认知与脑笔记

一、认知与脑

枚举主要的认知神经科学手段

神经信号记录方法：

1. 单光子发射计算机断层扫描和正电子发射计算机断层扫描：SPECT与PET将放射性同位素注入对象的血管，使其进入脑部。通过观测脑部不同区域的放射性同位素分布，可以判断脑的哪一部分更活跃。PET的空间分辨率和fMRI类似，但是时间分辨率极差。

2. 脑电图：EEG通过将许多电极接入对象的头皮，来测量大量神经元发放所形成的电场。该技术的时间分辨率极高，但是空间分辨率相对很低。

3. 功能性磁共振成像：fMRI测量流经脑部不同区域的相对血氧浓度。血液中较高的含氧量应该对应着该区域的神经活动增加。该技术使得我们可以定位不同脑区的特定功能。fMRI具有中等的空间与时间分辨率。

4. 光学医学成像：该技术使用红外传感器来接收某个脑区域附近的血液反射光。因为富含氧和缺少氧的血液反射光线情况不同，就可以依此研究哪部分脑区更活跃（也就是流经更富氧的血液）。光学医学成像具有中等的时间分辨率，但是空间分辨率较差。它的优点是它非常安全，可以用来研究婴儿的脑。

5. 脑磁图：MEG用以测量神经兴奋活动产生的磁场。它和脑电图类似，但是它的空间分辨率比脑电图好，因为磁场不会像电场那样因为头皮和脑膜而减弱或模糊。MEG使用超导量子干涉仪（SQUID）来探测微弱的磁场。

• Single unit recording 单细胞记录

• Electroencephalograph EEG 脑电图：该技术的时间分辨率极高，但是空间分辨率相对很低。

• ERP technology 时间相关电位技术

• Magnetoencephalography (MEG) 脑磁图：MEG用以测量神经兴奋活动产生的磁场。它和脑电图类似，但是它的空间分辨率比脑电图好，因为磁场不会像电场那样因为头皮和脑膜而减弱或模糊。MEG使用超导量子干涉仪（SQUID）来探测微弱的磁场。

• Positron emission tomography (PET) 正电子成像技术：PET的空间分辨率和fMRI类似，但是时间分辨率极差。

• Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) 功能磁共振成像：fMRI测量流经脑部不同区域的相对血氧浓度。血液中较高的含氧量应该对应着该区域的神经活动增加。该技术使得我们可以定位不同脑区的特定功能。fMRI具有中等的空间与时间分辨率。

简要描述神经元的基本工作原理。

从发射神经元到接收神经元的信息传输大致由三个阶段组成。首先，发射神经元产生空间和时间限制的电脉冲或尖峰，其沿着神经元的轴突（和轴突分支）从细胞体行进到轴突的末端。通过突触将传递神经元的轴突末端"连接"到接收神经元的树突。尖峰导致传递神经元的突触释放化学物质或神经递质，它们通过扩散在两个神经元之间短距离传播。

当神经递质分子与受体结合时，接受神经元上的特化受体识别（结合）特定的神经递质，并启动许多细胞事件（大多数在本文中被忽略）。其中一个事件是细胞通道的开放，它引发另一个电波，这次通过接收神经元的树突传播到它的细胞体（这可能是一个尖峰的形式，但通常这个波在空间上扩散比尖峰更多 - 基于轴突的传播 - 想想水被推入管道中。

神经元的两个主要原理：

1. 连接的特异性：神经元的细胞浆彼此并不相通，因此每个神经元是相互独立的，这种连接是神经元传递信息的特异性通路。
2. 功能性两级分化，神经元的一部分专门负责接收信息，而另一部分专门负责将信息传递给其他神经元或肌肉。

神经细胞之间存在突触，且并神经细胞会发出“电化学脉冲”信号。
如果信号足够强，会跨过突触间隙，达到另一个神经细胞，就可以激活神经细胞释放“化学物质”。
如果信号强度不够，不会释放化学物质。
神经细胞有许多树枝状结晶（树突Dendrites），但只有一个轴突（axon），轴突可以有数百个分叉，并且很长，有细胞的100倍长。

什么是左右大脑半球功能的偏侧化现象？

脑功能侧化是指左脑和右脑的功能不完全对称，是某些神经功能或认知过程趋向于大脑一侧或另一侧的趋势。左脑是人类大脑的左部，另一部分称为右脑。

大脑两半球的活动并不是完全分开的，而是相互协调配合的。因一侧半球损伤而丧失的机能可由另一 侧半球进行代偿；在割裂脑的实验中，一些病人在进行需要两个半球共同参与的测验时有明显的异常表现，使用双听和速示等方法，也都证明两侧大脑半球机能的特异化不是绝对的。对于脑机能一侧化的概念，可有这样的看法：大脑两半球的功能活动既有相对独立的特殊性，也有相互配合的统一性。就某一具体的皮层高级功能而言，一侧半球起着另一侧半球所起不到的“ 优势” 作用。单侧化不是绝对的，而是相对的

什么是梭状神经元？为什么认为梭状神经元与复杂社会行为密切相关？

纺锤体神经元是一种有着纺锤形状的神经元胞体，纺锤顶上有一个轴突，并且在反方向只有一个树突的神经元。

纺锤体神经元被认为与在社会环境中作出迅速的直觉判断有关。这种细胞同时还涉及到更高级的认知功能，例如意识和情绪

梭形神经元的位置以及它们与社会脑区域的连接，表明它们在社交互动、情绪和治疗中的重要性。梭形神经元有丰富的突触受体，可以接收多巴胺、血清素和抗利尿激素，它们在情绪中发挥着作用，因而也影响到情绪体验和亲密关系的形成。它们在扣带回皮层和眶额皮层之间形成连接。

论述人类视网膜上感光细胞的分布特点及其意义。

视网膜最里面一层由数百万感光细胞组成。

感光细胞有两种类型，即视杆细胞和视锥细胞。视杆细胞对低强度的刺激敏感。这些细胞在光能很少的晚上最有用，虽然也对明亮的光线起反应，但是补充视杆细胞中的感光色素需要时间，因此在白天几乎没什么用。在白天几乎没什么作用。视锥细胞的活动需要强烈的光线，并且使用能快速再生的感光色素，在日间的活动最强。不同感光色素对不同可见光的波长的敏感性不同。

视锥细胞和视杆细胞在视网膜上不是均匀分布的，视锥细胞在视网膜的中央最为集中，这一区域被称为“中央凹”，几乎没有视锥细胞分布在视网膜较外周的区域，而与之相对的，视杆细胞在整个视网膜上都有分布。

65%红，33%绿，2%蓝

简述对线条方向敏感的“曲率觉察器”的工作原理。

S1 简单细胞理论

感受野：对某一特定位置，具有某种特定特征的刺激，产生最强反应的位置，神经元叫觉察器

什么是面孔识别的整体加工效应。

我们根据面部的整体结构来识别人，仅通过他面部的部分特点并不能使我们识别面孔，面孔识别所依赖的是分析这些特征的结构和构造。面孔识别所需的关键信息是需要一个整体表征来记录各重要部分间的整体结构。分析加工与左半球有关，整体加工与右半球有关。

简述统觉性失认症和联接性失认症的行为表现和神经损伤模型。

右半球损伤导致统觉性失认症（知觉分类、视觉分析），统觉性失认症主要描述的是知觉加工中的物体识别问题，其与腹侧通路病变相关。统觉性失认症患者对有关复杂事物只能认知其个别属性，但不能同时认知事物的全部属性。举例来说，即患者不能区分两个面积相等的长方形；除了那些由直线组成的字母（如I），他也不能阅读其他字母。而面孔知觉对此类患者来说是不可能的

联络性失认症（语义分类、视觉分析）指那些不能归因于知觉能力的视觉物体识别障碍，该类型患者似乎依然能知觉到一切整体的视觉图像，不能认识它，不能确定它的意义。比如患者能够很容易的临摹几何形状，甚至很好的上色，但却不能命名自己所涂色的物体

简述前额叶的功能，并论述其对人类行为的意义。

目标导向行为（解决冲突、任务切换、任务规则理解）、反应选择、工作记忆、注意力、情绪调节

前额叶损伤的主要症状有，在性格上出现偏执、夸张、欣快、易怒和情绪波动，行为上出现迟缓、粗野、孤僻、任性和荒诞无稽，不能集中注意力观察和思考问题，不能进行复杂周密的逻辑推理，任何事情转眼就忘，对复杂环境不知所措，对突然发生的事件束手无策，既不能总结和汲取过去的经验教训，也不能规划和安排未来，对一切都漠不关心，我行我素。临床上把这些症状综合起来取名为“额叶综合征

论述认知神经科学与人工智能技术的关系。

神经科学更多地侧重于生物学意义上的神经活动的规律，解析包括思维、情感、智能等在内的高级神经活动的发生机制，而意识起源问题，则是神经科学的终极目标，研究方法上神经科学是以自然现象归纳为主的“实验科学”。而人工智能是研究开发能够模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，研究对象不是智能而是智能操控，现阶段研究方法上是侧重于对复杂现象进行模拟仿真的“计算科学”。

早期人工智能领域的科学家将生物神经系统作为参照对象，创造出了近年来盛行的“深度网络”脑启发架构，这是一个非常鲜明的“源流”案例

近年来，脑与神经科学、认知科学的进展使得人们在脑区、神经微环路、神经元等不同尺度观测的各种认知任务中，获取脑组织的部分活动数据已成为可能，获知人脑信息处理过程不再仅凭猜测，通过多学科交叉和实验研究获得的人脑工作机制更具可靠性。因此，脑科学有望为机器学习、类脑计算的突破提供借鉴。

　　但是，人工智能对神经科学发展的反哺或反馈作用也是客观存在的。在神经科学基础研究阶段，人工智能可以辅助研究人员解析复杂的脑神经信号、脑神经图谱实验数据，构建和模拟大脑模型系统等。在转化应用阶段，人工智能还能加速脑科学成果的应用，例如大脑疾病诊断与新疗法成果的临床转化等。

生物学基础的历史认识

willis and wren 画出了准确的脑构造图

功能整合和功能分离理论的辩证史

功能分离假设和颅相学

功能整合：使用切除法来研究大脑和脊髓不同部位的机能。 他认为神经系统可以分为几个主要的不同部分。各部分除了可 以产生特殊动作外，还具有统一性，一部分脑组织的损失并不 影响其机能的行使。如果一部分机能损失，还可以重新获得。

功能定位主义的回归：身体的运动功能可能被映射到 脑的某个特定部分

结构主义和功能主义：理解心智可以分解成哪些成分和理解心智是如何工作的 联想主义：心智的元素是如何相互联系而产生学习的。 联结主义催生了行为主义：只观测行为，行为主义 无法解释语言的创造性。 格式塔心理学：整体大于局部

脑的进化过程和规律

哺乳动物脑大于爬虫动物脑，在冰河世纪生存概率会增大 恒温规律：大脑与身体的比重，哺乳动物、鸟类要大于冷血动物等。

神经细胞增加，皮质表面积增加

新皮层占比逐渐递增，行为逐渐复杂

前额叶发展

婴儿脑的发展

脑容量不断增大，灰质皮层面积不断增加，且皮层面积增加速率远大于脑容量，沟回的复杂度不断加深

运动行为能力变化 “三翻四坐八爬”

微观：

1. 大部分神经元树突复杂性及尺寸的增长
2. 突突触密度的增加
3. 髓鞘的增强，电传输效率的增加
4. 视觉皮层中树突复杂性及增长
5. 突触密度的起伏（裁切过程）
6. 前额叶发展较为迟缓
7. 灰质总体减少，额叶减少较多，颞叶减少相对轻微

语言习得

执行功能的发展

社会的认知

动作电位产生的原因

动作电位（英文：action potential），指的是静止膜电位状态的细胞膜受到适当刺激而产生的，短暂而有特殊波形的跨膜电位搏动。细胞产生动作电位的能力被称为兴奋性，有这种能力的细胞如神经细胞和肌细胞。动作电位是实现神经传导和肌肉收缩的生理基础。

一个初始刺激，只要达到了阈电位（threshold potential），不论超过了多少，也就是全有全无律，就能引起一系列离子通道的开放和关闭，而形成离子的流动，改变跨膜电位。而这个跨膜电位的改变尤能引起临近位置上细胞膜电位的改变，这就使得兴奋能沿着一定的路径传导下去

在未来世界，危险的冲突很可能起因于在西方傲慢、伊斯兰的不宽容和中华文明之间的互动

1. 什么是文化：由一群人共享并逐代传递下去的一系列态度（信念、价值观、基本知识）、行为（图式、规则、风俗、习惯）和符号（物体、颜色、声音、口号）。
2. 文化的特征：共享、习得、适应性、主观成分和客观成分
3. 权力距离：一群人享有更高的社会地位（小：美国、丹麦、以色列、奥地利，各社会阶层的人权力平等，工作中权力分散；大：马来西亚、中日韩）
4. 面孔识别：自我面孔优势、权威面孔优势
5. 个人主义：自我是一个自足的独立实体，具有稳定、独特的个人信念、态度、偏好和价值观。
6. 集体主义：自我与内群体（如家庭或宗族）相互以来，个体在关系网络中实现自我认同，在交往中更关注他人的想法和感受，以及他人对自己的看法
7. 现代化理论(modernization hypothesis, Inglehart, 2000)：现代化假设认为，随着社会变得更加富裕，受教育程度更高，资本主义化，他们变得更加个人主义和分析化。
8. 病原体理论(pathogen theory, Fincher et al., 2008)一些国家传染病患病率高，使得其与陌生人接触变得更危险，使这些文化更加孤立于世，发展成为集体主义。集体主义主义的具体行为(如民族中心主义、服从性)可以防止病原体的传播。
9. 稻米理论(Rice theory, Talhelm et al., 2014)水稻——需要沟通合作、费时费力小麦——无需合作、所需人力较少
10. 不确定性回避：支持能够保证确定性的信念，并会维持保证一致性的惯例（寻求制度、风俗、他人意见来解决不确定性）低不确定性回避：习惯于保持不一致的态度、不确定性、创造性，以及新的思维和行为方式

二、语言与认知

语言的生理基础

1. 人类经过长期演化，在基因上已经发展出一个语言获得装置 (Language Acquisition Device, LAD)，代代遗传
2. FOXP2基因异常

语言的获得

1. 3-7岁
2. 7.5个月的分辨能力有预测作用

语言与认知

三、隐喻与具身

传统认知

认知是可计算的——计算功能主义

隐喻认知

1. 隐喻：源自希腊语metaphora，意为转移的词语或转义。
2. 实体隐喻：把抽象的事件、活动、情感、思想等作为物质实体来理解和感知
3. 结构隐喻：一个概念借助于隐喻用另一个概念的术语构建起来。
4. 时间隐喻：时间通常会借助隐喻来表达，其中空间隐喻的使用频率最高
5. 时空运动隐喻：自我动：积极、愤怒、幸福（less 焦虑）vs时间动

具身认知

1. 身体在认知过程中起重要作用，认知需要身体体验，强调认知和身体之间紧密的联系
2. 麦克白效应
3. 身体的姿势、动作、面部表情会影响认知、情绪和行为。

四、情绪与文化认知

动物的情绪 vs.情绪与文化认知

情绪脑

1. 每一种情绪对应于特定的自主神经系统活动模式
2. 杏仁核：恐惧

情绪理论（建构理论）

1. 官能心理学(Faculty psychology)：一种科学框架，假设常识性的心理状态，例如认知（记忆、注意和决策等）、情绪（愤怒、悲伤、高兴等）和知觉（视觉表现、听觉等）都是意识的基本官能。官能心理学认为这些官能对应于身体和大脑的物理结构。
2. 建构主义(Constructionism)：另一种科学框架，假设这些常识性的心理状态，例如认知（记忆、注意和决策等）、情绪（愤怒、悲伤、高兴等）和知觉（视觉表现、听觉等）是由更为基本的心理操作或成分混合构建出来的。建构取向认为这些操作可以对应到固有的脑网络上。
3. 情绪类型：官能心理：存在几种特定的情绪，有生气、悲伤、害怕、厌恶和高兴。 建构主义：没有普遍的特定类型，一个人把情绪依据自己习得的概念分成不同的类型。
4. 时间与过程：官能心理：情绪分阶段，有一个清晰的时间进程；情绪产生过程不同于情绪调节过程。 建构主义：情绪的各阶段不清楚，不同阶段会相互影响，情绪产生和情绪调节调用了同一组过程。
5. 脑机制：官能心理：情绪定位于某个特定的脑区和脑网络，不同的情绪类型由不同的脑神经通路。 建构主义：情绪不能对应于某个脑区的特定激活；一种情绪和所有的其他心理状态一样，是脑交互网络的动态过程。
6. 进化的角色：官能心理：情绪的神经网络是先天的，每一种情绪都有遗传的适应性；在动物身上是同源的，人类和非人类的动物都具备。 建构主义：对核心情绪(人类和动物是同源的)，人类具有天生的能力。同时，人类还具有习得情绪类型的能力。

	官能心理	建构主义
定义	一种科学框架，假设常识性的心理状态，例如认知（记忆、注意和决策等）、情绪（愤怒、悲伤、高兴等）和知觉（视觉表现、听觉等）都是意识的基本官能。官能心理学认为这些官能对应于身体和大脑的物理结构。	另一种科学框架，假设这些常识性的心理状态，例如认知（记忆、注意和决策等）、情绪（愤怒、悲伤、高兴等）和知觉（视觉表现、听觉等）是由更为基本的心理操作或成分混合构建出来的。建构取向认为这些操作可以对应到固有的脑网络上。
情绪类型	存在几种特定的情绪，有生气、悲伤、害怕、厌恶和高兴	没有普遍的特定类型，一个人把情绪依据自己习得的概念分成不同的类型
时间与过程	情绪分阶段，有一个清晰的时间进程；情绪产生过程不同于情绪调节过程。	情绪的各阶段不清楚，不同阶段会相互影响，情绪产生和情绪调节调用了同一组过程。
脑机制	情绪定位于某个特定的脑区和脑网络，不同的情绪类型由不同的脑神经通路。	情绪不能对应于某个脑区的特定激活；一种情绪和所有的其他心理状态一样，是脑交互网络的动态过程。
进化的角色	情绪的神经网络是先天的，每一种情绪都有遗传的适应性；在动物身上是同源的，人类和非人类的动物都具备。	对核心情绪(人类和动物是同源的)，人类具有天生的能力。同时，人类还具有习得情绪类型的能力。
独特性	每种情绪类型都为一种独特的状态，如独特的面部表情、生理模式和神经化学信号。	不同情绪没有一致的、特定的面部表情，生理模式；不同面部表情可以用来表示一种情绪。
模块性	一旦受到刺激或对它的解释开始了，情绪就会以一种强制的方式得到触发；自上而下的加工对情绪体验的影响非常小。	情绪是构建起来的，这种构建可以由不同的操作唤起；这些基本的操作可以概念化为情绪，也可能概念化为其他类型的心理状态；自上而下的加工对情绪体验的影响较大。
概念知识	情绪概念或是天生，或来自于情绪性反应的统计性结构。分类知识可以组织成语义表征(或具身表征)，一种情绪类型很少会随情境而变化。	情绪知识的获得依赖语言，概念系统被组织成情境性概念，这些概念具有情境依赖性。
概念知识的变异	人类具有同样的情绪概念系统，同样的内容。某一种情绪类型所出现的变异，主要是由于测量误差或者是情绪调节造成的。	不同的学习历史产生出来的情绪概念系统具有不同的内容。某一种情绪类型的变异，不是一个例外，而是一个规则；在某一种情绪下，人类可以感受到/做很多事情；反应和当时的情景背景相吻合。

建构主义模型：核心情感、概念化、情境概念化、执行控制、外部感觉。

情绪建构的研究

五、心理学的可重复性

心理学的危机

可重复性的研究项目

• 为什么不能重复？
• 可疑操作，p-hacking，cherry-picking等，通过不合理的手段达到统计-上的显著
• 选择样本量
• 选择性报告数据
• 选择小样本而避免进行大样本实验

如何提高可重复性

• 不只报告p值，还要报告效果量和置信区间
  • 后者比p值稳定
  • 更容易和全面的理解
  • 更容易进一步的分析，如元分析
• 元分析
  • 不需要p值显著
  • 需要效果量和置信区间即可
  • 灵活性大需谨慎