应激对大脑、行为和认知的作用贯穿整个生命历程
摘要：无论持续暴露于应激激素发生在胎儿期、婴儿期、童年期、青春期或者成年期，它都对包含认知和精神健康的大脑结构有强烈的影响。然而，具体关于大脑、行为和认知的影响是根据暴露的时间和持续性，一些则依靠基因影响和在恶劣环境中持续暴露的相互作用。在以前动物和人体研究中已经有可能去综合这些调查研究的结果，在这篇综述中，提供了一种解决为什么不同障碍出现在个体应激暴露不同生活时间的模型。
每天，父母观看他们婴儿和小孩的行为节目，也观查着在认知和情感功能上的相关变化。这些变化被认为于脑的正常发育有关，特别是海马、杏仁核和额叶，连接着这些脑域的复杂系统的发育。在另一个年龄谱的结束，我们看到伴随着父母成年认知上的变化。这些变化与正常的和与衰老有联系的病态大脑处理有关。
对动物和人类的研究已经表明,在儿童早期和年老的时候大脑对应激是特别敏感的，可能是由于它在这些时期经历了这么些重要的变化。另外，据今一项研究发现应激暴露于生命早期与在成年后应激反应增加和认知障碍有关联，表明在不同历史时期下生活之间的交互作用应激的影响。
应激引发下丘脑－垂体－肾上腺轴激活，最后通过肾上腺生产糖皮质激素（图1）。这些类固醇类的受体通过整个大脑被表达，他们可以充当转录因子，调节基因的表达。因此，糖皮质激素能够对调节他们释放的脑域功能有潜在的长期影响。
这篇综述描述了应激的作用在产前生活、婴儿期、青春期、成年和老年对大脑、行为和认知的影响，使用的数据来自于动物（表1）和人类的研究。在这里，我们提出一种模式，整合整个寿命的社会应激作用，顺应着应激研究的未来发展方向。
产前应激：
动物实验在动物中，早期生活接触应激“编程”影响下丘脑－垂体－肾上腺轴和大脑。一个怀孕的女性单一的或反复暴露于应激或糖皮质激素能增加母体糖皮质激素分泌。一部分这样的糖皮质激素能通过胎盘到达胎儿，增加下丘脑-垂体-肾上腺轴活动和调节胎儿大脑的发育。大鼠产前应激导致下丘脑－垂体－肾上腺轴的活动长期的增加。通过肾上腺切除术和荷尔蒙补充疗法控制应急管理系统中糖皮质激素水平可以防止这些影响，表明了母体糖皮质激素调节下丘脑－垂体－肾上腺轴产前程序的重要作用。
糖皮质激素对正常大脑成熟是重要的：他们开创终端成熟、修复神经轴突和树突细胞、影响细胞存活；能抑制和升高糖皮质激素水平损害脑部发育和功能。例如，怀孕大鼠糖皮质激素合成的管理延迟子代神经元、神经胶细胞和血管、髓鞘形成的成熟，极大改变了神经细胞结构和突触的形成，抑制了神经的新生。再者，幼年和成年老鼠暴露产前应激海马区的盐皮质受体和糖皮质激素受体数目下降了，可能是由于基因转录的表观遗传效应。海马体中抑制下丘脑－垂体－肾上腺轴活动（图1），抑制海马区MRs的产前应激诱发减少，GRs能减少这种抑制，引起基础的和/或应激诱发的糖皮质激素分泌的增加。恒河猴，在孕期以合成GR兴奋剂地塞米松治疗导致海马神经元变性，在20个月的时候海马体积减少。
对其他大脑区域的影响也是明显的。暴露于应激的大鼠在妊娠的最后一周有显著的带状前回和眶皮层的树突脊密度降低。再者，出生前暴露于糖皮质激素可导致成人杏仁核中央的细胞核促肾上腺皮质激素－释放激素（CRH）水平升高，杏仁核中央的细胞核是恐惧和焦虑管制的一重点区域。
产前应激暴露关于成人行为有三个主要影响：学习障碍，特别是成年鼠；增强滥用药物的敏感性；增加焦虑和抑郁相关的行为。受损的学习能力被认为由产前应激海马功能的影响造成的，然而焦虑症的影响则被认为是在产前应激诱导杏仁核CRH增加所调节。糖皮质激素暴露影响发育的多巴胺能系统，该系统参与奖励或药物寻求行为，它已经被暗示提高药物
滥用的敏感性与产前应激、糖皮质激素和多巴胺能神经元变性之间的相互关系。
人体研究：
与动物的数据一致，对孩子母亲的回顾性研究结果提示有长期的神经发育的影响。这些母亲表明妊娠期间经历了心理应激或不良事件或受到外源糖皮质激素。首先，母性应激或焦虑、抑郁、糖皮质激素治疗在孕期都与低出生体重或小尺寸（妊娠年龄）的婴儿。更重要的是，母性应激、焦虑、抑郁和在不同年龄的孩子增加基底下丘脑－垂体－肾上腺轴活动有联系，包括6个月大的时候，5年和10年。
儿童发育（包括神经认知）和行为的干扰已经与母亲在孕期母亲应力和抑郁和胎儿在怀孕的早期的暴露于外源糖皮质激素有关联。这些行为的变化包括，孤僻和不顾别人、注意缺陷、多动障碍、睡眠紊乱以及一些精神疾病，包括抑郁症状、药物滥用、情绪和焦虑症。很少有研究测量。
图1 |应激系统当大脑探测到威胁时,一个协调生理反应涉及自律、神经内分泌、代谢和免疫系统各组件被激活。一个关键的已被广泛研究的应激反应系统，就是下丘脑－垂体－肾上腺轴。神经元的内侧parvocellular区域的下丘脑室旁核释放促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）和精氨酸后叶加压素（AVP）。这引起了随后从脑垂体分泌促肾上腺皮质激素（ACTH），导致肾上腺皮质生产糖皮质激素。此外，肾上腺髓质释放儿茶酚胺（肾上腺素和去甲肾上腺素）。下丘脑－垂体－肾上腺轴对应激的响应力，部分由糖皮质激素调节能力决定，通过两种激素受体结合－糖皮质激素受体（GR）和盐皮质受体（MR），调节ACTH 和CRH释放。下列活化的系统，一旦感知压力
源已经减弱，反馈环路引发各级系统（即从肾上腺到下丘脑到其他脑域诸如海马脑区和额叶皮质）为了关闭下丘脑－垂体－肾上腺轴，并返回到处于一平衡点。相比之下,参与恐惧加工的杏仁核为了启动应激反应时而活化下丘脑－垂体－肾上腺轴，为应对挑战应急反应时必要的。没有显示的是另一个主要的系统和对应激做出反应的因素，包括自主神经系统的炎症细胞,和代谢性激素。所有的这些都受到下丘脑－垂体－肾上腺轴的活动，同时,也会影响下丘脑－垂体－肾上腺皮质功能,而且他们也与病理生理变化，在慢性应激，从早期的经历成为成年人的生活。没有显示的是另一个主要的系统和对应激做出反应的因素，包括自主神经系统的炎症细胞和代谢性激素。所有的这些都受到下丘脑－垂体－肾上腺轴的活动的影响，同时，在慢性应激的病理生理变化中也会影响下丘脑－垂体－肾上腺皮质功能,从早期的经历到进入成年人的生活。
大脑的变化作为在人类产前应激的一个功能。然而,最近的一项研究表明，低出生体重和母性关怀与低成人期海马体积减少被联系起来。这一发现与证据是一致的，产后护理质量常调整人类产前应激的影响，产后护理质量与人类大脑长期的产后发育依次相一致。
产后应激：
动物研究尽管啮齿动物在产后期是对应激的相对反应性，其中对幼仔最潜在的压力源是分离。分离期（3个小时每天或更多）能激活幼鼠的下丘脑－垂体－肾上腺轴,作为提高促肾上腺皮质激素和糖皮质激素的血浆水平已被证实。长期的母婴分离也减少了脑垂体CRH 结合位点，低水平的母性关怀降低海马区码GR的水平。缺乏母爱的影响延伸到下丘脑－垂体－肾上腺轴以外。大鼠早期的长期母性分离增加了大鼠脑额叶前部皮层、杏仁、下丘脑，海马和小脑CRH结合位点密度，作为后婴儿期的测量。海马CRH调解应激相关的树突棘损伤,在杏仁体和下丘脑CRH水平升高与增加独立地焦虑、下丘脑－垂体－肾上腺皮质轴活动相关联。因此，母体诱导的CRH结合位点的增加久而久之可能有负面的影响。长期分离的深远影响由小孩的年龄和分离的持续性决定，上面提到的这些影响很重要，这些分离通常出现在婴儿早期，且持续的时间更长。虽然啮齿动物的研究工作为概念化早期生活应激影响提供了丰富的框架，啮齿类动物大脑的发育在出生时远远低于灵长类动物大脑的发育，这一
事实使结果的转化对人类有点挑战。非人类灵长类动物在出生时和父子关系模式上都没有类人的成熟大脑,在啮齿动物结果的转化上也提供了重要的桥梁。猴子研究已经表明,重复的，不可预知的来自母亲的分离，不可预知的母乳喂养或无意识的母性滥用行为增加脑脊液CRH浓度，在灾难期几月甚至几年，能改变下丘脑－垂体－肾上腺皮质轴白天的活动：皮质醇水平低于正常的清晨起床和略高于正常当天晚些时候起床,这作用似乎没有逆转随时间的持续不断心理应激。啮齿动物中这些白天的影响并没有被发现,但这关于高脑区影响似乎与啮齿动物的研究结果可比，包括提高恐惧的行为，过度的惊吓反应，海马变化,如在内齿状回颗粒细胞层增加强度非磷酸化神经蛋白免疫反应性，非典型的前额区发育参与情绪和行为的控制。
表1 |研究动物和人类的应激模型
这个下丘脑－垂体－肾上腺皮质轴可由各式各样的压力源所激活，一些最有力的是心理或进行性压力源（即包括高阶感官认知过程），而不是生理或系统的压力源。许多心理压力源本质上都是可预测的——那就是,它们都是基于预测，是由于学习和记忆的结果（例如，动物的条件性刺激，在人类威胁时的预感，实际的或暗含的）或物种特有倾向性（例如，在空旷地方啮齿类动物的逃避或人类的社会排斥和社会评价的威胁）。
动物研究认可发育的研究实验方案，动物被处理以急性或慢性应激, 研究大脑与行为产生影响。据“操纵”试验应激的动物可以大致分为产前及产后操纵。产前操纵包括母性应力，露出母体于合成糖皮质激素或母体营养限制。产后操纵包括剥夺动物的母性接触、改变母性行为，暴露动物于合成糖皮质激素。在这些方案里，应激及其影响大脑的原因－结果关系能被证实。相反，因为道德问题，大脑应激的原因－结果作用不能在人类中研究，大部分人类研究天生是相关的。然而，也有一些“自然的实验”可以用来让科学家们了解长期暴露于早期逆境影响大脑发育的作用，成年和老年应激对大脑的作用。人类宫内生长迟缓和新生儿低出生体重都被认为是产前应激指标（包括营养不良）。按照产前应激，低社经地位、虐待和战争都被认为是不良事件。在成人和老年人中，长期看护人的研究资料（患者的配偶有大脑退行性疾病，长期生病孩子的父母和保健专业人员）提供一个对人体模型，持续应激对大脑、行为和认知的影响。
人类研究老鼠相当于人类母体分离的模式，可能是参加学习的全日制、日间护理中心的孩子们。研究报道,这些儿童的糖皮质激素水平升高超过一天，与更大未满学龄儿童相比，蹒跚学步的孩子更甚。然而，值得注意的是，这个所观察到的升高的糖皮质激素水平仍比中小啮齿动物和猴子暴露于母亲分离报道更少。此外，虽然对于在糖皮质激素水平上升的变化大多数年龄户口尾盘，护理质量也是很重要的，护理支持较少，产生了较大升幅，特别是行为混乱和情绪消极的儿童。到目前为止，没有证据表明糖皮质激素水平升高与在日托影响发育有联系；但是，孩子在发育早期长时间缺乏足够的关心增加了在后来行为问题发育上的风险。家长-儿童的相互影响以及母亲的心理状态同样也会影响儿童的HPA轴的活动。在早些年的时候，当婴儿的HPA系统还是很不稳定的时候，敏感的父母教养和每天不安HPA轴较小的增加或较少长期激活有关联。母亲忧郁经常会干扰敏感和支持的婴幼儿护理。越来越多的证据表明抑郁母亲的后代,特别是那些头几年得了忧郁症孩子们，有提高下丘脑－垂体－肾上腺轴活动或在青少年时期形成抑郁（控制母性抑郁症在青少年时期）的危险。然而，值得注意的是,它很难被排除研究中可能的混杂遗传因素。另外，抑郁母亲的学龄前儿童脑电图学的展示额叶出活动变化与减少的移情作用和其他行为问题相关的。
表2 |应激低反应期:从动物到人类
尽管有明确的证据显示,粗肾上腺皮质激素－释放激素－克制神经元存在于老鼠的胎儿,在啮齿类动物伤害性刺激在最初的2周内只引起一个低能的下丘脑－垂体－肾上腺（HPA）轴反应。在这个所谓的应激低反应期（SHRP），血浆糖皮质激素水平低于正常，只是最低限度增加接触有害的压力源。这个应激低反应期是由于出生后下丘脑－垂体－肾上腺轴快速回归，应激低反应期可能已逐步形成对啮齿动物从上升的糖皮质激素的影响中保护迅速发育的大脑。
越来越多的事实，儿童可能有一个发生在婴儿期比较低反应期，遍布整个童年。出生时，糖皮质激素水平快速地提高应对各种压力源，如体检或脚跟枪。不过，在第一年的整个过程HPA轴应激对压力源变得更加的不敏感。没有研究评估其中可能会出现这种人类SHRP的确切时间，但青少年糖皮质激素水平升高可作为一个反应性应激源的反应，这表明SHRP可能扩大到整个童年。
啮齿动物应激低反应期（SHRP）主要由母性关怀来维护（也就是说,障碍的存在似乎压抑下丘脑－垂体－肾上腺皮质轴活动）；事实上，母亲分离是应激反应一种强有力的诱导物，甚至在应激低反应期（SHRP）。同样，在人类的下丘脑－垂体－肾上腺轴的表观hyporesponsivity 可能反映了一个事实——在生活的第一年下丘脑－垂体－肾上腺皮质轴受到强烈的社会规则或父母的缓冲。在这里，压力源，包括缺乏亲情和社会接触，就会引起一种儿童的应激反应。
在对比糖皮质激素水平升高的结果的条件下，研究中人类儿童双亲严重剥夺（例如，在孤儿院或其他机构）、疏忽或虐待，报告显示糖皮质激素较低水平，类似于被观察到的灵长类动物。一个建议的低皮质醇症的发展机制是PHA轴的下调，垂体的水平是对来自于下丘脑慢性的促肾上腺激素释放激素的反应，而第二个可能机制是靶组织对糖皮质激素过敏。重要的是，人类低皮质醇症应对严峻的应激可能不是永久的，敏感和支持护理养子可使基底糖皮质激素水平仅在10周正常化。另一个重要的发现来自于最近的一项研究，尸解了自杀受害者死后的大脑结果表明，暴露于早期逆境与GR受体的遗传规律有关系。
青春期的应激
动物研究
啮齿动物的青春期经历分三个阶段:青春期前期或早期青春期从21天到34天,一个中期青春期从34天到46天,晚期青春期从46天到59天（参考：50）。在人类中,青春期常常被认为是性成熟的分界线（即开始在女生月经初潮）。
尽管青春期是脑发育重要时间，尤其是在额叶，啮齿动物在这个时期的应激的研究相对较少。啮齿动物青春期，下丘脑－垂体－肾上腺功能特征是一个长期激活对相比成年压力源的响应。而且，青春期前的老鼠有持续的糖皮质激素水平上升和长期的糖皮质激素释放对相比成年老鼠几种类型压力源的反应，是由于不完全成熟的负反馈系统。
相反，成年大鼠显示了对反复暴露于相同压力源形成了一种应激反应的习惯。幼年大鼠在反复暴露于应激之后有肾上腺皮质激素和糖皮质激素的增强释放。表明下丘脑－垂体－肾上腺轴对急性和慢性应激反应的响应,依靠动物的发育阶段。比起成年单独接触应激，在青少年和成年都暴露于应激增加了成人基本的焦虑程度。另外，暴露于青少年应激比两倍暴露于青少年应激导致大下丘脑－垂体－肾上腺皮质轴活动还大，这个影响是长期性的。这些结果表明，青春期反复应激导致脑部的糖皮质激素暴露比成人期类似遭遇有更大的暴露。
事实上,青少年大脑发育成熟,而在大鼠海马区继续生长直到成年，提示青少年大脑比成人大脑可能更容易受到压力源和同时暴露于高水平的糖皮质激素冲击。这个假设是符合之前发现的糖皮质激素水平提高,但与进入青春期以后改变海nMDA受体子单位（N-methyl-d-aspartate）基因的表达不一致。
此外，青少年时期慢性、可变应激导致成年后海马体积下降, 水迷宫巡航伴随有缺损和延迟下丘脑－垂体－肾上腺轴对急性应激反应的停止。成年期这些差异很明显，表明在青春期应激降低海马的生长。最后,青少年应激的影响是持续性的：成年大鼠应力接触到青少年应激提示减小的探究行为和贫乏的逃避学习。另外, 青春期应激对青春期和成人期药物滥用的敏感性增加。
人类研究
有趣的是，人类青少年研究提示青春期与下丘脑－垂体－肾上腺轴升高的、基础的和应激诱导的活动有联系。这可能与这一期性类固醇激素水平剧烈的变化有关系，因为这些类固
醇影响下丘脑－垂体－肾上腺轴的活动。然而，青春期大鼠应激的研究不能直接照搬照抄给人类，因为正处于青春期发育的大脑区域，大鼠和人是不同的：虽然啮齿动物海马继续发育进入成熟期,人类通过２年才完全发育。这两种额叶皮质和杏仁体继续发育，但人类前额区比动物有较大的个体发育（表３）。
表3 | 应激影响大脑:时间是至关重要的
生相对成熟崽仔的动物（例如，灵长类动物、羊、几内亚猪），最大的大脑发育，大部分神经内分泌发育成熟发生在子宫。然而，大鼠、小鼠、兔子的母亲生幼崽和大部分的神经内分泌的发育出现在出生后。对人类而言，下丘脑－垂体－肾上腺轴在出生时是高度灵敏的，但脑发育尚未完成。海马体积急剧增加直到两岁，而杏仁体体积不断缓慢增长，直到二十岁。相比之下，人类额叶皮质的发育大多发生在8～14岁之间。前额叶的增加与数据显示在髓鞘形成和突触密度方面这个脑区最新地发育相一致。
产前及产后应激都具有不同物种的对比效应，因为围产期处理会影响所研究物种不同阶段的发育。因此，啮齿动物生命的第一周内的应激常常发展地等同于在过去人类怀孕的最后几个月应激。
老龄动物和人类，大脑体积显著下降已被报道过，尽管大部分研究是横截面。人类的海马体积开始降低由生命第二个十年,而女性推迟到了40岁，可能是由于雌激素的保护作用。相比之下，杏仁核体积减小在寿命的六十岁时。在额叶皮质，不同亚区是受年龄影响差异不同。例如，年龄与背外侧的差的额皮层收缩有关系,但是前扣带皮质、额叶杆或中央前回不受年龄影响已有报道。
有迹象表明，青少年人脑可能会特别对升高的糖皮质激素水平敏感，由此延伸到对应激的敏感。最近的研究，MR和GR表达的个体发生学显示，青春期和成人期与婴儿期,少年期和衰老期相比，脑额叶前部皮层GR mRnA水平高。这表明这种认知和情感进程受这些脑区管制，脑区可能对通过一个以年龄依靠方式糖皮质激素的GR-mediated管制敏感。精神病理学的各种形式，包括抑郁和焦虑，能增加青春期的发病率。高度应激时期常常先于这些障碍第一阶段，提高下丘脑－垂体－肾上腺轴活动的可能性，青春期下丘脑－垂体－肾上腺轴活动对应激相关的心理障碍的发作高度敏感。
青春期也经历了这样一段时间，这段时间早期暴露应激的长期效应变得明显。贫穷的经济状况成长的青少年有更高的基线糖皮质激素水平，和母亲有早期出生后的精神抑郁的青少年一样。高早上午糖皮质激素水平有显著的日复一日地改变直到过渡到青春期，高早上午糖皮质激素水平与那时的抑郁症没有关系，但是他们预测抑郁症的风险增加了16岁（参考44）。
虽然应激破坏啮齿类动物的海马发育，但相比于人类目前只有少的证据。暴露于物理或性虐待的早期生活中的孩子们没有发现海马体积减小（相对于整个大脑），如同青少年一样，尽管这些历史的成年人显示出体积的减少。这一发现提供了支持，甚至当受虐儿童被选为慢性创伤后应激障碍（PTSD），即使在某些情况下，它们体现了大脑体积总体减少。相比之下，在青少年暴露于早期（或正在遇到）逆境，灰质神经元体积的改动、额叶皮质的完整和前扣带皮质减少的大小已经报道过。同时，这些结果表明，在青少年时期人类的额叶皮质继续发育，这一时期可能特别容易受到应激的作用。相比之下，海马区，主要生命的早期发育，可能不受青春期暴露于逆境的影响。
成年动物研究
研究啮齿类动物的成年应激已经描绘关于大脑和行为的急性与慢性应激相比较的影响。急性应激源的影响取决于糖皮质激素水平，小的增加导致增强海马介导的学习和记忆，更大的、长期升高会损害海马的功能。急性糖皮质激素升高的倒U字型的影响可能通过在急性的挑战中提高警觉和学习过程为适当的目的服务。这个机制，成为糖皮质激素关于认知急性双向行为的基础，涉及到杏仁核管基底核的肾上腺素系统。通过曾强杏仁核非肾上腺素功能，
糖皮质激素对启动齿状回上管基底核的电位有长期增强作用有一个许可性的作用。这种糖皮质激素调节功能的去甲肾上腺素能与在该事件的应激下出现的情绪增强记忆有联系。
啮齿动物慢性应激或慢性外源性糖皮质激素管理造成海马CA3椎体神经元树突的萎缩。然而,这些变化需要几周的发展，压力源停止后10天才扭转过来。成年大鼠慢性应激也抑制齿状回的神经新生造成海马体积的损失。重要的是,这个量的减少与神经元的降低没有联系，不被齿状回限制，表明神经新生减少可能不是唯一的影响因素。这个形态学的慢性应激后的海马的变化与空间学习变化有关系，这种变化在取消应激后21天扭转。在这里,值得注意的是，与早期生命关于大脑与行为慢性或严重的应激的影响形成对照，这是长期的影响，成人期应激的影响——甚至慢性应激——无应急几周之后方能扭转。这些差异的影响和成年早期的应激可能相关的严重应激差异的的发展受到海马发家的曝光。这些在早期和成人期应激的差异可能与严重应急源的差异有联系，严重应急源暴露有幼犬和成年鼠暴露或海马的发育时暴露。
脑额叶前部皮层Ⅱ/Ⅲ层的椎体神经元显示？？的撤回，脊柱神经数目的减少反应了成人期的长期应激——这可以在一个单的？？的应激下被观察24小时——但？？下应急源终止的情况下发生。和这些结果一致，肾上腺皮质激素与啮齿动物的最小的前？？皮质的减少的体积有关联。而？？的和前额的体积减少相反，成年期啮齿动物的长期应激导致？？？？
脑与认知科学的区别 脑科学和认知科学都是智能科学与技术的重要组成部分。脑科学从分子水平、细胞水平、行为水平研究自然智能机理，建立脑模型，揭示人脑的本质。认知科学是研究人类感知、学习、记忆、思维、意识等人脑心智活动过程的科学。 一．本质上的区别 脑科学是智能科学的本质基础。大脑是人类的核心，是人类高级于其他物种的本质所在，是人类智能的发源地。众所周知，人们的一切思维、行为都受到了脑的控制。在平时的生活中，我们需要使用大脑，让它来支配我们完成各种事务。脑科学的研究是为了赋予机器与人类相近的智能系统，所以要想让机器更好的服务于人类，我们必须要着手于大脑的探究。? 认知科学是智能科学与技术的中间体。诺贝尔奖的得主弗兰西斯?克里克在其著作《惊人的假说——灵魂的科学探索》中提出“人的精神活动完全由神经细胞、胶质细胞的行为和构成及影响它们的原子、离子和分子的性质所决定”。因此建立认知科学的激励的一个更深刻的原因是，人们要深入研究人自己的大脑和精神世界。顾名思义，认知科学是研究人认识和适应周围世界的过程以及与认知过程有关的神经系统及大脑的机理，人类感知和思维信息处理过程的科学。作为智能科学的中间体，它以脑科学研究为基础，同时也反作用于脑科学，并未智能科学的应用提供了重要的基础。 二．研究内容的区别
人类从三个不同层面全面的研究大脑。第一个层面是生物学家和精神网络专家的战场，第二个层面是脑波技术专家和系统论专家的战场，第三个层面是哲学家和物理学家的战场。脑科学涉及的研究范围很广，主要有以下几方面。 1.脑科学研究的一个重要方面是对神经网络复杂构建中的单 个元件神经元以及神经元通信问题的研究。 2.脑科学对有关学习、记忆、语言、思维等高级神经活动的 机制的研究。 3.发育神经生物学的研究是脑研究的一个重要领域。 4.脑高级功能的研究。主要包括：感觉整合与认知的形成机 理；脑高级功能的功能定位及其动态变化过程与机理；大 脑神经网络功能连接属性及其动态分析等。 5.脑科学的研究是实现超极人工智能的必要前提。脑科学从 分子水平、细胞水平、行为水平和整体水平对脑功能和疾 病进行综合研究，并从脑的发育过程了解脑的构造和工作 原理。 认知科学研究目标旨在探索智力和智能本质，建立认知科学和新型智能系统的计算理论，解决对认知科学和信息科学具有重大意义的若干理论基础和智能系统实现的关键技术问题。 下面对认知科学的研究方面进行总结。 1.学习与记忆过程的信息处理 2.思维、语言认知问题
大脑结构与功能 大脑结构详解
大脑(Brain)包括左、右两个半球及连接两个半球的中间部分，即第三脑室前端的终板。大脑半球被覆灰质，称大脑皮质，其深方为白质，称为髓质。髓质内的灰质核团为基底神经节。在大脑两半球间由巨束纤维—相连。 具体内容有大脑半球各脑叶、大脑皮质功能定位、大脑半球深部结构、大脑半球内白质、嗅脑和边缘系统五大部分。 各叶的位臵、结构和主要功能如下： 1、额叶：也叫前额叶。位于中央沟以前。在中央沟和中央前沟之间为中央前回。在其前方有额上沟和饿下沟，被两沟相间的是额上回、额中回和额下回。额下回的后部有外侧裂的升支和水平分支分为眶部、三角部和盖部。额叶前端为额极。额叶底面有眶沟界出的直回和眶回，其最内方的深沟为嗅束沟，容纳嗅束和嗅球。嗅束向后分为内侧和外侧嗅纹，其分叉界出的三角区称为嗅三角，也称为前穿质，前部脑底动脉环的许多穿支血管由此入脑。在额叶的内侧面，中央前、后回延续的部分，称为旁中央小叶。负责思维、计划，与个体的需求和情感相关。 2、顶叶：位于中央沟之后，顶枕裂于枕前切迹连线之前。在中央沟和中央后沟之间为中央后回。横行的顶间沟将顶叶余部分为顶上小叶和顶下小叶。顶下小叶又包括缘上回和角回。响应疼痛、触摸、品尝、温度、压力的感觉，该区域也与数学和逻辑相关。 3、颞叶：位于外侧裂下方，由颞上、中、下三条沟分为颞上回、颞中回、颞下回。隐在外侧裂内的是颞横回。在颞叶的侧面和底面，在颞下沟和侧副裂间为梭状回，，侧副裂与海马裂之间为海马回，围绕海马裂前端的钩状部分称为海马钩回。负责处理听觉信息，也与记忆和情感有关。 4、枕叶位于枕顶裂和枕前切迹连线之后。在内侧面，，距状裂和顶枕裂之间为楔叶，与侧副裂候补之间为舌回。负责处理视觉信息。 5、岛叶：位于外侧裂的深方，其表面的斜行中央钩分为长回和短回。 6、边缘系统：与记忆有关，在行为方面与情感有关。 大脑的总结构 大脑皮质为中枢神经系统的最高级中枢，各皮质的功能复杂，不仅与躯体的各种感觉和运动有关，也与语言、文字等密切相关。根据大脑皮质的细胞成分、排列、构筑等特点，将皮质分为若干区。 现在按Brodmann提出的机能区定位简述如下： ·皮质运动区：位于中央前回（4区），是支配对侧躯体随意运动的中枢。它主要接受来自对侧骨骼肌、肌腱和关节的本体感觉冲动，以感受身体的位臵、姿势和运动感觉，并发出纤维，即锥体束控制对侧骨骼肌的随意运动。返回皮质运动前区：位于中央前回之前（6区），为锥体外系皮质区。它发出纤维至丘脑、基底神经节、红核、黑质等。与联合运动和姿势动作协调有关，也具有植物神经皮质中枢的部分功能。 ·皮质眼球运动区：位于额叶的8枢和枕叶19区，为眼球运动同向凝视中枢，管理两眼球同时向对侧注视。皮质一般感觉区：位于中央后回（1、2、3区），接受身体对侧的痛、温、触和本体感觉冲动，并形成相应的感觉。顶上小叶（5、
大脑结构与功能分区 一、大脑又称端脑，脊椎动物脑的高级神经系统的主要部分，由左右两半球组成，是人类脑的最大部分，是控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢。脊椎动物的端脑在胚胎时是神经管头端薄壁的膨起部分，以后发展成大脑两半球，主要包括大脑皮层和基底核两部。大脑皮层是被覆在端脑表面的灰质、主要由神经元的胞体构成。皮层的深部由神经纤维形成的髓质或白质构成。髓质中又有灰质团块即基底核，纹状体是其中的主要部分。广义的大脑指小脑以上的全部脑结构，即端脑、间脑和部分中脑。 二、大脑的结构大脑皮质为中枢神经系统的最高级中枢，各皮质的功能复杂，不仅与躯体的各种感觉和运动有关，也与语言、文字等密切相关。根据大脑皮质的细胞成分、排列、构筑等特点，将皮质分为若干区。． 1、皮质运动区：位于中央前回（4区），是支配对侧躯体随意运动的中枢。它主要接受来自对侧骨骼肌、肌腱和关节的本体感觉冲动，以感受身体的位置、姿势和运动感觉，并发出纤维，即锥体束控制对侧骨骼肌的随意运动。返回皮质运动前区：位于中央前回之前（6区），为锥体外系
皮质区。它发出纤维至丘脑、基底神经节、红核、黑质等。与联合运动和姿势动作协调有关，也具有植物神经皮质中枢的部分功能。 2、皮质眼球运动区：位于额叶的8枢和枕叶19区，为眼球运动同向凝视中枢，管理两眼球同时向对侧注视。皮质一般感觉区：位于中央后回（1、2、3区），接受身体对侧的痛、温、触和本体感觉冲动，并形成相应的感觉。顶上小叶（5、7）为精细触觉和实体觉的皮质区。 3、额叶联合区：为额叶前部的9、10、11区，与智力和精神活动有密切关系。 4、视觉皮质区：在枕叶的距状裂上、下唇与楔叶、舌回的相邻区（17区）。每一侧的上述区域皮质都接受来自两眼对侧视野的视觉冲动，并形成视觉。 5、听觉皮区：位于颞横回中部（41、42区），又称Heschl氏回。每侧皮质均按来自双耳的听觉冲动产生听觉。 6、嗅觉皮质区：位于嗅区、钩回和海马回的前部（25、28、34）和35区的大部分）。每侧皮质均接受双侧嗅神经传入的冲动。 7、内脏皮质区：该区定位不太集中，主要分布在扣带回前部、颞叶前部、眶回后部、岛叶、海马及海马钩回等区域。 8、语言运用中枢：人类的语言及使用工具等特殊活动在一侧皮层上也有较集中的代表区（优势半球），也称为语言运用中枢。 它们分别是： 区）。Broca区，又称45、44①运动语言中枢：位于额下回后部（． ②听觉语言中枢：位于颞上回42、22区皮质，该区具有能够听到声音并将声音理解成语言的一系列过程的功能。③视觉语言中枢：位于顶下小叶的角回，即39区。该区具有理解看到的符号和文字意义的功能。 ④运用中枢：位于顶下小叶的缘上回，即40区。此区主管精细的协调功能。
第一章 1.智能科学与技术是由脑科学（brain science）、认知科学（cognition science）、人工智能（artificial intelligence）等学科组成的交叉学科。 2.NBIC会聚技术：纳米科技（Nano-technology）、生物科技（包括生物制药和基因工程）（biotechnology）、信息科技（包括先进计算机与通信）（informational technology）、认知科学（包括认知神经科学）（cognition science）。其简化英文的联式为（Nano-Bio-Info-Cogintion），缩写NBIC。NBIC会聚技术代表着研究与开发新的前沿领域，其发展将显著改善人类生命质量，提升和扩展人的技能。（名词解释） 3.脑科学是研究人脑的结构与功能的综合性学科。 4.现代脑科学的研究有两个大的潮流：一是从细胞乃至分子的水平入手，由基础向上，把功能与结构研究结合起来，即所谓的bottom-up，二是从整体入手，用系统的观点，在整体水平以及整体各部分之间的相互联系和相互作用中，逐渐向下深入，逼近脑研究的答案，称为top-bottom。（什么是自上而下驱动？什么是自下而上驱动？） 5.脑与认知科学的研究实验方法：（简答题） （1）脑电图与脑功能成像技术（EEG）通过在头皮表面记录大脑内部的电活动情况而获得脑电图（治疗脑血管） （2）功能性磁共振成像技术（FMRI）局部神经元兴奋将引进该区域的血流量的增加，而血液中含有氧和葡萄糖，FMRI能检测到大脑的功能性氧的消耗变化情况，清晰地显示高活动量区域的三维图像（空间分辨率1mm、实时跟踪信号的改变、时间分辨率1s） （3）正电子发射断层摄影技术（PET）根据正电子的检测而获得有关大脑活动的信息的实验技术（肿瘤、冠心病） （4）脑磁图（MEG）运用一个超导量子干扰装置来测量闹电活动的磁场变化 （5）事件相关电位（ERP）是与实际刺激或预期刺激有固定时间关系的脑反应所形成的一系列脑电波，利用ERP的固定时间关系，经过计算机的叠加处理，提取ERP成分，在评估某些认知活动的时间特点上尤为有效。 6.认知科学对于认知现象的研究，按方法论大体可以归结为三种：认知内在主义方法，认知外在主义方法和认知语境主义方法。 第二章 1.脑和脊椎一样，是中枢神经系统的一部分，而脑又由端脑（大脑的基底神经节）、间脑、中脑、脑桥、延髓和小脑构成。脑干包括中脑、脑桥和延髓三部分。 2.人类大脑的三个组成部分：大脑皮层、大脑边缘系统、脑干。 3.左半脑主要具有语言、分析、计算、抽象、逻辑、对时间感觉等思维功能；右半脑具有表象、综合、直观、音乐、对空间知觉和理解等思维功能。在思考方式上，左半球是垂直的、连续的、因果式的；右半球是并行的、发散的、整体式的。（简答题） 4.神经系统是由中枢神经系统和周围神经系统两部分组成。脑和脊髓构成中枢神经系统，脑神经、脊神经和内脏系统（自主神经系统）组成周围神经系统。周围神经系统一端与脑或脊髓相连，另一端通过各种末梢与身体各器官、系统相联系。（名词解释） 5.事件相关脑电位技术（ERP）：凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤销刺激时，在脑区所引起的电位变化。这种电位变化是人类身体或心理活动与时间相关的脑活动，可在头皮表面记录到，并以信号过滤和叠加的方式从脑电图中分离出来。（名词解释）
脑的结构与功能 一、大脑 又称端脑，脊椎动物脑的高级神经系统的主要部分，由左右两半球组成，是人类脑的最大部分，是控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢。脊椎动物的端脑在胚胎时是神经管头端薄壁的膨起部分，以后发展成大脑两半球，主要包括大脑皮层和基底核两部。大脑皮层是被覆在端脑表面的灰质、主要由神经元的胞体构成。皮层的深部由神经纤维形成的髓质或白质构成。髓质中又有灰质团块即基底核，纹状体是其中的主要部分。广义的大脑指小脑以上的全部脑结构，即端脑、间脑和部分中脑。 二、大脑的结构 大脑皮质为中枢神经系统的最高级中枢，各皮质的功能复杂，不仅与躯体的各种感觉和运动有关，也与语言、文字等密切相关。根据大脑皮质的细胞成分、排列、构筑等特点，将皮质分为若干区。 1、皮质运动区：位于中央前回（4区），是支配对侧躯体随意运动的中枢。它主要接受来自对侧骨骼肌、肌腱和关节的本体感觉冲动，以感受身体的位置、姿势和运动感觉，并发出纤维，即锥体束控制对侧骨骼肌的随意运动。返回皮质运动前区：位于中央前回之前（6区），为锥体外系皮质区。它发出纤维至丘脑、基底神经节、红核、黑质等。与联合运动和姿势动
作协调有关，也具有植物神经皮质中枢的部分功能。 2、皮质眼球运动区：位于额叶的8枢和枕叶19区，为眼球运动同向凝视中枢，管理两眼球同时向对侧注视。皮质一般感觉区：位于中央后回（1、2、3区），接受身体对侧的痛、温、触和本体感觉冲动，并形成相应的感觉。顶上小叶（5、7）为精细触觉和实体觉的皮质区。 3、额叶联合区：为额叶前部的9、10、11区，与智力和精神活动有密切关系。 4、视觉皮质区：在枕叶的距状裂上、下唇与楔叶、舌回的相邻区（17区）。每一侧的上述区域皮质都接受来自两眼对侧视野的视觉冲动，并形成视觉。 5、听觉皮区：位于颞横回中部（41、42区），又称Heschl氏回。每侧皮质均按来自双耳的听觉冲动产生听觉。 6、嗅觉皮质区：位于嗅区、钩回和海马回的前部（25、28、34）和35区的大部分）。每侧皮质均接受双侧嗅神经传入的冲动。 7、脏皮质区：该区定位不太集中，主要分布在扣带回前部、颞叶前部、眶回后部、岛叶、海马及海马钩回等区域。 8、语言运用中枢：人类的语言及使用工具等特殊活动在一侧皮层上也有较集中的代表区（优势半球），也称为语言运用中枢。它们分别是： ①运动语言中枢：位于额下回后部（44、45区，又称Broca区）。 ②听觉语言中枢：位于颞上回42、22区皮质，该区具有能够听到声音并将声音理解成语言的一系列过程的功能。 ③视觉语言中枢：位于顶下小叶的角回，即39区。该区具有理解看到的符号和文字意义的功能。 ④运用中枢：位于顶下小叶的缘上回，即40区。此区主管精细的协调功能。 ⑤书写中枢：位于额中回后部8、6区，即中央前回手区的前方。
《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？
《脑与认知科学概论》教材编写体会 摘要：脑与认知科学是智能科学与技术本科专业的核心课程之一，针对本课程的教材建设是支持该核心课程建设的重要内容。但至今为止还没有系统的综述脑与认知科学的配套教材基于此，作者编写了《脑与认知科学概论》一书，弥补了教材的空缺。本文总结编写该教材的心得体会，分享教材编写经验。 关键词：脑与认知科学；教材编写；智能科学与技术；脑科学；认知科学 脑与认知科学(Brain and Cognitive Sciences)作为最具挑战性和最活跃的科学前沿之一，已成为全球性的研究热点。认识大脑从而认识人类自身是摆在各国科学家面前的首要科学使命。美国、澳大利亚、加拿大、法国、德国等多国合作的国际人类前沿科学计划(Human Frontier Science Program)项目[1]将对人类认知的研究作为这一计划的重点内容；美国将1990-2000年命名为“脑的十年”计划[2]；欧洲于1991年开始实施“EC脑十年计划”；日本在1996年推出的“脑科学时代”计划；我国政府在《国家中长期科学和技术发展纲要(2006-2020年)》中，将“脑与认知科学”被列为我国基础研究中的重大科学前沿问题[3]，国家科技部、国家自然科学基金委和中国科学院等机构也先后部署了脑与认知科学领域的科研项目，使脑科学与认知科学在中国得到了前所未有的重视。 自2003年北京大学在国内率先开设“智能科学与技术”本科专业以来，至今已经有北京科技大学、北京邮电大学、南开大学、西安电子科技大学、厦门大学、湖南大学等数十所高校经教育部批准设立智能科学与技术本科专业。“脑与认知科学”是智能科学与技术本科专业的核心课程之一，但至今为止都没有前例将脑科学和认知科学同时统一到一部教材中进行综合性地论述，作为合适的课程配套教材供教师和学生选用[4]。作者自2008年开始在北京科技大学讲授“脑与认知科学”课程，经过多年的教学，作者对脑与认知科学的知识进行了系统地梳理，形成一套较为完整的知识体系，最终形成《脑与认知科学概论》一书。 1教材编写构思 《脑与认知科学概论》将脑科学和认知科学作为同等的知识主体进行论述。其中，脑科学是研究人脑的结构与功能的综合性学科，它从分子水平、细胞水平、行为水平研究人脑智能机理，建立脑模型，揭示人脑的本质[5]。在教材中我们将脑科学描述为“智能科学与技术”的生物学基础。认知科学是研究人类感知、学习、记忆、思维、意识等人脑心智活动过程的科学，它探索人类的智力如何由物质产生和人脑信息处理的过程，包括从感觉的输入到复杂问题求解，从人类个体到人类社会的智能活动，以及人类智能和机器智能的性质[6]。在教材中，认知科学被描述为“智能科学与技术”的中间件，即从自然智能到机器智能之间的桥梁。
脑功能与认知科学重点实验室简介 一、实验室的研究方向、主要研究内容 本实验室是以研究脑的高级机能结构为核心，在神经生物学、认知心理学、信息科学、认知语言学、教育学等多学科相互渗透的基础上进行跨学科的研究脑功能的发育、认知发展及全脑功能开发为主要内容的实验室。本实验室主要有五个研究方向： 研究方向一、大脑的高级机能结构与认知神经科学 研究内容 本研究方向主要以动物及人的脑为研究对象，应用神经生理学、神经组织解剖学、神经心理学、脑影像学等脑功能研究方法，全面进行大脑的高级结构功能及认知神经科学机制的研究。重点研究脑的系统神经机能结构，主要对学习、记忆、注意、思考等高级机能活动进行脑皮质领域定位。并基于大脑生理学机制及脑科学研究的最新成果探索知觉、注意、记忆、动作、语言、推理、思维、意识乃至情感在内的各个层面的认知活动及脑的高级机能在人的生涯中的发生、发展规律；全面开发脑的潜能，进行全脑功能、全脑教育、创新思维的理论与实践研究。创造开发培育脑、提高脑的记忆力、创造力。对音读、速读、速听的大脑生理学原理进行深入研究，开发增强学习记忆力的辅助器具，全面进行认识脑、保护脑、创造脑、培育脑的跨学科的脑科学研究。 研究方向二、认知神经心理与认知发展 研究内容 本研究方向主要研究0—18岁儿童和青少年及成年阶段脑功能开发与认知发展规律、发展特点、影响因素、预防方法与对策等理论与实践研究。重点研究：1、儿童大脑潜能与儿童认知发展特点的研究。2、儿童早期脑开发与言语开发的实验研究。3、儿童智力结构的多元智力因素的脑科学研究。4、儿童创造力培养与脑机能的发展规律的研究。5、儿童游戏对儿童脑功能的开发与促进的研究。6、科学用脑与预防脑疲劳的实验研究。7、未成年人心理健康与心理咨询理论与技术的研究。8、大学生心理危机与心理支持系统的研究。9、开发儿童右脑，建构认知新模式的研究。 研究方向三、神经网络与人工智能 研究内容 本研究方向主要以计算机为研究手段，模拟神经系统的结构与功能，建立人工的神经网络模型，
大脑的解剖结构和功能——布罗德曼分区系统 布罗德曼分区是一个根据细胞结构将大脑皮层划分为一系列解剖区域的系统。神经解剖学中所谓细胞结构（Cytoarchitecture），是指在染色的脑组织中观察到的神经元的组织方式。 布罗德曼分区1909年由德国神经科医生科比尼安·布洛德曼（Korbinian Brodmann）提出。根据皮质细胞的类型及纤维的疏密把大脑皮质分为52个区，并用数字给予表示。Brodmann Area 1, BA1 Brodmann Area 2, BA2 Brodmann Area 3, BA3 位置：位于中央后回 (postcentral gyrus) 和前顶叶区。 功能：分别为体感皮层内侧、末尾和前端区,BA1、BA2、BA3共同组成体感皮层； 具备基本体感功能（first somatic sensory area）接受对侧肢体的感觉传入。Brodmann Area 4, BA4 位置：位于中央前回(precentral gyrus)，中央沟(central sulcus)的内侧面 功能：初级运动皮层（first somatic motor area)，包含“运动小人”（motor homunculus ）。 控制行为运动，与BA6 （前）和BA3 、BA2 、BA1、（后）相连，同时与丘脑腹外侧核相连。 体感小人（Somatosensory Homunculus ） 传入体感信息较多的身体区域获得的皮层代表区域较大。比如手部在初级体感皮层中的代表区域比背部的大。体感皮质定位可用“体感小人”（Somatosensory homunculus）来表示。 Brodmann Area 5, BA5 位置：位于顶叶前梨状皮质区（梨状皮质piriform cortex为下边缘皮质的组成部分）。功能：与BA7形成体感联合皮层。 Brodmann Area 7, BA7 位置：位于顶叶皮质顶部，体感皮层后方，视觉皮层（visual area)上方。 功能：将视觉和运动信息联合起来；与BA5形成体感联合皮层；视觉-运动协调功能。 Sensory Areas---------Somatosensory Association Area 位置：位于初级躯体感觉皮层后方（BA5、BA7）
脑与认知科学课堂笔记 由林萍萍整理9.21 计算机模拟：人记忆一些单词，最后正确率80%，让计算机也完成相同任务，最后正确率也是80%。则认为计算机的记忆过程就是人的记忆过程。 与人工智能的区别：人工智能不是模仿人。有时超过人。比如深蓝。 第二章知觉： 概念： 1.登记到达我们眼睛和耳朵的信息。 2.对这些信息进行一些解释。 知觉系统：知识+刺激的作用。 知识的作用：自上而下；刺激的作用：自下而上。（规定如此） 认知心理学强调过去经验和现实刺激都是产生知觉所必需的，因此它认为知觉过程包含相互联系的两种加工：自下而上（Bottom-up）加工和自上而下（Top-down）加工。 1）自下而上加工是指由外部刺激开始的加工，通常是说先对较小的知觉单元进行分析，然后再转向较大的知觉单元，经过一系列连续阶段的加工而达到对感觉刺激的解释。由于信息流程是从较低水平的加工到较高水平的加工，这种类型的加工因而称为自下而上加工。如根据图形的直线、曲线、边角等信息知觉图形。 2）自上而下加工是由有关知觉对象的一般知识开始的加工。由此可以形成期望或对知觉对象的假设。这种期望或假设制约着加工的所有的阶段或水平，从调整特征觉察器直到引导对细节的注意等。由于是由一般知识引导知觉加工，较高水平的加工制约较低水平的加工，这种类型的加工因而称为自上而下加工。 Sensation, Perception & Cognition: 三者的区别： 先知道连续体的概念for example，无意识——意识（非二分，不是说非1即0，界限不明显），是连续体。 感觉——知觉——认知，也是连续体。（感觉：focus on 对比度知觉：focus on identity(what color)，pattern(形状，结构)，movement，form 认知：further goal）如：连续体的“体”，注意与“连续”二字的对比，则处于感觉阶段。注意是左右 结构，则处于知觉阶段。知道读音，则进入认知阶段。 有时候我们不容易察觉实际上存在的东西。有时候我们能够察觉不存在的东西。（知觉的组织原则，即格式塔原则） 视觉识别模式： 模板匹配模型：条码、支票 原型模型：（highly representation of a pattern, does not need precise, identical match; minor variations are allowed） 区别性特征模型：最先识别特征以及特征是怎样组合在一起的 特征理论的生理学和神经学证据：细胞是分工的→特征觉察器 判断Same or different: PR GM前者用时长 混战场模型：Image demons, Feature demons, cognitive demons, Decision demons（demon 实质上是神经细胞）
脑功能认知研究的历史与发展 设想一个放在你手中的奶油色物体，这是一个看起来象由两个半球组成的椭球状粘稠物，坐落在一根粗壮的茎上，在它的表面，有着各种各样深浅不一的皱褶，还可以区分出有着特定的颜色，形状和纹理的不同区域，这些区域以一定的方式互相交连折叠在一起。这个外表奇怪的东西就是我们的大脑，那根粗壮的茎是脑干，皱褶是大脑的沟回，而彼此连接的区域是大脑的各种功能区结构。确定这些脑区之间的连接方式和与之相应的心理功能，揭示大脑的工作机制，了解人类精神和智力的奥秘，正是千百年来人类最富吸引力也最具挑战意义的问题。可喜的是，在今天我们终于开始有能力涉足于这个领域，尽管只是一小步小步地艰难探索，智慧女神的真实面貌还是正逐渐地呈现在我们面前。 其实，早在18世纪前叶，意大利医生和生物学家佛洛恩斯（Flourens）就已经通过观察和实验来研究脑。他通过一定的方式，在不同的动物身上越来越多地摘除它们的脑区域，然后观察产生的结果。他发现，摘除不同的脑区之后，并不是脑的特定功能受到损害，而是所有功能都逐渐减弱。这样的事实清楚地表明，将不同的功能选择性地完全定位于脑的某一特定区域是不可能的。于是，这种认为脑是均一的，没有专一功能区域的设想，就导致了脑的整体性活动概念出现。 与这种整体性脑功能活动想法相反，18世纪后期德国医生加尔（Gall）鼓吹的另一种鲜明对照的观点却久负盛名。这种观点认为脑能够被分隔成若干固定的小室，各自有高度专一的功能。加尔通过研究死后的人颅骨的物理特征，再与死者生前的性格特征匹配，发展出一套理论。他和他的信徒检测颅骨的表面隆凸作为脑的特征，将头骨分成39个区域，相应地将人类复杂的心智功能也分成39种，包括“繁衍的本能”、“爱”、“友谊”、“谨慎”、“仁慈”、“希望”、“记忆”“数学概念”、“文字知觉”、“推理”、“比较”、“空间方位感”、“因果关系”、“时间知觉”、“大小知觉”等等，建立了曾经在西方广泛流传的颅相学（Phrenology）。这种观点在当时的技术水平下，看似符合客观的科学测量标准，因此曾经在很长的一段时间里独领风骚。 但是，到19世纪后叶，对脑部损伤病人的临床观察有了很多新的发现。法国医生布洛卡（Broca）检查了一个不会说话的病人，他可以理解语言，但在说话时只能发音“Tan”，不会发别的音。几天后他去世，对他的大脑研究发现他大脑的损伤区域在左侧大脑半球前部，也就是脑功能结构中著名的布洛卡区。这种病变现在被称为运动性失语症（Aphasia）。对另一种语言障碍——感觉性失语症病人大脑的研究则发现，病人能够完全正确地发音，但说出的话语无伦次，语言的理解能力有障碍，损伤的区域在大脑下部的颞横回语言感觉区——韦尼克
增强大脑的认知功能的方法 ： 1、定位寻找家中的常用物品 每天花10分钟的时间来搜寻家中经常出现的物品，比如钥匙、钱包、手机、公文包、眼镜和鞋子等。 找到后固定它们的位置并牢记，一想到某种物品就会联想到某个特定的位置，卸载大脑的过重负荷。 2、花1分钟记住新的人名 尝试让自己多结交新的朋友，并在心中反复默念名字持续1分钟。这样就能让大脑中的海马体与额叶通力合作，将信息转移到长期记忆力的储存空间之中。 3、联想记忆法 如果你总是出现要做什么事，却又想不起来具体做什么的情况，可以尝试联想法。想象越有创意，记忆信息就越为牢固。 比如，你需要购买鸡蛋和邮票，还要去洗衣店拿洗好的衣服，就可以在脑海中想象自己抱着个贴了张邮票的大个鸡蛋，突然间鸡蛋破裂了，蛋液撒了衣服一身，就不得不去洗衣店了。 4、玩益智游戏 研究表明，玩一些利用物理知识的智能手机游戏，能提高注意力，避免在记东西时走神。在任务切换的过程中，可以锻炼自己的适应能力。
5、经常回忆细节 瞄准配偶、孩子或同事所穿的一件新服饰，比如衬衫、领带、夹克衫、珠宝或鞋子等，注意这些服饰的颜色、样式、质地和纹理，用笔记下至少四个细节。在晚上睡觉前，尝试去回忆这些细节，并翻开笔记对比。 6、给自己制造小麻烦 比如，上班选择不 左脑右脑的功能概述： 大脑就是你自己的智囊。科学研究证明，大脑分为左半球和右半球。左半球是管人的右边的一切活动的，一般左脑具有语言、概念、数字、分析、逻辑推理等功能;右半球是管人的左边的一切活动的，右脑具有音乐、绘画、空间几何、想像、综合等功能。 人的左右半脑是不平衡发展的，统计显示，绝大多数人是左脑发达(其中大约一半的人比较均衡一些)。全球有10%的人是左撇子，即右脑比较发达。 而左右脑的发育程度不同，隐含了你的很多特质和天赋的秘密： 理解数学和语言的脑细胞集中在左半球;发挥情感、欣赏艺术的脑细胞集中在右半球。 右半脑发达的人在知觉和想像力方面有可能更强一些;
脑的功能与结构 1?总体分为三个层次： 最深层称为脑干，主要与自主过程，例如心率、呼吸、吞咽和消化功能有 关。外包在这个中央结构的是边缘系统，他与动机、情感和记忆有关。包括在这两层之外的是大脑，是人类全部心理活动产生的地方。大脑及其表层即大脑皮层整合感觉信息，协调你的运动，促成抽象思维和推理。 2?脑干、丘脑和小脑 ⑴脑干(brain stem)是含有综合调节体制内部状态的脑结构。延髓(medulla)位 于脊髓的最上端。是呼吸、血压和心搏调节中枢。从身体所发出的自上神经和自脑发出的下行神经在延脑发生交叉，这就意味着身体的左侧和右脑相连，右侧和左脑相连。 ⑵.紧贴在延脑之上的是桥脑(pons)，它提供传入纤维到其他脑干结构和小脑之 中。 ⑶.延脑和桥脑之中有一种网状结构(reticular formation)，它唤醒大脑皮层去注意新 的刺激，甚至在睡眠中也保持脑的警觉性。这个区域受损会导致昏迷。 ⑷.网状结构有经丘脑(thaiamus)的长纤维束，传入的感觉信息可通过丘脑到达大脑 的适当区 (5).小脑(cerebellum)在头骨的基底在脑干之上，协调着身体的运动，控制姿势并维持 平衡，在平滑性运动的协调方面和运动技能学习方面小脑有着重要作用。 3.边缘系统 边缘系统(limbic system)与动机、情绪状态和记忆有关。有三个结构组成：海马
体、杏仁核和下丘脑 ⑴.海马体(hippocampus)在外显记忆中具有重要作用。外显记忆是一类提取自己感觉 到的已知晓记忆的过程。但是海马体受损不妨碍意识觉知外的内隐记忆。如果你的海马体受损你能学到一些新的任务，但却不能记住它，也不记得发生了什么事。 ⑵.杏仁核(amygdale)，杏仁核受损可能对特别活跃的的个体产生镇定作用(情 绪控制)，但一些地区受损也会伤害到面孔表情的识别能力(情绪记忆能力) (3).下丘脑(hypothalamus)，它调节动机行为包括摄食、饮水、体温调节和性唤醒。维 持身体内部平衡(内稳态)。当身体能力储存低，下丘脑维持兴奋激发机体寻找食物和进食。当温度降低，下丘脑引起血管收缩并引起非随意的微微颤抖。这就是通常所说的发抖产生热量以平衡温度下降。下丘脑也调节内分泌活动。 4.大脑 大脑(cerebrum)表层有一层10%英寸厚的薄层组织，称为大脑皮层 (cerebral hemi-spheres)。大脑由左右两个半球组成，并由一种称为胼胝体(corpus callos nm) 得神经纤维联系起来。 ⑴.在脑解剖上脑分为四个部分：额叶、顶叶、枕叶、颞叶 ①额叶(frontai lobe)具有运动控制和进行认知活动的功能。如筹划，目标设定。 位于外侧裂和中央沟之前。因意外而损伤额叶就会毁坏一个人的行为能力，并引起人格的改变。 ②.顶叶(parietal lobe)负责触觉、痛觉和温度觉，位于中央沟之后。 ③.枕叶(occipital lobe)是视觉信息到达的部位，位于后头部 ④.颞叶(temporal lobe)负责听觉过程，位于外侧裂下部。
大脑结构与功能
大脑结构详解 大脑(Brain)包括左、右两个半球及连接两个半球的中间部分，即第三脑室前端的终板。大脑半球被覆灰质，称大脑皮质，其深方为白质，称为髓质。髓质内的灰质核团为基底神经节。在大脑两半球间由巨束纤维—相连。 具体内容有大脑半球各脑叶、大脑皮质功能定位、大脑半球深部结构、大脑半球内白质、嗅脑和边缘系统五大部分。 各叶的位置、结构和主要功能如下： 1、额叶：也叫前额叶。位于中央沟以前。在中央沟和中央前沟之间为中央前回。在其前方有额上沟和饿下沟，被两沟相间的是额上回、额中回和额下回。额下回的后部有外侧裂的升支和水平分支分为眶部、三角部和盖部。额叶前端为额极。额叶底面有眶沟界出的直回和眶回，其最内方的深沟为嗅束沟，容纳嗅束和嗅球。嗅束向后分为内侧和外侧嗅纹，其分叉界出的三角区称为嗅三角，也称为前穿质，前部脑底动脉环的许多穿支血管由此入脑。在额叶的内侧面，中央前、后回延续的部分，称为旁中央小叶。负责思维、计划，与个体的需求和情感相关。 2、顶叶：位于中央沟之后，顶枕裂于枕前切迹连线之前。在中央沟和中央后沟之间为中央后回。横行的顶间沟将顶叶余部分为顶上小叶和顶下小叶。顶下小叶又包括缘上回和角回。响应疼痛、触摸、品尝、温度、压力的感觉，该区域也与数学和逻辑相关。 3、颞叶：位于外侧裂下方，由颞上、中、下三条沟分为颞上回、颞中回、颞下回。隐在外侧裂内的是颞横回。在颞叶的侧面和底面，在颞下沟和侧副裂间为梭状回，，侧副裂与海马裂之间为海马回，围绕海马裂前端的钩状部分称为海马钩回。负责处理听觉信息，也与记忆和情感有关。 4、枕叶位于枕顶裂和枕前切迹连线之后。在内侧面，，距状裂和顶枕裂之间为楔叶，与侧副裂候补之间为舌回。负责处理视觉信息。 5、岛叶：位于外侧裂的深方，其表面的斜行中央钩分为长回和短回。 6、边缘系统：与记忆有关，在行为方面与情感有关。 大脑的总结构 大脑皮质为中枢神经系统的最高级中枢，各皮质的功能复杂，不仅与躯体的各种感觉和运动有关，也与语言、文字等密切相关。根据大脑皮质的细胞成分、排列、构筑等特点，将皮质分为若干区。 现在按Brodmann提出的机能区定位简述如下： ·皮质运动区：位于中央前回（4区），是支配对侧躯体随意运动的中枢。它主要接受来自对侧骨骼肌、肌腱和关节的本体感觉冲动，以感受身体的位置、姿势和运动感觉，并发出纤维，即锥体束控制对侧骨骼肌的随意运动。返回皮质运动前区：位于中央前回之前（6区），为锥体外系皮质区。它发出纤维至丘脑、基底神经节、红核、黑质等。与联合运动和姿势动作协调有关，也具有植物神经皮
大脑结构与功能分区 一、大脑 又称端脑，脊椎动物脑的高级神经系统的主要部分，由左右两半球组成，是人类脑的最大部分，是控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢。脊椎动物的端脑在胚胎时是神经管头端薄壁的膨起部分，以后发展成大脑两半球，主要包括大脑皮层和基底核两部。大脑皮层是被覆在端脑表面的灰质、主要由神经元的胞体构成。皮层的深部由神经纤维形成的髓质或白质构成。髓质中又有灰质团块即基底核，纹状体是其中的主要部分。广义的大脑指小脑以上的全部脑结构，即端脑、间脑和部分中脑。 二、大脑的结构 大脑皮质为中枢神经系统的最高级中枢，各皮质的功能复杂，不仅与躯体的各种感觉和运动有关，也与语言、文字等密切相关。根据大脑皮质的细胞成分、排列、构筑等特点，将皮质分为若干区。
1、皮质运动区：位于中央前回（4区），是支配对侧躯体随意运动的中枢。它主要接受来自对侧骨骼肌、肌腱和关节的本体感觉冲动，以感受身体的位置、姿势和运动感觉，并发出纤维，即锥体束控制对侧骨骼肌的随意运动。返回皮质运动前区：位于中央前回之前（6区），为锥体外系皮质区。它发出纤维至丘脑、基底神经节、红核、黑质等。与联合运动和姿势动作协调有关，也具有植物神经皮质中枢的部分功能。 2、皮质眼球运动区：位于额叶的8枢和枕叶19区，为眼球运动同向凝视中枢，管理两眼球同时向对侧注视。皮质一般感觉区：位于中央后回（1、2、3区），接受身体对侧的痛、温、触和本体感觉冲动，并形成相应的感觉。顶上小叶（5、7）为精细触觉和实体觉的皮质区。 3、额叶联合区：为额叶前部的9、10、11区，与智力和精神活动有密切关系。 4、视觉皮质区：在枕叶的距状裂上、下唇与楔叶、舌回的相邻区（17区）。每一侧的上述区域皮质都接受来自两眼对侧视野的视觉冲动，并形成视觉。 5、听觉皮区：位于颞横回中部（41、42区），又称Heschl氏回。每侧皮质均按来自双耳的听觉冲动产生听觉。 6、嗅觉皮质区：位于嗅区、钩回和海马回的前部（25、28、34）和35区的大部分）。每侧皮质均接受双侧嗅神经传入的冲动。 7、内脏皮质区：该区定位不太集中，主要分布在扣带回前部、颞叶前部、眶回后部、岛叶、海马及海马钩回等区域。 8、语言运用中枢：人类的语言及使用工具等特殊活动在一侧皮层上也有较集中的代表区（优势半球），也称为语言运用中枢。 它们分别是： ①运动语言中枢：位于额下回后部（44、45区，又称Broca区）。
脑与认知科学的区别 脑科学与认知科学都就是智能科学与技术的重要组成部分。脑科学从分子水平、细胞水平、行为水平研究自然智能机理,建立脑模型,揭示人脑的本质。认知科学就是研究人类感知、学习、记忆、思维、意识等人脑心智活动过程的科学。 一.本质上的区别 脑科学就是智能科学的本质基础。大脑就是人类的核心,就是人类高级于其她物种的本质所在,就是人类智能的发源地。众所周知,人们的一切思维、行为都受到了脑的控制。在平时的生活中,我们需要使用大脑,让它来支配我们完成各种事务。脑科学的研究就是为了赋予机器与人类相近的智能系统,所以要想让机器更好的服务于人类,我们必须要着手于大脑的探究。? 认知科学就是智能科学与技术的中间体。诺贝尔奖的得主弗兰西斯?克里克在其著作《惊人的假说——灵魂的科学探索》中提出“人的精神活动完全由神经细胞、胶质细胞的行为与构成及影响它们的原子、离子与分子的性质所决定”。因此建立认知科学的激励的一个更深刻的原因就是,人们要深入研究人自己的大脑与精神世界。顾名思义,认知科学就是研究人认识与适应周围世界的过程以及与认知过程有关的神经系统及大脑的机理,人类感知与思维信息处理过程的科学。作为智能科学的中间体,它以脑科学研究为基础,同时也反作用于脑科学,并未智能科学的应用提供了重要的基础。 二.研究内容的区别
人类从三个不同层面全面的研究大脑。第一个层面就是生物学家与精神网络专家的战场,第二个层面就是脑波技术专家与系统论专家的战场,第三个层面就是哲学家与物理学家的战场。脑科学涉及的研究范围很广,主要有以下几方面。 1.脑科学研究的一个重要方面就是对神经网络复杂构建中的单 个元件神经元以及神经元通信问题的研究。 2.脑科学对有关学习、记忆、语言、思维等高级神经活动的机制 的研究。 3.发育神经生物学的研究就是脑研究的一个重要领域。 4.脑高级功能的研究。主要包括:感觉整合与认知的形成机理;脑 高级功能的功能定位及其动态变化过程与机理;大脑神经 网络功能连接属性及其动态分析等。 5.脑科学的研究就是实现超极人工智能的必要前提。脑科学从分 子水平、细胞水平、行为水平与整体水平对脑功能与疾病 进行综合研究,并从脑的发育过程了解脑的构造与工作原 理。 认知科学研究目标旨在探索智力与智能本质,建立认知科学与新型智能系统的计算理论,解决对认知科学与信息科学具有重大意义的若干理论基础与智能系统实现的关键技术问题。 下面对认知科学的研究方面进行总结。 1.学习与记忆过程的信息处理 2.思维、语言认知问题