計(jì)算神經(jīng)科學(xué)利用數(shù)學(xué)分析和計(jì)算機(jī)模擬來(lái)模擬和研究不同層次的神經(jīng)系統(tǒng)：從神經(jīng)元的真實(shí)生物物理模型，它們的動(dòng)態(tài)相互作用和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，到腦組織和神經(jīng)類型計(jì)算的定量理論，我們可以從計(jì)算的角度理解大腦，并研究非編程的、適應(yīng)性的、大腦式信息處理的本質(zhì)和能力，探索新的信息處理機(jī)制和方式，從而創(chuàng)造大腦。它的發(fā)展對(duì)智能科學(xué)具有重要意義、信息科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等產(chǎn)生重要影響。

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)認(rèn)為，特定的大腦區(qū)域負(fù)責(zé)特定的認(rèn)知功能。這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)自于很多不同的理論，比如顱相學(xué)（phrenology）盡管顱相學(xué)最終因缺乏科學(xué)依據(jù)而被放棄，但特定腦區(qū)控制特定認(rèn)知功能的觀點(diǎn)仍被采納。現(xiàn)在拋棄了不科學(xué)的觀察顱骨外觀的方式后，取而代之的是頭皮的電生理測(cè)量或者更多的對(duì)大腦本身的觀察。

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和顱相學(xué)的起源（phrenology）有很大的關(guān)系。眼科學(xué)本質(zhì)上是一門偽科學(xué)，它宣稱頭皮的形狀會(huì)影響行為的表現(xiàn)。19世紀(jì)初，阿爾戈?duì)枺‵rance   Joseph   Gale）和史普漢(J. G.斯普爾茲海姆 號(hào)德國(guó))人們認(rèn)為人腦可以分成35個(gè)不同的區(qū)域。高爾在他的書《神經(jīng)系統(tǒng)的解剖生理學(xué)概論和腦部深論》中聲稱，頭殼上較大的凸起代表這個(gè)區(qū)域的使用頻率更高。顱相學(xué)受到了大眾的廣泛關(guān)注，以顱相學(xué)為主題的期刊相繼出版。甚至發(fā)明了顱骨測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)量顱骨上的突起。

法國(guó)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家弗洛倫斯（作者Pierre Flourens）像許多科學(xué)家一樣，他們質(zhì)疑顱相學(xué)的觀點(diǎn)。雖然他的研究對(duì)象是兔子和鴿子，但他發(fā)現(xiàn)特定部位的腦損傷不會(huì)改變行為。由此，他認(rèn)為行為表現(xiàn)是由不同腦區(qū)共同參與的，這就是整體論的觀點(diǎn)。

一些歐洲科學(xué)家如杰克遜（John  ）一些研究使本土化理論再次成為主流觀點(diǎn)。杰克遜 美國(guó)的研究尤其集中在有癲癇癥狀的腦損傷患者身上他發(fā)現(xiàn)，患者在癲癇發(fā)作時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)同樣的陣攣和肌肉緊張。因此，他認(rèn)為每一次發(fā)作都必須發(fā)生在同一個(gè)腦區(qū)，并提出了特定腦區(qū)負(fù)責(zé)特定功能的觀點(diǎn)。在腦葉的后續(xù)研究中，定位觀有很大的影響和幫助。

法國(guó)神經(jīng)學(xué)家布洛卡爾（Paul   broca）一個(gè)病人的癥狀在1861年被報(bào)道。病人可以理解這種語(yǔ)言，但不能我不會(huì)說(shuō)，只能發(fā)這個(gè)音“談”tan）的音。病人后來(lái)被發(fā)現(xiàn)在他的左腦額葉有腦損傷，現(xiàn)在被稱為布羅卡 s區(qū)。另一位神經(jīng)科學(xué)家，卡爾·威尼基（Carl   wernicke）據(jù)發(fā)現(xiàn)，中風(fēng)患者可以 不能聽(tīng)語(yǔ)音信息和讀單詞，但能流利地說(shuō)話（雖然毫無(wú)意義）這個(gè)病人在左頂葉和顳葉交界處有腦損傷。這個(gè)地區(qū)現(xiàn)在被稱為溫妮 s區(qū)。這兩個(gè)案例是支持定位理論的重要證據(jù)，因?yàn)樘囟▍^(qū)域的腦損傷引起了特定的行為變化。Bullokar和Winnie的研究促成了神經(jīng)心理學(xué)的誕生，這個(gè)新領(lǐng)域研究的是心理現(xiàn)象和腦損傷之間的關(guān)系。

1870年，兩位在德國(guó)的中國(guó)醫(yī)生，施齊格（愛(ài)德華 熱度）和費(fèi)理屈（Gustav   Fridge）在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。他們將電流施加到狗的不同部位s大腦皮層，可以引起不同的對(duì)應(yīng)動(dòng)作。因此，他們認(rèn)為行為的表現(xiàn)來(lái)自于腦細(xì)胞在層面上的運(yùn)作。德國(guó)神經(jīng)解剖學(xué)家科爾比尼安·布洛德曼（Corbinia  Brodmann）使用尼斯（Nice, France）發(fā)明的組織染色技術(shù)觀察大腦中的細(xì)胞類型。1909年，他發(fā)表了他的結(jié)論：大腦由52個(gè)不同的部分組成。這些分區(qū)現(xiàn)在被稱為Broadman分區(qū)。現(xiàn)在看來(lái)，有些區(qū)劃定得很準(zhǔn)，比如布羅德曼17區(qū)和18區(qū)。

對(duì)大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的研究由來(lái)已久。到18世紀(jì)末，人們意識(shí)到大腦被分成不同的部分，執(zhí)行不同的功能。1891年，Cajal創(chuàng)立了神經(jīng)元理論，認(rèn)為整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)是由結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立的神經(jīng)細(xì)胞組成的。在Cajal神經(jīng)元理論的基礎(chǔ)上，謝靈頓于1906年提出了神經(jīng)元之間突觸的概念。20世紀(jì)20年代，阿德里安提出了神經(jīng)動(dòng)作電位。1943年，麥卡洛克 和 皮茨提出了3356米-P 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。1949年，Hebb提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的規(guī)則。羅森布拉特在20世紀(jì)50年代提出的感知機(jī)5355688638638661(feel) 模型。20世紀(jì)80年代以來(lái)， 神經(jīng)計(jì)算的研究取得了進(jìn)展。Hopfield introduces Lyapunov function(叫做'計(jì)算能量函數(shù)'給出了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性判據(jù)， ，與VLSI有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 為神經(jīng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)也可用于聯(lián)想記憶和優(yōu)化計(jì)算 為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑。甘利俊一(Amari)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論已經(jīng)做了大量的研究，包括統(tǒng)計(jì)神經(jīng)動(dòng)力學(xué)、神經(jīng)場(chǎng)動(dòng)態(tài)理論、聯(lián)想記憶，特別是在信息幾何中，已經(jīng)做了一些基礎(chǔ)性的工作。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的研究試圖體現(xiàn)人腦的以下基本特征:① 大腦皮層是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，有著廣泛的聯(lián)系； ② 人腦的計(jì)算是基于大規(guī)模并行模擬處理的； ③ 人腦具有強(qiáng)大的'客錯(cuò)性'而 善于概括、類比、推廣； ④ 大腦功能受先天因素制約， 但后天因素， 如經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)和訓(xùn)練起著重要的作用，這說(shuō)明人腦具有很強(qiáng)的自組織性和適應(yīng)性。人類的許多智力活動(dòng)不是靠邏輯推理進(jìn)行的，而是通過(guò)訓(xùn)練形成的。

目前對(duì)人腦如何工作的認(rèn)識(shí)還很膚淺，計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的研究還很不足我們面對(duì)的是一個(gè)充滿未知的新領(lǐng)域，必須在基本原理和計(jì)算理論上進(jìn)行更深入的探索。通過(guò)研究人腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、信息加工、記憶和學(xué)習(xí)機(jī)制的分析研究模擬了人腦的工作機(jī)制，提出了智能科學(xué)的新思路、新方法。

計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的科學(xué)問(wèn)題如下：

3356神經(jīng)活動(dòng)的基本過(guò)程：研究神經(jīng)元離子通道及其調(diào)節(jié)、突觸傳遞及其調(diào)節(jié)、神經(jīng)元受體與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、神經(jīng)活動(dòng)的同步機(jī)制。

3356單神經(jīng)元計(jì)算模型：?jiǎn)蝹€(gè)神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本單位，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由神經(jīng)細(xì)胞體組成、樹(shù)突和軸突組成，神經(jīng)元通過(guò)突觸連接

學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)機(jī)制：神經(jīng)系統(tǒng)因活動(dòng)和環(huán)境而發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的變化，是學(xué)習(xí)和記憶等高級(jí)腦功能的基礎(chǔ)。研究產(chǎn)生了這種可塑性、尤其是突觸的可塑性機(jī)制和學(xué)習(xí)規(guī)律。研究神經(jīng)回路信息的編碼和處理機(jī)制。

3356神經(jīng)元和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的分子機(jī)制：神經(jīng)細(xì)胞在大腦發(fā)育過(guò)程中由神經(jīng)干細(xì)胞分化而來(lái)，然后遷移、長(zhǎng)出突起、通過(guò)形成突觸等過(guò)程逐漸形成復(fù)雜精密的大腦。研究神經(jīng)干細(xì)胞分化的調(diào)控、維持神經(jīng)細(xì)胞的存活、調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞遷移、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子促進(jìn)神經(jīng)突起生長(zhǎng)和突觸形成，并研究其功能和機(jī)制。

 神經(jīng)遞質(zhì)：研究神經(jīng)遞質(zhì)的組成和合成、維持、釋放和與受體的相互作用。

20世紀(jì)初，圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾（Santiago   Raymond  y   Cahal）和卡米洛·高爾基（Camilo   Gorky）開(kāi)始研究神經(jīng)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。高堿顯影銀染法（Silver   stain）特定區(qū)域的細(xì)胞可以一起染色。用這種技術(shù)觀察神經(jīng)細(xì)胞，使高爾基認(rèn)為在共同的細(xì)胞質(zhì)中，細(xì)胞之間有直接的聯(lián)系。卡哈爾反對(duì)這種觀點(diǎn)。他對(duì)大腦中髓鞘較少的部分進(jìn)行染色，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞不是緊密連接的，而是分離的。他進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞向一個(gè)方向傳遞電信號(hào)。這些發(fā)現(xiàn)被稱為神經(jīng)教條，為后來(lái)理解神經(jīng)細(xì)胞的功能提供了基礎(chǔ)理論。由于這一貢獻(xiàn)，高鶚和卡哈都獲得了1906年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

1956年9月11日，認(rèn)知科學(xué)大會(huì)在麻省理工學(xué)院召開(kāi)。在大會(huì)上喬治·A·米勒（George  A.  Miller）發(fā)表了他的著名研究《神奇的數(shù)字 7 +/- 2》。艾弗拉姆·諾姆·喬姆斯基（Noam   Chomsky）和艾倫·紐維爾紐維爾和赫伯特·亞歷山大·西蒙（Simon）發(fā)表了他們?cè)谟?jì)算機(jī)科學(xué)方面的成就。耐瑟（型號(hào)ul ric  奈瑟氏球菌）在他1967年的書中，“認(rèn)知心理學(xué)”對(duì)這次會(huì)議取得的許多成就進(jìn)行了評(píng)論。心理學(xué)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)從20世紀(jì)50年代到60年代逐漸衰落，取代了認(rèn)知科學(xué)的開(kāi)端。喬治等行為主義科學(xué)家·A·米勒開(kāi)始關(guān)注語(yǔ)言的內(nèi)部表征（expression），而不僅僅是外在行為。大衛(wèi)·馬爾（David   Mal）記憶的層次化表征也讓很多心理學(xué)家接受了心理功能需要大腦中特殊的算法來(lái)處理。

在20世紀(jì)80年代之前，神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)之間幾乎沒(méi)有互動(dòng)。在20世紀(jì)70年代末，“認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)是喬治在一輛出租車的后座上誕生的·A·米勒和麥可·葛詹尼加（Michael   gazzaniga）共同創(chuàng)立。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)開(kāi)始使用實(shí)驗(yàn)心理學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的研究方法為認(rèn)知科學(xué)奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)后期，新科技成為認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的重要研究方法。這些技術(shù)通常包括經(jīng)顱磁刺激（TMS）功能性磁振造影（fMRI）腦電圖（EEG）和腦磁圖（MEG）其他腦部成像技術(shù)，如正電子發(fā)射斷層掃描，有時(shí)也會(huì)使用（PET）和單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描（SPECT）用于動(dòng)物的單細(xì)胞電位記錄（Single-Unit   record）也是重要的技術(shù)。此外，其他技術(shù)還包括neurogram（Microneurography）臉部的肌電圖（EMG）和眼球追蹤儀（Eye   tracking）整合神經(jīng)科學(xué)（Comprehensive   neuroscience）試著把不同的領(lǐng)域和不同的尺度（如生物學(xué)、心理學(xué)、解剖學(xué)和臨床經(jīng)驗(yàn)）將獲得的研究結(jié)果集成到統(tǒng)一的描述模型中。