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脑功能认知研究的历史与发展简述 (完)

已有 13360 次阅读 2012-2-2 00:54 |个人分类:我的作品|系统分类:科普集锦| 认知, 历史, 大脑


   在认知活动中机体内部的信息加工过程与外部环境作用之间的关系一直是一个争论不休的问题。Gibson的“生态光学”与“视知觉的生态理论”认为外界环境提供了足够的信息以直接产生知觉,强调的是生物体知觉中的不变性,反对知觉是对环境的特征检测的观点。中国科技大学北京认知科学开放研究实验室提出的视知觉拓扑性质检测与功能层次理论,就是对Gibson的理论和格式塔心理学的继承和发展。

 

神经生理学中通过对清醒动物的单细胞记录、多细胞记录、阵列电极记录等测量细胞活动的电生理反应,以及分子神经生物学中通过组织化学等方法测量细胞活动时信息传递的化学物质变化,是在分子和细胞水平的脑功能认知研究的生理成像方式。它们在时间和空间分辨率上都可以达到相当的要求。与之相比,在皮层水平上对人类大脑的各种无创性认知成像技术,都有各自的缺点。即使在理想的情况下,fMRI也只能达到100毫秒的时间量级,并且,脑区域能量代谢的变化或者血流的变化,究竟与神经元的兴奋和抑制之间的确切关系是什么,也还是一个悬而未解的问题。这些通过测量脑血流变化或含氧浓度变化而成的功能像,并不是实际意义上的脑功能活动发生的位置和时间,从而在根本上不可避免地带有一定的空间和时间差异。有近百年历史的脑电图技术(EEG,在六七十年代发展出的一种被称为事件相关电位(event-related potential ERP)技术,能够通过实时记录脑功能活动时的头皮电位,测量认知活动引起的脑电变化,并可以通过偶极子定位模型,逆向求解出大致的脑内电活动的源定位。但是,由于数学上这种逆向求解的困难和解的非唯一性,ERP的脑功能定位只能是对真实脑活动的一个相当粗略的估计。如果能够通过某种方式有效地结合这两种成像技术,在时间与空间分辨率上同时达到一个更好的水平,在脑功能成像技术上将是一个不小的进步。这也正是我们目前正极力发展的目标之一。

 

PETfMRI在得到特定认知活动的脑功能成像时,采用的是一个状态与另一个对照状态相减的办法,认为相减后得到的兴奋区域就是与特定认知任务相关的脑区。这种方式虽然有其在心理学实验上的基础,但它的前提是作为研究目的的认知任务能够从其他的认知活动中独立分离出来,也就意味着这种任务的认知信息加工是串行的,而且是按一定方向的层次性处理过程,没有互相反馈和影响。但认知活动本身并不能完全满足这样的要求。脑成像技术可以为大脑认知活动形成直观的区域性功能关系图,但在当前的功能成像意义上,脑成像的研究结果的最大意义是为认知过程提供一个生物学上的约束。

 

尽管离完善这些脑成像技术来探索脑功能还有很远的路要走,但通过这些技术,我们对大脑内部的工作机制的了解越来越清楚。至少现在我们已经清楚,那种认为一个脑区就有一种特定的自主功能的观点是明显错误的,几乎所有的认知活动,都有好几个脑区的同时兴奋。事实上,组成大脑的那些解剖学上截然不同的区域,就如同组成一支交响乐团的不同乐器一样,需要精密的协调合作,才能正确地演奏一首交响曲,实现一种认知活动。

 

在研究大脑对空间(space)和物体(object)这两个人感觉经验中基本而且重要的概念表征中,在人类和灵长类动物的视皮层中发现了知觉物体形状与颜色的腹侧通路和知觉空间位置与运动的背侧通路存在。这个发现已经被广泛地接受并被认为是认知神经科学的一大成就。但是,这两条通路之间并不是完全独立的,部分腹侧通路神经元也受运动知觉的调制;而反过来,背侧通路也有许多神经元受形状知觉的调制。并且,我们实验室通过fMRI结合EEG对运动形成的图形的研究发现,运动形成的图形同时在腹侧通路和背侧通路引起大脑的兴奋,表明这两条通路之间存在某种协作的关系。这些结果更引起了对脑功能如何组织与协作进一步研究的极大兴趣。

 

建立全面的脑功能图谱,完全揭开脑功能的秘密,探索人的智力与意识的本质,是科学上极富吸引力的课题。脑功能的认知研究是现代科学的最尖端领域之一,无论是脑功能成像技术还是各种认知科学理论都在持续发展的阶段,全世界所有发达国家或组织都投入了极大的物力与人力,作为中国科学院开放实验室的北京认知实验室的目标,就是力图通过心理学与认知功能成像的实验研究,建立一种世界级的认知理论,在这块领域里占有自己的一席之地。



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