Part 1 認(rèn)知心理學(xué)

認(rèn)知心理學(xué)從信息加工的角度來研究心理活動，其假設(shè)為：我們在世界中并非是直接感知和行動的，我們的感覺、思維和行動都依賴于我們內(nèi)在的轉(zhuǎn)換或運(yùn)算。

心理的神奇特性，用一個例子就可以說明，當(dāng)每個單詞的第一個和最后一個字母正確時，是不影響我們理解的（要有上下文）。比如：“Aoccding to a rscheearch at Cmabridge Uinervtisy, it deosn`t mttaer in waht oredr the ltteers in a word are, the only iprmoatmt tihng is taht the frist and lsat ltteer be at the rghit pclae.”與之后要說的心理操作中的詞優(yōu)效應(yīng)（實(shí)驗(yàn)是：當(dāng)給被試迅速呈現(xiàn)一個刺激后，詢問被試兩個目標(biāo)字母剛才是否看過，即剛才的刺激是否出現(xiàn)過兩個目標(biāo)字母。當(dāng)給被試呈現(xiàn)的刺激是單詞時，正確率最高）一起，表明了我們識別單詞之前并不需要識別單詞中的所有字母，當(dāng)我們閱讀一列單詞時，對單個字母的表征和對整個單詞的表征是以平行加工的方式被激活的。

 

認(rèn)知理論有兩個關(guān)鍵概念：心理表征和心理表征轉(zhuǎn)換。心理表征的概念指出，我們的信息加工依賴于內(nèi)部的表征，如，理解“球”，我們可以用圖形在心里表征，可以用數(shù)學(xué)方程進(jìn)行表征，還可以用語言對其進(jìn)行表征。心理表征轉(zhuǎn)換的例子，如我們要將現(xiàn)在的感覺與記憶中的知識相聯(lián)系，轉(zhuǎn)換成可以理解的、可以運(yùn)用的信息，再比如，我們要學(xué)會一個新的運(yùn)動項(xiàng)目，我們需要將學(xué)到的知識表征轉(zhuǎn)換為運(yùn)動表征（書本或教師口頭表述的文字轉(zhuǎn)換為動作表象）。

關(guān)于心理表征的轉(zhuǎn)換，Michael Posner做了一個分類實(shí)驗(yàn)：要求被試按照幾個條件對字母進(jìn)行分類——同音同形（如A和A），同音（A和a），同為輔音，同為元音。最后發(fā)現(xiàn)，被試對物理特征相同條件反應(yīng)最快（如同形字母），其次是語音相同。結(jié)果表明，我們對刺激存在多重表征，第一重表征基于刺激的物理特性，第二重表征是語音表征，最后一重是類別表征（如同為輔音）。后來的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，將兩個字母呈現(xiàn)時間的差異（兩個刺激之間的時間間隔）拉長，物理特征相同和語音相同條件的反應(yīng)時差異減小了，這說明了對第一個呈現(xiàn)的慈母，內(nèi)部表征在這段時間間隔內(nèi)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換（由物理刺激表征轉(zhuǎn)換為了語言特性或是更為抽象的表征）。

在關(guān)于心理表征的實(shí)驗(yàn)中，不難發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知心理學(xué)中一個關(guān)鍵的因變量就是“反應(yīng)時”（被試作出判斷時的速度）。反應(yīng)時的測量需要精確計(jì)時的方法，研究人與人之間反應(yīng)時的細(xì)微差異。

 

認(rèn)知心理學(xué)的另一個基本假設(shè)，與“心理操作有關(guān)”：人要完成任務(wù)，需要一系列的心理操作——將一個表征作為輸入，然后對其進(jìn)行某種形式的加工，由此產(chǎn)生另一個表征作為輸出。

Saul Sternberg做過一個實(shí)驗(yàn)，先給被試呈現(xiàn)一系列需要記憶的字母，然后呈現(xiàn)單獨(dú)的一個字母，問被試剛才呈現(xiàn)的一系列字母中是否有這個字母（被試被要求按“是”或“否”的按鈕）。實(shí)驗(yàn)假設(shè)有兩個，如果人是系列加工（即按順序從記憶的第一個字母開始，在心里按順序一個一個比照“是否有這個字母”），則被試的反應(yīng)時會隨著給出的系列字母的數(shù)量的增加而邊長；如果人是平行加工（即在心里同時對所有記過的字母與目標(biāo)字母進(jìn)行比照，而不是一個一個對比），則反應(yīng)時不會隨著給出的系列字母數(shù)量增加而線性變化（即反應(yīng)時獨(dú)立于記憶中的項(xiàng)目數(shù)）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，我們的心理操作是序列加工，并且是窮盡搜索式的。這里需要說明一下：如果是終止搜索，在按“是”的反應(yīng)任務(wù)中，被試一旦發(fā)現(xiàn)匹配的情況就停止在大腦中比照剩余的字母（按“否”的反應(yīng)任務(wù)，需要被試將出現(xiàn)的字母在原先識記的字母中做全部檢查），按“否”的反應(yīng)任務(wù)的反應(yīng)函數(shù)斜率應(yīng)當(dāng)是“是”反應(yīng)函數(shù)的兩倍；如果是窮盡搜索，不管是按“是”還是“否”，兩個反應(yīng)任務(wù)的函數(shù)是平行的。結(jié)果說明在這項(xiàng)任務(wù)中，人是窮盡搜索的，如此浪費(fèi)心力的心理操作，可能的解釋是：貯存所有比較的結(jié)果之后再評估要比實(shí)時地對比的結(jié)果作出評估要容易。

信息加工的假設(shè)也有一些局限，比如不能夠確定記憶比較受限是由于記憶本身的特性還是人類心理加工普遍的特性。

J．R．Stroop做了一個實(shí)驗(yàn)（Stroop效應(yīng)），讓被試指出呈現(xiàn)的單詞的顏色（單詞是具有顏色詞義的，如red，是紅色還是黑色，正確答案是黑色）。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果看來，基于單詞詞義的表征是自動激活的，即便我們的任務(wù)是要被試指出單詞本身的顏色。又由于單詞的詞義表征是語言反應(yīng)系統(tǒng)控制的，我們只要讓被試用按鍵來說明看到的顏色，詞義本身的影響會比被試口頭表達(dá)要小。

 

 

Part 2 計(jì)算建模

計(jì)算機(jī)模擬用于模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，探討認(rèn)知加工問題。通過人工智能，我們可以模擬幾種不同連接方式的模型在加工信息時的差異（人的內(nèi)部構(gòu)成是相似的，但是讓人千差萬別的是內(nèi)部的構(gòu)造方式，即連接方式）。

在用計(jì)算機(jī)建模時，常常使用損傷技術(shù)，即制造“損傷”，觀察模型所表現(xiàn)出的故障是否類似于神經(jīng)病患者所表現(xiàn)出的行為缺陷。

 

 

Part 3 運(yùn)用于動物的實(shí)驗(yàn)技術(shù)

大多認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)不能夠直接將人作為被試，因而，常常使用動物被試，有的實(shí)驗(yàn)是測量和記錄靜息或活動條件下的細(xì)胞活動，有些技術(shù)是通過破壞目標(biāo)腦區(qū)或者使其暫時失活的方法制造損傷而操控神經(jīng)活動。

 

單細(xì)胞記錄。單細(xì)胞記錄常常是在細(xì)胞膜外插電極進(jìn)行的（雖然在細(xì)胞膜外測量不能夠保證電極末端的電位變化就是單一細(xì)胞的活動，但相比于將電極插入細(xì)胞內(nèi)會損壞細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)，這種方法會更靠譜一些），主要目的就是確定怎樣的實(shí)驗(yàn)操作會引起一個獨(dú)立細(xì)胞的反應(yīng)產(chǎn)生恒定變化。比如，在視覺系統(tǒng)中，視覺敏感細(xì)胞僅僅會對某個有限區(qū)域的刺激產(chǎn)生反應(yīng)（該區(qū)域被稱為“感受野”）左下角的視覺刺激（如圖片）只能夠刺激部分神經(jīng)元，而“左下角”的區(qū)域即為這部分神經(jīng)元的感受野。外部維度（如空間位置）和對應(yīng)該維度的神經(jīng)表征之間會形成有序的映像，形成拓?fù)涞匦伪碚鳌?/span>

多細(xì)胞記錄。在大腦中，整體是大于部分之和的，所以，測定單一細(xì)胞并將這些組合在一起并不等同于它們真正組合在一起的功能，為此，生理學(xué)家發(fā)展了可以同時記錄多個神經(jīng)元活動的技術(shù)。

 

損傷。通過選擇性地去除一個或多個腦結(jié)構(gòu)來研究行為發(fā)生的變化，如用一個吸取裝置去除目標(biāo)結(jié)果，如用足夠強(qiáng)的電流破壞組織，如用藥物選擇性破壞神經(jīng)遞質(zhì)的細(xì)胞，如用藥物暫時損壞神經(jīng)的功能（事后會恢復(fù)）。但用損傷的技術(shù)，并不能夠精確地獲悉具體的功能，因?yàn)榭赡軙写鷥斪饔茫巢糠值膿p傷會使得其他部分增強(qiáng)）。

 

遺傳控制。由于基因研究的發(fā)展，人們可以通過基因來預(yù)測或探索人的某些行為或表現(xiàn)（關(guān)于基因，需要注意的是，并不是只有基因就能夠預(yù)測了，有時候基因要表達(dá)出來需要獲得一定的環(huán)境支持）。一個關(guān)鍵的方法學(xué)是基因敲除程序，即對特定基因進(jìn)行處理，使其不再存在或表達(dá)。

 

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的因果關(guān)系需要特別注意，很多時候只能夠得出相關(guān)，但是不能夠得出因果關(guān)系。如創(chuàng)傷性應(yīng)激障礙和海馬體積相關(guān)，但是不能確定是創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙導(dǎo)致了海馬變小，還是海馬體小本身導(dǎo)致了人更容易產(chǎn)生創(chuàng)傷性應(yīng)激障礙。

 

Part 4 神經(jīng)病學(xué)

神經(jīng)病學(xué)，以神經(jīng)障礙病人為研究對象，探究神經(jīng)結(jié)構(gòu)與其功能之間的關(guān)系（某部分神經(jīng)結(jié)構(gòu)受損會導(dǎo)致某些功能出現(xiàn)異常，該結(jié)構(gòu)就可能與該功能有關(guān)）。在神經(jīng)病學(xué)中探查病人受損神經(jīng)的方式有幾種：計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）、磁共振成像（MRI）、彌散張量成像（DIT）。

計(jì)算機(jī)斷層掃描，也就是CT，用X射線，通過頭部不同介質(zhì)組織對X射線的不同吸收能力來呈現(xiàn)腦的結(jié)構(gòu)。重構(gòu)的圖像常常會將對比度點(diǎn)到：高密度的地方以明色表示（如頭骨），低密度的區(qū)域則是暗色（如存有許多腦脊液的腦室）。

磁共振成像，其利用的是原子核中的質(zhì)子和中子對磁力的敏感性。在大腦的有機(jī)組織中，氫原子就可以起作用：MRI形成一個磁場，在磁場下，元素會排列整齊，而此時利用無線電波干擾使其排序以系統(tǒng)的方式變化，從而獲悉大腦結(jié)構(gòu)。MRI的分辨率要比CT高很多。

彌散張成像是利用MRI掃描儀研究形成白質(zhì)的軸突束的顯微結(jié)構(gòu)。其利用的是軸突中水的密度和水的擴(kuò)散性來研究軸突：利用水的擴(kuò)散性，可以獲悉軸突的位置、髓鞘的位置（軸突存在，則使得神經(jīng)中的水被軸突細(xì)胞膜限制擴(kuò)散；髓鞘存在，則會讓水運(yùn)動的限制程度更大）。

 

神經(jīng)病學(xué)對神經(jīng)障礙的主要探索有血管病、腫瘤、退行性和感染性疾病、創(chuàng)傷和癲癇癥。

血管輸送的氧氣和葡萄糖對大腦有非常重要的作用，如果大腦缺氧，十分鐘就可以導(dǎo)致神經(jīng)死亡。在血管病中，利用的是血管造影技術(shù)（評估大腦循環(huán)系統(tǒng)的成像技術(shù)，用注射的染色劑觀測X光掃描的腦部血管分布）。有四條動脈輸送給大腦：兩條頸內(nèi)動脈（大腦前動脈和大腦中動脈）和兩條椎動脈。當(dāng)流入大腦的血液忽然受阻，就會發(fā)生大腦血管性事故或卒中（卒中常見的原因是，動脈硬化，也就是脂肪組織累積在心臟，而這些脂肪組織后被打碎，成為血液中攜帶著的栓塞物，栓塞物可以輕易通過腦部較大的動脈，卻難以通過腦部細(xì)小的血管，一旦在狹窄處阻塞，就會使下游組織缺乏氧和葡萄糖，組織很快就會失活）。

此外，還有很種類的腦血管疾病，如血壓驟降使腦部血供應(yīng)不足，血壓驟升導(dǎo)致腦溢血，血管破裂使大腦大范圍出血，血管痙攣引發(fā)偏頭痛。還有一些是動脈結(jié)構(gòu)的問題，如大腦動脈硬化，動脈壁變厚和硬化造成大腦血管變窄的慢性疾病。

 

腫瘤，是指沒有生理功能的大量不正常增生組織。大腦腫瘤大部分來自神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和白質(zhì)組織。腫瘤分為良性腫瘤和惡性腫瘤，良性腫瘤是去除后不再復(fù)發(fā)并且取向維持在它們萌發(fā)的區(qū)域；而惡性腫瘤在去除后十分容易復(fù)發(fā)，且通常分布在不同區(qū)域。

根據(jù)起源的位置，腦瘤可以分為三大類：神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤、腦膜瘤和轉(zhuǎn)移瘤。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤即神經(jīng)膠質(zhì)的不正常增生，腦膜瘤起源于大腦的保護(hù)性薄膜，轉(zhuǎn)移瘤是從其他非腦結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)移的瘤。

 

退行性和感染性疾病。退行性疾病和基因缺陷、環(huán)境因素有關(guān)。典型的退行性疾病如亨廷頓氏舞蹈癥，其原因主要是基底神經(jīng)節(jié)中的尾狀核和殼核中間神經(jīng)元萎縮。而諸如帕金森氏癥、阿爾茨海默癥則可能與環(huán)境相關(guān)更大一些，帕金森氏癥主要是多巴胺神經(jīng)元的喪失，阿爾茨海默癥是邊緣系統(tǒng)和顳頂皮質(zhì)的纏結(jié)合斑塊所致。還有一些疾病是病毒所致，如艾滋病相關(guān)的癡呆是人類免疫缺陷病毒（HIV）聚集于大腦皮質(zhì)下區(qū)域。

 

創(chuàng)傷。創(chuàng)傷事件可能導(dǎo)致閉合性或開放性頭部損傷。閉合性損傷指頭骨完整，由于大腦被撞向頭部的沖力或反沖力所傷害，如緊急剎車撞到頭部（我們眼眶區(qū)域的鋸齒狀骨頭很容易在腦部前沖時破壞神經(jīng)組織）；開放性頭部損傷是頭骨被子彈或榴彈等物體穿過后造成的損傷。在創(chuàng)傷事件發(fā)生后，動脈問題和感染容易變成危害（動脈問題如血管破裂造成顱內(nèi)壓力增加、中斷血流等問題）。

 

癲癇癥。癲癇癥是大腦活動過度和異常的一種狀態(tài)，一般由急性事件（如創(chuàng)傷）、暴露在有毒的化學(xué)物質(zhì)或者是高燒導(dǎo)致，在癲癇發(fā)作時，個體往往失去意識。

 

神經(jīng)病學(xué)給認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的啟發(fā)，很多是其干預(yù)手段帶來的。在早期的干預(yù)中，功能性神經(jīng)外科手術(shù)常常被用于“治療”，比如割裂腦手術(shù)（過去人們認(rèn)為，額葉管控的“超我”太強(qiáng)導(dǎo)致本我被壓制，便切除人的額葉來進(jìn)行治療；還有些人認(rèn)為切開胼胝體，即連接左右腦的部分，可以防止生理畸變影響到另一半球）。隨著科技的發(fā)展，深部腦刺激被運(yùn)用于治療：電極插入基底神經(jīng)節(jié)中，產(chǎn)生連續(xù)信號誘發(fā)神經(jīng)活動 。胚胎移植也是一種治療方法，從流產(chǎn)胎兒中取出細(xì)胞，放置到病人受損的神經(jīng)結(jié)構(gòu)中，由于胚胎還未分化、未成熟，將其置于其中可以生成新的組織，幫助病人恢復(fù)神經(jīng)聯(lián)結(jié)（胚胎的干細(xì)胞不僅僅可以生成神經(jīng)系統(tǒng)，還可以生成循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)）。

 

Part 5 多方法結(jié)合

單分離和雙分離任務(wù)。認(rèn)知神經(jīng)心理學(xué)家常常涉及至少包含兩種任務(wù)的實(shí)驗(yàn)，一類是實(shí)驗(yàn)任務(wù)（操縱變量），另一類是控制任務(wù)（參照組）。在兩種任務(wù)的基礎(chǔ)上，如果發(fā)現(xiàn)兩組被試在兩項(xiàng)任務(wù)上進(jìn)行測試的結(jié)果出現(xiàn)明顯的組間差異，則出現(xiàn)單分離現(xiàn)象。但單分離現(xiàn)象并不能將腦功能與腦結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，特殊性問題有可能是敏感性不夠得出的結(jié)論（書上的例子：兩輛六缸汽車，一輛引擎全新，另一輛只用五缸行駛，二者同時在城市中行駛，都必須保持較慢的速度，此時看不出兩輛車性能差異。而放置到高速公路時就很明顯地看出差異了，但我們不會說，這輛車知識選擇性地對高速公路駕駛有缺陷，因?yàn)槌鞘旭{駛測試缺乏足夠的敏感性）。為了更好地獲悉是一般性問題還是特殊性問題（如是意識障礙問題，還是記憶問題，意識障礙個體無法保持正常意識為一般問題，而意識障礙必然會出現(xiàn)記憶問題，即特殊問題），常常在利用“雙分離”，即第一組在任務(wù)一上受損，而第二組在任務(wù)二中受損（比起單分離，這里出現(xiàn)三個組，兩個實(shí)驗(yàn)組，一個控制組）。雙分離中，通過論證一個任務(wù)受另一種操縱的影響而另外一個任務(wù)選擇性地受另一種操縱影響而獲得可分離的認(rèn)知操作證據(jù)。

在對腦損傷的研究中，個案研究常常被“提上日程”，因?yàn)闆]有兩種卒中或腫瘤是完全一樣的。不過個案研究的局限性還是有些大，于是，群體研究受到了關(guān)注。在群體研究中，盡管損傷的方位不一樣，但共同病變的位置可能導(dǎo)致被研究者在任務(wù)完成上有共同的缺陷模式。群體研究使得研究者能夠?qū)ふ蚁嚓P(guān)損傷患者之間的相似性，對不同腦結(jié)構(gòu)損傷的影響作出系統(tǒng)比較。

 

經(jīng)顱磁刺激（虛擬損傷）。經(jīng)顱磁刺激（TMS）是無創(chuàng)地在大腦中產(chǎn)生局部刺激（磁脈沖），以干擾正常神經(jīng)活動，觀察我們的行為與腦區(qū)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。這種虛擬損傷的技術(shù)，選擇性地干擾特定皮質(zhì)區(qū)域的正常活動，可以研究較為簡單的一些行為活動（復(fù)雜的任務(wù)會有更復(fù)雜的機(jī)制，往往不是某個腦區(qū)單獨(dú)負(fù)責(zé)）。

 

腦電圖（EEG）。腦電圖提供的是全腦活動的連續(xù)性記錄，由于正常個體的EEG模式往往是一致的，所以可以通過EEG記錄檢測到大腦功能異常。但由于腦電圖是測大范圍腦區(qū)的活動，不能夠精確獲悉具體部位的功能。為此，研究者將一系列外部刺激多次呈現(xiàn)，將這一系列試次中得到的EEG對其并進(jìn)行平均，便可去除與目標(biāo)刺激無關(guān)的腦電變異，獲得事件相關(guān)電位（ERP）。在臨床和基礎(chǔ)研究中，ERP已經(jīng)幫助研究者獲知了不同事件（如聽覺加工、視覺加工）所對應(yīng)的腦區(qū)。

另外，與ERP相關(guān)的還有腦磁圖（MEG）。MEG利用的是活動神經(jīng)元產(chǎn)生的微弱磁場來進(jìn)行觀測，通過一系列試次的疊加平均得到事件相關(guān)磁場（ERF）。

 

最后是利用新陳代謝的信號對大腦活動進(jìn)行觀測的技術(shù)，如正電子發(fā)射斷層掃描（PET）和功能性核磁共振成像（fMRI）。

PET測量與心理活動相關(guān)的局部腦血流變化。常見的PET形式是給被試注入放射性氧標(biāo)記的水，之后產(chǎn)生伽馬射線被PET檢測，如此便能夠得知腦部血流的分布（哪里有更多的血流，哪里就有更多的射線），而結(jié)合“當(dāng)一個腦區(qū)激活時，通過增加血流量，使其有更多的養(yǎng)和葡萄糖”可知大腦活動的區(qū)域。

fMRI同樣也是利用大腦活動區(qū)域的局部血流量增加這一原理，測的是血紅蛋白的磁場（氧合和脫氧血紅蛋白之間的比率，即血氧水平依賴效應(yīng)）。注意區(qū)別于MEG的活動神經(jīng)元微弱磁場探測。

PET和fMRI在使用上更多的是后者，這是因?yàn)椋?/span>fMRI掃描儀在發(fā)達(dá)國家或發(fā)達(dá)地區(qū)基本都有配備，且使用起來不需要像PET那樣的復(fù)雜（PET需要有專業(yè)人員來管理掃描儀和放射性示蹤劑的生成）。相較而言，fMRI的空間分辨率更高一些。

但是PET和fMRI相比于單細(xì)胞記錄、ERP都有局限——時間分辨率很差。PET要受到放射性物質(zhì)衰變速率的限制，fMRI也要等待新陳代謝的變化才能夠測定，而大腦的活動在時間上要先于二者。因而，PET和fMRI都不能“在線”測量，都是延時測量。

 

綜合來說，為了彌補(bǔ)各項(xiàng)技術(shù)的不足，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)常常會把成像、行為和基因技術(shù)結(jié)合在一個研究中。