认知神经科学课题研究论文

来源：浙江大学学术委员会

文：周炜

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在哺乳动物的物种中，仅有不到10%的物种能够形成基于一夫一妻制的配对关系。随着时间的推移，通过选择性地寻找伴侣和与伴侣互动，夫妻关系得以维持和加强。大多数实验室啮齿动物包括大小鼠，都没有表现出这种行为。

然而，在实行一夫一妻制的草原田鼠中，通过一项“伴侣偏好测试”可以很容易地评估配对关系，实验动物可以选择与一个配对的伴侣或新动物共度时光，用来检测动物在配对行为中的神经活动，以及在配对关系成熟时，动物行为学和神经活动是如何变化的。

伏隔核（Nucleus accumbens, NAc）作为大脑中编码高奖赏配对行为的区域，在奖赏和动机中起着关键作用。一项fMRI研究中提出，当参与者认为他们是与其伴侣而不是一个陌生的人牵手时，NAc中表现出显著增强的BOLD信号。在草原田鼠中，干扰NAc内的神经调节信号会破坏配对行为的形成，而随后的基因表达变化有助于维持配对行为的发生。

尽管有大量证据表明NAc在编码配对行为中起主要作用，但这一过程背后的神经元动力学以及它们如何随着配对的进展而变化尚不明晰。

图1. 一夫一妻制草原田鼠的体内Ca2+成像

研究通过对草原田鼠交配前和交配后NAc中进行体内Ca2+成像来展现配对行为的形成和成熟在大脑中是如何表现的。结果表明长期同居会导致更强烈的配对结合偏向，作者进一步提出这种配对结合偏好是否反映在NAc神经元活动的模式中的疑问。

性幼稚的动物在交配前无偏好；在交配后短期测试中，动物对伴侣或新动物之间无显著偏好差异；而在长期测试中均表现出强烈的伴侣偏好行为（图1H-J） 。

图2. 交配前后与伴侣和新异性动物之间的交互作用中的Ca2+活性强度

基于对人类神经影像学的研究，假设人与伴侣而非陌生人在一起时，能够观察到更全面的神经活动。出乎意料的是，在控制测试动物与每只动物互动的方式差异后，所有成像神经元的Ca2+事件发生率均无法预测测试动物是否与其伴侣或新个体互动。文中定义伴侣偏好测试中所有至少持续1秒的社交互动阶段为社交回合。NAc中对配对的编码不会通过整个群体的活动变化而发生。

在研究两只性幼稚的新田鼠中，社交回合的持续时间没有差异；交配后，实验动物与伴侣的社交回合的持续时间比与新动物的更长 （图2A） 。与伴侣偏好的其他指标类似 （图1H-J） ，随着同居和交配时间的延长，伴侣或新动物社交回合的持续时间差异变得更加显著（图2A） 。

在社交过程中，NAc有很强的激活，但在考虑了社交回合总次数和持续时间的差异后，在伴侣或新动物交往过程中的平均活动没有差异 （图2E；p=，χ2=，df=5） 。

图3. 配对成熟时，接近细胞的整体增加

接下来的问题是特定神经元亚群的活动是否可能编码成对结合的特征？研究使用了事件触发分析来识别神经元，计算每个细胞Ca2+瞬变后1秒间隔内测试动物和伴侣或新动物之间距离的中位数变化，将观察到的距离变化与一个通过随机打乱每个细胞在伴侣室和新动物室中的瞬态得到的空模型进行了比较 （图3A） 。其中，距离变化≥95%的细胞被指定为离开细胞，距离变化≤5%的细胞被指定为接近细胞（图3B） 。

研究提出进场集合的差异不太可能是由于未预期的变量造成的，因为这样的变量同样会影响进场和离场单元的识别。在初始时间点，伴侣和新的接近细胞没有差异，但在交配后出现差异，并在长期时间点变得明显。该结合的成熟可能导致伴侣途径和新途径在NAc中的表达方式发生变化 （图3E；同伴认同的主要效应，F1,11=；p=）。

相比之下，即使在相同的排列分析中识别出伴侣细胞和新的离开细胞，在任何时间点也没有观察到差异（图3F；同伴认同的主要效应，F1,11=，p=；交互F2,22=，p=） 。此外，不同的方法组合对于识别和决定接近特定的个体可能是至关重要的，而当离开社会交互时，这种程度的专一性是不必要的。伴侣和新接近神经元的重叠并不比预期的更多 （图3G；幼稚p=；短期p=；长期来看p=） ，表明伴侣和新接近在单独的集成中是独立的；而伴侣和新离开细胞的重叠超过了偶然情况下的预期 （幼稚p=；短期p=；长期p=） 。

本研究发现了促成配对结合改变了大脑的神经基质，而伴侣整体NAc的Ca2+活性差异在草原田鼠的配对结合中并不显著。相反，成对结合的特定特征如接近伴侣而不是陌生人的优先愿望，可能编码在特定的神经元群中。

伴侣接近神经元具有许多功能，使其成为编码配对结合方面的理想候选者，例如决定采用配对伴侣的决定。

我怕会是隔阂！！！

八、九十年代,心理学研究者无不关注两个蓬勃发展的认知神经科学边沿交叉学科的研究,即认知神经科学和认知行为遗传学。这两个学科吸收了认知科学和行为发展科学的理论与神经科学和遗传学的新技术,共同向智能的本质和意识的起源这一基本的重大理论问题发起冲击,将心理学的研究推向了一个新的发展水平,已经并且势必继续对心理学的研究产生重大影响。认知神经科学的研究旨在阐明认知活动的脑机制,即人类大脑如何调用其各层次上的组件,包括分子、细胞、脑组织区和全脑去实现各种认知活动。传统神经科学的某些分支,例如神经心理学、心理生理学、生理心理学、神经生物学和行为药理学等,吸收了认知科学的理论和神经科学的新技术,逐渐形成了认知神经心理学、认知心理生理学、认知生理心理学、认知神经生物学和计算神经科学等认知神经科学的各个分支。自八十年代后期发端以来,认知神经科学的研究在短短时间内取得了令人注目的进展,对传统认知心理学和发展心理学的理论建构和各内容领域的研究有着巨大影响。认知发展研究自然也不例外,由于认知发展心理学和发展神经科学科学对许多共同问题感兴趣,由此衍生出来的发展认知神经科学正得到越来越多人的关注,成为当前最热门的交叉研究领域之一。认知科认知神经科学学的核心学科分支--认知心理学、心理语言学、人工智能和人工神经网络的研究都取得了重要进展，但又都发现在自己的研究领域内出现许多难点，必须在人脑认知活动机制中需求答案。例如，认知心理学和心理语言学研究中，信息加工的并行和串行方式，外显机制和内隐机制，基于经验和知识的认知活动和靠灵感、顿悟的认知活动，其脑机制有何异同?在人工智能和人工神经网络的研究中，物理符号的离散表征和运算原理，与亚符号连续运算原理之间存在何种关系?人工神经网络的学习机制为何需要千万次训练，而人类的观察模仿学习则一看就会?这些问题都尖锐提到认知科学各个分支学科发展面前。人类社会发展对智能信息系统越来越高的要求和技术难题之间的矛盾，使认知科学迫切希望有一个新生儿来继承自己未竟的事业。 生物医学构像技术特别是近年功能性磁共振成像可以用于对于人类认知活动的研究;脑事件相关电位、脑磁图和高分辨脑成像等生理学方法，可以为人脑认知功能研究提供许多新的数据;分子神经生物学和细胞神经科学，为人脑认知障碍和动物认知行为提供脑内机制的许多科学数据，包括动物的学习障碍和某些基因序列的关系。这些都使神经科学有资格孕育一个径直研究认知活动脑机制的新学科。传统神经科学的某些分支，吸收了认知科学的理论和神经科学的新技术，就可以成为新学科分支的组成部分。神经心理学、心理生理学、生理心理学、神经生物学、行为药理学等都是这些传统神经科学的分支。一经吸收了认知科学和神经科学新理论和新技术，这些传统学科得到新生，于是，认知神经心理学、认知生理心理学、认知心理生理学、认知神经生物学、计算神经科学等逐渐形成。虽然认知科学和神经科学的兴起只有20 多年的短暂历史,由于其高度跨学科性与高新技术发展的密切相关,两者又结合在一起,形成了新的交叉领域---认知神经科学。在世纪之交,可以预见这一领域的发展将会带动整个科学的发展,并能顺应发展教育事业的理论需求。下列研究已经形成或正在形成国际前沿。脑的认知功能包括知觉、注意、记忆、语言和思维以及智能和意识认知神经科学等心理功能。一百多年来,神经生理学家和解剖学家一直按机能定位的指导思想试图寻找各种认知功能的特异脑中枢。60 年代在治疗顽固癫痫的脑手术病人中,发现了大脑两半认知风格的差异和海马的记忆功能,曾极大地鼓舞了高级功能定位论的研究,认为海马是特异的记忆中枢,左半球负责抽象思维,右半球负责形象思维等。然而,即使这类研究的奠基人和大脑半分工说的创始人,也很快陷入迷惘之中。因为总是存在大量矛盾的科学事实。还在70 年代中期,我们就试图以"功能模块"的概念取代定位论或分工说。经过十多年的努力,神经病学家和心理学家们终于采用双分离方法学原则,发现了人脑功能模块性或多重功能系统,主要突破表现在多重记忆模块和复杂的认知功能系统。神经生理学家在猴等动物的实验研究中,也积累了大量科学事实,证明视觉功能存在着背、腹侧系统,至少是枕、顶、颞、额的30 多个脑皮层区动态活动。目前,物体真实运动和似动知觉之间、幻觉和真实知觉之间、外界引起和主动性选择注意之间的脑功能模块的异同是引起普遍关注的研究课题。认知神经科学

1.脑科学与神经生物学属于生物范畴，而人工智能属于工科，都属于理工科，你是学习文科的，接触起来很吃力2.生物科学并不是混水摸鱼，只是本科学习时无法应用学的，理论知识差不多的，导致这个专业学历越高越有用3.想要考研或从事到这一方面，确实需要补很多很多，例如生理学、分子生物学、计算机甚至还得学习一些基础学科如高等数学、生物学、大学物理4.你理解了一些这个方向的发展历程以及面临的问题，这个不是说只看这些科普类东西就可以的，必须看相关的文献，深入具体的了解问题最后，世上无难事，只怕有心人，加油，朋友，选择权只握在你自己手中

静息态 （英语：resting state），是指相对于人在执行特定任务的状态的一种清醒、放松的状态。静息态通常在人类的神经科学研究中使用。

相比于实验者人为操纵实验刺激造成神经系统的激活，研究者还发现人在处于休息、放松状态下的自发的、不间断的脑活动同样可以用来研究神经系统。1995年，Biswal等最先报告了第一个静息态 功能磁共振成像 (fMRI) 研究 [1] 。Biswal等人的研究发现人类受试者左右两侧感觉运动皮层在静息态时的fMRI血氧水平信号 (BOLD)存在很高的相关性。人脑在静息态时的脑活动，被认为是一种不间断的、自发的脑活动。因此，通常认为静息态脑活动与动物电生理研究中的不间断的脑活动 (ongoing activity)有着密切联系 [2] 。

早期使用 正电子发射计算机断层扫描 (PET) 进行脑功能研究的实验中，通常使用静息态作为一个基线条件。研究记录不同实验任务的脑活动，与静息态脑活动相减，以定位活动变化的脑区 [3] 。但研究者么逐渐注意到一个有趣的现象，就是有一系列脑区在进行各种不同任务时的脑活动相比于静息态时会降低 [4] 。这一发现导致 Marcus Raichle 等人在2001年提出了大脑默认模式的概念 [5] 。Marcus Raichle等人提出有一系列脑区在大脑的默认模式——静息态时会保持很高的活动水平，而在大脑需要和外界交互完成各种任务时激活水平会下降。这个大脑的默认网络主要包含后扣带回、内侧前额叶以及左右顶叶下回。

从Biswal等人1995年的研究开始，一系列的研究发现大脑中功能相关的区域在静息态的脑活动也会有很高的相关 [6] [7] 。这使得研究者可以使用静息态功能成像研究大脑大范围的功能组织。相关的最常用的数据分析方法是数据驱动的独立成分分析 (ICA) [8] 。把应用独立成分分析到静息态功能磁共振数据上，研究者可以同时得到大脑中很多个相对独立的脑网络，比如默认网络、左/右偏侧的额顶网络、警觉网络 (salience network)、注意网络、视皮层网络、运动网络等等。

因为静息态功能磁共振操作简单，使得它有非常广阔的临床应用前景。很多精神疾病病人大脑的静息态脑活动相比于正常人会有改变。目前，静息态功能成像几乎应用到所有精神疾病的临床研究中，比如精神分裂症 [9] 、抑郁症 [10] 、孤独症 [11] 等等。因为静息态功能磁共振实验设计简单，还使得实验室间共享数据成为可能。2010年，Biswal等人整合了全球35个实验室的一共1414名被试的静息态功能磁共振数据，并显示了静息态功能网络的稳定性 [12] 。基于静息态功能磁共振数据的数据分享成为功能成像数据分享的最主要组成部分。其中比较重要的精神疾病数据分享包括孤独症 [13] 和多动症 [14] 。在美国国家卫生研究所 (NIH)资助的人脑连接组项目中 ( The Human Connectome Project )，静息态磁共振数据是其中一个重要的组成部分。