脑神经元动态成像研究方法

A. 能够将人类大脑中浮现的画面重现出来，是什么技术原理

根据fMRI重建图片的根本目的应该就是解码（decoding）了，即通过神经成像探究神经活动，然后进一步推测当时的认知活动。通过这个图片也可以看得出来，这图片重建得实在不太“逼真”，但其实这就是当前解码的水平——比较初级。所以我推测重建的原理也不会很难，大概是通过建模等手段，根据各皮层的fMRI信号推断接收到的视觉信号是什么。大家应该都知道感受野这个概念，不同神经元会对特定位置的特定信号模式发放，所以根据不同位置fMRI信号的强弱是可以推断视野中不同位置图像信号的强弱的。又因为不同皮层主要负责不同功能（比如V1对朝向等很基础的信号反应，V4主要负责颜色，MT主要负责运动等），那么就可以对多种feature进行重建。decoding的应用就很多了，在不同领域人们都想根据神经活动推断出当前的认知活动/心理活动。毕竟神经信号是可以客观测出的，想想这个技术如果发展得很成熟，那么解梦、测谎、通过意念控制机器就都不在话下了。反过来说，直接给脑“传输”神经信号，从而引发相应认知活动，也是很有用的，比如通过这个让盲人“看见”东西等。

B. 脑成像技术有哪些 site:.sciencenet.cn

两种主要的脑功能成像技术——PET 和fMRI
鉴于脑功能成像技术的重要作用，目前心理学各个领域的研究者已经开始越
来越多地使用它来为其研究服务。到目前为止，已成功开发了许多脑功能成像技
术，如：功能性核磁共振成像技术（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、
正电子发射断层扫描技术（positron emission tomography，PET）、单一正电子发
射计算机断层扫描技术(single positron emission computerized tomography SPECT)、
事件相关电位(event-related potential，ERP)、脑电图(electroencephalograph，EEG)、
脑磁图(magnetoencephalography，MEG) 和近红外线光谱分析技术(near-infrared
spectros)等。

C. 大脑是怎样记录信息的呢那些信号是怎样被储存起来的怎样表达出来的呢

想看到老鼠的大脑是如何工作的吗？纽约大学医学院的华裔脑神经专家甘文标博士可以告诉你怎么做。甘文标的研究小组近日在英国<<自然>>杂志发表研究报告，描述了他们如何实时观察活体转基因老鼠的大脑随时间和外界环境的改变而发生变化。甘博士认为，他们观察到的老鼠大脑皮层神经细胞的一些微妙变化可能帮助人们理解高等动物包括人类的大脑是如何记录信息、形成记忆和学习知识的。

甘文标博士告诉多维社说，纽约长岛冷泉港(Cold Spring Harbor)实验室的另一个研究小组也作了类似的实验。他们同样观察到活体老鼠大脑神经元细胞微小突起(Spine)随环境和时间变化形成和消失。与甘文标博士的研究小组不同的是，冷泉港实验室的研究观察到神经细胞突起存留时间不长，而甘博士却观察到某些突起一旦形成，绝大多数可以长时间保留，有的甚至保持终生。由此可以推测，这些不断形成并能保留的神经细胞突起，就是动物大脑记录信息的物质基础。

挪威奥斯陆大学的神经科学家奥特森和海尔姆认为，这两个研究小组将“活体大脑的成像带入显微领域，对神经生物学的发展具有深远意义”。一些专业杂志的评论认为，活体大脑显微成像实验为人类进一步研究大脑意识和记忆力的形成提供了非常有力的方法。

据甘文标博士研究小组发表的论文介绍，实验用的是转基因技术培育的特殊老鼠。它们的脑神经细胞基因带有能够发出荧光的物质，在特殊激光的照射下，可以成像显示脑神经细胞突起的形成和消失。为取得清晰的图像而同时不影响老鼠大脑正常工作，研究人员在深度麻醉后的老鼠头骨上开辟出1毫米见方的观察“窗口”，再用微型器械将这片头骨打磨□薄至30至50微米，但并不打穿。同时还不断使用溶液冷却打磨部位，以减少打磨产生的热量，不致伤害大脑皮层。经过这番手术，老鼠大脑上就被打开一个“观察窗”，研究人员定期通过这个“窗口”拍摄脑神经细胞的变化。

据介绍，包括人类的动物大脑神经细胞通过伸向四面八方的轴突和树突相互发生联系，传递信息，并形成神经网络，构成大脑记忆和思维的物质基础。甘文标和同事们的实验使人类第一次观察到活体大脑神经细胞在一段时间内的变化。研究人员发现，相互交错，密如蛛网的脑神经细胞不断有新的突起形成，也不断有旧的突起消失。这些突起与相邻神经细胞的突起联系，构成象集成电路那样的神经线路，来完成某些大脑功能。而当动物受到外界刺激时，突起形成和消失的数量骤然增加。据观察，有些突起只存在很短的时间，例如几个小时，而另外一些则会长时间存在，并有可能固定下来，形成新的神经线路。

甘文标等人的研究还发现，幼年老鼠的大脑发育有一个“关键时期”。在这个期间神经突起形成和消失的变化很大，并为整个大脑神经网络形态的形成打下基础，大脑在此时获得基本的经验和记忆。到4个月大的成年期的老鼠，神经突起仍具有形成和消失的动态变化，但96%的新形成的突起能够保留1个月以上。许多体积较大的突起能够保留更长时间，甚至终生。冷泉港实验室的研究小组却在6到10周大的老鼠身上观察到不同的现象，仅有60%的新突起是稳定的，能够存在8天以上，20%的突起存在不到一天。

加州大学圣迭哥校区的神经生物学家拉里斯奎尔认为，这两个小组观察到的结果虽然不尽相同，但并不一定相互矛盾，因为他们观察的是不同年龄段的老鼠，观察的大脑皮层区域也不同。据了解，甘文标等人的研究是采用1个月大的青年老鼠和4个月大的成年老鼠，观察与视觉有关的脑神经细胞；而冷泉港实验室采用的是6到10周大的少年老鼠，观察的也是另外一部份脑神经细胞。

D. 脑成像原理

脑成像就是通过最新技术使得神经科学家可以“看到活体脑的内部”。

在单一的平面，利用X线旋转照射大脑，由于不同的大脑组织对X线的吸收能力不同，因而可以构建出大脑断层面的影像；堆叠每一层的大脑扫描图像，我们就可以构建大脑的立体影像。

CT技术属于结构成像技术，它只能用于观察大脑的静态结构，而不能用于观察大脑的动态功能。虽然CT图像的分辨率不高，但足够将大脑的主要结构进行可视化，因此可以用于观察大脑肿瘤。

MRI和CT一样。MRI的大致原理是当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，就可以改变氢原子（也可以选择其他原子，比如氧原子）的旋转排列方向，使之共振，然后我们就可以分析该过程中释放的电磁波。

由于大脑中各种组织间含水比例不同，即含氢核数的多少不同，因此不同组织间核磁共振信号强度之间存在差异，利用这种差异作为特征量，就可以把各种组织分开。与CT类似，MRI也可以用于检测大脑结构以及观察组织中的肿瘤。

CT和MRI之间没有绝对的优劣之分，在某些场合它们可以互补使用从而弥补各自的不足。

E. 脑成像技术在心理学研究中属于什么方法

脑成像技术主要分为几种：计算机化轴向测试，磁共振成像，功能性磁共振成像，正电子断层扫描。具体应用因情况而定。心理学常用研究方法：观察法，调查法，实验法和测验法。

实验法又分自然实验法和实验室实验法。

脑成像技术属于医学检验技术（临床实验室技术），较多应用于认知-神经科学（可视为认知/生理心理学）研究。

脑成像技术在心理学研究中属于实验室实验法。

F. 认知神经科学的研究手段和工具有什么

认知神经科学的研究手段和工具有什么？认知神经科学的研究旨在阐明认知活动的脑机制，即人类大脑如何调用其各层次上的组件，包括分子、细胞、脑组织区和全脑去实现各种认知活动。认知科认知神经科学学的核心学科分支--认知心理学、心理语言学、人工智能和人工神经网络。

G. 能够在无损伤的情况下观察到人类大脑活动的研究技术是什么

脑成像方法。脑成像就是通过最新技术使得神经科学家可以“看到活体脑的内部”。这些脑成像方法可以在以下方面为神经科学家提供帮助：理解脑特定区域与其功能之间的关系。对受神经疾病影响的脑区进行定位。发明新方法治疗脑部疾病。

脑成像主要分为如下五类：计算机X线断层摄影（CT扫描）、正电子发射断层扫描术（PET）、磁共振成像（MRI）、功能磁共振成像（fMRI）、血管造影术。

(7)脑神经元动态成像研究方法扩展阅读

美国研究人员开发出一种新的大脑成像技术，能够以更高的分辨率快速对大脑三维成像，比其他方法更快地揭示整个大脑神经元的连接状况。

该研究由麻省理工学院、加州大学伯克利分校、霍华德休斯医学研究所和哈佛医学院研究人员合作完成。他们在17日的《科学》杂志上发表论文，对新技术进行了全面介绍。论文指出，新技术的关键之处是将扩展显微镜技术与格栏光片显微镜技术相结合。

扩展显微镜技术通过让观察的组织体积膨胀，能够显着提高成像分辨率，其与格栏光片显微镜这一快速三维显微镜技术结合，则会更快地生成观察组织的超高分辨率三维图像。

H. 认知神经科学常用的研究方法有哪些

• 认知神经科学常用的研究方法

• 认知神经科学包括两大类互补的研究方法：一类是无创性脑功能（认知）成像技术，另一类清醒动物认知生理心理学研究方法。前一类方法中又分为脑代谢功能成像和生理功能成像两种；后一类方法中包括单细胞记录、多细胞记录、多维（阵列）电极记录法和其他生理心理学方法（手术法、冷却法、药物法等）。尽管这些方法为人类科学增添了许多光彩，但远未满足认知神经科学研究的要求。例如，脑认知成像技术可以为我们对认知过程的脑功能形成直观的图像，然而这种图像仅可提供结构或区域性功能关系，对于细胞水平的机制显得过分粗糙。由上述可见，作为当代心理学研究热点的认知神经科学，是否能够继续闪现光辉，有待于进一步的历史验证。

I. 现在的脑部扫描技术有哪些它们都应用在什么方面

首先定义下：脑部扫描技术。我姑且用Neuroimaging这个单词代替，也就是所谓的神经成像，即基于各种仪器对于大脑各个方面的一种定量记录。主要对大脑静态成像的是：CT，MRI，PET，对大脑动态成像的是：MEG，EEG，NIRS，fMRI。自己做磁共振的，主要说说磁共振。近年来磁共振是最火爆的研究工具，主要优势是：无创，无辐射，高空间分辨率，较高时间分辨率，多模态可以在同一台机器上完成。所谓多模态就是一台磁共振机器可以实现的多种成像：sMRs-structural MRI，对大脑结构成像，白质，灰质，脑脊液。dMRI：d-diffusion MRI，对大脑白质纤维走向和完整度的定量测量fMRI：f-functional MRI，对大脑执行某种任务的血氧水平（BOLD）信号的记录。Rest-state fMRI，采用fMRI同样的程序扫描，区别是被试此时被要求不做任何特殊的思维活动，被认为是反应的大脑自发神经活动。我们组主要用MRI做一些Psychology或者Psychaitry的东西，现在一个思路是，大脑的结构（静态）的也是可以反映不同个体的不同性格，行为的。JAMA Psychaitry上发表的最新文章发现：每周看毛片的时间越多，尾状核越小，并且相关的神经网络表现出线性的改变，这些被影响的区域在以前的研究中主要是成瘾者（Addiction）表现出异常的。大家或许没有想到，其实关于brain decoding的研究已经有不少（科学家就是在“偷偷摸摸”做大家看不到的事情），这些研究主要用machine learning的方法，开创性的研究在2001年由Haxby和同事完成, 他们利用fMRI结合machine learning的算法，实现了预测被试在MRI scanner中看到的是人脸还是房子，还是猫，还是鞋子... 2005年的时候Kamitani和Tong, 利用fMRI解码出了被试看到的grating的方向。

J. 新的成像方法是怎样的，可以追踪大脑的难以捉摸的网络吗

人类成为地球上食物链的顶端离不开人脑发达的神经元，而人类对于外界信号的接收和消化是因为人类大脑对于这些信号的来源是可识别的，有着属于自己的信号网络。在《自然通讯》杂志上，科学家们给出了一个研究结果，他们成功的创建了一个对正常和异常大脑信号的起源以及路径通过电脑进行成像，给人们揭示了难以追踪的人脑信号网络。

这项技术对于医疗上很多难以解决的问题都有所助益，例如可用于诊断和治疗阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、中风甚至抑郁症等由大脑病变引起的病症。这项技术在对癫痫的发生区的位置和范围都能准确识别。人类的很多疾病，尤其是难以治疗的疾病都是有大脑引起的，这项研究结果对人类神经科学的进步取得了很大的进展。目前全世界的科学家们正在尝试将该项技术，普及到各地的医疗系统中去，用于造福人类。