A kognitív idegtudomány egy tudományterület, amely a kogníció (megismerés) biológiai hátterének tudományos vizsgálatával foglalkozik,Gazzaniga, Ivry and Mangun 2002, cf. title különös hangsúlyt fektetve a mentális folyamatok idegi alapjaira. Azt a kérdést járja körül, hogy a pszichológiai/mentális folyamatok miként jönnek létre az agyban, bizonyos neurális hálózatok által. A kognitív idegtudomány mind a pszichológiának, mind az idegtudománynak ága, olyan tudományágak közötti átfedésekkel, mint a fiziológiai pszichológia, kognitív pszichológia, és neuropszichológia.Gazzaniga 2002, p. xv A kognitív idegtudomány felhasználja a kognitív tudomány elméleteit, társítva azokat a neuropszichológia, illetve a komputációs modell elmélet alapvetéseivel.
Multidiszciplináris természetének köszönhetően a kognitív idegtudós különféle szakterületről érkezhet. Az említett összekapcsolódó tudományágakon kívül lehet neurobiológus, biomérnök, pszichiáter, neurológus, fizikus, informatikus, nyelvész, filozófus vagy matematikus.
A kognitív idegtudományban alkalmazott eljárások magukba foglalják a pszichofizikától és a kognitív pszichológiától kezdve a funkcionális képalkotás, az elektrofiziológia, a kognitív genomika és a viselkedésgenetika kísérleti paradigmáit. Agykárosodás következtében kognitív deficites betegeken végzett tanulmányok fontos aspektusát képezik a kognitív idegtudománynak. Elméleti megközelítései magukban foglalják az elméleti idegtudományt és a kognitív pszichológiát.
A kognitív idegtudomány úgy tud tekinteni bizonyos agykárosodásokra, mint az idegi kapcsolatokban bekövetkezett változások, melyek meghatározzák a gondolkodási folyamatokat. Továbbá tanulmányozza az idegrendszer fejlődésén alapuló kognitív képességeket alterülete, a kognitív fejlődés-idegtudomány által.
Történelmi előzmények
thumb|alt=Timeline of development of field of cognitive neuroscience|Az idővonal a kognitív idegtudomány létrejöttének legfontosabb állomásait mutatja.|400px
Kialakulásának alapjai
A kognitív idegtudomány egy interdiszciplináris tudományterület, amely elsősorban az idegtudományból, pszichológiából és számítástechnikából fejlődött ki.Kosslyn, S, M. & Andersen, R, A. (1992). Frontiers in cognitive neuroscience. Cambridge, MA: MIT press. Számos állomása volt, mely alakította a kutatók megközelítéseit és így önálló tudományként kellően megalapozottá tette. Jóllehet, a kognitív idegtudomány feladata, hogy meghatározza, hogy az agy miként hozza létre az elmét, történelmileg úgy fejlődött, hogy azt vizsgálta, hogy az agy bizonyos területe hogyan támogat egy bizonyos mentális képességet. A korai erőfeszítések azonban, melyek az agy felosztására irányultak, problematikusnak bizonyultak. Mivel a frenológiai mozgalomnak nem sikerült tudományos alapot hoznia az elméleteire, így elutasításra került. Az antilokalizációs szemlélet, vagyis hogy az agy minden területe részt vesz minden viselkedésben,Kosslyn, S, M. & Andersen, R, A. (1992). Frontiers in cognitive neuroscience. Cambridge, MA: MIT press. az agyi képalkotások hatására szintén elutasításra került, ami Eduard Hitzig és Gustav Fritsch kísérleteivel kezdődött,G. Fritsch, E. Hitzig, Electric excitability of the cerebrum (Über die elektrische Erregbarkeit des Grosshirns), Epilepsy & Behavior, Volume 15, Issue 2, June 2009, Pages 123-130, ISSN 1525-5050, 10.1016/j.yebeh.2009.03.001. és idővel olyan módszereken át fejlődött, mint a pozitronemissziós tomográfia (PET) és a funkcionális mágneses rezonancia-vizsgálat (fMRI).Marcus E. Raichle. (2009). A brief history of human brain mapping. Trends in Neurosciences. 32 (2) 118-126. A neuropszichológia és a kognitív forradalom fontos fordulópontjai voltak a kognitív idegtudomány, mint önálló terület létrejöttében; olyan elképzeléseket és technikákat ötvözve, ami lehetővé tette, hogy a kutatók kapcsolatot találjanak a viselkedés és annak neurális alapjai között.
Filozófiai eredete
A filozófusok mindig is érdeklődtek az elme iránt. Arisztotelész például azt gondolta, hogy az agy a testnek a hűtőrendszere és az intelligencia képessége a szívben található. Feltételezések szerint az első személy, aki ezt másként gondolta, a római orvos, Galénosz volt, a kr. u. 2. században, aki kijelentette, hogy az agy adja a mentális tevékenység alapját;Uttal, W, R. (2011). Mind and brain: A critical appraisal of cognitive neuroscience. Cambridge, MA: MIT Press jóllehet, ezt a gondolatot Alkmaiónnak is tulajdonítják.Gross, C, G. (1995) Aristotle on the Brain. The Neuroscientist(1) 4. A pszichológia, mint a kognitív idegtudomány jelentős hozzájáruló területe, az elméről szóló filozófiai érvelésből nőtte ki magát.Hatfield, G. (2002). Psychology, Philosophy, and Cognitive Science: Reflections on the History and Philosophy of Experimental Psychology. Mind and Language. 17(3) 207-232.
19. század Frenológia
A kognitív idegtudomány egyik előfutára a frenológia, egy áltudományos megközelítés, amely azt állította, hogy a viselkedést meg lehet határozni a fej formája alapján. A korai 19. században Franz Joseph Gall és Johann Gaspar Spurzheim úgy gondolták, hogy az emberi agy körülbelül 35 részre van osztva. Gall „Az idegrendszer általános fiziológiája és anatómiája és az agy részletei” című könyvében kijelentette, hogy ezeken a területeken belül egy-egy nagyobb kitüremkedés azt jelenti, hogy az agynak azon része gyakoribb használatnak van kitéve. Ez az elmélet jelentős figyelmet kapott, olyannyira, hogy megjelent a „Frenológiai Folyóirat”, valamint elkészültek a koponya jellegzetes formáit, kitüremkedéseit mérő eszköz, a frenométer. Bár a frenológia egy állandó résztvevője lett vásároknak és karneváloknak, a tudományos közösség széles körű támogatását nem élvezte.Bear et al. 2007, pp. 10-11 A leglényegesebb felmerülő kritika az volt, hogy az elméleteket nem sikerült empirikusan igazolni.
Lokalizációs szemlélet
A lokalizációs szemlélet a képességek jellemzői helyett elsősorban azzal foglalkozott, hogy a mentális képességek mennyiben köthetők bizonyos agyterületekhez, és azok miként mérhetőek. Európában végzett tanulmányok, például John Hughlings Jacksoné, ezt a nézetet támogatták. Jackson agykárosodott, különösen epilepsziás betegeket tanulmányozott. Felfedezte, hogy a páciensek az ismétlődő rohamaik során gyakran ugyanolyan klonikus-tonikus izomrángást produkálnak, ami arra engedte Jacksont következtetni, hogy ugyanazon az agyterületen jelennek meg minden alkalommal. Feltevése szerint bizonyos funkciók az agy adott területeire lokalizálódnak;Enersen, O. D. 2009 ez a nézet döntő jelentőségű volt az agylebenyek későbbi megértéséhez.
Antilokalizációs felfogás
Az antilokalizációs szemlélet szerint az agy minden területe részt vesz az összes mentális tevékenységben. Pierre Flourens egy francia kísérleti pszichológus állatkísérleteinek eredményei alapján vitatta a lokalizációs megközelítést. Felfedezte, hogy nyulak és galambok kisagyának eltávolítása hatással van az izom-koordináció érzékelésére, és a galamboknál az összes kognitív funkció szétesett, miután a kisagyféltekék eltávolításra kerültek. Ebből kikövetkeztette, hogy az agykéreg, a kisagy és az agytörzs közös egységként funkcionálnak.Boring, E.G. (1957). A history of experimental psychology. New York. Megközelítését az a kritika érte, hogy az elvégzett tesztek nem voltak elég érzékenyek ahhoz, hogy esetlegesen jelenlévő szelektív deficiteket detektáljanak.
A neuropszichológia megjelenése
A mentális funkcióknak az agy különböző területeihez való összekapcsolására talán az első komoly kísérletet Paul Broca és Carl Wernicke hajtotta végre, elsősorban azáltal, hogy tanulmányozták a különböző agyterületen történt sérülések pszichológiai funkciókra gyakorolt hatásait.Uttal, W, R. (2011). Mind and brain: A critical appraisal of cognitive neuroscience. Cambridge, MA: MIT PressUttal, W, R. (2011). Mind and brain: A critical appraisal of cognitive neuroscience. Cambridge, MA: MIT Press 1861-ben a francia neurológus, Broca találkozott egy emberrel, aki értette ugyan a nyelvet, de nem tudott beszélni. A férfi csak annyit tudott kimondani, hogy „tan”. Később felfedezték, hogy az illető a bal frontális lebenyén szenvedett sérülést, amelyet azóta már Broca-területnek neveznek. Wernicke német neurológus pedig olyan páciensre figyelt fel, aki folyékonyan tudott beszélni, ámde nem értelmesen. A beteg agya stroke következtében sérült, és nem értette a beszélt vagy írott nyelvet. A bal parietális és temporális lebenyek találkozásánál volt károsodása, amit ma már Wernicke-területnek hívnak. Ezek az esetek, melyekből az derült ki, hogy a különböző léziók különböző viselkedési változásokat okoznak, erősen támogatták a lokalizációs szemléletet.
Az agy feltérképezése
Két német orvos, Hitzig és Fritsch 1870-ben publikálta az állatok viselkedésével kapcsolatos eredményeiket. Elektromos áramot futtattak végig kutyák agykérgében, így összehúzódásra bírva különböző izmokat, attól függően, hogy az agy melyik részét stimulálták. Ez ahhoz a feltételezéshez vezetett, hogy eltérő funkciók az agy különböző területein lokalizálódnak, és nem a cerebrum egészére, mint ahogy azt az antilokalizációs nézet állította. Az agy feltérképezésének Korbinian Brodmann szintén jelentős alakja volt, aki Franz Nissl sejtfestési technikáját alkalmazva, az agyat 52 területre osztotta fel.
Agyi képalkotás
Az újabb képalkotó eljárások, különösen az fMRI és PET később lehetővé tették a kutatók számára, hogy a kognitív pszichológia kísérleti stratégiáit alkalmazva megfigyeljék az agyi funkciókat. Jóllehet, ezek viszonylag újfajta módszernek számítanak, ami a technológiák nagy részét illeti, ám a főbb alapelvek az 1870-es évekig nyúlnak vissza, amikor is a véráramlást először kötötték össze agyi működésekkel. Angelo Mosso, egy 19. századi olasz pszichológus a felnőtt agy vérellátásának lüktetését monitorozta, a betegek koponyáján létrehozott üregen keresztül. Észrevette, hogy bizonyos tevékenységek, például matematikai számítások elvégzése közben, az agy lüktetése lokálisan megnövekedett. Megfigyelései alapján Mosso azt a következtetést vonta le, hogy az agy véráramlása követi a funkciók végrehajtását.
20. század A kognitív forradalom előzménye
A 20. század eleji amerikai gondolkodást a pragmatizmus határozta meg, amely a behaviorizmust fogadta el a pszichológia elsődleges irányvonalaként. John B. Watson kulcsfigurája volt az S-R pszichológia (stimulus-response; inger-válasz) szemlélet képviselőjének. Állatkísérletei során a viselkedés bejósolhatóságára és kontrollálhatóságára törekedett. A behaviourizmus végül megbukott, mivel nem tudott valószerű pszichológiai magyarázatot adni az emberi cselekvésekre és gondolatokra – túlságosan is fizikai fogalmakkal igyekezett magyarázni olyan jelenségeket, mint például a memória és gondolkodás. Ez elvezetett a gyakran kognitív forradalomként említett jelenséghez.Mandler, G. (2002) Origins of the cognitive (r)evolution. J. Hist. Behav. Sci. Fall 38(4)339-53.
Neurontan A korai 20. században Santiago Ramón y Cajal és Camillo Golgi a neuronok szerkezetén kezdtek el dolgozni. Golgi kifejlesztett egy bizonyos ezüstfestési eljárást, amellyel teljes mértékben meg lehet festeni egy adott terület néhány idegsejtjét. Ez elvezette őt ahhoz a feltételezéshez, hogy a neuronok közvetlenül kapcsolódnak egymással egy citoplazmán belül. Cajal vitatta ezt a nézetet, miután megfestette az agy bizonyos területeit, és felfedezte, hogy a neuronok különálló sejtek. Cajal továbbá felismerte, hogy a sejtek az elektromos impulzusokat a sejttesttől távolodva, egy irányba közvetítik. Golgi és Cajal 1906-ban fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjat kaptak munkásságukért.
Közép-késő 20. század