目

錄

前言 289

第一章

第一節

一、

概述 290

.....................................................................................................................290

...................................................................................................................290

...............................................................................................................290

...............................................................................................................290

研究技術的發展 290

的研究現狀 290

的興起 290

二、神經科學的

三、認知科學的四、

第二節

一、

二、國際

研究計劃 291

三、重要研究進展 291

四、

在我國的發展 291

題 291

課堂

復習題 291

拓展閱讀材料 291

第二章神經解剖方法和皮層結構的基本原理 293

第一節神經解剖方法 293

一、單個神經元 293

二、神經元群 293

三、連接 293

四、微環路 294

五、功能網 294

六、現代技術 294

七、

神經解剖 294

第二節腦皮層區域 295

一、細胞類型 295

二、層狀結構 295

三、柱狀結構 295

第三節腦皮層連接 295

一、丘腦皮層連接 295

二、 連接 1063

三、皮層-皮層連接 295

四、等級排列 295

課堂

題 296

復習題 296

拓展閱讀材料 296

第三章前額葉皮層 297

第一節前額葉皮層的注意力調控功能 297

一、注意機制 297

二、前額葉皮層的功能 297

三、前額葉損傷的表現 297

282

第二節前額葉皮層的學習和 功能 297

一、前額葉皮層與規則學習 297

...................................................................................................297

...................................................................................................298

二、前額葉皮層與情景

三、前額葉皮層與工作

第三節前額葉皮層的行為抑制功能 298

一、行為抑制功能 298

二、前額葉皮層的行為抑制功能 298

三、注意力缺損多動癥與前額葉皮層 298

第四節前額葉皮層的行為計劃和策略形成 298

第五節前額葉皮層的發散性思維能力 298

課堂 題 299

復習題 299

拓展閱讀材料 299

第四章海馬與

...............................................................................................................................300

第一節海馬與內側顳葉（MTL）的解剖結構與功能 300

一、解剖結構 300

二、功能 300

三、MTL損傷

特點 300

第二節內側顳葉與聯結的形成 300

一、Naya的研究（2001） 300

二、Henke的研究（1999）與Luo和Niki的研究（2002） 300

第三節內側顳葉與多重

系統 301

系統的模型 301

系統 301

一、Squire

多重

二、內側顳葉與多重

三、實驗研究 301

第四節內側顳葉與回憶性經驗 301

一、回憶性經驗 301

二、實驗研究與結果 302

第五節MTL與長時

的時效性 302

一、MTL在長時的陳述性

二、MTL在長時的陳述性

中的作用的理論假設 302

中的作用的實驗研究 302

課堂

題 302

復習題 303

拓展閱讀材料 303

第五章功能磁 成像 304

第一節基本原理 304

一、基本磁 成像物理原理 304

二、BOLD的生物物理學原理 304

三、生理學原理 305

四、實驗程序 305

五、數據分析 305

第二節缺陷 305

一、大 污染 305

二、生理噪聲 305

283

第三節新的發展 305

一、向高場移動 305

二、fMRI信號的早期衰減 306

三、事件相關fMRI 306

四、fMRI和電生理結合 306

課堂

題 306

復習題 306

拓展閱讀材料 306

第六章 事件相關腦電位技術 307

第一節基本概念 307

一、腦電圖 307

二、事件相關腦電位 307

的基本技術 308

第二節

一、刺激材料與刺激程序 308

與 309

二、腦電數據

三、

數據處理與分析 309

四、腦地形圖 310

五、源定位分析 310

六、主成分分析法（PCA） 311

七、獨立成分分析 311

成分 311

成分與命名 311

第三節

一、

二、標志性 成分 312

課堂

題 312

復習題 312

拓展閱讀材料 312

第七章初級視皮層中的顯著圖 313

第一節基本概念 313

一、視覺信息與加工 313

二、顯著圖 313

三、基本假設 313

四、理論 313

第二節以一個VI模型來模擬顯著圖 314

一、V1模型 314

二、生理學效應 314

三、產生機制 314

第三節通過視覺搜索任務檢驗顯著圖理論 314

一、非均勻背景 314

二、均勻背景 315

第四節視覺搜索微弱不對稱的例子 315

第五節從心理物理學角度 V1的生理學與解剖學特性 315

一、基本視覺特征 315

二、 V1 315

第六節從V1生理學、解剖學的角度理解心理物理學現象 315

284

一、雙特征搜索 315

二、理論解釋 316

三、V1模型與二階段心理物理模型 316

第七節未來工作中要解決

...............................................................................................316

課堂 題 316

復習題 316

拓展閱讀材料 316

第八章聽覺認知與信息過濾 318

第一節聽覺 318

一、耳 318

二、聽覺神經通路 318

第二節丘腦的聽覺過濾 318

一、雞尾酒會效應 318

二、電壓過濾器的功能執行部分 318

三、內側膝狀體的解剖與生理 319

四、內側膝狀體的離皮層調節 319

第三節非丘系的內側膝狀體的離皮層調節 319

一、離皮層易化及抑制效應的長時恒定性 319

二、非丘系的內側膝狀體的離皮層抑制機制 319

第四節假想的TRN神經元與中間神經元的功能區分 319

第五節離皮層調節效應與聲強 319

一、"OFF"反應的離皮層調節作用 319

模式的離皮層調節 320

題 320

二、

課堂

復習題 320

拓展閱讀材料 320

第九章知覺注意的機制 321

第一節知覺模板模型（PTM）觀點 321

一、觀察者的知覺模板模型 321

二、外部噪聲與注意模式和注意機制的特征標志 321

第二節經驗結果與空間注意機制的分類 321

一、作為方位提示的視覺注意機制 321

二、有關實驗研究 321

第三節神經生理學機制 322

一、空間注意排除非必要信息的途徑 322

二、視皮層V2和V4區競爭性神經交互作用神經模型 322

課堂 題 322

復習題 322

拓展閱讀材料 322

第十章

第一節

過程及其腦機制 323

的過程與特點 323

一、感覺

二、短時

...........................................................................................................................323

與長時 323

三、

的特點 323

285

與學習過程的腦成像 323

第二節

一、內隱二、外顯三、工作

第三節外顯

...........................................................................................................................323

...........................................................................................................................323

...........................................................................................................................324

的編碼與提取 324

一、前額葉功能 324

二、不同 機制之間的關系 324

課堂

題 324

復習題 324

拓展閱讀材料 324

第十一章 語言認知的腦基礎 326

第一節語言認知研究概述 326

一、語言學 326

二、研究

...........................................................................................................................326

三、傳統的腦損傷研究方法的局限 326

四、無創性的成像技術 326

第二節詞匯知覺 326

一、孤立詞匯的知覺：fMRI和 研究 326

二、上下文中的詞匯識認： 研究 327

第三節詞匯的產生 327

一、詞匯產生的時間進程： 研究 327

二、詞匯產生的腦定位：fMRI研究 327

第四節句子的理解 328

一、句法加工的腦地形圖：fMRI研究 328

二、語義加工和句法加工的時間進程： 研究 328

三、語義加工和N400 328

四、句法加工和LAN 328

五、句法加工和P600 329

六、語義加工和句法加工的相互影響 329

課堂

題 329

復習題 329

拓展閱讀材料 329

第十二章 視覺意識的神經機制 330

第一節刺激和知覺分離的現象 330

一、不同刺激造成同樣的知覺 330

二、同樣的刺激導致不同的知覺 330

第二節研究無意識狀態下的視覺信息加工 330

一、視覺掩蔽 330

二、注意瞬脫 330

三、不注意盲 330

第三節用功能成像方法研究視覺意識的神經機制 330

第四節用心理物理方法研究意識的神經基礎 331

一、感覺適應 331

二、適應與雙眼競爭 331

286

三、不可分辨的刺激仍然可產生適應 331

四、適應導致對同一刺激的不同知覺體驗 331

第五節意識研究的警示與 331

一、對本章中一些假設的

...............................................................................................331

二、應該持有的態度 332

復習題 332

拓展閱讀材料 332

第十三章 情緒與大腦 333

第一節人類情緒和人類情緒范疇的科學定義 333

一、情緒的定義 333

二、相近概念區分 333

第二節學術問題及研究 333

／痛苦，以及情緒 333

一、

和

二、經典心理學和生物學模型 333

第三節腦成像研究進展 334

一、基本機制 334

二、基本情緒 334

第四節情緒模型與應用 335

一、情緒的腦模型 335

二、腦的情緒和道德判斷 336

三、情緒研究和 學 336

四、情緒的調節 336

課堂 題 336

復習題 336

拓展閱讀材料 336

第十四章 認知發展的神經機制 338

第一節認知的發展 338

一、感知與

的發展 338

二、幼兒的概念形成與推理 338

三、言語的獲得 339

第二節認知發展與大腦的關系 339

一、認知發展與腦功能的精致化 339

二、認知發展與腦的可塑性 340

三、腦損傷與認知發展

...................................................................................................340

四、兒童與成人的認知神經活動差異 341

五、認知神經交互構造論—發展的認知神經機制 341

第三節未來的研究展望 342

一、揭示腦發育與認知發展的特殊領域間的具體聯系 342

二、研究發育水平與認知發展階段間的特殊聯系 342

三、在研究方法上的互補與創新 342

課堂 題 342

復習題 342

拓展閱讀材料 342

參觀實習 344

287

課堂 題 344

288

前

言

講課的對象：社會學院應用心理學專業課程的性質：限制性選修課

學時：36

課程的主要內容：

1．課程目的：掌握

的研究方法、理論，了解目前

領域的各種研究，

從

視角提出對心理現象的解釋，促進對相關心理學科的學習和理解。

2．課程內容：

概述（2學時）；神經解剖方法和皮層結構的基本原理（2學時）；

前額葉皮層（2學時）；海馬與

（2學時）；功能磁

成像（2學時）；時間相關電位（4學

時）；初級視覺皮層中的顯著圖（3學時）；聽覺認知與信息過濾（2學時）；知覺注意的機制（2

學時）；

過程與其腦機制（2學時）；語言認知的腦基礎（3學時）；視覺意識的神經機制（2

學時）；情緒和大腦（3學時）；認知發展的神經機制（3學時）；參觀實習（2學時）。

課程的教學目標：

讓學生系統掌握

究及結論。

的知識體系及基本的概念、理論，了解常用的研究方法、主要研

重點參考文獻：

1．羅躍嘉主編．

．

：

，2006．

2．GazzanigaMS，IveyRB，MangunGR．CognitiveNeuroscience:theBiologyoftheMind，2002．

3．

、王建紅主編．

原理和方法．重慶

，2003

：

4．朱瀅，陳煊之等譯（2002）．21世紀的心理科學與腦科學．

5．王建軍主譯（2004）．神經科學—探索腦．

：高等教育

教育

6．沈政等譯（1998）．

．

：

7．

主編（1999）．腦功能成像．合肥：中國科學技術大學

289

第一章

概述

本章教學目的和基本要求：通過本章的學習了解

的含義、研究現狀等，從而對

有一個概要性的認識，并為隨后各章的學習打下基礎。

學時分配：兩學時

第一節

一、

是在傳統的心理學、生物學、信息科學、計算機科學、生物醫學工程，以及物理學、數學、哲學等學科交叉的層面上發展起來的一門新興學科，旨在闡明自我意識、思維想像和語

言等人類高級精神活動的神經機制。

二、神經科學的

神經科學的發展經歷了漫長的歷程。源自

克拉底、布羅卡等。

三、認知科學的

1．馮特、華生、拉什利等。

2．四大

：物理符號論、聯結理論、模塊理論、生態現實論。

3．三大研究視角：認知心理學視角、人工神經網絡視角、

視角。

四、

研究技術的發展

1．腦電圖與事件相關電位的發展：英國人RichardCaton于1875年

了有關EEG和誘發電

位（EP）的

。20世紀50年代末隨著計算機在生物學中的應用導致事件相關電位（

）問世。

2．腦磁圖的發展：第一套有

室的腦磁圖系統（MEG）設在麻省理工學院的Fran-cisBitter

Magnetic

。

3．正電子斷層掃描技術：20世紀70年代中期發展起來的核醫學成像技術。

4．功能磁

能檢測技術。

成像的發展：20世紀90年代腦研究領域發展最迅速的一種非侵入性

腦功

5．光學成像技術：時間和空間分辨率已達約5μm的物方元和每秒25幀以上的

速度。

第二節

的研究現狀

一、

的興起

1．神經科學作為一門綜合性學科開始于20世紀50-60年代。

2．1960年國際腦研究組織（IBRO）成立。1962年

規劃”。

麻省理工學院推出了“神經科學研究

3．1969年，

4．70年代末，“

神經科學學會成立；1979年，

的認知科學學會成立。

”一詞開始出現。

5．1994年，

建立

學會；1997年，成立人類腦成像組織。

290

二、國際

研究計劃

1．1990年，

“腦的十年”（1990-1999），“行為的十年”，旨在多學科共同努力，促進

行為和社會科學的研究。

2．1991年，歐洲推出“歐洲腦的十年”。

3．1996年，

提出“腦科學時代”。

4．“人類前沿科學認劃”是耗資100億

計劃鼎足而立的三個重要計劃。

的龐大研究計劃，被認為是與

防御計劃、

歐洲

三、重要研究進展

1．對語言、

、注意等認知功能神經機制研究已取得很大的突破

2．

的定位于突觸

3．視覺注意雙通路理論。

四、

在我國的發展

1．視覺拓撲結構和功能層次

針對知覺信息基本表達的根本問題，

等人系統地發展了“視知覺拓撲結構和功能層次”理

論。

2．視覺整合野

關于大腦視皮層神經元處理大范圍復雜圖像的神經機制存在著一種與處理大范圍復雜圖形特征有關的功能結構。

等最近確定了在初級視皮層中

3．注意、

、思維的認知腦機制

羅躍嘉、魏景漢等人闡明了注意與非注意轉換的腦機制，提出了“注意過濾器可塑性”的新觀點；研究不同范圍提示的視覺空間注意，闡明了視覺搜索的早期調節機制。

4．漢語認知加工

漢語發展性閱讀

中存在不同的亞類型，并通過群體異質性研究，以及缺陷發生的比例，提

出詞素缺陷可能是漢語閱讀

的一個重要類型的觀點。

5．第二語言學習及其腦機制研究

揭示出腦激活強度與學習經驗的非線性聯系，第一次建立起與第二語言音形義聯結對應的腦活動時空模式，為理解經驗導致的腦功能適應性重組提供了直接的科學 。

課堂

題

1．你自己的語言給

學和行為科學相比

下個定義，你認為

是研究什么的，與其他心理

特色。

復習題

1．

2．

？

研究技術有哪些？

談談有關于

我國的

的

國際研究計劃？

研究取得了哪些

成果？

拓展閱讀材料

1．羅躍嘉，魏景漢（2004）．注意的

研究．

：高等教育

291

2．

，王建紅主編（2003）．

原理和方法．重慶：重慶

3．魏景漢，羅躍嘉主編（2002）．認知事件相關腦電位

．

：經濟日報

4．中國

學院院刊

心理

發展研究小組（2001）．認知科學的現狀與發展趨勢．中國科

292

第二章

神經解剖方法和皮層結構的基本原理

本章教學目的和基本要求：通過本章的學習了解常見的神經解剖方法、掌握大腦皮層結構以及相應的功能定位。

學時分配：兩學時

第一節

神經解剖方法

一、單個神經元

1．Golgi法

Golgi于1873年開始使用。

適用于染年輕的腦細胞。

2．細胞內染色法

細胞內注射示蹤劑技術。

用于對靶神經元進行電位

3．電子顯微鏡

用于觀察細胞及亞細胞的微細結構

二、神經元群

1．尼氏染色法

（1）1894年Nissl發明。

（2）用于劃分皮層下核團及皮層區的界限，以及測定細胞數量和密度。

2．免疫細胞化學

用于揭示神經細胞亞群的新方法。

對靶細胞標記相應的抗體。

組織化學

使用成色劑沉淀為酶反應的最終產物，從而揭示細胞和突起對某些物質起正反應的一種技術。

細胞色素氧化酶

標記細胞色素氧化酶呈現為特殊的斑塊形狀。

三、連接

1．Nauto法

（1）1954年，Nauto改進的銀染色法

（2）用于對長距離的連接。

2．順行和逆行示蹤劑

（1）順行示蹤劑：示蹤劑被胞體和樹突攝入，并沿軸突

運送至末梢。

（2）逆行示蹤劑：示蹤劑被末梢攝入，并沿軸突

3．新型順行和逆行示蹤劑BDA；FR

運送至胞體和樹突。

293

四、微環路

腦組織切片上結合進行解剖和生理上的研究，以便在微環路水平研究結構和功能的特性。

五、功能網

1．14C-2-脫氧核糖核酸放射自顯影法：根據成熟神經元不能

糖原，因而它們對能量的需

求完全依賴于血液葡萄糖的供給的原理建立。在系統引入2-DG后，對神經元群的不同刺激導致

2-DG的不同積累程度。可提供較高的分辨率。

2．早早期

：這些

能被特定刺激“啟動”，對這些特定刺激反應的神經元能通過對mRNA

的原位雜交而顯示出來。

六、現代技術

激光掃描共焦顯微鏡：通過位于顯微鏡軸上的小針孔，從一個置于聚焦照明的掃描平面上的組織切片上獲得信號。

雙光子激光掃描顯微鏡：依靠脈沖與生物樣本中的特殊分子的相互作用引起熒光的發射，

光線可深入生物組織，且毒性很小。

3．原位雜交：從組織學上探測神經組織中的功能分子和組成分子

的表達。

4．

操作和 載體：用于引入外源

。

七、

神經解剖

1．損傷一蛻變方法

（1）損傷一蛻變方法是在死后的腦上染蛻變的神經

。

兩半球皮層視覺區通過胼胝體的彼此連接就是用這種方法進行研究。

這種方法不適用于長的外部連接的研究。

2．Golgi染色法

（1）Golgi染色法也能運用于人組織的研究。

（2）此法的主要問題是其比較任意的作用方式（不能

結果）。

（3）尤其是對于長距離連接的研究利用此法難以得到令人滿意的結果。

3．細胞色素氧化酶

在神經元群水平，細胞色素氧化酶（CO）能用來揭示人的視皮層中與功能相關的斑塊和眼優勢柱。

單眼眼球的摘除導致與該眼對應的功能柱的代謝率降低。利用此原理，與兩眼對應的功能柱能被不同地染上色。

免疫細胞化學

與上述連接研究的較大的局限性比較，免疫細胞化學技術已非常成功地被運用于人腦組織的研究中。

電鏡

電鏡已運用于死后人的組織或活檢標本。雖然也有組織保存不太理想標本對比，也提供了一些有用的結果。

受體放射自顯影術

利用死后的組織，能對各種受體所在的層和區域的分布進行研究。

神經成像技術

，但與灌流的動物

DTI技術，可在活的動物及

上

大通路的連接。

294

第二節

腦皮層區域

一、細胞類型

1．皮層區主要由錐體神經元

。

除第1層外，錐體神經元的細胞體分布于其他各層。

錐體神經元的特征是其頂樹突呈放射狀直達軟腦膜表面，典型的錐體神經元的細胞體呈圓錐形。

其他的樹突，即基底樹突從胞體的基部呈放射狀發出。

二、層狀結構

大腦皮層區通常被認為有六層結構。

不同的層含有比例不同的小、中、大型神經元，并且這個比例隨腦區的不同也不相同，不同的層也有不同的連接方式。

三、柱狀結構

新皮層的一個基本特征是柱狀結構。

第三節

腦皮層連接

一、丘腦皮層連接

丘腦皮層連接是外部傳入到初級感覺皮層的一個主要來源；它們對神經元形成特異于感覺道的反應是必不可少。

丘腦皮層連接具有不同的亞感覺道的性質，其常常源于特異于感覺道的丘腦核內的不同的

層。

二、

連接

連接也稱為水平連接，指那些不在白質中穿行并典型地與母神經元留在同一皮層區內的突

觸。

三、皮層-皮層連接

外部連接，或皮層一皮層連接，將位于不同皮層區的神經元相互連接在一起。

靈敏的逆行和順行示蹤劑的發展使得確定母投射神經元（主要為興奮性錐體神經元）及其末梢樹在各層的分布成為可能。

根據這些標準，已區分出三大類皮層，即前饋連接、反饋連接和側連接。

四、等級排列

1．將皮層一皮層連接分為三類的分法已被用來以等級方式排列皮層區。

2．皮層區等級順序的

規則是：一個區在某一給定的“水平”接受從較低水平區來的前饋

連接，發出反饋連接到這些同樣的較低水平的區，并與處在同樣水平的區交換側連接。

3．交互的前饋和反饋連接是建立腦區的等級順序的重要線索。

295

4．等級觀念和存在多個皮層區，以及從低水平區到高水平區反應性質的逐步復雜化是一致的。

它已被用作系統闡述功能結構的一種快捷的方式。

課堂 題

1．

中常用的神經解剖方法？

復習題

試述常用的神經解剖研究方法。

皮層連接的結構和功能如何？

拓展閱讀材料

1．AmuntsK，ZillesK（2001）．Advan

incytorchitectonicmap

ofthehumancerebral

cortex．NeuroimagingClinicsofNor

merica，11：151-169

2．ArianoMA（1997）．Distributionofdopaminereceptors．InNeveKA＆NeveRL（eds），

TheDopamineReceptors．Totowa，NewJersey：HumanaPress，77-103

3．BlasdelGG，

dJS（1983）．Terminationofafferentaxons

acaquestriatecortex．Journal

ofNeuro-science，3：1389-1413

296

第三章

前額葉皮層

本章教學目的和基本要求：通過本章的學習了解前額葉皮層的結構，掌握相應的功能與產生機

制。

學時分配：兩學時

第一節

前額葉皮層的注意力調控功能

一、注意機制

注意在大腦選擇要處理的信息時就起著關鍵的作用。

二、前額葉皮層的功能

當前額葉皮層向顳下回或后頂葉發出“自上而下"的反饋調控時，這些區域的神經元對視覺目

標的反應出現高度的注意選擇性。

三、前額葉損傷的表現

注意力調控能力低下，很難把注意力集中到被特別暗示的事物上，容易受無關刺激的干擾。

第二節

前額葉皮層的學習和

功能

一、前額葉皮層與規則學習

人和動物都能夠根據經驗對不同的環境刺激作出不同的行為反應。

規則學習依賴于在不同的、但行為上相關的信息之間形成聯合關系，因此規則學習也稱聯合學習。

規則學習是前額葉皮層的一個關鍵功能，前額葉皮層神經元的活動反映通過學習獲得的聯合關系。

前額葉腹側部是規則學習的關鍵皮層中樞之一。

二、前額葉皮層與情景

1．情景

則是對生活中所發生事件的自傳性 ，它

著關于事件發生的特定時間和地

點的時間和空間“

”。

2．情景

則需要內側顳葉、大腦皮層

區以及前額葉皮層的共同工作。

3．前額葉皮層在情景

中的重要作用可以通過

情景

的本質來理解。

4．情景

5．

（1）常老化過程中

的本質是

，是關于事件在何時何處發生的 。

依賴于前額葉皮層的

：

錯誤在小孩和老人中很常見，是因為前額葉皮層在

一定程度的損害。

發育中成熟較慢，在正

（2）前額葉皮層受損傷的

6．前額葉皮層在情景

傾向于

在何時、何處學得他們所知道的事情。

中的作用：通過“由上而下”的調控作用，使感覺皮層和其他與前

額葉有解剖

系的腦區“偏好”某些相關的感覺信息。

297

三、前額葉皮層與工作

1．工作

：為了完成某種任務操作，腦內需要主動地保留或復述某種有用信息，即時

的內容需要在時間上得到延續。

2．工作

系統由3個部分組成：（1）

執行機構，（2）視覺空間速寫板，（3）語音回

路。

3．Goldman-Rakic提出了前額葉皮層工作

模塊假說。

第三節

前額葉皮層的行為抑制功能

一、行為抑制功能

1．人類之所以具有社會屬性，是因為人類具有高度發達的前額葉皮層。

2．由于前額葉皮層的抑制性功能，使得

知道不該做的事情不能去做，而前額葉

在社

會及情感行為方面

多個方面的異常。

二、前額葉皮層的行為抑制功能

前額葉

常常不能根據暗示信號調整自己的行為。

三、注意力缺損多動癥與前額葉皮層

前額葉皮層神經元的神經

髓鞘化的作用一是使神經傳導加速。

的髓鞘化要到13-15歲才能完成。

與神經

之間相互絕緣，二是使神經脈沖在神經

上的

3．注意力缺損多動癥：兒童由于前額葉皮層發育尚不成熟，他們常常會

注意力分散，

無意義動作過多，這種情況發展到

，就會出現注意力缺損多動癥（簡稱ADHD）。

盡管ADHD的發病機制可能是多元性的，但前額葉功能的抑制性功能低下是其中的重要原因之一。

腦功能成像研究表明，ADHD兒童的前額葉皮層活動要顯著地低于同齡正常兒童。

第四節

前額葉皮層的行為計劃和策略形成

1．每個人都能夠總結過去、規劃未來，這種能力源自于

高度發達的前額葉皮層。

2．人類和動物的根本區別在于，人類能夠對未來的行為活動事先進行嚴密的規劃，而動物則

不具備這種能力。

3．前額葉

日常行為活動通常是雜亂無章的，缺乏有條不紊的計劃。

4．

通常玩的一些智力

本質上是測試前額葉皮層功能的行為任務：Hanoi塔智力

、

威斯康星卡片分類測試等。

第五節

前額葉皮層的發散性思維能力

1．人具有強大的思維和推理能力，也是源于

高度發達的前額葉皮層。

2．發散性思維是比較低層次的一種思維能力，指腦內枚舉具有相同或類似特征的事物的能力，

它反映了一個人知識的開闊度。

298

3．與正常人相比較，前額葉 的發散性思維能力顯著地低下，他們很難在規定的時間內盡

可能多地寫出具有相同特征的單詞。

課堂

題

1．

行為抑制功能的研究對司法心理學的影響？

復習題

1．

2．規則

3．

規則

？

額皮層的機制如何？

？

情景

4．前額皮層在情景

中的作用是什么？

拓展閱讀材料

1．

121-134

2．

，季今朝，茅正梅（1999）．前額葉皮層與工作

．復旦神經生物學講座，15：

主編，神經生物學．

：高等教育

，396-414

299

第四章

海馬與

本章教學目的和基本要求：通過本章的學習了解海馬及內側顳葉的結構，掌握MTL的功能及

在 機制中的作用，理解海馬在

學時分配：兩學時

過程中的作用機制，掌握

研究的主要研究范式。

第一節

海馬與內側顳葉（MTL）的解剖結構與功能

一、解剖結構

海馬：齒狀回，安蒙氏角和下托；

海馬周邊的區域：內嗅皮質，嗅緣皮質，以及

大部分海馬旁回的皮質。

二、功能

MTL是一個具有高級信息整合功能的重要腦神經結構。

大腦皮質對信息的加工是以由低級到高級的層級性結構的方式來組織的，而MTL則處于這個結構的最終端，即來自額、顳、頂、枕諸皮質的信息將最終會聚于MTL。

3．補充性

系統理論：人腦中存在一快一慢兩個

系統，慢系統依賴于大腦新皮質之間

的直接聯系的形成，而快系統則以MTL為中介。

三、MTL損傷

特點

1．MTL損傷所造成的

是多通道的。

2．MTL的損傷并不會造成短時

的

。

3．MTL的損傷會影響

，但卻對智力的其他方面沒有明顯的影響。

4．MTL的損傷并不會影響穩固的長時

。

5．MTL的損傷并不會影響程序性

和內隱

的形成和保持。

6．MTL的損傷雖然會影響 ，但這并不意味著MTL就是

的“儲藏柜”，事實上，特

定的感知覺

信息并不直接

在MTL之內。

第二節

內側顳葉與聯結的形成

一、Naya的研究（2001）

MTL的作用在于聯結表征于感知區域的各個特定

信息，形成和維持長時

。

二、Henke的研究（1999）與Luo和Niki的研究（2002）

Henke的研究：聯結加工條件相對于深度加工條件而言，伴隨有明顯的MTL的活動，這就證明了MTL參與的是新異聯結的形成，而并非深度的語義信息加工。

Luo和Niki的研究：MTL不參與新異聯系的形成。

解釋：MTL的活動與完成一項認知任務所需調動的信息加工的量有關系

300

第三節

內側顳葉與多重

系統

一、Squire

多重

系統的模型

陳述性

非陳述性

（1）程序

：事實、事件——MTL間腦

：

：紋狀體

啟動效應和知覺學習：新皮層

簡單條件反射：情緒性反應-杏仁核；動作反應—小腦

非聯結性學習：反射通路

二、內側顳葉與多重

系統

MTL在多重

系統中的功能十分有限，它只和陳述性

有關，不負責陳述性

中語義

保持

信息的保持；它只是在情節

的過度而已。

中起作用，負責從即時的工作

緩存向

的語義

三、實驗研究

1．Poldrack等的研究（2001）

（1）有效地將支持情節

的MTL與支持程序性

的紋狀體進行實驗分離。

（2）程序性

條件與程序性

條件與陳述性

條件相比較，伴隨有明顯的紋狀體的活動；而陳述性

條件相比較，則伴隨有明顯的MTL的活動。

（3）提示MTL和紋狀體的功能之間可能存在一種相互競爭的關系。

2．Hartley等的研究（2003）

（1）找路能力好的被試存在著紋狀體與MTL分離，在走老路時紋狀體興奮，找新路時MTL

興奮。

（2）支持基于紋狀體的程序性

與基于MTL的陳述性

相互分離。

第四節

內側顳葉與回憶性經驗

一、回憶性經驗

1．R反應：再認伴隨有豐富的回憶性經驗的再認被稱為R反應。

2．K反應：再認不伴隨有任何的回憶性經驗，基于感知熟悉性的再認被稱為K反應。

3．R反應與K反應的區分最初是由情節

與語義

的劃分的提出者EndelTulving所提出

的。

4．理論上可以認為，R反應的實現必須借助于MTL的功能，因為它不僅僅包含了對刺激物本

身的確認，而且還包含了對于刺激物出現的場景的回憶，是一種豐富的、完整的、在自我意識水平

上實現整合的

表征。

5．研究在再認過程中R反應與K反應的MTL活動，就成了確定MTL與情節

系的重要途徑。

之間的關

301

二、實驗研究與結果

Henson等的研究（1999）

Eldridge等的研究（2000）

3．K反應依靠熟悉性來實現；R反應依靠“再現”來實現。

4．兩種反應與被正確否定的項目相比，都激活了左側前額葉以及左側的頂內溝皮質，但R反應還額外地伴隨有右側MTL以及雙側的前部紡錘狀回的活動。

第五節

MTL與長時

的時效性

一、MTL在長時的陳述性

中的作用的理論假設

1．長時的陳述性

的形成、保持和提取的關鍵，在于一種在參與特定信息加工的相互分離

的新皮質神經元與MTL神經元之間的互動。

2．在新皮質與MTI．之間存在雙向的信息交流，具體的連接方式是新皮質與內嗅皮質，嗅緣皮質和海馬旁回進行雙向的信息溝通，而嗅緣皮質和海馬旁回又會反過來和內嗅皮質形成聯系，內

嗅皮質又最終與海馬進行信息溝通。

3．在新皮質內，鞏固

多神經元聯結在一起。

的關鍵方式是逐漸將

整個心理事件表征的、在空間上分散的諸

4．借助于MTL的中介性聯結而實現的

較為迅速但是容量有限，而借助于新皮質間的直

接聯系而實現的

容量較大但速度緩慢。

5．在

同活動。

痕跡的鞏固過程當中，MTL內的神經元與新皮質內分散的表征特定事件的神經元協

二、MTL在長時的陳述性 中的作用的實驗研究

1．支持MTL在陳述性

中的時效性假設的實驗研究

（1）Zola-M

an和Squire的研究（1990）：如果

是在MTL損傷之前很久就已經形成的，

則MTL的損傷不會影響到

的保持，而如果

是在MTL損傷之前

形成的，則MTL的損

傷會導致

信息的遺忘。說明：

保持對MTL的依賴性逐漸降低。

（2）Stark和Squire的研究：對于近期才

過的地方的回憶，相對于對于遠期

過的地方

的回憶而言，激活了

的MTL的活動，而具體的激活區域在左側的海馬旁回。

2．質疑MTL在陳述性

（1）MorrisMoscovit

中的時效性假設的實驗研究

TL有選擇性地支持有關細節的

，無論

事件發生的時間是

遠還是近，只要是包含豐富的細節的

，就依賴于MTL，反之，就不依賴于MTL。

（2）Rosenbaum等對KC（患者）的自傳體

研究：KC對于其老宅周邊環境的框架性或提

綱性的整體

遠近無關。

保持完好，但有關細節嚴重缺失。說明MTL的作用在于保持細節而與

發生的

（3）Addis等人用腦成像技術研究和比較了

的遠近性和

細節的豐富性對于MTL活動

的影響。結果發現：

的遠近性對于MTL的活動的影響并不明顯，而

細節的豐富性對于

MTL活動的影響則較為明顯。

課堂

題

1．

海馬系統的結構和功能？

302

復習題

1．

2．

MTL？它在

中可能具有哪些功能？

多重

系統模型？MTL在這一系統中起到什么樣的作用？

3．怎樣理解MTL在陳述

中的時效性？

拓展閱讀材料

1．EldridgeLL，KnowltonBJ，FurmanskiCS，BookheimerSY，EngelSA（2000）．Remembering

es：aseleetiveroleforthehippc

usduringretrieval．NatNeurosei，3：1149-1152

2．FortinNJ，wrightsP，EiehenbaumH（2004）．Recolleetion一likememoryretrievalinrats15

dependentonthehippoe

us．Nature，431：188-191

3．HenkeK，WeberB，KneifelS，WieserHG，BuekA（1999）．Humanhippc

usassoiates

information

emory．ProcN

AcadSciUSA，96：5884-5889

4．HensonRN，RuggMD，Shal eT，JosephsO，DolanRJ（1999）．Reeolleetionandfamiliarity

inreeogni－tionmemory：anevent一relatedfunctionalmagnetieresonaneeimagingstudy．JNeurosei，19：3962-3972

303

第五章

功能磁

成像

本章教學目的和基本要求：通過本章的學習，了解功能磁

成像的基本原理，在研究和應用

中存在的缺陷，掌握功能磁

學時分配：兩學時

成像技術的新進展。

第一節

基本原理

一、基本磁 成像物理原理

1．核磁

（NMR）現象

在外部磁場的作用下，物體中的原子核自旋發生磁化，傾向于沿著磁場的方向排列。

Larmor頻率：與Bo的強度按原子核相關的比例常數成比例。

（3）氫核在場強為1T的磁場作用下，氫核的

頻率是42．53MHza通過運用一個按Larmor

頻率變換的磁場，磁化能夠從沿著B。的平衡位置被翻轉，它的成分在垂直于主磁場的方向上以Larmor頻率旋轉，能夠被一個射頻（RF）接收線圈探測到。

（4）總信號的振幅依賴于許多參數，這些參數反過來決定圖像的對比度。

2．梯度磁場

從空間上編碼激發所引起的NMR信號。

梯度磁場是磁場在空間上的線性變換。

Larmor頻率和B。之間的線性關系。

為了從被試物體的不同位置辨別信號，采用梯度控制信號頻率，以便獲得的信號能夠從空間上分離開來。

自旋回波序列

在自旋回波序列或FLASH序列這樣的技術中，每個RF激發后收集一排沿著一維k空間的數據，花數秒到數分鐘的時間完成一幅圖像。

NMR信號衰減

這種衰減由一個時間常數T2*表示。因為通常為了功能對比獲得T2*

像，但由于組織和

氣腔之間磁化率的不同造成T2*變短，在這個區域可能會發生重要信號的遺失。

二、BOLD的生物物理學原理

血氧水平依賴（BOLD）對比與那些T2或T2*依賴的血氧和狀態有關，這可以改變血紅蛋白的磁敏感性。

氧化的血是反磁性的，類似于腦組織；脫氧血紅蛋白是順磁性的，它的出現導致含有這些

分子的區室和其他沒有這些分子的區室之間很大的磁化率差異。

3．紅細胞膜和

T2或T2*。

腔邊界磁化率的差異引起磁場的不均一性，這種磁場不均一性導致縮短的

4．在腦中，血紅蛋白位于

內，它對水質子的影響依賴于質子相對于

的位置。

5．在T2或T2*

成像序列中都能探測到BOLD反應，但是對這些序列反應的特征是不同

的。

304

三、生理學原理

神經活動時腦血流量（CBF）大量增加，超過了氧利用率（CMRO2）的大量增加。

興奮的神經元活動發生時CMRoz/CBF降低，導致降低的R2*，因此對T2或T2*敏感的圖像中信號強度增加。

BOLD對比依賴于對血氧水平的監測，尤其是靜脈血，在腦中它與CBF，CMR02，以及腦血容量（CBV）密切相關。

這三個生理參數之間相互影響，決定BOLD反應，可用公式描述。

四、實驗程序

在功能腦成像研究中，通常是比較兩種狀態，如靜息狀態和活動狀態。

重復時間（TR），TE，切片厚度、空間分辨率、以及切片數目是一些在fMRI實驗中需要考慮的重要的MRI序列參數。

隨著序列參數的選擇，需要決定刺激范式。

五、數據分析

預處理：運動矯正，時間濾波和空間濾波。

探測激活的方法：t檢驗、交叉相關和一般線性模型。

第二節

缺

陷

一、大

污染

1．大的靜脈能產生BOLD反應，而這些靜脈遠離神經活動部位。

2．實驗研究表明fMRI像受大

作用的控制。

3．大

的作用與流入效應有關，BOLD信號在很大程度上來自于神經活動區域的大靜脈。

4．作用相當復雜，不容易消除。

二、生理噪聲

NMR的物理特性產生的噪聲。

總的被試運動產生的噪聲

生理相關的變化產生的噪聲

第三節

新的發展

一、向高場移動

MR圖像本身的信噪比與磁場強度成線性關系。

BOLD對比隨著磁場強度增加。

3．

大小也依賴磁場強度，影響著BOLD信號。

4．fMRI的靈敏度和空間特異性的增加推動了高場系統的建立。

305

二、fMRI信號的早期衰減

血液動力反應可能在空間上比實際的神經元活動部位大，可能影響fMRI的空間特異性。

這種觀點得到內源信號光學成像研究的支持，內源信號光學成像能夠達到高空間分辨率和時間分辨率，并且能夠評定血紅蛋白的氧合狀態。

從fMR和fMRI波譜都可以觀察到初始MR信號降低。

4．fMRI信號衰減與光學成像研究顯示的脫氧血紅蛋白濃度的增加一致，而且對于微

的作

用可能更敏感，因為相對于陽性BOLD反應微

的作用隨場強增加的更快。

5．監測信號衰減不是有限的刺激間隔造成的偽跡。

三、事件相關fMRI

1．最近的研究認為fMRI秒級的時間分辨率的時間限度能進一步推到秒以下的范圍，這種性

能允許監測單個感覺或認知事件時的fMRI信號進展。

2．事件相關fMRI帶來的是功能腦成像發展中

性的進步。

3．事件相關的fMRI中，采用的兩種方法：平均事件相關的fMRI；單刺激法。

四、fMRI和電生理結合

1．與電生理技術（EEG，MEG或

細胞電活動）比較，fMRI的時間分辨率比較低。

將二者結合以獲得高的空間分辨率和時間分辨率。

為了增加EEG重建的空間分辨率，在根據EEG數據重建與腦活動相關的電流偶極子時利用fMRI信息作為優先知識。

4．通過同時

fMRI和

fMRI數據和EEG研究像睡眠期間時腦的自然活動，實現MRI掃描環境中，

EEG。

同時

課堂 題

1． 磁

成像技術的應用與發展？

復習題

1．簡述核磁

成像技術的原理。

2．核磁

成像受到哪些

的影響？

3．目前核磁

成像的發展如何？

拓展閱讀材料

1．CohenMS（1997）．Parametric

6：p．93-103

ysisoffMRIdatausinglinearsysternsmethods．Neuroimage，

2．BandettiniPA，eta（l1993）．ProeessingStrategiesfortime一eoursedatasetsinfunetionalMRI

ofthehumanbra

agnResonMed，30（2）：p．161-173

3．AllenPJ，etal（1998）．IdentifieationOfEEGevents

heMRSeanner：Theproblemofpulse

artifaetandamethodforit

btraetion．Neurolmage，8：P．229-239

306

第六章

事件相關腦電位技術

本章教學目的和基本要求：通過本章的學習了解

的基本概念，掌握

基本技術，熟悉

的主要成分的波形和意義、掌握分析章為整個課程的重點和難點。

學時分配：四學時

結果的方法和技術、了解

研究的

進展。本

第一節基本概念

一、腦電圖

1．腦電圖（EEG）是借助電極從頭皮連續

的交流型電活動。

2．EEG與

的意識水平也密切相關：當大腦活動增加時，EEG節律增高而波幅降低；在清

醒閉目的假寐狀態下，a波出現；在淺睡眠狀態，EEG節律逐漸減慢；當睡眠加深，眼動加快—快

速眼動睡眠（REMsleep）；在深度睡眠中，以波為主；EEG

是

腦

的最主要指標。

二、事件相關腦電位

1．事件相關腦電位（

）：

（1）是與實際刺激或預期刺激（聲、光、電）有固定時間關系的腦反應所形成的一系列腦電

波。

（2）腦電變化十分微弱（0．1-20AV），掩埋在自發腦電位（波幅范圍士100tLV，其頻率

范圍在40Hz左右）中難以觀察，但利用誘發電位固定的鎖時關系，經過計算機的疊加處理，則可

以提取出

2．

成分。

的平均疊加：

在反復呈現相同刺激的過程中，與刺激有鎖時關系的、時間和方向上一致的電位活動逐漸增大，而與刺激無鎖時關系的隨機的背景電活動則相互抵消，逐漸減小。

電壓放大倍數：

放大倍數又稱增益。電壓放大倍數一般是指對異相信號的電壓放大倍數，其數值常用分貝（dB）表示。

時間常數：

時間常數（TC）是對頻帶寬度

時間常數的設定數值直接影響

頻率響應的描述方式。

波形是否失真。

（3）各電生理信號常用的時間常數為：心電時間常數（ECG）1-2s，腦電（EEG）0.3s，肌電（EMG）0.1s，神經動作電位0.05s

5．頻帶寬度：

（1）任何放大器只能對一定頻率范圍內的信號進行正常放大，超過其頻率范圍的信號（即頻率過高或頻率過低的信號）經過放大器后放大倍數就會降低甚至失真。放大器的這個頻率范圍稱為頻帶寬度，用以描述放大器頻帶寬度的曲線稱為頻率響應曲線。

（2）

使用的放大器的頻帶寬度是可以調節的。

6．共模抑制比

（1）共模抑制比（CMRR）又稱辨差比、辨別比，它定義為放大器對異相信號的放大倍數Ad

和對共模信號的放大倍數Ac之比。

307

（2）共模抑制比是放大器對共模信號抑制能力的指標。

第二節

的基本技術

一、刺激材料與刺激程序

1．刺激物分類

視覺刺激：

分類：非圖形刺激；圖形刺激。參數：視角；亮度；照度；對比度

聽覺刺激：

分類：純音；短聲；白噪聲；語音參數：頻率；聲壓級

體感刺激。指 所能承受的微弱脈沖電流。

2．刺激序列

（1）刺激呈現時間：

（a）刺激呈現時間長度與任務難度成反比

（b）當呈現時間短到一定程度，人就不能

啟動研究

感覺到這個刺激，可利用此特性進行非意識的

（c）撤反應，即刺激物

也能導致

波形的微小改變，避免撤反應的措施一是將刺激呈

現時間適當延長或縮短，二是利用相減的辦法。

（2）刺激間隔：SOA：從起點到起點；ISI：從止點到起點。在確定刺激間隔應注意：

（a）短間隔將導致

成分，特別是早期成分的

；

預留足夠被試完成作業的反應時間；

間隔過長可能浪費硬盤空間，并延長不必要的實驗時間；

刺激間隔與任務難度成反比。

（3）

成分的消除：

（a）高通濾波增加可以減弱

在較長潛伏期、較低頻率的部分。

（b）低通濾波采用不同間隔隨機化，可以部分消除鄰近的

3．實驗模式

（1）Oddball模式：

成分，又叫fitter法。

（a）Oddball實驗模式是指采用兩種或多種不同

現的概率顯著不同，讓被試對偏差刺激進行操作反應。

或圖像，不同的刺激持續交替呈現，出

（b）Oddball模式是產生P300，MMN等與刺激概率有關的

成分中，常用的經典實驗模

式。

（c）Oddball模式又分若干亞類：兩種刺激物；同樣兩種刺激物；三種刺激物。

（2）Go-Nogo模式：

（a）Go-Nogo模式：標準刺激與偏差刺激之間概率相等，需要被試反應的刺激叫做Go刺激，不需被試反應的刺激叫做Nogo刺激。

（b）該模式的特點是排除了刺激概率對

的影響，節省了實驗時間，這是它突出的優點；

但也丟掉了因大、小概率差異而產生的

（3）視覺空間注意的經典模式：

數據。

（a）經典視覺注意的實驗范式：閃光隨機呈現于左右視野，讓被試注意某一側而忽視另一側。

308

當被試注意視野左側，而白色光標也出現左側視野時，刺激物誘發的P1與N1成分比注意右側視野的條件明顯增大。

在以上實驗條件下，發現在P1、N1的前面還有一個小成分C1，C1在注意與忽視條件下

其波幅無明顯改變。

（4）

的經典模式：

（a）直接或外顯再認實驗：

經典的再認實驗范式：首先呈現一組項目，被試無需反應；其中一半在隨后的一組中重復呈現，被試對重復出現的項目按鍵反應。

連續再認實驗：呈現的項目中，一半是上一組曾經出現過的，另一半則是下一組將要出現

的，被試分別用左右手按鍵。

連續再認實驗范式與傳統到

再認范式不同，學習與測驗階段混合以便再次呈現項目時

為正負之間的轉換，并且

負荷在量上是連續增加的。

（b）間接或內隱再認實驗：

◆

◆

◆

常見的一種實驗范式為混合呈現詞與非詞，被試的任務是識別詞與非詞。

另一種范式是對某種特定含義的詞反應。

實驗中被試均不對重復出現的

反應，因而這種

是間接的或內隱的。

二、腦電數據

與

1．電極導聯

將頭皮上的一個電極的電位設置為零，這個電極稱為參考電極。

另外一個或多個電極與參考電極的電位差即是該電極的電位值，這些電極叫做

電極。

（3）采用一個公共參考電極與多個

電極的方法叫單極導聯法，腦電

常用此法。

（4） 兩個點之間的相對電位差，稱為雙極導聯法。

2．

電極安放

（1）國際腦電圖學會在40多年前制定了全球

的10-20國際腦電

系統沿用至今。

（2）矢狀線：從鼻根至枕外隆凸的連線，又稱中線。從前往后標出5個 點：Fpz，Fz，

（3）Cz，Pz和Oz，Fpz與Oz各

線全長的1006，其余3點各占20%。

冠狀線：兩外耳道之間的連線。從左至右也是5個點：T3，C3，CZ，C4和Too外側的

T3與T4占10%，其余3點各占20％。CZ是矢狀線與冠狀線的交點，因而常作為基準

點。

（6）為

腦電圖學會（1991）

的標準電極點。

3．

參數

（1）分析時間與基線：根據實驗模式和研究目的設定分析時間，一般經典的

ms之內。刺激發生前的基線常設為100-200ms．

分析多在1000

（2）頻帶寬度：使其僅夠放大擬研究的

信號，落在頻帶外的噪聲與干擾信號則不被放大，

達到排除目的。頻帶寬度一般為0．01，0．05或0．1-40，60或100Hz．

偽跡的排除與校正：眼電是最為常見的偽跡，目前多對其校正，以免丟失過多的腦電數

據。

皮膚阻抗<5k2，參考點的皮膚阻抗尤為重要。

采樣頻率與時間分辨率成正比，例如250Hz的采樣頻率，時間分辨率為4ms．

三、

數據處理與分析

1．波形平均與疊加步驟

309

提取并打開連續腦電文件。

合并任務數據。須保證實驗過程被完整保存。

眼電偽跡校正。

對腦電分段：按照預設的“分析時間”，以刺激物發生為起點，對連續分段。

濾波：排除50Hz干擾，以及其他偽跡。

基線校正：基線校正的目的是在當前波形文件中校正DC偏差。

排除偽跡。

的EEG進行

（8）平均，為使

2．總平均

信號從噪聲中分離出來，必須充分平均疊加。

將同一條件下所有被試的均圖。

3．相減技術

波形進行二次平均。目前文獻

的

結果基本上都是總平

相減技術的運用，對于提取更為純粹的、與心理機制相關的

4．波形、測量與統計

成分具有重要意義。

（1）從一系列波形中判斷有關成分，是

研究的一個技術難關。

波幅與峰潛伏期測量：波幅測基線一波峰值或者波峰一波峰值，潛伏期常以刺激起始點至波峰頂點作為測量點。

一般認為，波幅反映大腦興奮性高低，而潛伏期則是神經活動與加工過程的速度和評價時間。

相減后的波形有時為一個較為平緩的負漂移，例如MMN，其波峰常不明顯，因此峰值

的測量較為

。

目前傾向于采用平均波幅作為指標。

平均波幅測量可用固定法／連續測量法、具體法或間斷法。

四、腦地形圖

腦電地形圖：是指將放大的腦電信號轉換成一種既能定量、又能定性的腦波圖形，可使大腦在某一時間的功能變化與形態定位有機地結合。

分類：

（1）根據腦電信號：EEG頻率地形圖，針對不同的頻段，包括。波、p波、。波，8波和近

年受到關注的40Hz腦電；

波幅地形圖。

根據圖形的色彩或形式：彩色地形圖、灰度地形圖、等高線地形圖。這三種地形圖所表達的內容和信息量基本一致，其差別只在于表現形式的不同。

根據維度：二維地形圖；三維地形圖。

五、源定位分析

極性翻轉：顱內與頭皮電位的極性翻轉，極性翻轉的機制可用偶極子原理解釋。

偶極子定位：是基于電場理論和數學原理，運用計算機處理系統從頭皮表面算顱內發生源位置的一種定位方法。

的電位推

3．分布式源定位模型一電流密度模型：電流密度模型屬于一種分布式源定位方法，具有2個

基本特征：①先以一個三維網格或表面假定源的位置。這樣可以使空間矩陣L在整個擬合過程中保持不變。②數據項D（j）加上模型項M（j）與調整參數λ的乘積得到殘差Δ2。

310

六、主成分分析法（PCA）

1．主成分分析模型：Donchin等提出

的成分是一個“可控制的源和可觀察到的變量”，

并認為

可分解為多個成分的線形結合，其中的每一個都可以獨立地受實驗操作影響。主成分

分析模型是一種線性

多重數字變量矩陣的方法。當應用于一組

時，就會產生一組成分。

2．為有效應用PCA，在被分析的一組

內必須有充分的系統變量。

通常有兩種不同類型的PCA，一種是時間PCA，以時間為刻度用波形表示成分；另一種是空間PCA，按頭皮分布繪成圖。

PCA的首要步驟是依據數據計算相關的矩陣，通常這一步驟要求很嚴格，必須詳細說明相

關矩陣計算的方法和類型。第二步是決定

聲之間頻響位置的多種變量來決定。

余多少成分。有意義成分數目的確定由放置信號與噪

PCA限定的數學是一組成分和一組系數的正交。

根據所代表的實驗變量，來描述一個成分的性質。

進行方差分析（ANOVA）以證明 成分的性質而不是證明實驗效果的顯著性。

8．PCA是一種基本的將使用變量

為少量的獨立成分的方法。

七、獨立成分分析

獨立成分分析（ICA）是把信號分解成若干個相互獨立的成分。

最大熵ICA算法：根據隨機梯度下降的學習算法來實現差熵的最大化，即最大熵ICA算法。

ICA的目的是對由未觀測到的獨立源產生、經未知線性混合而成的觀測信號進行分析，從而復現出原來的獨立源。它用統計學上的方法把觀測的多導隨機信號變換成為統計意義上盡可能獨立的成分。

在腦電信號的測量中，觀察到的信號實際上是若干相對獨立的源信號疊加而成的。因此，

采用ICA方法分解出觀察信號的獨立成分將有助于

把握真正有意義的大腦活動信息。

第三節

成分

一、

成分與命名

1．

成分

（1）如果將刺激前100ms和刺激后1000ms作為觀察時程，

可以看到一系列電位或波形

的變化，每個波形就叫做某個

成分。

（2） 成分 名原則是根據電位的極性與出現順序，或極性與潛伏期。

2．分類

（1）按感覺通道

（a）聽覺成分：各種聲音刺激所產生的

成分，又叫聽覺誘發電位。

（b）視覺成分：各種圖像、文字、閃光所引起的

成分，又叫視覺誘發電位。

（c）體感成分：各種電流脈沖刺激身體的感覺神經，在周圍與中樞神經系統所成分，又叫軀體感覺誘發電位。

按潛伏期

早期成分：包括Ⅰ一VI波，出現在刺激后10ms以內。

中期成分：在刺激后10-50ms的范圍內產生。

晚期成分：P1以后的成分，位于50-500ms。

到的

311

（d）慢波：在刺激發生500ms以后的一系列變化趨勢小而緩的波，其意義尚不十分清楚。

按心理學性質

外源性成分：外源性成分主要與刺激的物理學性質有關，而與人的心理學過程無關。

內源性成分：與腦的認知功能有關的主要是晚成分和慢波。

二、標志性

成分

1．伴隨性負變化：walter等（1964）設置兩個前后相伴隨的單聲與閃光刺激，被試對閃光刺

激作出反應，

到數秒的長潛伏期電位—伴隨性負變化，它是完成同種任務時由期待、意動、動

機、朝向、注意和 等多種心理

綜合

的心理負荷加重。

2．P300：Sutton等（1965）在識別不同聲調時

到一個潛伏期約300ms的正波，稱之為

P300。P300具有明顯的

相關變化。研究表明它是與注意、辨認、決策、

等認知功能有關

的 成分，所以又被稱為認知電位。

3．失匹配負波與加工負波:Naatonen等人采用相減的方法首先提取出失匹配負波和加工負波，

并在1990年提出了注意的腦機制模型和

痕跡理論。

N400:Kutas和Hillyard（1980）首先觀察到N400，他們在令被試閱讀的句子中，25％句子的最后一詞與其前的語境不同，即該尾詞為歧義詞，它誘發出一個潛伏期約400ms的負波N400，主要反映語義等言語認知加工過程。

C1波:在P1與N1之前尚有一個較小的成分—Cl波。在注意與非注意狀態下，其波幅值不

變，其后的PI與N1成分則

明顯的注意增大。源分析確定C1波來源于紋狀體皮質，這也得

到單細胞

的證實。C1波不受注意的影響，反映了初級感覺皮層是注意效應的最早加工部位。

6．LRP:LRP（偏側化準備電位）是與運動準備相關的一個腦電成分。

課堂

題

1．

EEG和

有何異同？

復習題

1．

2．

3．

？它有哪些重要參數？

的基本技術包括哪些內容？

ODDBALL模式？

數據進行處理？

GONOGO模式？

4．如何對

5．

6．

腦地形圖？

主成分分析法？

7．目前研究發現了哪些

成分？

拓展閱讀材料

1．羅躍嘉（1996）．事件相關電位P300成分對腦功能康復的評定作用，中國康復理論與實踐，

2（2）：79-83

2．羅躍嘉，魏景漢（1996）．注意

研究現狀與爭論．心理學動態，4（4）：7-11

羅躍嘉，魏景漢（1997a）．跨感覺通道的

羅躍嘉，魏景漢（1997b）．選擇性注意的

注意成分研究．心理學報，29（2）：192-201

研究方法，心理科學，20（6）：553-554

5．魏景漢，范思陸（1991）．關于CNV是復合波的直接證明．心理學報，23（1）：69-73

6．魏景漢，羅躍嘉（2002）．事件相關腦電位．

：經濟日報

7．

，

（1992）．神經生理學，合肥：中國科技大學

312

第七章

初級視皮層中的顯著圖

本章教學目的和基本要求：通過本章的學習了解初級視皮層中的顯著圖的概念和理論，掌握

V1模型及相關的驗證實驗。學時分配：三學時

第一節

基本概念

一、視覺信息與加工

1．視覺輸入信息

某些方面進行細節加工。

數據，而視覺系統的計算資源又有限，只能選擇性地對輸入信息的

2．對于大量的視覺信息來說，通過自下而上的機制來完成，計算效率將更高。

二、顯著圖

1．將自下而上的機制和自上而下的機制區分開來，并且只考慮一幅僅由自下而上機制

視野顯著圖。

的

2．在這幅圖上，有著更高量級值的位置能夠吸引

的注意，從而得到進一步加工。

鑒于這種功能，無論任一個視覺位置處的實際特征是什么，它的顯著程度都應該能在此顯著圖上表示出來。

某個位置上一個紅點的顯著度與另一個位置上一個黑色垂直光條的顯著度便有了可比性。

這幅顯著圖本質上也應該依賴于視覺畫面的組織。

這樣的顯著圖在視覺功能中的重要性是非常明顯的。

三、基本假設

顯著圖的建立可以通過組合一些分散特征圖的信息來完成。

根據此類假設，特征圖在整個輸入畫面內表征單一視覺特征，然后所有特征圖組合起來，一幅主圖，用于表征與真實特征無關的顯著性。

每個單獨的特征圖先算出該特征的空間對比度（通過競爭過程），然后不同特征圖的輸出

被疊加起來，

一個主顯著圖。

4．這些理論都沒有明確

與顯著圖有關的神經機制和皮層區域。

四、理論

1．初級視皮層（V1）能形成這樣一個顯著圖：對給定視覺畫面，V1輸出神經元的

著相應經典感受野內視覺輸入的顯著值而單調遞增。

率隨

2．提供V1輸出的神經

視覺輸入。

主要來自于第2，3層的錐體細胞，它們在相對小的CRF內接收

3．水平皮層內連接使每個錐體細胞的反應既依賴于其經典感受野內的輸入強度，又依賴于周

圍刺激，從而對顯著性的計算進行調節。

313

第二節

以一個VI模型來模擬顯著圖

一、V1模型

模型描述：是目前唯一一個具有生物學基礎的，對質地分割、輪廓增強以及跳出效應這三類任務都能解釋的，用于詮釋周邊影響的模型。

將此模型應用于視覺搜索任務并假設，執行某個任務的難易程度取決于該任務中目標的顯著度。

這個模型構建于已知的解剖學和生理學知識之上，包括對于VI區內神經元件和水平皮層內

交互作用的認識。

二、生理學效應

1．在V1生理學中觀察到的與輪廓整合和質地分割有關的興奮性及抑制性周邊影響，可以被

這個模型所

。

2．同向抑制：當一個模型細胞對其CRF內一個高對比度光條做出反應時，如果該光條被其他

具有相同朝向的光條所圍繞，則這個細胞的反應被抑制。

3．輪廓增強效應：當CRF內的光條與周圍的光條連接在一起，

細胞的反應增強。

一個平滑的輪廓時，模型

一個被水平光條圍繞的垂直光條（“跳出”目標）或者位于質地邊界處的光條會誘發出更強的細胞反應。

由于輪廓增強效應，垂直質地邊界處的垂直光條比同一質地邊界處的水平光條誘發出更強

的細胞反應。

三、產生機制

對于輸入圖形中的一個視覺單元i，觀察其顯著度應結合一個大的或整個的輸入圖形。

顯著度：在具體實驗數據中，視覺單元i的顯著性順序，稱為顯著度，可以通過計算z分數來得到。

各種質地邊界或平滑輪廓的z分數也能夠計算出來。

4．視覺搜索任務應隨著目標的z分數增大而變得容易，但前提是排除了自上而下的影響

如搜索因特別的知識而中止。

，

第三節

通過視覺搜索任務檢驗顯著圖理論

一、非均勻背景

1．V1區中這種朝向或者特征特異性的周邊影響為特征整合理論或相關的質地子理論提供了可信的神經基礎。

2．z分數大于等于3的目標將從圖形中跳出，z分數小于0的目標需要串行性搜索。而當目標

的z分數介于這兩個

對的串行性。

之間，特別是位于兩者正中時，其所需的搜索既非純粹的并行性，亦非絕

314

二、均勻背景

均勻的背景使得各單元誘發的反應S間差異變小，導致σs變小。這將使一個中度顯著

（0<z<2）目標的z分數提高，而變得更加顯著。

背景的不規則性可能由兩個原因造成：干擾物的隨機空間分布和／或干擾物間的不相似性，使得周邊影響很嘈雜。

第四節

視覺搜索微弱不對稱的例子

一、垂直光條中的

比

中的垂直光條更容易被發現。

二、在其他的搜索不對稱性例子中，不對稱的程度要弱得多

三、目標和干擾物的

互換只給搜索難易帶來微弱的改變。

第五節

從心理物理學角度

V1的生理學與解剖學特性

一、基本視覺特征

基本視覺特征：具有某“基本特征”的目標，將從缺乏該特征的干擾物背景中跳出。

必需的兩個神經基礎：

一群V1細胞，選擇性地對應于此特征維度上不同的值，或者說，被該特征維度調節，以 特征值；

水平皮層內連接強度能被突觸前及突觸后細胞在這個特征維度上的最優值所調節，以至

于，同特征抑制，或者它的缺失，可以表現在細胞反應強度上。

二、

V1

1．

的必要條件：

若V1細胞同時（或聯合地）被兩個特征維度的特征值所調節，如朝向和運動；

若水平連接同時（或聯合地）被突觸前、突觸后細胞在兩個特征維度上的最優特征值（如垂直朝向和向右運動）所調節。

2．做出聯合反應