第一節 認知神經科學的誕生

作為認知神經科學的發端，雖然“認知科學”一詞早在1973年就已出現，但嚴格地說，直到1995年《認知神經科學》一書問世，才標志著認知神經科學作為一個成熟的科學分支，立于世界科學發展的前沿。麻省理工學院出版社1995年推出的大部頭專著《認知神經科學》由著名科學家，裂腦研究專家加扎尼加（Gazzaniga）教授主編，170多位國際著名學者分別為全書11篇92章撰文，全書1400多頁200多萬字，有百余張插圖和27張彩圖。這本巨著全面描繪了認知神經科學是研究人類心靈腦機制的科學，把它確立為一門嶄新的獨立學科。這門科學為人類揭示出神經組織和腦結構怎樣通過其生理過程，產生知覺、注意、記憶、語言思維、情感和意識等精神活動的奧秘。

一、認知神經科學的序幕

認知神經科學的序幕由認知科學和神經科學兩大學科群所拉動。這里分別介紹這兩大學科群。認知科學（cognitive science）的名詞最早由美國科學家Higgens于1973年所使用，他提出了一個跨學科研究的目標和方案。1975年，一家美國私人基金會（斯龍基金會）支持了這個跨學科的研究計劃，并于1977年創刊了《認知科學》雜志。1980年初，美國學術界的一些有影響的大學開始設立認知科學研究中心，其中加州大學圣地亞哥分校的認知科學中心和麻省理工學院的認知科學中心建立得較早，也最有影響。1987—1990年，麻省理工學院出版社先后推出作為大學本科生和研究生的基礎教材《認知科學導論》，該書較全面地總結了認知科學，介紹了一些研究領域的進展。

什么是認知科學？Pylyshyn指出：認知科學是研究智能實體與其環境相互作用原理的科學。所謂智能實體是人類、動物和智能機的泛稱。因此，也可以說認知科學研究的是人類、動物和機器智能及其與環境相互制約的關系。研究人類智能的科學有心理學、心理語言學；研究動物智能的有動物心理學和比較心理學；研究機器智能的科學有計算機科學，特別是人工智能學以及人工神經網絡的研究。此外，在宏觀水平上，概括研究智能實體的表征、計算能力及其內部結構與功能關系，則成為計算認知科學和認知哲學的重要命題。總之，認知科學是一大類科學的總稱，主要包括心理語言學、心理學、人工智能學、人工神經網絡理論、計算認知科學和哲學認識論。

1987—1988年間，歐洲認知科學界由35位著名科學家組成的科學技術發展預測和評估委員會（FAST），經過反復研究后，建議出版一套認知科學研究指南，倡導五個領域的研究工作：認知心理學、邏輯和語言學、認知神經科學、人機接口和人工智能。認知神經科學作為該系列出版物的第四卷已于1991年出版，標志著認知神經科學在歐洲作為一門獨立的科學分支已經得到認可。雖然我國認知科學起步較晚，但發展卻很快。20世紀80年代初，推動我國認知科學發展的3個源頭都顯示出了無限的生命力。首先，老一輩著名科學家錢學森倡導系統論與思維科學的研究活動，并出版了一系列論文集和著作。其次，認知心理學理論研究在國內外的交流與發展中，逐漸成為心理科學的主流，在國內形成一支研究力量，包括中國科學院心理所、各大學心理學系和中國科技大學研究生院的北京認知實驗室，并出版了一批代表性著作。再次，國內外計算機科學的發展產生對人工智能與神經網絡理論研究的迫切需要，并形成龐大的研究隊伍。20世紀80年代末期，先后建立了中科院自動化所的模式識別實驗室，北京大學視覺、聽覺信息處理實驗室和清華大學智能信息處理實驗室。自1990年，我國8個一級學會聯合召開“中國神經網絡首屆學術會議”以后，跨學科研究隊伍不斷擴大。1993年，在國家“八五”計劃中，將“認知科學若干前沿領域”列為國家高科技攀登計劃的重大項目，并同時將“有神經網絡功能的非線性動力學研究”作為重點課題投入工作。總之，無論國內還是國外，20世紀80～90年代，認知科學都是受到高度重視的高科技新領域。

神經科學是一大類學科的總稱，這些學科均以“分析神經系統的結構和功能，揭示各種神經活動的基本規律，在各個水平上闡明其機制，以及預防、診治神經和精神疾患”為自己的基本研究內容，包括神經生理學、神經解剖學、神經胚胎學、神經組織學、神經組織化學、神經細胞學、神經超顯微結構學、神經生物化學、神經生物物理學、神經藥理學、精神藥理學、行為藥理學、神經遺傳學、神經免疫學、神經行為學、比較心理學、生理心理學、心理生理學、神經心理學、比較神經學、神經病學、神經外科學、精神病學、腦腫瘤學和顱腦影像學等。這些學科彼此滲透，相互支持，新技術、新概念層出不窮，日新月異，構成當代生物醫學發展的前沿學科之一。

神經科學的發展歷史可以追溯到幾世紀以前的自然哲學時期，甚至在中國古代第一部醫書——《黃帝內經》中也有體現。然而，當代神經科學的孕育，是從1958年在莫斯科召開的國際腦研究進展的學術會議上開始的。在這次會議上，許多國家的代表都希望能成立一個非政府間的跨國機構，目的在于組織腦研究的學術交流活動，這就促成60年代初國際腦研究機構（The International Brain Research Organization, IBRO）的建立，IBRO成立以來，與國際科聯（The International Council of scientific Unions, ICSU）和世界衛生組織（The World Health Organization, WHO）之間建立了密切的協作關系。在IBRO成立的最初年代里，建立了7個傳統的學部，并均冠以“神經”二字，包括神經解剖學、神經化學、神經胚胎學、神經內分泌學、神經藥理學、神經生理與行為學和神經語言與通訊學。

美國神經科學會成立于1964年，當時只有幾百名會員。1991年，其會員竟達1.9萬人，成為生物科學最大的學會。這一發展與美國政府對神經科學的高度重視有關。1989年7月25日，美國總統簽署了國會通過的法令，將20世紀90年代稱為“腦的十年”，呼吁美國公眾、各種組織機構包括神經科學研究社團、各級政府，積極促進神經科學的發展。這項議案列舉了20條理由，說明腦研究的科學與社會意義，以及命名“腦十年”的必要性。我們把這20條歸納為3個方面。第一，列舉了腦研究發展中開辟了廣闊前景的新科學進展，包括腦成像技術、計算神經科學、分子神經生物學、分子遺傳學、分子免疫學和藥理學等方面的進展。過去25年間，15位神經科學家獲得諾貝爾生理學或醫學獎，作為腦研究吸收當代科學技術取得的豐碩成果的一種標志。第二，列舉了神經系統疾病、人口老齡化和藥物濫用等醫學問題和社會問題的嚴重性和科學解決的迫切性。第三，列舉了對人類思維、情感腦機制的認識和建立神經網絡模型研究的可能性和必要性。美國政府和科學界高度重視上述3方面的現實問題，并提出發展神經科學的倡議。世界各國的科學機構和腦研究領域的科學家們，對美國政府的倡議都感到振奮，并做出了積極的響應。

我國科學技術部和自然科學基金委員會將腦研究課題列為國家“八五”攀登計劃。還批準了六七項與神經科學發展有關的重大、重點研究項目，如腦神經網絡功能的非線性動力學研究、腦內單胺神經元的整合功能、腦下垂體前葉的肽能神經支配、中樞神經生長的實驗研究、視中樞神經元對視覺信息特征提取、整合及相關回路研究、神經元核膜上甾體激素受體的研究等。1992年11月9～12日，在上海召開了第一屆全國神經科學學術會議，交流了321篇研究論文。

二、認知神經科學的誕生

1989年美國創刊了名為“認知神經科學”的專業期刊，1991年美國一家私人基金會McDonnell-Peu Faundation撥款1200萬美元專門資助在全世界各地關于認知神經科學的課題研究。促成了認知神經科學的誕生。1995年，Gagganiga主編的《認知神經科學》從分子、細胞、腦結構和腦功能系統四個層次上，總結了人類對精神活動及其物質基礎的研究成果。在分子和細胞兩個層次上，認知神經科學把腦細胞及細胞內的分子結構和功能的可塑性看做是知覺、記憶等心理變化的物質基礎；在腦結構和腦功能系統兩個層次上，認知神經科學以心腦機能結構映射的進化作為理解知覺、記憶、情感和意識等精神活動腦機制的主要基礎之一。《認知神經科學》一書的主要思想就是闡明組成腦的分子和細胞如何以其可塑性參與腦結構與功能系統的形成，進而通過結構與功能系統映射的進化，逐漸出現了人類的意識和多層次的精神活動。認知神經科學之所以能在1995年成熟起來，與科學方法的進步密不可分。20世紀70～80年代神經生物學新技術和分子神經生物學技術層出不窮，為腦科學在分子、細胞水平上的研究進展提供了堅實的方法學基礎；20世紀80年代出現的無創性腦成像技術，經過10多年的發展，直至1992年功能性磁共振腦成像技術的出現，形成了空間分辨率和時間分辨率互補的多種無創性腦成像技術，為認知科學家特別是心理學家提供了直接觀察正常人心靈變化的腦功能動態變化規律的方法學。多種多樣的有創性和無創性研究技術從不同側面提示了心靈腦活動的許多新科學事實。科學方法的成熟性是認知神經科學誕生的重要前提。