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认知神经科学作为一门跨学科新兴领域，横跨众多领域，例如生理心理学、神经科学、认知心理学等。本文将从入门资料、研究方法、研究主题发出，带你入门这一领域。

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认知神经科学（Cognitive neuroscience）是关于心智认知过程的生物学。其学科术语来自“认知”和“神经科学”两个概念，是一门结合了认知心理学和神经科学的交叉学科。

神经科学主要研究在生物体中负责对组织器官与外部环境进行调节的控制系统即神经系统，尤其作为中枢控制系统的脑神经系统。它关注的是有机体内部活动和行为控制的生物基础。

认知心理学是基于认知主义科学范式的心理学，关注大脑对外部世界基于各种线索和表征的心智建模与信息处理过程，将心智看做是一个基于离散符号处理的序列加工系统。因此，由神经科学提供生物基础和实验方法，认知心理学提供了对各种心理活动信息操作过程的概念和解释，二者联姻的产物就是认知神经科学：通过结合心理活动与大脑结构的研究，具体研究感知、运动、情绪、学习、记忆、语言、注意与意识、认知控制以及社会认知等诸多心理过程，从而提供对“有形大脑的功能如何产生无形的心智”最完美的描述。

认知神经科学主要采用神经科学、认知心理学、计算建模、以及神经病学（Neurology）等学科基本方法研究。这些学科关注角度不尽相同，各有侧重，认知神经科学的长处则在于对不同方法综合运用以全面回答心脑与行为之间的关系问题。对认知神经科学研究，这些学科基本知识储备是必不可少的。

1. 入门教材

• Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind,
• 认知神经科学之父加扎尼加领衔编著的经典教材，全面而丰富
• Fifth Edition ,中译第三版： https://www.amazon.com/Cognitive-Neuroscience-Biology-Mind-Fifth-ebook/dp/B07LCRN9N9

2. 神经科学总论

• Neuroscience: Exploring the Brain
• 神经科学:探索脑，为世界各大院校采用最通用的神经科学教材之一
• Fourth edition： https://www.amazon.com/Neuroscience-Exploring-Connors-Paradiso-Hardcover/dp/B011DC7EMU

3. 认知心理学：

• Cognitive Psychology:Theory, Process, and Methodology
• 认知心理学新教材，尤其注意比较了认知主义范式和其他研究方法的不同
• 2nd Edition： https://www.amazon.com/Cognitive-Psychology-Theory-Process-Methodology/dp/1506383866

4. 生物学与心理学应用：

• 实验心理学（Experimental Psychology）
• 心理统计（Psychological Statistics）
• 生物统计学（Biostatistics）
• 神经病学（即神经内科，Neurology）
• 神经病理学（Neuropharmacology）

5. 学术期刊

• Journal of Cognitive Neuroscience
• Trends in Cognitive Sciences
• NeuroImage

6. 学术会议：

• CNS：https://www.cogneurosociety.org/

认知神经科学所涉及每一学科都有独特的方法与技术工具，它们的应用范围可以按照空间和时间分辨率两个坐标来划分：

• 时间敏感性：绘在 x 轴，表示得到特定的测量结果所需的时间尺度。它可以从单细胞的毫秒级活动到病人卒中后数年观察到的行为改变。
• 空间敏感性：绘在 y 轴，表示该方法的定位能力。例如，可以利用膜片钳实时检测分离的树突区域的膜电位变化，它提供了极好的时间和空间分辨率。相反，自然发生的损伤破坏了大片皮质区域，则可以用 MRI 检测出来。

下图展示了两个坐标下所采用的技术工具：

图1：两个坐标下所采用的技术工具

• 单细胞记录与多细胞记录：单细胞记录使得神经生理学家能够记录动物大脑约单个神经元，从而理解与某个感受和行为刺激相关的神经元活动是如何增加或减少的。而通过多细胞记录，数百个细胞的活动可以同时记录。
• 经颅磁刺激（TMS）：利用磁脉冲暂时改变局部脑生理特性。
• 脑电图（EEG）：测量大脑的电活动。EEG 信号包括电活动的内源性变化，以及由特定事件（例如刺激或运动）诱发的变化。
• 事件相关电位（ERP）：是与特定事件（如刺激呈现或反应出现）时间锁定的电活动变化。当事件重复多次，这些事件所诱发的相对小的神经活动变化就可以通过 EEG 信号的叠加平均而观察得到。通过这样的方法，EEG 信号中的背景波动能被去除，从而以非常好的时间分辨率展现事件相关信号。
• 脑磁图（MEG）：测量大脑产生的磁信号。神经细胞的电活动同样产生小的磁场，磁场可以像 EG 测量表面电活动一样，通过置于头皮的敏感的磁探测器所测量。MEG 可以采用与 ERP 类似的事件相关方式，并且具有相似的时间分辨率。MEG 的空间分辨率更优，这是因为磁信号很少受到脑或颅骨等有机组织的影响而失真。
• 正电子发射断层扫描（PET）：通过监测放射性示踪剂的分布来测量脑的新陈代谢活动。PET 扫描仪测量示踪剂衰变时产生的光子。常用的示踪剂是 O，因为它衰减迅速，并且氧会更多地分配到活动的神经区城。
• 功能性磁共振成像（MRI）：利用 MRI 追踪脑血流变化，脑血流变化与神经活动的局部变化相关。

感知觉与物体识别

为处理外部环境的光刺激 、化学刺激、机械刺激与能量刺激，人类具有五种基本的感觉系统，听觉、嗅觉、味觉、躯体感觉以及视觉，使人可以解释周围的环境。每一种感觉都包含了独特的通路和加工，以将外部刺激转化为可以被大脑解释的神经信号。例如，在躯体感觉中包括了触碰、温度、疼痛等五种不同感受器。

图2：外界刺激下的五种基本感觉系统

在每种感觉内，专门化的感觉机制被发展出来解决计算问题以促进和增强我们的知觉能力。就如神经成像所揭示那样，在大脑的感觉皮质中都发现了专门化；这样，即使颜色或运动知觉的皮质机制缺失，人们仍然保持看的能力。在感觉丧失的极端情况下，知觉的皮质系统可能会被完全*。

• 知觉*与神经可塑性（Sadato,1996)：

论文题目：Activation of the primary visual cortex by Braille reading in blind subjects [1996]Sadato N1,Pascual-Leone A,Grafman J,Ibañez V,Deiber MP,Dold G,Hallett M 论文地址：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8606771

在人的感觉系统中，五种感觉也不是孤立工作的，而是一致行动以构建一个对世界的丰富的解释，正是这一整合成为许多人类认知的基础，并且使人类在一个多感觉的世界中生存并兴旺发展。（多通道知觉、联觉）

• 多通道细胞发现（Hikosaka,1988）

论文题目：Polysensory properties of neurons in the anterior bank of the caudal superior temporal sulcus of the macaque monkey论文地址：https://www.physiology.org/doi/abs/10.1152/jn.1988.60.5.1615

• 多感觉整合现象（Nicholas P.Holmes&Charles Spence,2005）

论文题目：Multisensory Integration: Space, Time and Superadditivity论文地址： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982205010171

• 联觉的家族性

论文题目：Synaesthesia: prevalence and familiality论文地址：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8983047

• 联觉在知觉加工早期（Vilayanur Ramachandran,2001a,2003)

论文题目：The Phenomenology of Synaesthesia论文地址：http://cbc.ucsd.edu/pdf/Ramachandran_JCS2003

• 联觉在知觉晚期、多阶段加工（Jason Mattingley,2001;JA Nunn et al.,2002）

论文题目：Unconscious priming eliminates automatic binding of colour and alphanumeric form in synaesthesia论文地址：https://www.nature.com/articles/35069062

论文题目：Functional magnetic resonance imaging of synesthesia: activation of V4/V8 by spoken words论文地址：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11914723

• 联觉多脑区加工（Michael Esterman et al.,2006）

论文题目：Coming Unbound: Disrupting Automatic Integration of Synesthetic Color and Graphemes by Transcranial Magnetic Stimulation of the Right Parietal Lobe论文地址： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16989556

物体识别则涉及视知觉的高水平加工。

视知觉双通路：人类视觉包括两条不同通路以加工不同信息：腹侧通路（ventral pathway）也称 what 通路，专司物体知觉和识别，决定人们看到什么；背侧通路（dorsal pathway）也称 where 通路，特异于空间知空间知觉，决定物体在哪里、分析场景中不同物体的空间结构。这两条通路是双分离的，例如一个盲视患者是腹侧通路出了问题，他会失明看不到物体，但是他却不会被路上的障碍绊倒。背侧通路的正常足以让他知觉到空间结构，尽管他自己意识不到这点只是自动避开。