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现代生理心理学实验教程 实验33 脑活体动态测定技术（二）
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【实验目的】
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通过用fMRI方法记录呈现刺激和不呈现刺激条件下的大脑活动并加以分析，对fMRI的基本知识和视觉皮层有初步了解。
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本实验为演示实验，主要由教师完成，学生通过现场观看演示形成初步认识。
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【基本原理】
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功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging,fMRI）的生理基础是BOLD（blood oxygenation level dependent）效应。在某些脑区兴奋时，该脑区的局部血流量（regional cerebral blood flow,rCBF）增高，而血氧的消耗（即脑对氧的代谢率，cerebral metabolic rate of oxygen，CMRO2）的增加却非常小，血氧饱和度（blood oxygenation）有所升高。综合作用的结果便是尽管总血红蛋白（hemoglobin,Hb）浓度增大，但脱氧血红蛋白（deoxyhemoglobin,deoxy-Hb）浓度却反而减小。由于脱氧血红蛋白是顺磁性的，它的减少便造成了功能磁共振像（T2*像）强度的增大。这种信号实际上是一种血液动力学（haemodynamic）指标。
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人类的视觉皮层（visual cortex）在大脑后部枕区，在加工视觉刺激时会产生兴奋。通过比较呈现视觉刺激和不呈现视觉刺激两种条件下的大脑血液动力学水平，可以观察到视觉皮层的神经活动。
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【实验用品】
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磁共振扫描系统，头线圈，刺激呈现系统；金属探测器；耳塞，纯塑料眼镜架，各种度数的树脂镜片若干；SPM99软件包。
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实验材料：使用刺激生成软件产生实验刺激图形序列。屏幕中央始终有一个注视点（视角约0.4°×0.4°），刺激为在其左右双侧同时呈现的圆形棋盘格刺激（直径为4°视角）。实验中棋盘格以2 Hz频率进行翻转（即黑白对调）。一种实验条件是呈现刺激及注视点，另一种条件是没有刺激，仅呈现注视点。
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【实验内容】
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（1）准备记录。被试首先要清除身上所有金属物品，经金属探测器检测通过后，方可进入屏蔽室。告知被试实验内容，并嘱其实验中保持头部不动。被试调配、戴好塑料眼镜并塞好耳塞后（实验中噪声很大），平躺在被试床上，固定头部，通过移动反光镜调整视野。调整被试位置，使其眉心对准定标光线后用机器标定，然后送入MRI机器腔体中。
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（2）扫描结构像。首先使用标准三维T1序列（T1-weighted sequence）沿轴状面扫描全脑的结构像。教师根据具体情况设置扫描参数，包括重复时间（repetition time,TR）、回波时间（echo time,TE）等。结构像扫描时应采用较高的分辨率。
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（3）扫描功能像。实验中，两种条件交替使用。实验开始后使用回波平面成像（echo-planar imaging,EPI;T2*-weighted）沿轴状面扫描全脑，扫描参数如TR、TE、FOV（field of view）、flip angle等应由教师根据具体情况设置。共进行四组实验，每组两分钟，其中每种条件各半分钟，交替呈现（box-car设计）。
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【实验结果处理】
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（1）图像对准。数据处理使用SPM99软件包中的fMRI模块。首先将来自单个被试的功能像对准，以校正扫描间的头动。对准后生成已对准的新图像文件。
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（2）图像标准化。将结构像与对准后的功能像进行co-register，然后调用标准模版图像（template image），将已对准的图像标准化。标准化后的图像处于标准的Talairach坐标空间中，可以准确地分辨不同位置对应的脑结构。
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（3）图像平滑。使用高斯滤波对图像进行平滑，其中FWHM参数的大小建议选择扫描体积素大小的2～3倍。这一过程可以提高图像的信噪比，而且使图像符合高斯场模型，这对于使用该模型进行统计推论十分重要。
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（4）模型检验。在软件界面上选择fMRI模型（fMRI models），根据具体情况输入参数，以确定分析的设计矩阵。随后使用高斯场模型进行估计，给出每个对应体积素的z检验结果（SPM｛z｝）。经多重比较校正后z检验仍高度显著（p＜0.01）的体积素可以认为具有统计显著性。
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（5）结果观察。将功能像叠加在结构像上，观察脑活动有显著差异的脑区（如图9-3），并通过这些区域的脑部结构和Talairach坐标值确定兴奋的脑区。如果有多个被试的数据，可以使用t检验进行组分析。
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图9-3
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【注意事项】
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（1）凡是在体内有辅助电子器具（如心脏起搏器）或金属物（如金属假肢）的人，不得参与本实验。严禁携带包含铁磁性物质的物体进入屏蔽室。
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（2）患有不能进行MRI诊断的疾病（如幽闭恐怖症）的患者不能参加本实验。