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数理心理学回顾3:科学发现中诞生的一流学科

已有 3282 次阅读 2022-5-11 09:16 |个人分类:数理心理学历史回顾|系统分类:科普集锦

“数理心理学”(The Mathematical Principle of Psychology)逐期推出“统一性”理论之时,MPOP开辟了历史回顾专栏,梳理学科发展脉络,重现一流学科产生逻辑

 纵观科学学科历史发展脉络,新一流学科的产生往往以关键性发现为始点,且以一流发现为基础,历经爆发式的相关研究蓄积,形成一流知识体系,新的学术话语和学术体系得以建立,而后一流学科产生。

1.一流学科的诞生逻辑

一流学科的诞生往往具有几个特征:

1)第一发现为诞生标志。但第一发现并不总是伴随新学科产生。

2)第一发现后的系统知识构建。

3)第一发现知识体系后的群星闪耀。

4)知识体系统一性构建,新教科书产生。

5)新的学科系、部、院体系建立。

2.科学发现中诞生的一流学科

2.1神经形态学

Santiago Ramón y Cajal1852-19341873年毕业于萨拉戈萨大学医学院,1877年在马德里取得医学博士学位,早期工作集中于炎症的病理学、霍乱的微生物学等。1883年到巴伦西亚(Valentia)大学任教,首次接触到C. Golgi染色法染色的脑组织标本时深受震撼,通过掌握并改进了的银染法,观察到神经细胞的精细结构,提出单个神经元是神经系统的基本单位,为研究复杂的神经系统奠定基础。他和C. Golgi因在神经组织学领域的贡献,共获1906年诺奖。

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卡哈尔(左)与高尔基(右)

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卡哈尔作品:人类小脑中的浦肯野细胞。

此后,他开始专注于中枢神经系统的研究,创立了神经元学说”,该学说的创立为神经科学的进一步发展开创了新纪元。染色切片技术、神经元信息传输单神经元记录方法等都建立在这一早期工作基础上。基于这一关键性发现,Cajal从国立卫生研究所,独立出神经形态学研究所,后称为Cajal研究所。

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卡哈尔和他的实验室

1904 年,他完成了巨著《人与脊椎动物的神经组织学》,共三大册,收集了他15年间的研究成果,长达1800页,插图887幅,均出自他自己的手笔,是研究神经组织的经典著作神经形态学的知识体系得以建立

2.2神经编码学

在对“神经元”的信息单位的理解逐渐成熟之时,爆发了一系列电生理研究为神经编码提供了庞大的知识蓄积。

E. D. Adrian在青蛙身上进行神经兴奋传导实验,在单根神经纤维上记录到电活动,即神经冲动。他的一系列后续研究把谢灵顿的生理学概念用电生理方法加以证实,且用实验揭示了神经电脉冲“全或无”的编码特点,为神经编码学研究奠定基础。

HodgkinHexley发现并使用了电压钳技术,通过双电极电压钳在乌贼轴突上发现了动作电位的离子机制,提出神经编码的H-H方程,共获1963年诺奖。基于这一关键性发现,HodgkinHexley在普利茅斯海洋实验室,独立出神经编码学研究。

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HodgkinHuxley模型 

1976年,德国马克斯普朗克生物物理化学研究所E. NeherB. Sakmann首次在青蛙肌细胞上用双电极钳记录到Ach激活的单通道离子电流,记录了单离子通道蛋白质的“开-关”活动,从而产生了膜片钳技术。这一关键性工作在电生理学和分子生物学之间架起一座桥梁,为神经电生理研究奠定了基础。二人因此共同获得1991年诺贝尔奖。

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E. NeherB. Sakmann与膜片钳技术

神经编码学的技术方法体系得以建立。膜片钳技术被应用到神经环路、神经突触可塑性等研究当中,神经编码的知识体系得以建立

2.3神经功能学

D. Hubel1959来到哈佛大学医学院,1965年成为哈佛大学神经生理学教授。他与T. Wiesel发现了视功能柱结构,为研究“视觉系统信息加工”奠定基础,共获1981年诺奖。他们在视觉系统发展方面的研究,建立了外部信号几何学特征与内部信号几何学特征的对应性关系,是史上第一次解释精神功能与生物器件之间关系的研究。

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D. Hubel T. Wiesel

D. HubelS. W. Kutfler等人最初在哈佛大学医学院的药理学系。1966,以这个小组的第一发现为起点,“神经生物学”诞生,世界上第一个神经生物学系诞生。

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从左起顺时针方向:David Potter, Ed Furshpan, Steve Kuffler, David Hubel, Torsten Wiesel, and Ed Kravitz

2.4神经计算

1943W. MuCulloch (神经科学家)W. Pitts(数学逻辑学家)提出了第一个神经元计算模型,称之为MP神经元逻辑模型。他们证明了单个神经元具有执行逻辑的功能,神经元数字逻辑模型诞生。基于这一关键性发现,W. MuCulloch 在芝加哥伊利诺伊大学精神病学系独立出神经计算研究,《神经活动中内在思想的逻辑演绎法》(1943)的发表为神经网络理论、计算理论和控制论做出了开创性的贡献。计算神经网络时代开启。

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W. MuCulloch(左),W. Pitts(右)

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MP模型

2.5语言编码学

N. Chomsky找到了人类编码的普遍性结构,并建立了它的形式逻辑,从而突破了逻辑学的叙述逻辑。1957年出版的《句法结构》是这一新方法的标志,基于这一关键研究,Chomsky得以从机器翻译项目中脱身,与同事Morris Halle在哈佛建立了语言编码研究,为语言编码学奠定了理论基础。

后来他又不断丰富和发展转换-生成语法的理论和方法,相继发表了《句法理论要略》、《深层结构、表层结构和语义解释》、《支配和约束论集》等重要著作。语言编码学的知识体系得以建立。

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N. Chomsky

G. Miller1937年进华盛顿大学,次年转学进亚拉巴马大学,主修语言学,1940年获文学士学位,次年获理学硕士学位。1946年获哈佛大学心理学哲学博士学位。Miller反对行为主义避开心理过程的研究方法,设计实验技术和数学方法来分析心理过程,尤其关注语言研究,并把N. Chomsky的生成转换语法运用到心理语言的研究中,后续发现了著名的7+/-2。语言编码学的方法技术体系得以建立。

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G. Miller

3.建设新一流学科

3.1没有一流发现就没有一流学科

一流学科的产生以一流发现为始点,伴发着新知识、新技术和新方法的产生。

3.2传统学科不会发展成为一流学科

传统学科往往具有围绕其研究对象和核心观点形成的完备知识体系,学科知识边界伴生。

3.3 一流学科产生于传统学科知识边界,并往往具有交叉性

多学科的交汇与融合是产生一流学科的热土。数理心理学统一性公理体系是立足于传统心理学、神经科学、认知科学等学科唯象学研究之上的一流研究发现。数理心理学是多学科交汇的新一流学科,将带领心理科学从“科学实验纲领”转型为“科学理论纲领”,抢占一流学术话语权。

 

主要参考文献

Cajal, S. R. (1906). The Structure and Connexions of Neurons. In Nobel Lecture. Retrieved November 5, 2010.

E.D. AdrianThe all-or-none principle in nerveJ. Physiol., 47 (1914), pp. 460-474.

Hodgkin AL & Huxley AF (1939). Action potentials recorded from inside a nerve fibre. Nature 144, 710711.

E. Neher, B. Sakmann. Single-channel currents recorded from membrane of denervated frog muscle fibres. Nature, 260 (1976), pp. 799-802.

Hubel, David H., and Torsten N. Wiesel. "Receptive fields of single neurones in the cat's striate cortex." The Journal of physiology148.3 (1959):574-591.

Hubel, David H. "Evolution of ideas on the primary visual cortex, 19551978: A biased historical account." Physiology or Medicine Literature Peace Economic Sciences, Nobel Prize Lectures(1993): 24.

McCulloch, W. S., & W. H. Pitts. (1943). A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity. Bulletin of Mathematical Biology 5, pp. 115-133.

Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63(2), 8197.

Chomsky, N. Syntactic Structures. The Hague/Paris: Mouton,1957.



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数理心理学qq




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