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现代生理心理学实验教程 实验32 脑活体动态测定技术（一）
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【实验目的】
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通过用PET记录注意（attentive）条件与被动观看（passive viewing）条件下的大脑活动并加以分析，对PET的基本知识和注意对视觉加工的调控现象有初步了解。
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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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【理论基础】
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正电子发射断层成像（positron emission tomography,PET）技术的生理基础是参与认知加工的脑区局部脑血流（regional cerebral blood flow,rCBF）的变化。大脑在完成某些认知功能时，与该任务相关的脑区活动增加，从而引起该区域的局部脑血流流量线性增大。探测这种局部脑血流变化的技术建立在放射自显影技术（autoradiographictechnique）的基础上。与其他放射诊断学中的造影技术类似，PET首先需要通过静脉注射含有放射性同位素的造影剂（也称对比剂，contrast media），随后造影剂会随着血流进入脑部，便可以用设备记录下脑不同部位放射性的强度。通过比较某因素不同水平下脑部放射性强度的差别，可以了解是哪些脑区与该因素有关。考虑到健康问题，实验中常使用的造影剂（如H215O）所含放射性同位素的半衰期很短（123s）。
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注意能够增强被注意选择的刺激的信息加工，在有关脑区产生更强的神经活动，并进而使得与该刺激属性相关的认知任务表现出较好的行为表现，如较短的反应时（reactiontime,RT）和较高的正确率。在空间维度上，注意某侧空间将使大脑对侧后部的梭状回（fusiform gyrus）等脑区活动增强，PET技术可以用于观察这种现象。
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【实验用品】
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正电子发射断层成像系统，加速器，刺激呈现系统，H215O（由加速器产生），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十字形注视点（视角约0.4°×0.4°），在其左右双侧同时快速呈现圆形棋盘格刺激（直径为2°视角，呈现时间100ms，刺激间隔时间在250～350ms随机）。其中有小部分（如10%）棋盘格具有较高的亮度，这部分刺激图形作为目标，在注意条件下被试看到时按键反应。
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【实验内容】
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1．准备记录
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预先告知被试实验内容和任务，以及如何按键反应，并叮嘱实验中保持头部不动。随后被试平躺在被试床上，固定头部，在手臂上接好静脉注射用的导管，调整好视野后送入PET仪的腔体中。
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2．数据记录
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在每组实验开始前告知被试当前任务。任务分为三种：盯着注视点被动观看、盯着注视点同时注意左侧刺激并对该侧较亮的棋盘格按键反应、盯着注视点同时注意右侧刺激并对该侧较亮的棋盘格按键反应。三种任务随机使用。实验中被试保持头部不动。每组实验开始30s后进行静脉注射（H2O15,15mCi），随后在放射性达到阈值后采集数据并持续40s。共进行六组实验，每种条件两组。
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【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PET/SPECT模块。首先将来自单个被试的图像采用least squares方法进行对准（realignment），对准后生成已对准的新图像文件。
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（2）图像标准化。调用标准模版图像（template image），将已对准的图像标准化（normalization）。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（Gaussian filter）对图像进行平滑（smoothing），其中FWHM（full-width at half maximum）参数的大小（mm）建议选择扫描体积素（voxel）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（Gaussian-field model），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PET/SPECT模型（PET/SPECT models），根据具体情况输入参数，以确定分析的设计矩阵（design matrix）。随后使用高斯场模型进行估计（estimation），给出每个对应体积素的z检验结果（SPM｛z｝）。经多重比较校正（multiple-comparison correction）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。将结果图像叠加在模版结构像上，观察脑活动有显著差异的脑区，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（group analysis）。
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【说明及建议】
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由于PET实验对被试有放射性，同一被试不可短时间内多次进行类似实验，具体剂量请参考有关标准。
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（何逊、韩世辉）
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