fmri视觉刺激实验设计及数据分析方法的研究--xh.

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1、fMRI视觉刺激实验设计及数据分析方法的研究视觉信息（如颜色、深度等）在视觉中枢的处理过程，至今所知甚少。在视皮层中已发现了对某种颜色或某一个深度有特异反应的细胞。但资料仍是零碎的。fMRI技术能以高时空分辨率实时地显示出大脑特定局部区域的功能活动情况，使得人们更客观、更精确地了解人脑的活动变化情况。以颜色、形状为例重点介绍fMRI视觉刺激实验的设计，并围绕着人在棋盘格闪烁的视觉刺激下脑区激活过程中产生的fMRI数据进行预处理及后期分析，其中视觉刺激实验的刺激材料采用MATLAB绘制，实验呈现控制及数据记录用E-Prime软件，数据处理分析用SPM。本研究对人在棋盘格及图形的视

2、觉刺激（纯颜色、简单形状）下脑皮层的激活情况进行记录和分析，数据分析后的脑激活区及BOLD曲线接近前人的研究结果，其实验设计、数据的处理过程和实验结果将为“图像颜色和形状特征绑定的脑认知过程及模型研究”的后续研究即颜色和形状特征绑定的实验设计及数据分析提供一些参考和帮助。第一章：课题研究背景研究内容：（1）设计fMRI脑功能成像实验（2）分析fMRI实验数据第二章：实验设计（1）心理学实验程序设计的理论框架（2）fMRI刺激任务设计模式（3）fMRI视觉刺激实验程序设计流程A)刺激材料的绘制（MATLAB）B)E-Prime实验设计流程（4）实验设计总结第三章：实验实施及数据采

3、集第四章：基于SPM数据处理软件的数据分析（1）数据预处理A）层间时间矫正B）头动校正C）空间标准化D）高斯平滑（2）数据分析A）fMRI刺激实验条件的模型设计B）模型参数估计C）结果计算（3）实验结果分析第五章：结论与展望【课题研究背景】fMRI是一种无创的、可以实时跟踪脑活动的手段，当今的研究热点。MRI即磁共振成像，是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息。80年代后期以前，由于磁场不均匀性所产生的信号延迟被看作是MRI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

4、尽可能地缩短激励脉冲和信号采样之间的时间间隔。后来，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，脱氧血红蛋白比氧合血红蛋白更具有顺磁性，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作是天然的对比剂。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MRI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（BloodOxygenationLevelDependentContrast,BOLDContrast）。这种方法可在无须对比剂

5、和放射剂的条件下进行人脑功能定位的研究，并具有较高的空间分辨率。这就是fMRI的基本原理。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。在神经活动中，突触传导为1毫秒级，信息传输是几百毫秒。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。血氧水平依赖功能磁共振成像实现了对人类视觉系统相关脑区的功能定位，同时，还可以反映出人的视觉系统的生理改变

6、，甚至可以深入探索与视觉相关的神经机制。单一细胞本身并不代表完整的感觉。【研究内容】1、设计fMRI脑功能成像实验采用认知心理学和认知神经科学的方法，研究设计颜色形状特征绑定认知心理学实验，探索人脑工作记忆中视觉客体的颜色与形状的认知过程，开展fMRI脑功能成像实验，获得特征绑定的相关脑成像数据。2、分析fMRI实验数据使用SPM软件对fMRI获取图像感知过程中（侧重特征绑定）的脑成像数据进行处理分析。第二章：实验设计【心理学实验程序设计的理论框架】1、实验程序设计的基本原则（1）结构化原则心理实验程序由7部分组成：指导语、注视点、刺激界面、探测界面、反馈界面、反馈缓冲、结束界

7、面。（2）模式化原则心理学实验程序控制的“五要素”：呈现时间、呈现方式、呈现格式、反应方式和数据收集。（3）流程化原则把实验程序的各部分按实验运行的先后顺序进行描绘即可画出实验流程图（或称为实验运行示意图、实验结构流程图）。实验结构流程图式实验设计的蓝本。画出实验流程图是实验设计的开始，也是实验研究人员与程序设计人员进行沟通的桥梁。2、实验控制的三要素（1）呈现时间呈现时间是指一个界面呈现在被试面前的持续时间，有长至几分钟（如探测界面的等待反应），也有短至几十毫秒（如瞬时记忆实验中的刺激呈现