(整理)第三章 生理學(xué)與心理學(xué)

精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔第三章生理學(xué)和心理學(xué)——通過腦成像來建立聯(lián)系研究大腦兩半球間差異，比較直接的方法是檢測腦的解剖結(jié)構(gòu)和功能。這說起來容易，做起來卻十分復(fù)雜，因?yàn)樗婕安捎枚喾N不同方法從不同方面來檢查腦的結(jié)構(gòu)和功能活動。3.1磁共振掃描(NMR)磁共振的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)構(gòu)建的正常腦的正中斷面成像圖。腦活動包含多種化學(xué)和電的過程，是一個(gè)從微觀（單個(gè)神經(jīng)元）（3.1磁共振掃描(NMR)磁共振的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)構(gòu)建的正常腦的正中斷面成像圖。經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。技術(shù)的發(fā)展已可以鑒定一些特定的神經(jīng)遞質(zhì)，由此來“繪制”出它們在腦中的不同通路。最后，為了滿足神經(jīng)元代謝過程的需要，血液必須源源不斷地給腦組織運(yùn)輸氧和葡萄糖，同時(shí)運(yùn)走廢物。所以，檢測血流速度以及特殊營養(yǎng)物質(zhì)的代謝變化，可以提供反映每個(gè)腦半球或局部腦區(qū)宏觀腦活動的有用量化指標(biāo)。的掃描技術(shù)，例如，計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)。典型的結(jié)構(gòu)掃描顯示腦的斷面圖，就如同給腦依次切片那樣，圖3.1即為一張。功能性腦成像的相關(guān)技術(shù)可單光子放射斷層描術(shù)和功能性磁共振成像fMR。功能成像還可細(xì)分為多種，它們分別可以測量腦代謝和腦電（電波本章我們先討論測量腦代謝方面的技術(shù)（腦代謝成像，然后討論測量腦電活動方面的技術(shù)（電生理成像。當(dāng)被試完成某項(xiàng)任務(wù)或心理操作時(shí)，這些技術(shù)都可用于研究腦的活動間的解剖結(jié)構(gòu)不對稱性研究將在本章最后討論。一、功能性腦成像：代謝技術(shù)2060NielsLassen和他的同事向頸動脈中注射一種放射性化學(xué)物質(zhì)或示蹤物（133氣體，同時(shí)通過放在頭外部的組合探測器，觀測圖3.2各種腦成像技術(shù)的時(shí)間與空間坐標(biāo)分布圖。垂直坐標(biāo)為空間距離或大小的對數(shù)函數(shù)，從分子到整體腦。水平坐標(biāo)為從毫秒到天的對數(shù)函數(shù)。陰影區(qū)為相關(guān)腦成像技術(shù)大致的時(shí)間與空間范圍?！狿ET,SPECT,可研究腦的其他代謝活動。1）腦功能測量的時(shí)間（時(shí)間分辨率（）腦功能測量的最小區(qū)域（空間分辨率3）（4）（組織，過后再進(jìn)行掃描（5）心理加工任務(wù)出現(xiàn)變化時(shí)掃描的速度有多快，以及重復(fù)的次數(shù)5分（如在5分鐘之內(nèi)聽錄音機(jī)呈現(xiàn)的一些單詞，但它并不適用于鑒別在聽到一個(gè)單詞與單詞間的停頓圖3.2表示包括電生理方法在內(nèi)的各種功能成像技術(shù)的時(shí)間和空間分辨率范圍與差別。了解了這些，我們就可以簡要了解一些主要的技術(shù)。（一）皮層血流量的測定氙-133氣體清除術(shù)是顯示不同任務(wù)和心理狀態(tài)下腦區(qū)血液速度變化的最早方法。既然已認(rèn)定，原先對病人進(jìn)行頸動脈注射的方法在臨床上存在風(fēng)險(xiǎn)，后來改成了被試只需在60秒時(shí)間內(nèi)吸入一種特殊的空氣－氙氣混合物每1100g腦組織獲得的毫升血流Risberg在兩個(gè)測驗(yàn)中比較右利手男性志愿者的血流方式：一個(gè)是言說說上面畫的什么。這兩種條件下兩半球之間出現(xiàn)了大約3%血流量的微小而明顯的差異。與預(yù)期一致，言語分析作業(yè)中左半球的血流量明顯更大，而圖像作業(yè)中右半球明顯更大。Risberg還測量了每個(gè)半球?qū)Π肭蜷g血流量差異貢獻(xiàn)最大的區(qū)域。言語測試中，最大差異出顳區(qū)和頂區(qū)。而在安靜狀態(tài)下，半球間相應(yīng)部分的差異非常小。許多采用這一技術(shù)的研究與半球間的不對稱性有關(guān)，還有一些我們在其他章節(jié)中會介（氙SPECT-133功能的優(yōu)點(diǎn)，會在后面討論）（二（正電子放射斷層掃描術(shù)PET術(shù)，SPECT）正電子放射斷層掃描術(shù)（PET）是一種可視化的成像技術(shù)，能提供分布在任何所要觀察的身體或頭部斷面上的放射性標(biāo)記物的成像圖SPECT和PET它們所用的放射物質(zhì)和記錄所需儀器有所不同。SPECT：將能在所有方向發(fā)射γ射線的放射性物質(zhì)與感興趣的生化物相結(jié)合。這些放可用于測量大腦血流和腦斷面的三維血流量。HMPAOSPECT研究大腦血流速度：當(dāng)前，大多數(shù)腦SPECT99mTc-乙烷甲基丙烯胺作為示蹤物，它被注入靜脈內(nèi)后，以與大腦血流速度成比例的速度穿過大腦組織（被捕獲γ光子，研究者可以通過圖像觀測HMPAO12清楚定位了癲癇發(fā)作的活動。以同樣的方式，當(dāng)被試完成一項(xiàng)作業(yè)任務(wù)時(shí)的刺激作用或心理活動效應(yīng)能被“鎖定它們僅在空間定位上不同（見圖成任務(wù)，此時(shí)被注入此藥物。半小時(shí)后，被試在放松和平靜時(shí)被掃描，圖5，6顯示掃描結(jié)HMPAO這一結(jié)果與先前對這一任務(wù)進(jìn)行的其他皮質(zhì)血流速度的研究結(jié)果類似HMPAOSPECTHMPAOSPECT（例如睡眠時(shí)HMPAO示蹤物的鎖定性質(zhì)在有利于研究某些問題的同時(shí)，也使其在一次SPECT掃描PET和近期出現(xiàn)的在我們介紹這些方法之前，我們要介紹另一種新的SPECT技術(shù)。SPECT：在60秒內(nèi)吸入一種空氣——氙氣混合物質(zhì)，這種新SPECT100域內(nèi)以毫克計(jì)的絕對血流量rCB。因?yàn)殡?133代謝快，所以可以在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次掃描。這種快速清除率可以更加-SPECT比HMPAOSPECT對局7-SPECT89描結(jié)果。正電子放射斷層掃描利用正電子放射物質(zhì)產(chǎn)生特殊放射線的性質(zhì)產(chǎn)生一對對光子精確沿相反方向運(yùn)行。該技術(shù)利用正電子放射時(shí)所謂的同時(shí)計(jì)算——即在成180o程序，它們可以被直接“被標(biāo)記（如，正電子放射物，這個(gè)技術(shù)可以給活體人腦的局部葡萄PET已被相當(dāng)廣泛地用于研究更高級心理功能30PET-133清除法類似的以正電子標(biāo)記2 的水（H15O）H15O在腦中清除速度極快（變成無放射性物2 因?yàn)榫植垦魉俣瓤杀籔ET快速且重復(fù)測量，所以一些PET的研究者們通過給被試呈現(xiàn)一系列從簡單的感覺運(yùn)動到復(fù)雜的系列等級順序任務(wù)7的腦活動區(qū)域。最基本的水平是在監(jiān)視器上呈現(xiàn)的“十”字符號。單個(gè)名詞的觀察是第二通過從一個(gè)任務(wù)水平中減去其他水平任務(wù)的血流速度模式（單重復(fù)語音）動完成對被動呈現(xiàn)的線索詞的許多高水平任務(wù)的合適控制條件究竟發(fā)生了什么？最近的幾年許多出版物報(bào)道了采用PET

圖3.3從視覺初級皮層發(fā)出的背側(cè)（頂葉信息流）和腹側(cè)（顳葉信息流）通路。后部頂葉皮層可能調(diào)節(jié)著視覺刺激的位置和運(yùn)動。顳葉下部調(diào)節(jié)著物體辨認(rèn)和形狀與顏色的分析。典腦生理模型關(guān)系密切。當(dāng)我們討論病理不對稱的作用時(shí)，其他一些PET研究也會提到。在結(jié)束PET的討論前，我們希望提到另一種的研究，它們對腦成像資料的分析有意義。到目前為止我們所討論的實(shí)驗(yàn)都建立在分析局部代謝或血流量的增減上。盡管這是最簡單的（與所謂的都一起活動不同的區(qū)域或程度可能表明在某些任務(wù)中起最大作用的腦區(qū)。JamesHaxby和他的同事在國家健康研究所的PET研究使用了H15OPET技術(shù)，當(dāng)志2（3。是來源于右半球的變化通過胼胝體引起了左半球的激活。方法。(三)大腦活動的功能性腦成像：MRI的應(yīng)用圖3.1的成像圖是磁共振結(jié)構(gòu)性成像功能的一個(gè)好例子（原先叫做NMR。MRI使用強(qiáng)磁場和電磁波來誘發(fā)水分子的改變，已被更廣泛地用于功能性腦成像的研究領(lǐng)域。目前的技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)可以采用MRI對刺激或心理活動時(shí)進(jìn)行直接而快速的大腦活動成像。因?yàn)闇y量是基于血氧水平的改變，起初叫做血氧依賴水平稱為功能性MR（fMR些不含氧的血的磁性不同，所以，有特別程序的MRI掃描能夠確認(rèn)在受到刺激、運(yùn)動激活10一個(gè)手運(yùn)動實(shí)驗(yàn)時(shí)疊加在結(jié)構(gòu)性MRI上的功能成像圖。采用fMRI使對正常被試大腦功能激活的研究大為改觀，因?yàn)樗茉趲酌雰?nèi)提供具有時(shí)間分辨率的數(shù)們將會在后面的章節(jié)介紹這些和其他的fMRI研究。盡管有不少優(yōu)點(diǎn)，fMRIfMRI研究者們花費(fèi)巨大的努力試圖糾正任何由于頭部移動加工產(chǎn)生的偽跡。不能測量絕對意義上的CBF狀態(tài)之間rCBF發(fā)生變化的部位。所以，fMRI過使用fMRI另一需要關(guān)注的問題是，越來越多的研究者可以容易地使用fMRI去進(jìn)行腦成像研究。因?yàn)閹缀跛械尼t(yī)院和醫(yī)院相關(guān)的機(jī)構(gòu)都有基本的MRI科室，可以進(jìn)行一定數(shù)量的fMRIfMRIfMRI已經(jīng)開始被一些批評者看作為一門新的“骨相術(shù)”研究。下面我們將介紹其他的成像技術(shù)。

二、功能性腦成像：電生理技術(shù)PET，SPECT，fMRI1-10毫秒范圍，對心理活動中的變化很敏感。（一）腦電圖（EEG）1929HansBurgerEE是從頭皮監(jiān)測的，但Burger由頭皮肌肉組織所產(chǎn)生。EEGαα波是電活動中的一個(gè)節(jié)律性循環(huán)波，每分鐘發(fā)生8至12α節(jié)律在EEGBurgerEEGα波振幅明顯減少。其它被確認(rèn)的EEGβ、θ等表示。記錄EEG的設(shè)備在臨床檢查中越來越普遍，研究者們通過EEG進(jìn)行大量試圖尋找EEG與個(gè)性，智力和行為關(guān)系的研究。DavidGalinRobertOrnstein是兩位第一次詳盡研究EEG的EEG空間任務(wù)，如用色彩積木來構(gòu)建已經(jīng)記住的幾何圖形時(shí)，在被試頭部的兩邊對稱位置記錄EEG活動。結(jié)果分析用右半球EEG能量和左半球EEG能量之比EEG能量能量比率在文字任務(wù)要比在空間任務(wù)明顯大得多。盡管這結(jié)果看起來讓人吃驚，因?yàn)檫@我們預(yù)期的結(jié)果相反，但Galin和Ornstein進(jìn)一步EEGαααα波在被試完成語言任務(wù)時(shí)相對于如積木設(shè)計(jì)問題的空間任務(wù)時(shí)要更少推論。研究者普遍采用EEG可以連續(xù)測量，并且能在被試完成時(shí)間長和復(fù)雜的EEGEEG技術(shù)要觀察與特殊刺激事件的發(fā)生相關(guān)的變化仍十分困難。（二）事件相關(guān)電位（ERP）對EEG圖3.4 典型的誘發(fā)電位聽覺軀體感覺視覺。虛線表示可記錄到的最明顯電位峰值的頭皮位置。ERP的正負(fù)波變化組成的，一般在刺激結(jié)束500圖3.4 典型的誘發(fā)電位聽覺軀體感覺視覺。虛線表示可記錄到的最明顯電位峰值的頭皮位置。在20世紀(jì)70DennisMolfese和他的同事收集了大量有關(guān)言語和非語言刺激的ERPERP振幅比右半球大，這種差異甚至在被試只聽到刺激（詞語）去辨認(rèn)它們時(shí)也可以出現(xiàn)。然而，非言語刺激引起的右半球振幅更大些。大量的研究同樣也檢查了在ERP記錄時(shí)這種不對稱是如何受被試完成任務(wù)影響的。在一項(xiàng)研究中，給被試呈現(xiàn)由元音和輔音字母組成的不同的音節(jié)（輔音字母不同，如“ba”與”da”）或音高不同（高或低。在一半被試中，要求被試只對每次出現(xiàn)的“ba”反應(yīng)，而ERPs不對稱的影響（是指導(dǎo)功能性腦成像巧妙而有效的一般）研究結(jié)果表明，在名稱辨認(rèn)和音高鑒別測驗(yàn)中ERPs存在差異，但差異僅存在于左半（三）心理活動的探測性誘發(fā)電位標(biāo)準(zhǔn)的ERP擴(kuò)大了ERP。研究者感興趣的是當(dāng)被試在完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)，探測性刺激所引發(fā)的ERP受到正在進(jìn)行的任務(wù)加工的抑制程度。不同。ERPs，以決定這根據(jù)被試所做實(shí)驗(yàn)的不同，探測性聲音刺激ERP振幅發(fā)生了改變。相對于控制條件，在做算術(shù)時(shí)左顳區(qū)的探測性電位明顯減弱化。（四）腦電活動的頭皮記錄研究的作用到底有多大？PET，SPECTfMRI的理想補(bǔ)充，因?yàn)楫?dāng)它們一起使用時(shí)研究者們既能有高的時(shí)間分辨率（通過EE分辨。盡管如此，由傳統(tǒng)EEG水平上不太明確的功能性解剖。一些實(shí)驗(yàn)室試圖安放高密度電極進(jìn)行EEG記錄，一方面改Gevins和他的同事通過在被試整個(gè)頭皮上放置125EEG和誘發(fā)反應(yīng)測量方法提高到一個(gè)讓人難以置信的新水平記錄的所有電極位置EEG得到的。這些腦區(qū)可能是參與對某項(xiàng)任務(wù)加工或介入特殊加工階段的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一部分。（在早先PET有必要采用不同技術(shù)來考察這種多區(qū)域大腦活動的規(guī)律。這些思考推動了腦磁圖的發(fā)展。（五）腦磁圖(Magnetoencephalograhy，MEG)真空液氦超導(dǎo)體真空液氦超導(dǎo)體磁通量感應(yīng)線圈曲線電流偶極圖3.5左圖示低溫超導(dǎo)量子干涉裝置的結(jié)構(gòu)和檢測到的磁場曲線圖與所產(chǎn)生的磁場。由單個(gè)神經(jīng)元產(chǎn)生的磁場是很微弱的，但在一定條件下由許多同時(shí)激活的神經(jīng)元所產(chǎn)生的磁場就足夠強(qiáng)大，以至于能在頭部表面檢測到。這種記錄叫做腦磁圖它是EEG的磁配對物?；趯EG的檢測計(jì)算，可以對產(chǎn)生磁場的細(xì)胞組織進(jìn)行三維定位。所以，與EEG相比較，MEGMEG探測器的核心部件是一個(gè)被稱為超導(dǎo)量子干涉裝置（SQUID）的檢測器，它浸入在液態(tài)氦中。通過移動單個(gè)探測器或不同部MEG度。通過這種磁場圖，能估計(jì)出神經(jīng)元誘發(fā)場的三維定位。圖3.5和圖3.6舉例說明了這種設(shè)研究者們起初試圖使用MEG來替代單獨(dú)使用的1011毫米的區(qū)域。（六）誘發(fā)場(EvokedFields)使用MEG記錄對外部刺激的反應(yīng)，可以通過以類似于早先討論過的ERP的方法來測波形改變的。同樣的刺激也可導(dǎo)致特殊大腦區(qū)域磁場的特征性波形，它的定位比ERP層。進(jìn)一步的研究確定了來源于頭部同側(cè)或?qū)?cè)耳刺激有關(guān)的半球活動源8個(gè)被試的右半球記錄了對左耳或右耳刺激引起的磁場MRIMEGMEG檢查人類感覺—運(yùn)動和認(rèn)知過程的研究是相當(dāng)準(zhǔn)確和適合的。當(dāng)前，MEG的研究已拓展至基本的生理學(xué)研究和更加復(fù)雜的心理活動研究。由于技術(shù)復(fù)雜和設(shè)備價(jià)格昂貴，多數(shù)MEG7141～2套固定裝置，這就限制了可檢查的腦區(qū)。然而，新的MEG超過100個(gè)獨(dú)立的超導(dǎo)量子干涉裝置。這一儀器可更好地研究復(fù)雜認(rèn)知活動中兩半球間加工，包括對半球不對稱性的檢測。三、測量腦功能技術(shù)的存在問題PET、SPECTfMRI來測量大腦血流速度和代謝，以及使用EEGMEG測量找的證據(jù)