神经影像学包括各种技术,直接或间接形象人类大脑的结构和功能。因此,神经成像可分为两类:结构成像和功能成像。
结构成像检查大脑的结构(比如灰色和白色物质)和可能的变化,发生在这些结构因素如学习和老化。受欢迎的方法来研究大脑结构的变化包括分布形态测量学(VBM),使调查大脑的解剖学的变化,和扩散张量成像(DTI),使检查图像神经束通过测量水的扩散限制在大脑中。
相比之下,使用功能成像观察大脑工作。脑功能成像提供了新的见解主题的核心运动心理学。例如,研究汽车图像已经达到一个新的水平证明汽车图像是基于大脑的神经激活的核心运动区。这个被广泛接受的发现极大地影响运动康复方法。
成像的大脑处理的基本问题的规模观察。镜像神经元系统研究(MNS),例如,基于单细胞记录在猴子的大脑。然而,认知神经科学检查通常感兴趣的相关性和互连定义整个大脑区域在特定的任务。的MNS, parietofrontal电路动作识别的作用已经被发现了。
功能成像使研究人员识别激活的大脑区域与特定action-linked进程有关,如动作观察或动作模仿的过程。可能的方法是正电子发射断层扫描(PET)和功能性磁共振成像(fMRI)。在宠物的研究中,radioactive-marked分子(如radioactive-markered葡萄糖)管理到参与者的血液在这项研究。层析x射线摄影机检测到辐射,因此显示大脑中分子正在使用的确切位置。另一方面,功能磁共振成像不需要注射,基于不同的人类血液的磁性。这两种方法检查代谢的大脑活动。
在体育和运动神经科学,大多数出版工作使用fMRI,因为它具有良好的时间和空间分辨率性能。宠物不常用于研究因为radioactive-marked分子必须进行管理。因此,功能磁共振成像将更详细地描述。
在人类中,功能磁共振成像已经被证明是一种有效的方法来研究任务相关的大脑激活。休息的大脑不是沉默,甚至显示神经活动在睡眠中。出于这个原因,fMRI研究试图了解大脑激活通过检查不同的活动之间的两个或两个以上的任务,如行动观察和运动图像。研究大脑的功能区域为特定任务严重依赖细胞构筑的结果(解剖结构信息感兴趣的区域在大脑中,基于细胞成分)和研究定义皮质病变患者。
映射的神经活动,功能磁共振成像使用大脑内血氧流量的变化。更准确地说,测量依赖于不同磁性的富氧和oxygenpoor血。富氧血是抗磁性,因此对磁场的影响不大,而缺氧血液顺,导致强磁场的干扰。因此,测量信号的强度取决于血液的氧化的程度。图像质量之间的依赖和血氧饱和度血氧水平依赖(粗体)。改变血液流动和相关的大胆的直接反应是与一个特定的大脑区域的神经激活有关。
功能磁共振成像扫描期间,参与者必须躺在一个强大的、永久的磁场均匀性高。人体中的某些核,氢原子核,提供磁性。在一个强大的磁场,氢原子核像指南针的针;他们都结合磁场。在fMRI扫描、射频脉冲应用于磁系统保持一致。这导致氢核的方向的改变。无线电脉冲停止后,氢核
回到原来的方向通过发射能量,这是被系统的天线。这个信号的来源是指定的磁场梯度,不同强度的磁场,因此允许测定特定信号的来源和位置。大脑的位置的磁场在一开始就定义的实验。因此,它是至关重要的参与者后来分析的数据实验期间不要移动他们的头。否则检测定位错觉的激活可能增加。
实验设计
一般来说,科学开始于一个研究问题,进而生成(神经解剖学的)假设,然后可以通过执行一个实验测试。功能磁共振成像的实验策略是观察大脑的反应(大胆的反应)对某些种类的刺激:例如,一个观察任务用不同的身体动作。在过去的十年里,三个主导功能磁共振成像研究设计类型:屏蔽设计,的与事件相关的设计,和混合设计。这些设计不同的刺激表示和时机。屏蔽设计的特点是呈现刺激的时间间隔只有一个条件,交替间隔表示刺激的其他条件。这种模式的主要优势是提高统计能力和鲁棒性。相比之下,与事件相关的设计提出了随机事件短期内来自不同条件下的实验,提供优越的时间分辨率的特点。这种方法允许大胆的信号变化的时间特征。一个混合设计包含这两种设计类型的特性。
数据收集完成后,关键的问题是是否有差异或不同实验条件之间的共性。要测试这一点,几种类型的比较是有可能的。一个中心战略是减法的方法比较,实验条件的大胆的反应已经减去从它的响应获得控制条件。阶乘的策略是一种减法策略在所有实验条件处理实验因素。这一战略还允许测试条件之间的相互作用。一些实验任务显示不同程度的困难。有鉴于此,参数化设计可以用来测试是否有增加的效应,系统随任务难度的增加。每个比较策略旨在检测实验条件之间的差异。相比之下,结合分析提供检测的可能性之间的共性的大胆的模式两个条件通过计算两个条件之间的十字路口。
影响
功能性磁共振成像(fMRI)已经对研究领域有很强的影响,如行为观察、运动图像,和关注,并很有可能影响其他关键主题在运动心理学和运动控制互动行为、情感和同情心。最近,成像遗传学已经开始揭示大脑成像的新方向。基因在分子水平上对神经活动产生影响。不同浓度的神经递质温和的神经活动在不同的认知任务。大脑成像可能有助于阐明这个复杂的相互作用的基因和神经活动。
脑功能成像技术的惊人发展,推动了过去20年的技术进步;功能磁共振成像已成为认知神经科学的一个标准工具。它是由magnetoencephalograpy (MEG),记录电流产生的磁场在人类大脑的工作;近红外光谱(NIRS),测量脑血流量的变化,类似于fMRI但容易运动,只在大脑皮层有用,不达到更深层次的区域;和脑电图(EEG)在头皮上测量脑电活动。脑电图也为功能性大脑成像提供了工具与大脑低分辨率电磁层析成像(LORETA)。这些方法对不同的根本局限性有关积极的运动范围可行的数据记录中,脑电图和NIRS提供在这方面的优势。
没有疑问,脑成像的新方法的出现,数据记录和数据分析推动了进步在理解的认知过程。神经影像必须建立,而不是取代,theory-driven强的重要性of-well-designed研究假设。
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参见: