负激活脑区相互作用的任务相关性

负激活是脑功能成像中非常普遍的现象, 由于其生理机制未知, 直到近来才成为系统研究的焦点. 目前对负激活的研究主要着重于确定脑血流出现减低的区域, 对于执行认知任务过程中, 这些脑区之间相互作用及协同工作的模式的研究相对较少. 本研究采用基于内部条件的脑区间协方差分析方法(within-condition inter-regional covariance analysis, WICA)分析了符号方向判别和数字大小比较两个不同认知任务的负激活情况. 结果表明, 虽然两个不同任务情况下出现负激活的脑区都集中在后扣带回、楔前叶、角回及额叶区域, 但各负激活脑区间的相互作用及活动规律却存在着差异, 初步推测可能与外在任务的不同或者与认知负荷或注意资源需求不同有关, 精确界定是哪种原因所致还需要进一步的深入研究.     

顿悟脑的10年:人类顿悟脑机制研究进展

自21世纪首次借助脑成像技术对解决字谜任务过程中顿悟一瞬间的大脑活动状况进行研究以来,目前已有近10年的历史,获得了许多富有价值的研究.这些研究从顿悟的时间进程和脑神经基础两方面对顿悟的大脑机制进行了丰富的探讨,并形成了有关人类解决顿悟问题的"顿悟脑"的神经框架.研究显示,顿悟脑主要由外侧前额叶、扣带回、海马、颞上回、梭状回、楔前叶、楔叶、脑岛和小脑组成.就各脑区的功能而言,外侧前额叶主要负责顿悟难题思维定势的转移和打破,扣带回则参与新旧思路的认知冲突以及解题进程的监管,海马、颞上回和梭状回组成了"三维一体"的、专门负责新异而有效联系形成的神经网络,问题表征的有效转换则依赖于楔叶和楔前叶组成的"非言语的"视觉空间信息加工网络,脑岛负责认知灵活性和顿悟相关情绪体验,反应相关手指运动的皮下控制则依赖于小脑.     

智慧中创造性核心的神经基础

智慧系跨学科的研究热点,是人类追求美好生活、提升生命质量、增进文化与文明不可或缺的要素.创造性作为智慧的核心,对其研究进行阐述能很好地反映智慧的本质和揭示智慧活动的规律.已有创造性研究显示,假设检验主要激活了左侧前额叶、前扣带回、小脑和丘脑等区域;顿悟思维激活了双侧额叶、前扣带回、颞叶、顶下小叶和小脑等脑区;创新设计多与颞叶、前扣带回、前额叶和丘脑有关;定势和批判思维则主要与右侧前额叶、前扣带回和丘脑有关.基于创造性智力与智慧的内在关联,上述结果表明,智慧与双侧额叶、前扣带回、颞叶、顶下小叶以及丘脑等区域有密切关系.未来研究需联合多种高精度信号记录技术和实验范式,并在仔细分析智慧内涵的基础上来对整合了价值观的智慧的认知过程和脑机制进行深入探讨.     

实时功能磁共振成像及其应用

实时功能磁共振成像通过技术手段将数据分析所需的时间缩短到可与数据采集时间相比拟的程度,从而能在实验进程中将大脑皮层活动情况即刻反馈给受试者,构成一个闭合的神经反馈回路.近年来随着数据采集技术与图像重建算法的改进以及计算机运算能力的提高,实时功能磁共振成像技术日趋成熟并在诸多方面得到应用.凭借实时功能磁共振成像提供的神经反馈,受试者能够自主调节相关脑区的激活水平,与被调节脑区相关的认知过程或行为也会随之变化,这为认知神经科学提供了一种新的研究范式.实时功能磁共振成像还可以用作具备优良空间分辨率和全脑覆盖性的脑机接口,通过对大脑皮层激活模式的分析对脑状态进行判断和分类,从而实现仅依赖大脑活动的交互方式.另外,实时功能磁共振成像在临床上的潜在应用也得到了广泛关注,它为神经系统或精神类疾病的治疗与康复提供了新的途径,患者有望通过神经反馈调控异常的大脑激活状况从而缓解相应症状.本文旨在对实时功能磁共振成像的概念、关键技术及相关应用进行详细的介绍,并对其面临的问题和发展的前景进行讨论.     

从群体到个体脑功能网络的分割及应用

脑成像研究显示,人的心理过程和认知行为是复杂多样的.认知功能定位并不局限于某一特定脑区,而是与脑功能网络密切关联.近些年,基于图论的分析方法推动了对脑功能网络的认识.功能磁共振最新研究发现,脑功能网络具有较大的个体差异性;它主要表现在不同功能网络分布空间和连接程度上的差异.因此,在个体水平上进行功能网络的分割和定位十分必要.相对于任务态,静息态功能磁共振具有实施方便、结果稳定性高等优点,是比较常见的功能网络的构建基础.本文着重介绍了不同的基于静息态数据进行的功能网络分割方法,主要包括聚类分析方法以及独立成分分析方法.在此基础上,又进一步阐释了个体功能网络分割方法以及研究进展.随后,从进化论的角度,本文认为脑功能网络在个体间存在差异的原因主要是由于人脑不同区域演变的不同程度以及高级认知需要导致的.最后,介绍了利用个体间脑功能网络差异的临床应用,以及对未来认知神经研究的展望.     

锰离子增强磁共振成像在大鼠嗅球神经传导及早期确定脑缺血中心研究中的应用

以二价锰离子(Mn²⁺)为示踪剂的磁共振成像是近年来发展起来的可在体、动态地追踪神经传导通路和研究大脑功能的一种脑成像新技术. 利用这项技术对静息状态下Mn²⁺在大鼠嗅球层状结构间的传递过程以及大鼠急性脑缺血模型中的钙离子(Ca²⁺)超载过程进行了研究, 得到了大鼠嗅球高空间分辨率的层状结构图像, 并测得静息状态下Mn²⁺在嗅球层状结构间的表观传递速率大约为0.2 mm/h. 急性大鼠脑缺血研究结果表明, 缺血早期存在Mn²⁺沉积区域的面积(代表缺血过程中存在Ca²⁺超载的区域)仅为扩散加权图像中的高信号区域面积的(55±15)%, 提示以Mn²⁺为示踪剂的磁共振成像比常用的扩散加权成像能更为准确地早期确定缺血中心区域.     

社会比较的认知神经机制研究进展与展望

社会比较是指个体为了获得准确的自我认知,将自我与他人在某些方面进行比较的现象.本文通过总结近10年来采用功能磁共振成像和事件相关电位(event-related potential, ERP)技术进行的社会比较相关研究,从空间定位和时间进程两方面探讨了社会比较的认知神经机制.研究发现,与社会比较相关的脑区可分为与上行社会比较相关的背侧前扣带回、背外侧前额叶、前脑岛和杏仁核,以及与下行社会比较相关的腹侧纹状体和腹内侧前额叶皮层.此外,通过对各脑区功能的进一步整理认为,大脑的奖赏和疼痛回路、心智化网络以及共情网络可能参与社会比较过程,其中心智化网络参与社会比较的"选择"、"对比"、"评价"3个阶段,奖赏和疼痛回路参与"对比"和"评价"两个阶段,而共情网络则仅参与"评价"阶段.关于社会比较加工的时间进程, ERP研究表明, P2、FRN(feedback-related negativity)以及P300和LPC(late positive component)分别反映社会比较结果加工的早、中、晚期阶段.最后,对当前社会比较研究的局限及未来的研究方向进行了探讨,提出未来有必要进一步考察更加复杂情景下社会比较的认知神经机制,以及个体差异和社会因素影响社会比较的机制.     

大脑是如何建立道德观念的:道德的认知神经机制研究进展与展望

道德认知神经科学研究为"大脑是如何建立道德观念的"(Science125个科学前沿问题的第93个问题)这一难题给出了初步回答.这些研究主要集中在3个方面,即道德判断的脑机制、道德情绪的脑机制和道德的整合性脑机制模型.道德判断的脑区涉及背外侧前额叶、颞叶前部和颞顶连接处等与认知加工相关的部位,以及腹内侧前额叶、眶前额叶、前扣带回和杏仁核等与情绪加工相关的部位.移情、内疚和钦佩等道德情绪能够激活腹内侧前额叶、前扣带回和前脑岛等部位.代表性的整合性脑机制模型有道德判断的双加工理论、事件-特征-情绪复合模型理论、三重脑理论,以及合作与利他惩罚的脑机制模型.未来的研究应整合已有研究成果,逐步提高生态效度,综合采用多种方法和丰富拓展研究视角.     

P300电位中p3b成分的脑电同步功能磁共振研究

采用脑电同步功能磁共振成像技术研究P300事件相关电位中与P3b成分相关的BOLD信号及其脑源定位. 11个受试者在1.5T功能磁共振扫描仪中进行一项Landot圆环作业, 测试过程中每隔4 s采用回波平面成像法对全脑进行一次扫描, 扫描时间为2 s, 扫描间歇2 s, 同时采用与功能磁共振扫描仪兼容的64导脑电采集系统记录受试者脑电信号, 并使用磁共振伪迹清除软件对信号去伪迹得到连续EEG波形. 另外, 设计了P300匹配滤波器检查每次靶刺激出现后的脑电信号段, 筛查出能够诱发产生P300波的靶刺激, 分析这些靶刺激发生前后的磁共振扫描图像序列, 建立磁共振统计参数图并进行校正, 最后完成多参数比较. 其中通过Random effects group方法发现双侧下顶叶和右上顶叶显著激活(P<0.001, 未校正). 研究表明以上区域是记忆比较P300任务中P3b成分的脑激活源, 它们参与这一任务的目标判断过程.     

汉语语义加工的相关脑区

利用无创伤的脑功能成像方法研究了正常中国人在进行汉语语义加工时所激活的脑区. 根据传统理论, 语义加工与语言的输入通路无关, 因此, 分别进行了视觉和听觉语义加工的脑功能成像研究, 通过寻找两条通路的公共激活区域来确定汉语的语义加工脑区. 结果显示, 左侧大脑半球的额下回、颞上回后部与缘上回的交界处、颞下回后部及梭状回; 右侧大脑半球的颞中回、颞上回后部及其相邻的缘上回; 双侧小脑和枕叶的腹外侧部等, 可能与汉语的语义加工有关. 研究结果为进一步研究各脑区在汉语语义加工中的作用提供了重要参考.     

脑岛自发神经活动强度可预测个体错误后反应调整速度

错误后行为调整是指错误反应发生后,个体为了避免错误再次发生和优化未来行为执行而进行的行为调整.本研究旨在采用静息态fMRI技术考察大脑自发神经活动对个体错误后行为调整的预测作用.研究发现, ACC自发神经活动低频振幅(ALFF)值与个体错误后行为调整效应量相关不显著,但是双侧脑岛自发神经活动ALFF值与个体错误后行为调整效应量呈显著正相关.双侧脑岛ALFF值越大的个体,错误后试次反应时越长,错误后调整反应速度越慢.该结果说明,双侧脑岛参与错误后行为调整,并对个体错误后反应速度调整有预测作用.     

场独立-场依存认知风格影响创造性思维的大脑功能基础

采用镶嵌图形测验、托兰斯创造性思维测验,探讨了场独立-场依存认知风格与创造性在大脑功能基础方面的联系.首先,采用功能磁共振技术(functional magnetic resonance imaging, f MRI)计算西南某高校414名大学生被试的度中心性(degree centrality, DC),然后与创造性思维进行回归计算,最后将得到的脑区与认知风格、创造性思维进行中介效应分析.结果发现,创造性思维与大脑静息态度中心性之间呈现正相关的脑区为右侧颞上回、右侧前扣带回、左侧颞上回、右侧额中回和左侧壳核,其中右侧前扣带回、右侧额中回的度中心性在认知风格和创造性思维上存在部分中介效应.前扣带回和右侧额中回是认知控制的关键脑区,因此本研究推测场独立-场依存认知风格有部分路径通过认知控制从而影响了创造性思维,即认知风格更偏向场独立的个体,认知控制能力可能会更好,更能够排除无关信息进而集中注意力,拥有更高的认知灵活性,从而能够在创造性思维的测验中获得更好的成绩.这些发现有助于从大脑功能基础的角度来加深对场独立-场依存认知风格和创造性之间复杂关系的理解.     

抑郁症相关的认知与情绪系统脑网络异常

对周围的情境有正常的认知及产生相应的情绪对于人类社会交往有重要意义.与健康人群相比,抑郁个体却对情境有着减弱的认知加工及过强的情绪加工,这反映了大脑中认知及情绪网络功能上存在异常.以脑功能磁共振成像为研究手段,近年来对抑郁症脑机制的研究逐渐增多.这些研究在认知、情绪以及二者交互作用3个方面集中显示了额叶-边缘系统的功能改变.其中,情绪网络异常主要体现在杏仁核和脑岛,并涉及5-羟色胺转运体基因型与抑郁症之间的关系;认知网络异常主要体现在执行控制和默认网络;而抑郁症对二者交互作用的影响则主要体现在杏仁核和背外侧前额叶.了解归纳与抑郁症相关的认知和情绪脑网络异常能够为将来进一步揭示抑郁症发生的神经机制奠定基础,同时为更加深入的研究提供线索.     

爱情的神经生理机制

爱情是一种跨文化普遍存在的现象.从20世纪90年代以来,爱情已经成为神经生物学、认知神经科学、心理学等多学科的新研究焦点.对爱情及其相关行为的脑功能成像研究发现,爱情主要激活奖赏环路,尤其是腹侧被盖区和尾状核;抑制与社会判断、负性情绪有关的脑区活动,如外侧前额叶皮层、后扣带皮层、杏仁核等.这提示爱情并不是一种单一情绪,而是一种类似于金钱奖赏的激励动机;同时爱情会降低人们对所爱对象的社会判断力.爱情所激活和抑制的脑区既有跨文化的一致性,也有差异性.另一方面,爱情也会导致人体内多种激素和神经递质的变化,包括皮质醇、多巴胺、五羟色胺、后叶催产素和加压素、神经生长因子等.最后,我们从爱情的测量方法、研究手段以及爱情对行为决策的可能影响等方面,讨论了爱情领域未来研究的可能方向.     

面向fMRI数据的人脑功能划分

人脑是目前人类发现的最复杂和最具智能的功能组织系统之一.数以万计的神经元相互连接形成了复杂的脑结构,并通过相互间的作用表现出多样的智能活动.脑功能研究是脑科学研究中最重要的内容之一,尤其是功能磁共振成像(f MRI)技术的出现,为人脑功能的研究带来了新的发展机遇.近年来,开始利用基于f MRI数据的计算方法对人脑进行功能的划分,已有研究表明,功能划分所产生的人脑功能子区域比结构图谱中的脑区具有更高的功能一致性,因此更适合用于人脑的功能分析.进一步讲,把人脑功能划分产生的功能子区域用于人脑功能网络的构建能够获得更具可解释性的人脑功能网络,能为人脑疾病机理的研究和探索提供新的手段.本文以f MRI数据为基础,首先,介绍了f MRI数据采集、人脑功能划分及其基本流程;其次,给出了一种人脑功能划分方法的分类体系,并详细阐述了其中主要的人脑功能划分算法;再次,梳理了人脑功能划分中常用的相似性度量和评价指标;最后,总结了人脑功能划分的应用,并深入地分析了人脑功能划分中存在的挑战及未来的研究方向,以期对相关研究提供有益的参考.     

短时练习对序列运动脑功能偏侧化的影响

采用事件相关功能磁共振成像技术结合延迟序列运动任务, 观察了12名被试短时练习过程中随意运动脑激活模式和脑功能偏侧化的变化. 结果显示, 序列运动准备和执行任务都激活双侧运动区和后顶叶皮层, 脑功能轻度左侧化; 短时练习后上述脑区的激活体积减小, 而且右脑激活体积减小更为显著, 从而加大了脑功能左侧化.     

对虾巨大神经纤维缺乏静息膜电位的实验资料

在静息状态下,神经纤维可兴奋膜的两侧存在着约数十毫伏外正内负的电位差,称静息膜电位,这是神经纤维的基本生理特征之一,同时也是神经系统的最基本的电现象。因为可以说神经系统的各种电活动都是直接或间接地在它的基础上发生的。但是,我们     

Functional Magnetic Resonance Imaging's Research Progress in the Motion Control

近30年来,医学影像学技术飞速发展,特别是功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)等新技术的涌现,将神经机制的活体研究进一步深入化,也为运动控制研究提供了一条新的途径.fMRI以其高分辨成像技术适时反应脑神经活动时的功能变化,藉以了解在生命状态下大脑不同区域的主要功能和疾病时的功能改变.运动的中枢控制机制不仅在神经科学基础研究中,在神经病学临床实践中也有重要的意义.文章对功能磁共振的原理以及其在运动控制研究中的应用进行综述.     

社会经济地位对大脑结构与功能的影响

社会经济地位(socioeconomic status, SES)与大脑结构和功能的关系对于理解社会经济因素对心理行为的影响以及预防大脑和心理疾病具有重要意义.在过去十多年中,研究者使用认知神经科学的方法对SES与大脑的关系进行了探索,发现SES与大脑结构和功能之间可能存在相关性,但这些研究的结果却不完全一致.本文从大脑结构与功能两个层次出发,按照认知与情绪两大主题对SES与大脑关系的认知神经科学研究进行回顾,在此基础上对比不同研究结果的异同之处.结果发现:(1)在脑结构上, SES水平与海马体(主要负责记忆)、前额叶(参与执行功能等高级认知过程)及皮层下结构(主要包括参与情绪加工的杏仁核等结构)可能存在相关;(2)在脑功能上,不同SES水平的个体在进行执行功能、学习和记忆等相关任务时,大脑活动模式可能存在差异,同时正性与负性情绪刺激所引发的大脑活动在不同SES水平的个体上可能有所差异.值得注意的是, SES与大脑关系的研究中还面临着诸多挑战,如SES测量的复杂性和全面性、大脑结构与功能自身发展和测量的复杂性、SES影响大脑机制的多层次性等.未来的研究需要应对上述的挑战,同时考虑文化差异等影响,从而能够更准确地理解SES与大脑的关系,并为中国社会治理政策提供指导.     

儿童观看卡通片激活内侧前额皮层

成人的内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex, MPFC)参与加工真实人物而非虚拟人造角色的心理活动. 与成人相比, 儿童更加迷恋卡通形象, 本文研究儿童的MPFC活动是否也能区分加工真实人物和虚拟人造角色的心理活动. 通过功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)测量10岁儿童观看电影和卡通片段时候的大脑激活情况, 其中电影和卡通分别代表真实和虚拟生活场景. 结果发现, 与成人不同, 儿童的MPFC在观看描述类似事件的真实人物和虚拟角色的时候都会被激活. 这些结果表明, 10岁左右的儿童观看虚拟现实中的人造角色时, 其MPFC可以被自动激活, 这与成人的MPFC活动不同.