第一节 认知神经科学的诞生

作为认知神经科学的发端，虽然“认知科学”一词早在1973年就已出现，但严格地说，直到1995年《认知神经科学》一书问世，才标志着认知神经科学作为一个成熟的科学分支，立于世界科学发展的前沿。麻省理工学院出版社1995年推出的大部头专著《认知神经科学》由著名科学家，裂脑研究专家加扎尼加（Gazzaniga）教授主编，170多位国际著名学者分别为全书11篇92章撰文，全书1400多页200多万字，有百余张插图和27张彩图。这本巨著全面描绘了认知神经科学是研究人类心灵脑机制的科学，把它确立为一门崭新的独立学科。这门科学为人类揭示出神经组织和脑结构怎样通过其生理过程，产生知觉、注意、记忆、语言思维、情感和意识等精神活动的奥秘。

一、认知神经科学的序幕

认知神经科学的序幕由认知科学和神经科学两大学科群所拉动。这里分别介绍这两大学科群。认知科学（cognitive science）的名词最早由美国科学家Higgens于1973年所使用，他提出了一个跨学科研究的目标和方案。1975年，一家美国私人基金会（斯龙基金会）支持了这个跨学科的研究计划，并于1977年创刊了《认知科学》杂志。1980年初，美国学术界的一些有影响的大学开始设立认知科学研究中心，其中加州大学圣地亚哥分校的认知科学中心和麻省理工学院的认知科学中心建立得较早，也最有影响。1987—1990年，麻省理工学院出版社先后推出作为大学本科生和研究生的基础教材《认知科学导论》，该书较全面地总结了认知科学，介绍了一些研究领域的进展。

什么是认知科学？Pylyshyn指出：认知科学是研究智能实体与其环境相互作用原理的科学。所谓智能实体是人类、动物和智能机的泛称。因此，也可以说认知科学研究的是人类、动物和机器智能及其与环境相互制约的关系。研究人类智能的科学有心理学、心理语言学；研究动物智能的有动物心理学和比较心理学；研究机器智能的科学有计算机科学，特别是人工智能学以及人工神经网络的研究。此外，在宏观水平上，概括研究智能实体的表征、计算能力及其内部结构与功能关系，则成为计算认知科学和认知哲学的重要命题。总之，认知科学是一大类科学的总称，主要包括心理语言学、心理学、人工智能学、人工神经网络理论、计算认知科学和哲学认识论。

1987—1988年间，欧洲认知科学界由35位著名科学家组成的科学技术发展预测和评估委员会（FAST），经过反复研究后，建议出版一套认知科学研究指南，倡导五个领域的研究工作：认知心理学、逻辑和语言学、认知神经科学、人机接口和人工智能。认知神经科学作为该系列出版物的第四卷已于1991年出版，标志着认知神经科学在欧洲作为一门独立的科学分支已经得到认可。虽然我国认知科学起步较晚，但发展却很快。20世纪80年代初，推动我国认知科学发展的3个源头都显示出了无限的生命力。首先，老一辈著名科学家钱学森倡导系统论与思维科学的研究活动，并出版了一系列论文集和著作。其次，认知心理学理论研究在国内外的交流与发展中，逐渐成为心理科学的主流，在国内形成一支研究力量，包括中国科学院心理所、各大学心理学系和中国科技大学研究生院的北京认知实验室，并出版了一批代表性著作。再次，国内外计算机科学的发展产生对人工智能与神经网络理论研究的迫切需要，并形成庞大的研究队伍。20世纪80年代末期，先后建立了中科院自动化所的模式识别实验室，北京大学视觉、听觉信息处理实验室和清华大学智能信息处理实验室。自1990年，我国8个一级学会联合召开“中国神经网络首届学术会议”以后，跨学科研究队伍不断扩大。1993年，在国家“八五”计划中，将“认知科学若干前沿领域”列为国家高科技攀登计划的重大项目，并同时将“有神经网络功能的非线性动力学研究”作为重点课题投入工作。总之，无论国内还是国外，20世纪80～90年代，认知科学都是受到高度重视的高科技新领域。

神经科学是一大类学科的总称，这些学科均以“分析神经系统的结构和功能，揭示各种神经活动的基本规律，在各个水平上阐明其机制，以及预防、诊治神经和精神疾患”为自己的基本研究内容，包括神经生理学、神经解剖学、神经胚胎学、神经组织学、神经组织化学、神经细胞学、神经超显微结构学、神经生物化学、神经生物物理学、神经药理学、精神药理学、行为药理学、神经遗传学、神经免疫学、神经行为学、比较心理学、生理心理学、心理生理学、神经心理学、比较神经学、神经病学、神经外科学、精神病学、脑肿瘤学和颅脑影像学等。这些学科彼此渗透，相互支持，新技术、新概念层出不穷，日新月异，构成当代生物医学发展的前沿学科之一。

神经科学的发展历史可以追溯到几世纪以前的自然哲学时期，甚至在中国古代第一部医书——《黄帝内经》中也有体现。然而，当代神经科学的孕育，是从1958年在莫斯科召开的国际脑研究进展的学术会议上开始的。在这次会议上，许多国家的代表都希望能成立一个非政府间的跨国机构，目的在于组织脑研究的学术交流活动，这就促成60年代初国际脑研究机构（The International Brain Research Organization, IBRO）的建立，IBRO成立以来，与国际科联（The International Council of scientific Unions, ICSU）和世界卫生组织（The World Health Organization, WHO）之间建立了密切的协作关系。在IBRO成立的最初年代里，建立了7个传统的学部，并均冠以“神经”二字，包括神经解剖学、神经化学、神经胚胎学、神经内分泌学、神经药理学、神经生理与行为学和神经语言与通讯学。

美国神经科学会成立于1964年，当时只有几百名会员。1991年，其会员竟达1.9万人，成为生物科学最大的学会。这一发展与美国政府对神经科学的高度重视有关。1989年7月25日，美国总统签署了国会通过的法令，将20世纪90年代称为“脑的十年”，呼吁美国公众、各种组织机构包括神经科学研究社团、各级政府，积极促进神经科学的发展。这项议案列举了20条理由，说明脑研究的科学与社会意义，以及命名“脑十年”的必要性。我们把这20条归纳为3个方面。第一，列举了脑研究发展中开辟了广阔前景的新科学进展，包括脑成像技术、计算神经科学、分子神经生物学、分子遗传学、分子免疫学和药理学等方面的进展。过去25年间，15位神经科学家获得诺贝尔生理学或医学奖，作为脑研究吸收当代科学技术取得的丰硕成果的一种标志。第二，列举了神经系统疾病、人口老龄化和药物滥用等医学问题和社会问题的严重性和科学解决的迫切性。第三，列举了对人类思维、情感脑机制的认识和建立神经网络模型研究的可能性和必要性。美国政府和科学界高度重视上述3方面的现实问题，并提出发展神经科学的倡议。世界各国的科学机构和脑研究领域的科学家们，对美国政府的倡议都感到振奋，并做出了积极的响应。

我国科学技术部和自然科学基金委员会将脑研究课题列为国家“八五”攀登计划。还批准了六七项与神经科学发展有关的重大、重点研究项目，如脑神经网络功能的非线性动力学研究、脑内单胺神经元的整合功能、脑下垂体前叶的肽能神经支配、中枢神经生长的实验研究、视中枢神经元对视觉信息特征提取、整合及相关回路研究、神经元核膜上甾体激素受体的研究等。1992年11月9～12日，在上海召开了第一届全国神经科学学术会议，交流了321篇研究论文。

二、认知神经科学的诞生

1989年美国创刊了名为“认知神经科学”的专业期刊，1991年美国一家私人基金会McDonnell-Peu Faundation拨款1200万美元专门资助在全世界各地关于认知神经科学的课题研究。促成了认知神经科学的诞生。1995年，Gagganiga主编的《认知神经科学》从分子、细胞、脑结构和脑功能系统四个层次上，总结了人类对精神活动及其物质基础的研究成果。在分子和细胞两个层次上，认知神经科学把脑细胞及细胞内的分子结构和功能的可塑性看做是知觉、记忆等心理变化的物质基础；在脑结构和脑功能系统两个层次上，认知神经科学以心脑机能结构映射的进化作为理解知觉、记忆、情感和意识等精神活动脑机制的主要基础之一。《认知神经科学》一书的主要思想就是阐明组成脑的分子和细胞如何以其可塑性参与脑结构与功能系统的形成，进而通过结构与功能系统映射的进化，逐渐出现了人类的意识和多层次的精神活动。认知神经科学之所以能在1995年成熟起来，与科学方法的进步密不可分。20世纪70～80年代神经生物学新技术和分子神经生物学技术层出不穷，为脑科学在分子、细胞水平上的研究进展提供了坚实的方法学基础；20世纪80年代出现的无创性脑成像技术，经过10多年的发展，直至1992年功能性磁共振脑成像技术的出现，形成了空间分辨率和时间分辨率互补的多种无创性脑成像技术，为认知科学家特别是心理学家提供了直接观察正常人心灵变化的脑功能动态变化规律的方法学。多种多样的有创性和无创性研究技术从不同侧面提示了心灵脑活动的许多新科学事实。科学方法的成熟性是认知神经科学诞生的重要前提。