律，发现大脑发育存在非同步性。研究发现，大脑发育的非同步性首先体现在不同皮层区域上。大脑成熟与老化遵循相反的路径和模式。成熟越晚的脑区似乎却反而老化的越早，而成熟越早的脑区却反而老化的越晚。 其次，发展认知神经科学揭示了大脑结构发育的个体差异特点，对提出针对性的促进方案具有重要意义。 第三，发展认知神经科学为认识个体大脑结构发育与其心理发展之间的内在联系提供了科学依据。 2脑功能发展与个体心理行为的发展 大脑功能发展与个体心理发展紧密相关，大脑功能的模块化、特异化以及相关功能网络的形成是心理发展的重要保障，是心理发展从不成熟转向成熟的重要体现，也是探讨心智起源以及身心关系的重要参照指标。近年来，发展认知神经科学通过EEG、MEG、fMRI和NIRS等信号的变化以及相关功能网络连接模式的
心理科学进展 2008，16（3）：430~434 Advances in Psychological Science 430 社会认知神经科学研究的最新进展 罗跃嘉1,2 古若雷1 陈 华1 黄 淼2 （1北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室，北京 100875） （2中国科学院心理健康院重点实验室，北京 100101） 摘 要 社会认知神经科学是一门采用认知神经科学技术研究社会认知现象的交叉学科，目前已经形成认知神经科学与心理生理学的热点研究领域。该文回顾了近年来有关情绪、情绪障碍、自我意识、经济决策、道德等方面的脑机制研究，临床研究和脑成像研究表明，恐惧、厌恶、愤怒、惊讶、快乐、悲伤等基本情绪在表达和识别上具有普遍性与特殊性；孤独症与“男性脑”的特征相关，抗抑郁药百忧解对抑郁症儿童的治疗作用；在自我意识的研究领域，自我概念产生的脑区定位、灵长类的自我意象、精神疾病患者的自我概念变化等研究的热点问题；经济决策的研究最近成为亮点之一，主要包括强互惠合作、风险决策、跨期选择以及品牌决策等方面；在道德的脑机制研究中，重点涉及了道德判断与捐赠行为的神经基础。文章最后展望了社会认知神经科学在我国发展的前景。 关键词 社会认知神经科学，情绪调控，情绪障碍，自我意识，经济决策，道德。 分类号 B845;C91 社会认知神经科学（Social cognitive neuro- science, SCN ）是一门采用认知神经科学技术研究社会认知现象的交叉学科。通过整合认知神经科学和社会心理学的理论和方法，旨在从社会、认知和神经三个水平研究纷繁复杂的社会情绪现象[1] 。认知神经科学技术主要指功能性脑成像（fMRI, EEG/ ERP, MEG , PET ）、神经心理学病人的临床分析；社会认知现象包括情绪调控、态度改变、刻板印象、决策、道德、自我意识，以及情感障碍和各种社会认知障碍等。 社会认知神经科学研究越来越受各国研究者的重视。2006年初创刊了Social Cognitive and Affective Neuroscience 杂志；2007年10月在美国召开的心理生理学年会的17个专题研讨中，就有10个是社会认知的内容；在美国MIT 、哥伦比亚大学、耶鲁大学、NIMH 、芝加哥大学、加州理工学院、哈佛大学、英国医学研究理事会、伦敦大学学院（ULC ）等国际知名院校都相继成立了社会认知神经科学的所、系、实验室或研究中心。 国内也在近年开始了社会认知神经科学的研究，并出现了一些良好的势头：①开展研究的单位越来越多 北京师范大学认知神经科学与学习国家 收稿日期：2007-12-31 * 国家自然科学基金（30670698, 30325026），教育部创新团队、教育部重点项目（106025）资助。 通讯作者：罗跃嘉，E-mail: luoyj@https://www.doczj.com/doc/df7987390.html, 重点实验室开展了情绪与认知、情绪调控及其情绪障碍干预、人格、社会认知与行为的发展、青少年的异常社会行为等研究，建立了中国情感材料库，近3年来发表了20多篇相关国际论文；北京大学心理系在自我意识、共情、归因也产生了一批有影响的研究成果；中国科学院心理研究所在经济决策行为、国民心理和谐指数的构建等方面也在进行研究；其他，例如西南大学、上海师范大学，以及一些医学院校也开始进行此类研究。②国家投入增加 目前，国家科技部、自然科学基金委、教育部在863项目、国家支撑项目、重点项目方面，针对情绪疾病、社会认知开始安排了一些项目。③人才队伍建设和培养 目前，在一些高校和科研院所，已经建立了社会认知神经科学的研究方向，开设了相应的课程，例如北京师范大学组织了10余位教授和研究人员，建立了社会认知神经科学研究中心；中科院心理所也有社会与经济行为研究室；西南大学建立了以认知与人格为研究核心的教育部重点实验室 近年来，在Science, Nature, Nature Neurosci, Neuron, PNAS 等最有影响的学术刊物，发表了有关情绪、情绪障碍、自我意识、经济决策、道德等方面的脑机制研究报告以及部分综述，反映了社会认知神经科学的飞速发展。 1 情绪与情绪调控的神经基础 恐惧、厌恶、愤怒、惊讶、快乐、悲伤等六种基本情绪在表达和识别上具有普遍性，近年来研究
一、名词解释 1.神经元： 神经细胞是神经系统最基本的结构与功能单位，所以又将其称为神经元。神经系统的一切机能都是通过神经元实现的。 神经元虽然在形态、大小、化学成分和功能类型上各异，但是在结构上大致相同，都是由细胞体、轴突、和树突组成的。 2.突触 是神经元之间发生联系的细微结构，由突触前膜（轴突末梢）、突触后膜（下一个神经元的树突或胞体）和突触间隙（前，后膜之间的缝隙）三个部分组成，突触间隙因突触的种类不同宽窄不一。 3.中枢神经系统和外周神经系统 a 中枢神经系统由脑和脊髓组成。 b 外周神经系统由12对脑神经和31对脊神经组成，它们分别传递头部、面部和躯干的感觉与 运动信息。 在脑、脊神经中都有支配内脏运动的纤维，分布于内脏、心血管和腺体中，称为自主神经或植物神经系统，它们维持机体的生命过程。 4.脑的结构： 大脑：大脑皮层、髓质、基底神经节 间脑：丘脑、上丘脑、下丘脑、底丘脑 脑干：中脑、桥脑、延脑 小脑：灰质、白质、深部核 5.全或无”规则 是指每个神经元都有一个刺激阈值；对阈值以下的刺激不发生反应，对阈值以上的刺激，不论其强弱均给出同样高度的神经脉冲发放。 6.神经递质与调质 神经递质是一些小分子或中分子的化学物质，由突触前末梢释放。越过突触间隙，作用于突触后膜。 神经调质作用于释放的神经细胞体或稍远的神经末梢，调节自身的生成和释放速度。 根据神经递质的化学结构，可将其分为如下几类：胆碱类，单胺类，氨基酸类，肽类 7.受体：是蛋白大分子， 8.脑的电现象
脑的电现象可分为自发电活动和诱发电活动两大类，两类脑电活动变化都在大脑直流电位的背景上发生。自发电活动记录就是脑电图（EEG） 9.平均诱发电位：20世纪60年代以来，在计算机叠加和平均技术的基础上，对大脑诱发电位变 化进行了大量研究．这种大脑平均诱发电位是一组复合波，刺激以后10毫秒之内出现的一组波称为早成分，代表接受刺激的感觉器官发出的神经冲动，10~50毫秒的一组称为中成分，50毫秒以后的一组波称为晚成分。 10.事件相关电位：在计算机叠加和平均技术的基础上，得到的大脑平均诱发电位中，潜伏期大 于50毫秒以上的一组晚成分波．称事件相关电位。 11.思维：经理解、判断和推理对事物进行信息加工，以表象或概念加以表征，再对表象或概念进 行操作，完成高层次的理性认识的过程，就是思维。 12.内隐思维与外显思维 内隐思维：是不受意识控制的自发的思维过程，它以反身推理为主，往往难以用语言和逻辑关系加以表达。内隐思维以内隐学习记忆和内隐知觉为基础，常常使人对问题的理解或问题解决豁然开朗，达到”顿悟“的境界。 外显思维：利用和操作外显知识进行判断、推理和解决问题 13.镜像神经元系统：目前把额、顶和颞上回三个脑区的镜像神经元，统称为镜像神经元系统，他 们的功能是观察、摹仿他人的社会行为。 14.毒品：鸦片、吗啡、海洛因、可卡因、致幻剂、精神运动兴奋剂等，由于它们能造成严重的生 理依赖和心理依赖，致使人们丧失社会和家庭义务感，失去人的尊严，因此被称为毒品。 15.行为瘾：指的是某些强迫性重复行为，包括上网行为，赌博行为，过食行为，购物行为和某 些性变态行为。 16.注意的主要功能：是意识导向、警觉维持和执行控制。 17.内生性精神病：精神分裂症是迄今病因尚不十分明确的精神疾病，大体上认为是由遗传和代谢 的异常所引起的疾病，只是对具体遗传和代谢的机制还不完全了解，故又称内生性精神病。 18.儿童学习障碍：儿童学习障碍是一种异质性综合征，指智力正常儿童在阅读、书写、拼写、 表达、计算等方面的基本心理过程存在一种或一种以上的特殊障碍。