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1頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1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(wú)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(guò)程

——腦成像技術(shù)使人類有史以來(lái)第一次能直接觀察到大腦的認(rèn)知活動(dòng)和工作過(guò)程，有如研究腦功能的“顯微鏡”和“望遠(yuǎn)鏡”。第2頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2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3頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3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(guò)程及結(jié)果3.2PET實(shí)驗(yàn)案例：人類言語(yǔ)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(wèn)題的提出3.3.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程3.3.3結(jié)果與討論第4頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.1.1ERPs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(guò)高靈敏度電極和放大器探測(cè)并記錄下來(lái)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(guò)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5頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四事件相關(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(lái)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6頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第7頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第8頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第9頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四ERPs實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)第10頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.1.2ERPs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(wú)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11頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.2.1PET技術(shù)原理PET的技術(shù)原理將同位素示蹤劑通過(guò)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12頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第13頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第14頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.2.2PET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15頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.3.1fMRI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(lái)，這就是功能性磁共振成像技術(shù)fMRI實(shí)驗(yàn)設(shè)備第16頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第17頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.3.2fMRI技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)信號(hào)直接來(lái)自腦組織功能的變化，完全無(wú)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(wú)法使用聽(tīng)覺(jué)刺激系統(tǒng)造價(jià)高第18頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.1.1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(guò)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(yǔ)義碼和姓名碼等生人面孔：圖形碼、視覺(jué)語(yǔ)義碼因此，熟人的面孔引起的P300波波幅更大第19頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四P300潛伏期波幅第20頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.1.1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(wú)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(lái)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(lái)說(shuō)，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(wú)辜者來(lái)說(shuō)，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(wú)太大差別第21頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)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(kāi)，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(guò)模擬盜竊現(xiàn)場(chǎng)第22頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)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(wú)關(guān)刺激：與盜竊過(guò)程無(wú)關(guān)，被試也未見(jiàn)過(guò)的照片靶刺激：與模擬盜竊無(wú)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23頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)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(wú)關(guān)照片：無(wú)顯著性差異三者關(guān)系：靶照片>探測(cè)照片≈無(wú)關(guān)照片模擬盜竊組P300波幅分析靶照片vs.探測(cè)照片：無(wú)顯著性差異探測(cè)照片vs.無(wú)關(guān)照片：有顯著性差異三者關(guān)系：靶照片≈探測(cè)照片>無(wú)關(guān)照片識(shí)別率：100%（文獻(xiàn)來(lái)源：周亮等.P300用于模擬盜竊測(cè)謊的實(shí)驗(yàn)性研究.中國(guó)臨床心理學(xué)雜志,1999,1）第24頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.2.1任務(wù)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)來(lái)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(tīng)名詞任務(wù)3:說(shuō)出名詞（讓被試說(shuō)出看到或聽(tīng)到的名詞，該過(guò)程包括單詞感知和言語(yǔ)運(yùn)動(dòng)）任務(wù)4:產(chǎn)生動(dòng)詞（如看到“錘子”則說(shuō)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25頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.2.2研究思路研究的關(guān)鍵：減法設(shè)計(jì)以言語(yǔ)感知（看和聽(tīng)）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(yǔ)運(yùn)動(dòng)任務(wù)時(shí)的區(qū)域腦血流減去相應(yīng)的言語(yǔ)感知狀態(tài)下的區(qū)域腦血流，得到——純粹的“說(shuō)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(yǔ)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26頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.2.3研究結(jié)果聽(tīng)名詞說(shuō)名詞看名詞產(chǎn)生動(dòng)詞第27頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3.1問(wèn)題的提出文獻(xiàn)來(lái)源GreeneJD,SommervilleRB,NystromLE,etal.AnfMRIinvestigationofemotionalengagementinmoraljudgment.Science,2001,293:2105-2108問(wèn)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(wèn)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28頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四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(lái)，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29頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四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(lái)，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(lái)。請(qǐng)你來(lái)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30頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)材料：三組問(wèn)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(méi)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(wú)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(wú)關(guān)的難題出門旅行，是坐汽車還是坐火車好？第31頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3.3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(wú)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(guò)程第32頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3.3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