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静息态功能磁共振静息态功能磁共振（Resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）是一种用于研究大脑神经活动的非侵入性神经影像学技术。
与传统的任务激活性功能磁共振成像不同，静息态功能磁共振不需要被试者执行特定的认知任务，而是在被试者松弛状态下，记录大脑在静息状态下的神经活动情况。
本文将探讨静息态功能磁共振技术的原理、应用和局限性。
静息态功能磁共振技术基于大脑的自发神经活动。
即使在被试者休息状态下，大脑的神经元仍然会不断地进行自发性活动，形成所谓的“静息态网络”。
这些网络包括默认模式网络（DMN）、前脑网络、感觉运动网络等。
静息态功能磁共振通过测量大脑不同区域的血氧水平变化，可以揭示这些静息态网络之间的相互连接和功能关系，为研究大脑功能提供了新的视角。
静息态功能磁共振在神经科学研究中具有广泛的应用。
首先，它可以用于研究大脑的功能连接和网络结构，揭示不同脑区之间的信息传递路径和调控机制。
其次，静息态功能磁共振还可以用于疾病诊断和治疗监测。
许多精神疾病如抑郁症、焦虑症等都与大脑功能网络的异常有关，静息态功能磁共振可以帮助医生更好地理解这些疾病的病理机制，为个体化治疗提供依据。
然而，静息态功能磁共振也存在一些局限性。
首先，由于大脑的自发神经活动受到许多因素的影响，如心理状态、环境因素等，因此静息态功能磁共振的测量结果具有一定的不稳定性。
其次，静息态功能磁共振无法直接测量神经元的电活动，只能通过血氧水平变化间接地反映神经活动情况，因此在解释结果时需要谨慎。
总的来说，静息态功能磁共振作为一种新兴的神经影像学技术，在研究大脑功能和疾病机制方面具有重要意义。
随着技术的不断发展和完善，相信静息态功能磁共振将在神经科学研究和临床实践中发挥越来越重要的作用，为人类认识大脑、治疗疾病带来新的希望。
愿静息态功能磁共振技术能够为人类健康和幸福作出更大的贡献。
在fMRI中，slice是指脑切片，即通过磁共振成像技术获取的脑部切片图像。
在fMRI中，通常会采集多个脑切片，每个切片都包含一定的脑组织。
通过分析不同切片中的脑组织活动，可以了解不同脑区在特定任务或刺激下的功能活动情况。
在fMRI中，slice的区分通常是通过切片位置和方向来确定的。
不同的切片位置和方向可以提供不同角度和深度的脑部成像信息。
例如，一些切片可能沿着脑部纵向轴线进行，而另一些切片可能沿着横向轴线进行。
此外，切片还可以分为单层切片和多层切片，单层切片只包含一个层面的脑组织，而多层切片则包含多个层面的脑组织。
在fMRI中，对slice的区分和分析对于理解脑部功能活动具有重要意义。
通过对不同切片的比较和分析，可以了解不同脑区在特定任务或刺激下的活动差异，从而为神经科学、心理学等领域的研究提供重要信息。
BOLD-fMRI脑功能成像复旦大学附属肿瘤医院影像中心周良平一、概述大脑是生物体内结构和功能最复杂的组织，是人体接受外界信号、产生感觉、形成意识、进行逻辑思维、发出指令、产生行为的指挥部：是人体内外环境信息获得、存储、处理、加工和整合的中枢。
近年来，随着其他学科和技术的飞速发展，出现了许多新概念、新技术和新方法，使脑科学的研究取得了较大的进展。
当代脑科学的研究有两个显著特点:一是对脑研究由宏观深入到微观，在细胞与分子水平把功能与结构研究结合起来，研究神经元、突触及神经网络的活动规律；二是对脑的研究已经突破了感觉与运动等一般生理功能的控制，而把复杂的、高级的精神意识纳入了科学研究的轨道，探索大脑与行为、大脑与思维的关系。
总之，要在局部深入了解的基础上解决脑的整体功能问题。
脑功能研究方法很多，可以分为⑴测量脑内化合物的方法：目前可用于测量活体人脑化合物的技术主要有三种，包括单光子发射计算机断层显像技术（singlephotoemissioncomputerizedtomography，SPECT）、正电子发射断层成像技术（positronemissiontomography，PET）和磁共振波谱分析技术（magneticresonancespectroscopy，MRS）；⑵测量局部代谢和血氧变化的技术：当神经元活动增加时，局部的血流、氧代谢、糖代谢会产生相应的变化，因此通过测量局部血流和代谢等神经元活动的次级反应可以了解该部位的神经元活动情况，测量神经元活动的次级反应的主要方法包括PET、功能磁共振成像（functionalmagneticresonanceimaging，fMRI）和光学成像技术。
这类技术在认知科学的研究中应用最为广泛。
主要用于功能定位和脑局部反应特征的研究；⑶测量脑内神经元活动的技术：目前直接用于测量人脑神经元活动的技术主要有脑电图，脑磁图（magnetoencephalography，MEG）以及以上述两种技术为基础发展起来的事件相关电位技术（event-relatedpotential，ERP）。
心理学领域的脑成像技术随着脑科学和神经心理学的不断发展，人们对于人类大脑的认识也越来越深入。
而在这个过程中，脑成像技术起到至关重要的作用。
脑成像技术通过对大脑活动进行扫描，揭示了人类大脑的许多奥秘，推动了心理学领域的研究不断向前发展。
脑成像技术主要分为结构成像技术和功能成像技术。
其中结构成像技术主要是利用X线、CT、MRI等技术观察大脑的形态结构及其变化，而功能成像技术则是基于脑血流、代谢或细胞活动等指标，以反映脑区活动的强度和时空分布。
在功能成像技术中，目前最受欢迎的技术是fMRI（功能性磁共振成像）。
通过fMRI技术，我们可以实时地观察到大脑各个区域的血流变化，从而了解该区域的神经活动情况。
这项技术已经被广泛应用于研究人类大脑的认知过程、情绪调控、记忆形成等基本心理学问题。
除了fMRI技术，还有许多其他的功能成像技术。
例如PET （正电子发射断层扫描）技术也可以通过注射放射性同位素，观察大脑内各种物质的代谢情况，揭示大脑功能。
SPECT（单光子发射电脑断层扫描）技术则可以测量大脑血流量等指标，从而得到脑区活动情况的图像信息。
这些技术虽然没有fMRI技术灵敏，但对于一些特定问题的研究，仍有着不可替代的价值。
此外，还有一些新兴的脑成像技术，如EEG（脑电图）技术和MEG（脑磁图）技术。
这些技术通过测量大脑内神经元的电磁波信号，反映出大脑的活动状态，具有时空分辨率高、实验过程非常直观易懂等优点，被广泛应用于认知神经科学领域的研究。
脑成像技术的发展不仅带来了研究心理学的新手段，也推动了心理学的发展。
它的应用推动了认知神经科学领域对大脑机制的理解，对明确神经机制相关的精神障碍症状和治疗方法也发挥了重要作用。
对于一些不可脑部创伤或疾病的病人，脑成像技术甚至可以为诊断提供更为精确的依据。
当然，脑成像技术也存在一些问题，如技术的局限性和成本问题等。
但随着技术的不断完善和应用，这些问题也逐渐得到了解决，为心理学领域的研究打开了更加广阔的空间。
脑功能成像技术的研究方法与临床应用随着现代医学技术的不断发展和创新，一种叫做脑功能成像技术的医学检查工具也逐渐走进了人们的视野。
脑功能成像技术是一种通过非侵入式手段来研究人脑功能活动的技术，主要通过监测脑血流、脑电信号、代谢物浓度等指标来探究人脑的不同功能区域之间的联系和协调。
本文将系统介绍脑功能成像技术的研究方法和临床应用。
一、研究方法1. 脑血流成像技术脑血流成像技术是一种通过测量脑血流量或血氧水平来判断脑部功能活动的技术。
主要有PET和fMRI两种方法。
PET（Positron Emission Tomography，正电子发射断层扫描）技术是一种通过注射一种标记剂进入人体，测量标记剂在脑部各个区域的分布情况，来反映不同脑区的代谢水平和耗氧量的方法。
它可以测量脑部的神经活动、脑部血流等多种生理参数，被广泛用于研究脑功能和神经疾病。
fMRI（Functional Magnetic Resonance Imaging，功能性磁共振成像）技术是一种利用磁共振成像来在人脑中监测活跃区域的方法，其原理是通过探测脑部激活时的血液氧合水平变化，从而推断脑部神经元的活动状态。
fMRI成像可直观地显示不同脑区的功能活动状况，并可实现脑功能网络的建立和探究。
2. 脑电活动成像技术脑电活动成像技术利用电极捕捉头皮上不同脑区域的神经元放电活动，通过分析这些电信号的频率、振幅、波形等特征，可以对人脑的功能活动状态进行监测、分析和诊断。
主要有EEG和MEG两种方法。
EEG（ElectroEncephaloGram，脑电图）技术是利用放置在头皮上的电极捕捉脑部神经元的电活动，同时记录波形、幅度和频率等信号，以反映大脑的活动状态。
它可以用于监测和诊断脑部疾病，如癫痫等，并在临床上广泛应用。
MEG（Magnetoencephalography，脑磁图）技术是一种通过电磁感应原理监测头部磁场来分析脑电活动的方法，可以实现较高时间和空间分辨率的脑功能成像。
功能磁共振成像技术在神经精神障碍诊断中应用评估功能磁共振成像（fMRI）技术是一种非侵入式的脑成像技术，通过测量脑血流变化来反映脑功能活动。
在神经精神障碍的诊断中，fMRI技术发挥着重要的作用。
本文将重点探讨fMRI技术在神经精神障碍诊断中的应用评估。
首先，fMRI技术在精神疾病诊断中的应用。
1. 精神障碍的病理变化研究：fMRI技术可以通过对患者在特定任务下的脑活动进行观察，揭示精神障碍的脑区功能异常。
以抑郁症为例，fMRI技术可检测到患者大脑杏仁核和前额叶皮层活性减弱，而这些区域与情绪调节相关。
这一研究结果为精神障碍的病理机制研究提供了重要线索。
2. 疾病分型与个体化治疗：fMRI技术可以通过对大样本康复患者和未康复患者进行比较，进一步探索精神障碍的亚型。
在抑郁症方面，fMRI技术揭示了不同亚型患者之间在脑回路活动上的差异，为不同亚型的个体化治疗提供了依据。
3. 心理治疗的评估和优化：功能磁共振成像技术还可以用于评估心理治疗的治疗效果，并指导治疗方案的优化。
临床研究显示，在应用认知行为疗法治疗强迫症患者过程中，fMRI技术可以检测到患者大脑中同向性的改变，从而为治疗的优化提供了依据。
其次，fMRI技术在神经障碍诊断中的应用。
1. 脑功能定位：fMRI技术可以帮助精神障碍患者确定脑功能异常的定位。
例如，在癫痫病患者中，fMRI技术可以帮助医生确定病灶的位置，为手术治疗提供依据。
2. 脑源性疼痛诊断：fMRI技术可以帮助医生鉴别脑源性疼痛与非脑源性疼痛的病因。
通过观察患者在疼痛刺激下的脑活动变化，fMRI技术可以提供脑源性疼痛的定位，避免过度的药物使用或不必要的手术治疗。
3. 疾病进展监测：fMRI技术可以通过对精神障碍患者脑活动的连续监测，提供疾病进展的信息。
以帕金森病为例，fMRI技术可以检测到疾病进展过程中基底节神经元的功能异常，为治疗方案的调整提供参考。
在实际应用过程中，fMRI技术也面临一些挑战和限制。
人类认知神经科学研究与意识产生机制分析概述：人类认知神经科学是一门研究人类认知过程与大脑神经活动之间关系的多学科交叉领域。
在这个领域中，研究者通过运用神经科学、心理学和认知科学的知识，探索人类意识的产生机制和认知功能的神经基础。
本文将对人类认知神经科学的研究方法以及意识产生机制进行探讨。
第一部分：人类认知神经科学研究方法在人类认知神经科学的研究中，有一些常用的方法被广泛使用来研究认知功能和大脑活动的关系。
1. 功能性磁共振成像（fMRI）fMRI 是一种通过对大脑血液供应的变化进行监测，从而推断大脑神经活动的非侵入性脑成像技术。
通过fMRI，研究者可以获取大脑活动的时间和空间分布信息，进而推断特定认知任务时不同脑区的活动情况，如哪些脑区在执行某一任务时表现活跃。
2. 脑电图（EEG）脑电图是通过在头皮上放置电极来测量大脑神经元电活动的技术。
它可以提供高时效性的神经活动信息，并且具有高时间分辨率。
通过EEG，研究者可以检测到脑电波的频率、振幅和相位等特征，进而分析不同任务下脑电活动的变化，研究认知过程和大脑功能的关系。
3. 递质神经影像（PET和SPECT）正电子发射断层扫描（PET）和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）是通过向受试者提供含有放射性示踪剂的药物，并探测放射性示踪剂的分布来研究大脑活动的方法。
这些示踪剂一般与神经递质相关，通过测量这些示踪剂的分布和浓度，研究者可以推断不同脑区的神经递质活动情况，从而揭示大脑和认知功能之间的关系。
第二部分：意识产生机制的研究意识是人类独有的心理现象，是我们能够主观体验和思考的基础。
然而，意识的具体产生机制一直以来都是认知科学和神经科学领域的研究热点。
1. 潜意识和意识的关系潜意识是指那些我们无法自觉察觉到的心理过程，而意识则是我们能够主动感知到的心理活动。
研究表明，潜意识对于我们日常生活中的决策和行为起到了至关重要的作用。
通过对患有意识障碍的患者或正常人进行实验研究，科学家们揭示了潜意识对于意识产生的重要性，并探讨了潜意识和意识之间的关系。
血氧水平依赖功能磁共振成像的基本原理及方法学应用血氧水平依赖功能磁共振成像（BOLD-fMRI）是一种广泛应用于神经科学、
心理学和医学领域的非侵入性成像技术。
它基于神经活动引起的脑部血氧水平变化，通过成像方法来检测大脑区域的功能活动。
BOLD-fMRI的原理是基于磁共振信号
的T2*加权成像，通过监测血红蛋白中的铁离子氧合水平的变化来探测神经活动。
当神经活动增加时，血液流量也会相应地增加，导致局部血氧水平的上升，这样就能够通过BOLD-fMRI成像来检测到这一神经活动的变化。
BOLD-fMRI技术的应用涉及多个方面，包括认知神经科学、精神疾病、脑部
肿瘤等。
在认知神经科学领域中，BOLD-fMRI常用于探究注意、记忆、学习等高
级认知过程在大脑中的表现。
在精神疾病领域中，BOLD-fMRI被广泛应用于研究
抑郁症、焦虑症、精神分裂症等疾病的神经机制。
在脑部肿瘤领域中，BOLD-
fMRI被用于定位肿瘤周围的功能性脑区，以减少手术风险。
BOLD-fMRI的方法学应用方面也非常丰富。
其中，任务激活范式是一种常见
的应用方法。
该方法通过要求被试在进行特定任务时记录BOLD-fMRI图像，从而
确定与该任务相关的脑区域。
静息态网络连接是另一种常见的方法学应用。
该方法通过对静息态时大脑各个区域之间的相互连接进行分析，研究不同疾病状态下大脑连接的变化。
除此之外，还有基于独立成分分析（ICA）的方法，可以将大脑BOLD-fMRI信号分解为多个独立的成分，从而更好地研究大脑的功能活动。
人类心理学研究中的脑成像技术脑成像技术是现代心理学研究中使用最广泛的工具之一。
它可以帮助研究者了解人类大脑活动的结构和功能，从而揭示认知和情感过程的神经机制。
本文将探讨人类心理学研究中脑成像技术的应用和发展。
一、脑成像技术概述脑成像技术是一种可以通过图像或影像来观察和记录脑部活动的技术。
它可以帮助研究者确定脑部活动的位置和程度，从而了解脑部活动与行为、情感和认知的关系。
脑成像技术包括多种方法，如功能磁共振成像（fMRI）、脑电图（EEG）、正电子发射断层扫描（PET）等。
二、脑成像技术在人类心理学研究中的应用1. 认知心理学研究认知心理学是关注如何获得、处理和表达信息的一门学科。
脑成像技术可以帮助研究者探究记忆、注意、意识、语言等过程的神经机制。
例如，研究表明，皮质下区域（如海马）在记忆存储和检索中发挥重要作用；在注意力转移任务中，前额叶皮层活动增强。
2. 神经心理学研究神经心理学是研究大脑功能与心理过程之间关系的学科。
脑成像技术可以帮助研究者了解各种神经疾病的神经机制，如帕金森病、阿尔茨海默病等。
例如，通过fMRI技术，研究者发现阿尔茨海默病患者脑部皮质和海马区活动下降，从而产生记忆缺失等症状。
3. 行为心理学研究行为心理学研究人类行为的原因和动机。
脑成像技术可以帮助研究者了解情感和社会行为的神经机制。
例如，一项研究发现，人类的道德判断主要受到顶叶活动的影响，而可视化区域对情感判断起主要作用。
三、脑成像技术的局限性和发展尽管脑成像技术在人类心理学研究中发挥了重要作用，但其也存在一些局限性。
例如，fMRI技术需要研究者清醒状态下进行，而EEG技术可能会受到头发影响。
此外，脑成像技术不能直接观察神经元活动的细节，而只能观察宏观水平的活动，因此对于揭示神经元活动细节的研究只能从其他角度进行。
不过，随着技术的不断发展，脑成像技术的局限性将逐渐减小。
例如，随着脑电信号记录的技术的更新，EEG技术的质量将于加强。
脑成像技术在心理学研究中的应用进展引言：心理学研究的核心目标之一是了解人类大脑的功能和行为之间的关系。
过去几十年来，脑成像技术的发展为心理学研究提供了强大的工具。
通过非侵入式的方法，脑成像技术可以实时观察和测量大脑活动的变化，从而揭示心理过程和行为背后的神经机制。
本文将重点介绍脑成像技术在心理学研究中的应用进展。
我们将讨论功能磁共振成像（fMRI）、电脑层析断层扫描（PET）、脑电图（EEG）和磁脑图（MEG）等脑成像技术在心理学研究中的应用，以及这些研究对于我们理解心理学的贡献。
功能磁共振成像（fMRI）的应用：功能磁共振成像（fMRI）是最常用的脑成像技术之一。
它通过检测血液中的氧合水平变化来测量大脑的活动。
fMRI在心理学研究中的应用广泛，例如情绪研究、记忆研究和决策研究等。
通过fMRI，研究人员可以观察到情绪中枢在面对不同刺激时的激活模式，进一步揭示情绪与大脑活动之间的关系。
此外，fMRI还可以帮助深入理解记忆形成和记忆损害的机制，以及决策行为的神经基础。
通过分析fMRI数据，研究人员可以确定特定大脑区域的功能连接，并进行功能网络的建模和分析。
电脑层析断层扫描（PET）的应用：电脑层析断层扫描（PET）是一种利用放射性示踪剂测量脑部活动的影像技术。
与fMRI不同，PET可以提供关于大脑代谢和神经递质浓度的信息。
由于PET测量的是活动区域的代谢水平，因此在心理学研究中被用于探索认知功能和神经精神疾病等方面。
例如，通过比较健康人群和患有精神疾病的人群的PET扫描结果，研究人员可以揭示与各类心理疾病相关的神经生物学异常。
PET还常被用于研究脑区的特定功能，例如语言加工、注意力和感知等。
脑电图（EEG）的应用：脑电图（EEG）是一种测量脑电活动的技术。
脑电图通过在头皮上放置电极来记录大脑中神经元集团的电活动。
EEG具有高时序解析度，对于研究事件相关电位（ERP）等短暂神经活动非常有用。
在心理学研究中，EEG被广泛应用于认知研究和睡眠研究等领域。
列出你所了解的现代脑成像的技术
1.磁共振成像（MRI）：MRI使用强磁场和无害的无线电波来创建详细的三维图像，以显示大脑的结构和组织。
2. 功能性磁共振成像（fMRI）：fMRI通过记录大脑的血液流动来观察大脑的活动。
这种技术可以帮助研究大脑的功能和活动。
3. 脑电图（EEG）：EEG使用电极记录大脑中的电活动。
这种技术可以帮助研究大脑的认知和行为。
4. 脑磁图（MEG）：MEG使用传感器记录大脑中的磁场。
这种技术可以帮助研究大脑的功能和活动。
5. 正电子发射断层扫描（PET）：PET使用放射性示踪剂来观察大脑血流和代谢。
这种技术可以帮助研究大脑的功能和活动。
6. 磁共振弹性成像（MRE）：MRE使用 MRI 技术来观察大脑组织的弹性变化。
这种技术可以帮助研究大脑的病理和损伤。
总之，这些现代脑成像技术为神经科学家和研究人员提供了一种有效的方法来观察大脑的结构和功能，从而帮助研究大脑的行为、认知和疾病。
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研究生培训fMRI原理与技术Lei Xu(雷旭)iEmail: xlei@Email:xlei@swu edu cnChongqing, ChinaSouthwest UniversitySchool of Psychology第一讲磁共振成像原理与实验设计磁共振谱仪系统常用的成像模态磁共振实验设计主磁场线圈空间定位线圈(梯度线圈)yZx射频线圈发射射频信号和接收成像信号的装置常用的成像模态Anatomical imagingDTI, fiber tractography (纤维素追踪)Structural imagingSt t l i i3D-T1像, Voxel-based morphometry (VBM)Voxel-based morphometry(VBM)g g()Functional imaging (fMRI)回波平面成像(Echo-Planar Imaging，EPI)→血氧水平依赖(Blood Oxygenation Level Dependent,BOLD)Blue: up-down Green: fwd-bwd Yellow: right-left分子在各个方向扩散不同分子在各个方向均匀扩散沿着柱体扩散更多值各向异性分数反映分子在间位移的程度变化范围FA值：各向异性分数，反映分子在空间位移的程度，变化范围从0～1。
0代表弥散不受限制(脑脊液)；1代表只能沿着某一方向弥散(白质纤维)MD值：平均弥散率，反映分子整体的弥散水平，与弥散的方向值平均弥散率反映分子整体的弥散水平与弥散的方向无关。
MD 越大，组织内所含自由水分子则越多3D-T1采用对纵向弛豫(T1)敏感的成像序列特点：1.成像时间长；2.空间分辨率高；结合基于体素的形态学测量，可以发现解剖结构在局部的改变1TMaguire et al., (2000). "Navigation-related structural change inthe hippocampi of taxi drivers". PNAS 97 (8): 4398–4403.3D-T1: 形态学测量VBM (voxel-basedmorphometry):基于体素的形态学测量灰质皮层厚度/白质密度灰质/白质体积皮层曲率fMRI采用对横向弛豫(T2)敏感的快速回波平面成像(EPI)序列特点：1.成像时间短；2.空间分辨率能到毫米级；结合实验设计，fMRI技术使我们可以观察活动中的大脑fMRI目前取得了诸多成果，如前得诸多成如◆发现感知人脸的特异性脑区Kanwisher et al1997J.Neurosci◆找到负责道德权衡的核团Greene et al2001Science◆静息状态下的大脑实际上忙碌于各种任务Smith et al2009PNAS◆和“医学”植物人交流Monti et al2010N.Engl.J.Med.等fMRI HemodynamicsMore deoxygenated blood = more inhomogeneity more inhomogeneity faster relaxation (shorter T2) more inhomogeneity=faster relaxation(shorter T2*)神经活动的间接测量HRFhaemodynamic response function血氧动力学响应函数fMRI slice and volumeRLFront Back24slices every 1.5 seconds8-16 subjectFriston et al 1999 NeuroimageTR: Repetition TimeTE: Echo TimeFA:Flip Angle FA: Flip AngleTI: Inversion TimeNA: Number Of Acquisitions MX: Matrix FOV: Field Of View ST Sli Thi kSG Sli G ST: Slice Thickness SG: Slice GapExamplefMRI data were acquired using a 3T Siemens Trioscanner. Each scan contains 200 functional volumes, using an EPI sequence with the followingparameters: TR/TE=1500/29 ms, flip angle=90°,acquisition matrix= 64×64, in-plane resolution3.0×3.0 mm2, FOV=192×192 mm2, axialslices=25, thickness/gap=5 mm/0.5 mm.准备实验如何设计出合理的实验?实验总体构思信号的敏感度需有利于预期效果的最佳呈现不同的假设可以建立不同的实验设计。
认知神经科学是研究人类认知过程与神经生理机制之间关系的交叉学科。
以下是常用的认知神经科学技术和原理：
功能性磁共振成像（fMRI）：该技术利用血氧水平依赖性信号（BOLD）来测量脑区在不同任务中的活动水平，从而得到相关脑区和认知功能之间的关系。
电生理技术：包括脑电图（EEG）、事件相关电位（ERP）和单细胞电生理记录等，通过测量神经元电活动的变化来探究脑区之间的信息传递。
脑磁技术：包括磁电图（MEG）和脑磁共振成像（MRSI）等，通过检测脑区内磁场的变化来揭示脑功能区的活动水平。
经颅磁刺激（TMS）：该技术可以通过对大脑皮质施加调制，从而干扰或增强不同认知功能的表现，是一种非侵入性的脑功能调节技术。
药理学和神经化学技术：该技术通过注射某些化合物或药物，来探究神经系统的生物化学机制和信号传递机制。
神经成像技术：包括血流量显影（PET）和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）等，可观察到在不同任务下，脑区内代谢活性的变化。
这些技术和原理使得认知神经科学研究者能够更深入地了解人类的认知过程是如何与脑结构、功能及化学活动相关联的。
认知神经科学常用技术和原理认知神经科学是研究人类认知过程和神经机制的一门学科，它涉及了多个领域，包括心理学、神经科学、计算机科学等。
在认知神经科学的研究中，常用的技术和原理有许多，下面我将介绍其中一些。
一、功能性磁共振成像（fMRI）功能性磁共振成像是一种通过测量脑部血流变化来研究脑活动的技术。
它基于血氧水平依赖（BOLD）信号，通过检测血氧含量的变化来反映脑区的活跃程度。
这种非侵入性的技术可以提供高空间分辨率的脑图像，帮助研究人员了解不同认知任务和脑区之间的关系。
二、脑电图（EEG）脑电图是一种记录脑电活动的技术，通过在头皮上放置电极来测量大脑的电活动。
脑电图可以提供高时间分辨率的数据，帮助研究人员研究不同认知任务对脑电活动的影响。
通过分析脑电信号的频谱特征，可以揭示脑电活动与认知过程之间的关联。
三、磁脑刺激（TMS）磁脑刺激是一种通过向大脑施加短暂的磁场来干扰脑活动的技术。
通过在头皮上放置线圈并传递短暂的磁脉冲，可以在特定的脑区产生电流，并改变该脑区的活动。
磁脑刺激可以用于研究特定脑区的功能和连接，以及研究不同脑区之间的相互作用。
四、脑成像技术（PET、SPECT）正电子发射断层扫描（PET）和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）是一种通过注射放射性同位素来研究脑部功能和代谢的技术。
这些技术可以提供关于脑区活动和神经递质水平的信息，有助于研究人员了解不同认知任务对脑部功能的影响。
五、脑解剖学技术（MRI、DTI）磁共振成像（MRI）是一种通过磁场和无线电波来生成高分辨率脑图像的技术。
结构磁共振成像可以提供关于脑部结构和形态的信息，有助于研究人员了解不同脑区的位置和形状。
弥散张量成像（DTI）是一种通过测量水分子的运动方向来研究脑部连接的技术。
DTI可以提供脑白质纤维束的信息，帮助研究人员研究不同脑区之间的连接。
以上是认知神经科学常用的一些技术和原理。
这些技术和原理的应用使得研究人员能够更好地理解人类的认知过程和脑机制。
FMRI 人们越来越执著于对客观、确凿的大脑真相的追寻，现在有了一种非常优秀的大脑成像技术，那就是功能磁共振成像(FMRI)。空间编码是磁共振成像的关键技术。 自上世纪90年代初问世至2007年底，这种技术已出现在12000多篇科学论文中，而且这个数字至今还在以每周30至40篇的速度增长。人们之所以对它如此重视，那是因为比起现有其他大脑功能成像技术，fMRI在“观察活动中的大脑”时，不仅时间分辨率更高，就连空间分辨率也可达到毫米水平。借助fMRI，对大脑的研究便可扩展至记忆、注意力、决定……在某些情况下，fMRI技术甚至能够识别研究对象所见到的图像或者阅读的词语。对个人内心世界的这些揭示不禁让人期待在大脑中鉴别谎言这种复杂状态的可能性。 人脑是人体最重要的器官之一，对于人脑功能的探求无疑是非常有意义的事情。长久以来，科学家们就注意到这样的事实： 即人脑的功能反映在大脑皮层是按空间分区的，在脑内次级结构也是按空间分隔的。研究脑功能映射（Function Brain Mapping）有许多成功的模式（Modality），例如正电子发射断层扫描（Positron Emission Tomography，PET），在向脑内注射15O水后，通过测量局部脑血流（rCBF）的方法来检测大脑的活动。脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）也可检测大脑对诱发刺激响应的电或磁信号，但很难对活动区作准确的空间定位。在众多的模式中，用于脑功能定位的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术，或功能磁共振成像（Functional MRI）是一种非常有效的研究脑功能的非介入技术，已经成为最广泛使用的脑功能研究手段。最早起源于1991年春天，美国麻省总医院（Massachusetts General Hospital，MGH）的磁共振研究中心利用磁共振成像生成反映脑血流变化的图像。它虽然是一种非介入的技术，但却能对特定的大脑活动的皮层区域进行准确、可靠的定位，空间分辨率达到1mm，并且能以各种方式对物体反复进行扫描。 fMRI的另一个特点是：能实时跟踪信号的改变。例如在仅几秒钟内发生的思维活动，或认知实验中信号的变化，时间分辨率达到1s。大批的脑科学研究人员已经开始从事磁共振功能神经成像的研究，并将它应用于认知神经科学。医学领域的迫切需求也进一步促使fMRI技术的发展，一些在病理方面的应用已初见端倪，例如利用扩散（Diffusion）成像和灌注（Perfussion）成像技术对大脑局部缺血进行诊断等。
物理基础 普通临床用的MRI信号几乎都来自组织液中的质子。图像强度主要取决 于质子的密度，但是水分子周围局部环境也对它有很大的影响。质子受到一个射频磁场脉冲的激发后，它的磁化方向不再与MRI磁体的静态磁场方向一致，需要较长的时间（大约从零点几秒到几秒）才能回到原来的方向。在这段时间里，和静态磁场垂直的磁化分量在被扫描的物体周围的导线中产生一个感应信号电压。如果水分子的质子在完全恢复之前再次被激励，则产生一个相对较小的信号。恢复率称为纵向弛豫时间T1，不同组织中质子的T1不同。 改变射频脉冲的重复时间（TR），T1较长和较短的组织间对比会发生显著变化。为了观察MRI信号，质子磁化方向必需偏离主磁场方向，在横断面上生成一个沿轴进动的磁化分量。为使这个信号最大，横断面上的磁化向量产生的相角在围绕物体方向保持恒定，这样才能将每个质子的磁化分量叠加起来。然而，每个质子自旋的磁环境不同使它们以稍微不同的频率进动，使相角分离，从而使信号随时间减小。信号基本上按指数规律衰减的，衰减的速度由时间常数T2（横向弛豫时间）决定。 横向净磁场的衰减总是比纵向净磁场的衰减要快。而且，由于体内顺磁粒子（如某些MRI对比剂）的存在或由于物体本身的空间不均匀性引起物体周围的磁场变化都会使相角进一步分散，使信号更快衰减。这个附加的弛豫时间定义为T2’。总的信号衰减由弛豫时间常数T2*决定，它们之间的关系是： 1/T2*=1/T2+1/T2’ 功能磁共振就是利用磁场不均匀性对衰减信号进行测量。因为横向净磁场的衰减非常快，所以可以在非常短的时间内检测到信号，这就提供了很好的时间分辨率。通常使用回波技术对衰减信号进行测量。自旋回波（Spin Echo）技术用于测量T2信号，梯度回波（Gradient Echo）技术用于测量T2*信号。
BOLD对比 80年代后期以前，由于磁场不均匀性所产生的信号延迟还被看成是MR成像的一个缺陷。为了抵消其影响，人们采用自旋回波技术，即在最初的激励脉冲后面加一个重聚焦射频脉冲来消除相位变化的影响，或者尽可能地缩短激励脉冲和信号采样之间的时间间隔，例如FLASH(Fast Low-Angle Shot imaging）成像技术。当人们认识到血液中顺磁物质的存在可以作为血管标记并提供有效的对比时，才开始使用不加重聚焦脉冲的序列，并允许在脉冲激励和数据采集之间存在一个相对较长的时间段。原来的顺磁对比剂是外源性的，通过腿部静脉注射将无毒的含有元素钆（Gadolinium）的化合物注入血流中。每千克体重只需十分之几毫摩尔对比剂就足以在对比剂通过时从脑血管周围组织中观测到40%的信号损失。MGH的研究小组率先将此方法用于脑灌注，利用中心体积定理（Central Volume Theorem）得到局部脑血流值（血流体积/平均传递时间）。研究多采用超快速的成像技术： 回波平面成像（Echo-Planar Imaging，EPI），这种技术可在不足100ms的时间内得到一幅完整平面图像，因此能在对比剂快速通过脑部时对其分布情况快速成像。 后来，Ogawa 和Turner对实验动物的独立研究表明只需改变血的氧合状态就可得到与对比剂在血管周围扩散的MRI图像改变相类似的结果。这个观察结果基于这样的事实，脱氧血红蛋白（Deoxyhemoglobin）比氧合血红蛋白(Oxyhemoglobin）更具有顺磁性，所以它本身就有和组织一样的磁敏感性。因此脱氧血红蛋白可以看成是天然的对比剂。如果影响大脑的状态使氧摄取和血流之间产生不平衡，并采用对磁场不均匀性敏感的MR成像序列，就可在脑皮层血管周围得到MRI信号的变化。此技术称作血氧合度依赖的对比（Blood Oxygenation Level Dependent Contrast，BOLD Contrast）。施加刺激时观察到的信号升高意味着顺磁的脱氧血红蛋白的浓度相对降低。这就证明了早期PET的研究结果，施加刺激时氧的摄取远小于血流的增加。早期对开颅手术的观察也表明了从活动皮层区离开的血液呈亮红色，即有更多氧合，是供需关系失匹的结果。从理论上讲，信号的变化受血液动脉氧合、血流量、血流、血细胞比容、组织氧摄取和血流速度的变化等影响。它随场强的增加而增加，血流的变化显然是主要因素，它通过稀释脱氧血红蛋白而起作用。
空间及时间分辨率 fMRI的空间和时间分辨率主要受伴随神经活动所产生的生理变化的限制，而不是成像技术本身的限制。BOLD信号能在小毛细血管和大静脉血管的内部和周围产生。光学成象技术表明激励时在神经活动部位周围半径为几毫米的区域内血管氧合程度加深。这可能给fMRI造成一个固有的空间分辨率的极限。另外的一个局限是： 在距神经活动部位的静脉系统下游几mm处也可检测到氧合变化。 fMRI的时间分辨率更有可能取决于生理动力学而非获取图像的速率。EPI技术每秒可获得40多幅单层图像，一般5s就能得到覆盖全脑的三维数据集。在神经活动中，突触传导为1ms级，信息传输是几百ms。但血流动力学反应的长潜伏期严重妨碍了BOLD对神经信号的响应。活动皮层BOLD信号的峰值出现在激励开始后的5~8s，并且回到基线水平需要同样的时间。如果在血流动力学反应时间之内施加一个单独的刺激会减少对比度，因为信号没有足够的时间回到静息水平。
成像技术 空间编码是磁共振成像的关键技术。其基本的原理是，在X轴、Y轴和Z轴三个相互垂直的方向上施加磁场梯度或者梯度脉冲，使得磁场中不同位置产生的磁共振信号能在频域中得以分辨。这样频域中不同位置就与空间中不同位置形成了对应关系。根据K空间的填充方式不同形成了多种成像技术。 EPI（回波平面成像）是一种超高速成像技术，并已成为当前fMRI研究的主选方法。它对脑的氧合状态变化的检测达到亚秒级程度。虽然早在1977年Mansfield就已提出该技术，但普及不够。主要是因为该方法对MRI扫描仪的硬件要求过高，特别是对梯度子系统的要求。至今，全世界也只有数百台MRI扫描仪能达到这样的要求。在功能成像实验中，图像的空间分辨可达到、甚至优于PET图像的空间分辨，还多了一个时间维可以测量神经活动过程。虽然，在时间分辨上还不能与EEG相比，但其良好的空间特性在功能神经成像方面独具特色。 EPI最大的优点在于它作为一种多层成像技术时可在高分辨率的前提下对全脑进行定位。比如，大约5s就可得到一个分辨率在三个方向上均为3mm的64×64×64的图像矩阵。每层的TR为5s，在fMRI场强条件下组织和血液中的T1为1s的数量级，饱和效应很小。而且，EPI及其派生技术（如Single-Shot GRASE，Single-Shot Spiral EPI）的获取信息率（即单位时间的信噪比）最高。图2所示对短暂视觉刺激时fMRI时间序列。 快速获取图像数据在研究人脑活动时至关重要。首先，许多研究感知和认知的任务必须在几分钟之内连续进行，不能出现习惯、疲劳或者厌烦。其次，要求空间分辨率为1~2mm，所以保持头部位置不变是非常必要的。受试者在MRI磁体之中呆的时间越长，越容易产生大的移动。第三，尽量做到同步获取全脑的状态。通常20~30层才能覆盖全脑，这意味着单层的数据获取时间要远比脑血管的血液动力学响应时间（6~8s）短。只有EPI技术可以胜任此工作： 它的速度达到以上的标准，并且具有较好的空间分辨率和信号/噪声比（SNR）。 象FLASH这样快速的梯度回波技术可在1~10s内得一单层数据，这种方法得到的空间分辨率非常高（平面内1mm数量级)。如果想得到非常精确的脑沟回的解剖信息应该选择FLASH方法。FLASH的局限性在于获取多层数据时耗时太长。所以它可作为一种对脑局部研究时的方法。 3fMRI信号编辑
概述 神经活动需要增加局部血流量来供应更多的氧，而且神经变化很快。全部神经可在10ms之内被激活。血液动力学的响应较慢，通常大于1s。局部增强的血流（及血量）使有效的T2*增加，并使BOLD对比起作用。BOLD对比磁化信号被采样成为离散的数据点（每个TR一次），生成MRI信号。这是数字化的信号，可进行进一步处理（包括空间重新对准、归一化和平滑等）。 噪声源 除了实验诱发的神经活动之外，内部神经活动也会引起血流的波动，生理状态也可能对BOLD产生影响。各种形式的运动都是引起信号波动的噪声源，例如受试者头部在实验过程中未完全固定而发生的的刚体运动、心跳和呼吸周期引起头部的节律性运动等。这些噪声的特点是低频或宽带范围。R.F噪声属于宽带噪声，产生于R.F.线圈中或受试者体内，影响MRI图像的SNR。一些仪器效应（发送功率校正、B1线
