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大脑，一个奶油色，看起来象两个半球组成的椭圆形状的粘稠物，坐落在一根粗壮的茎上，它的表面有着各种深浅不一的褶皱。
我们人类从18世纪前叶就已经开始研究它了，意大利医生和生物学家佛洛恩斯（Flourens）是第一个研究大脑的人，他摘除不同动物的大脑区域来观察对这些动物有什么样的结果。他发现，摘除不同的脑区之后，并不是脑的特定功能受到损害，而是所有功能都逐渐减弱。这样的事实清楚地表明，将不同的功能选择性地完全定位于脑的某一特定区域是不可能的。于是，这种认为脑是均一的，没有专一功能区域的设想，就导致了脑的整体性活动概念出现。
18世纪后期德国医生加尔（Gall）带领着一群信徒，通过研究死后的人颅骨的物理特征，再与死者生前的性格特征匹配，发展出一套理论，叫做“颅相学”。他们以颅骨的表面隆凸作为脑的特征，将头骨分成39个区域，相应地将人类复杂的心智功能也分成39种。包括“繁衍的本能”、“爱”、“友谊”、“谨慎”、“仁慈”、“希望”、 “记忆”“数学概念”、“文字知觉”、“推理”、“比较”、“空间方位感”、“因果关系”、“时间知觉”、“大小知觉”等等。
到19世纪后叶，对脑部损伤病人的临床观察有了很多新的发现。法国医生布洛卡（Broca）检查了一个不会说话的病人，他可以理解语言，但在说话时只能发音“Tan”，不会发别的音。几天后他去世，对他的大脑研究发现他大脑的损伤区域在左侧大脑半球前部，也就是脑功能结构中著名的布洛卡区。这种病变现在被称为运动性失语症（Aphasia）。这些与颅相学预言完全不同的实际观察结果，逐渐揭示了把颅骨的表面隆凸作为衡量脑功能指标的荒唐无稽。
20世纪初，具有讽刺意味的是，人类自己发动的世界大战为人类观察研究自身的大脑提供了许多优秀的病例——大脑受弹伤的士兵。在对这些病例的观察研究得到的大量资料加工整理后，1934年，德国精神病学家克雷斯特（Kleist）甚至绘出了详细的大脑皮质机能定位图。然而，从本质上而言，这些图与加尔他们的颅相学图并没有很大的差别。(上图)
但事实上，这种定位学说很长一段时间里误导着人们对大脑的研究，直到1934年和1942年英国神经科学家谢灵顿（Sherrington）在晚年不得不接受把心理过程与脑的基质割裂开来，承认它们特殊的“精神本性”。
20世纪的第二次世界大战，又为脑损伤的研究提供了大量研究的机会。一门新兴的独立学科神经心理学，就是在二次大战伤亡最大的两个国家——前苏联和德国的摇篮中产生的。前苏联杰出学者Luria在1973年发表的专着：《神经心理学原理》，就是这一学科产生的标志。
直到1980年代以前，脑科学的研究范式还主要是以脑损伤的定位和性质上。而自80年代后期开始，人类发明了脑CT技术（computerized tommography计算机断层扫描术）。这种可以对病人产生很少损害的成像技术，可以更加方便和精确地确定脑损伤的位置和性质，传统的神经心理学开始吸收认知心理学的精细实验方法，技术和理论概念，逐渐从临床医学的轨道中脱离，转向认知神经科学的方向。
脑部CT扫描图
然而，脑CT技术是基于各种脑组织对X射线吸收程度的差异而成像的技术，它测量的只能是脑的结构像信息，因而只能通过结合病人的脑损伤定位观察和行为上的心理功能障碍测量来研究脑功能，对正常人的脑功能活动的研究探索有很大的困难。
这个时候，另外两种新技术的出现和发展，为脑功能定位认知研究开拓出崭新的方向。这两种技术就是现在应用广泛的PET技术(positron emission tommography, 正电子发射断层扫描术)和fMRI技术（functionalmegnetic resonance imaging 功能核磁共振成像）。
PET扫描被试中
上图为用PET技术进行听、视和说的脑分区进行扫描的结果，由上图可以看出，三种不同的心理活动激活了脑的不同分区。
FMRI技术扫描图
在身体的所有器官中，脑对能量的消耗是最大的。即使在安静的状态下，脑所消耗的氧气和葡萄糖的速率也是其他组织的10倍。当某块脑区工作的时候，它需要的能量巨增。因此，我们如果能够追踪反映这些能量变化的生理参数，就可以以此为基础研究大脑。这也是PET和FMRI的基本原理。
使用半衰期很短的放射性标记物如18F-2-脱氧核糖、H215O等注入人体，这些放射性示踪物在人体内放出光子，计算机控制的闪烁探头，在脑部四周旋转探测和记录光子的出现的动态过程，计算脑内葡萄糖等相关物的代谢率，可以观察人脑认知时，脑部血流量、糖代谢率和氧消耗的变化等，由此检测脑部生理代谢活 动与精神和心理活动的关系。fMRI则不需要标记物，直接通过测量血液中氧浓度变化引起的血红蛋白的磁性改变，检测脑部兴奋区域与心理功能之间的关联。在 通常的条件下，PET可以在几十秒内，得到一幅清晰的图象，其功能像的空间分辨率是厘米量级，而fMRI可以在几百毫秒的时间分辨率内，检测毫米量级的脑组织活动。
FMRI扫描过程
后来，美国科学家Hubel和Wiesel采用细胞微电极，记录视皮层细胞。他们发现在视网膜、外侧膝状体和大脑皮层中都存在对线段方位进行特征检测的细胞，在皮层上还发现了对颜色、方位和眼优势选择性反应的功能超柱存在。他们这件因此而获得1981年诺贝尔生理和医学奖的奠基性工作，一直都是认知科学中的主导学术方向。
人脑的视觉处理系统（图片来源：blogspot）
从眼球接收信号到V1区域开始一直到最后MC区域
有近百年历史的脑电图技术（EEG）,在六七十年代发展出的一种被称为事件相关电位（event-related potential ERP）技术，能够通过实时记录脑功能活动时的头皮电位，测量认知活动引起的脑电变化，并可以通过偶极子定位模型，逆向求解出大致的脑内电活动的源定位。但是，由于数学上这种逆向求解的困难和解的非唯一性，ERP的脑功能定位只能是对真实脑活动的一个相当粗略的估计。如果能够通过某种方式有效地结合这两种成像技术，在时间与空间分辨率上同时达到一个更好的水平，在脑功能成像技术上将是一个不小的进步。这也正是我们目前正极力发展的目标之一。
ERP脑电及其实验过程演示
ERP脑电图
尽管离完善这些脑成像技术来探索脑功能还有很远的路要走，但通过这些技术，我们对大脑内部的工作机制的了解越来越清楚。至少现在我们已经清楚，那种认为一个脑区就有一种特定的自主功能的观点是明显错误的，几乎所有的认知活动，都有好几个脑区的同时兴奋。事实上，组成大脑的那些解剖学上截然不同的区域，就如同组成一支交响乐团的不同乐器一样，需要精密的协调合作，才能正确地演奏一首交响曲，实现一种认知活动。
建立全面的脑功能图谱，完全揭开脑功能的秘密，探索人的智力与意识的本质，是科学上极富吸引力的课题。脑功能的认知研究是现代科学的最尖端领域之一，无论是脑功能成像技术还是各种认知科学理论都在持续发展的阶段，全世界所有发达国家或组织都投入了极大的物力与人力，我们发展认知神经科学的目标，就是力图通 过心理学与认知功能成像的实验研究，在这块领域里占有自己的一席之地。
