认知神经科学：其特点及对心理科学的影响(刘昌2003)

维普资讯 http://www.cqvip.com ｌｌ０６　理　科　学　２００３年　第２６卷　第６期　认知神经科学：其特点及对心理科学的影响　刘　昌　（南京师范大学心理学研究所，南京，２１００９７）　性的分子，包括各种神经递质（ｎｅｕｒｏｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）、神经调质　１　引言　近年来，认知神经科学（ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ　ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ）在国际　（ｎｅｕｒｏｍｏｄｕｌａｔｏｒ）以及能与递质特异地结合的受体等。目前　已查明的神经递质和调质已有１００多种，最主要的有乙酰胆　碱、多巴胺、５一羟色胺等．在这些分子的基础上组成亚细胞　心理学界、神经科学界被屡屡提及，其发展势头之迅猛使其　成为２０世纪最后１０年心理学研究的一个重要方向。认知　神经科学旨在阐明一１２，理活动尤其是人类心理活动的脑基础　（ｔｈｅ　ｎｅｕｒａｌ　ｂａｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｄ），以揭示心理与脑的关系。这　一结构，如突触、树突、轴突等．各亚细胞结构组成神经元。神　经元是脑的基本单元，它进一步组成简单的局部神经网络，　如皮层功能柱。局部网络又组成能完成一定功能活动的脑　区，如杏仁核、海马等，多个脑区可以组成功能系统，如视觉　系统、听觉系统等。人脑则由多个功能系统组成，每一层次　特色是其被广泛关注的一个重要原因。但是，认知神经科　１８２８）和他的学生Ｓｐｕｒｚｈｅｉｍ（１７７６—１８３２）提出的所谓“颅相　学的这一目标并非现在才有。早在１８１９年，Ｇａｌｌ（１７５８—　结构都是由下一层次结构为单元组成的系统，具有下一层次　结构所不具备的功能。脑结构的这种多层次决定了脑功能　的多层次，例如，从外周神经到低级中枢、皮层下中枢、高级　中枢，从感觉到知觉、记忆、思维等等即是这种功能层次的反　映。　学”（ｐｈｒｅｎｏｌｏｇｙ）可算是朝此目标努力的一次大胆尝试。他　们的努力无疑是失败的，因为其时代并不具备达到这一目标　所必须拥有的两个基本条件：（１）能够采用独特的实验方法　控制和分析人的心理过程；（２）可用于研究人类脑功能的无　损伤性研究技术和设备。前一条件要等到２０世纪５０年代　第二，脑的结构是脑功能的基础，但结构与功能之间不　存在简单的对应关系。认知神经科学意在揭示心理与脑的　末将计算机的信息加工观点用于研究人的认知过程，即认知　心理学的产生时才具备；后一条件要等到２０世纪５０年代末　随着计算机在生物学中的应用导致脑事件相关电位（ＥＲＰ，　ｅｖｅｎｔ—ｒｅｌａｔｅｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ）的出现才算开始具备，再到２０世纪　８０年代正电子发射断层扫描技术（ＰＥＴ，ｐｏｓｉｔｒｏｎ　ｅｍｉ￣ｉｏｎ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）的出现才算进一步成熟。这两个基本条件的具　备使认知神经科学的出现成为可能，其后１９９０年至１９９２年　期间出现的功能磁共振成像（ｆＭＲＩ．ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｉｍａｇｉｎｇ）技术则为认知神经科学的发展注入了更　强大的活力。　关系，这种关系实质是功能与结构的关系。关于这一点，在　认知神经科学作为一门学科出现前一直占主导地位的观点　是“大脑皮层功能定位说”。但近１０多年来越来越多的研究　尤其是脑功能成像研究结果使定位说需要作进一步修正。　大量研究表明，一种功能常需要脑的多种结构参与，同时脑　的一个结构单位可能参与多种功能。神经心理学、认知心理　学并结合脑功能成像研究分离出一些彼此独立的脑功能系　统（或模块），但这些脑功能系统不同于计算机上可插可拆的　组件，它们在形态学上可能是彼此重叠或部分重叠的脑神经　网络，组成这些网络的脑结构存在一定程度的动态变化，其　变化取决于个体与环境的交互作用。我国心理学家沈政将　此称之为“生态现实的脑功能模块理论”。生态现实的脑功　能模块理论对纯粹的功能定位观作了重大修正，从某种意义　上是一种基于大脑整体功能基础上的定位观。　可以说，认知神经科学建立在现代认知科学和神经科学　的基础上，具有高度的跨学科性、学科交叉性。它作为一门　正式学科的历史虽然仅有近１０年时间，但其关于人类心理　活动的研究取得了一些实质性突破。本文在此拟先从认知　神经科学的基本观点和主要研究方法这两方面对其特点作　一归纳总结，同时试图评估认知神经科学对心理科学的可能　影响。　３　认知神经科学关于人类心理活动脑机制的主要　研究方法　以上述观点为基础，认知神经科学在探讨心理活动的脑　机制时，针对不同的脑结构层次分别有其相对应的研究方　法。在探讨人类心理活动的脑机制方面，认知神经科学有其　独特的无损伤性研究手段，即在大量借鉴认知心理学的行为　实验研究方法基础上，广泛采用了脑功能成像技术。　２　认知神经科学的基本观点　认知神经科学把阐释心理、尤其是人类心理活动的脑机　制作为自己的任务，其研究对象主要是人类及其他高级灵长　类动物，也包括其他一些低等动物。认知神经科学研究以两　个基本观点为基础。第一，脑的结构与功能具有多层次性。　以人类为例，人脑是一个开放的复杂巨系统，是一个约由一　千亿个神经细胞组成的高度组织化的器官，有不同种类的神　经元和神经元集团、不同种类的神经化学物质、不同种类的　神经通路和网络、不同种类的神经电活动，但并非杂乱无章，　而是具有明显多样化的多层次结构。首先开始于有生物活　行为实验研究通常以反应时、正确率等行为指标，采用　任务分离法（又称实验性分离）、过程分离法等方法对心理活　动进行分离。任务分离法肇始于神经心理学家对脑局部损　伤病人的临床观察，该方法对心理过程的分离是在实施双任　务的基础上基于所谓的双分离（ｄｏｕｂｌｅ　ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）原则来　本研究得到高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金（编号：２００００６）和国家自然科学基金（编号：３０２０００８２）资助。　Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｃｈａｎｇ＠ｐｉｎｅ．ｎｊｎｕ．ｅｄｕ　ｅｎ通讯地址：南京市宁海路１２２号南京师范大学教育科学学院（２１００９７）　维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期　刘昌：认知神经科学：其特点及对心理科学的影响　ｌ　１０７　进行　过程分离法则由Ｊａｃｏｂｙ在成功分离出参与记忆活动　的意识加工与无意识加工过程的基础上明确提出。Ｊａｃｏｂｙ　的研究设计巧妙，在一定程度上具有革新研究范式的意义　但是我们应该注意到．１９世纪Ｄｏｎｄｅｒｓ（１８１８—１８８９）曾最　早提出反应时间的相减法（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄ），其实质正是　通过反应时指标完成对人的心理过程的分离。不仅如此，该　方法直接成为脑功能成像研究中所用减法设计（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ）实验范式的思想来源。　脑功能成像技术可分为两大类，一类是基于脑代谢或脑　血流变化的脑功能成像（主要是ＰＥＴ和ｆＭＲＩ），一类是基于　脑电或脑磁信号的脑生理功能成像（主要是ＥＲＰ）。脑功能　成像研究中广泛采用的减法设计实验范式又称为组块设计　（ｂｌｏｃｋｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ），究其实质是一种小样本实验设计。这一设　计的关键在于要找到合适的实验任务和对照任务（基线），其　中实验任务含有所要研究的认知过程，而对照任务正好没　有，但同样具有实验任务中的其它认知过程。这样，通过某　些统计分析方法将实验任务条件下所获得的脑功能信号排　除对照任务条件下所获得的脑功能信号，得到的正是所要研　究的认知过程的脑区活动及其功能信号变化。采用这种设　计能得到较高的信噪比，适于思维等脑高级功能的研究。目　前，ＰＥＴ、ｆＭＲＩ等研究大量使用了这种实验范式。此外，由　于ｆＭＲＩ相对ＰＥＴ而言还具有较高的时间分辨率（２秒），　ｆＭＲＩ还采用了单刺激实验范式（ｓｉｎｇｌｅ—ｔｒｉａｌ　ｐａｒａｄｉｇｍ）或　事件相关设计（ｅｖｅｎｔ—ｒｅｌａｔｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ）。该方法可显著减弱实　验过程中的顺序效应，减少刺激间的相互作用，适于感觉、运　动、语言、记忆等过程的研究。与ＰＥＴ、ｆＭＲＩ不同，ＥＲＰ在　ＰＥＴ、ｆＭＲＩ出现之前即已成为广泛使用的技术，其独特的时　间分辨率优势使其成为人类心理活动脑机制研究的另一重　要手段。由于ｆＭＲＩ和ＥＲＰ彼此在空间分辨率和时间分辨　率上具有互补的特点，因此，同时记录被试脑活动的ＥＲＰ和　ｆＭＲＩ信号使ＥＲＰ和ｆＭＲＩ的优势同时得到发挥，已成为目　前人类心理活动脑机制研究的一个重要选择方向。　总体上，行为实验研究和脑功能成像技术代表了观测人　脑心理活动的两大类方法。显然，由于人的心理过程太复　杂，脑功能成像研究必须建立在对心理行为过程充分分析的　基础上，否则关于脑高级功能的生理机制研究很难有实质性　的进展。因此，行为实验研究是脑功能成像研究的基础，而　行为实验与脑功能成像研究二者携手为观测人脑心理活动　提供了强有力手段。　４　认知神经科学对心理科学的可能影响　借助于上述研究方法和手段，认知神经科学在关于人类　知觉、注意、语言、记忆、思维、情绪、意识等心理活动的脑机　制研究方面，短短几年内取得了一些重要进展。作为认知神　经科学这一术语的提出者之一，Ｇａｚｚａｎｉｇａ在１９９５年和２０００　年两次主编了有关认知神经科学的专著即是这方面的具体　表现。认知神经科学研究的这种巨大活力正对心理科学的　发展产生重要影响。　首先，认知神经科学的出现体现了心理学发展的一种部　分整合趋势。近十多年来的发展表明．对人类心理活动尤其　是认知过程的研究明显表现出一种从认知心理学向认知神　经科学方向发展的研究态势。认知神经科学继承了认知心　理学研究时所用的实验设计的精细性特征，同时采用现代神　经科学手段广泛探讨心理活动的脑机制，将传统的生理心理　学、心理生理学、神经心理学、认知心理学成功地整合在一个　新的研究范式下。心理学的研究对象一一人（或人的心理）　十分复杂．这使心理学研究要取得突破性进展显得步履维　艰．到目前为止，心理学之所以尚没有出现一个公认的、能解　释各种心理现象的理论体系，其根本原因在于人的生物性与　社会性存在复杂的交互作用。按照库恩（Ｔ．Ｓ．Ｋｕｈｎ）的所　谓“范式”理论，这一阶段的心理学仍处于尚未成熟的前范式　阶段，还不是一门规范科学（ｎｏｒｍａｌ　ｓｃｉｅｎｃｅ）。一个处于前范　式阶段的学科要成为一门规范科学．资料的收集与积累将是　一不可缺少的过程。在这里，方法的重要性便凸显出来，因　为方法已成为资料获取的准确性、丰富性以及资料概括和提　炼的直接制约因素。人是一个由生物的（生理的）、心理的和　社会的不同层次特征组成的整体，未来心理学如果要建立一　个能够解释人的活动的理论体系，就不能将有关心理与脑的　研究排除在外。目前心理学基本上还处于整合前的分裂状　态，从这个意义上，认知神经科学将对心理学的整合提供一　个建设性的平台，从而作出自己的贡献。　其次，还应该注意到，从现有研究成果看，认知神经科学　正在改变心理学界关于心理学研究所持有的一些观念，借用　潘菽先生的话，就是“意识模糊”、“人兽不分”、“心生混淆”。　第一，认知心理学中实验研究范式的进一步发展使对人的意　识过程与无意识过程的探讨成为可能，如前述Ｊａｃｏｂｙ的研　究；第二，无损伤性技术（ＥＲＰ、ＰＥＴ、ｆＭＲＩ等）的发展和成熟　使我们得以真正区分人和动物，从而逐渐摆脱以动物的研究　结果来说明人类的尴尬局面；第三，认知心理学中实验研究　范式的进一步发展及其与ＥＲＰ、ＰＥＴ、ｆＭＲＩ等无损伤性技术　的结合使我们可以真正研究人类心理活动的脑机制，从而避　免“心生混淆”的毛病。这三点正是认知神经科学在关于人　的心理活动研究方面取得实质性突破的地方。　回顾２０世纪心理科学和神经科学的发展，可以发现对　脑与心理关系的每一次新认识，都与一定的研究方法和技术　进展有密切关系，心理科学尤其如此。从某种意义上，２０世　纪的心理科学可以说是关于心理研究方法的科学，来自其它　学科的理论、技术总是不断地冲击着心理学。起初是动物生　理学，后来有计算机科学，最近二十多年又有神经科学，不　过，心理学对这一次冲击并不是一种被动的接受，而是有相　当程度的主动回应，其回应的结果是认知神经科学的诞生。　它的诞生使心理学家有更多的自信去探讨人的心灵、精神等　主题，并吸引越来越多的研究者探求人类内部世界的心灵、　意识等问题。在这里，认知神经科学成为通向人类心灵的桥　梁之一，这毫无疑问是一个转折点，是心理科学的机遇，更是　挑战。潘菽先生曾说：“近代心理学有‘意识模糊’、‘人兽不　分’、‘心生混淆’三种严重病症。必须使心理学从这一种病　症中完全解放出来。”我们现在可以说，认知神经科学的出现　已经将心理学从这一种病症中完全解放了出来。