脑与认知科学1 脑的基本结构上
脑与认知科学1 脑的基本结构上
- 神经解剖学(Neuroanatomy)
认知科学(Cognitive Science)是一个新兴的交叉学科,比如University of Arizona就把Cognitive Science安排在Graduate Interdisciplinary Programs中的,它的研究对象就是人本身,譬如人的行动、思考与认知等。一般认为认知科学是语言学、心理学、人工智能、人类学、哲学、神经科学、教育学的交叉学科,因此认知科学的研究方法通常是从交叉学科中的某一科出发,研究认知科学与这一科相关的内容,脑与认知科学就是试图从Neuroscience入手研究认知科学的一个分支。
Cognitive Neuroscience与Neuroscience最大的区别是前者把brain和神经系统当成一个machine,neuroscientist要研究的是给这个machine特定的input后能得到怎么样的output,而后者是从Physiology的角度对神经系统进行研究,主要关注的是生物基础。Cognitive Neuroscience有两大类研究方法:Electrophysiology和Neuroimage。Electrophysiology是从Physiology的角度研究神经系统中电信号的作用,Neuroimage研究大脑活动时的造影。
神经解剖学(Neuroanatomy)
这是一幅左脑的图,在这幅图中我们需要认识四个部分:小脑(Cerebellum)、脑干(Brain Stem)、嗅球(Olfactory bulb)、大脑(Cerebrum)。小脑和脑干比较好区分,嗅球就只有那一个小圈圈,剩下的部分全是大脑。
这幅图展示的是大脑的分区,它被分为四个不同的区域:额叶(Frontal lobe)、顶叶(Parietal lobe)、颞叶(Temporal lobe)、枕叶(Occipital lobe)。额叶就是额头的正后方,枕叶大概就是和枕头接触的那部分,颞叶是耳朵往上一点点,头顶是顶叶。
大脑的解剖(Gross dissection)有几种不同的视角:背视(Dorsal view)、腹视(Ventral view)、侧视(Lateral view)、间视(Medial view)。Anterior表示眼睛看向的方向,posterior表示眼睛背向的方向。
为了统一解剖的视角,现在介绍一下anatomical reference。因为人是可以直立行走的,所以定义直立时大脑最高的那个位置叫Dorsal,或者叫Superior,眼睛朝向叫Rostral或者叫Anterior,和眼睛朝向相反的方向叫Caudal,和Dorsal相反的方向叫Ventral。这是比较特殊的,因为在定义脊椎动物的解剖视角的时候,一般定义Dorsal是脊椎的上方。
如果是用Dissection(切片)的方式来观察大脑又会有几个名词。Coronal指冠状面,是与直立时眼睛看向的方向垂直,沿dorsal到ventral的方向的切片;Sagittal是矢状面,是与直立时眼睛看向方向平行,并且与dorsal到ventral的方向平行的切片;horizontal就是与这两种切片都垂直的切片。如果Sagittal正好是沿着中线切的话又叫中矢面(midsagittal)
直观上看,大脑是有很多沟壑的,称膨胀起来的部分为Gyri,凹进去的部分叫Sulci,很深的沟沟叫Fissure。Fissure一般是大脑不同区域的分界。
从这个水平面切片图可以看出,大脑皮层主要是灰质(grey matter),是神经元细胞体集中的区域,其余部分是白质(white matter)是轴突等集中的地方。
从脑的dorsal view看,可以把它分为左脑(Left hemisphere)和右脑(Right hemisphere),中间这条很深的沟沟叫大脑纵裂(Longitudinal Cerebral Fissure),它是左脑和右脑的分界。
如果我们能够把左脑和右脑沿大脑纵裂掰开,就会看到藏在里面的胼胝体(corpus callosum),它是一个很粗的神经纤维束,作用是连接传递左右脑的讯息。如果我们在Midsagittal中观察胼胝体,它就是中间那个白色的区域。我们把它分为三部分:膝状部(Genu)、本体(Body)和尾部(Splenium)。膝状部是靠近额叶的部分,尾部是靠近枕叶的部分。
在Lateral view中也有一条很明显的沟,称其为central sulcus(中央沟),它是额叶与顶叶的分界线。这个沟anterior方向的一小部分叫中央前回,posterior方向的一小部分叫中央后回,中央前回主要是运动控制的功能,中央后回主要是其知觉输入的功能。中央沟是一直到Lateral Fissure的,它是颞叶与额叶、顶叶的分界线,也叫Sylvian Fissure,,它的下方一小部分区域叫Superior temporal gyrus,是听觉区。
大脑区域的命名规则非常简单,就是四个区域+Superior/Middle/Inferior,直立时最上方的区域叫Superior,最下方的区域叫inferior,中间的区域叫middle。
额叶主要又分为两个区域,中央前回的位置是运动控制的,叫motor cortex,涉及肌肉运动的都归他管;其他区域叫prefrontal cortex,这个区域是处理一些比较高级的认知功能的,比如计划、语言、情感、个性等。
顶叶也是主要分为两个区域,中央后回的位置是Somatosensory cortex,是集中接收听觉触觉嗅觉视觉味觉等知觉的区域;其他区域叫做posterior porietal cortex,主要是控制注意力、空间感知和数字运算的。枕叶主要控制视觉,颞叶主要控制听觉、记忆、语言理解等。
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