认知神经科学有哪些研究领域？

pgl147258 2015-01-02

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【Jiao隆隆的回答(247票)】:

谢谢邀请。我想这个问题要好好回答，但有以下两个风险：

1. 写了没有人看，因为认知神经科学还是小众的研究领域；

2. 积累不够写不好。

对于第一个风险，淡然处之好了，毕竟网络信息量太大，没有人会看到也是常有的事。对于第二个风险，我必须事先声明一下，我只写了我自己知道的东西，那些未知而令人神往的领域，还很多很多；希望小伙伴们不要认为以下的东西概括了所有。

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首先，我们要知道认知神经科学是从哪里来的，具体干什么的，为什么存在这样的一个学科？这本身就是一个大问题。然而，不首先了解一个领域的来龙去脉，很难理解它具体的研究领域。限于边幅，这篇回答不能长篇大论，因此，我想可以简要地这样梳理一下：

认知神经科学本身只是认知心理学的一个研究取向，即采用神经科学的范式来研究人类的心智
认知心理学从上个世纪六七十年代兴起，经历了大概四个研究阶段，而认知神经科学范式是第四个阶段（不同人划分不同，各个阶段并不是单独存在），也是目前比较受追捧的研究范式。而其余的几个阶段分别是：1. 以计算机作为类比的信息加工理论（把大脑比作序列加工的计算机）；2. 以神经网络平行加工为基础的联结主义（认为神经网络整体加工是大脑功能的基础，注意，到这里还没有具体的神经科学证据，大多数模型都是基于算法的计算模型）；3. 以生态功效为主要思路的具身化思潮（认为人类的认知是根治于环境以及具身化的过程）；而目前的阶段就是 4. 认知神经科学（从神经科学的视角解读大脑认知的功能，探讨心智和大脑的关系）。
而我们还要知道，认知心理学本身就是心理学下面的一个分支，研究的是人类对外部世界（信息）的加工和处理的过程与机制，最核心的问题（我认为）应该就是探索人类智能的起源、机制和发展过程：为什么人类会成为智慧生物？人类的心智具体有什么样的特点？等等。
认知心理学和其他许多心理学分支一样，都起源于哲学，涉及人类了解自身的终极大问：“我是谁？”等等之类的哲学思考。归根到底，就是要认识人类自己本身。
关于人类心智的探索，有这样的一段话，可以供读者品玩： “人类需要孜孜不倦地探索两个未知空间，一是人类生存说必须面对的宇宙，是二人类自己的内心；宇宙的无限容量，把一切强大的内存，都变成宇宙自己的内存；心灵的无限向度，给人类自己提供了无限的探索性和可能性；内心与宇宙，是世界上唯一的一对微观与宏观相匹配的超级感应物；内心的未知空间有多大，宇宙的未知空间就有多大；内心与宇宙之间的排斥与兼容，如同两台不同性能、型号、年代的计算机；它们互相在程序上的试探、破解、沟通与交流，其实就是人类对自我，进而对未知空间的新发现、新拓展和新认知。”

所以，如果把上述的梳理倒过来看，大致可以定位认知神经科学前世今生的大体坐标。然而，以上是非常简要的说明，忽略了许多有关学科交叉的事实，例如生物学，生理学，物理学，计算机科学的发展等学科对认知科学的推动。这些等放到以后慢慢再说。

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现在，可以具体看看认知神经科学有哪些研究领域了，这些研究其实和认知心理学的研究没有本质的区别，所问的问题都非常相似。我想以下的这个回答有利于读者了解认知神经科学的基本思维和视角：认知神经科学的基本原则是什么呢？然而，由于技术的进步，认知神经科学的研究可以探索一些特殊的问题，整个领域经常都很多令人意想不到的结果和发现。

1. 基础研究－大脑与心智的关系（结构与功能的思考）

认知神经科学家不会轻易相信身心二元论，相反，这个领域的研究者对人类心智的基本认识就是“功能起源于结构”，“没有无生理基础的心理活动”。因此，研究者的基本任务就是找到心理过程和生理过程的基本关系，这个是最基础的。具体划分下来，又有很多分领域

心智的功能与结构：大脑信息处理过程被看作不同的阶段，从感觉，知觉，到注意，记忆，情绪动机，思维决策，意识和自由意志等等。人多研究者都始于对某个信息加工过程的专研，希望能找到通往心智与大脑关系的钥匙。

感知觉：

视觉通路到整个视觉皮层（枕叶），研究已经基本把视觉皮层神经细胞的工作原理破解得七七八八，从v1到v2，不同区域，信息加工从方向，大小，颜色等等。。。视觉可以说是研究得比较透彻得一个领域。有兴趣的小伙伴，可以关注 Vision Sciences Society.
听觉是另外一个研究得比较透彻的领域，很多有趣的研究，例如定位，听觉和视觉的统合等等，例如 The 'McThatcher Effect （VSinvertedspeech）。
其他感觉，例如嗅觉（情绪加工，择偶等等）。

注意：注意是一个非常大的研究领域，因为它涉及了信息筛选加工的过程。我们不能对所有的感官信息进行加工，因此注意的作用就非常大了，基本决定了后续所有的认知过程。这个领域太大，下面罗列一些名词，可以让感兴趣的小伙伴们自己去google一下：选择性注意，随意注意，注意分配，注意瞬脱，基于特征的注意，空间注意，注意持续性，小儿多动症。。。认知神经科学的研究正在逐步理清注意的生理基础，并且弄明白注意和其他认知过程的互动机制。
记忆：这又是一个无底洞一样的课题。为什么我们会有记忆，为什么我们又会忘记，怎么才能提高记忆力等等。。。

感觉记忆：维持在<500 ms 左右的感觉信息，大脑基础：感觉皮层
短时记忆（工作记忆）：几秒内的记忆内容，这一部分内容被认为和意识有关。相关的大脑结构：记忆维持与顶叶和颞叶有关，信息加工与前额叶有关。
长时记忆：情景记忆，言语记忆，程序性记忆等等。。。每个名词的解释都要花一篇文章。。。相关大脑结构：目前，关注在海马以及内侧颞叶的大脑结构。

情绪和动机：传统的认知心理学对此研究并不如社会心理学多。情绪和动机过程通常被认为是社会因素而非认知因素。情绪，也通常被认为是人类和其它动物在进化过程中保留下来的比较低等功能。但智能是人类比较独特的高等功能。我个人不太认同这样的看法。情绪和动机过程不能够与基本的认知过程相分离。亚里士多德把人类的心智分作三个部分，认知的，情感的，意动的，用现在的术语来说就是认知、情绪和动机。然而，心理学对于认知的过程研究比较多，对于情绪和动机的研究最近又渐渐兴起。除了“认知神经科学”以外，还有一个领域“情感神经科学”，有很多有趣的研究和发现。然而，在学科上划分上还是认为情感和动机是认知科学的范畴。
思维与决策：这一部分就抽象很多了，涉及大脑如何利用感知觉、注意和记忆的内容，并整合情绪和动机过程进行决策。这个领域的研究在没有引入神经科学范式之前就已经诞生了一位诺贝尔经济奖的心理学家得主 Daniel Kahneman。由与这个领域和经济决策以及道德判断息息相关，所以更加贴近我们的日常生活。进来采用认知神经科学范式的研究也越来越多。最近看到的是经颅电刺激对人类遵守社会规范的影响, 2013年发表在 science 上面的一篇研究 Changing Social Norm Compliance with Noninvasive Brain Stimulation。
意识和自由意志：相信大部分小伙伴都听说弗洛伊德，这位老先生把意识、潜意识和无意识的几个概念弄的风生水起，搅动了二十世纪大部分哲学思考，至今还深深地影响英语文学界。虽然，弗老先生的影响力在心理学却不如从前，然而，他引起人们开始关注意识与无意识的问题，至今依然是科学界争论不休的话题。这个方向的研究很少，因为太难，动不动就会出现 Nature 或者 Science 的文章。没有一些哲学背景的小伙伴们慎入。

心智的起源：基因与文化的研究。这一部分的研究更加基础，研究的层次可大可小。精细的话可以达到细胞分子水平，谈到基因与上述心智过程的关系；宏大的话可以讨论文化对大脑和心智过程的塑造。最近，一个比较有趣的研究探讨了农业生产方式对心理过程的影响，这个研究也应用了很多认知心理学的范式，也发表在science上面： Large-Scale Psychological Differences Within China Explained by Rice Versus Wheat Agriculture

探索心智与大脑关系的方法：基础研究的另外一个任务，就是要在方法上创新，推动上述研究话题的发展。关于这个，可以参考：目前已近于应用的探测人脑状态的方法有什么？

2. 应用性研究或转换科学（Applied or Translational Sciences）- 服务于现实

临床研究：如果说基础研究为了弄清楚心智的功能和结构以及它们与大脑的关系，那么临床研究就是为了弄明白为什么有些人的心智会发生失常，我们能否在掌握心智的规律后，通过特定的手段进行干预。这个方面的研究很多很多。所以在本问题下有小伙伴说认知神经科学研究“神经病”。我想更为确切的说法是“精神病”。这两者的不同，请小伙伴到医院观察以下精神科和神经科的不同就可以了。

回到正题，认知神经科学的临床研究有些时候叫做转换科学，其内涵就是把基础研究的成果转换为具有实际意义的成果。例如，关于注意导向的研究，人们发现抑郁患者存在消极情绪的注意固滞，不能从消极中脱离出来。一些干预的手段也就反其道而行之，通过干预注意导向来恢复患者的正常情绪调节功能。除了行为学上的干预，还有经颅电磁刺激这样的技术，直接通过改变大脑的功能来改变患者的精神状态。当然，这必须建立在我们对大脑和心智过程关系已经有足够了解的基础上。像这样的研究还有很多很多，涉及的范围之广，内容之多，意义之大，在本文里面不可能一一而足。

激发人类智能的研究：这一类的研究通常在以下的几种场合中比较多见：1. 军事培训，通过特点的方法训练士兵，让他们提高注意力，增强记忆力，提高心理韧性；2. 超常儿童的研究，探明智力过人的儿童在大脑发育和成长上的特殊性；3. 企业组织或学校，有些人会采用一些特别的“大脑训练”范式，希望通过持久的训练，提高大脑的功能。目前，这个东西已经商业化了。Brain Games & Brain Training

有点科幻色彩的应用：大脑的“读”与“写”。 上面的研究面向的是现在，以下的很多研究，面向的是未来。

“读取”大脑的信息：通过大脑意念来控制机器。阅读大脑信息意味着我们能够解码大脑的指令，从而实现通过大脑意念来控制机器。目前，这一领域的研究可以说是认知神经科学里面比较前沿的领域。例如：通过大脑来控制飞行器（军事应用），TUM - TU M端nchen: Using thoughts to control airplanes，通过大脑来控制机器手（医学用途，植物人的康复），Mind-controlled robotic arm has skill and speed of human limb| Reuters 能够。。。。

“写入”大脑的指令：既然我们能够解码大脑的指令，那么我们能够通过一些手段，给大脑写入指令，让人们的心智过程发生改变呢？这些场景通常出现在科幻小说里面，像《三体》里面出现的“思想钢印”，让大脑植入某个意念或某段记忆，怎么也挥之不去；或者通过神经药物作用，精确地切除大脑的某段记忆，从而让人没有烦恼和忧愁。。。这些研究领域太玄乎，然而，经颅电磁刺激的出现让这个方向貌似有了一点点的突破。在可预见的未来，神经药物的使用或者能够产生更加令人不可思议的成果，我期待着，你呢？

【朱郭纯的回答(17票)】:

热泪盈眶！！！感谢知乎生涯收到的第一个邀请！！！必须要认真回答。。还需要恶补很多知识。。。- -

内容比较繁杂，我表达也比较啰嗦。大家看黑体字就好。

前天考研刚刚考了认知神经科学这门专业课，囧。没考好。就记得最后一道论述题基本瞎写：对于注意的研究，简述当前认知神经科学中运用电生理和脑功能成像技术的研究进展。虽然认知神经科学的专业课正在学，考研也复习了。。但还是对这个专业其实还是不甚了解。它的研究领域非常广。我只能分享一些自己对这个学科的学科领域的一点认识，对排名第一的答案做一些补充。这个领域发展非常快，最权威的教科书都很难涵盖完整的研究领域。

认知神经科学的两大学科来源是认知科学和神经科学，认知科学和神经科学本身就已经是多学科交叉的学科了，所以认知神经科学的相关学科就更多了，交叉性越大，研究领域也可能因为越丰富。

认知神经科学，关键在于认知和神经两个词，关键的关键是认知。认知与人有关，部分动物也有，但这个学科最终对象还是人。神经两次表示它的方法，是神经科学的方法。神经科学的方法应用到不同领域的认知研究中去，就构成了认知神经科学的不同领域和不同研究问题。分为基础研究领域和应用研究领域。

跟大家分享一下一些最近的研究子领域（子学科），神经教育学（教育神经科学）、神经经济学（神经营销学、消费者认知神经科学）、神经管理学等等。这些主要是应用研究领域。

很多领域连名字都没有统一。。。

主要的研究领域 @Zane 的答案已经说得很好了。。基本上涵盖了认知神经科学基础领域和应用领域中大多数的研究问题。我身边正好有一本《认知神经科学——关于心智的生物学》。

翻开它的目录：

认知神经科学简史、细胞机制与认知、神经解剖与发展、认知神经科学研究方法、（接下来开始具体的研究问题了）感觉与知觉、物体识别、运动控制、学习与记忆、情绪、语言、大脑半球特异化、注意与意识、认知控制、社会认知、进化的观点。

我就说一下我所知的目前比较新的一些研究领域。我的标签写了神经教育学，是一个比较新的认知神经科学子领域，或许这也是 @Candneko 邀请我回答的初衷。（再次感谢邀请！！）

虽然我科学教育学了四年还是不知道神经教育学是什么，这个学科没有完全成型，说实话挺难描述的。。。

如果是直接问我神经教育学是什么，我也说不太清楚。神经教育学(neuroeducation)也叫教育神经科学(educational neuroscience)，有些观点认为是略有区别，其实教育神经科学这个名称用的更广。也叫学习科学(learning science)。这个子学科认为教育学也要向医学一样科学化，认为教师要向医生接受生物学理论、方法和知识一样接受认知神经科学中关于学习和记忆的理论、方法和知识。教育神经科学是以神经科学方法（主要是无创的方法）研究学习相关高级认知功能。

这么说还是比较抽象，要明白研究领域，最好看看近段时间的研究内容和研究成果。（还好手头有本《心智、脑与教育：教育神经科学对课堂教学的启示》，我去翻翻有什么研究成果。

神经可塑性与心智控制：对神经回路的重复激活会在长时记忆中创建更牢固、更高效的的神经回路，也就是说重复练习能够使记忆长久地保持下来。

多巴胺对学习的影响：当学生在课堂上体验到多巴胺系统对他们正确预测的奖励——愉快的情绪时，他们也能够激发内在动机，进而坚持战胜挑战，并努力达到更深层次的学习水平。

要使学习得以发生，感觉输入必须通过网状激活系统的加工，然后传递至前额叶皮层来处理。

语言：语言功能偏侧化、语言功能定位、语言加工性别差异。

一项近期的fMRI研究结果提示，男孩在语言加工方面可能真的不如女孩。Burman、Bitan和Booth(2008)用fMRI研究了9到13岁男孩和女孩各31名。儿童完成正字法判断（拼写正确性）和押韵任务，包括视觉和听觉两个版本。脑激活结果表明，女孩用相似的脑区（左侧额下回和左侧颞中回/梭状回）加工视觉和听觉语言任务。而男孩在听觉任务中激活左侧额下回和左侧颞上回（与听觉和语音加工有关），视觉任务时激活视觉相关皮层和顶下区域。研究者认为这些结果表明男孩无法像女孩那么容易滴将感觉信息转化为语言。

双语者的研究：根据对5岁以前接触两种语言的成人双语者的神经成像研究发现这些个体加工语言的脑区有重叠(Kovelman, Baker, & Petitto, 2008), 而发展较晚的双语者脑激活模式不同，可能是使用不同的认知策略。

视觉词形区：fMRI和PET的研究确定了在健康人脑左侧后部对单词和字母做出选择性反应的一个区域——视觉词形区，这个区域与失读症病例的损伤位置一致。

中文书写系统与英文相比，激活更大的视觉区，因为中文语标系统有大量图形信息，英语中字母到发音的映射激活颞顶区域，在汉语中激活较少。拼音语言的阅读者会运用相似的脑区，汉字和英语使用的脑区也有相似性。

拼音文字阅读障碍者脑的差异有相似性，但非拼音文字有所不同，另外阅读障碍的干预可以改变脑的结构和功能。

数学脑、计算脑和运算脑：估算和精算的脑机制不同，估算激活顶内沟，这个区域的周围发生紊乱会造成成人和儿童的计算障碍。目前小学已经开始重视估算的训练了。

创造性：创造性需要大脑多个脑区的广泛参与。额叶损伤病人创造力激增。也有对钢琴家的fMRI显示，在演奏时外侧前额叶皮层激活程度广泛减弱，该脑区与自我控制和意识有关。而内侧前额叶皮层激活增加，该脑区与自我表达和个性特征有关。

除此之外，神经教育学中还包含了发展认知神经科学的研究，也有针对儿童社会情绪能力（自我感知，自我激励，社会感知，处理人际关系，理性决策等方面）的研究，有研究脑发展的脑成像，也有涉及环境对儿童发展的脑结构和功能的改变。（如早期对儿童的虐待会改变海马区皮质肾上腺素受体表达的外显基因调控，减弱HPA轴对应激的适应能力。

以上这些比较杂乱，总结就是，通过行为观察和脑成像等技术，研究与人类学习有关的脑机制，并对教学提供科学指导。

再谈一谈神经经济学。这部分我正好前段时间在Coursera上学过。经济学的东西我不太懂，抛砖引玉。

神经经济学旨在通过揭示决策的神经生物学机制来理解联系感觉和行动的过程。

神經經濟學就是透過各種神經科學的工具，觀察人們做經濟決策的過程，希望更了解這些決定如何產生，進而預測人們的經濟行為

或者简单说，神经经济学是关于决策的神经科学。

代表著作：《决策，不确定性和大脑》

在有意识地做出决策之前，大脑中已经有准备决策的活动了。在有意识地做出决策之前，大脑中已经有准备决策的活动了。

神经经济学中对主观价值(subjective value)的测量主要涉及奖赏系统(reward system)和多巴胺系统，通过编码行为偏好的神经元总体的放电率(firing rate)来表示。相关脑结构有伏隔核(nucleus accumbens, NAc)、眶额皮质(orbitofrontal cortex, OFC)等等。涉及与决策有关的多个脑区和功能。海马和记忆、杏仁核和动机，腹侧被盖区(VTA)和奖赏预测。。。

伏隔核的活动程度与预期获得奖励的大小有关，其中也有一部分神经元对预期奖赏几率(expected reward probability)敏感。

而眶额皮质OFC与对奖赏结果的多种信息整合和比较有关。OFC的价值信号传送到背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)（有关认知控制和计划）, 用来计划和组织旨在获取结果的行为。

NAc与产品、品牌偏好有关（预期主观价值），OFC价格差异和购买意愿有关（相对价值和选择），DLPFC与认知控制有关。

另外，在面对不公平的提案时（神经经济学常用实验经济学中的最后通牒谈判等行为实验场景），脑岛前部(anterior insula)（一个与负性情绪与厌恶有关的脑区）和DLPFC反应强烈，拒绝不公平提案时活动更激烈，但如果用经颅磁刺激(TMS)以低频磁场干扰干扰DLPFC，人会在明知不公平的状况下接受不公平提案。

其他的研究问题还有社会合作，互利行为，惩罚行为，情绪对决策的影响，短期利益和长期利益的不同，风险行为等等有关决策的神经机制。

消费者神经科学(consumer neuroscience)，也叫神经营销学(neuromarketing)，大体相近但略有差异，各有侧重，是广义的神经经济学的一个组成部分，研究消费者行为的认知神经机制。神经营销学更加注重品牌效应和广告效应，为特定的产品服务。而消费者神经科学更多关注消费者偏好、支付意愿和价值评估，其目标是更好地理解消费者偏好，各种评价因素和购买决策的过程。用购物任务（研究产品偏好）和竞价任务（研究支付意愿），还关注消费者的负性情绪、人格特征和价格等产品因素来考察对购买决策的影响。

我在Coursera上也学了消费者神经科学，有很多研究广告、品牌效应等等的经典研究。记得一个是给两组参与者喝同样的可乐，先不告诉喝的是什么可乐。之后告诉其中一组喝的是可口可乐，另一组告诉他们喝的是百事可乐，不知道品牌时，fMRI显示OFC的活动，对可乐越满意，OFC激活越强烈（相对价值，消费者enjoy）。后来知道了喝的是可口可乐的参与者大脑海马和DLPFC显著激活（与记忆有关），被告知喝百事可乐的没有这种变化。提示品牌记忆在感知品牌中的作用。

神经管理学，和神经经济学概念接近，在决策行为的研究上增加了管理问题的决策。浙大有一个神经管理实验室，里面有神经营销学、神经经济学、神经金融学等研究领域，去维基百科查了一下，原来神经管理学这个概念是2006年浙大的老师率先提出的。其中还有神经企业学(neuro-

entrepreneurship)。研究企业家的内在特征和创新的神经基础。。（神经教育学也有研究，不过目的是开展创新教育）。神经工业工程学(neuro-industrial-engineering),是认知神经科学和工业工程的交叉学科，运用神经科学和生物信息反馈技术，测量生理心理反应，运用在操作管理和生产过程中。

维基百科词条 Neuromanagement

神经法学(neurolaw)：认知神经科学在法学领域的应用，研究人类立法、司法、犯罪的神经基础。涉及神经犯罪学(neurocriminology)，包括犯罪预测、精神病辩护(Insanity defense)、脑死亡、测谎技术等等。

综上所述，认知神经科学的方法在于神经科学，焦点在于认知。而社会科学领域人类社会的活动都涉及认知，所以认知神经科学的研究领域很广，有认知的领域它就能用神经科学的方法去研究。神经科学因此可以和社会科学之间广泛结合，出现很多新兴研究领域。

有本书叫《中国神经科学与社会科学交叉学科研究进展》，涵盖了我上面说的这些领域，还要更广。

Reference and Further Readings

Burman, D. D., Bitan, T., & Booth, J. R. (2008). Sex differences in neural processing of language among children. Neuropsychologia, 46(5), 1349-1362.

Kovelman, I., Baker, S. A., & Petitto, L. A. (2008). Bilingual and monolingual brains compared: a functional magnetic resonance imaging investigation of syntactic processing and a possible “neural signature” of bilingualism.Journal of cognitive neuroscience, 20(1), 153-169.

艾春娣, 汪宇, 孟现鑫, 赵玉芳, & 李红. (2013). 消费者心理神经科学研究简介.心理科学进展, 21(011), 2006-2015.

韦钰. (2011). 神经教育学对探究式科学教育的促进. 北京大学教育评论, 9(4), 97-117.

舒飒,周加仙. (2013). 心智, 脑与教育: 教育神经科学对课堂教学的启示. 上海:华东师范大学出版社.

马庆国, & 王小毅. (2006). 从神经经济学和神经营销学到神经管理学. 管理工程学报, 20(3), 129-132.从神经经济学和神经营销学到神经管理学

马庆国, & 王小毅. (2006). 认知神经科学, 神经经济学与神经管理学. 管理世界,10, 139-149.

Gazzaniga, M. S. (Ed.). (2004). The cognitive neurosciences. MIT press.

Battro, A. M. (2011). 受教育的脑——神经教育学的诞生. 北京: 教育科学出版,9(2013), 115.

Morin, C. (2011). Neuromarketing: the new science of consumer behavior.Society, 48(2), 131-135.

Rams?y (2014) Introduction to Neuromarketing & Consumer Neuroscience. Neurons Inc. Publishers

Coursera 上有精选版：

Selected readings in Neuromarketing & Consumer Neuroscience

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