神經科學指南

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神經科學定義

神經科學是研究影響大腦行為和功能的化學、生物和解剖過程。它結合了各種跨學科領域，包括醫學、化學、心理學、分子生物學、解剖學、物理學和其他生命科學，來理解神經系統。

什麼是神經科學？

神經科學是研究神經系統以及神經如何使用廣泛的科學方法影響行為。神經科學也稱為神經科學，旨在了解神經系統如何運作、成熟和維持—無論是在健康個體還是有腦部、精神或神經發展障礙的個體中。它主要關注於中樞神經系統的結構和發展，其中包括大腦和脊髓。

因此，神經科學研究通常專注於大腦如何影響認知行為和功能。研究神經科學的人稱為神經科學家。神經科學家與神經科學專家不同，因為“神經科學專家”通常指專門治療腦部和脊椎疾病的醫生，而神經科學家是專門研究神經系統的研究人員。

TED演講神經科學

神經科學：探索大腦

神經科學是我們了解大腦及大腦對行為和認知功能影響的主要來源。隨著MRI掃描、腦電圖儀(EEG)機和3D成像技術等工具的增加，這一領域有助於解碼大腦的複雜運作。

為什麼神經科學很重要

由於神經科學影響廣泛的人類功能，理解大腦在治療和預防許多神經系統疾病中起著至關重要的作用。

神經科學促進了我們對各種神經系統疾病和損傷的理解，包括：

• ADHD

• 成癮

• 自閉症譜系障礙

• 中風

• 腦腫瘤

• 腦癱

• 唐氏綜合症

• 癲癇

• 多發性硬化症

• 帕金森病

• 精神分裂症

• 坐骨神經痛

• 睡眠障礙

神經科學新聞

這裡有一些您應該知道的最新神經科學新聞和突破。

• 科學家發現大腦的導航系統。2005年，神經科學家在內嗅皮層發現了“網格”細胞，這在動物如何跟蹤其空間位置中起了主要作用，這對生存至關重要。

• 神經科學實驗室採納光遺傳學。光遺傳學是2005年的一項發現，一種用光激活神經元的技術，為神經科學實驗室提供了一種詳細的方法來研究選定神經元在疾病或行為中的作用。

• 認知行為療法獲得科學支持。2012年的一項對100多項研究的元分析發現了強有力的證據支持認知行為療法。CBT被發現特別支持焦慮症、軀體形式障礙、貪食症、憤怒控制問題和一般壓力。

• 科學家打開了血腦屏障。神經科學家成功突破了血腦屏障，這是一個保護大腦免受身體其他部分侵害的細胞網絡。雖然障礙阻止血液中的有害毒素進入腦組織，但也使得藥物難以送達腦部。2015年，首次在人類中打開了血腦屏障。

• 人工智能推動了神經植入。神經植入設備可以改變大腦的電活動，有助於恢復受腦損傷或神經系統疾病影響的功能。2017年，研究人員設計了一個納米級、由AI支持的神經植入設備，可以在患者的腦部病變區域加強微弱的突觸。

• 腦機接口推動神經康復。四肢癱瘓的Rodrigo Hübner Mendes成為首位僅用腦波駕駛F1賽車的人。這是通過結合腦機接口（BCI）和非侵入性EEG技術實現的。Hübner Mendes佩戴了一個EMOTIV EPOC+ EEG耳機，車載電腦將他的想法轉換為駕駛命令。

神經科學如何有助於解釋行為？

神經科學研究

神經科學研究是一個快速增長的學科，因為任何神經科學主分支的進展都有助於整個領域的研究。神經科學的研究範圍廣泛，但主要涵蓋神經系統的功能和結構如何與疾病、行為和認知過程相關。

兒童神經科學視頻

回答神經科學中的重大問題

雖然神經系統在大量行為功能中起作用，但當今一些最有趣的神經科學主題包括神經科學與睡眠、神經科學與人類動機、社會神經科學和神經經濟學。探索這些主題可揭示神經科學如何在更廣泛的層面上解釋行為。

神經科學與睡眠

睡眠傳統上是在醫學和心理學範疇下研究的。隨著神經科學在20世紀末成為一個公認的跨學科領域，神經科學研究開始轉向睡眠。由於動物需要一定量的睡眠才能運作，否則將危及健康，因此睡眠是一種關鍵的神經行為。睡眠的神經科學尋求探討什麼構成睡眠、如何觸發睡眠、大腦在睡眠期間發生了什麼以及如何導致和治療睡眠障礙。

一種類型的EEG測試專門用於評估睡眠障礙。“多導睡眠圖”或EEG睡眠研究是一種過夜程序，測量身體活動（心率、呼吸和氧氣水平）同時進行EEG掃描。

神經科學與人類動機

神經科學與人類動機的研究檢查正常和異常動機的神經生物組成。您可能將動機視為一種描述高成就個體的態度或特徵。事實上，動機是一種涉及生物和心理過程的神經行為。

在生物學層面，動物有動力滿足基本生存需求，如食物、避難所和水。在心理層面，多種因素可能會影響動物是否維持動機驅動來滿足其基本需求。例如，經歷神經系統疾病如抑鬱症和精神分裂症或上癮等疾病會破壞動機。

神經科學進一步閱讀主題

冥想神經科學

冥想已成為數百項神經科學研究的主題。由於冥想與減少壓力和焦慮密切相關，神經科學家對其對大腦活動的影響感興趣。許多研究使用大腦活動記錄技術如EEG和神經影像如fMRI來觀察冥想對大腦活動的潛在影響。

例如，一項早期研究使用EEG記錄經驗豐富的禪宗冥想者的大腦活動。研究人員觀察到α波的出現，α波振幅的增加，α波的減少和θ波的出現。這些EEG狀態的變化與受試者所進行的冥想過程相平行。α活動與放鬆、冷靜和清晰的心境相關聯，而成年人的θ活動與昏昏欲睡相關。

抑鬱症的神經科學

大腦中的各種結構被認為在抑鬱症中起作用。在生物學層面，神經科學家確定了某些基因可以影響個體怎麼容易低落，以及他們對藥物的反應如何。

研究人員使用神經成像和斷層掃描技術來了解抑鬱如何影響大腦區域和功能。fMRI掃描可以測量大腦區域在對刺激作出反應時的變化，而單光子發射計算機斷層掃描（SPECT）和正電子發射斷層掃描（PET）可以測量神經遞質的密度和分佈。

在抑鬱大腦中，神經元之間的溝通可能不規則，例如，神經受體可能對神經遞質作出無效反應。值得注意的是，抑鬱症可能不僅僅是由於神經遞質水平低。隨著研究人員對抑鬱症的神經科學研究深入，他們提供了對多種可能原因的更好理解，包括創傷、遺傳、壓力和醫療狀況。

成癮的神經科學

社會偏見將成癮特徵為道德缺陷或意志薄弱的結果。過去30年來關於成癮神經科學的研究顯示，成癮實際上是一種慢性腦部疾病。成癮擾亂了涉及動機和獎勵的神經迴路（稱為神經回路）。成癮的神經科學研究了生物、社會和文化因素在一個人易於成癮和物質濫用中的影響的神經過程。

成癮神經科學視頻

音樂的神經科學

音樂的神經科學致力於理解參與聆聽、表演、作曲和閱讀音樂的認知過程的神經機制。

由於音樂對我們的情感和身體產生如此大的影響，圍繞音樂的神經科學進行了許多獨立研究。例如，研究人員研究音樂如何促進患有癡呆或阿爾茨海默症的受試者的記憶召回。

音樂的神經科學還包括消費者研究。一項實驗記錄了三位著名挪威藝術家的EEG數據，當他們聆聽不同類型的音樂時。使用一種算法分析記錄的EEG數據，以檢測這些著名的藝術家是否喜歡他們所聽的音樂。觀看下面的視頻來瞭解Lars Vaular、Ole Paus和Margaret Berger是否是他們自己最喜歡的音樂家。

“理解我們對音樂的欣賞”視頻

記憶的神經科學

記憶涉及複雜的認知和神經過程，科學家們仍在探索記憶的神經科學。然而，我們對經驗如何在大腦中編碼的基本理解。當突觸被改變或重新路線時，新記憶就會形成。海馬和顳旁回區域將短期事件轉換為長期記憶。杏仁核整合了情感到我們的生活經驗中。

意識的神經科學

意識影響人類行為，因此神經科學為解釋意識提供了一個視角。意識的神經科學研究主要尋求回答哪些神經屬性解釋一個狀態是意識還是不是（一般意識），以及哪些神經屬性識別一個意識狀態的基礎（特定意識）。

神經科學領域

由於神經科學是一個跨學科的研究，現代研究和發展可以被分類為許多不同的神經科學領域。

神經科學領域列表：

在接下來的部分中，我們將解釋神經科學和心理學之間的區別，以及神經科學與神經學的區別，描述主要的神經科學領域（認知和行為神經科學）並定義其他新興領域。

• 情感神經科學（情感神經科學）

• 行為神經科學

• 細胞神經科學

• 臨床神經科學

• 認知神經科學

• 計算神經科學

• 文化神經科學

• 發展性認知

• 神經科學

• 發展性神經科學

• 進化神經科學

• 教育神經科學

• 分子神經科學

• 醫學神經科學

• 神經工程學

• 神經解剖學

• 神經化學

• 神經經濟學

• 神經倫理學

• 神經行為學

• 神經美食學

• 神經遺傳學

• 神經影像學

• 神經免疫學

• 神經信息學

• 神經語言學

• 神經行銷學

• 神經物理學

• 神經生理學

• 神經心理學

• 古神經生物學

• 社會神經科學

• 系統神經科學

• 理論神經科學

• 應用轉化神經科學

神經科學與心理學有何不同？

神經科學如何與心理學相關？讓我們重新審視神經科學的定義。它是研究影響大腦行為和功能的化學、生物和解剖過程，而心理學是抽象的指研究人類行為的學科。您可以通過學習心理學來了解人性，但如果缺乏對大腦功能的科學認識，您可能無法獲得全貌。科學家們仍在探索大腦如何與心理過程如個性、行為和情感相關。

神經學與神經科學

神經科學關注研究神經系統，而神經學則關注對其的醫療治療。神經學是專門研究中樞、周圍和自主神經系統的醫學領域。神經科學家是醫生，他們診斷和治療神經疾病和障礙。

認知神經科學

認知神經科學是研究支持認知的生物過程的神經科學子領域，特別是關於神經聯接。認知神經科學的目的是確定大腦如何實現其執行的功能。認知神經科學被認為是心理學和神經科學（認知科學與神經科學）領域的一個分支，因為它結合了生物科學與行為科學，如精神病學和心理學。神經科學研究中使用的技術，特別是神經影像，提供了當行為數據不足時行為觀察的洞見。

認知神經科學例子

檢查認知神經科學實驗有助於理解認知神經科學在實踐中的運作。一個最近的獲獎實驗探討了多巴胺的角色，它是一種與滿足感有關的神經遞質，在決策中的作用。人類需要能做出對自己有利的決定以生存。當我們做出一個帶來獎勵的決定時，多巴胺神經元的活動水平增加，最終這種反應甚至在獎勵到來之前就發生。

這一生物過程解釋了為什麼我們追求更大的獎勵，如晉升或學位，因為更多的獎勵與更高的生存機會有關。決策是影響認知的生物過程的例子（認知神經科學例子）。

行為神經科學

行為神經科學通過將生物學應用於生理學、遺傳學和發展機制的研究來揭示大腦如何影響行為。如名稱所示，這個次領域是神經科學與行為之間的聯繫。行為神經科學專注於神經細胞、神經遞質和神經迴路，以研究正常和異常行為的生物過程（生物神經科學）。

許多有影響力的行為神經科學實驗使用非人類受試者得出了關鍵結論，例如猴子、老鼠或小鼠，這導致人類和非人類生物擁有生物和行為類似性的假設的產生。行為神經科學也被稱為生物心理學、生物心理學或心理生物學。

計算神經科學

計算神經科學使用理論分析、計算機模擬和數學模型來理解從分子和細胞水平到網絡水平，再到認知和行為方面的神經功能。

社會神經科學

社會神經科學研究並應用生物概念來理解社會過程和行為。因為人類是一個社會物種，我們創造社會單位，如家庭、社區、鄰里。社會神經科學假設這些社會單位的作用是因為其相關的社會行為有助於人類的生存和繁殖。

臨床神經科學

臨床神經科學研究神經疾病和病症的生物機制，並尋求開發診斷和治療這些障礙的方法。臨床神經科學也稱為醫學神經科學。

教育神經科學

教育神經科學通過研究參與學習、閱讀、計算和與教育相關的神經發育障礙如閱讀障礙和ADHD的神經過程，探討生物過程與教育之間的聯系。

系統神經科學

系統神經科學包括研究神經元在神經通道、神經迴路和神經網絡中的行為。系統神經科學試圖理解大腦在分子和細胞水平的結構和功能（例如神經迴路如何分析感官信息和執行特定功能）以及認知和行為水平（例如語言和記憶如何工作）。

發展性認知神經科學

發展性認知神經科學研究發展中心靈中的心理過程及其神經學基礎，包括生物和環境變化如何隨著兒童年齡增長影響大腦。

發展性神經科學

發展性神經科學提供了對生成和影響神經系統的過程的見解，主要關注其在產前期的細胞和分子發展。

理論神經科學

“理論神經科學”一詞通常與“計算神經科學”互換使用（使用理論分析、計算機模擬和數學模型來理解從分子和細胞水平到認知和行為等方面的神經功能）。理論與計算神經科學之間的細微差異在於，理論神經科學強調提出理論方法研究大腦，而不是提出數學模型和數據收集。

應用轉化神經科學

應用轉化神經科學旨在開發神經疾病的臨床應用、解決方案和療法。這些應用包括腦機接口和聽覺及視網膜植入。

分子神經科學

分子神經科學將分子生物學和分子遺傳學應用於對神經系統的研究。這個子領域檢查神經元如何對分子信號作出反應，軸突如何形成連接模式，以及神經可塑性——大腦自行改變的能力的分子基礎。分子和細胞神經科學都尋求了解神經元如何發展，以及基因變化如何影響生物功能。細胞神經科學在細胞水平研究神經元——神經元如何協同工作，神經元如何相互影響，以及神經元的各種類型和功能。

情感神經科學

情感神經科學，也常稱為情感神經科學，是研究情感的神經機制。情感被認為與位於大腦中心的邊緣系統直接相關。情感神經科學結合了神經科學與心理學。例如，它可能探索情感和非情感過程之間的神經和心理機制的重疊，研究人員直到最近才認為這是單獨的認知過程。

神經科學的簡史

神經科學的一些最早貢獻來自哲學家。直到公元前400-300年，心臟被視為意識的來源。希波克拉底和柏拉圖挑戰了這一概念，支持大腦是感覺和智慧的參與者。

醫生路易吉·加爾瓦尼在18世紀末發現了動物電流，成為首批研究神經元和肌肉電信號的人之一。

在19世紀初期，法國生理學家Jean Pierre Flourens開創了實驗性失效法（外科腦損壞），成為首位證明心智位於大腦而不是心臟中的人。Flourens通過移除不同部分的神經系統來觀察產生的效果。

19世紀後期的一些科學家為神經科學對大腦電活動的理解鋪平了道路。Emil du Bois-Reymond展示了神經信號的電性質，Hermann von Helmholtz測量了神經信號的速度，Richard Caton和Adolf Beck觀察了兔子、猴子和狗大腦半球的電活動。

Camillo Golgi開發了一種染色方法（現在稱為Golgi染色法），用於在光學顯微鏡下可視化神經組織。這一技術被Santiago Ramón y Cajal使用，並導致了神經元理論的形成——神經系統由單獨細胞組成的概念。Golgi和Ramón y Cajal後來於1906年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

Paul Broca, John Hughlings Jackson和Carl Wernicke都對19世紀末神經科學的“功能定位”假設作出了貢獻，這一假設表示大腦的某些部分負責某些功能。

神經科學在1950和60年代正式確立為一個學術學科。David Rioch、Francis O. Schmitt、James L. McGaugh和Stephen Kuffler是首批將神經科學整合到生物醫學研究機構並創建神經科學研究項目和部門的人士。

這種興趣增加促成了1960年代後期成立的數個至今仍存在的神經科學組織的成立。其中包括國際腦研究組織、國際神經化學學會、歐洲大腦和行為學會和神經科學學會。

最近，許多應用領域從神經科學中出現，如神經行銷、神經經濟學、神經教育、神經倫理學和神經法律。

誰發現了神經科學？

Santiago Ramón y Cajal被稱為“神經科學之父”，因為他對大腦微觀結構的開創性研究。Ramón y Cajal提供了神經元理論的證據，這被認為是現代神經科學的基礎。他證明神經細胞是獨立且連續的（關係密切），而不是連續性的，並發現了軸突生長錐（尋找其突觸目標的一個正在發展的神經突作出的延伸）。

EEG神經科學

神經科學研究通常使用如腦電圖（EEG）這樣的神經成像技術來分析大腦。EEG是一種電生理過程，記錄大腦的電活動。神經科學家可以分析EEG數據來理解支撐人類行為的認知過程。例如，認知神經科學家使用EEG來監測大腦活動如何隨著對不同刺激作出反應而改變（EEG認知神經科學）。

因為EEG提供了一種研究個體反饋和行為的科學方法，所以EEG也是消費者洞察的寶貴解決方案。使用如EEG的神經技術研究消費者反應被稱為消費者神經科學或神經行銷（神經科學行銷）。

臨床EEG和神經科學

臨床EEG和神經科學使用EEG診斷和監控患有癲癇、中風或其他疾病的患者，在某些情況下無法使用其他技術（例如，頭部有金屬碎片或板的患者無法進行MRI研究）。EEG也用於康復或功能修復，對於癱瘓或運動障礙患者，EEG用作腦機接口。臨床EEG也可用於評估睡眠障礙。

EEG對神經科學研究的好處

• 與功能性磁共振成像（fMRI）相比，EEG具有非常高的時間分辨率，這意味著它可以捕捉到發生在毫秒級速度的大腦快速反應。這使得它在大腦和環境之間發生的時間同步得非常準確。

• EEG數據是非侵入性收集的。相比之下，皮質電圖需要神經外科手術來將電極放在大腦表面。

• 與行為測試方法相比，EEG可以檢測隱蔽處理（不需要反應的處理）。它也可以用於無法做出動作反應的受試者。

• EEG睡眠分析可以顯示腦成熟時序的重要方面。

• 使用EEG設備不存在物理危險。fMRI和MRI是強力磁鐵，對於佩戴金屬裝置或植入裝置的患者，如心臟起搏器，是不允許的。

EMOTIV提供神經科學產品嗎？

EMOTIV提供多種神經科學產品，用於學術神經科學研究、消費者研究、認知性能、神經行銷和腦控技術應用。EMOTIV的神經科學解決方案包括神經科學軟件、BCI軟件和EEG硬件技術。

emotivpro是一個神經科學軟件解決方案，用於研究和教育，使用戶能夠分析EEG數據，實時顯示EEG記錄並標記事件。emotivBCI是一種腦機接口軟件，可直接在計算機中實現BCI。EMOTIV的其他神經科學工具包括腦成像軟件brainviz。

EMOTIV的腦測量技術神經科學產品被認為是市場上性價比最高和最具信譽的移動和無線EEG腦掛件設備。用於神經科學研究和商業用途，獲獎的EMOTIV EPOC+耳機和10週年紀念版Epoc X提供專業級腦數據。EMOTIV EPOC Flex帽子提供高密度覆蓋和可移動腦電圖傳感器，適合神經科學研究。