认知神经科学

目

录

前言 289

第一章

第一节

一、

概述 290

.....................................................................................................................290

...................................................................................................................290

...............................................................................................................290

...............................................................................................................290

研究技术的发展 290

的研究现状 290

的兴起 290

二、神经科学的

三、认知科学的四、

第二节

一、

二、国际

研究计划 291

三、重要研究进展 291

四、

在我国的发展 291

题 291

课堂

复习题 291

拓展阅读材料 291

第二章神经解剖方法和皮层结构的基本原理 293

第一节神经解剖方法 293

一、单个神经元 293

二、神经元群 293

三、连接 293

四、微环路 294

五、功能网 294

六、现代技术 294

七、

神经解剖 294

第二节脑皮层区域 295

一、细胞类型 295

二、层状结构 295

三、柱状结构 295

第三节脑皮层连接 295

一、丘脑皮层连接 295

二、 连接 1063

三、皮层-皮层连接 295

四、等级排列 295

课堂

题 296

复习题 296

拓展阅读材料 296

第三章前额叶皮层 297

第一节前额叶皮层的注意力调控功能 297

一、注意机制 297

二、前额叶皮层的功能 297

三、前额叶损伤的表现 297

282

第二节前额叶皮层的学习和 功能 297

一、前额叶皮层与规则学习 297

...................................................................................................297

...................................................................................................298

二、前额叶皮层与情景

三、前额叶皮层与工作

第三节前额叶皮层的行为抑制功能 298

一、行为抑制功能 298

二、前额叶皮层的行为抑制功能 298

三、注意力缺损多动症与前额叶皮层 298

第四节前额叶皮层的行为计划和策略形成 298

第五节前额叶皮层的发散性思维能力 298

课堂 题 299

复习题 299

拓展阅读材料 299

第四章海马与

...............................................................................................................................300

第一节海马与内侧颞叶（MTL）的解剖结构与功能 300

一、解剖结构 300

二、功能 300

三、MTL损伤

特点 300

第二节内侧颞叶与联结的形成 300

一、Naya的研究（2001） 300

二、Henke的研究（1999）与Luo和Niki的研究（2002） 300

第三节内侧颞叶与多重

系统 301

系统的模型 301

系统 301

一、Squire

多重

二、内侧颞叶与多重

三、实验研究 301

第四节内侧颞叶与回忆性经验 301

一、回忆性经验 301

二、实验研究与结果 302

第五节MTL与长时

的时效性 302

一、MTL在长时的陈述性

二、MTL在长时的陈述性

中的作用的理论假设 302

中的作用的实验研究 302

课堂

题 302

复习题 303

拓展阅读材料 303

第五章功能磁 成像 304

第一节基本原理 304

一、基本磁 成像物理原理 304

二、BOLD的生物物理学原理 304

三、生理学原理 305

四、实验程序 305

五、数据分析 305

第二节缺陷 305

一、大 污染 305

二、生理噪声 305

283

第三节新的发展 305

一、向高场移动 305

二、fMRI信号的早期衰减 306

三、事件相关fMRI 306

四、fMRI和电生理结合 306

课堂

题 306

复习题 306

拓展阅读材料 306

第六章 事件相关脑电位技术 307

第一节基本概念 307

一、脑电图 307

二、事件相关脑电位 307

的基本技术 308

第二节

一、刺激材料与刺激程序 308

与 309

二、脑电数据

三、

数据处理与分析 309

四、脑地形图 310

五、源定位分析 310

六、主成分分析法（PCA） 311

七、独立成分分析 311

成分 311

成分与命名 311

第三节

一、

二、标志性 成分 312

课堂

题 312

复习题 312

拓展阅读材料 312

第七章初级视皮层中的显著图 313

第一节基本概念 313

一、视觉信息与加工 313

二、显著图 313

三、基本假设 313

四、理论 313

第二节以一个VI模型来模拟显著图 314

一、V1模型 314

二、生理学效应 314

三、产生机制 314

第三节通过视觉搜索任务检验显著图理论 314

一、非均匀背景 314

二、均匀背景 315

第四节视觉搜索微弱不对称的例子 315

第五节从心理物理学角度 V1的生理学与解剖学特性 315

一、基本视觉特征 315

二、 V1 315

第六节从V1生理学、解剖学的角度理解心理物理学现象 315

284

一、双特征搜索 315

二、理论解释 316

三、V1模型与二阶段心理物理模型 316

第七节未来工作中要解决

...............................................................................................316

课堂 题 316

复习题 316

拓展阅读材料 316

第八章听觉认知与信息过滤 318

第一节听觉 318

一、耳 318

二、听觉神经通路 318

第二节丘脑的听觉过滤 318

一、鸡尾酒会效应 318

二、电压过滤器的功能执行部分 318

三、内侧膝状体的解剖与生理 319

四、内侧膝状体的离皮层调节 319

第三节非丘系的内侧膝状体的离皮层调节 319

一、离皮层易化及抑制效应的长时恒定性 319

二、非丘系的内侧膝状体的离皮层抑制机制 319

第四节假想的TRN神经元与中间神经元的功能区分 319

第五节离皮层调节效应与声强 319

一、"OFF"反应的离皮层调节作用 319

模式的离皮层调节 320

题 320

二、

课堂

复习题 320

拓展阅读材料 320

第九章知觉注意的机制 321

第一节知觉模板模型（PTM）观点 321

一、观察者的知觉模板模型 321

二、外部噪声与注意模式和注意机制的特征标志 321

第二节经验结果与空间注意机制的分类 321

一、作为方位提示的视觉注意机制 321

二、有关实验研究 321

第三节神经生理学机制 322

一、空间注意排除非必要信息的途径 322

二、视皮层V2和V4区竞争性神经交互作用神经模型 322

课堂 题 322

复习题 322

拓展阅读材料 322

第十章

第一节

过程及其脑机制 323

的过程与特点 323

一、感觉

二、短时

...........................................................................................................................323

与长时 323

三、

的特点 323

285

与学习过程的脑成像 323

第二节

一、内隐二、外显三、工作

第三节外显

...........................................................................................................................323

...........................................................................................................................323

...........................................................................................................................324

的编码与提取 324

一、前额叶功能 324

二、不同 机制之间的关系 324

课堂

题 324

复习题 324

拓展阅读材料 324

第十一章 语言认知的脑基础 326

第一节语言认知研究概述 326

一、语言学 326

二、研究

...........................................................................................................................326

三、传统的脑损伤研究方法的局限 326

四、无创性的成像技术 326

第二节词汇知觉 326

一、孤立词汇的知觉：fMRI和 研究 326

二、上下文中的词汇识认： 研究 327

第三节词汇的产生 327

一、词汇产生的时间进程： 研究 327

二、词汇产生的脑定位：fMRI研究 327

第四节句子的理解 328

一、句法加工的脑地形图：fMRI研究 328

二、语义加工和句法加工的时间进程： 研究 328

三、语义加工和N400 328

四、句法加工和LAN 328

五、句法加工和P600 329

六、语义加工和句法加工的相互影响 329

课堂

题 329

复习题 329

拓展阅读材料 329

第十二章 视觉意识的神经机制 330

第一节刺激和知觉分离的现象 330

一、不同刺激造成同样的知觉 330

二、同样的刺激导致不同的知觉 330

第二节研究无意识状态下的视觉信息加工 330

一、视觉掩蔽 330

二、注意瞬脱 330

三、不注意盲 330

第三节用功能成像方法研究视觉意识的神经机制 330

第四节用心理物理方法研究意识的神经基础 331

一、感觉适应 331

二、适应与双眼竞争 331

286

三、不可分辨的刺激仍然可产生适应 331

四、适应导致对同一刺激的不同知觉体验 331

第五节意识研究的警示与 331

一、对本章中一些假设的

...............................................................................................331

二、应该持有的态度 332

复习题 332

拓展阅读材料 332

第十三章 情绪与大脑 333

第一节人类情绪和人类情绪范畴的科学定义 333

一、情绪的定义 333

二、相近概念区分 333

第二节学术问题及研究 333

／痛苦，以及情绪 333

一、

和

二、经典心理学和生物学模型 333

第三节脑成像研究进展 334

一、基本机制 334

二、基本情绪 334

第四节情绪模型与应用 335

一、情绪的脑模型 335

二、脑的情绪和道德判断 336

三、情绪研究和 学 336

四、情绪的调节 336

课堂 题 336

复习题 336

拓展阅读材料 336

第十四章 认知发展的神经机制 338

第一节认知的发展 338

一、感知与

的发展 338

二、幼儿的概念形成与推理 338

三、言语的获得 339

第二节认知发展与大脑的关系 339

一、认知发展与脑功能的精致化 339

二、认知发展与脑的可塑性 340

三、脑损伤与认知发展

...................................................................................................340

四、儿童与成人的认知神经活动差异 341

五、认知神经交互构造论—发展的认知神经机制 341

第三节未来的研究展望 342

一、揭示脑发育与认知发展的特殊领域间的具体联系 342

二、研究发育水平与认知发展阶段间的特殊联系 342

三、在研究方法上的互补与创新 342

课堂 题 342

复习题 342

拓展阅读材料 342

参观实习 344

287

课堂 题 344

288

前

言

讲课的对象：社会学院应用心理学专业课程的性质：限制性选修课

学时：36

课程的主要内容：

1．课程目的：掌握

的研究方法、理论，了解目前

领域的各种研究，

从

视角提出对心理现象的解释，促进对相关心理学科的学习和理解。

2．课程内容：

概述（2学时）；神经解剖方法和皮层结构的基本原理（2学时）；

前额叶皮层（2学时）；海马与

（2学时）；功能磁

成像（2学时）；时间相关电位（4学

时）；初级视觉皮层中的显著图（3学时）；听觉认知与信息过滤（2学时）；知觉注意的机制（2

学时）；

过程与其脑机制（2学时）；语言认知的脑基础（3学时）；视觉意识的神经机制（2

学时）；情绪和大脑（3学时）；认知发展的神经机制（3学时）；参观实习（2学时）。

课程的教学目标：

让学生系统掌握

究及结论。

的知识体系及基本的概念、理论，了解常用的研究方法、主要研

重点参考文献：

1．罗跃嘉主编．

．

：

，2006．

2．GazzanigaMS，IveyRB，MangunGR．CognitiveNeuroscience:theBiologyoftheMind，2002．

3．

、王建红主编．

原理和方法．重庆

，2003

：

4．朱滢，陈煊之等译（2002）．21世纪的心理科学与脑科学．

5．王建军主译（2004）．神经科学—探索脑．

：高等教育

教育

6．沈政等译（1998）．

．

：

7．

主编（1999）．脑功能成像．合肥：中国科学技术大学

289

第一章

概述

本章教学目的和基本要求：通过本章的学习了解

的含义、研究现状等，从而对

有一个概要性的认识，并为随后各章的学习打下基础。

学时分配：两学时

第一节

一、

是在传统的心理学、生物学、信息科学、计算机科学、生物医学工程，以及物理学、数学、哲学等学科交叉的层面上发展起来的一门新兴学科，旨在阐明自我意识、思维想像和语

言等人类高级精神活动的神经机制。

二、神经科学的

神经科学的发展经历了漫长的历程。源自

克拉底、布罗卡等。

三、认知科学的

1．冯特、华生、拉什利等。

2．四大

：物理符号论、联结理论、模块理论、生态现实论。

3．三大研究视角：认知心理学视角、人工神经网络视角、

视角。

四、

研究技术的发展

1．脑电图与事件相关电位的发展：英国人RichardCaton于1875年

了有关EEG和诱发电

位（EP）的

。20世纪50年代末随着计算机在生物学中的应用导致事件相关电位（

）问世。

2．脑磁图的发展：第一套有

室的脑磁图系统（MEG）设在麻省理工学院的Fran-cisBitter

Magnetic

。

3．正电子断层扫描技术：20世纪70年代中期发展起来的核医学成像技术。

4．功能磁

能检测技术。

成像的发展：20世纪90年代脑研究领域发展最迅速的一种非侵入性

脑功

5．光学成像技术：时间和空间分辨率已达约5μm的物方元和每秒25帧以上的

速度。

第二节

的研究现状

一、

的兴起

1．神经科学作为一门综合性学科开始于20世纪50-60年代。

2．1960年国际脑研究组织（IBRO）成立。1962年

规划”。

麻省理工学院推出了“神经科学研究

3．1969年，

4．70年代末，“

神经科学学会成立；1979年，

的认知科学学会成立。

”一词开始出现。

5．1994年，

建立

学会；1997年，成立人类脑成像组织。

290

二、国际

研究计划

1．1990年，

“脑的十年”（1990-1999），“行为的十年”，旨在多学科共同努力，促进

行为和社会科学的研究。

2．1991年，欧洲推出“欧洲脑的十年”。

3．1996年，

提出“脑科学时代”。

4．“人类前沿科学认划”是耗资100亿

计划鼎足而立的三个重要计划。

的庞大研究计划，被认为是与

防御计划、

欧洲

三、重要研究进展

1．对语言、

、注意等认知功能神经机制研究已取得很大的突破

2．

的定位于突触

3．视觉注意双通路理论。

四、

在我国的发展

1．视觉拓扑结构和功能层次

针对知觉信息基本表达的根本问题，

等人系统地发展了“视知觉拓扑结构和功能层次”理

论。

2．视觉整合野

关于大脑视皮层神经元处理大范围复杂图像的神经机制存在着一种与处理大范围复杂图形特征有关的功能结构。

等最近确定了在初级视皮层中

3．注意、

、思维的认知脑机制

罗跃嘉、魏景汉等人阐明了注意与非注意转换的脑机制，提出了“注意过滤器可塑性”的新观点；研究不同范围提示的视觉空间注意，阐明了视觉搜索的早期调节机制。

4．汉语认知加工

汉语发展性阅读

中存在不同的亚类型，并通过群体异质性研究，以及缺陷发生的比例，提

出词素缺陷可能是汉语阅读

的一个重要类型的观点。

5．第二语言学习及其脑机制研究

揭示出脑激活强度与学习经验的非线性联系，第一次建立起与第二语言音形义联结对应的脑活动时空模式，为理解经验导致的脑功能适应性重组提供了直接的科学 。

课堂

题

1．你自己的语言给

学和行为科学相比

下个定义，你认为

是研究什么的，与其他心理

特色。

复习题

1．

2．

？

研究技术有哪些？

谈谈有关于

我国的

的

国际研究计划？

研究取得了哪些

成果？

拓展阅读材料

1．罗跃嘉，魏景汉（2004）．注意的

研究．

：高等教育

291

2．

，王建红主编（2003）．

原理和方法．重庆：重庆

3．魏景汉，罗跃嘉主编（2002）．认知事件相关脑电位

．

：经济日报

4．中国

学院院刊

心理

发展研究小组（2001）．认知科学的现状与发展趋势．中国科

292

第二章

神经解剖方法和皮层结构的基本原理

本章教学目的和基本要求：通过本章的学习了解常见的神经解剖方法、掌握大脑皮层结构以及相应的功能定位。

学时分配：两学时

第一节

神经解剖方法

一、单个神经元

1．Golgi法

Golgi于1873年开始使用。

适用于染年轻的脑细胞。

2．细胞内染色法

细胞内注射示踪剂技术。

用于对靶神经元进行电位

3．电子显微镜

用于观察细胞及亚细胞的微细结构

二、神经元群

1．尼氏染色法

（1）1894年Nissl发明。

（2）用于划分皮层下核团及皮层区的界限，以及测定细胞数量和密度。

2．免疫细胞化学

用于揭示神经细胞亚群的新方法。

对靶细胞标记相应的抗体。

组织化学

使用成色剂沉淀为酶反应的最终产物，从而揭示细胞和突起对某些物质起正反应的一种技术。

细胞色素氧化酶

标记细胞色素氧化酶呈现为特殊的斑块形状。

三、连接

1．Nauto法

（1）1954年，Nauto改进的银染色法

（2）用于对长距离的连接。

2．顺行和逆行示踪剂

（1）顺行示踪剂：示踪剂被胞体和树突摄入，并沿轴突

运送至末梢。

（2）逆行示踪剂：示踪剂被末梢摄入，并沿轴突

3．新型顺行和逆行示踪剂BDA；FR

运送至胞体和树突。

293

四、微环路

脑组织切片上结合进行解剖和生理上的研究，以便在微环路水平研究结构和功能的特性。

五、功能网

1．14C-2-脱氧核糖核酸放射自显影法：根据成熟神经元不能

糖原，因而它们对能量的需

求完全依赖于血液葡萄糖的供给的原理建立。在系统引入2-DG后，对神经元群的不同刺激导致

2-DG的不同积累程度。可提供较高的分辨率。

2．早早期

：这些

能被特定刺激“启动”，对这些特定刺激反应的神经元能通过对mRNA

的原位杂交而显示出来。

六、现代技术

激光扫描共焦显微镜：通过位于显微镜轴上的小针孔，从一个置于聚焦照明的扫描平面上的组织切片上获得信号。

双光子激光扫描显微镜：依靠脉冲与生物样本中的特殊分子的相互作用引起荧光的发射，

光线可深入生物组织，且毒性很小。

3．原位杂交：从组织学上探测神经组织中的功能分子和组成分子

的表达。

4．

操作和 载体：用于引入外源

。

七、

神经解剖

1．损伤一蜕变方法

（1）损伤一蜕变方法是在死后的脑上染蜕变的神经

。

两半球皮层视觉区通过胼胝体的彼此连接就是用这种方法进行研究。

这种方法不适用于长的外部连接的研究。

2．Golgi染色法

（1）Golgi染色法也能运用于人组织的研究。

（2）此法的主要问题是其比较任意的作用方式（不能

结果）。

（3）尤其是对于长距离连接的研究利用此法难以得到令人满意的结果。

3．细胞色素氧化酶

在神经元群水平，细胞色素氧化酶（CO）能用来揭示人的视皮层中与功能相关的斑块和眼优势柱。

单眼眼球的摘除导致与该眼对应的功能柱的代谢率降低。利用此原理，与两眼对应的功能柱能被不同地染上色。

免疫细胞化学

与上述连接研究的较大的局限性比较，免疫细胞化学技术已非常成功地被运用于人脑组织的研究中。

电镜

电镜已运用于死后人的组织或活检标本。虽然也有组织保存不太理想标本对比，也提供了一些有用的结果。

受体放射自显影术

利用死后的组织，能对各种受体所在的层和区域的分布进行研究。

神经成像技术

，但与灌流的动物

DTI技术，可在活的动物及

上

大通路的连接。

294

第二节

脑皮层区域

一、细胞类型

1．皮层区主要由锥体神经元

。

除第1层外，锥体神经元的细胞体分布于其他各层。

锥体神经元的特征是其顶树突呈放射状直达软脑膜表面，典型的锥体神经元的细胞体呈圆锥形。

其他的树突，即基底树突从胞体的基部呈放射状发出。

二、层状结构

大脑皮层区通常被认为有六层结构。

不同的层含有比例不同的小、中、大型神经元，并且这个比例随脑区的不同也不相同，不同的层也有不同的连接方式。

三、柱状结构

新皮层的一个基本特征是柱状结构。

第三节

脑皮层连接

一、丘脑皮层连接

丘脑皮层连接是外部传入到初级感觉皮层的一个主要来源；它们对神经元形成特异于感觉道的反应是必不可少。

丘脑皮层连接具有不同的亚感觉道的性质，其常常源于特异于感觉道的丘脑核内的不同的

层。

二、

连接

连接也称为水平连接，指那些不在白质中穿行并典型地与母神经元留在同一皮层区内的突

触。

三、皮层-皮层连接

外部连接，或皮层一皮层连接，将位于不同皮层区的神经元相互连接在一起。

灵敏的逆行和顺行示踪剂的发展使得确定母投射神经元（主要为兴奋性锥体神经元）及其末梢树在各层的分布成为可能。

根据这些标准，已区分出三大类皮层，即前馈连接、反馈连接和侧连接。

四、等级排列

1．将皮层一皮层连接分为三类的分法已被用来以等级方式排列皮层区。

2．皮层区等级顺序的

规则是：一个区在某一给定的“水平”接受从较低水平区来的前馈

连接，发出反馈连接到这些同样的较低水平的区，并与处在同样水平的区交换侧连接。

3．交互的前馈和反馈连接是建立脑区的等级顺序的重要线索。

295

4．等级观念和存在多个皮层区，以及从低水平区到高水平区反应性质的逐步复杂化是一致的。

它已被用作系统阐述功能结构的一种快捷的方式。

课堂 题

1．

中常用的神经解剖方法？

复习题

试述常用的神经解剖研究方法。

皮层连接的结构和功能如何？

拓展阅读材料

1．AmuntsK，ZillesK（2001）．Advan

incytorchitectonicmap

ofthehumancerebral

cortex．NeuroimagingClinicsofNor

merica，11：151-169

2．ArianoMA（1997）．Distributionofdopaminereceptors．InNeveKA＆NeveRL（eds），

TheDopamineReceptors．Totowa，NewJersey：HumanaPress，77-103

3．BlasdelGG，

dJS（1983）．Terminationofafferentaxons

acaquestriatecortex．Journal

ofNeuro-science，3：1389-1413

296

第三章

前额叶皮层

本章教学目的和基本要求：通过本章的学习了解前额叶皮层的结构，掌握相应的功能与产生机

制。

学时分配：两学时

第一节

前额叶皮层的注意力调控功能

一、注意机制

注意在大脑选择要处理的信息时就起着关键的作用。

二、前额叶皮层的功能

当前额叶皮层向颞下回或后顶叶发出“自上而下"的反馈调控时，这些区域的神经元对视觉目

标的反应出现高度的注意选择性。

三、前额叶损伤的表现

注意力调控能力低下，很难把注意力集中到被特别暗示的事物上，容易受无关刺激的干扰。

第二节

前额叶皮层的学习和

功能

一、前额叶皮层与规则学习

人和动物都能够根据经验对不同的环境刺激作出不同的行为反应。

规则学习依赖于在不同的、但行为上相关的信息之间形成联合关系，因此规则学习也称联合学习。

规则学习是前额叶皮层的一个关键功能，前额叶皮层神经元的活动反映通过学习获得的联合关系。

前额叶腹侧部是规则学习的关键皮层中枢之一。

二、前额叶皮层与情景

1．情景

则是对生活中所发生事件的自传性 ，它

着关于事件发生的特定时间和地

点的时间和空间“

”。

2．情景

则需要内侧颞叶、大脑皮层

区以及前额叶皮层的共同工作。

3．前额叶皮层在情景

中的重要作用可以通过

情景

的本质来理解。

4．情景

5．

（1）常老化过程中

的本质是

，是关于事件在何时何处发生的 。

依赖于前额叶皮层的

：

错误在小孩和老人中很常见，是因为前额叶皮层在

一定程度的损害。

发育中成熟较慢，在正

（2）前额叶皮层受损伤的

6．前额叶皮层在情景

倾向于

在何时、何处学得他们所知道的事情。

中的作用：通过“由上而下”的调控作用，使感觉皮层和其他与前

额叶有解剖

系的脑区“偏好”某些相关的感觉信息。

297

三、前额叶皮层与工作

1．工作

：为了完成某种任务操作，脑内需要主动地保留或复述某种有用信息，即时

的内容需要在时间上得到延续。

2．工作

系统由3个部分组成：（1）

执行机构，（2）视觉空间速写板，（3）语音回

路。

3．Goldman-Rakic提出了前额叶皮层工作

模块假说。

第三节

前额叶皮层的行为抑制功能

一、行为抑制功能

1．人类之所以具有社会属性，是因为人类具有高度发达的前额叶皮层。

2．由于前额叶皮层的抑制性功能，使得

知道不该做的事情不能去做，而前额叶

在社

会及情感行为方面

多个方面的异常。

二、前额叶皮层的行为抑制功能

前额叶

常常不能根据暗示信号调整自己的行为。

三、注意力缺损多动症与前额叶皮层

前额叶皮层神经元的神经

髓鞘化的作用一是使神经传导加速。

的髓鞘化要到13-15岁才能完成。

与神经

之间相互绝缘，二是使神经脉冲在神经

上的

3．注意力缺损多动症：儿童由于前额叶皮层发育尚不成熟，他们常常会

注意力分散，

无意义动作过多，这种情况发展到

，就会出现注意力缺损多动症（简称ADHD）。

尽管ADHD的发病机制可能是多元性的，但前额叶功能的抑制性功能低下是其中的重要原因之一。

脑功能成像研究表明，ADHD儿童的前额叶皮层活动要显著地低于同龄正常儿童。

第四节

前额叶皮层的行为计划和策略形成

1．每个人都能够总结过去、规划未来，这种能力源自于

高度发达的前额叶皮层。

2．人类和动物的根本区别在于，人类能够对未来的行为活动事先进行严密的规划，而动物则

不具备这种能力。

3．前额叶

日常行为活动通常是杂乱无章的，缺乏有条不紊的计划。

4．

通常玩的一些智力

本质上是测试前额叶皮层功能的行为任务：Hanoi塔智力

、

威斯康星卡片分类测试等。

第五节

前额叶皮层的发散性思维能力

1．人具有强大的思维和推理能力，也是源于

高度发达的前额叶皮层。

2．发散性思维是比较低层次的一种思维能力，指脑内枚举具有相同或类似特征的事物的能力，

它反映了一个人知识的开阔度。

298

3．与正常人相比较，前额叶 的发散性思维能力显著地低下，他们很难在规定的时间内尽

可能多地写出具有相同特征的单词。

课堂

题

1．

行为抑制功能的研究对司法心理学的影响？

复习题

1．

2．规则

3．

规则

？

额皮层的机制如何？

？

情景

4．前额皮层在情景

中的作用是什么？

拓展阅读材料

1．

121-134

2．

，季今朝，茅正梅（1999）．前额叶皮层与工作

．复旦神经生物学讲座，15：

主编，神经生物学．

：高等教育

，396-414

299

第四章

海马与

本章教学目的和基本要求：通过本章的学习了解海马及内侧颞叶的结构，掌握MTL的功能及

在 机制中的作用，理解海马在

学时分配：两学时

过程中的作用机制，掌握

研究的主要研究范式。

第一节

海马与内侧颞叶（MTL）的解剖结构与功能

一、解剖结构

海马：齿状回，安蒙氏角和下托；

海马周边的区域：内嗅皮质，嗅缘皮质，以及

大部分海马旁回的皮质。

二、功能

MTL是一个具有高级信息整合功能的重要脑神经结构。

大脑皮质对信息的加工是以由低级到高级的层级性结构的方式来组织的，而MTL则处于这个结构的最终端，即来自额、颞、顶、枕诸皮质的信息将最终会聚于MTL。

3．补充性

系统理论：人脑中存在一快一慢两个

系统，慢系统依赖于大脑新皮质之间

的直接联系的形成，而快系统则以MTL为中介。

三、MTL损伤

特点

1．MTL损伤所造成的

是多通道的。

2．MTL的损伤并不会造成短时

的

。

3．MTL的损伤会影响

，但却对智力的其他方面没有明显的影响。

4．MTL的损伤并不会影响稳固的长时

。

5．MTL的损伤并不会影响程序性

和内隐

的形成和保持。

6．MTL的损伤虽然会影响 ，但这并不意味着MTL就是

的“储藏柜”，事实上，特

定的感知觉

信息并不直接

在MTL之内。

第二节

内侧颞叶与联结的形成

一、Naya的研究（2001）

MTL的作用在于联结表征于感知区域的各个特定

信息，形成和维持长时

。

二、Henke的研究（1999）与Luo和Niki的研究（2002）

Henke的研究：联结加工条件相对于深度加工条件而言，伴随有明显的MTL的活动，这就证明了MTL参与的是新异联结的形成，而并非深度的语义信息加工。

Luo和Niki的研究：MTL不参与新异联系的形成。

解释：MTL的活动与完成一项认知任务所需调动的信息加工的量有关系

300

第三节

内侧颞叶与多重

系统

一、Squire

多重

系统的模型

陈述性

非陈述性

（1）程序

：事实、事件——MTL间脑

：

：纹状体

启动效应和知觉学习：新皮层

简单条件反射：情绪性反应-杏仁核；动作反应—小脑

非联结性学习：反射通路

二、内侧颞叶与多重

系统

MTL在多重

系统中的功能十分有限，它只和陈述性

有关，不负责陈述性

中语义

保持

信息的保持；它只是在情节

的过度而已。

中起作用，负责从即时的工作

缓存向

的语义

三、实验研究

1．Poldrack等的研究（2001）

（1）有效地将支持情节

的MTL与支持程序性

的纹状体进行实验分离。

（2）程序性

条件与程序性

条件与陈述性

条件相比较，伴随有明显的纹状体的活动；而陈述性

条件相比较，则伴随有明显的MTL的活动。

（3）提示MTL和纹状体的功能之间可能存在一种相互竞争的关系。

2．Hartley等的研究（2003）

（1）找路能力好的被试存在着纹状体与MTL分离，在走老路时纹状体兴奋，找新路时MTL

兴奋。

（2）支持基于纹状体的程序性

与基于MTL的陈述性

相互分离。

第四节

内侧颞叶与回忆性经验

一、回忆性经验

1．R反应：再认伴随有丰富的回忆性经验的再认被称为R反应。

2．K反应：再认不伴随有任何的回忆性经验，基于感知熟悉性的再认被称为K反应。

3．R反应与K反应的区分最初是由情节

与语义

的划分的提出者EndelTulving所提出

的。

4．理论上可以认为，R反应的实现必须借助于MTL的功能，因为它不仅仅包含了对刺激物本

身的确认，而且还包含了对于刺激物出现的场景的回忆，是一种丰富的、完整的、在自我意识水平

上实现整合的

表征。

5．研究在再认过程中R反应与K反应的MTL活动，就成了确定MTL与情节

系的重要途径。

之间的关

301

二、实验研究与结果

Henson等的研究（1999）

Eldridge等的研究（2000）

3．K反应依靠熟悉性来实现；R反应依靠“再现”来实现。

4．两种反应与被正确否定的项目相比，都激活了左侧前额叶以及左侧的顶内沟皮质，但R反应还额外地伴随有右侧MTL以及双侧的前部纺锤状回的活动。

第五节

MTL与长时

的时效性

一、MTL在长时的陈述性

中的作用的理论假设

1．长时的陈述性

的形成、保持和提取的关键，在于一种在参与特定信息加工的相互分离

的新皮质神经元与MTL神经元之间的互动。

2．在新皮质与MTI．之间存在双向的信息交流，具体的连接方式是新皮质与内嗅皮质，嗅缘皮质和海马旁回进行双向的信息沟通，而嗅缘皮质和海马旁回又会反过来和内嗅皮质形成联系，内

嗅皮质又最终与海马进行信息沟通。

3．在新皮质内，巩固

多神经元联结在一起。

的关键方式是逐渐将

整个心理事件表征的、在空间上分散的诸

4．借助于MTL的中介性联结而实现的

较为迅速但是容量有限，而借助于新皮质间的直

接联系而实现的

容量较大但速度缓慢。

5．在

同活动。

痕迹的巩固过程当中，MTL内的神经元与新皮质内分散的表征特定事件的神经元协

二、MTL在长时的陈述性 中的作用的实验研究

1．支持MTL在陈述性

中的时效性假设的实验研究

（1）Zola-M

an和Squire的研究（1990）：如果

是在MTL损伤之前很久就已经形成的，

则MTL的损伤不会影响到

的保持，而如果

是在MTL损伤之前

形成的，则MTL的损

伤会导致

信息的遗忘。说明：

保持对MTL的依赖性逐渐降低。

（2）Stark和Squire的研究：对于近期才

过的地方的回忆，相对于对于远期

过的地方

的回忆而言，激活了

的MTL的活动，而具体的激活区域在左侧的海马旁回。

2．质疑MTL在陈述性

（1）MorrisMoscovit

中的时效性假设的实验研究

TL有选择性地支持有关细节的

，无论

事件发生的时间是

远还是近，只要是包含丰富的细节的

，就依赖于MTL，反之，就不依赖于MTL。

（2）Rosenbaum等对KC（患者）的自传体

研究：KC对于其老宅周边环境的框架性或提

纲性的整体

远近无关。

保持完好，但有关细节严重缺失。说明MTL的作用在于保持细节而与

发生的

（3）Addis等人用脑成像技术研究和比较了

的远近性和

细节的丰富性对于MTL活动

的影响。结果发现：

的远近性对于MTL的活动的影响并不明显，而

细节的丰富性对于

MTL活动的影响则较为明显。

课堂

题

1．

海马系统的结构和功能？

302

复习题

1．

2．

MTL？它在

中可能具有哪些功能？

多重

系统模型？MTL在这一系统中起到什么样的作用？

3．怎样理解MTL在陈述

中的时效性？

拓展阅读材料

1．EldridgeLL，KnowltonBJ，FurmanskiCS，BookheimerSY，EngelSA（2000）．Remembering

es：aseleetiveroleforthehippc

usduringretrieval．NatNeurosei，3：1149-1152

2．FortinNJ，wrightsP，EiehenbaumH（2004）．Recolleetion一likememoryretrievalinrats15

dependentonthehippoe

us．Nature，431：188-191

3．HenkeK，WeberB，KneifelS，WieserHG，BuekA（1999）．Humanhippc

usassoiates

information

emory．ProcN

AcadSciUSA，96：5884-5889

4．HensonRN，RuggMD，Shal eT，JosephsO，DolanRJ（1999）．Reeolleetionandfamiliarity

inreeogni－tionmemory：anevent一relatedfunctionalmagnetieresonaneeimagingstudy．JNeurosei，19：3962-3972

303

第五章

功能磁

成像

本章教学目的和基本要求：通过本章的学习，了解功能磁

成像的基本原理，在研究和应用

中存在的缺陷，掌握功能磁

学时分配：两学时

成像技术的新进展。

第一节

基本原理

一、基本磁 成像物理原理

1．核磁

（NMR）现象

在外部磁场的作用下，物体中的原子核自旋发生磁化，倾向于沿着磁场的方向排列。

Larmor频率：与Bo的强度按原子核相关的比例常数成比例。

（3）氢核在场强为1T的磁场作用下，氢核的

频率是42．53MHza通过运用一个按Larmor

频率变换的磁场，磁化能够从沿着B。的平衡位置被翻转，它的成分在垂直于主磁场的方向上以Larmor频率旋转，能够被一个射频（RF）接收线圈探测到。

（4）总信号的振幅依赖于许多参数，这些参数反过来决定图像的对比度。

2．梯度磁场

从空间上编码激发所引起的NMR信号。

梯度磁场是磁场在空间上的线性变换。

Larmor频率和B。之间的线性关系。

为了从被试物体的不同位置辨别信号，采用梯度控制信号频率，以便获得的信号能够从空间上分离开来。

自旋回波序列

在自旋回波序列或FLASH序列这样的技术中，每个RF激发后收集一排沿着一维k空间的数据，花数秒到数分钟的时间完成一幅图像。

NMR信号衰减

这种衰减由一个时间常数T2*表示。因为通常为了功能对比获得T2*

像，但由于组织和

气腔之间磁化率的不同造成T2*变短，在这个区域可能会发生重要信号的遗失。

二、BOLD的生物物理学原理

血氧水平依赖（BOLD）对比与那些T2或T2*依赖的血氧和状态有关，这可以改变血红蛋白的磁敏感性。

氧化的血是反磁性的，类似于脑组织；脱氧血红蛋白是顺磁性的，它的出现导致含有这些

分子的区室和其他没有这些分子的区室之间很大的磁化率差异。

3．红细胞膜和

T2或T2*。

腔边界磁化率的差异引起磁场的不均一性，这种磁场不均一性导致缩短的

4．在脑中，血红蛋白位于

内，它对水质子的影响依赖于质子相对于

的位置。

5．在T2或T2*

成像序列中都能探测到BOLD反应，但是对这些序列反应的特征是不同

的。

304

三、生理学原理

神经活动时脑血流量（CBF）大量增加，超过了氧利用率（CMRO2）的大量增加。

兴奋的神经元活动发生时CMRoz/CBF降低，导致降低的R2*，因此对T2或T2*敏感的图像中信号强度增加。

BOLD对比依赖于对血氧水平的监测，尤其是静脉血，在脑中它与CBF，CMR02，以及脑血容量（CBV）密切相关。

这三个生理参数之间相互影响，决定BOLD反应，可用公式描述。

四、实验程序

在功能脑成像研究中，通常是比较两种状态，如静息状态和活动状态。

重复时间（TR），TE，切片厚度、空间分辨率、以及切片数目是一些在fMRI实验中需要考虑的重要的MRI序列参数。

随着序列参数的选择，需要决定刺激范式。

五、数据分析

预处理：运动矫正，时间滤波和空间滤波。

探测激活的方法：t检验、交叉相关和一般线性模型。

第二节

缺

陷

一、大

污染

1．大的静脉能产生BOLD反应，而这些静脉远离神经活动部位。

2．实验研究表明fMRI像受大

作用的控制。

3．大

的作用与流入效应有关，BOLD信号在很大程度上来自于神经活动区域的大静脉。

4．作用相当复杂，不容易消除。

二、生理噪声

NMR的物理特性产生的噪声。

总的被试运动产生的噪声

生理相关的变化产生的噪声

第三节

新的发展

一、向高场移动

MR图像本身的信噪比与磁场强度成线性关系。

BOLD对比随着磁场强度增加。

3．

大小也依赖磁场强度，影响着BOLD信号。

4．fMRI的灵敏度和空间特异性的增加推动了高场系统的建立。

305

二、fMRI信号的早期衰减

血液动力反应可能在空间上比实际的神经元活动部位大，可能影响fMRI的空间特异性。

这种观点得到内源信号光学成像研究的支持，内源信号光学成像能够达到高空间分辨率和时间分辨率，并且能够评定血红蛋白的氧合状态。

从fMR和fMRI波谱都可以观察到初始MR信号降低。

4．fMRI信号衰减与光学成像研究显示的脱氧血红蛋白浓度的增加一致，而且对于微

的作

用可能更敏感，因为相对于阳性BOLD反应微

的作用随场强增加的更快。

5．监测信号衰减不是有限的刺激间隔造成的伪迹。

三、事件相关fMRI

1．最近的研究认为fMRI秒级的时间分辨率的时间限度能进一步推到秒以下的范围，这种性

能允许监测单个感觉或认知事件时的fMRI信号进展。

2．事件相关fMRI带来的是功能脑成像发展中

性的进步。

3．事件相关的fMRI中，采用的两种方法：平均事件相关的fMRI；单刺激法。

四、fMRI和电生理结合

1．与电生理技术（EEG，MEG或

细胞电活动）比较，fMRI的时间分辨率比较低。

将二者结合以获得高的空间分辨率和时间分辨率。

为了增加EEG重建的空间分辨率，在根据EEG数据重建与脑活动相关的电流偶极子时利用fMRI信息作为优先知识。

4．通过同时

fMRI和

fMRI数据和EEG研究像睡眠期间时脑的自然活动，实现MRI扫描环境中，

EEG。

同时

课堂 题

1． 磁

成像技术的应用与发展？

复习题

1．简述核磁

成像技术的原理。

2．核磁

成像受到哪些

的影响？

3．目前核磁

成像的发展如何？

拓展阅读材料

1．CohenMS（1997）．Parametric

6：p．93-103

ysisoffMRIdatausinglinearsysternsmethods．Neuroimage，

2．BandettiniPA，eta（l1993）．ProeessingStrategiesfortime一eoursedatasetsinfunetionalMRI

ofthehumanbra

agnResonMed，30（2）：p．161-173

3．AllenPJ，etal（1998）．IdentifieationOfEEGevents

heMRSeanner：Theproblemofpulse

artifaetandamethodforit

btraetion．Neurolmage，8：P．229-239

306

第六章

事件相关脑电位技术

本章教学目的和基本要求：通过本章的学习了解

的基本概念，掌握

基本技术，熟悉

的主要成分的波形和意义、掌握分析章为整个课程的重点和难点。

学时分配：四学时

结果的方法和技术、了解

研究的

进展。本

第一节基本概念

一、脑电图

1．脑电图（EEG）是借助电极从头皮连续

的交流型电活动。

2．EEG与

的意识水平也密切相关：当大脑活动增加时，EEG节律增高而波幅降低；在清

醒闭目的假寐状态下，a波出现；在浅睡眠状态，EEG节律逐渐减慢；当睡眠加深，眼动加快—快

速眼动睡眠（REMsleep）；在深度睡眠中，以波为主；EEG

是

脑

的最主要指标。

二、事件相关脑电位

1．事件相关脑电位（

）：

（1）是与实际刺激或预期刺激（声、光、电）有固定时间关系的脑反应所形成的一系列脑电

波。

（2）脑电变化十分微弱（0．1-20AV），掩埋在自发脑电位（波幅范围士100tLV，其频率

范围在40Hz左右）中难以观察，但利用诱发电位固定的锁时关系，经过计算机的叠加处理，则可

以提取出

2．

成分。

的平均叠加：

在反复呈现相同刺激的过程中，与刺激有锁时关系的、时间和方向上一致的电位活动逐渐增大，而与刺激无锁时关系的随机的背景电活动则相互抵消，逐渐减小。

电压放大倍数：

放大倍数又称增益。电压放大倍数一般是指对异相信号的电压放大倍数，其数值常用分贝（dB）表示。

时间常数：

时间常数（TC）是对频带宽度

时间常数的设定数值直接影响

频率响应的描述方式。

波形是否失真。

（3）各电生理信号常用的时间常数为：心电时间常数（ECG）1-2s，脑电（EEG）0.3s，肌电（EMG）0.1s，神经动作电位0.05s

5．频带宽度：

（1）任何放大器只能对一定频率范围内的信号进行正常放大，超过其频率范围的信号（即频率过高或频率过低的信号）经过放大器后放大倍数就会降低甚至失真。放大器的这个频率范围称为频带宽度，用以描述放大器频带宽度的曲线称为频率响应曲线。

（2）

使用的放大器的频带宽度是可以调节的。

6．共模抑制比

（1）共模抑制比（CMRR）又称辨差比、辨别比，它定义为放大器对异相信号的放大倍数Ad

和对共模信号的放大倍数Ac之比。

307

（2）共模抑制比是放大器对共模信号抑制能力的指标。

第二节

的基本技术

一、刺激材料与刺激程序

1．刺激物分类

视觉刺激：

分类：非图形刺激；图形刺激。参数：视角；亮度；照度；对比度

听觉刺激：

分类：纯音；短声；白噪声；语音参数：频率；声压级

体感刺激。指 所能承受的微弱脉冲电流。

2．刺激序列

（1）刺激呈现时间：

（a）刺激呈现时间长度与任务难度成反比

（b）当呈现时间短到一定程度，人就不能

启动研究

感觉到这个刺激，可利用此特性进行非意识的

（c）撤反应，即刺激物

也能导致

波形的微小改变，避免撤反应的措施一是将刺激呈

现时间适当延长或缩短，二是利用相减的办法。

（2）刺激间隔：SOA：从起点到起点；ISI：从止点到起点。在确定刺激间隔应注意：

（a）短间隔将导致

成分，特别是早期成分的

；

预留足够被试完成作业的反应时间；

间隔过长可能浪费硬盘空间，并延长不必要的实验时间；

刺激间隔与任务难度成反比。

（3）

成分的消除：

（a）高通滤波增加可以减弱

在较长潜伏期、较低频率的部分。

（b）低通滤波采用不同间隔随机化，可以部分消除邻近的

3．实验模式

（1）Oddball模式：

成分，又叫fitter法。

（a）Oddball实验模式是指采用两种或多种不同

现的概率显著不同，让被试对偏差刺激进行操作反应。

或图像，不同的刺激持续交替呈现，出

（b）Oddball模式是产生P300，MMN等与刺激概率有关的

成分中，常用的经典实验模

式。

（c）Oddball模式又分若干亚类：两种刺激物；同样两种刺激物；三种刺激物。

（2）Go-Nogo模式：

（a）Go-Nogo模式：标准刺激与偏差刺激之间概率相等，需要被试反应的刺激叫做Go刺激，不需被试反应的刺激叫做Nogo刺激。

（b）该模式的特点是排除了刺激概率对

的影响，节省了实验时间，这是它突出的优点；

但也丢掉了因大、小概率差异而产生的

（3）视觉空间注意的经典模式：

数据。

（a）经典视觉注意的实验范式：闪光随机呈现于左右视野，让被试注意某一侧而忽视另一侧。

308

当被试注意视野左侧，而白色光标也出现左侧视野时，刺激物诱发的P1与N1成分比注意右侧视野的条件明显增大。

在以上实验条件下，发现在P1、N1的前面还有一个小成分C1，C1在注意与忽视条件下

其波幅无明显改变。

（4）

的经典模式：

（a）直接或外显再认实验：

经典的再认实验范式：首先呈现一组项目，被试无需反应；其中一半在随后的一组中重复呈现，被试对重复出现的项目按键反应。

连续再认实验：呈现的项目中，一半是上一组曾经出现过的，另一半则是下一组将要出现

的，被试分别用左右手按键。

连续再认实验范式与传统到

再认范式不同，学习与测验阶段混合以便再次呈现项目时

为正负之间的转换，并且

负荷在量上是连续增加的。

（b）间接或内隐再认实验：

◆

◆

◆

常见的一种实验范式为混合呈现词与非词，被试的任务是识别词与非词。

另一种范式是对某种特定含义的词反应。

实验中被试均不对重复出现的

反应，因而这种

是间接的或内隐的。

二、脑电数据

与

1．电极导联

将头皮上的一个电极的电位设置为零，这个电极称为参考电极。

另外一个或多个电极与参考电极的电位差即是该电极的电位值，这些电极叫做

电极。

（3）采用一个公共参考电极与多个

电极的方法叫单极导联法，脑电

常用此法。

（4） 两个点之间的相对电位差，称为双极导联法。

2．

电极安放

（1）国际脑电图学会在40多年前制定了全球

的10-20国际脑电

系统沿用至今。

（2）矢状线：从鼻根至枕外隆凸的连线，又称中线。从前往后标出5个 点：Fpz，Fz，

（3）Cz，Pz和Oz，Fpz与Oz各

线全长的1006，其余3点各占20%。

冠状线：两外耳道之间的连线。从左至右也是5个点：T3，C3，CZ，C4和Too外侧的

T3与T4占10%，其余3点各占20％。CZ是矢状线与冠状线的交点，因而常作为基准

点。

（6）为

脑电图学会（1991）

的标准电极点。

3．

参数

（1）分析时间与基线：根据实验模式和研究目的设定分析时间，一般经典的

ms之内。刺激发生前的基线常设为100-200ms．

分析多在1000

（2）频带宽度：使其仅够放大拟研究的

信号，落在频带外的噪声与干扰信号则不被放大，

达到排除目的。频带宽度一般为0．01，0．05或0．1-40，60或100Hz．

伪迹的排除与校正：眼电是最为常见的伪迹，目前多对其校正，以免丢失过多的脑电数

据。

皮肤阻抗<5k2，参考点的皮肤阻抗尤为重要。

采样频率与时间分辨率成正比，例如250Hz的采样频率，时间分辨率为4ms．

三、

数据处理与分析

1．波形平均与叠加步骤

309

提取并打开连续脑电文件。

合并任务数据。须保证实验过程被完整保存。

眼电伪迹校正。

对脑电分段：按照预设的“分析时间”，以刺激物发生为起点，对连续分段。

滤波：排除50Hz干扰，以及其他伪迹。

基线校正：基线校正的目的是在当前波形文件中校正DC偏差。

排除伪迹。

的EEG进行

（8）平均，为使

2．总平均

信号从噪声中分离出来，必须充分平均叠加。

将同一条件下所有被试的均图。

3．相减技术

波形进行二次平均。目前文献

的

结果基本上都是总平

相减技术的运用，对于提取更为纯粹的、与心理机制相关的

4．波形、测量与统计

成分具有重要意义。

（1）从一系列波形中判断有关成分，是

研究的一个技术难关。

波幅与峰潜伏期测量：波幅测基线一波峰值或者波峰一波峰值，潜伏期常以刺激起始点至波峰顶点作为测量点。

一般认为，波幅反映大脑兴奋性高低，而潜伏期则是神经活动与加工过程的速度和评价时间。

相减后的波形有时为一个较为平缓的负漂移，例如MMN，其波峰常不明显，因此峰值

的测量较为

。

目前倾向于采用平均波幅作为指标。

平均波幅测量可用固定法／连续测量法、具体法或间断法。

四、脑地形图

脑电地形图：是指将放大的脑电信号转换成一种既能定量、又能定性的脑波图形，可使大脑在某一时间的功能变化与形态定位有机地结合。

分类：

（1）根据脑电信号：EEG频率地形图，针对不同的频段，包括。波、p波、。波，8波和近

年受到关注的40Hz脑电；

波幅地形图。

根据图形的色彩或形式：彩色地形图、灰度地形图、等高线地形图。这三种地形图所表达的内容和信息量基本一致，其差别只在于表现形式的不同。

根据维度：二维地形图；三维地形图。

五、源定位分析

极性翻转：颅内与头皮电位的极性翻转，极性翻转的机制可用偶极子原理解释。

偶极子定位：是基于电场理论和数学原理，运用计算机处理系统从头皮表面算颅内发生源位置的一种定位方法。

的电位推

3．分布式源定位模型一电流密度模型：电流密度模型属于一种分布式源定位方法，具有2个

基本特征：①先以一个三维网格或表面假定源的位置。这样可以使空间矩阵L在整个拟合过程中保持不变。②数据项D（j）加上模型项M（j）与调整参数λ的乘积得到残差Δ2。

310

六、主成分分析法（PCA）

1．主成分分析模型：Donchin等提出

的成分是一个“可控制的源和可观察到的变量”，

并认为

可分解为多个成分的线形结合，其中的每一个都可以独立地受实验操作影响。主成分

分析模型是一种线性

多重数字变量矩阵的方法。当应用于一组

时，就会产生一组成分。

2．为有效应用PCA，在被分析的一组

内必须有充分的系统变量。

通常有两种不同类型的PCA，一种是时间PCA，以时间为刻度用波形表示成分；另一种是空间PCA，按头皮分布绘成图。

PCA的首要步骤是依据数据计算相关的矩阵，通常这一步骤要求很严格，必须详细说明相

关矩阵计算的方法和类型。第二步是决定

声之间频响位置的多种变量来决定。

余多少成分。有意义成分数目的确定由放置信号与噪

PCA限定的数学是一组成分和一组系数的正交。

根据所代表的实验变量，来描述一个成分的性质。

进行方差分析（ANOVA）以证明 成分的性质而不是证明实验效果的显著性。

8．PCA是一种基本的将使用变量

为少量的独立成分的方法。

七、独立成分分析

独立成分分析（ICA）是把信号分解成若干个相互独立的成分。

最大熵ICA算法：根据随机梯度下降的学习算法来实现差熵的最大化，即最大熵ICA算法。

ICA的目的是对由未观测到的独立源产生、经未知线性混合而成的观测信号进行分析，从而复现出原来的独立源。它用统计学上的方法把观测的多导随机信号变换成为统计意义上尽可能独立的成分。

在脑电信号的测量中，观察到的信号实际上是若干相对独立的源信号叠加而成的。因此，

采用ICA方法分解出观察信号的独立成分将有助于

把握真正有意义的大脑活动信息。

第三节

成分

一、

成分与命名

1．

成分

（1）如果将刺激前100ms和刺激后1000ms作为观察时程，

可以看到一系列电位或波形

的变化，每个波形就叫做某个

成分。

（2） 成分 名原则是根据电位的极性与出现顺序，或极性与潜伏期。

2．分类

（1）按感觉通道

（a）听觉成分：各种声音刺激所产生的

成分，又叫听觉诱发电位。

（b）视觉成分：各种图像、文字、闪光所引起的

成分，又叫视觉诱发电位。

（c）体感成分：各种电流脉冲刺激身体的感觉神经，在周围与中枢神经系统所成分，又叫躯体感觉诱发电位。

按潜伏期

早期成分：包括Ⅰ一VI波，出现在刺激后10ms以内。

中期成分：在刺激后10-50ms的范围内产生。

晚期成分：P1以后的成分，位于50-500ms。

到的

311

（d）慢波：在刺激发生500ms以后的一系列变化趋势小而缓的波，其意义尚不十分清楚。

按心理学性质

外源性成分：外源性成分主要与刺激的物理学性质有关，而与人的心理学过程无关。

内源性成分：与脑的认知功能有关的主要是晚成分和慢波。

二、标志性

成分

1．伴随性负变化：walter等（1964）设置两个前后相伴随的单声与闪光刺激，被试对闪光刺

激作出反应，

到数秒的长潜伏期电位—伴随性负变化，它是完成同种任务时由期待、意动、动

机、朝向、注意和 等多种心理

综合

的心理负荷加重。

2．P300：Sutton等（1965）在识别不同声调时

到一个潜伏期约300ms的正波，称之为

P300。P300具有明显的

相关变化。研究表明它是与注意、辨认、决策、

等认知功能有关

的 成分，所以又被称为认知电位。

3．失匹配负波与加工负波:Naatonen等人采用相减的方法首先提取出失匹配负波和加工负波，

并在1990年提出了注意的脑机制模型和

痕迹理论。

N400:Kutas和Hillyard（1980）首先观察到N400，他们在令被试阅读的句子中，25％句子的最后一词与其前的语境不同，即该尾词为歧义词，它诱发出一个潜伏期约400ms的负波N400，主要反映语义等言语认知加工过程。

C1波:在P1与N1之前尚有一个较小的成分—Cl波。在注意与非注意状态下，其波幅值不

变，其后的PI与N1成分则

明显的注意增大。源分析确定C1波来源于纹状体皮质，这也得

到单细胞

的证实。C1波不受注意的影响，反映了初级感觉皮层是注意效应的最早加工部位。

6．LRP:LRP（偏侧化准备电位）是与运动准备相关的一个脑电成分。

课堂

题

1．

EEG和

有何异同？

复习题

1．

2．

3．

？它有哪些重要参数？

的基本技术包括哪些内容？

ODDBALL模式？

数据进行处理？

GONOGO模式？

4．如何对

5．

6．

脑地形图？

主成分分析法？

7．目前研究发现了哪些

成分？

拓展阅读材料

1．罗跃嘉（1996）．事件相关电位P300成分对脑功能康复的评定作用，中国康复理论与实践，

2（2）：79-83

2．罗跃嘉，魏景汉（1996）．注意

研究现状与争论．心理学动态，4（4）：7-11

罗跃嘉，魏景汉（1997a）．跨感觉通道的

罗跃嘉，魏景汉（1997b）．选择性注意的

注意成分研究．心理学报，29（2）：192-201

研究方法，心理科学，20（6）：553-554

5．魏景汉，范思陆（1991）．关于CNV是复合波的直接证明．心理学报，23（1）：69-73

6．魏景汉，罗跃嘉（2002）．事件相关脑电位．

：经济日报

7．

，

（1992）．神经生理学，合肥：中国科技大学

312

第七章

初级视皮层中的显著图

本章教学目的和基本要求：通过本章的学习了解初级视皮层中的显著图的概念和理论，掌握

V1模型及相关的验证实验。学时分配：三学时

第一节

基本概念

一、视觉信息与加工

1．视觉输入信息

某些方面进行细节加工。

数据，而视觉系统的计算资源又有限，只能选择性地对输入信息的

2．对于大量的视觉信息来说，通过自下而上的机制来完成，计算效率将更高。

二、显著图

1．将自下而上的机制和自上而下的机制区分开来，并且只考虑一幅仅由自下而上机制

视野显著图。

的

2．在这幅图上，有着更高量级值的位置能够吸引

的注意，从而得到进一步加工。

鉴于这种功能，无论任一个视觉位置处的实际特征是什么，它的显著程度都应该能在此显著图上表示出来。

某个位置上一个红点的显著度与另一个位置上一个黑色垂直光条的显著度便有了可比性。

这幅显著图本质上也应该依赖于视觉画面的组织。

这样的显著图在视觉功能中的重要性是非常明显的。

三、基本假设

显著图的建立可以通过组合一些分散特征图的信息来完成。

根据此类假设，特征图在整个输入画面内表征单一视觉特征，然后所有特征图组合起来，一幅主图，用于表征与真实特征无关的显著性。

每个单独的特征图先算出该特征的空间对比度（通过竞争过程），然后不同特征图的输出

被叠加起来，

一个主显著图。

4．这些理论都没有明确

与显著图有关的神经机制和皮层区域。

四、理论

1．初级视皮层（V1）能形成这样一个显著图：对给定视觉画面，V1输出神经元的

着相应经典感受野内视觉输入的显著值而单调递增。

率随

2．提供V1输出的神经

视觉输入。

主要来自于第2，3层的锥体细胞，它们在相对小的CRF内接收

3．水平皮层内连接使每个锥体细胞的反应既依赖于其经典感受野内的输入强度，又依赖于周

围刺激，从而对显著性的计算进行调节。

313

第二节

以一个VI模型来模拟显著图

一、V1模型

模型描述：是目前唯一一个具有生物学基础的，对质地分割、轮廓增强以及跳出效应这三类任务都能解释的，用于诠释周边影响的模型。

将此模型应用于视觉搜索任务并假设，执行某个任务的难易程度取决于该任务中目标的显著度。

这个模型构建于已知的解剖学和生理学知识之上，包括对于VI区内神经元件和水平皮层内

交互作用的认识。

二、生理学效应

1．在V1生理学中观察到的与轮廓整合和质地分割有关的兴奋性及抑制性周边影响，可以被

这个模型所

。

2．同向抑制：当一个模型细胞对其CRF内一个高对比度光条做出反应时，如果该光条被其他

具有相同朝向的光条所围绕，则这个细胞的反应被抑制。

3．轮廓增强效应：当CRF内的光条与周围的光条连接在一起，

细胞的反应增强。

一个平滑的轮廓时，模型

一个被水平光条围绕的垂直光条（“跳出”目标）或者位于质地边界处的光条会诱发出更强的细胞反应。

由于轮廓增强效应，垂直质地边界处的垂直光条比同一质地边界处的水平光条诱发出更强

的细胞反应。

三、产生机制

对于输入图形中的一个视觉单元i，观察其显著度应结合一个大的或整个的输入图形。

显著度：在具体实验数据中，视觉单元i的显著性顺序，称为显著度，可以通过计算z分数来得到。

各种质地边界或平滑轮廓的z分数也能够计算出来。

4．视觉搜索任务应随着目标的z分数增大而变得容易，但前提是排除了自上而下的影响

如搜索因特别的知识而中止。

，

第三节

通过视觉搜索任务检验显著图理论

一、非均匀背景

1．V1区中这种朝向或者特征特异性的周边影响为特征整合理论或相关的质地子理论提供了可信的神经基础。

2．z分数大于等于3的目标将从图形中跳出，z分数小于0的目标需要串行性搜索。而当目标

的z分数介于这两个

对的串行性。

之间，特别是位于两者正中时，其所需的搜索既非纯粹的并行性，亦非绝

314

二、均匀背景

均匀的背景使得各单元诱发的反应S间差异变小，导致σs变小。这将使一个中度显著

（0<z<2）目标的z分数提高，而变得更加显著。

背景的不规则性可能由两个原因造成：干扰物的随机空间分布和／或干扰物间的不相似性，使得周边影响很嘈杂。

第四节

视觉搜索微弱不对称的例子

一、垂直光条中的

比

中的垂直光条更容易被发现。

二、在其他的搜索不对称性例子中，不对称的程度要弱得多

三、目标和干扰物的

互换只给搜索难易带来微弱的改变。

第五节

从心理物理学角度

V1的生理学与解剖学特性

一、基本视觉特征

基本视觉特征：具有某“基本特征”的目标，将从缺乏该特征的干扰物背景中跳出。

必需的两个神经基础：

一群V1细胞，选择性地对应于此特征维度上不同的值，或者说，被该特征维度调节，以 特征值；

水平皮层内连接强度能被突触前及突触后细胞在这个特征维度上的最优值所调节，以至

于，同特征抑制，或者它的缺失，可以表现在细胞反应强度上。

二、

V1

1．

的必要条件：

若V1细胞同时（或联合地）被两个特征维度的特征值所调节，如朝向和运动；

若水平连接同时（或联合地）被突触前、突触后细胞在两个特征维度上的最优特征值（如垂直朝向和向右运动）所调节。

2．做出联合反应