神经影像技术对心理学的贡献及限度研究教育心理学知识点

时间：2019-04-17 03:19:53　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘要：神经影像技术包含一系列为大脑的结构和功能提供信息的研究方法，是当今进行脑认知研究不可或缺的工具，多种神经影像技术为脑科学、神经病理学和认知神经科学的研究提供了丰富的数据，但是也存在不容忽视的局限。
　　关键词：神经影像技术；认知神经科学；贡献；局限
　　中图分类号：C912.6 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2012）14-0065-02
　　目前已有许多重要的神经影像技术，这些成像技术得到的数字化图像使得自动化提取与分析客观与定量的图像信息成为可能。在过去十年里，随着无损害的神经成像技术，特别是fMRI技术的发展，对人脑的功能特化和功能网的研究已取得迅速进展。虽然对这些脑活动的研究结果必须加以小心地解释，但将人的损伤研究结果与动物实验研究的结果进行比较，许多从神经成像技术得到的结果已被证实。并且我们期待在未来的研究中神经成像技术可以为我们对大脑如何产生心理的根本机制的理解作出更进一步的贡献。
　　一、神经影像技术简介
　　1.脑电图与事件相关电位
　　脑电图（EEG）的原理是大脑的活动会在头皮上产生微弱电位，通过高度灵敏度的电极和放大器可以探测人们在不同认知和行为状态下的脑电活动。例如：在深度睡眠状态下，脑电的特点是高低振幅交替出现[1]。脑电图可以用于寻找大脑功能上是否存在不正常。
　　事件相关电位（ERP）技术是从总体的脑电信号中提取一部分具有认知功能的成分，这些成分是嵌在脑电波中极微弱的信号。参照一定的物理模型，通过高分辨率脑电记录到的头皮电位的分布，根据所观测到的成分，可以计算出不同的认知过程所引起的大脑激活的位置、强度和方向。
　　2.脑磁图
　　脑磁图（MEG）与脑电图采集原理相似。在被试进行某种认知加工过程中当大脑达到兴奋状态时，通过分析其产生的磁信号得到一张磁场图。也可以让被试进行与一些加工过程相反的加工，得到另一张电磁图，再与这张图相对比来确定在相反的认知加工中激活模式的不同。与EEG相比，MEG的突出优点是其源定位更直接和精确。这是因为脑电数据受颅骨和各种脑组织的导电性和形状的影响较大，这些因素是难以控制的；而MEG测量的感应磁场却不受干扰地穿过颅骨和脑组织达到表面。
　　3.正电子断层扫描技术
　　正电子断层扫描技术（PET）是20世纪70年代发展起来的核医学技术。它可获得正电子标记药物在人体中的三维密度分布，以及这种分布随时间变化的信息，真正实现了功能成像。PET的历史可追溯到20世纪30年代。在PET实验中，首先要在没有认知活动的基线条件下通过注视放射性元素得到基线水平的脑部血流图，然后在实验条件下再次注射放射性元素得到一张任务状态的脑血流像，与基线条件下的相比较“亮”的区域被认为是由实验任务所激活的区域。
　　4.功能磁共振成像
　　功能磁共振成像（fMRI）的原理与传统的磁共振成像基本相同：在认知加工过程中，大脑皮层特定区域的神经元和神经胶质细胞的新陈代谢过程迅速增强，激活的脑区消耗大量的能量，这样就会导致大脑局部血管血流增加，形成脑区磁场的不均匀性(也称梯度)。这种微观磁场梯度变化会使磁共振信号增强，增强的程度与血液磁化(血氧浓度)率有关。因此功能性磁共振成像又叫血氧水平相关成像[2]。fMRI是目前最为有效、应用最普遍的脑功能成像技术。它的出现进一步拓宽了认知神经科学的研究领域。
　　5.光学成像技术
　　目前较成熟的光学成像方法是测量局部氧代谢和血流改变引起的内源性信号。基于内源性信号的光学成像技术有两种类型。一种采用可见光作为光源，可直接观察脑组织表面的血流动力学变化，并借此推测神经元活动。另一种内源性光学成像技术以近红外为光源，由于近红外穿透性较好，无需开颅就可观察脑组织活动，因此可直接用于人脑的研究。这种技术被称为近红外谱分析技术（NIRS），NIRS已开始用于语言和记忆等高级功能的研究。相对于可见光作为光源的成像技术，NIRS的缺点是时间和空间分辨率不够理想，且不能记录深部的核团，因而在认知神经科学中的应用还不够普遍。
　　二、神经影像技术对心理学的贡献
　　各种神经影像技术的出现为研究心理与脑的关系提供了有力的手段，现在，每年都会有数以千计的论文应用神经影像技术来研究心理的相关脑区。神经影像技术的心理学贡献主要表现在以下两个方面。
　　1.认知功能的定位
　　早期对大脑认知功能的研究是通过动物实验、对脑损伤病人的研究得出的，随着无创伤技术的发展，大量关于认知功能的脑区定位的研究成果斐然。例如：恐惧位于杏仁核、社会性心理过程由中央前额皮层负责、记忆是由于海马的作用。但是功能定位所提供的数据不仅限于定位本身，例如：在Kosslyn等的研究中使用PET脑成像技术发现表征与视知觉之间拥有相同的脑激活模式，因此认为这两种现象具有相同的认知过程。认知功能定位并不是脑成像研究的最终目的，但是通过定位可以为认知过程的神经网络和多刺激多中介的情绪系统的结构提供重要的数据。
　　2.作为一种因变量
　　神经影像数据可以作为与行为研究数据对等的因变量来对心理过程进行分析。每一种心理活动都会涉及大片脑区的激活，在执行不同活动时，被激发的脑区有所不同。在研究高级心理过程时，利用神经影像技术所观察到的脑区激活在时间或空间上的完全或是不完全的重合可以为解决这两种认知理论的对立提供非常有用的信息。在某些研究中，当传统的行为研究数据，例如反应时没有显著的区别时，神经成像数据可以作为一种因变量。例如：“后悔”与“失望”在行为上并不容易区分，由于它们都是由消极后果引起的强烈负性情绪，通过观察在两种情况或是两种实验操作条件下激活的不同脑区，可以帮助分离这两个过程。
　　三、神经影像技术的局限
　　第一，事件相关电位技术的优点在于它直接反映了神经元兴奋时的放电，有着极高的时间分辨率，另外造价较低，无创伤性，使用维护也比较方便。其不足之处在于空间分辨率较低：采集脑电信号的电极分布在头皮表面，通过计算来取得脑区激活的信息，另外各种定位算法的可靠性亦有待进一步证实；从复杂的脑电图在提取能够代表心理过程的ERP成分是基于前人研究中提出的前提假设，这些假设是针对不同的研究提出的，存在一定的局限性，这些成分是否能够有效反应心理过程尚等进一步探索。
　　第二，脑磁图与脑电相比其突出优点是对大脑神经兴趣源的定位更为直接和准确，这是因为脑电数据受颅骨和各种脑组织的导电性和形状的影响较大，这些因素是难以控制的；而MEG测量的感应磁场却不受干扰地穿过颅骨和脑组织达到表面。它也可以达到与脑电相媲美的时间分辨率。其不足是：（1）它只能探知出与颅骨表面相垂直的电流。因为大多数大脑皮层的脑磁信号是由锥形神经细胞顶端的树突内的电流形成的。那些能产生脑磁波的神经细胞多处于大脑沟内，那里每个顶端处的突触的长轴倾向于与颅骨垂直。（2）与ERP仪器相比脑磁图的费用高得多[3]。
　　第三，PET成像技术的优点在于空间分辨率比较高：能记录容积大约5至10mm3区域的新陈代谢活动。这个大小的区域包括成千个神经元，足够用来辨别皮层和下皮层区域，并且甚至能呈现一定皮层区域内的功能性变化。它也存在着局限之处：首先时间分辨率很差，它并不是直接记录神经元兴奋时的放电情况，而是记录由于神经元兴奋所引起的血流量的增加，因此它的成像时间较长，从几十秒到数分钟，使用PET技术的研究通常只能采用组块设计：即在一段时间内被试持续进行同一认知过程，以使大脑持续处于激活状态以取得脑激活的PET图像；其次，虽然PET技术基本上属于无创伤性技术，但是被试需要注视放射性同位素，同一被试不宜频繁PET实验；最后，PET系统造价也很高，另外除正电子断层扫描机以外，一般还需配备一台加速器，用以制备同位素。

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