認知_brain

郭文瑞 陽明大學 神經科學研究所

腦結構與功能

【功能性磁振造影之腦中顯影】

L

磁振造影之人腦結構圖

HUMAN BRAIN ANATOMY

什麼是認知神經科學?

2009/11/21

我們有哪些認知功能 ?

語言、閱讀、學習、記憶、注意力、

視覺認知、物體辨識、動作控制、

情緒、同理心 ……

意志力、計畫、決策、問題解決、道德判斷、人際互動 ……

Violent behavior (暴力行為)

Empathy (同理心)

Emotion (情緒)

認知決策歷程 (DECISION MAKING)

√ 如何形成信念 ? (How do we form probabilistic beliefs about the future ?)

√ 如何影響行為 ? (How do we use those beliefs to guide our decisions ?)

√ 如何更新信念 ? (How do we update those beliefs ?) √ 決策歷程的神經機制為何 ? (What are the neural mechanisms

for the computation of beliefs and decision-making ?)

p(stock ↑)? p(Hit)? p(storm)? p(good president)?

一些有趣的記憶研究 Specific topics of memory research

– intentional forgetting, – formation and retrieval of false memory.

ERPs at the retrieval stage (記憶提取)

What is cognitive neuroscience?

2009/11/21

The quick answer to the question is cognitive neuroscience is the field of scientific endeavor that is trying to understand how the brain enables the mind.

這些認知的功能為何重要 ?

腦瘤的影響 (1/2)

Uncinate fasciculus

Arcuate fasciculus

Inferior fronto-occipital tract

腦瘤的影響 (2/2)

認知的功能為何重要 ?

•因為有人不會說 •因為有人聽不懂 •因為有人不會讀 •因為有人不會算 •因為有人看不懂 •因為有人學不會 •因為有人記不得/好 •因為有人注意力不集中 •因為有人不會與人交往 •因為 ……

人(腦)與其他動物(腦)的差別 ? 人(腦)與其他動物(腦)的差別 ?

大腦前額葉的發展與演化 The Human Prefrontal Cortex

隨著演化與發展，前額葉體積與神經連結逐漸增加

大腦前額葉的特性 • 演化上比較新

Phylogenetically, it is one of the latest cortices to develop, having attained maximum relative growth in the brain.

• 發展上比較晚成熟 The PFC undergoes late development in the course of ontogeny.

• 與高階認知功能比較相關 Imaging studies, in the human, indicate that prefrontal areas do not attain

full maturity until adolescence. This is consistent with the behavioral evidence that these areas are critical for those higher cortical functions that develop late.

大腦神經元的訊息傳遞與溝通

突 觸

突觸密度 Synaptic density in human cortex • Primary visual & auditory cortice (視覺、聽覺皮質)

– peaks between 4-12months – falls to adult level between 2-4 years

• Prefrontal cortex (大腦前額葉皮質) – peak reaches after 12 months – return to adult level after 10 to 20 years

腦功能研究的濫觴

大腦分區地圖

Korbinian Bordmann (1868-1918)

每個腦區都有其獨特的功能 ?

Paul Broca (1824-1880)

如何啟動腦神經系統運作?

•外在 刺激所啟動, 例如視覺 •內在 運作所啟動, 例如記憶

如何觀察被啟動腦神經系統的

運作?

研究工具 Research tools

ERP

TMS Current MEG

Current MRI

利用 fMRI, 也就是功能性磁振造影，

我們可以探索大腦是如何執行、表

現一般認知的功能，因此，也就是

認知神經科學研究的重要工具之一。

被誘發的神經活動會引發微觀的

動態血流反應，造就局部帶氧

及去氧血紅素濃度變化，……

休息狀態

工作狀態 A V

A V

Oxy-hemoglobin

Deoxy-hemoglobin

BOLD System

neuronal activity

hemodynamic response

fMRI signal

• Language processing • Visual motor processing • Memory processing • Decision-making • ……

Matrix = 64 x 64 Slice number = 20 Slice thickness= 6 mm FOV= 230 x 230 mm TR= 2 sec TE= 50 msc Repetition Number= N

Image acquisition

Image processing & SPM

功能性磁振造影實驗 安排與說明

30 s 30 s 30 s 30 s 30 s 30 s 30 s 30 s 30 s 30 s

功能性磁振造影實驗 範例一 : 中文閱讀的腦神經網路

閱 讀

Broca’s area

與中文字頻率 有關的神經網路

電、報、聲 、家、搖 …

奠、豹、甥、迦、毓 …

高頻率字 (HF) 低頻率字 (LF)

A A B A F F + + + +

T A B A F C + + + +

1-back

2-back

按鍵標示目標

功能性磁振造影實驗 範例二 : 工作記憶之神經網路及分佈

一階與二階的工作記憶作業 (1- and 2-back WM tasks)

工作記憶網路分佈

一階 (1-back) 二階 (2-back)

CONTROL group (n=21); random effect model, p < 0.01

(二階 vs. 一階)

CONTROL group (n=21); random effect model, p < 0.01

工作記憶負荷差異

工作記憶模型

(Baddeley, A.D., 2000)

郭文瑞 陽明大學 神經科學研究所 中央大學 認知神經科學研究所 台北榮總 腦功能實驗室 Email: wjkuo@ym.edu.tw

~ 謝謝聆聽、指教 ~