淺談認知神經科學
　　自 1970年代中期開始，對於人類心靈(Human Mind)及其運作的研究進入了一個嶄新的紀元。來自認知心理學、神經心理學、生理學、神經科學、語言學、資訊科學等不同領域的研究人員，基於對〝腦─行為〞(brain-behavior)關係的共同興趣，開始了彼此之間的對話。到了1980年代中期，腦造影〈brain imaging〉技術的突破性發展更提供了不同領域研究人員之間的合作橋樑。這個新興的跨領域人類心靈研究學科即是認知神經科學(Cognitive Neuroscience)。美國的老布希總統曾宣稱1990年到1999年為腦研究的十年(the decade of the brain)；認知神經科學奠基者之一的葛詹尼加(Michael Gazzaniga)更宣稱二十一世紀為腦研究世紀(the century of the brain)，這些宣言象徵著人類開始有能力以新的生物科技研究人類神經元的分子生物活動、神經元細胞間的整合、腦可塑性以及腦和行為之間的關係。作為腦科學研究最受矚目、不可或缺的一環，認知神經科學承繼了過去認知心理學的知識、概念以及研究方法，運用新發展的腦造影技術，探討相關認知行為運作的生理基礎。在下文中我們將分別介紹認知神經科學探討的議題，腦造影工具在認知神經科學的應用，認知神經科學研究的前瞻以及在台灣的發展。

認知神經科學的議題
　　如前文所述，認知神經科學承繼了過去認知心理學的知識以及概念，其研究的議題著重在人，或者說是人類的腦，作為一個訊息處理系統如何登錄 (encode)由外界或內在環境進入的各式訊息，這些訊息如何形成表徵(representation)儲存於大腦而後被提取、處理進而產生對外界輸出的訊息。因此認知神經科學研究的議題涵蓋不同管道的感覺與知覺(如視覺、聽覺、觸覺等)歷程，這些知覺訊息彼此間的交互作用以及所形成的記憶，基於這些記憶所產生的語言、動作，以及注意力資源在進行這些認知歷程時的調配與作用等等。依循認知心理學對這些認知歷程的實驗研究法，認知神經科學家針對不同的訊息處理階段操弄相關的實驗變項，而後紀錄受試者在不同實驗情境下的作業表現(例如反應時間、正確率)藉以推論、檢驗人類認知活動的歷程。然而，不同於傳統認知心理學家僅能依賴受試者外顯的行為表現來推論內在的認知歷程，認知神經科學家同時量測受試者進行這些實驗作業時的腦部活動。這種利用腦部活動在不同實驗作業下的異同探討、推論認知活動歷程的研究是建立在一個基本的假設上：所有的認知功能，或者說是人類訊息處理歷程，都是根基於人腦中所進行的神經活動，因此認知歷程和神經活動有特定的對應關係。藉由比較不同實驗作業下受試者展現的腦部活動(包括強度以及腦部區位)的異同，配合外顯的行為資料，認知神經科學家能夠更進一步的了解不同認知活動在人腦中的處理歷程，也更能利用生理、神經活動來探討或是驗證認知心理學家所提出認知理論的心理真實性(psychological reality)。
　　 舉例而言，閱讀是一項複雜的認知活動，文字包含了字型、字音以及字義的訊息。認知心理學家提出的閱讀理論認為閱讀拼音文字 (例如英文)時，在文字的物理訊息被傳遞至視覺皮質後，字型訊息會首先被提取、分析，而後根據對於文字的熟悉程度的不同，字型訊息可能以字音訊息為中介激發字義，或者是不透過字音直接激發字義。然而由於中文的輸寫系統不同於拼音文字，有些認知心理學家認為中文是象形文字不表音，因此完全不須經由語音即可激發字義。中研院副院長曾志朗院士及中央大學認知神經科學研究所所長洪蘭教授以一系列行為實驗提出證據支持語音訊息在中文閱讀中扮演重要角色，開啟了諸多中文與拼音文字閱讀歷程異同的研究。最近由洪教授、曾院士以及台北榮總謝仁俊醫師所主持的研究團隊以腦功能造影技術探討中文閱讀的神經機制，發現閱讀中文時腦部活動的區位與文獻中所得知閱讀拼音文字時腦部活動的區位大致相同，而其中部分腦部區位的活動也已被認為和字音提取有關。這項研究結果因此更進一步確認字音在中文閱讀扮演一定的角色，也顯現出閱讀不同文字系統時人類認知歷程的一致性。
　　再以人類記憶為例，認知心理學家在行為實驗中發現閱讀一系列語意相關的字詞後進行記憶測試時，受試者會誤認先前未曾出現過的語意相關字詞。例如在看過床鋪、作夢、枕頭、休息、臥房等詞語後，受試者報告曾經看過〝睡覺〞這個詞，儘管事實上它並未被包含在先前的字列中。受試者並且報告對於曾經出現過字詞的真記憶 (veridical memory)與對未曾出現過字詞的偽記憶(false memory)的清晰程度相當。然而當實驗者要求受試者仔細描述對這些字詞記憶時發現真記憶相對於偽記憶伴隨著較多的感官(sensory)細節。認知心理學家因此開始探討此類鮮明偽記憶產生的內在機制，也困惑於受試者為何無法利用感官細節的多寡區辨真記憶與偽記憶。美國杜克大學的認知神經科學家卡貝瑟(Robeto Cabeza)發現在進行此類記憶測驗時，大腦顳葉(temporal lobe)前端的活動狀態不會因所報告記憶的真偽有所改變，然而顳葉後端在受試者報告真記憶時比報告偽記憶時有較多的活動。這個實驗結果可能代表了顳葉前後區分別與記憶中語意訊息與感官訊息的提取有關，而偽記憶的發生源自於對於來自顳葉前區、無法區辨真偽記憶的語意訊息的依賴。
　　除了知覺、記憶、閱讀、注意力等認知心理學家著重的議題外，認知神經科學的議題也擴展到情緒、社會行為、人類發展、精神醫學等領域。例如認知神經科學家菲而普斯 (Elizabeth Phelps)與社會心理學家巴納吉(Mahzarin Banaji)探討杏仁核(amygdale)活動強度與美國白人對黑人評價之間的關係，而大腦額葉(frontal lobe)的異常活動與精神分裂症之間的關係也已經成為精神醫學著重要研究主題。簡言之，源自認知心理學的理論架構及研究方法，加上腦造影技術使得認知神經科學得以多重角度探討人腦與行為關係的不同議題。

腦造影技術在認知神經科學的應用
　　認知神經科學的研究依賴非侵入式 (noninvasive)的腦造影技術量測人類進行不同認知作業時的腦部活動。非侵入式的腦造影技術依其所量測的生理訊號的性質可分為兩大類。
　　 第一類是腦電波 (EEG)以及腦磁波(MEG)。神經元藉由改變其細胞膜對帶電離子穿透性的方式傳遞訊號，而這個過程會沿著細胞膜產生電流。當一大群規則排列的神經元同時活動時，伴隨電流所產生的電場及磁場變化可以在頭皮上加以量測，所得電磁訊號便是腦電波以及腦磁波。由於不同的大腦區位在進行不同認知活動時會有不同的活動，所產生的電位及磁場變化在頭皮上的強度以及分布情形也會有所不同。比較受試者進行不同認知作業時所伴隨腦電波或腦磁波變化的強度，以及這些變化在頭皮上的分布，可以知道是否有不同的大腦區位涉入這些認知作業以及其涉入的程度，而後推論進行該項認知作業時所涉及的認知歷程。腦電波及腦磁波能提供認知活動極佳的時序訊息，缺點是無法提供精確的腦部區位訊息。
　　 第二類是功能性磁振造影 (fMRI)以及正離子放射術(PET)。腦部神經元活動時需要消耗能量，因此活動的大腦區位會伴隨著較高的血流量提供氧氣及葡萄醣以供代謝。功能性磁振造影及正離子放射術分別量測腦部的代謝活動及血流量變化，偵測進行不同認知作業時那些大腦區位會有較強的活動，再以這些不同區位的活動變化推論進行不同認知作業時所涉及的認知歷程。相對於腦電波以及腦磁波，功能性磁振造影及正離子放射術能提供認知活動時極佳的腦部區位活動訊息，但是在時序上提供的訊息則較差。
　　 上述兩類腦功能造影技術能夠提供進行不同認知活動時相關的腦部活動訊息，但無法提供大腦區位與認知功能之間的因果關係：我們只知道進行某類認知活動時某些腦部區域會有較強的活動，卻無法知道這些腦部區域的活動是否為進行相對應認知功能的必要條件。過去欲得知腦部與認知功能之間的因果關係只能靠侵入性的破壞動物特定的腦區域或是等待腦傷病人死亡後解剖其腦部，但這些方式都有特定的限制，有些認知神經科學家採用穿顱磁刺激術 (TMS)這種新發展的、非侵入式的技術來解決這個問題。穿顱磁刺激術以在頭顱外產生磁場的方式短暫干擾特定腦部位的神經活動，觀察其對外顯行為的影響，藉以探討大腦區位與認知功能之間的因果關係。

認知神經科學在台灣的發展
　　 台灣在認知神經科學方面的研究，可以說還在起步階段。目前，在研究所階段，有陽明大學神經科學研究所乙組招收博、碩士班學生，中央大學認知神經科學研究所招收碩士班學生。這兩個研究所與同屬聯合大學系統下的陽明大學認知神經心理學實驗室、台北榮民總醫院整合性腦研究中心已建立密切的合作關係，互相支援研究設備及人員，運用相關先進科技進行認知神經科學研究。在議題的討論、研究設備的擴充跟測試、研究人員的訓練都達到初步的規模。在尖端認知科學研究儀器上，已經有能力進行功能性磁振造影、腦電波、腦磁波、穿顱磁刺激術、眼動儀等研究；在議題上，除一般認知功能外，特別關心本土意涵的認知行為運作，如語言、閱讀的發展、認知處理以及病變。同時也針對特殊族群的認知運作，如閱讀障礙、科學資優生、失語症、自閉症、聽障、語言障礙，做深入的研究。儘管這個研究團隊已有初步的成績，但不容否認的是台灣在認知神經科學領域研究資源的投入與歐美的差距正在持續加大。台灣在相關領域投注的研究發展員額以及研發經費與歐、美、日，甚至與我們競爭最劇烈中國大陸以及香港相比，都僅如九牛之一毛。除了直接投入認知科學研究的人力及資源不足外，另一個問題是與認知科學的研究密切相關的其他領域 (如實驗心理學、醫學影像處理、動態系統研究、統計計算、語言學、心理疾病、行為遺傳學等)研究人員尚未與直接投入認知神經科學的研究人員有效整合。如何結合現有的人力資源，開創大腦與認知科學研究的前景，是在台灣現況下發展認知神經科學研究的重要課題。