认知神经科学:一些关于脑花儿的事情

▶️ 人的心理活动是在哪里发生的?

相信越来越多的人都知道,心理过程其实并不是发生在“心”里,而是在“脑”里。

大脑是我们心智活动产生的生理“场域“,在这个由上百亿神经元、胶质细胞缠绕而成的茂密森林中,孕育着关于喜悦和痛苦、仁慈和残忍、智慧和愚蠢的一切。从某种程度上看,探索人脑与探索宇宙有一定的相似性。

解读大脑的密码,不仅是令科研工作者兴奋激动的目标,也为人类的哲学迷思提供重要的世界观和方法论依据——来回答思维和存在、意识和物质的关系问题

目前,已有许多领域的研究者对大脑的生理结构和功能进行了广泛探索,这些学科包括神经解剖学(研究神经系统的结构)、神经生化(研究神经系统的化学性质、电活动等)、神经生物学(研究脑的分子结构和功能)等等。

20世纪70年代后期,认知神经科学这门主要关注人类心智生物机制的前沿学科诞生,恰到好处地弥合了领域空白:

传统心理学的研究因拿不出足够 “客观”的证据总被质疑“科学性”,传统的神经科学研究距离理解人类行为实在太远。认知神经科学作为一门交叉学科,融合了心理学、神经科学和计算机科学等领域的研究,旨

在揭示人类认知过程的脑机制,为理解人类大脑-心智-行为的关系提供重要依据[1]。

认知神经科学采用自上而下的研究策略,从大脑的工作方式入手探索人的心理过程,突破了用行为解释心理的传统方式,使人类对心理的认识到达一个新高度。

认知神经科学的发展大量借鉴了认知心理学的研究范式,如采用任务分离法、过程分离法对心理活动进行分离。不过,认知神经科学研究流行起来的关键是脑影像技术的蓬勃发展,因为这切实关系到认知神经

科学研究可以怎么做的问题。

▶️ 认知神经科学研究怎么做?

有关人脑的研究因技术落后发展极其受限:

“开颅”风险太大、大脑捐献者难得。

我们只能借助解剖遗体,或者一些罕见的临床病例来获得关于人类大脑结构及功能的宝贵经验。

当年,认知神经科学之父迈克尔加扎尼加为了探索大脑功能偏侧化相关问题,也是苦苦寻找因癫痫治疗切除胼胝体的病人来做实验(著名的“裂脑人”研究)。

认知神经科学:一些关于脑花儿的事情

加扎尼加“裂脑人”研究(The Split Brain in Man)

20世纪末,脑成像技术的快速发展拉开了无创伤性脑研究的序幕。

简单讲,大脑对于人们来说就像是一个黑匣子,人们隐隐感觉这个黑匣子与感知外部世界、语言表达、学习记忆、思维推理等等有关系(生活经验告诉人们:头部重伤人会死亡或变成植物人状态),但却不知道里面具体发生了什么,而脑影像技术帮助我们做到的事情,就是在不在不破坏这个黑匣子的前提下,尽量让它变得“透明”,让我们看清匣子里到底发生了什么。

认知神经科学研究常用的工具包括以下几种:

脑电图(ERP):采集大脑中神经活动所产生的微弱电信号,通过信号处理得到ERP波形图,从而得到发生特定事件(如刺激或反应出现)时大脑的电活动变化

功能磁共振成像(fMRI):利用认知活动中血红蛋白浓度的变化导致的磁性变化,从而获得 BOLD 信号,对流向特定脑区的血液变化进行检测。从而以高时空分辨率实时呈现进行特定活动时主要有哪些脑区在工作

认知神经科学:一些关于脑花儿的事情

功能性近红外光谱技术(fNIRS):利用血液的主要成分对600-900nm近红外光良好的散射性,获得大脑活动时氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化情况,其特点是机器比fMRI更灵活便捷,应用场景更多,更适合小孩老人

认知神经科学:一些关于脑花儿的事情

上述这些技术就像探照灯一样帮我们看到大脑黑匣的内部过程,让“大脑内发生了什么?”成为一个可以尝试回答的问题,加上心理学的研究基础,好奇的人类积攒了多年的问题喷涌而出:

“大脑在完成基础认知功能时发生了什么?”“大脑从出生到衰老整个过程有哪些变化和特征?”“大脑在有关情绪、自我概念、社会互动的过程中发生了什么?”……

很快,认知神经科学领域下又分化出关注不同问题的学者群体。

认知神经科学:一些关于脑花儿的事情

▶️ 认知神经科学在研究哪些问题?

1.认知中的脑

认知神经科学研究主要聚焦于认知功能的脑机制。认知功能包括知觉、注意、记忆、语言和思维等方面,研究者想要探索的具体问题是:

人们在感知世界、在记、在说、在想的时候,大脑是如何完成这些功能的?

回答这类基础问题也是我们理解人类复杂能力的脑机制的前提[2]。

2.发展中的脑

发展取向的认知神经科学研究关注人脑功能在毕生发展不同阶段的具体特征和发展规律,并试图绘制人脑毕生发展轨线,构建常模。

认知神经科学:一些关于脑花儿的事情

“中国彩巢计划”(Chinese Color Nest Project, CCNP: 2013~2022) 

比如,将孩子的脑影像数据与各类常模比较,我们可以得知这个孩子的脑发育情况是否正常,或哪一方面的认知能力处于优势,哪些属于劣势,这对于临床诊断、教育应用有重大意义;

对于老年人,可以用脑数据常模筛查出认知障碍高风险人群,并及早进行干预,也将发挥减轻社会负担,提高老年生活质量的重要作用[3]。

3.社会中的脑

社会取向的认知神经科学研究则将社会认知现象作为主要的研究对象,涉及到情绪、自我意识、社会互动、经济决策、道德等方面的脑机制研究。对于这些问题的探索意味着我们对人类脑机制独特性的理解更进一步。

《生活大爆炸》中谢尔顿送给女友艾米一张自己大脑的功能性核磁共振成像图,并表白:

“当我想起你时我的大脑眼窝前额叶皮层是亮起来的。”

大脑的前额叶皮层与情感体验有关,当人们感受到积极的情感体验时,部分眼窝前额叶皮层会被激活,以至于在核磁图中看起来是亮着的[4]。

所以,将谢尔顿的硬核表白翻译成文学版,其实是”一想到你,我这张脸上就泛起傻笑”。(是不是感觉瞬间get到了谢尔顿的浪漫!)

▶️ 光荣的荆棘路

作为前沿新兴学科,认知神经科学的研究已经取得不少成果。其中,极具未来感的应用研究方向包括大脑的“读”与“写”

“读”取大脑信息意味着我们能深度解码大脑指令,并服务于人或动物大脑与外部设备之间创建直接连接,实现脑与设备的信息交换(脑机接口,Brain Computer Interface,BCI),如通过大脑来控制飞行器、通过大脑来控制机器手。2016年,Nathan Copeland用意念控制机械手臂和美国总统奥巴马握手,一度引爆脑科学研究话题。

另一方面,也有科学家提出“写”入大脑指令的设想:我们是否能够通过一些手段,给大脑写入指令,让人们的心智过程发生改变?

这个设想已经在临床中得到初步尝试。研究发现,轻度认知障碍患者的大脑皮层中额下回的活动减弱,这会导致患者注意涣散,而对额下回和颞上回实施经颅磁刺激(rTMS),可以有效提高患者的注意和认知加工速度[5]。

考虑到治疗实施的可操作性和安全性,对于rTMS的应用还需要更多的研究提供支持。不过,通过影响大脑功能改变精神状态这一研究思路,已经为诸如抑郁症、创伤后应激障碍、慢性疼痛等疾病的治疗、治愈创造了新的契机。

此外,认知神经科学的发展总是与伦理建设齐头并进,因为随着研究的深入,谁也说不准未来我们是否会面临如《三体》中“思想钢印”的伦理问题。

尽管前路仍存在许多挑战,可预见的是这门学科将继续满足人类探索自我的好奇心,并为人类社会发展做出更多切实贡献。

大脑的精巧与复杂让我们产生作为“人”的自豪感,也让我们产生一系列困惑和好奇,人类用脑思索脑、研究脑,这并非一场循环的困境,而是一场人类对自我的叩问和伟大探险

▶️ 推荐阅读 | 迈克尔加扎尼加系列著作

《认知神经科学:关于心智的生物学》《谁说了算》《社会性大脑:发现心智的网络》

▶️ 参考文献:

[1]MichaelS.Gazzaniga, RichardB.Ivry, GeorgeR.Mangun, 加扎尼加, 伊夫里, & 曼根等. (2011). 认知神经科学:关于心智的生物学. 中国轻工业出版社.

[2]张卫东, & 李其维. (2007). 认知神经科学对心理学的研究贡献——主要来自我国心理学界的重要研究工作述评. 华东师范大学学报:教育科学版, 25(1), 10.

[3]刘俊升, & 桑标. (2007). 发展认知神经科学研究述评. 心理科学, 30(1), 5.

[4]罗跃嘉, 中国科学院心理健康院重点实验室, 古若雷, 陈华, & 黄淼. (2008). 社会认知神经科学研究的最新进展. 心理科学进展, 16(3), 5.

[5]陈娟, 何昊, 杨丹丹, & 关青. (2021). 重复经颅磁刺激对轻度认知障碍的干预效果. 心理科学进展, 29(11), 11.

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