腦功能成像技術(shù)在心理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

腦功能成像技術(shù)在心理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五1腦成像技術(shù)的成熟與心理學(xué)的發(fā)展1.1腦是心理的器官要更好地了解心理，就要更好地了解腦1.2怎樣研究心理的腦機(jī)制？1.2.1創(chuàng)傷性動(dòng)物實(shí)驗(yàn)1.2.2對(duì)腦損傷患者的觀察1.2.3腦功能成像技術(shù)無創(chuàng)性：可以安全地對(duì)正常人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)高空間分辨率：能對(duì)相關(guān)腦組織進(jìn)行精確的定位高時(shí)間分辨率：能準(zhǔn)確地反映大腦的動(dòng)態(tài)過程

——腦成像技術(shù)使人類有史以來第一次能直接觀察到大腦的認(rèn)知活動(dòng)和工作過程，有如研究腦功能的“顯微鏡”和“望遠(yuǎn)鏡”。第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2主要的腦功能成像技術(shù)2.1事件相關(guān)電位(event-relatedpotentials,ERPs)2.1.1ERPs技術(shù)原理2.1.2ERPs技術(shù)的特點(diǎn)2.2正電子發(fā)射斷層掃描(positronemissiontomography，PET)2.2.1PET技術(shù)原理2.2.2PET技術(shù)的特點(diǎn)2.3功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)2.3.1fMRI技術(shù)原理2.3.2fMRI技術(shù)的特點(diǎn)第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3腦功能成像技術(shù)的應(yīng)用3.1ERPs實(shí)驗(yàn)案例：P300與測(cè)謊3.1.1研究假設(shè)3.1.2實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果3.2PET實(shí)驗(yàn)案例：人類言語活動(dòng)定位的PET研究3.2.1任務(wù)設(shè)計(jì)3.2.2研究思路3.2.3研究結(jié)果3.3fMRI實(shí)驗(yàn)案例：關(guān)于道德判斷的fMRI研究3.3.1問題的提出3.3.2實(shí)驗(yàn)過程3.3.3結(jié)果與討論第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.1.1ERPs技術(shù)原理腦電圖(EEG)大腦工作時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞中離子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，在頭皮表面形成微弱的（μV級(jí)）電位，這些電位可以通過高靈敏度電極和放大器探測(cè)并記錄下來ERP與ERPsERP：一個(gè)概念事件相關(guān)電位(Event-relatedpotential,ERP)ERPs：一種腦成像技術(shù)利用ERP的固定時(shí)間關(guān)系，即“鎖時(shí)”(time-locked)關(guān)系，經(jīng)過計(jì)算機(jī)疊加處理，提取出與某種特定刺激相對(duì)應(yīng)的ERP成分ERPs實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五事件相關(guān)電位(Event-relatedpotential，ERP)事件相關(guān)電位是一種特殊的腦誘發(fā)電位誘發(fā)電位(EvokedPotentials，EPs)是指給予神經(jīng)系統(tǒng)（從感受器到大腦皮層）特定的刺激，或使大腦對(duì)刺激（正性或負(fù)性）的信息進(jìn)行加工時(shí)，在該系統(tǒng)和腦的相應(yīng)部位產(chǎn)生的可以檢出的、與刺激有相對(duì)固定時(shí)間間隔（鎖時(shí)關(guān)系）和特定位相的生物電反應(yīng)誘發(fā)電位的特征在特定的部位才能檢測(cè)出來有其特定的波形和電位分布其潛伏期與刺激之間有較嚴(yán)格的鎖時(shí)關(guān)系，在給予刺激時(shí)幾乎立即或在一定時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)出現(xiàn)第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五ERPs實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.1.2ERPs技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)直接反映了神經(jīng)的電活動(dòng)時(shí)間分辨率極高（毫秒級(jí)），幾乎達(dá)到實(shí)時(shí)完全無創(chuàng)設(shè)備造價(jià)較低，使用、維護(hù)方便缺點(diǎn)空間分辨率較低（厘米級(jí)）第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.2.1PET技術(shù)原理PET的技術(shù)原理將同位素示蹤劑通過靜脈注射到人體中示蹤劑隨血液循環(huán)可到達(dá)全身，并持續(xù)發(fā)射正電子，正電子釋放后與人體內(nèi)的電子相遇并湮滅，產(chǎn)生兩個(gè)背對(duì)背光子這對(duì)光子具有確定的能量(511keV)，能穿透人體并被環(huán)繞人體的PET探測(cè)器測(cè)到，顯示出正電子的位置信息，于是人們就可以對(duì)血流方向和流量進(jìn)行追蹤當(dāng)認(rèn)知活動(dòng)在大腦的某一特定部位進(jìn)行時(shí)，該部位新陳代謝加劇，所需的血流量便會(huì)增加，此時(shí)就可用PET技術(shù)確定與特定認(rèn)知活動(dòng)相關(guān)的激活區(qū)域PET實(shí)驗(yàn)儀器第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.2.2PET技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)空間分辨率高于ERPs，可達(dá)4-6mm缺點(diǎn)成像時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致時(shí)間分辨率低被試需接受放射性物質(zhì)注射系統(tǒng)造價(jià)極高第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.3.1fMRI技術(shù)原理血氧水平依賴(BOLD)效應(yīng)神經(jīng)活動(dòng)興奮性水平增強(qiáng)時(shí)，局部腦組織血流、血流容積、以及血氧消耗均增加，但增加的比例不同，腦血流量增加超出血流容積2-4倍，而氧耗量?jī)H輕微增加，血流量增加超出了氧耗量的增加。這種差異導(dǎo)致腦激活功能區(qū)的靜脈血氧濃度升高，使該區(qū)域的磁共振信號(hào)明顯強(qiáng)于其它非活動(dòng)的區(qū)域，此效應(yīng)稱為血氧水平依賴效應(yīng)(bloodoxygenationleveldependent,BOLD)利用快速磁共振技術(shù)，就可以將大腦這一短時(shí)間內(nèi)的變化檢測(cè)出來，這就是功能性磁共振成像技術(shù)fMRI實(shí)驗(yàn)設(shè)備第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.3.2fMRI技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)信號(hào)直接來自腦組織功能的變化，完全無創(chuàng)可以同時(shí)提供大腦結(jié)構(gòu)和功能的圖像空間分辨率極高（毫米級(jí)）缺點(diǎn)由于檢測(cè)的是滯后于神經(jīng)活動(dòng)的氧信號(hào)，時(shí)間分辨率較低（秒級(jí)）實(shí)驗(yàn)環(huán)境較封閉，不適合幽閉恐懼者掃描噪聲巨大，無法使用聽覺刺激系統(tǒng)造價(jià)高第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.1.1研究假設(shè)ERPs成分研究的成果：對(duì)P300波的認(rèn)識(shí)P300是事件相關(guān)電位(ERP)中，潛伏期在300ms左右的晚期正向波，一般認(rèn)為該電位與認(rèn)知過程有關(guān)，并且是由“有意義的事件”所引起P300的兩個(gè)重要指標(biāo)潛伏期：反映對(duì)刺激物評(píng)價(jià)或分類所需要的時(shí)間波幅：與接受的刺激信息量正相關(guān)，它反映了刺激的信息量和大腦耗費(fèi)能量的多少如：熟人面孔比生人面孔包含更多信息熟人面孔：面孔識(shí)別中的結(jié)構(gòu)碼、身份語義碼和姓名碼等生人面孔：圖形碼、視覺語義碼因此，熟人的面孔引起的P300波波幅更大第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五P300潛伏期波幅第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.1.1研究假設(shè)用P300波測(cè)謊的原理假設(shè)：只有真正的罪犯才充分掌握有關(guān)的犯罪細(xì)節(jié)那么：與案件相關(guān)的實(shí)物或場(chǎng)景照片刺激對(duì)罪犯蘊(yùn)涵有更多的信息，也就必然會(huì)引出P300波幅高值因此：可以將案情有關(guān)的和無關(guān)的事件編成一個(gè)刺激序列，根據(jù)兩者引出的P300波幅的高低來判定被試是否為真正的罪犯相應(yīng)的研究假設(shè)當(dāng)以與案情有關(guān)的事件或事物為靶刺激時(shí)對(duì)于罪犯來說，它含有更豐富的信息，靶刺激的P300波幅高于對(duì)照刺激P300波幅對(duì)無辜者來說，靶刺激與對(duì)照刺激的信息量是一樣的，兩者的P300波幅應(yīng)無太大差別第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.1.2實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果被試分組模擬盜竊組指定人(A)向被試交待如下盜竊過程并要求其完成模擬者戴上一付染有墨跡的手套(B)手持一把帶有標(biāo)記的鉗子(C)到指定現(xiàn)場(chǎng)熟悉周圍環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)房門(D)的特點(diǎn)破門而入，觀察房間布置及布局(E)找出其上放有一束花的保險(xiǎn)箱(F)用鉗子將保險(xiǎn)箱打開，取出其中的金項(xiàng)鏈(G)返回時(shí)突然出現(xiàn)一人(H)并與盜竊者相遇要求模擬者對(duì)上述程的A~H的特征記憶清楚并復(fù)述對(duì)照組：從未到過模擬盜竊現(xiàn)場(chǎng)第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.1.2實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果腦電記錄時(shí)間：模擬盜竊后2-3天刺激類型無關(guān)刺激：與盜竊過程無關(guān)，被試也未見過的照片靶刺激：與模擬盜竊無關(guān)，要求被試事先記憶的照片探測(cè)刺激：與模擬盜竊有關(guān)的照片被試任務(wù)判斷呈現(xiàn)的照片是否是靶照片如果靶照片出現(xiàn)，就按鼠標(biāo)左鍵對(duì)其它照片不需要做任何反應(yīng)第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.1.2實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照組P300波幅分析靶照片vs.探測(cè)照片：有顯著性差異探測(cè)照片vs.無關(guān)照片：無顯著性差異三者關(guān)系：靶照片>探測(cè)照片≈無關(guān)照片模擬盜竊組P300波幅分析靶照片vs.探測(cè)照片：無顯著性差異探測(cè)照片vs.無關(guān)照片：有顯著性差異三者關(guān)系：靶照片≈探測(cè)照片>無關(guān)照片識(shí)別率：100%（文獻(xiàn)來源：周亮等.P300用于模擬盜竊測(cè)謊的實(shí)驗(yàn)性研究.中國臨床心理學(xué)雜志,1999,1）第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.2.1任務(wù)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)來源PetersenSE,FoxPT,PosnerMI,MintunM,RaichleME.Positronemissiontomographicstudiesofthecorticalanatomyofsingle-wordprocessing.Nature,1988;331:585-589實(shí)驗(yàn)任務(wù)任務(wù)1:看名詞（如“錘子”）任務(wù)2:聽名詞任務(wù)3:說出名詞（讓被試說出看到或聽到的名詞，該過程包括單詞感知和言語運(yùn)動(dòng)）任務(wù)4:產(chǎn)生動(dòng)詞（如看到“錘子”則說出“敲打”）控制任務(wù):要求被試注視一個(gè)十字符號(hào)，作為基線水平第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.2.2研究思路研究的關(guān)鍵：減法設(shè)計(jì)以言語感知（看和聽）狀態(tài)下的區(qū)域腦血流減去基線水平的區(qū)域腦血流，得到——純粹感知單詞狀態(tài)下的區(qū)域腦血流以言語運(yùn)動(dòng)任務(wù)時(shí)的區(qū)域腦血流減去相應(yīng)的言語感知狀態(tài)下的區(qū)域腦血流，得到——純粹的“說出名詞”的區(qū)域腦血流以完成聯(lián)想任務(wù)時(shí)的區(qū)域腦血流減去言語運(yùn)動(dòng)任務(wù)的區(qū)域腦血流，得到——純粹的“產(chǎn)生動(dòng)詞”的區(qū)域腦血流第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.2.3研究結(jié)果聽名詞說名詞看名詞產(chǎn)生動(dòng)詞第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.3.1問題的提出文獻(xiàn)來源GreeneJD,SommervilleRB,NystromLE,etal.AnfMRIinvestigationofemotionalengagementinmoraljudgment.Science,2001,293:2105-2108問題的提出道德心理學(xué)中長(zhǎng)期存在的理性主義傳統(tǒng)強(qiáng)調(diào)理性在道德判斷中的作用兩個(gè)難題的挑戰(zhàn)電車難題vs.天橋難題問題的提出為何在電車難題中，幾乎每個(gè)人都斷定為五個(gè)人犧牲一個(gè)人是可以接受的，但在天橋難題中卻不行？第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五電車難題在如圖所示的三岔道口，前方的兩條軌道中，左邊一條上站著五個(gè)人，右邊一條上站著一個(gè)人。這時(shí)有一列失控的有軌電車飛奔而來，如果不扳道岔，電車將筆直行進(jìn)，沖向左邊的軌道，壓死五個(gè)人。如果扳動(dòng)道岔，電車將改變方向，沖向右邊的軌道，壓死另一個(gè)人。請(qǐng)你決定，這時(shí)是否應(yīng)該扳道岔，將電車引向另一條軌道，壓死上面的那一個(gè)人？第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五天橋難題一條筆直的軌道前方站著五個(gè)人，此時(shí)，一列失控的有軌電車飛奔而來，前方五人處于危險(xiǎn)之中。在電車和五個(gè)人中間，隔著一座天橋，橋上站著一位陌生的大胖子。拯救這五個(gè)人的唯一辦法，是把這個(gè)大胖子推下天橋，電車將他撞死后就會(huì)停下來。請(qǐng)你來決定，是否應(yīng)該把這個(gè)人推下橋去，以拯救另外五個(gè)人？第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.3.2實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)材料：三組問題與人身密切相關(guān)，可能會(huì)調(diào)動(dòng)感情的道德難題“天橋難題”及類似的道德難題偷了一個(gè)人的內(nèi)臟器官去拯救五個(gè)人，是否應(yīng)該？在救生艇因超載面臨沉沒時(shí)，是否應(yīng)該把某個(gè)人扔到海里？與人身關(guān)系不密切或無關(guān)的，非人化的道德難題“電車難題”及類似的道德難題撿到了錢，該不該還給失主？空白對(duì)照組，與道德無關(guān)的難題出門旅行，是坐汽車還是坐火車好？第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.3.3結(jié)果與討論行為層面：反應(yīng)時(shí)記錄對(duì)于非道德難題和非人化道德難題（電車難題）回答“應(yīng)該”者與回答“不應(yīng)該”者的反應(yīng)時(shí)無顯著差別對(duì)于與人身密切相關(guān)的道德難題（天橋難題）回答“應(yīng)該”者所花的時(shí)間比回答“不應(yīng)該”者長(zhǎng)得多這一差別反映出理智戰(zhàn)勝感情的過程第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3.3.3結(jié)果與討論神經(jīng)機(jī)制層面：fMRI的掃描結(jié)果與判斷非人化道德難題和非道德難題時(shí)相比較，判斷與人身關(guān)系密切的道德難題時(shí)更活躍的腦區(qū)是BA9/BA10-額內(nèi)側(cè)回；BA39-角回；BA31-扣帶后回在上述比較中更不活躍的