认知神经科学的方法与技术

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1、认知神经科学的方法与技术细胞内电流和细胞外的电流MEG的技术原理MEG检测的是头皮脑磁场信号，该脑磁场信号是由神经细胞内电流的体积电流所产生，这种脑磁场信号与颅骨形状的复杂性以及颅骨内脑组织导电率的不均匀一致性无关，因此MEG具有定位精度高，无损伤，无须测定基准等优点空间定位精度可达2毫米范围以内，而且其时间分辨率可达１毫秒细胞内电流产生的MEG信号SQUID传感器:-269℃磁场屏蔽室:两层m金属板和一层铝板275个传感器在头盔内的分布MEG波形MEG地形图GoalsofSourceReconstructionexpe

2、riment&measurementspatialdistributiontimecoursespatio-temporalimageofbrainactivityForwardCalculationHeadModelSensorsModelSourceModel-idealized-simplifiedData(estimated)InverseCalculationHeadModelSensorsModelSourceModelData(measured)physicalmodelrealisticheadmodel

3、ing3DautomaticsegmentationEEG与MEG比较MEG--正切磁场测量，EEG--径向磁场测量MEG测量细胞内电流，而EEG测量细胞外电流脑功能区呈多方位立体分布，信号为立体传递。由于头部各组织的导电率各不相同的效应，使得脑电图信号在到达头皮表面后产生信号失真脑磁场为空间探测，将头颅作为球型导体在颅外与之呈正切方向均能检测到脑磁场信号，既脑磁图信号和各种脑组织的导电率无关，因此脑磁图信号在穿透头皮后不会产生任何失真MEG的价格是EEG的20倍PET的技术原理正电子发射是放射性元素衰变的方式之一。正电

4、子核素可以自发地从不稳定状态向基态衰变，在衰变过程中从核内释放出与普通电子一样但电荷相反的粒子，即正电子。正电子是一种反物质，从核内放出后很快于环境中自由电子碰撞湮灭，转化为一对方向相反的γ光子。如果在这对光子飞行方向上放置一对探测器，便可以几乎在同时接受到这两个光子，通过环绕360°排列的多组配对探头获得相应层面的正电子发射示踪剂分布图像。PET显像是利用回旋加速器加速带电粒子轰击靶核，产生如11C、13N、15O和18F等带正电子的放射性核素。利用正电子核素标记的具有人体生物活性的物质如糖、氨基酸、脂肪、核酸等作为示

5、踪剂引入机体。PET采用符合探测技术，探测正电子湮灭释放的成对光子，得到人体内不同脏器的核素分布信息，通过计算机进行图像重建处理，得到人体内示踪剂的分布图像，从而反应机体组织功能、代谢信息。正电子断层扫描术（PositronEmissionTpmography,PET)获得正电子标记药物在人体中的三维密度分布，并随时间变化的特点PET探测器光转换器：将高能湮灭光子转化为低能量光子光探测器：收集上述低能量光子，转化为电信号性能指标：空间分辨率(5mm)、灵敏度、信噪比、时间分辨率、能量分辨率fMRI的技术原理BloodOx

6、ygenationLevelDependent(BOLD)contrastOxyhemoglobinDeoxyhemoglobinPARAMAGNETICDIAMAGNETIC(SimilartoTissue)BasalActiveCBFO2extractionOxy-HbBrainActivity血氧水平依赖性（bloodoxygenation-leveldepndent,BOLD）：脑血管中的血氧变化→局部磁场变化→NMR信号强度变化空间分辩率为mm级，时间分辩率为sec级普通MRI开放式MRI1、外磁场2、

7、射频激发3、信号的提取4、数据处理和图象产生RearProjectionSystemComputerprojectorscreenmirrormagnetParadigmcomputerBLOCK1BLOCK2RESTTRIALTraditional:BLOCKDESIGNNewlydeveloped:EVENT-RELATED123456ERP+fMRI在不同条件下根据被试的反应对ERP和fMRI结果进行分类，并在实验后进行“off-line”分析。ERP头皮分布与fMRI影象可反映脑内神经活动的不同模式。ERPs与f

8、MRI可通过不同的实验条件测量认知加工的的功能性分离。ERP具有ms级的时间精确度，而fMRI则有mm级的空间分辨率。光学成像原理近红外线光谱氧合血红蛋白与去氧血红蛋白浓度的变化时空分辨率间于ERP-fMRI日立医学公司生产的24导光学成像仪器OpticalImagingCamberLatticeUsedinProp