基于功能磁共振技術(shù)的腦記憶問題的研究

1、基于功能磁共振技術(shù)的腦記憶基于功能磁共振技術(shù)的腦記憶問題的研究問題的研究生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 依據(jù)功能磁共振技術(shù)，以獨立成份分析的信號處理為基礎(chǔ)，研究腦的高分辨率功能成像，進(jìn)一步開展人腦記憶的應(yīng)用研究。 研究的主要目標(biāo)：研究的主要目標(biāo)：研究的主要方向研究的主要方向1. 獨立成份分析技術(shù)的研究2. fMRI腦高分辯成像的技術(shù)研究3. 基于fMRI的腦功能定位技術(shù)研究4. 基于fMRI技術(shù)的人腦記憶的研究研究背景研究背景1. 功能磁共振成像（fMRI） 是研究腦認(rèn)知的新手段，是目前人們掌握的唯一無侵入、無創(chuàng)傷、可精確定位的研究手段，已受到神經(jīng)、認(rèn)知和臨床等領(lǐng)域的極大關(guān)注，目前已成為

2、這些領(lǐng)域研究的一大熱點，僅國際著名雜志science和Nature上就已發(fā)表了100多篇論文和評論。已經(jīng)從90年代初單純研究單刺激或任務(wù)的大腦皮層功能定位,發(fā)展到目前的多刺激和(或)任務(wù)在腦內(nèi)的功能區(qū)或不同功能區(qū)之間的相互影響;從對感覺和運動等低級腦功能的研究,發(fā)展到對高級思維和心理活動等高級腦功能的研究。 目前大量的研究還停留在用fMRI技術(shù)來顯示神經(jīng)活動水平上，進(jìn)一步的工作包括大腦高級功能的fMRI研究,如語言、學(xué)習(xí)、記憶、分析、思考等問題,仍需要新的理論與大量的實驗深入研究 。 學(xué)習(xí)和記憶是大腦高級功能之一,一般認(rèn)為:學(xué)習(xí)是指經(jīng)驗(行為習(xí)慣、感知、思維)的獲得或發(fā)展;記憶是指經(jīng)驗的保存和

3、再現(xiàn)。它們是兩個不同又密切聯(lián)系的神經(jīng)生物過程。學(xué)習(xí)和記憶的腦機(jī)制主要包括神經(jīng)生理機(jī)制和神經(jīng)生化機(jī)制。前者著重探討記憶在腦中的定位及其伴隨的生物電活動規(guī)律;后者主要闡述神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽及生物大分子對學(xué)習(xí)和記憶的作用及其機(jī)制。 2.2.學(xué)習(xí)和記憶學(xué)習(xí)和記憶3.大腦的記憶1)構(gòu)成新記憶的細(xì)胞機(jī)理是什么（What are the cellular mechanisms used to form new memories? ）2)記憶衰退變化過程中細(xì)胞的機(jī)理是怎樣的（How does the aging process alter these cellular mechanisms? ）3) 在個人的衰

4、老中，如果是逆向的,我們的記憶能恢復(fù)（If we reverse age-associated cellular changes, can we restore memory in aging individuals）?動物實驗和心理學(xué)的研究表明動物實驗和心理學(xué)的研究表明： 前額葉與記憶功能有密切關(guān)系，參與順序組織，源記憶，工作記憶，抑制無關(guān)信息的干擾。組織計劃有意識的活動，問題的解決。 但動物實驗和心理學(xué)畢竟有其局部性，例如損傷的定位并不精確，而損毀模型有時無法確定損傷病人可由于受損部位造成的，還是損傷后具有不同于正常的代償機(jī)制，另外，觀測腦損傷病人可以確定某一認(rèn)知功能，但所不能區(qū)分的是加工

5、過程中的那一段受損。 腦功能成像腦功能成像在這方面有獨特的優(yōu)勢，采用這一技術(shù)可以觀測正常人在完成認(rèn)知任務(wù)時腦功能的動態(tài)變化，并且很好地區(qū)分編碼和提取這兩種加工過程。4.記憶研究的分類工作工作記憶記憶情節(jié)情節(jié)記憶記憶語義語義記憶記憶程序程序記憶記憶知覺知覺表征表征記憶記憶腦功能成像的研究: 主要集中在闡各記憶系統(tǒng)所依賴的神經(jīng)基礎(chǔ)，以及參與信息獲取，存儲和提取的主要腦取1) 工作記憶系統(tǒng)：工作記憶系統(tǒng)： (Baddeley, 1992) ）由中央執(zhí)行系統(tǒng)由中央執(zhí)行系統(tǒng)和和語音環(huán)，視覺空間存儲語音環(huán)，視覺空間存儲兩個兩個用于存儲信息的子系統(tǒng)組成用于存儲信息的子系統(tǒng)組成2) 空間記憶假設(shè)： （Joni

6、des,1993) 空間信息轉(zhuǎn)入后在枕葉形成內(nèi)源性影像，然后在頂葉對空間信息進(jìn)行加工，最后有前額葉暫時存儲信息(1) 工作記憶工作記憶 (短時記憶短時記憶）(2） 情節(jié)記憶情節(jié)記憶 情節(jié)記憶是對個體本人所經(jīng)歷的事件和情景的記憶，記憶內(nèi)容常常較為深動。（3）語義記憶）語義記憶 是對周圍世界一般知識（英文單詞，數(shù)學(xué)公式）的記憶。（4） 知覺表征記憶知覺表征記憶 是指先前刺激對隨后出現(xiàn)的相同或類似的刺激的識別（5）程序記憶）程序記憶 不依賴意識的參與，如運動學(xué)習(xí)是一種典型的程序記憶。今后腦功能研究的一個重要方向：今后腦功能研究的一個重要方向： 探討不同記憶系統(tǒng)之間的相互關(guān)系和在記憶過程中不同腦區(qū)之間

7、的相互作用。 獨立成份分析(ICA) 是一項把混合信號分解成具有統(tǒng)計獨立性成份的新技術(shù)。ICA近年已在生物醫(yī)學(xué)和雷達(dá)等領(lǐng)域的信號分離中展示了很好的應(yīng)用前景。 特別是，ICA在對腦電(EEG)和fMRI的功能信號的提取中取得了令人興奮的成就，但仍然是很初步的,還有必要進(jìn)一步進(jìn)行相應(yīng)的理論研究。腦功能信號提取技術(shù)腦功能信號提取技術(shù)獨立成份分析技術(shù)的研究獨立成份分析技術(shù)的研究ICA本實驗室結(jié)果ICA voice separateTerrtyScottTe- WonTzyy-PingfMRI腦高分辯成像的技術(shù)研究腦高分辯成像的技術(shù)研究腦功能定位技術(shù)研究腦功能定位技術(shù)研究fMRI實驗實驗設(shè)備設(shè)備視覺刺激腦功能定位結(jié)果本實驗室結(jié)果閾值0.45 (閾值0.55) 基于基于fMRI技術(shù)的人腦記憶的研究技術(shù)的人腦記憶的研究maintenance of items in spatial working memory (green)selection of an item from working memory (red) James B. Rowe et al. Science paper 2001工