Когнитивная нейробиология - Cognitive neuroscience

Об академическом журнале см. Когнитивная неврология.
Часть серии по
Психология
  • Psi2.svg Психологический портал

Когнитивная нейробиология это научная область, которая занимается изучением биологический процессы и аспекты, лежащие в основе познание,[1] с особым акцентом на нейронные связи в мозге, которые участвуют в мыслительный процесс. В нем рассматриваются вопросы о том, как когнитивные действия влияют или контролируются нейронными цепями мозга. Когнитивная нейробиология - это ветвь обоих нейробиология и психология, пересекаясь с такими дисциплинами, как поведенческая неврология, когнитивная психология, физиологическая психология и аффективная нейробиология.[2] Когнитивная нейробиология опирается на теории в наука о мышлении вместе с доказательствами из нейробиология, и вычислительное моделирование.[2]

Части мозга играют важную роль в этой области. Нейроны играют наиболее важную роль, так как главное - установить понимание познания с нейронной точки зрения, а также с различными долями кора головного мозга.

Методы, используемые в когнитивной нейробиологии, включают экспериментальные процедуры от психофизика и когнитивная психология, функциональная нейровизуализация, электрофизиология, когнитивная геномика, и поведенческая генетика.

Исследования пациентов с когнитивными нарушениями, вызванными мозгом поражения составляют важный аспект когнитивной нейробиологии. Повреждения в поврежденном мозге представляют собой сопоставимую отправную точку в отношении здорового и полностью функционирующего мозга. Эти повреждения изменяют нейронные цепи в мозге и вызывают сбои в его работе во время основных когнитивных процессов, таких как объем памяти или обучение. При таком повреждении мы можем сравнить, как функционируют здоровые нейронные цепи, и, возможно, сделать выводы об основе затронутых когнитивных процессов.

Кроме того, когнитивные способности, основанные на развитии мозга, изучаются и исследуются в подполе: когнитивная нейробиология развития. Это показывает развитие мозга с течением времени, анализируя различия и выдумывая возможные причины этих различий.

Теоретические подходы включают вычислительная нейробиология и когнитивная психология.

Историческое происхождение

Хронология развития области когнитивной нейробиологии
Хронология, показывающая основные достижения в науке, которые привели к появлению области когнитивной нейробиологии.

Когнитивная нейробиология - это междисциплинарная область исследования, которая возникла из нейробиология и психология.[3] В этих дисциплинах было несколько этапов, которые изменили подход исследователей к своим исследованиям и привели к тому, что эта область полностью утвердилась.

Хотя задача когнитивной нейробиологии состоит в том, чтобы описать нейронные механизмы, связанные с разумом, исторически она развивалась, исследуя, как определенная область мозга поддерживает заданные умственные способности. Однако первые попытки подразделить мозг оказались проблематичными. Движение френологов не смогло предоставить научной основы для своих теорий и с тех пор было отвергнуто. Общее поле зрения, означающее, что все области мозга участвовали во всех действиях,[4] также был отклонен в результате картирования мозга, которое началось с Hitzig и Fritsch эксперименты[5] и в конечном итоге были разработаны с помощью таких методов, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ).[6] Гештальт-теория, нейропсихология, а когнитивная революция были важными поворотными моментами в создании когнитивной нейробиологии как области, объединяющей идеи и методы, которые позволили исследователям установить больше связей между поведением и его нейронными субстратами.

Истоки в философии

Философов всегда интересовал разум: «идея о том, что объяснение явления включает понимание механизма, ответственного за него, имеет глубокие корни в Истории философии, начиная с атомных теорий 5 века до нашей эры и заканчивая ее возрождением в 17 и 18 веках. Галилея, Декарта и Бойля. Среди прочего, это идея Декарта о том, что машины, созданные людьми, могут служить моделями научного объяснения ».[7]Например, Аристотель думал, что мозг был системой охлаждения тела и способность к разуму находилась в самом сердце. Было высказано предположение, что первым, кто поверил в обратное, был римский врач. Гален во втором веке нашей эры, который заявил, что мозг является источником умственной деятельности,[8] хотя это также было аккредитовано Алкмеон.[9] Однако Гален считал, что личность и эмоции порождаются не мозгом, а другими органами. Андреас Везалий, анатом и врач, был первым, кто поверил, что мозг и нервная система являются центром разума и эмоций.[10] Психология, основная область когнитивной нейробиологии, возникла из философских рассуждений о разуме.[11]

19 век

Френология

Страница из Американский френологический журнал
Основная статья: Френология

Одним из предшественников когнитивной нейробиологии был френология, а псевдонаучный подход, который утверждал, что поведение может определяться формой скальп. В начале 19 века Франц Иосиф Галль и Дж. Г. Спурцхейм считали, что человеческий мозг состоит примерно из 35 различных отделов. В своей книге «Анатомия и физиология нервной системы в целом и мозга в частности» Галл утверждал, что более крупная выпуклость в одной из этих областей означает, что эта область мозга используется этим человеком чаще. Эта теория привлекла значительное внимание общественности, что привело к публикации френологических журналов и созданию френометров, которые измеряли удары на голове человека. Хотя френология оставалась неотъемлемой частью ярмарок и карнавалов, она не получила широкого признания в научном сообществе.[12] Основная критика френологии заключается в том, что исследователи не могли проверить теории эмпирически.[3]

Взгляд локализатора

Взгляд локализационистов был связан с локализацией умственных способностей в определенных областях мозга, а не с их характеристиками и способами их измерения.[3] Исследования, проведенные в Европе, например, Джон Хьюлингс Джексон, поддержал эту точку зрения. Джексон изучал пациентов с повреждение мозга, особенно с эпилепсия. Он обнаружил, что больные эпилепсией часто делают то же самое. клонический и тонические движения мышц во время припадков, что заставило Джексона поверить в то, что они должны происходить каждый раз в одном и том же месте. Джексон предположил, что определенные функции были локализованы в определенных областях мозга,[13] что было критически важно для будущего понимания доли мозга.

Общий вид поля

Согласно совокупному полевому обзору, все области мозга участвуют в каждой психической функции.[4]

Пьер Флуранс, французский психолог-экспериментатор, бросил вызов взглядам локализаторов, проведя эксперименты на животных.[3] Он обнаружил, что удаление мозжечок у кроликов и голубей влияет на их мышечную координацию и что все когнитивные функции нарушаются у голубей, когда полушария головного мозга были удалены. Из этого он сделал вывод, что кора головного мозга, мозжечок, и мозговой ствол функционировали вместе как единое целое.[14] Его подход подвергся критике на том основании, что тесты были недостаточно чувствительны, чтобы заметить выборочные недостатки, если бы они присутствовали.[3]

Возникновение нейропсихологии

Возможно, первые серьезные попытки локализовать психические функции в определенных частях мозга были предприняты. Broca и Вернике. В основном это было достигнуто путем изучения влияния травм различных частей мозга на психологические функции.[15] В 1861 году французский невролог Поль Брока встретил человека, который понимал язык, но не мог говорить. Мужчина мог только издать звук «загар». Позже было обнаружено, что у мужчины была повреждена область левой лобной доли, теперь известная как Площадь Брока. Карл Вернике, а Немецкий невролог, нашла пациента, который мог говорить бегло, но бессмысленно. Пациент стал жертвой Инсульт, и не понимал устную или письменную речь. У этого пациента было поражение в области соединения левой теменной и височной долей, теперь известное как Площадь Вернике. Эти случаи, которые предполагали, что поражения вызывают определенные поведенческие изменения, решительно подтверждают точку зрения локализаторов.

Картирование мозга

В 1870 году немецкие врачи Эдуард Хитциг и Густав Фрич опубликовали свои выводы о поведении животных. Хитциг и Фрич пропустили электрический ток через кору головного мозга собаки, заставляя сокращаться различные мышцы в зависимости от того, какие области мозга подвергались электрической стимуляции. Это привело к предположению, что отдельные функции локализованы в определенных областях мозга, а не в головном мозге в целом, как предполагает совокупное поле зрения.[5] Brodmann был также важной фигурой в картировании мозга; его эксперименты, основанные на методах окрашивания тканей Франца Ниссля, разделили мозг на пятьдесят две области.

20 век

Когнитивная революция

Основная статья: Когнитивная революция

В начале ХХ века мировоззрение в Америке характеризовалось прагматизмом, что привело к предпочтению бихевиоризм как основной подход в психология. Дж. Б. Уотсон был ключевой фигурой в его подходе "стимул-реакция". Проводя эксперименты на животных, он стремился научиться предсказывать и контролировать поведение. Бихевиоризм в конечном итоге потерпел неудачу, потому что он не мог обеспечить реалистичную психологию человеческих действий и мышления - он сосредоточился в первую очередь на ассоциациях стимул-реакция за счет объяснения таких явлений, как мысль и воображение. Это привело к тому, что часто называют «когнитивной революцией».[16]

Доктрина нейронов

Основная статья: Доктрина нейронов

В начале 20 века Сантьяго Рамон-и-Кахаль и Камилло Гольджи начали работать над структурой нейрона. Гольджи разработал метод окрашивания серебром которые могли полностью окрашивать несколько клеток в определенной области, что привело его к мысли, что нейроны напрямую связаны друг с другом в одной цитоплазме. Кахал оспорил эту точку зрения после окрашивания областей мозга, в которых было меньше миелина, и открытия, что нейроны представляют собой отдельные клетки. Кахал также обнаружил, что клетки передают электрические сигналы по нейрону только в одном направлении. И Гольджи, и Кахал были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1906 году за эту работу по доктрине нейронов.[17]

Середина-конец 20 века

Несколько открытий, сделанных в 20 веке, продолжали продвигать эту область, например, открытие колонок с доминированием глаз, регистрация отдельных нервных клеток у животных и координация движений глаз и головы. Экспериментальная психология также сыграла важную роль в основе когнитивной нейробиологии. Некоторые особенно важные результаты заключались в демонстрации того, что некоторые задачи решаются с помощью дискретных этапов обработки, исследования внимания и т. Д.[18][19] и представление о том, что поведенческие данные сами по себе не предоставляют достаточно информации для объяснения психических процессов. В результате некоторые психологи-экспериментаторы начали исследовать нейронные основы поведения. Уайлдер Пенфилд создал карты первичных сенсорных и двигательных областей мозга, стимулируя кору пациентов во время операции. Работа Сперри и Майкл Газзанига о пациентах с расщепленным мозгом в 1950-х годах также сыграли важную роль в развитии этой области.[8] Сам термин когнитивная нейробиология был придуман Газзанигой и когнитивным психологом. Джордж Армитаж Миллер в такси в 1976 году.[20]

Картирование мозга

Новая технология картирования мозга, в частности фМРТ и ПЭТ, позволили исследователям исследовать экспериментальные стратегии когнитивная психология наблюдая за функцией мозга. Хотя об этом часто думают как о новом методе (большинство технологий появились относительно недавно), основной принцип восходит к 1878 году, когда кровоток впервые был связан с функцией мозга.[6] Анджело Моссо, итальянский психолог 19 века, наблюдал за пульсацией мозга взрослого человека через нейрохирургические дефекты костей в черепе пациентов. Он отметил, что, когда испытуемые занимались такими задачами, как математические вычисления, пульсации мозга локально увеличивались. Такие наблюдения привели Моссо к выводу, что кровоток в мозге следует за функцией.[6]

Появление новой дисциплины

Рождение когнитивной науки

11 сентября 1956 г. состоялось масштабное собрание когнитивисты проходил в Массачусетский Институт Технологий. Джордж А. Миллер представил свой "Магическое число семь, плюс или минус два " бумага[21] в то время как Ноам Хомский и Newell & Саймон представили свои выводы по Информатика. Ульрик Нейссер прокомментировал многие выводы на этой встрече в своей книге 1967 г. Когнитивная психология. Термин «психология» начал убывать в 1950-х и 1960-х годах, в результате чего область стала называться «когнитивная наука». Бихевиористы, такие как Миллер, начали сосредотачиваться на представлении языка, а не на общем поведении. Дэвид Марр пришли к выводу, что нужно понимать любой познавательный процесс на трех уровнях анализа. Эти уровни включают вычислительный, алгоритмический / репрезентативный и физический уровни анализа.[22]

Сочетание нейробиологии и когнитивной науки

До 1980-х годов взаимодействие между нейробиологией и когнитивной наукой было ограниченным.[23] Когнитивная нейробиология начала объединять недавно заложенные теоретические основы когнитивной науки, возникшие между 1950-ми и 1960-ми годами, с подходами в экспериментальной психологии, нейропсихологии и нейробиологии. (Неврология не была создана как единая дисциплина до 1971 г.[24]). В самом конце 20-го века появились новые технологии, которые сейчас составляют основу методологии когнитивной нейробиологии, включая ТМС (1985) и фМРТ (1991). Более ранние методы, используемые в когнитивной нейробиологии, включают: ЭЭГ (ЭЭГ человека 1920) и МЭГ (1968). Иногда когнитивные нейробиологи используют другие методы визуализации мозга, такие как ПЭТ и ОФЭКТ. Предстоящая техника в неврологии - это NIRS который использует поглощение света для расчета изменений оксигемоглобина и дезоксигемоглобина в областях коры головного мозга. У некоторых животных Единичная запись может быть использован. Другие методы включают микронейрография, лица ЭМГ, и отслеживание глаз. Интегративная неврология пытается объединить данные в базах данных и сформировать единые описательные модели из различных областей и масштабов: биологии, психологии, анатомии и клинической практики.[25] В 2014, Станислас Дехаене, Джакомо Риццолатти и Тревор Роббинс были награждены Премия Brain «за новаторские исследования механизмов высшего мозга, лежащих в основе таких сложных человеческих функций, как грамотность, счет, мотивированное поведение и социальное познание, а также за их усилия по пониманию когнитивных и поведенческих расстройств».[26] Бренда Милнер, Маркус Райхл и Джон О'Киф получил Премия Кавли в области нейробиологии «за открытие специализированных мозговых сетей для памяти и познания»[27] и О'Киф поделился Нобелевская премия по физиологии и медицине в том же году с Мэй-Бритт Мозер и Эдвард Мозер «За открытие клеток, составляющих систему позиционирования в мозгу».[28] В 2017 г. Вольфрам Шульц, Питер Даян и Рэй Долан были удостоены премии Brain Prize "за междисциплинарный анализ мозговых механизмов, связывающих обучение с вознаграждением, что имеет далеко идущие последствия для понимания человеческого поведения, включая нарушения принятия решений в таких условиях, как азартные игры, наркомания, компульсивное поведение и шизофрения".,[29]

Последние тенденции

В последнее время сфера исследований расширилась с локализации областей мозга для определенных функций в мозге взрослого человека с использованием единой технологии, исследования расходятся в нескольких различных направлениях: изучение взаимодействий между различными областями мозга с использованием нескольких технологий и подходов. чтобы понять функции мозга и использовать вычислительные подходы.[30] Достижения в области неинвазивной функциональной нейровизуализации и связанных с ней методов анализа данных также сделали возможным использование в высшей степени натуралистических стимулов и задач, таких как художественные фильмы, изображающие социальные взаимодействия, в исследованиях когнитивной нейробиологии.[31]

Темы

Методы

К экспериментальным методам конкретных областей психологии относятся:

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Газзанига, Иври и Мангун 2002, ср. заглавие
  2. ^ а б Газзанига 2002, стр. xv
  3. ^ а б c d е Кослин, С., М., Андерсен, Р., А. (1992). Границы когнитивной нейробиологии. Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
  4. ^ а б Корделия Эриксон-Дэвис. «Тренинг по нейробиоуправлению при паркинсоническом треморе и брадикинезии» (PDF). Получено 2013-05-23.
  5. ^ а б Fritsch, G .; Хитциг, Э. (2009). «Электрическая возбудимость головного мозга (Über die elektrische Erregbarkeit des Grosshirns)». Эпилепсия и поведение. 15 (2): 123–130. Дои:10.1016 / j.yebeh.2009.03.001. PMID  19457461.
  6. ^ а б c Райхл, Маркус Э. (2009). «Краткая история картирования мозга человека». Тенденции в неврологии. 32 (2): 118–126. Дои:10.1016 / j.tins.2008.11.001. PMID  19110322.
  7. ^ Сирджованни, Элизабетта (2009). «Механистический подход к психиатрической классификации» (PDF). Диалоги в философии, ментальных и нейронауках. 2 (2): 45–49.
  8. ^ а б Утталь, В, Р. (2011). Разум и мозг: критическая оценка когнитивной нейробиологии. Кембридж, Массачусетс: MIT Press
  9. ^ Гросс, К. Г. (1995) Аристотель о мозге. Нейробиолог (1) 4.
  10. ^ Смит, К. (2013). «Кардиоцентрическая нейрофизиология. Постоянство заблуждения». Журнал истории неврологии. 22 (1): 6–13. Дои:10.1080 / 0964704x.2011.650899. PMID  23323528.
  11. ^ Хэтфилд, Г. (2002). Психология, философия и когнитивная наука: размышления об истории и философии экспериментальной психологии. Разум и язык. 17 (3) 207-232.
  12. ^ Bear et al. 2007, с. 10-11
  13. ^ Энерсен, О. Д. 2009
  14. ^ Скучно, Э. (1957). История экспериментальной психологии. Нью-Йорк.
  15. ^ Утталь, В, Р. (2011). Разум и мозг: критическая оценка когнитивной нейробиологии. Кембридж, Массачусетс: MIT PressUttal, W, R. (2011). Разум и мозг: критическая оценка когнитивной нейробиологии. Кембридж, Массачусетс: MIT Press
  16. ^ Мандлер, Г. (2002) Истоки когнитивной (r) эволюции. J. Hist. Behav. Sci. Падение 38 (4) 339-53.
  17. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1906 г.".
  18. ^ Карраско, Мариса (2011). «Визуальное внимание: последние 25 лет». Исследование зрения. 51 (13): 1484–1525. Дои:10.1016 / j.visres.2011.04.012. ЧВК  3390154. PMID  21549742.
  19. ^ Кастнер, Сабина; Унгерлейдер, Лесли Г. (2000). «Механизмы зрительного внимания в коре головного мозга человека». Ежегодный обзор нейробиологии. 23: 315–41. Дои:10.1146 / annurev.neuro.23.1.315. PMID  10845067. S2CID  11869810.
  20. ^ Газзанига, Майкл (1984). "Предисловие". Справочник по когнитивной неврологии. стр. vii.
  21. ^ Миллер (1956). «Магическое число семь плюс-минус два: некоторые ограничения нашей способности обрабатывать информацию». Психологический обзор. 63 (2): 81–97. CiteSeerX  10.1.1.308.8071. Дои:10,1037 / ч0043158. PMID  13310704.
  22. ^ «Подходы в когнитивной психологии». JungMinded.
  23. ^ нет в наличии, http://www.petemandik.com/philosophy/papers/brookmadik.com.pdf[постоянная мертвая ссылка ] нет в наличии
  24. ^ Общество неврологии. Дата первого заседания Общества неврологии
  25. ^ https://www.boundless.com/psychology/history-psychology/origin-psychology/growth-of-psychology-as-a-science--31/[постоянная мертвая ссылка ]
  26. ^ «Премия мозга». Архивировано из оригинал на 2015-09-05. Получено 2015-11-10.
  27. ^ «Лауреаты премии Кавли 2014 года в области неврологии». 2014-05-30.
  28. ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014 г.». NobelPrize.org.
  29. ^ Галлагер, Джеймс (6 марта 2017 г.). «Ученые получили приз за исследования мозга». BBC. Получено 6 марта 2017.
  30. ^ Такео, Ватанабэ. «Редакционный обзор когнитивной нейробиологии» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-12-24. Получено 2011-12-01.
  31. ^ Хассон, Ури; и другие. (2004). «Межсубъектная синхронизация корковой активности при естественном зрении». Наука. 303 (5664): 1634–1640. Bibcode:2004Наука ... 303.1634H. Дои:10.1126 / science.1089506. PMID  15016991.

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Библиотечные ресурсы около
Когнитивная нейробиология

Связанные викиучебники