“阅读脑”的认识、塑造与改善——从认知神经科学研究到教育、从实验室到教室

"今天你读书了吗?"为发掘图书之乐,鼓励每个人积极阅读,联合国教科文组织将每年的4月23日设立为"世界图书日"。然而在快节奏的现代生活中,阅读行为似乎呈现出"退化"的趋势。阅读对每个人的重要性不言而喻。

从实验室到教室——对脑科学教育转化应用的挑战与对策思考

促进全体学生学习和成长是人类从古到今的教育理想。从先贤孔子提出的"有教无类""因材施教",到联合国2030可持续发展规划提出的全纳、优质教育目标,几千年来人类不断发出同样的呼唤。联合国教科文组织甚至提出"全球学习危机".

教育神经科学研究:内涵、图景与发展进路

教育神经科学是面向教育场景,旨在揭示教育现象背后认知神经机理的新兴研究方向,是联结脑、心智与教育的重要桥梁。然而,目前教育神经科学研究存在选题定位不准确、目标情境相对狭隘、关键科学问题凝练不足等问题,严重制约着该方向的发展。该文首先介绍了教育神经科学形成和发展的动因,从回归大脑是解析教育现象的必然选择、多源与多层级数据互证是教育研究的迫切诉求、高生态效度脑影像技术的发展助推多科学融合这三方面论述了教育神经科学研究的必然与应然。在此基础上,该文梳理了教育神经科学研究的内涵,并提出了教育神经科学研究需要重点关注的五大研究主题,包括:(1)课堂教学过程的认知神经机理及其评估;(2)学科教学情境中学生学习的认知神经机理研究;(3)学生高阶思维能力研究;(4)智能教学环境中的学习认知机理研究;(5)教育教学影响因素的作用机理研究。最后,该文提出了“促合作”“重转化”“遵规范”“建机制”四大发展进路,以期为我国教育神经科学研究提供参考与借鉴。

神经网络结构搜索在脑数据分析领域的研究进展

神经网络结构搜索(neural architecture search,NAS)是自动化机器学习的重要组成部分,已被广泛应用于多个领域,包括计算机视觉、语音识别等,能够针对特定数据、场景、任务寻找最优的深层神经网络结构.将NAS引入至脑数据分析领域,能够在图像分割、特征提取、辅助诊断等多个应用领域大幅度提升性能,展现低能耗自动化机器学习的优势.基于NAS进行脑数据分析是当前的研究热点之一,同时也具有一定挑战.目前,在此领域,国内外可供参考的综述性文献较少.对近年来国内外相关文献进行了细致地调研分析,从算法模型、研究任务、实验数据等不同方面对NAS在脑数据分析领域的研究现状进行了综述.同时,也对能够支撑NAS训练的脑数据集进行了系统性总结,并对NAS在脑数据分析中存在的挑战和未来的研究方向进行了分析和展望.

运动疲劳通过基底神经节输出核团损伤大鼠工作记忆能力

目的:探讨基底神经节输出核团[脚内核(EPN)和黑质网状部(SNr)]内小清蛋白(PV)阳性神经元参与运动疲劳损害工作记忆能力的神经调控机制。方法:采用随机数字法将雄性SD大鼠分为对照组(Control)和疲劳组(Fatigue),选用三级递增负荷跑台训练方案,建立慢性力竭运动疲劳模型。利用Y迷宫自主交替实验评估大鼠的工作记忆能力。免疫组织化学染色观察大鼠EPN和SNr内PV和caspase-3的表达。结果:Y迷宫自主交替实验表明,疲劳组大鼠自主交替正确率较对照组大鼠呈显著性降低(P<0.05)。免疫组织化学染色结果显示,疲劳组大鼠EPN和SNr内PV阳性细胞密度和阳性纤维染色程度与对照组相比均大幅降低(P<0.05,P<0.01)。同时,疲劳组大鼠EPN和SNr内caspase-3阳性细胞密度明显升高(P<0.05,P<0.01)。结论:运动疲劳导致大鼠工作记忆能力受损,其机制可能与EPN和SNr内PV阳性神经元凋亡有关。

太赫兹辐射调控神经元突触传递的动力学特征提取方法

突触后电位是神经元传递信息的重要载体,该信号的动力学分析是神经科学研究中的常用方法。但目前传统的分析方法中多采用手工提取动力学特征值,分析数据量有限。针对此缺陷,本文提出了一种神经元突触传递的动力学特征提取方法。在该方法中,采用低通滤波器提取有效数据,降低了数据计算量和复杂性;采用中值滤波算法去除了信号中随机噪声、刺激伪迹,并校正基线漂移,利用曲线拟合提取了突触后电位信号波形斜率特征值,实现突触后电位信号变化趋势的可视化。该特征提取方法的平均绝对百分比误差一般在5%左右,幅度特征值的平均绝对百分比误差一般在3%左右。同时取95%的置信区间,降低波形的测量误差,使得有效数据正检率指标高达98%。结果表明该特征提取方法可提取信号中的有效数据,并能保证特征值提取的精度,减小了人工提取存在的误差。通过神经元响应数据,验证了该方法的可行性,提出了太赫兹调控神经元突触传递的猜想。

不同强度运动改善PTSD小鼠恐惧记忆泛化及促海马神经再生效应研究

目的:探讨不同强度运动缓解创伤后应激障碍(PTSD)恐惧记忆泛化的作用及促海马神经再生中枢调控机制。方法:采用随机数字法将雄性C57 BL/6J小鼠分为对照(control)组、PTSD建模(PTSD)组、建模后高强度运动(PTSD-High)组和建模后低强度运动(PTSD-Low)组。采用条件性足部电击(CF)和单次-持续应激(SPS)相结合的方法,构建PTSD复合应激模型。利用条件性恐惧实验测试小鼠对恐惧记忆相似情境的辨别能力,评估小鼠恐惧记忆泛化程度,通过免疫荧光双标实验观察并量化小鼠海马DG区新生的未成熟神经元,使用ELISA测定血清脂联素的分泌水平。结果:(1)在条件性恐惧实验三个类似情境中,control组与PTSD-High组的不动时间均明显低于PTSD组。(2)免疫荧光双标染色图片显示,PTSD组小鼠海马DG区的新生神经元与未成熟神经元荧光信号降低,新生未成熟神经元纤维短而少。统计表明,与PTSD组相比,control、PTSD-High和PTSD-Low组小鼠新生未成熟神经元的细胞密度和树突分支点及长度均明显升高。(3)ELISA结果显示,control和PTSD-High组小鼠血清中脂联素水平均明显高于PTSD组和PTSD-Low组。结论:PTSD小鼠恐惧记忆泛化与海马神经再生水平下降有关。运动可能通过促进脂联素的分泌、促进海马神经再生改善恐惧记忆泛化。不同强度运动对比发现高强度运动改善效果更好。

活力形态及其神经基础:寻找失落的社会认知拼图

过去的行为研究聚焦于探索其目标和意图,而忽略行为通过执行方式的变化所传递出的不同情绪、情感状态,Stern使用“活力形态”描述这一维度。研究发现,视觉和听觉都能够传递活力形态,并且均在背侧中脑岛通过镜像机制进行加工。自闭症患者在活力形态的识别与表达两方面同时存在缺陷,显示出活力形态对社会互动的重要性。活力形态的研究为具身模拟论,快速社会认知提供了支持。未来的研究需要探索更多种类活力形态,勾勒出活力形态自身的谱系。同时,需要澄清活力形态与情绪、情感的关系,以及行为的目标、意图和活力形态如何相互影响。这些工作都应该在第二人称范式下进行。

社会认知神经科学研究的最新进展

社会认知神经科学是一门采用认知神经科学技术研究社会认知现象的交叉学科,目前已经形成认知神经科学与心理生理学的热点研究领域。该文回顾了近年来有关情绪、情绪障碍、自我意识、经济决策、道德等方面的脑机制研究,临床研究和脑成像研究表明,恐惧、厌恶、愤怒、惊讶、快乐、悲伤等基本情绪在表达和识别上具有普遍性与特殊性;孤独症与"男性脑"的特征相关,抗抑郁药百忧解对抑郁症儿童的治疗作用;在自我意识的研究领域,自我概念产生的脑区定位、灵长类的自我意象、精神疾病患者的自我概念变化等研究的热点问题;经济决策的研究最近成为亮点之一,主要包括强互惠合作、风险决策、跨期选择以及品牌决策等方面;在道德的脑机制研究中,重点涉及了道德判断与捐赠行为的神经基础。文章最后展望了社会认知神经科学在我国发展的前景。

道德判断中的情绪因素——从认知神经科学的角度进行探讨

道德判断中的情绪与认知因素是社会认知神经科学研究的重要议题。本文对近年来社会认知神经科学领域中有关情绪影响道德判断的研究发现和相关理论进行了回顾和总结。介绍了外源性情绪影响道德判断的行为研究证据,大脑情绪功能障碍者在道德判断中的异常表现以及道德两难任务所对应的大脑激活模式,着重探讨了情绪因素影响道德判断的神经机制和道德判断中情绪加工与认知加工相互作用的过程。揭示了情绪是道德判断的必要因素,道德判断是情绪加工和认知加工协同作用的结果,并在此基础上提出了该领域未来发展的设想。

脑、认知、情绪与教育——情绪的神经科学研究进展及其教育意义

近年来,随着文理科交融与多学科交叉的大力提倡和高速发展,认知科学与教育学领域都对儿童发展观的理解发生了深刻的改变,并且意识到了脑和教育相关的密不可分,"教育神经科学"这一新的学科也应运而生。情绪认知神经科学的新进展主要包括基本情绪脑环路、情绪与认知的交互作用、情绪障碍的神经机制等方面。情绪神经科学知识的掌握可以使教育的实践建立在更加科学的基础上,从而更好地建构课程情感教育目标、评价和教育内容。采用积极教育理念,加强情绪神经科学与教育学的双向交流,将脑科学的最新技术应用到师生互动的教学活动中,无疑是今后发展的方向。

学习神经科学:一门新型的交叉学科

学习是人类永恒的主题,自古以来,一直受到人们的关注。心理学、教育学、认知神经科学、人工智能等领域有关学习的聚合研究,正在催生一门新型的交叉学科——学习神经科学。学习神经科学主要研究不同场合、不同时间点、不同人群、不同领域学习的神经机制、规律以及可能的优化方法,具有典型的跨学科的研究范式和方法。建立学习神经科学有助于更好地探讨学习的机制和规律,有助于促进科学的教与学,有助于学习科学群及学习科学共同体的形成和发展。建议加强跨领域的合作,促进学习神经科学学术共同体的形成和发展,积极争取将学习神经科学纳入我国的学科体系建设,加大学习神经科学人才培养的力度,加强学习神经科学的宣传和普及工作,提升学习神经科学的社会服务功能。

发展认知神经科学的研究进展

发展认知神经科学是研究认知发展的神经机制、脑发育与行为能力和认知发展之间关系的科学,是认知神经科学和发展心理学等交叉融合形成的新学科和领域,文中阐述了该学科的发展、研究问题和已有的相关脑成像研究及其主要发现；解释了脑认知发展3种可能的神经机制——成熟观点、交互特异化观点和技能学习观点,提供了理解脑功能发展变化的初步框架；结合作者的研究探索,总结了该领域的一些问题并展望其研究趋势．

教育神经科学的领域建构

教育神经科学是将生物科学、认知科学、发展科学和教育科学等学科的知识与技能进行深度整合的具有独特话语体系的一门新兴学科。教育神经科学重视整体人的研究与培养,因此将为教育奠定坚实的基础。建立研究基地、开设专业课程、对教师进行培训、形成共同的话语体系等是促进教育神经科学健康发展的重要保证。

前瞻记忆年老化研究的自然情境和实验室情境比较

年龄—前瞻记忆矛盾现象在实验室情境和自然情境研究中普遍存在。当任务设置为日常情境时,前瞻记忆不受年龄影响或随年龄增长而促进,前瞻记忆成绩可能受人格、生活方式、任务材料、提示等因素的影响;当任务是实验室情境设置时,与年轻被试相比,老年被试前瞻记忆成绩一般都较差,前瞻记忆成绩可能受回溯记忆负载、线索类型和策略控制加工的需求等因素的影响。年龄-前瞻记忆矛盾现象可能来自于环境与意向的社会性特征、认知资源分配策略等方面的原因。最后,从被试控制、任务材料的设置、动机因素的探索等方面对今后的研究提出建议和展望。

认知神经科学视角下的创造力研究

创造力研究对于社会进步和个人发展均具有重要意义,逐渐成为心理学研究中的一个重要领域。随着认知神经科学的兴起,研究者从认知神经科学视角开展了丰富的创造力研究,这些研究主要体现在两个方面:(1)从大脑结构、大脑皮层唤醒水平和神经效能三个角度对创造力个体差异的认知神经机制进行了揭示;(2)基于最近几十年认知神经科学的研究成果,从认知神经科学角度对创造力进行了分类。认知神经科学的创造力研究,深化了人们对创造力的理解,但依然存在挑战,通过分析这些挑战,使我们明晰了认知神经科学关于创造力研究的未来方向:改进创造力测量工具和实验任务以满足认知神经科学研究的需要,进一步加强知识与创造力关系、人格特质与创造力关系的认知神经科学研究。

脑电实验室建设与管理的探索

在当今的生命科学领域尤其是认知神经科学研究中,脑电技术得到越来越多的应用,本文对脑电实验室的建设、管理队伍、管理制度等方面进行探讨,供新建脑电实验室的高校、科研医疗机构参考。

近红外光学成像在社会认知神经科学中的应用

社会认知神经科学是运用认知神经科学的研究手段,探讨社会科学问题与理论的多学科交叉领域。近来,功能性近红外光学成像技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)凭借生态效度高、成像安全、对头动耐受性高、成本低等优势,成为了该领域新兴的热点技术。无论是在婴儿发育和社会经济决策的单脑研究中,还是在人际互动的多脑研究中,它都有广泛应用。未来近红外光学成像的应用可以向多脑神经反馈、脑机接口技术、设备无线化和多模态成像做进一步探索。