脑功能成像(fMRI)技术

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功能性MRI技术可以观察大脑活动

功能性MRI技术可以观察大脑活动

功能性MRI技术可以观察大脑活动功能性磁共振成像(fMRI)是一种通过监测大脑血流与氧合状态的变化,来观察大脑活动的非侵入性神经成像技术。

它利用磁共振原理,结合大脑的神经活动和血流代谢情况,为科学家提供了研究脑部功能和认知过程的强大工具。

功能性磁共振成像技术的原理是基于血氧水平依赖性(BOLD)信号。

当神经元活跃时,大脑区域的血流量和氧气供应会增加。

血红蛋白的磁场特性可以被磁共振仪器检测到,通过测量血流量和氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的比例变化,fMRI可以间接反映出神经元活动的变化。

功能性磁共振成像的优势在于非侵入性、无辐射、高空间分辨率和较好的时间分辨率。

与其他脑成像技术相比,fMRI在功能定位和网络连接研究方面具有更大的优势。

fMRI可以帮助科学家观察大脑在不同任务和认知过程中的活动变化,从而深入了解脑部功能和认知机制。

通过功能性磁共振成像技术,科学家可以研究大脑在特定任务下的激活区域以及不同脑区之间的功能连接。

例如,在学习和记忆任务中,fMRI可以帮助研究人员确定大脑中与学习和记忆相关的特定区域,并探索这些区域之间的功能连接方式。

通过观察大脑不同区域之间的相互作用,我们可以更好地理解学习和记忆的神经机制。

此外,功能性磁共振成像技术还被广泛应用于认知神经科学、精神疾病研究、脑功能异常研究以及神经康复等方面。

例如,在精神疾病研究中,fMRI可以帮助科学家研究患者大脑功能异常的区域,以及通过不同治疗方法对大脑活动的影响。

这种非侵入性的技术为研究神经精神疾病提供了独特的手段。

功能性磁共振成像技术的发展也面临着一些挑战与局限性。

例如,由于大脑活动变化引起的血流和氧合状态变化很小,fMRI在时间分辨率上相对较低。

此外,fMRI也受到头动、心跳和呼吸等生理噪声的干扰。

因此,为了获取更准确的结果,科学家还需要进一步改进成像技术和数据分析方法。

总的来说,功能性磁共振成像技术是一种强大的工具,可以帮助科学家观察和研究大脑活动。

脑功能成像(fMRI)技术

脑功能成像(fMRI)技术

第四节脑功能成像技术1语言神经认知机制研究是语言科学研究的重要内容,它主要研究语言与大脑的关系,简单的说就是研究语言在人脑中的理解与产生的过程。

但是人脑被一层厚厚的颅骨所包围,因此仅凭肉眼无法判断大脑处理语言时的情况。

认知语言学通过语言理论的假设来构建语言认知模型,心理语言学则通过行为学方法,通过测试量表来研究具体语言结构的反应时间和正确率。

但是,这两种研究方向都不能直接观察大脑实时处理语言的情况。

随着科学技术的发展,新的语言科学研究技术已经被广泛用于语言研究中,其中PET和fMRI尤其是fMRI技术又是神经认知科学研究被最广泛应用的一种新的技术手段。

一脑功能成像技术简介PET(Positron Emission Tomography,PET)即正电子发射断层扫描技术,其基本原理是:刺激作用于大脑会产生血流变化,利用血液中注射的放射性示踪物质来和脑活动的某些脑区进行对比,从而确定刺激任务与特定脑区之间的关系。

fMRI是functional Magnetic Resonance Imaging的简称,中文名称为功能性磁共振成像。

其实质就是在磁共振成像的基础上获取大脑活动的功能图像,以获取被试对所给语言、图形、声音等刺激材料进行加工时产生的fMRI信号并加以分析,以确定这些刺激材料与对应脑区的关系,从而分析其脑机制。

赵喜平(2000)认为所谓的fMRI就是利用MRI对组织磁化高度敏感的特点来研究人脑功能,特别是大脑各功能区划分或定位的无创伤性检测技术。

由于PET技术在技术要求以及资金需求方面的原因,用于认知任务的研究越来越少,现在主要的脑成像技术就是fMRI,因此这里主要介绍fMRI技术以及实验数据的处理和对实验数据的解读。

1.1 fMRI的发展及其原理MRI(Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)产生于上个世纪70年代。

1970年,美国纽约州立大学的Raymond Damadian发现正常组织的NMR(Nuclear Magnetic Resonance)信号与病变组织的信号明显不同。

脑神经影像技术在认知心理学中的应用

脑神经影像技术在认知心理学中的应用

脑神经影像技术在认知心理学中的应用认知心理学是研究人类思维、知觉、记忆、学习和语言等认知过程的学科领域。

近年来,随着脑神经影像技术的发展和进步,它在认知心理学研究中扮演着越来越重要的角色。

本文将讨论脑神经影像技术在认知心理学中的应用,并探讨其对我们对人类思维和认知过程的理解所带来的影响。

一、功能性磁共振成像(fMRI)技术的应用功能性磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)技术是一种通过测量脑区血流变化来推断脑活动的非侵入性神经影像技术。

它通过对受试者进行特定任务或刺激后的脑血流变化进行监测和分析,可以确定与特定认知任务相关的脑区及其活动强度。

fMRI技术在认知心理学中的应用范围广泛。

例如,研究人员通过使用fMRI技术来研究工作记忆,这是一种短期记忆过程,与我们在高级思维任务中所涉及到的信息处理有关。

通过在fMRI扫描仪中让受试者进行工作记忆任务,研究人员可以确定与工作记忆相关的脑区以及其在不同任务条件下的激活模式,从而深入了解工作记忆的神经基础。

此外,fMRI技术还可用于研究人类的注意力、决策、情绪加工等认知功能。

通过测量不同认知任务下脑血流变化,我们可以揭示不同认知过程的神经机制,进一步理解认知心理学的相关问题。

二、脑电图(EEG)技术的应用脑电图(Electroencephalography,EEG)技术是一种通过记录头皮上的电活动来测量大脑神经元活动的方法。

通过放置电极在头皮上,我们可以获得脑电波信号,从而研究人类的认知活动。

EEG技术在认知心理学中的应用也非常广泛。

例如,当我们进行注意力任务时,不同任务类型的注意力需求会导致特定频率范围的脑电波发生变化。

通过记录和分析这些脑电波的变化,我们可以了解到不同注意力过程的神经机制。

此外,EEG技术还可以用于研究人类的睡眠过程、情绪加工、事件相关电位(ERP)等认知功能。

它不仅具有时间分辨率高、成本低廉等优点,还可以与其他神经影像技术如fMRI结合,提供更全面的认知过程的信息。

功能磁共振

功能磁共振

功能磁共振功能磁共振,又称为功能性核磁共振成像(fMRI),是一种通过检测血液氧合水平变化来研究脑活动的影像技术。

它基于核磁共振原理,结合神经元活动与血氧水平的关系,能够精确地定位和呈现脑部功能区域的活动。

功能磁共振通过检测血液氧合水平的变化来推测神经元活动情况。

当某个脑功能区域活跃时,该区域所需的能量和氧气也会增加。

为了满足这些需求,大脑会向活跃区域输送更多的血液。

而血液在脑部供应过程中,其中的氧气含量发生变化,这种变化可以通过fMRI进行检测。

在功能磁共振扫描过程中,被检测的人需要躺在机器中,然后在不同的时间段内进行特定的任务。

通过多次扫描并分析数据,研究人员可以确定特定任务对应的脑部功能区域。

具体分析方法包括激活区域的统计学分析、激活时间的分析以及激活强度的测算,这些分析可以在不同层次上展现脑功能的变化。

功能磁共振在许多领域都具有广泛的应用。

在临床医学中,它可以用来检测脑部功能异常,例如卒中、癫痫和神经退行性疾病等。

此外,它还可以用于神经学、心理学等研究领域,帮助我们了解大脑的结构和功能。

然而,功能磁共振也存在一些局限性。

首先,扫描时间较长,通常需要几分钟到半小时不等,这对于某些特殊人群,如婴儿和不耐受扫描的患者来说可能比较困难。

其次,由于生理和心理因素的影响,扫描结果可能存在一定的误差。

此外,fMRI只能提供脑部的功能信息,不能直接观察到神经元的活动。

综上所述,功能磁共振是一项重要的脑部影像技术,通过检测血液氧合水平变化来研究脑活动。

它在医学和科学研究中扮演着重要的角色,但也面临一些挑战和限制。

随着技术的不断进步和发展,我们相信功能磁共振会在未来发展中发挥更重要的作用。

fmri的原理和应用

fmri的原理和应用

fMRI的原理和应用原理功能磁共振成像(fMRI)是一种用于测量脑活动的非侵入性成像技术。

它基于磁共振成像(MRI)原理,利用血氧水平依赖(BOLD)效应来检测大脑不同区域的活动水平。

fMRI的原理可以简述如下: 1. 磁场对齐:fMRI使用强大的磁场使大脑内的氢原子核磁矩朝向于外磁场方向进行对齐。

2. 加权成像:通过施加梯度磁场和无需加权条件下的脉冲磁场来生成成像。

3. 血氧水平依赖效应:当某个脑区域活动增加时,该区域的血液供应也会增加,导致更多的氧气从动脉血流中释放出来和被局部脑组织使用。

4. 信号检测:fMRI利用这种血氧水平依赖效应来检测大脑活动的变化,并生成相应的活动图像。

应用fMRI技术在医学和神经科学中具有广泛的应用,以下是一些常见的应用领域:1. 功能定位通过fMRI技术,可以精确定位大脑的不同功能区域。

例如,可以通过对特定任务(如视觉刺激、语言任务等)的激活情况进行监测,来确定大脑中负责执行这些任务的特定区域。

这对于手术治疗中的神经导航非常重要。

2. 认知研究fMRI被广泛应用于认知科学研究中,以揭示不同认知过程在大脑中的相关脑区。

通过对不同认知任务(如记忆、决策、注意力等)激活的分析,可以深入了解这些认知过程背后的神经机制。

3. 精神疾病研究fMRI技术在精神疾病研究中也有广泛的应用。

通过与正常人群进行对比,可以揭示某些精神疾病(如抑郁症、精神分裂症等)与特定脑区的异常活动之间的关联。

这对于疾病的早期诊断和治疗提供了重要的线索。

4. 脑机接口fMRI技术也可以用于脑机接口(BMI)研究。

通过解码fMRI信号,可以让用户直接与计算机或机器人进行交互,实现大脑与外部设备的无线连接。

这对于残疾人群体的康复和功能恢复具有重要意义。

5. 药理研究fMRI可以用于药物疗效评估和新药开发。

通过监测特定药物对脑区活动的影响,可以评估药物的疗效和副作用。

这有助于加速药物研发过程,提高药物治疗效果。

fmri的名词解释

fmri的名词解释

fmri的名词解释fmri技术(Functional Magnetic Resonance Imaging,功能性磁共振成像)是一种用于探索大脑活动的非侵入性方法。

它结合了MRI(Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)和神经科学,能够通过测量血液氧合水平的变化,反映出大脑各个区域的功能活动。

本文将从fmri的原理、应用范围、数据分析方法以及局限性等方面进行详细解释。

fmri的原理是基于血液氧合水平依赖效应(BOLD,Blood Oxygenation Level Dependent)的测量。

当大脑某个区域活跃时,该区域的神经细胞会消耗氧气,并引起周边血液流量的增加。

增加的血流导致血液中的氧含量增加,进而改变血液的磁性质。

为了获取fmri数据,研究者需要将被试者放置在磁共振设备中,该设备利用强磁场和无害的无线电频率来获取图像。

在进行fmri扫描时,被试者通常会执行一系列特定的任务,或者在休息状态下进行观察。

通过监测被试者大脑不同区域的BOLD信号变化,研究者可以推断哪些区域与特定任务相关联,进而研究脑功能和大脑结构之间的关系。

fmri的应用范围非常广泛。

在认知心理学领域,它被用来研究不同认知过程如记忆、学习、决策等的脑机制。

在神经病学和精神病学领域,fmri可以帮助研究人员了解各类神经疾病的潜在机制,例如阿尔茨海默病、帕金森病、精神分裂症等。

此外,fmri还在神经工程学、人机交互以及脑机接口等领域得到广泛应用。

在fmri数据分析方面,研究者常常使用统计学方法来识别与特定任务或条件相关的脑活动模式。

研究者会首先预处理数据,包括去除噪声、校正头部运动等。

然后,使用特定的统计模型对数据进行分析,以确定哪些区域在特定任务下显示出显著的激活。

常用的统计测试方法有单样本t检验、多样本t检验、方差分析等。

此外,数据分析还可以使用机器学习方法,如支持向量机、深度学习等,以提高脑活动模式分类的精确度。

功能性磁共振的名词解释

功能性磁共振的名词解释

功能性磁共振的名词解释功能性磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)是一种先进的神经影像技术,用于研究大脑活动和功能连接的一种非侵入性方法。

它结合了核磁共振成像和脑功能活动的测量,可以在非手术的情况下揭示大脑特定区域的功能。

传统的磁共振成像(MRI)是一种基于细胞和组织的结构进行成像的技术,它可以提供大脑的解剖结构信息。

而fMRI则是基于大脑区域的代谢和血流变化来揭示大脑的功能活动。

这一技术的诞生解决了传统MRI无法显示的大脑功能问题。

fMRI的基本原理是血液中的铁离子氧合状态的变化。

当大脑区域活跃时,血液流量会增加,氧气供应也相应增加。

由于血红蛋白的氧合状态和磁场的改变而改变,从而影响到fMRI图像的信号。

通过捕捉这些细微的信号变化,便可以定位和识别活跃的大脑区域。

fMRI技术不仅可以测量大脑的功能活动,还可以观察不同脑区之间的连接方式,即功能连接。

通过将被试者处于静息状态或执行特定任务时的fMRI图像进行比较分析,可以揭示出大脑内部各个区域之间的连接情况,也即是大脑网络的结构与功能。

广泛应用于神经科学研究和临床实践中的fMRI技术,为研究者和医生提供了可视化大脑功能活动的窗口。

它不仅可以帮助我们理解大脑是如何工作的,还可以发现不同脑区功能之间的相互作用,进而解读人类的感知、认知和行为活动。

在神经科学研究领域,fMRI的应用广泛且多样。

例如,通过使用fMRI,研究者可以观察特定任务对应激活的大脑区域,例如语言、记忆、运动等。

同时,它也可以帮助研究者了解精神疾病或神经系统异常导致的功能异常。

通过与正常人群的对比,可以发现大脑活动的异常模式,辅助诊断和治疗。

除了在研究领域的应用之外,fMRI也在临床实践中得到了广泛应用。

医生可以通过fMRI技术对神经系统疾病进行诊断和治疗策略的制定。

例如,对于癫痫病人,fMRI可以帮助定位病灶所在,为手术治疗提供重要信息。

FMRI脑成像技术及其在认知心理学上的应用

FMRI脑成像技术及其在认知心理学上的应用

FMRI脑成像技术及其在认知心理学上的应用近年来,随着科技的快速发展,人们对人类大脑的理解和研究也取得了长足的进步。

脑成像技术作为一种非常重要的工具,被广泛运用在认知心理学研究中。

本文将探讨功能性磁共振成像(fMRI)技术及其在认知心理学领域的应用。

首先,让我们理解一下fMRI脑成像技术的工作原理。

fMRI是通过探测大脑血流和氧气利用量的变化来制作图像的一种方法。

当某一脑区发生活动时,血液流量会增加,同时氧气利用量也会增加。

这些变化可以通过测量磁场信号来检测和记录,然后转化为图像。

这项技术在研究大脑对不同刺激的反应以及认知过程中的功能区域定位方面起到了重要作用。

在认知心理学研究中,fMRI广泛应用于探索和理解人类认知功能的神经基础。

一方面,它可以帮助研究人员确定不同刺激或任务对大脑不同区域的影响。

例如,通过对被试者在执行特定任务时的脑活动进行fMRI扫描,研究人员能够定位到与该任务相关的特定功能区域。

这为我们深入探索大脑中认知功能的神经基础提供了有效的手段。

另一方面,fMRI还可以帮助研究人员理解不同认知过程之间的关联和相互作用。

通过对被试者在执行复杂认知任务时的脑活动进行比较,研究人员可以探索大脑中不同区域之间的功能连接。

例如,在研究记忆形成过程中,fMRI可以揭示不同脑区的活动之间的网络联系,从而帮助我们了解记忆的形成和储存机制。

此外,fMRI脑成像技术还可以帮助解析认知过程中的细微差别。

例如,研究人员可以使用fMRI来研究面孔识别过程中不同脑区的活动变化。

通过比较正常被试和患有面孔识别障碍的被试之间的脑活动差异,我们可以更详细地了解与面孔识别相关的脑区以及这些脑区之间的功能连接。

此外,fMRI技术还被广泛用于心理疾病和神经系统疾病的研究。

通过对患者和健康人群的比较,我们可以揭示出心理疾病的脑机制差异,从而有助于诊断和治疗的发展。

例如,研究人员使用fMRI技术在抑郁症患者中观察到了与负性情绪调节相关的脑区活动异常。

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第四节脑功能成像技术1语言神经认知机制研究是语言科学研究的重要内容,它主要研究语言与大脑的关系,简单的说就是研究语言在人脑中的理解与产生的过程。

但是人脑被一层厚厚的颅骨所包围,因此仅凭肉眼无法判断大脑处理语言时的情况。

认知语言学通过语言理论的假设来构建语言认知模型,心理语言学则通过行为学方法,通过测试量表来研究具体语言结构的反应时间和正确率。

但是,这两种研究方向都不能直接观察大脑实时处理语言的情况。

随着科学技术的发展,新的语言科学研究技术已经被广泛用于语言研究中,其中PET和fMRI尤其是fMRI技术又是神经认知科学研究被最广泛应用的一种新的技术手段。

一脑功能成像技术简介PET(Positron Emission Tomography,PET)即正电子发射断层扫描技术,其基本原理是:刺激作用于大脑会产生血流变化,利用血液中注射的放射性示踪物质来和脑活动的某些脑区进行对比,从而确定刺激任务与特定脑区之间的关系。

fMRI是functional Magnetic Resonance Imaging的简称,中文名称为功能性磁共振成像。

其实质就是在磁共振成像的基础上获取大脑活动的功能图像,以获取被试对所给语言、图形、声音等刺激材料进行加工时产生的fMRI信号并加以分析,以确定这些刺激材料与对应脑区的关系,从而分析其脑机制。

赵喜平(2000)认为所谓的fMRI就是利用MRI对组织磁化高度敏感的特点来研究人脑功能,特别是大脑各功能区划分或定位的无创伤性检测技术。

由于PET技术在技术要求以及资金需求方面的原因,用于认知任务的研究越来越少,现在主要的脑成像技术就是fMRI,因此这里主要介绍fMRI技术以及实验数据的处理和对实验数据的解读。

1.1 fMRI的发展及其原理MRI(Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)产生于上个世纪70年代。

1970年,美国纽约州立大学的Raymond Damadian发现正常组织的NMR(Nuclear Magnetic Resonance)信号与病变组织的信号明显不同。

这以后Paul Lauterbur、Peter Mansfield 和Graunell发展了各种成像方法。

1976年 Mansfield得到了第一幅人体断层像,1977年世界上第一台名为indomitable 的全身磁共振成像装置诞生,1978年的图像质量已经接近CT,1980年磁共振成像设备用于商业用途,这之后,磁共振成像技术开始进入一个飞速发展的时期。

美国Technicare公司、GE公司、1 为了使读者能够直观的了解脑功能成像的实验过程,本章节的图片除了引用编著者已经发表的陈国之外,还参考了/afni、/products/e-prime/网站的部分图片。

德国Siemens公司、荷兰的Philips公司等先后成为最负盛名的磁共振设备制造商,临床上也开始应用磁共振成像做疾病的早期诊断,到1985年全世界就装备了511台磁共振成像设备。

MRI装置的磁场强度也逐步增大,由最初的0.1T(T Tesal 磁场强度单位)以下到目前临床上运用最广的为1.5T、3T的MRI设备,国外的某些研究机构已运用场强高达9T的MRI装置进行认知科学的研究。

我国现在也正在开展磁共振装置的研究,已经取得了一定成果,结束了MRI设备完全靠进口的历史,一些低场磁共振已经可以实现国产,但是在高场磁共振技术上和国外还有一段差距。

MRI扫描设备包括磁体、线圈(包括射频线圈和梯度线圈)、主控计算机和工作平台。

整个磁共振室还要包括其他的外设如电源、频闭设备、空调等。

磁体可分为永磁型、常导型、混合型和超导型四种。

线圈用于发射和接收脉冲信号以及对磁共振信号进行空间定位。

主控计算机和工作平台用于采集数据。

近来还有公司生产了专门用于fMRI实验的装置,大大方便的实验操作,但是一般成本较高,国内鲜有采用。

现在运用最广的是超导型MRI设备,它的信噪比高、稳定性好,可用于高场强的MRI装置,对于fMRI的研究非常有效,用于fMRI研究的MRI装置一般最低的要求是1.0T以上的超导型MRI扫描系统。

MRI是对基于核物理学和量子物理学的NMR(Nuclear Magnetic Resonance,核磁共振)现象的应用。

NMR现象是美国科学家Bloch和Purcell于1946年同时发现的。

我们知道原子是由原子核和围着核旋转的电子组成,原子核又是由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成。

在人体内广泛存在的氢原子核,其质子有自旋运动,带正电,产生磁矩,如同一个磁体,这个磁体的自旋是杂乱无章的,但在均匀的强磁场中,磁体的自旋将按磁场磁力线的方向重新排列,这时用特定的射频脉冲去照射这些含有原子核的物体,物体就会将这些能量吸收,从而产生核磁共振现象,也就是现在广义上的磁共振成像。

fMRI产生于上世纪90年代左右,是在磁共振成像基础上发展起来的,功能性磁共振成像技术一般有3种,脑血流测定、脑代谢测定、神经纤维示踪技术。

在实验研究中应用最广的脑功能成像方法为脑血流测定,它又包含有注射造影剂、弥散加权、灌注和血氧水平依赖成像等方法。

现在最为流行的fMRI成像方法是血氧水平依赖成像即BOLD(Blood Oxygenation Level Dependent)成像技术,BOLD技术由美国的S.Ogawa提出,1991年美国的明尼苏达大学、贝尔实验室、麻省总院、威斯康星大学也取得了初步的研究成果。

90年代中期后,fMRI开始在对运动、记忆、学习、语言等人脑高级功能的神经机制研究当中得到了广泛的运用。

血氧水平依赖(BOLD)的主要原理是,人的血液中包含两种物质:氧合血红蛋白和去氧血红蛋白,氧合血红蛋白是逆磁物质,而去氧血红蛋白是顺磁物质,当给予刺激时,需要消耗体内的氧和葡萄糖,因此,当刺激刚开始的一段时间内血氧水平是下降的,但是随着神经元的兴奋,会带来更多的血氧,因此去氧血红蛋白就相对减少,这样两种不同磁化物质的增减状态不同,表现出不同的MR信号,张武田(2001)认为“将这种磁性物质的相对增减记录下来,就反映了相关脑区的激活状态”。

二 fMRI实验研究介绍1 实验设计和刺激软件fMRI实验设计一般有两种:组块设计和事件相关设计。

(见图1、2)组块设计(Block Design)就是将实验任务分为几个组,每组包含有同一类型的实验材料若干,每组重复连续给予被试刺激,由被试做出反应完成任务。

事件相关脑功能成像(ER-fMRI)的实验设计,贾富仓等(2001)将其定义为:“一次只给一个刺激 ,经过一段时间间隔再进行下,一次相同或不同的刺激。

它的核心是基于单次刺激或行为事件所引发的血氧反应”。

他们认为事件相关较组块设计有如下优点:一是它具有随机化的优点,二是可以对被试和实验任务作选择性处理,三是可提供脑局部活动的反应特点。

应该说事件相关设计的应用前景相当看好。

在Block设计中,一般要求一组刺激的时间要等同于控制所呈现的时间,而且每个实验序列内,Bloc的数量不宜太多,否则会影响实验的效果。

在事件相关设计中,刺激之间的间隔时间一般要求随机化,但是间隔一般不能太短,否则影响在前一刺激结束的短时间内大脑恢复不到“初始状态”。

每个刺激材料的呈现时间也要尽可能的短,以让被试的大脑在尽快完成任务后恢复至初始状态。

实验中的控制任务就是用来恢复大脑初始状态的任务,不要求被试反应并要在开始实验前嘱咐被试,在出现控制任务时放松休息,不要再想实验,只要注意屏幕的提示即可。

fMRI实验的控制任务一般都使用十字符号放置于屏幕发中央。

刺激任务就是我们在实验中要考察的对象,在早期的fMRI实验中,有单一实验材料单一任务的设计,但是在近期的fMRI实验中,有可能是一种刺激做不同任务,也可能是不同刺激做相同任务,总之在最近的fMRI实验中一般都要求有两种以上的刺激或者任务,这样才能比较任务之间的差异,得出不同语言刺激材料或者任务激活的脑区。

这些实验材料或者实验任务,在Block设计中,相同的要放入一个Block中,在事件相关设计中,不同的实验任务或者实验材料,可以随机放置在任意的时间序列中。

选择Block设计还是事件相关设计,没有统一标准,要视具体实验而定。

这些设计在具体实验的时候需要用软件加以实现。

现在一般常见的软件有DMDX、E-Prime等,E-Prime软件的编写比较直观,非常适合fMRI实验。

图3就是E-Prime软件的工作界面截图。

30s 30s 30s 30s 30s 30s刺激刺激刺激刺激刺激刺激30s 30s 30s 30s 30s 30s 30s图1. Block设计图示0.2-2s 0.2-2s 0.2-2s 0.2-2s 0.2-2s 0.2-2s控制单个刺激控制单个刺激控制单个刺激控制单个刺激控制单个刺激控制单个刺激控制8-16s 8-16s 8-16s 8-16s 8-16s 8-16s 8-16s图2.事件相关设计图示图3. E-prime主控制面板截图在使用E-Prime软件编制刺激程序的时候,可以根据需要设定刺激的间隔时间,还可以设定随机程序,让刺激材料随机出现。

同时这个软件还支持声音、图片以及视频刺激程序的编制。

在使用这个软件进行fMRI实验的时候,被试进行实验任务的反馈信息不要呈现在屏幕上,但是要设定软件的记录程序,把被试的反应时间和正确率记录下来,以供行为分析和fMRI实验数据的处理用。

2 fMRI实验设备fMRI实验除了需要磁场强度在1.5T以上的磁共振扫描系统外(需要配备脑功能成像软件,一般都是EPI扫描序列),还需要的设备如下:呈现刺激材料的计算机(装备E-Prime或者其他刺激呈现软件)、LCD投影机和反光镜(如果有条件可配备fMRI实验专用视觉呈现设备)、反应按键盒、音频设备、装备SPM或者AFNI等fMRI图像分析软件的计算机等。

3 fMRI实验参数常见的参数有T1、T2*像、TE(time of echo)、TR (time of repetition)、FOV (field of view)等,T1、T2*像是MRI机器采集图像的不同格式,功能像一般是T2*像。

TE是回波时间,TR是重复时间,这些时间表明机器采集实验数据需要的时间,其中TR表示单次激发扫描全脑所需要的时间,一般机器在2-3秒左右。

FOV是观察视野,指机器所能采集到大脑图像的范围。

实验扫描参数的设定,并没有固定的模式可以遵循,要根据机器的具体性能和实验目的以及实验设计确定。

下面所列是一组Simens Sonata机器fMRI成像的参数,可以参考,如:三维结构像采用扰相梯度回波(Spoiled Grass)成像序列进行扫描,获取128层矢状位图像,具体的扫描参数是TE=1.17ms、TR=30ms、层厚=1.30mm、间隔=0.26mm、FOV=325mm、Matrix=128×128;水平结构像采用快速自旋回波(Fast Spin Echo)序列进行扫描,获取20层的水平位图像,具体扫描参数是TE=442ms、TR=15ms、层厚=5mm、间隔=1.5mm、FOV=220mm、Matrix=256×256;功能像采用基于BOLD的EPI成像序列进行扫描,获取20层的水平位功能图像,具体扫描参数是TE=1s、TR=100ms、层厚=5mm、间隔=1.5mm、FOV=220mm、Matrix=64×64。

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