簡介
對腦和神經系統的研究源遠流長。至18世紀末，人們認識到腦分為不同的部位，行使不同的功能。 1891年Cajal創立神經元學說，認為整個神經系統是由結構上相對獨立的神經細胞構成。 在Cajal神經元學說的基礎上，1906年Sherrington提出了神經元間突觸的概念。 20世紀20年代Adrian提出神經動作電位。1943年McCulloch 和 Pitts提出了的 M-P 神經網路模型。 1949年Hebb提出了神經網路學習的規則。50年代Rosenblatt 提出了的感知機 (Perception) 模型。 八十年代以來, 神經計算研究取得了進展。Hopfield引入Lyapunov函式(叫做"計算能量函式")給出了網路穩定判據, 它與VLSI有直接對應關係, 為神經計算機的研製奠定了基礎。同時它還可用於聯想記憶和最佳化計算, 開拓了神經網路用於計算機的新途徑。甘利俊一(Amari)在神經網路的數學基礎理論方面做了大量的研究， 包括統計神經動力學、神經場的動力學理論、聯想記憶，特別在信息幾何方面作出了一些奠基性的工作。 計算神經科學的研究力圖體現人腦的如下基本特徵:① 大腦皮層是一個廣泛連線的巨型複雜系統； ② 人腦的計算是建立在大規模並行模擬處理的基礎之上； ③ 人腦具有很強的"客錯性"和聯想能力, 善於概括、類比、推廣； ④ 大腦功能受先天因素的制約, 但後天因素, 如經歷、學習與訓練等起著重要作用， 這表明人腦是有很強的自組織性與自適應性。 人類的很多智力活動並不是按邏輯推理方式進行的, 而是由訓練形成的。
目前，對人腦是如何工作的了解仍然很膚淺，計算神經科學的研究還很不充分， 我們面臨的是一充滿未知的新領域，必須在基本原理和計算理論方面進行更深刻的探索。 通過對人腦神經系統的結構、信息加工、記憶和學習機制的分析研究，從人腦工作的機理上進行仿真， 提出智慧型科學的新思想、新方法。
計算神經科學的科學問題如下：
神經活動的基本過程：研究神經元離子通道及其調控、突觸傳遞及其調控、神經元受體及信號轉導、神經活動的同步機理。
單個神經元的計算模型：單個神經元是構成神經網路的基本單元，它由神經細胞體、樹突和軸突構成，神經元之間通過突觸連線
學習和記憶的神經機制：神經系統因活動和環境等因素的作用而在結構和功能上發生改變，這種改變是學習和記憶等高級腦功能的基礎。研究產生這種可塑性、特別是神經突觸的可塑性的機制以及學習規則。研究神經元迴路信息編碼及加工機理。
神經元和神經系統發育的分子機制：神經細胞在腦發育時由神經幹細胞分化而來，以後經過遷移、長出突起、通過形成突觸互相連線等過程逐步形成複雜精密的腦。研究調節神經幹細胞分化、維持神經細胞存活、調節神經細胞遷移、突起生長和突觸形成的神經營養因子，研究它們的作用和作用機理。
神經遞質：研究神經遞質的構成，神經遞質的合成、維持、釋放及與受體的相互作用。
歷史起源
認知神經科學的觀點認為特定腦部區位負責特定的認知功能。這樣的看法源自於許多不同的理論，如 顱相學（Phrenology）。雖然顱相學最後因為缺乏科學根據而被摒棄，但特定腦區控制特定認知功能的觀點仍被採納。而現今，在揚棄了觀察頭殼外觀這樣不科學的方式之後，取而代之的是對於 頭皮的電生理測量，或是更多對腦部本身的觀測。
顱相學
認知神經科學的起源和顱相學（Phrenology）有很大的關係。顱相學實質上是一個 偽科學，並聲稱 頭皮的形狀會影響行為的表現。在19世紀早期，高爾（Franz Joseph Gall） 和史普漢(J. G. Spurzheim)相信人大腦可以被分為35個不同的區域。在高爾在他的書《神經系統的解剖生理學概論和腦部深論》聲稱頭殼上較大的凸起代表著這塊區域被較頻繁的使用。顱相學廣被大眾所注意，並且發行了以顱相學為主題的期刊。甚至發明了顱相測定儀以測定頭顱上的凸起。
總體論
法國的實驗心理學家佛羅倫斯（Pierre Flourens）如眾多的科學家一樣質疑顱相學的觀點。雖然他的實驗對象為兔子和鴿子，但他發現特定部位的腦傷並不會造成行為上的改變。由此他認為行為表現是由不同腦區共同參與，也就是總體論的觀點。
區位化論
歐洲一些科學家如傑克森（John Hughlings Jackson）所進行的一些研究讓區位化論重新成為主流的觀點。傑克森的研究特別在於有癲癇症狀的腦傷病人，他發現病人在 癲癇發作的時候，時常會造成相同的 陣攣和肌肉緊張的情況。因此他認為每次的發作一定都是發生在相同的腦區，並且提出特定腦區負責特定功能的看法。在後續對於 腦葉的研究中，區位化觀點有很大的影響和幫助。
神經心理學的興起
法國的神經科學家布洛卡（Paul Broca）在1861年報告了一位病人的症狀。這位病人可以聽的懂語言，但是無法說，並且只能發出“談”（tan）的音。這位病人之後被發現他左腦的 額葉有腦傷，而這塊腦傷的區域現今則被稱作布洛卡氏區。另外一位神經科學家卡爾·威尼基（Carl Wernicke）則發現一位中風病人無法聽取語言訊息和閱讀文字，但可以流利的說話（雖然說的是沒有意義的語句）。這位病人則是有一個在左腦 頂葉和 顳葉交界處的腦傷。而這塊區域現今被稱作威尼基區。這兩個病例是支持區位化論的重要證據，因為特定區域的腦傷造成了特定的行為改變。布洛卡和威尼基的研究促成了 神經心理學的誕生，而這個新領域研究的是心理現象和腦傷之間的關係。
腦功能定位
在1870年，德兩位國醫師希茲格（Eduard Hitzig）和費理屈（Gustav Fritsch）發表了他們在動物實驗的發現。他們在 狗的不同的大腦皮質部位通上電流，可以造成不同相應的動作。由此他們認為行為的表現是源自於腦細胞的層次的運作。德國的 神經解剖學家科比尼安·布洛德曼（Korbinian Brodmann）使用尼斯（Franz Nissl）發明的組織染色技術觀察腦部的細胞種類。於1909時，他發表了他的結論：腦部是由52個不同的部份所組成。這些分區現在稱為布洛德曼分區。現在看來，有些分區劃定的非常精確，如布洛德曼17區和布洛德曼18區。
神經教條
在20世紀早期， 聖地亞哥·拉蒙-卡哈爾（Santiago Ramon y Cajal）和 卡米洛·高爾基（Camillo Golgi）開始研究 神經細胞的結構。高基發展出銀染色法（Silver stain），可以將特定區域的細胞一同染色。使用這樣的技術觀察 神經細胞，讓高爾基認為細胞之間，在共同的細胞質內有直接的連線。卡哈爾則反對這樣的觀點。他在腦部含有較少 髓鞘的部位做染色，發現 神經細胞並不是緊密相連，而是分離的。他進一步發現 神經細胞會單方向的傳遞電訊號。這些發現稱為神經教條，並對之後了解神經細胞的功能提供了基礎的理論。也因次這個貢獻，高基和卡哈都獲得了 1906年的 諾貝爾生理學或醫學獎獎。
認知科學的誕生
1956年 9月11日，認知科學大會在 麻省理工學院舉行。在大會上喬治·A·米勒（George A. Miller）發表了他著名的研究《神奇的數字 7 +/- 2》。艾弗拉姆·諾姆·喬姆斯基（Noam Chomsky）和 艾倫·紐厄爾Newell和 赫伯特·亞歷山大·西蒙（ Simon）發表了他們在電腦科學上的成果。耐瑟（Ulric Neisser）在他1967年的書“認知心理學”中評論了許多在這次會議中所發表的成果。“心理學”這個名詞在1950到1960年代逐漸式微，取代的是認知科學的開始。 行為主義的科學家如喬治·A·米勒開始重視語言的內在 表征（representation），而不只有外在的行為表現。 大衛·馬爾（David Marr）提出記憶的階層性表征，也讓許多心理學家接納了心理功能是需要由腦中特別的演算法處理。
認知神經科學
在1980年代之前，神經科學和認知心理學這兩個領域之間幾乎沒有互動。.在1970年代晚期，“認知神經科學”這個名詞在一輛計程車的后座誕生，由喬治·A·米勒和麥可·葛詹尼加（Michael Gazzaniga）共同創立。認知神經科學開始用 實驗心理學、 神經心理學和 神經科學的研究方法來為 認知科學奠定基礎。在20世紀晚期，新的科學技術成為認知神經科學重要的研究方法。這些技術般含了穿顱磁刺激（ TMS）、功能性磁振造影（ fMRI）、 腦電圖（ EEG）和 腦磁圖（ MEG）。有時也會使用到其他的腦造影技術，如正子斷層掃瞄造影（ PET）和單光子電腦斷層掃描（ SPECT）。在動物上使用的單細胞電位記錄（Single-unit recording）也是重要的技術。另外其他的技術還包含微神經圖（microneurography）、臉部的 肌電圖（ EMG）和眼球追蹤儀（eye tracking）。整合神經科學（Integrative neuroscience）試著將不同領域和不同尺度（如生物學、心理學、解剖學和臨床經驗）所得到的研究成果，整合成一個統合的描述性模型。
認知神經科學的主題
注意力 意識 決策判斷 學習 記憶
