统计参数图 脑功能成像分析(KarlJ.Fris著)思维导图

第一卷天然结构不管你是谁，在什么地方，你都在使用——通过阅读这些文字——自己的大脑：它是我们这个已知的宇宙里最为美丽、错综复杂、神秘和力量巨大的物体。

作为一种进化模型，我们只有四万五千年的岁数，可人类现在却站在了一场会改变人类进程的革命关口。

在过去人类有智力以来的三百五十万年里，人类的这份智力已经意识到，它可以理解、分析和滋养它自身了。

通过把自己应用到自身，人类的智力可以开发出一些新的思维办法，它们比目下正在全世界使用着的传统思维方式更灵活，更有力量。

只是在过去的几个世纪里，人类才刚开始收集有关大脑结构和机制的信息。

我们发现的东西使我们激动不已，就这个课题所发表的论文和文章也与日俱增。

的确，有人计算过，在已经得到的人脑信息中，有90%是在最近的十年里积累起来的。

尽管离完全了解还有很长的一段路要走（我们越来越感觉到，已知的一切只不过是未知事物微小的一个部分），但是，我们现在已经知道的一切，足以使我们永久地改变对他人和自己的看法了。

那么，我们已经发现了什么，怎样回答下面这些问题？1 大脑的各个组成部分是什么？2 我们如何处理信息？3 大脑的主要功能是什么？4 技能中心是怎样在大脑中分布的？5 我们如何以最为容易的办法学习和回忆？6 人脑基本上是个制作模式的装置还是个寻找模式的装置？7 那些杰出而又普通的人，他们使用了什么样的技巧来记忆比平常人多得多的东西？8 为什么一些人对自己大脑的容量和功能陷人绝望？9 自然和合适的思维方法有哪些？10 什么是人类思维自然和合适的表达？第一卷回答所有这些问题，它介绍你进人自己的大脑这座令人惊奇的天然结构，从细胞水平到宏观结构无所不包，还向你介绍大脑功能的主要原理。

你会看到，一些杰出的头脑是如何使用一些人人都可用的技巧的，为什么90%的人都对自己的思维功能不甚满意。

在本卷最后的几章里，你会看到一种新的、以大脑为基础的高级思维方式；放射性思维及其自然表达：思维导图。

第1 章令人惊奇的大脑预览•导语•现代大脑研究•学习和记忆的心理学•形态-一整体概念•作为放射性思维联想机器的大脑•人类智力发展史•下章简述导语本章请你乘上协和机，纵览对于人脑这台令人惊讶的生物电脑进行的生物生理学和神经生理学的最新研究。

第四节脑功能成像技术1语言神经认知机制研究是语言科学研究的重要内容，它主要研究语言与大脑的关系，简单的说就是研究语言在人脑中的理解与产生的过程。

但是人脑被一层厚厚的颅骨所包围，因此仅凭肉眼无法判断大脑处理语言时的情况。

认知语言学通过语言理论的假设来构建语言认知模型，心理语言学则通过行为学方法，通过测试量表来研究具体语言结构的反应时间和正确率。

但是，这两种研究方向都不能直接观察大脑实时处理语言的情况。

随着科学技术的发展，新的语言科学研究技术已经被广泛用于语言研究中，其中PET和fMRI尤其是fMRI技术又是神经认知科学研究被最广泛应用的一种新的技术手段。

一脑功能成像技术简介PET（Positron Emission Tomography,PET）即正电子发射断层扫描技术，其基本原理是：刺激作用于大脑会产生血流变化，利用血液中注射的放射性示踪物质来和脑活动的某些脑区进行对比，从而确定刺激任务与特定脑区之间的关系。

fMRI是functional Magnetic Resonance Imaging的简称，中文名称为功能性磁共振成像。

其实质就是在磁共振成像的基础上获取大脑活动的功能图像，以获取被试对所给语言、图形、声音等刺激材料进行加工时产生的fMRI信号并加以分析，以确定这些刺激材料与对应脑区的关系，从而分析其脑机制。

赵喜平（2000）认为所谓的fMRI就是利用MRI对组织磁化高度敏感的特点来研究人脑功能，特别是大脑各功能区划分或定位的无创伤性检测技术。

由于PET技术在技术要求以及资金需求方面的原因，用于认知任务的研究越来越少，现在主要的脑成像技术就是fMRI,因此这里主要介绍fMRI技术以及实验数据的处理和对实验数据的解读。

1.1 fMRI的发展及其原理MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）产生于上个世纪70年代。

1970年，美国纽约州立大学的Raymond Damadian发现正常组织的NMR（Nuclear Magnetic Resonance）信号与病变组织的信号明显不同。

生物统计第三章资料的统计描述平均数 算术平均数：资料中各个观察值的总和除以观测值的个数所得之商称为算术平均数，简称平均数或均数加权平均数算术平均数的基本性质 ①样本中各个观测值与其平均数之差（离均差）的总和为零，简述为均离差为零 ②样本中各个观测值与其平均数之差的平方和小于各个观测值与不等于其平均数的任意数值之差的平方和，简述为均离差的平方和最小 中位数：将资料中所有观测值从小到大依次排列，当观测值的个数是奇数时，位于中间的观测值;当观测值的个数是偶数时，位于中间的两个观测值的平均数，称为中位数，记为Md,当所获得的资料呈偏态分布时，中位数的代表性优于算术平均数。

2.已分组资料中位数的计算方法若资料已分组， 整理成次数分布表，则可利用次数分布表计算中位数其中，L 为中位数所在组的下限，i 为组距，f 为中位数所在组的次数，n 为总次数，c 为小 于中位数所在组的累加次数。

几何平均数：资料中n 个观测值相乘之积开n 次方所得的n 次方根称为几何平均数 众数：资料中出现次数最多的观测值或次数最多一组的组中值称为众数 调和平均数：资料中各个观测值倒数的算术平均数的倒数称为调和平均数 调和平均数主要用于反应畜群不同阶段的平均增长率或畜群不同规模的平均规模 对同一资料：算术平均数≥几何平均数≥调和平均数。

若资料中各个观测值全相等取等号，不全相等取大于号第四章 常用概率分布第二章资料的整理资料的分类数量性状资料 数量性状：指能够以量测或计数结果表示其数量特征的性状 量测或计数数量性状而获得的资料称为数量性状资料 计量资料是指用量测方式，即用度、量、衡等计量工具直接量测获得的数量性状资料。

（观测值可以是整数，也可以带有小数）连续 计数资料是指用计数方式获得的数量性状资料（观测值是整数，不连续）质量性状资料 质量性状是指能够观察到而不能直接量测或计数的性状如颜色、性别、生死统计次数法评分法等级资料 等级资料是指将观察单位按所考察的指标或性状的等级顺序分组，然后清点各组观察单位的个数而得到的资料资料的检查核对与整理方法 资料的检查核对的目的在于确保资料的完整性和正确性计数资料的整理计量资料的整理 ①求组距②确定分组数③确定组距④确定组限及组中值⑤归组画线计数，列出次数分布表常用统计表和统计图统计表的种类：简单表、复合表统计图：直方图、折线图、长条图、圆图第一章 绪论生物统计在动物科学研究中的作用①提供实验或调查设计的方法②提供整理分析资料的方法 生物统计是数理统计的原理和方法在生物科学研究中的应用生物统计常用术语 总体：根据研究目的确定的研究对象的全体称为总体包含有限个体的总体称为有限总体包含无限多个个体的总体称为无限总体个体：总体中的一个研究对象称为个体 样本：从总体中抽取的一部分个体组成的集合成为样本 样本容量（n ）：样本所包含的个体数目称为样本容量把样本容量n≤30的样本称为小样本把样本容量n ＞30的样本称为大样本 随机抽取：指总体中的每一个个体都有同等的机会被抽取参数：由总体全部个体计算的特征数称为参数 统计数：由样本全部个体计算的特征数称为统计数准确性也称为准确度，指实验或调查所收集到的某一实验指标或调查项目的观测值与该实验指标或调查项目的观测值总体平均数的接近程度精确性 也称精确度，指实验或调查所收集到的同一实验指标或调查项目的重复观测值彼此的接近程度随机误差 也称为抽样误差，这是由于许多无法控制的的内在和外在因素如实验动物的初始条件、饲养条件、管理措施等尽管在试验中力求一致但不可能绝对一致造成的随机误差影响实验的精确性系统误差 也称为片面误差，指由于测定过程中某些经常性 的固定的原因所造成的误差。

脑功能成像文章目录*一、脑功能成像的基本信息1. 定义2. 专科分类3. 检查分类4. 适用性别5. 是否空腹*二、脑功能成像的正常值和临床意义1. 正常值2. 临床意义*三、脑功能成像的检查过程及注意事项1. 检查过程2. 注意事项*四、脑功能成像的相关疾病和症状1. 相关疾病2. 相关症状*五、脑功能成像的不适宜人群和不良反应1. 不适宜人群2. 不良反应脑功能成像的基本信息1、定义脑功能成像技术是一类无创的神经功能活动测量一成像技术。

脑功能研究主要探索认知和情绪的神经基础,而脑功能成像是十分重要。

神经功能区内部或周围出现有肿瘤,神经元活动弱,可能涉及某些神经疾病。

磁共振脑功能成像(fMRI)是通过刺激特定感官,引起大脑皮层相应部位的神经活动(功能区激活),并通过磁共振图像来显示的一种研究方法。

fMRI 最初是采用静脉注射增强剂等方法等来实现的。

1990 年美国贝尔实验室学者Ogawa 等首次报告了血氧的T2*效应。

在给定的任务刺激后,血流量增加,即氧合血红蛋白增加,而脑的局部耗氧量增加不明显,即脱氧血红蛋白含量相对降低。

脱氧血红蛋白具有比氧合血红蛋白T2*短的特性,另一方面, 脱氧血红蛋白较强的顺磁性破坏了局部主磁场的均匀性,使得局部脑组织的T2*缩短,这两种效应的共同的结果就是,降低局部磁共振信号强度。

由于激活区脱氧血红蛋白相对含量的降低,作用份额减小,使得脑局部的信号强度增加,即获得激活区的功能图像。

由于这种成像方法取决于局部血氧含量,故称为血氧水平依赖功能成像。

2、专科分类神经3、检查分类核磁共振4、适用性别男女均适用5、是否空腹非空腹脑功能成像的正常值和临床意义1、正常值各神经功能活动正常。

2、临床意义异常结果:神经功能区内部或周围出现有肿瘤,神经元活动弱,可能涉及某些神经疾病。

需要检查人群:神经功能损害者,老年痴呆症。

脑功能成像的检查过程及注意事项1、检查过程病人坐在仪器前,使用固定带和海绵垫将志愿者头部充分固定,以防止扫描中出现不自主运动。

脑部影像诊断“七层颅脑”形象记忆法（手绘·图文）诗人小神经在影像时代，脑部的影像学诊断主要依据脑部的横断面图像，即对脑部连续横向扫描获得的图像。

因设备不同，扫横层面间距为 5~10mm,有的设备甚至可以一次性获得 320 张脑部横断面图像。

如果这样一张一张地观察图像、寻找病变的话，非常费时、费事，十分不方便。

因此，选择观察代表性层面就显得格外重要。

如何做到观察全面、细致而且简单又没有重要遗漏便是我们每位神经科临床医生所经常面临的问题。

我们的日本同行，在脑卒中影像诊断中，选择“需要重点观察的7个层面”，基本达到了全面、细致、简洁、有代表性，不至于发生重要遗漏的境地。

7 个代表性层面显示了脑部的主要结构，同时也是最容易出现病变的层面。

以这 7 个层面的MRI 图像为基础，整理、归纳基本的脑部解剖学知识，会给医生们带来很大方便。

用手绘·图文的方法呈现这7个层面的主要结构和其功能及常见病变，是我们的又一次尝试。

虽然 CT 和 MRI 的成像原理不同，但对各部位的观察方法并没有太大差别，MRI 和 CT 图像的阅片方法是统一的。

我们可以这样记忆：人脑中基底节水平层面在最中心，用独角仙角去记住，往上分别是香蕉（半卵圆中心）、鸡蛋(放射冠）和洋梨（头顶部脑沟）样层面。

往下则是笑脸（中脑）、晴天娃娃（桥脑）和蝴蝶（延髓）样层面。

当然，小脑也在这里。

一、基底节层面这个层面是每位神经科医生都非常熟悉的。

该平面的标志是形似独角仙角的侧脑室前角。

因此，可以说它是独角仙样层面。

在这个层面中，有许多非常重要的神经结构。

额叶、颞叶和枕叶的皮质区、白质区都有重要的结构存在。

额叶与颞叶的分界是大脑外侧裂，其周围区域是语言中枢。

尾状核、豆状核、丘脑、运动性语言中枢、感觉性语言中枢、第一视觉区都在这一层面。

尾状核：与豆状核（包括壳）一起构成纹状体，是锥体外系的重要组成部分。

发生病变时出现锥体外系症状。

主要由豆纹动脉供血。

第1篇一、摘要随着神经科学和医学影像技术的不断发展，脑功能成像技术已成为研究大脑结构和功能的重要手段。

本研究采用功能性磁共振成像（fMRI）技术，对某志愿者进行脑功能成像实验，并对其脑功能数据进行详细分析。

通过对数据的预处理、统计分析以及结果解读，本研究旨在揭示志愿者大脑活动特点，为相关研究领域提供参考。

二、引言大脑作为人类思维、情感、行为等心理活动的物质基础，其结构和功能的研究具有重要意义。

脑功能成像技术能够在无创、实时的情况下观察大脑活动，为神经科学研究提供了有力工具。

本研究以功能性磁共振成像（fMRI）技术为基础，对志愿者进行脑功能成像实验，并对其数据进行详细分析。

三、研究方法1. 数据采集本研究采用3.0T磁共振成像系统，对志愿者进行fMRI实验。

实验过程中，志愿者进行一系列认知任务，如视觉刺激、听觉刺激等。

实验数据包括原始图像、预处理后的图像以及统计分析结果。

2. 数据预处理预处理主要包括以下步骤：（1）图像配准：将实验数据与标准脑模板进行配准，以消除头部运动对数据的影响。

（2）时间序列校正：校正图像时间序列，消除生理噪声，如心跳、呼吸等。

（3）空间标准化：将预处理后的图像进行空间标准化，使其与标准脑模板具有相同的坐标系统。

（4）平滑处理：对图像进行平滑处理，提高信噪比。

3. 统计分析统计分析主要包括以下步骤：（1）组块设计：将实验过程中感兴趣的区域划分为多个组块，每个组块包含一系列时间序列数据。

（2）假设检验：对每个组块进行假设检验，判断大脑活动是否具有显著性。

（3）效应量分析：计算效应量，评估大脑活动强度。

（4）脑网络分析：分析大脑活动之间的相互关系，揭示大脑功能网络。

四、结果1. 大脑活动特点通过对实验数据的分析，我们发现志愿者在进行不同认知任务时，大脑活动具有以下特点：（1）视觉刺激：在视觉刺激任务中，志愿者的大脑活动主要集中在枕叶、颞叶和顶叶等区域。

（2）听觉刺激：在听觉刺激任务中，志愿者的大脑活动主要集中在颞叶、顶叶和额叶等区域。

磁共振脑功能成像中图像的分类及表达MRI提供的优秀解剖像早已被人们所接受。

近几年来，MRI对组织磁化高度敏感这一特点又被用来研究人脑的功能，特别是大脑各功能区的划分。

这一新技术就是所谓的磁共振功能成像（functional magnetic resonance imaging;fMRI）。

它突破了过去仅从生理学或病理生理学角度对人脑实施研究和评估的状态，打开了从语言、记忆、认知等领域进行探索的大门［1］。

同时，它无疑地扩展了MRI的应用范围。

fMRI是目前脑功能研究的热点［2］。

fMRI实验及数据处理过程中获得的像具有不同属性。

本文对这些像进行分类并讨论它们的表达方式。

1 解剖像解剖像（anatomical image）是指在血氧合水平加权扫描（blood oxygenation level dependent;BOLD）前用SE序列（自旋回波序列）所获T1加权像（T1 weighted;T1W）。

在fMRI研究中，它常作为定位像及脑功能活动定位的背景像使用。

设它的大小为I×J（下同），则T1W可表示为T 1W=t1w（x,y）（x=1,2,3,…,I;y=1,2,3,…,J）（1）2 BOLD加权像凡是用血氧合水平加权序列如梯度回波（GRE）序列和回波平面成像（EPI）序列所获像均称为BOLD加权像（BOLD weighted image）。

由于BOLD 加权像的扫描过程总是伴随着刺激的“on”或“off”，它又有受激和静息之分，可分别记为BOLDs（BOLD stimulated）和BOLDr（BOLD rest）。

设实验的周期数为L，每个周期中取得的BOLDs和BOLDr像数分别为S和R（相应的周期长度为S+R），则有BOLDs=bolds（x,y,s,l）（x=1,2,3,…,I;y=1,2,3,…,J;s=1,2,3,…,S;l=1,2,3,…,L）（2a）及BOLDr=boldr（x,y,r,l）（x=1,2,3,…,I;y=1,2,3,…,J;r=1,2,3,…,R;l=1,2,3,…,L）（2b）3 差值像差值像（difference image或subtraction image）为两像各对应象素值相减所得像。

图像数据的预处置移动校正层面的延时校正空间滤过信号强度的标化时序滤过手对掌运动双手对掌运动fMRI 功能性磁共振成像的生理学基础脑活动状态的生理学转变脑活动状态的代谢转变脑活动状态的血管转变功能脑成像的目的是描画出活体脑组织活动的空间和时刻位置。

监测脑细胞活动性的金标准是直接、侵入性地记录单个神经元细胞膜的电势能；但是，这些方式仅限于实验中利用。

在以人为研究对象时必需用非侵袭性的方式，因此这些方式本身具有局限性。

非侵袭性脑功能成像有两种方式：（1）电生理的方式和（2）代谢/血流的方式。

电生理的方式: 脑电图（EEG）脑磁图描记术（MEG 代谢/血流的方式: 正电子发射体层成像（PET）功能磁共振成像（fMRI）利用成像设备产生功能图像的进程被称作功能重建。

要理解如何用这些方式取得功能图像重如果要理解：脑活动与测量的生理参数之间的关系。

这些生理参数与脑功能图像之间的关系。

葡萄糖消耗量FCG-PET，FDG-SPET 氧耗量O2-PET 细胞色素-C NIRS 叶绿醇氧化还原状态脑血容量H2O-PET,氙-，ECD-，MPAO-SPET, fMRI, 氙-CCT,NIRS+造影剂, TCD 脑血氧含量fMRI（BOLD）；NIRS；内在的视觉信号（去氧血红蛋白，血红蛋白浓度）生理参数方式脑活动代谢转变功能图像脑活动血管转变功能图像磁共振脑功能成像的数据分析磁共振脑功能成像的数据处置和分析的方式很多，由于处置的数据量通常专门大，因此绝大多数研究的数据处置和分析多通过专门的软件包来完成。

磁共振工作站所附带的软件虽然也可完成这项工作，如GE公司的FUNCTOOL等，但其处置较粗糙和简单，仅可作为实验结果的初步观察，一般不能达到科学研究的需要。

概述ACTIV2000 AFNI* BrainVoyager FIASCO FMRI Analysis Package FSL LyngbyMEDx SPM* Stimulate VoxBo 常常利用磁共振脑功能成像处置软件包图像数据的获取图像数据的转换图像数据分析图像数据展示移动校正光滑标化通用线性模型统计参数图SPM fMRI时刻序列参数评估设计矩阵标准脑模版高斯内核p 采用高斯野理论的推论局部数据的校正空间散布模式和彼此有效的连通性感觉、运动、认知功能障碍是医学中的重点，但是咱们在对他们进行诊断、监测这项战略中还存在实质性的限制。