认知神经科学实验指导手册

荟萃心理学各领域新进展、新动态

心理学本应是研究心理现象、心理规律及其应用的科学，但因为心理的不可见性，很多心理学研究是基于对行为的控制性观察和测量来间接探究心理的发生过程和规律，因此现代心理学将心理学定义扩展为：心理学是研究心理和行为的科学。这个定义实际上概括了自1879年冯特创立现代科学心理学以来心理学研究的基本范式，即“行为反推心理”。如果按照“先后顺序的因果关系”推理法则，这种范式的缺陷性显而易见。众所周知，心理是神经系统, 特别是大脑的产物，如果能从神经发生的角度来研究心理的产生及其机制，才是更为顺理成章和符合因果关系规则的。虽然心理科学家很早就意识到这个问题，但限于活体脑研究的复杂性和困难性，在科学心理学诞生后近100 年时间里，从神经或脑的角度来研究心理的方法多数只能借助于脑创伤病人和动物实验，无法对人的神经或大脑进行自然的、无创性的直接研究。直到20 世纪70和80 年代，随着一些无创性研究技术手段的出现，从“神经到心理”的研究范式才受到越来越多的研究者青睐。采用这样的范式来研究心理的神经基础或脑机制的心理学分支学科，被称之为认知神经科学。本手册就是一本从事认知神经科学实验研究的入门指导书。

认知神经科学当前采用的无创性技术主要包括：事件相关电位（event-related potential，ERP）、眼动（eye tracking）、功能性磁共振（functional magnetic resonanceimaging，fMRI）、正电子发射扫描（positron emission tomography，PET）、脑磁图（Magnetoencephalography，MEG）和近红外光谱技术（Near infra-red spectroscopy，NIRs）等。但基于经济和方便性的原因，目前心理学用得最普遍性的是事件相关电位、眼动和功能性磁共振三种技术。

人类对脑电的研究有很长的历史。早在1875年，Richard Caton（1842-1926）使用一个检流计把两个电极放到一个受试者的头皮上，最早以电信号的形式记录了大脑的活动。随后，他的博士生Danilevsky（1852—1939）通过电刺激研究了动物自发的脑电活动规律。1929 年，Hans Berger（1873—1941）使用西门子双线圈检流计（达到每秒130 uV 的敏感度）和单通道双极额枕引线的方法在相纸上记载了持续1 ~ 3分钟的记录，首次做出了人类脑电的报告。但因为脑电信号很弱，信号分辨率很低。到1930年左右，德国人Toennies（1902—1970）研究出第一套脑电位报告的生物放大器。大约1934 年的时候，Hallowell Davis 描记出了一个非常好的脑电节律，促进了对睡眠和癫痫脑电活动的研究。1947年，美国成立了脑电图协会。同年，第一届国际脑电图大会在英国伦敦举办。但以上这些研究均是记录人脑在基线活动状态的电活动，只能称之为自发脑电位（electroencephalograph，EEG），因为它们无法揭示与特定心理活动的相关电位变化。直到20 世纪70 年代，一些研究者才开始记录到某种刺激后大脑特定部位的电位变化情况，其基本原理是用大脑受到某种刺激后的电位减去基线电位EEG，即诱发电位（EP）。后来，随着研究设备的精确性提高和实验设计的完善，研究者进一步提高了施加刺激（事件）与电位变化之间的关联精确度，并把这种与某种事件引发的心理活动高度关联的电位称为事件相关电位（ERP）。1971年，认知神经科学的先驱Hillyard在上用ERP技术发表了第一篇心理学研究论文，从而开创了ERP 研究心理活动的新时代。

眼动技术自从19 世纪70 年代被提出后，就一直受到心理学研究者的关注。经过一个多世纪的发展，眼动技术已从最初的观察记录、机械记录，演变到现在的光学记录和电磁记录等。20 世纪70年代以后，伴随着计算机技术的进步，眼动技术在数据记录精确性和数据处理方式上都取得了长足的发展。技术的发展也带动了基础研究的兴旺。如今，眼动技术被应用到阅读心理、视觉搜索、场景知觉、认知发展、学习与教学、专长心理、体育运动、汽车驾驶、广告心理等几十个心理学研究领域。现代的眼动技术主要利用基于瞳孔—角膜反射技术来记录眼睛的注视信息，以此来分析和了解视线或注视与心理学认知活动的关系。眼动技术具有即时测量（moment-to-moment）的特点，可以采集个体进行认知活动时的实时信息加工过程，为了解视觉信息加工的过程提供了独特的窗口。

功能性磁共振成像是一种新兴的神经影像学方式，是利用核磁共振成像来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。1945年美国物理学家Bloch 和Purcell首先发现了核磁共振现象。1973 年Lauterbur 在《自然》杂志上发表了用试管样品得到的磁共振截面像，显示了磁共振成像的可能性。1980 年研究人员在实验室中获得了足够清晰的、有医学诊断价值的人的头部磁共振图像，磁共振成像仪逐渐形成产业，开始进入医院，主要用于观测人体内部解剖学结构，确定肿瘤和其他疾病的位置。fMRI 最早起源于1991 年春天，美国麻省总医院的磁共振研究中心利用磁共振成像生成反映脑血流变化的图像。随后，这一研究领域得到了迅速的发展。它虽然是一种非介入的技术，但是能对特定大脑活动的皮层区域进行准确、可靠的定位，空间分辨率可以达到2mm，并且能以各种方式对物体进行反复扫描。fMRI 的另一个特点是能够实时跟踪信号的改变，比如反映几秒内发生的思维活动，或认知实验中信号的变化，时间分辨率可以达到1 s。

基于这三种技术现在在心理学研究的普遍性和实用性，本手册分三编分别介绍了事件相关电位、眼动和功能性磁共振研究技术的基本原理、实验操作和常见实验范式。手册不仅通俗易懂地简单介绍了三种技术的基本原理，而且详细直观地阐述了它们的实验操作和实验方法，希望本手册能对高校从事认知神经科学教学的老师和对认知神经科学感兴趣的学生有所助益。

贺金波  王福兴  赵庆柏

二〇一五年十月十九日

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著 作 信 息

书名：认知神经科学实验指导手册

作者：贺金波, 王福兴, 赵庆柏

定价：66.00（本书7折包邮，如需购买，请搜索淘宝店铺：三仓图书）

ISBN：978-7-5192-1508-8

出版时间：2016年8月

目    录

第一编 事件相关电位实验指导手册

第一章 事件相关电位技术原理

◎ 第一节 自发脑电位的产生和记录

◎ 第二节 诱发脑电位的发现和提取

◎ 第三节 事件相关电位的发现和意义

◎ 第四节 事件相关电位的提取原理

◎ 第五节 事件相关电位的主要指标

◎ 第六节 事件相关电位的分析过程

第二章 事件相关电位技术的基本操作

◎ 第一节 Neuroscan设备的操作

◎ 第二节 EGI 设备的操作

◎ 第三节 STUDY 模块

第三章 事件相关电位技术实验指导

◎ 第一节 选择性注意N100实验指导

◎ 第二节 面孔特异性N170实验指导

◎ 第三节 新异刺激知觉加工P3a 实验指导

◎ 第四节 知觉深加工P3b 实验指导

◎ 第五节 失匹配负波MMN 实验指导

◎ 第六节 冲动控制N2No Go 实验指导

◎ 第七节 语义失匹配N400实验指导

◎ 第八节 反馈负波FRN 实验指导

第二编 眼动实验指导手册

第四章 眼动实验原理

◎ 第一节 眼睛的结构

◎ 第二节 眼睛运动的生理机制

◎ 第三节 眼睛运动的基本形式和特点

◎ 第四节 眼动记录方法

第五章 眼动实验操作

◎ 第一节 SMI RED 眼动仪编程与操作

◎ 第二节 Tobii Studio眼动仪编程与操作

◎ 第三节 EyeLink编程与数据分析

第六章 眼动实验技术应用

◎ 第一节 人类对蛇是否有更快的注意觉察

◎ 第二节 探究人类快速觉察蛇的原因

◎ 第三节 探究同步化线索和经验的作用

◎ 第四节 文化对场景知觉的影响

◎ 第五节 探究中国不同经验棋手的知觉差异

第三编 功能性磁共振实验指导手册

第七章 fMRI实验设计与操作指导

◎ 第一节 fMRI 技术简介

◎ 第二节 fMRI 实验设计

◎ 第三节 fMRI 实验操作流程

第八章 fMRI数据分析指导

◎ 第一节 fMRI 数据分析软件简介

◎ 第二节 fMRI 数据转换

◎ 第三节 fMRI 数据处理

第九章 fMRI实验案例指导

◎ 第一节 汉语歇后语理解的fMRI 实验

◎ 第二节 汉语成语谜语解决的fMRI 实验

主要参考文献

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