基于fMRI的脑功能探测研究

论文摘要

长期以来脑功能研究一直是最具挑战性的课题之一。自上个世纪九十年代以来,脑功能成像技术得到了广泛应用和长足发展。功能磁共振成像技术以其无损伤、可重复性、高空间分辨率的优势在人脑功能研究领域中占据了重要的地位。功能磁共振成像技术能够针对不同的实验目的,通过改变多种实验条件,对许多生理和生物物理参数进行测量,获得十分丰富的实验数据,从而对神经科学和认知神经科学的研究起着革命性的推动作用。论文利用功能磁共振成像技术分别对运动皮层不对称性的年龄影响和基于奖赏变化的决策神经机制进行了研究。在研究年龄对运动皮层不对称性的影响方面,论文根据功能磁共振成像原理,采用了新的定量指标加权Z w值,更加准确地分析了年龄对运动皮层不对称现象的影响。老年人和年轻人两组被试参与了研究实验,被要求完成视觉提示的双手食指敲击实验。论文系统地分析了被试在完成规定任务时所采集的磁共振数据。在单个被试分析中,定量比较了运动皮层的血氧水平依赖性（blood oxygenation-level dependent, BOLD）信号变化,得出了单个被试的脑功能不对称性。并且进一步地分析了两组被试的脑功能不对称性差异的大小。结果表明老年人和年轻人的运动皮层活动强度都存在左右侧间的差异。同时,发现老年人运动皮层的不对称现象比年轻人更加明显,意味着年龄对运动皮层的不对称性的确有影响。在基于奖赏变化的决策神经机制研究方面,论文利用功能磁共振成像技术,并改进前人的实验模式,排除其余无关因素,使得更加准确地定位出与奖赏相关的脑区,同时定位出反映奖赏水平变化的脑区。由行为数据的分析结果发现被试反应正确和错误看作是两类不同的刺激,两类反应时间在统计意义上是具有显著的差异,正确反应时间明显短于错误反应时间。磁共振数据分析结果表明纹状体在奖赏增加条件下的激活明显强于在奖赏降低条件下的激活,纹状体的活动随着奖赏水平的变化而变化,起到了反映奖赏水平的作用。另外,在奖赏水平不同的情况下,杏仁核的活动程度也有所不同。左侧杏仁核在正确决策的时候活动更强烈,而右侧杏仁核在错误决策的时候激活更为明显。这一神经机制被看作是根据以前在实际环境中所获取的奖赏与惩罚,不断改进选择结果的过程。研究结果揭示存在一个负责接受奖赏信息的神经机制,其组成部分有各自的具体功能,而纹状体和杏仁核负责将接受到的有关奖赏的外界经验信息及其变化转化为神经系统所识别的神经表达方式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 功能磁共振成像技术的发展及原理
• 1.1.1 功能磁共振成像技术的发展
• 1.1.2 功能磁共振成像技术的基本原理
• 1.2 功能磁共振成像特点及信号特征
• 1.2.1 功能磁共振成像特点
• 1.2.2 功能磁共振信号特征
• 1.2.3 功能磁共振成像质量
• 1.2.4 功能磁共振的信号模型
• 1.3 功能磁共振在脑高级功能研究的应用
• 1.3.1 大脑生理结构与认知功能
• 1.3.2 功能磁共振在脑功能定位研究中的应用
• 1.3.3 功能磁共振在认知神经科学研究中的应用
• 1.4 功能磁共振实验设计的基本类型
• 1.4.1 区块实验设计
• 1.4.2 事件相关实验设计
• 1.5 事件相关设计的方法学优势
• 1.6 事件相关设计在认知神经科学中的应用
• 1.7 论文研究的目的与内容
• 1.8 全文的结构安排
• 第二章 老龄化对运动皮层不对称性影响的定量分析研究
• 2.1 脑功能不对称性的概念及其研究进展
• 2.2 老龄化对运动皮层不对称性研究概况
• 2.2.1 研究意义
• 2.2.2 研究方法
• 2.3 实验数据结果
• 2.4 结果讨论
• 2.4.1 组内分析结果讨论
• 2.4.2 组间分析结果讨论
• 2.5 结论与小结
• 第三章 基于奖赏变化决策的神经机制研究
• 3.1 决策的定义
• 3.1.1 决策的类型
• 3.1.2 神经经济学简介
• 3.2 不确定情景下的行为决策
• 3.2.1 不确定行为决策的理论流派
• 3.2.2 不确定行为决策的研究现状
• 3.2.3 决策过程中的神经过程
• 3.3 研究意义
• 3.4 数据获取和数据处理
• 3.4.1 实验模式
• 3.4.2 数据获取
• 3.4.3 数据预处理
• 3.4.4 数据处理
• 3.5 数据分析结果
• 3.5.1 行为数据结果
• 3.5.2 磁共振数据分析结果
• 3.6 结果讨论
• 3.6.1 行为数据结果讨论
• 3.6.2 磁共振数据结果讨论
• 3.6.3 结论
• 第四章 结论与展望
• 4.1 论文总结
• 4.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果