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美国RT脑功能视听觉刺激系统,让研究者更省心,让被试更舒心

沈诚 瀚翔生物835259 2019-07-04


功能磁共振成像技术(fMRI)已经发展成为一种研究大脑功能的重要手段,并且为我们提供了一些关于神经生理学的新的理解。功能磁共振成像实验考察的是被试在完成预先设定好的任务时大脑活动的情况,一般是对外部刺激做出反应。其中,视觉刺激已经成为了实验中外部刺激中最重要的一部分,并且被用于研究几乎所有大脑功能。

一般而言,在实验中会向被试双眼呈现同样的刺激,然而,近年来一系列重要的实验研究需要向被试双眼呈现不同的刺激,例如研究双眼拮抗、双眼间信息传递、三维深度知觉、视觉系统损伤的研究(弱视、立体感不足等)。这就给我们的核磁配套实验设备提出了新的要求。为了达到向双眼呈现不同图像的效果,主要有两种方法可以实现。有两种不同的分类方法,第一种根据刺激呈现设备的不同分为投影-镜子形式和目镜形式。投影—镜子形式主要是在通过计算机将图像投影到银幕上,被试仰卧在核磁机器内,通过镜子的反射来观察刺激。而目镜则是置于被试的头部,在头部的固定框之内;第二种分类方法根据图像显示的本质来分,一种是将两种图片融合为一张图片,被试通过光谱滤镜来实现双眼分视。另一种是两种图片独立的呈现给被试,这样可以去除串光带来的影响(通过目镜,图1)。

图1.基于目镜呈现双眼分视刺激

从实验效果来看,利用光谱滤镜呈现视觉刺激(即投影仪呈现),中性密度滤光片会减弱图片的亮度。此外,这种方式还十分依赖被试头部放置的角度,即使是微弱的头动也会导致刺激之间较大的光串通。最后,这种利用光谱滤镜的方式会产生顺序效应,因此为了平衡两眼的顺序效应,必须进行不同顺序的重复,从而增加了实验的时间以及被试的疲劳感。而采用目镜的形式可以有效地避免以上存在的问题。首先目镜可以使两张图片独立呈现,避免串光。其次,目镜与被试头部的角度是相对固定的,轻微的头动不会造成角度的变化。

美国Resonance Technology公司多年来一直致力于开发在功能性核磁共振成像研究上的应用。公司长期与全世界的高等教育和研究机构保持密切联系,并让其合作伙伴参与开发过程的每一步——从新产品原型的概念化到测试。公司的目标是成为MRI兼容视觉和听觉和被试反应设备领域的标准。RT公司的脑功能视听觉刺激系统中包含的视觉刺激目镜体积更小,能够方便的置于头部面板之下,同时具有很高的分辨率,保证图像呈现不失真。目前为止,已经有许多关于双眼信息传递和视觉缺陷的研究利用RT公司的视觉刺激目镜取得了很好地研究效果[1][2][3]

此外,Engström和他的同事通过一项视觉刺激的研究比较了目镜与投影仪呈现的效果。结果发现,在通过投影仪呈现视觉刺激时并没有激活相应的脑区,而利用视觉刺激目镜则激活了相应的脑区。因此,该研究更推荐使用视觉刺激目镜[4]



RT公司的脑功能视听觉刺激系统介绍:


  

RT脑功能视听觉刺激器通过其视听觉刺激设备一方面可以为被试提供逼真的视觉和声音刺激,为被试打造一个虚拟的MRI舒适区,帮助被试平复在测试中常见的焦虑情绪,最小化幽闭恐惧症等,极大的提高被试的扫描体验。这样可减少测试准备时间,增加被试的集中注意时间并提高被试测试效率。另一方面其视觉刺激器(目镜)可用于在MR扫描器内提供灵活的视觉刺激呈现,能够实现3D显示,刺激信息清晰可读。听觉刺激器(屏蔽耳机)是在MR扫描器内呈现听觉刺激的高精度电子听筒,它可以极大的降低MR扫描腔内的噪声,保证被试清晰的听到声音刺激。高灵敏度的反应面板可以精确记录被试的行为反应。还可以实现行为反应和核磁扫描的同步记录,探讨行为与大脑活动之间的关系,更深入的了解大脑的功能。此外也可与眼动追踪系统连接,收集被试的眼动信息,为了解被试的信息加工过程提供更多的数据信息。因此脑功能视听觉刺激器可在最大程度上保证fMRI研究的精度,使用者可轻松入门掌握,大大提高研究效率,是fMRI研究不可或缺的重要组成部分。

系统主要包括以下几个部分:

◆ 提供视觉刺激的目镜或LCD屏

◆ 提供听觉刺激的耳机

◆ 控制器主机

◆ 远端转换控制器

◆ 远程控制器及对讲系统

◆ 被试反应输入设备

◆ 刺激编译软件及电脑等

◆ 可选配MRI眼动追踪系统



RT公司的脑功能视听觉刺激系统特点:


目镜:双显示立体影像播放时能够实现3D显示,通过屏幕传送视觉范式。拥有每0.25平方英尺面积内500000像素的先进工艺,即使从电脑中传输的很小的文本信息也能够清晰可读。目镜可在所有的标准头部线圈中应用,对信噪比没有影响,且不受磁场的干扰。


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LCD屏:具有超大47英寸显示屏,1920 x 1080 分辨率,全屏高清1080 P,对比度为4000000 : 1,支持2D3D显示。




   

听觉刺激耳机:该系统是可减少30dB的 MRI噪音,并带有主动降噪功麦克风的双向被试对讲机、双音量控制-被试和技术人员均可调节,通过激光通信双光纤连接从控制台到MRI套件传输音频信号。





被试反应系统:简单易用的被试反应设备具有高灵敏度,可精确地记录被试的反应。



参考文献:

[1]Muckli L, Jurcoane A, Choubey B, Kohler A, Singer W,SireteanuR. Interocular transfer of orientationspecific fMRI adaptation, 12thAnnualMeeting of the Organization for Human Brain Mapping2006.NeuroImage 2006;31(Suppl 1): 134.

[2]Jurcoane A, Choubey B, Muckli L, Sireteanu R. A pilot study forinvestigatingcortical binocularity in humans using fMRI adaptation. Strabismus 2007; 15(1):33-7.

[3] JurcoaneA, Muckli L, Choubey B, Sireteanu R. Cortical binocularity in humanstereoblindness: A study with functional magneticresonance imaging. Perception2006; 35: ECVP Abstract (Suppl).

[4]Engström M, Ragnehed M, Lundberg P. Projectionscreen or videogoggles as stimulus modality in functional magnetic resonanceimaging. MagnReson Imaging 2005; 23(5): 695-9.



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