2025年大學(xué)認(rèn)知科學(xué)與技術(shù)專業(yè)題庫——認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的交叉應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.神經(jīng)可塑性2.血氧水平依賴（BOLD）信號3.腦電圖（EEG）4.腦機(jī)接口（BCI）5.功能性磁共振成像（fMRI）二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述注意機(jī)制在認(rèn)知過程中的作用及其神經(jīng)基礎(chǔ)。2.比較腦電圖（EEG）和功能性磁共振成像（fMRI）在研究認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)時的主要異同點(diǎn)。3.簡述光遺傳學(xué)技術(shù)在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究中的應(yīng)用原理。4.闡述認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)技術(shù)結(jié)合在精神疾病診斷與治療方面的潛在應(yīng)用。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)的原理、主要應(yīng)用領(lǐng)域及其面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和倫理問題。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述神經(jīng)影像技術(shù)（如fMRI、DTI）如何幫助我們理解人類語言加工的神經(jīng)機(jī)制。3.探討神經(jīng)調(diào)控技術(shù)（如經(jīng)顱磁刺激TMS、經(jīng)顱直流電刺激tDCS）在改善認(rèn)知功能方面的應(yīng)用前景，并分析其潛在風(fēng)險和倫理考量。試卷答案一、名詞解釋1.神經(jīng)可塑性：指神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)回路在結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生改變的能力，以適應(yīng)經(jīng)驗、學(xué)習(xí)或損傷。這種改變發(fā)生在神經(jīng)元水平、突觸水平乃至整個大腦網(wǎng)絡(luò)層面，是學(xué)習(xí)和記憶的生物學(xué)基礎(chǔ)。**解析思路：*考察對核心概念“神經(jīng)可塑性”的基本定義及其與學(xué)習(xí)記憶關(guān)系的理解。答案需包含其定義、發(fā)生層面（神經(jīng)元、突觸、網(wǎng)絡(luò)）及其核心意義（適應(yīng)、學(xué)習(xí)、記憶）。2.血氧水平依賴（BOLD）信號：指功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)中，通過檢測大腦皮層神經(jīng)活動引起的局部血流和血氧含量變化（特別是脫氧血紅蛋白濃度變化）來間接反映神經(jīng)活動的方法。由于BOLD信號與神經(jīng)活動存在一定延遲和空間模糊性，它是fMRI能夠測量腦區(qū)活動的物理基礎(chǔ)。**解析思路：*考察對fMRI核心原理的理解。答案需明確指出BOLD信號是fMRI測量的是什么（血流/血氧變化），這種變化是如何引起的（神經(jīng)活動引起），以及它在fMRI技術(shù)中的角色（物理基礎(chǔ)）。3.腦電圖（EEG）：通過放置在頭皮上的電極記錄大腦自發(fā)的、微弱的電活動。EEG具有極高的時間分辨率（毫秒級），能夠精確反映大腦的實(shí)時動態(tài)活動，常用于研究意識狀態(tài)、睡眠分期、癲癇發(fā)作、事件相關(guān)電位（ERPs）等快速認(rèn)知過程。**解析思路：*考察對EEG技術(shù)的基本原理、記錄部位、主要特點(diǎn)（時間分辨率高）及其典型應(yīng)用領(lǐng)域的了解。4.腦機(jī)接口（BCI）：指直接將大腦信號（通常是神經(jīng)電信號，如EEG）轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備（如計算機(jī)光標(biāo)、假肢、輪椅）控制指令的技術(shù)。BCI旨在建立大腦與外部設(shè)備之間直接、無生理通道的溝通和控制通路，常用于幫助嚴(yán)重神經(jīng)損傷患者恢復(fù)功能。**解析思路：*考察對BCI定義、基本原理（信號轉(zhuǎn)換、控制外部設(shè)備）和主要目的（直接溝通、輔助患者）的理解。5.功能性磁共振成像（fMRI）：利用磁共振成像（MRI）技術(shù)，通過檢測與大腦神經(jīng)活動相關(guān)的生理變化（主要是血氧水平依賴BOLD信號）來繪制大腦功能活動的空間分布圖。fMRI具有較好的空間分辨率（毫米級），常用于研究不同腦區(qū)在執(zhí)行特定認(rèn)知任務(wù)時的功能激活模式。**解析思路：*考察對fMRI定義、基本原理（基于BOLD信號）、主要特點(diǎn)（空間分辨率高）及其典型應(yīng)用（研究腦區(qū)功能激活）的掌握。二、簡答題1.注意機(jī)制在認(rèn)知過程中的作用是通過選擇性地放大相關(guān)信息并抑制無關(guān)信息，從而提高認(rèn)知系統(tǒng)對當(dāng)前任務(wù)的處理效率和準(zhǔn)確性。其神經(jīng)基礎(chǔ)涉及多個腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作，特別是前額葉皮層（負(fù)責(zé)注意力的分配和調(diào)控）、感覺皮層（處理注意到的感覺信息）以及丘腦（介導(dǎo)信息傳遞）。神經(jīng)活動研究（如fMRI、EEG）表明，注意力控制與特定腦區(qū)的血流變化和神經(jīng)振蕩頻率調(diào)整密切相關(guān)。**解析思路：*考察對注意力的功能（選擇、放大、抑制、效率）和神經(jīng)基礎(chǔ)（關(guān)鍵腦區(qū)如前額葉、感覺皮層、丘腦；神經(jīng)機(jī)制如血流變化、神經(jīng)振蕩）的理解。答案需簡潔闡述功能作用和主要神經(jīng)機(jī)制。2.腦電圖（EEG）和功能性磁共振成像（fMRI）都是研究認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的重要工具，但存在顯著差異。EEG具有極高的時間分辨率（毫秒級），能精確捕捉神經(jīng)活動的瞬時變化，但空間分辨率較差，難以精確定位大腦活動源。fMRI具有較好的空間分辨率（毫米級），能較準(zhǔn)確地顯示活動腦區(qū)，但時間分辨率較低（秒級），且測量的是與神經(jīng)活動間接相關(guān)的血流變化，存在一定延遲和空間模糊性。EEG記錄的是神經(jīng)元突觸層面的電活動，而fMRI反映的是更大范圍腦區(qū)的血流動力學(xué)響應(yīng)。**解析思路：*考察對兩種核心神經(jīng)影像技術(shù)的關(guān)鍵特性（時間分辨率、空間分辨率）及其物理基礎(chǔ)、優(yōu)缺點(diǎn)的比較。答案需清晰列出兩者的主要異同點(diǎn)。3.光遺傳學(xué)技術(shù)利用基因工程技術(shù)，將表達(dá)特定光敏蛋白（如Channelrhodopsin，ChR2）的基因?qū)肽繕?biāo)神經(jīng)元，使這些神經(jīng)元能夠?qū)μ囟úㄩL的光產(chǎn)生反應(yīng)。通過外部光刺激系統(tǒng)（如光纖束），可以精確地激活或抑制表達(dá)光敏蛋白的特定神經(jīng)元群體，從而以光遺傳學(xué)的方式控制其神經(jīng)活動。在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究中，該技術(shù)可用于精確激活或抑制與特定認(rèn)知功能（如學(xué)習(xí)、記憶、決策）相關(guān)的神經(jīng)回路，以研究其功能角色。**解析思路：*考察對光遺傳學(xué)技術(shù)原理的理解，包括其關(guān)鍵步驟（基因工程導(dǎo)入光敏蛋白、外部光刺激系統(tǒng)）以及如何實(shí)現(xiàn)神經(jīng)活動的精確調(diào)控（激活/抑制特定神經(jīng)元群體）。需結(jié)合研究應(yīng)用說明其價值。4.認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)技術(shù)結(jié)合在精神疾病診斷與治療方面具有巨大潛力。例如，通過fMRI識別精神分裂癥、抑郁癥等患者大腦活動模式的異常；利用EEG或BCI進(jìn)行認(rèn)知障礙（如阿爾茨海默病）的早期診斷或監(jiān)測；應(yīng)用神經(jīng)調(diào)控技術(shù)（TMS、tDCS）或深部腦刺激（DBS）來治療難治性抑郁癥、強(qiáng)迫癥、帕金森病等。此外，腦成像技術(shù)也有助于識別遺傳易感個體，為個性化治療提供依據(jù)。**解析思路：*考察對交叉應(yīng)用領(lǐng)域（精神疾病診斷、治療、監(jiān)測）的理解。答案需結(jié)合具體疾?。ㄈ缇穹至寻Y、抑郁癥、阿爾茨海默?。┖途唧w技術(shù)（fMRI、EEG、BCI、TMS、tDCS、DBS）進(jìn)行闡述，并提及個性化治療的可能性。三、論述題1.腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)通過采集大腦信號（主要是頭皮EEG），利用信號處理和模式識別算法，解碼用戶意圖或狀態(tài)，并將其轉(zhuǎn)化為對外部設(shè)備的控制指令。其原理基于大腦在執(zhí)行特定任務(wù)或產(chǎn)生特定意圖時，會產(chǎn)生具有特征性的神經(jīng)電信號模式。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：幫助癱瘓患者控制假肢、輪椅或電腦光標(biāo)；輔助語言障礙患者進(jìn)行溝通；在神經(jīng)康復(fù)中監(jiān)測和引導(dǎo)運(yùn)動功能恢復(fù)；甚至在娛樂和游戲領(lǐng)域也有應(yīng)用。BCI面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括：提高解碼準(zhǔn)確率和速度；增強(qiáng)用戶意圖識別的魯棒性和抗干擾能力；實(shí)現(xiàn)更自然的、雙向的人機(jī)交互；降低設(shè)備成本和提高便攜性。倫理問題則主要涉及用戶隱私（大腦數(shù)據(jù)的安全性）、知情同意（特別是對于有認(rèn)知或精神障礙的用戶）、公平性與歧視（BCI技術(shù)的可及性和潛在偏見）、以及過度依賴或技術(shù)濫用可能帶來的社會影響。**解析思路：*考察對BCI技術(shù)原理、應(yīng)用領(lǐng)域、核心技術(shù)挑戰(zhàn)（準(zhǔn)確率、魯棒性、自然交互、成本便攜）以及主要倫理問題（隱私、知情同意、公平性、社會影響）的全面理解和深入分析能力。答案應(yīng)結(jié)構(gòu)清晰，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，論點(diǎn)充分。2.功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)通過檢測與神經(jīng)活動相關(guān)的血氧水平依賴（BOLD）信號，可以揭示人類語言加工的神經(jīng)機(jī)制。例如，在句子理解任務(wù)中，fMRI顯示顳上皮層（TemporalParietalJunction,TPJ）、角回（AngularGyrus）和額下回（FrontalInferiorGyrus,FFG）等區(qū)域被激活，這些區(qū)域被認(rèn)為是句法處理和語義整合的關(guān)鍵位點(diǎn)。在詞匯識別任務(wù)中，額中回（MiddleFrontalGyrus,MFG）和頂下小葉（PosteriorSuperiorTemporalSulcus,pSTS）等區(qū)域的活動增強(qiáng)，分別與詞匯啟動和語義提取相關(guān)。此外，fMRI也被用于研究不同語言模式（如語法關(guān)系、語義相似性）對大腦網(wǎng)絡(luò)活動的影響，揭示語言加工涉及廣泛且動態(tài)的大腦網(wǎng)絡(luò)，包括布羅卡區(qū)（Broca'sarea）和韋尼克區(qū)（Wernicke'sarea）及其連接通路。這些研究深化了我們對語言如何在大腦中表征和處理的認(rèn)知神經(jīng)基礎(chǔ)的認(rèn)識。**解析思路：*考察運(yùn)用fMRI研究語言認(rèn)知功能的理解和應(yīng)用能力。答案需結(jié)合具體語言任務(wù)（句子理解、詞匯識別）和具體腦區(qū)（TPJ、角回、FFG、MFG、pSTS、布羅卡區(qū)、韋尼克區(qū)），闡述fMRI如何揭示不同語言過程對應(yīng)的神經(jīng)活動模式，并提及語言加工的網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。需要一定的知識廣度和對研究實(shí)例的掌握。3.神經(jīng)調(diào)控技術(shù)（如經(jīng)顱磁刺激TMS、經(jīng)顱直流電刺激tDCS）通過非侵入性方式影響大腦皮層功能，在改善認(rèn)知功能方面展現(xiàn)出應(yīng)用前景。TMS通過產(chǎn)生短暫的、局部的磁脈沖，可逆地誘發(fā)皮層神經(jīng)興奮或抑制，通常用于研究特定腦區(qū)功能或暫時性改變其活動狀態(tài)，如刺激額葉皮層可能改善執(zhí)行功能，抑制顳葉可能影響記憶。tDCS通過施加微弱的直流電，改變皮層興奮性，通常認(rèn)為陰極電刺激導(dǎo)致興奮性降低，陽極電刺激導(dǎo)致興奮性升高，可用于增強(qiáng)學(xué)習(xí)記憶（如陽極刺激海馬）、改善注意力缺陷（如陽極刺激前額葉）。這些技術(shù)在認(rèn)知康復(fù)領(lǐng)域尤其受到關(guān)注，例如用于阿爾茨海默病患者的記憶改善、中風(fēng)后患者的語言或運(yùn)動功能恢復(fù)、注意力缺陷多動障礙（ADHD）的治療等。然而，其應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，包括刺激參數(shù)（強(qiáng)度、部位、時長）的個體化差異、長期效果的未知性