基于功能性近红外光谱技术的双人同步交互测量研究

多人同步交互式记录是认知神经科学的一种新的研究范式,它可以揭示两个或多个个体的大脑间在社交情境下神经活动的耦合。这一目标仅靠单个大脑活动的记录与测量是无法实现的。功能性近红外光谱成像在进行多人同步交互记录研究中有独特的优势。该方面的研究已经涵盖了社会认知神经科学的多个领域。本研究使用近红外光谱成像对社交情境下自我表露的双人大脑前额皮层的活动进行交互式测量,并使用小波相关来分析双人大脑互动时的神经同步性。研究结果表明在进行社交对话时,被试对的大脑间左侧额中回、右侧眶额皮层和右侧额下回下部的活动同步性显著增强。共情能力与社交情境下脑间同步性的强度呈正相关,这种关系主要体现在右侧额下回。本研究支持了采用近红外光谱成像技术研究多人同步交互记录大脑间神经耦合的可行性和有效性。     

立体视觉中的牵挂现象及其神经机制

目的:探讨立体视觉中单眼线索和双眼线索之间的牵挂机制.方法:选择该校视力或矫正视力正常的硕士研究生10名作为受试者,刺激呈现在校准过的SD2320W三维液晶显示器上.①一对具有清晰边沿的立方体,以及一对移除连接Y节点三条线后余下的立方体轮廓和Y节点所组成的图形,考察两组图形融合后,Y节点的深度情况;②三对连接Y的点的三条线是不连续的立方体,呈现一种逐渐变短的趋势,分别观察各组图形融合后,Y节点的深度变化.结果:①在实验1中,被试知觉到上面立方体的Y节点是突出来的,保证了一个完好的立方体结构,而下面立方体轮廓中的Y节点是凹进去的,离被试最远.②在实验2中,被试知觉到随着连接Y节点的三条线逐渐变短,Y节点的深度逐渐增加,以至最后完全陷了进去.结论:体视刺激的某些信息,当在单眼线索和双眼线索上发生了双重定义,且描述的深度信息不一致,便会产生视觉上的牵挂现象.     

动态歧义图知觉中的瞳孔反射和眼动扫视行为

歧义图的双稳态知觉是一种非常有趣的视觉现象,但对其机制还不十分清楚.采用"运动产生的结构"(structurefrom-motion)的歧义图和无歧义的对照图,我们研究了这一问题.被试者在报告对歧义图和无歧义图的知觉发生翻转时,其瞳孔都扩张,而且在翻转之后都达到峰值;与无歧义图条件下不同,在报告知觉翻转前,歧义图条件下的瞳孔要明显小于均值,而在瞳孔扩张达到峰值之后,瞳孔仍然明显大于均值.这些结果说明知觉翻转后的瞳孔扩张是一个表达被试知觉状态已改变的指标.而对歧义图和无歧义图刺激的瞳孔反射的差异,可能反映了由歧义图所产生知觉翻转的神经信号和知觉状态的内源性.另外,被试眼动扫视的方向会随着运动轴的变化呈现不同的扫视分布模式,但在歧义图与无歧义图之间分布模式是一致的,这不仅表明被试从歧义图中感知到了与无歧义图同样的信息,也表明瞳孔反射变化与双稳态知觉变化相关的结论具有可靠性.本文对歧义图双稳态知觉的视觉机制提供了新的认识.     

连续闪现抑制下对洞的无意识知觉

大量收敛一致的实验证据表明,图形的大范围性质可以由拓扑性质来描述,并且其检测发生在视觉过程的最早期,这些证据几乎全部来自对意识上知觉的研究,而拓扑性质的意识下加工机制尚有待发掘.意识下知觉是人的感官系统客观上接受刺激呈现但主观上没有察觉的知觉,其机制和应用长期以来一直是知觉研究的热点.本文采用了一种双眼竞争的变式——连续闪现抑制,将待检测的刺激图形掩蔽,使之处于意识下状态,考察意识下知觉中拓扑性质的加工."洞的个数"作为一种拓扑性质是本文的研究对象.通过量度被抑制图形从发生变化到被知觉的被抑制时间,或者被试对被抑制的变化图形的正确检测率,我们发现,相比于不变或者各种非拓扑性质变化,意识下知觉中的拓扑性质(洞的个数)的变化会使图形更快、更容易被检测到.本研究揭示了拓扑性质(洞的个数)在意识下知觉中的优先性,将拓扑知觉理论从意识上知觉领域拓展到了意识下知觉领域,为拓扑性质加工的早期性提供了有力的证据;另一方面,本研究也提示了拓扑性质经由皮层下视通路加工处理的可能性.     

视觉轮廓整合的神经机制

视觉轮廓整合是指视觉系统将视野中的离散元素组合为整体轮廓线的加工过程,是连接初级感觉加工和高级视觉物体知觉间的关键桥梁。对视觉轮廓整合神经机制的研究不仅能促进我们对人类知觉整合的理解,也有助于启发计算科学领域图形整合和分隔算法的改进。然而,轮廓整合的神经机制尚无最终定论。当前的争议主要集中在轮廓整合是基于初级视皮层固有水平连接的产物,还是基于脑区内水平连接及脑区间反馈连接共同作用的产物。本文在回顾这两种理论框架及其研究证据的基础上,对未来的研究问题和方向进行了展望。     

目标和干扰子之间的拓扑性质差异可以削弱拥挤效应

"拥挤效应"被认为是外周视觉物体辨认过程中的一个重要瓶颈.它是指当目标被干扰子包围,在外周视野呈现时,观察者辨认目标的能力被大大削弱,尤其是当目标和干扰子之间存在某种相似性时.许多研究分别试图在不同层次上提出解释这一现象的机制.本文通过三个实验,使用了不同的视觉刺激图形的辨认任务(例如,三角形和箭头的朝向判断、数字和字母的辨认以及S形图形的朝向辨认),测量了目标和干扰子之间中心距离的阈值,结果一致地发现,当目标和干扰子之间存在拓扑性质差异(洞的个数差异)时,拥挤效应会显著降低,并且排除了目标和干扰子之间的主观相似性、形状和面积差异等可能的因素.从知觉组织的角度验证了当目标和干扰子之间存在拓扑性质差异时,拥挤效应会显著降低,这是首次发现的一个影响拥挤效应的新的维度.本文结果不仅为拥挤效应的机制提供了一个新的解释,也为大范围首先拓扑知觉在知觉物体形成中的作用提供了支持性证据.     

视觉交变现象的神经动力学方程解释

视觉交变现象是视觉感知研究中一个有趣而至今尚未得到圆满解释的问题。多数学者认为交变感知的出现是由于图形-背景之间的交替。Dodcoell认为,象Necker立方体、Schroder梯子、Mach书和蜂窝图之类交变图产生的交变感知,是由于视觉系统中“边”或“线”之类特征检察器疲劳(衰退)引起的。而Vickers认为交变现象是视觉系统中对图形-背景的一种决策过程。本文从神经动力学方程出发,构造一个理论模型,解释视觉感知中的交变现象。设视觉系统由三层不同功能的神经细胞组     

视觉学习与成人大脑的可塑性

我们对视觉特征和客体的分辨与识别能力会随着训练提高,这种现象被称为视知觉学习。对其神经机制的研究使我们更好地理解成人大脑可塑性。回顾了该研究领域的两大核心问题:(1)视知觉学习发生的皮层位置:学习发生在早期信息加工的视皮层,或是涉及决策等认知功能的高级额顶叶区域,抑或是视觉区域到高级认知区域的连接;(2)视知觉学习发生的形式:包括表征增强、表征锐化、易化等多种机制。最后,讨论了神经干预手段在知觉学习领域的应用,并展望该领域未来的研究方向。     

精神分裂症视觉周边抑制异常及其神经机制

精神分裂症患者普遍存在视觉信息处理异常,这些视知觉功能紊乱涉及视通路的高级以及低级视区,表明在部分精神分裂症患者中,视觉系统早期或晚期的不同信息处理阶段均可能存在损伤.阐明这些感知觉信息处理紊乱的神经机制对理解精神分裂症神经病理生理学机制有重大意义.视觉周边抑制(surround suppression)是一种广泛存在的视觉现象,指在神经生理水平或视知觉水平上外周对中央视觉目标的抑制作用.精神分裂症的视觉周边抑制发生异常改变,然而其损伤状况并不完全一致,且其具体神经机制目前仍不清楚.本文以周边抑制为对象,从精神分裂症周边抑制改变状况及其神经机制两个层面简述了国内外精神分裂症视觉周边抑制的研究进展.未来研究方向需要系统全面地调查精神分裂症周边抑制损伤状况,综合脑科学研究技术共同探究精神分裂症患者周边抑制异常的具体神经环路.     

艾宾浩斯错觉的脑形态学机制及其与冲动性人格的关系

艾宾浩斯错觉是一种具有代表性的大小错觉,但是对其神经机制的探索还较为缺乏.前人的研究主要应用了功能性磁共振成像的方法,揭示了人类初级视皮层和腹侧通路在错觉形成中的作用.至今还未有研究直接探索该错觉在大脑形态学方面的神经基础.另外,作为一种稳定的错觉现象,其与人格特质的关系也值得进一步研究.因此,本研究从稳定的人格特征和脑形态学特征的个体差异出发,探究艾宾浩斯视错觉的神经机制及其与人格的关系.研究发现,艾宾浩斯错觉效应和左侧眶额叶及背外侧前额叶的灰质体积具有显著的正相关性;艾宾浩斯错觉效应和巴瑞特冲动性人格具有显著的负相关性;进一步分析发现,冲动性人格特质在左侧眶额叶灰质体积与艾宾浩斯错觉效应之间起部分中介作用,表明了冲动人格作为个体稳定的心理特征,在视错觉的形成过程中起重要作用.本研究首次尝试从人格和脑形态学两方面研究视错觉形成的认知神经基础,对理解视错觉的产生过程和现实意义具有积极的推动作用.     

神经耦合振荡的量子孤波分析

为了分析神经耦合振荡产生频率同步的原因,在神经信息波动方程孤立子解的基础上讨论了神经耦合振荡方程组的稳定解。分别从同地和异地耦合孤波的同相和反相四种情况给出了孤波之间距离随时间的变化规律。阐述了大脑视觉皮层神经元集群之间的耦合振荡在神经孤波模式下呈现出的波粒二象性,体现了知觉具有量子化的特点。因而神经振荡必将引发集体突发,形成脑波频率同步。     

图形形状和空间位置知觉的ERP研究

研究图形表状和空间位置知觉任务与单纯图形形状知觉任务所诱发的ERP反应,探讨同时注意物体的两种不同特征是与仅注意其中一种特征时的ERP特性与差别。实验结果为：（1）行为数据显示,两种任务的正确率没有显著差别,但形状和空间位置知觉任务的反应时显著低于单纯形状知觉任务;（2）ERP数据显示,两种任务表现出非常相近的ERP波形特征;在大脑后部区域微弱的P1成分,非常显著的N1成分,显著的P2,N2,P3成分;在大脑前部额区显著的P2成分,并且,与单纯形状知觉任务相比,图形形状和空间位置知觉任务表现枕颞区N2波幅的显著减弱,P3潜伏期的显著缩短,额区的P2波幅的显微减弱;（3）脑电表图与分辨率断层成象（LORETA）显示,两种任务的特征波N1成分均来源于双侧的枕颞皮层,表明两种任务均涉及到与物体形状识别相关的视皮层腹侧通路,而差别波dN2成分来源于在侧枕颞区,暗示特征加工的差异主要发生在左侧枕颞区。     

拓扑差异物体的构型处理：一项脑电研究

根据陈霖的拓扑知觉理论,在视觉感知中,拓扑差异的检测要快于局部特征的检测.本研究组认为,这一现象可能是对有＂洞＂图形和无＂洞＂图形的感知差异所造成的.本文旨在检验这两类图形所存在的知觉差异究竟是什么.利用脑电（ERP）技术,测量＂洞＂和＂非洞＂图形所引起的视觉诱发电位（VEP）,探究＂洞＂和＂非洞＂的区别.两类图形引起的VEP区别体现在N170上,＂洞＂图形的反转使得N170的潜伏期显著变化,而＂非洞＂图形的反转不会引起N170潜伏期的变化.人脸与非人脸物体的反转引起的N170变化与本结果相似.本研究认为,对＂洞＂的感知更偏向于整体加工,而对于＂非洞＂则更偏向于特征加工.     

超自然概念的表征过程及其内在机制

超自然概念是指那些基于对常识概念的违背和重组而产生的新的概念, 这些概念可以广泛地见诸于传说、神话、童话和宗教题材之中, 并被认为是构成神话乃至宗教概念的基础. 但是, 我们对于超自然概念形成过程的内在心理与脑机制却所知甚少. 本研究利用fMRI技术研究比较了三类动植物概念的构想和表征过程, 一是具有本范畴特征的动植物(如具有树特征的树或具有鸟类特征的鸟, 简称Violation[0]), 二是具有相对较小幅度的跨范畴特征的动植物(如具有花草特征的树或具有鱼类特征的鸟, 简称Violation[1]), 三是具有较大幅度的跨范畴特征的动植物(如具有动物特征的树或具有植物特征的鸟, 简称Violation[2]). 结果表明: 相对于静息状态而言, 三种想象过程均激活了包括额上回及内侧面的额叶(BA6,8)、左侧的额中回与额下回(BA46,45,47)、左侧楔前叶(BA7)、左侧颞中回(BA20)以及小脑等一些脑区活动. 而相对于本范畴特征的动植物表征(Violation[0])而言, 较小幅度与较大幅度的跨范畴表征(即Violation[1]与Violation[2])均伴随有更加强烈的左侧额中回(BA6)的活动, 这提示该区域可能是参与跨范畴表征的关键性脑神经结构; 而在Violation[1]与Violation[2]之间则并未观察到显著差别, 这说明脑认知机制的差别可能只存在于是否跨越范畴之间, 而并不存在于跨越幅度的大小之间.     

整体知觉依赖于双侧视皮层的协同工作: TMS研究

以往研究表明, 右侧和左侧大脑半球分别主要负责复合图形的整体和局部知觉. 本研究使用经颅磁刺激(TMS)研究对复合刺激的整体知觉是否需要双侧皮层的协同工作. 在实验一中, 被试辨别复合字母的整体或者局部属性, 在施加单脉冲TMS或者伪TMS的同时记录反应时. 尽管观测到了整体优势效应(即对整体目标的反应快于局部目标, 整体对于局部有更强的干扰), 但是TMS减弱了整体对局部加工的干扰并且增强局部对整体加工的干扰. 实验二排除了实验一中观测到的效应是知觉学习后果的可能性. 实验三利用复合图形刺激, 观测到了与实验一相似的TMS效应, 而且发现TMS延长对整体的反应时(RTs)并减少对局部的反应时. 最后, 实验一和实验三中观测到的TMS效应在左半球或者右半球没有显著差异. 这些结果支持了协同假设, 该假设认为复合刺激的整体知觉依赖于双侧视皮层的协同工作     

汉字字形认知研究的刺激源设计及在fMRI研究中的应用

目的:评估汉字字形刺激源在汉字认知fMRI研究中的有效性,并对参与汉字处理的脑皮层区域进行定位及初步的量化分析。方法:选择母语为汉语、经利手测试后为右利手且裸眼视力正常(大于等于1．0)的在校大学生10例(男6例,女4例)作为被试。试验任务采用组块设计,将汉字(非字、假字、真字)投射到屏幕上,受试者接受汉字字形图片的视觉刺激,按非字-假字-真字-非字-假字-真字顺序呈现,共6个block。数据处理及统计分析采用国际通用的AFNI软件。结果:左额叶上、中、下回(包括Broca's area)、左中央前回(BA6)、左顶上小叶及顶下小叶(包括缘上回及角回)及双侧枕叶、楔前叶显著激活;左颞叶梭状回(BA37)、右额下回及双侧颞中、上回及扣带回显著激活,左大脑半球的激活体积明显大于右侧大脑半球。结论:本研究设计的汉字字形刺激源结合功能磁共振成像技术可以对汉字处理的相关大脑皮层区域进行定位,为研究人脑加工处理汉字的神经机制提供了一种有效的无创性影像学方法,并应用fMRI技术进一步证实其优势半球为左半球,且需要多种脑区共同参与完成。本试验模式可望成为一种对语言障碍病人进行脑功能检查的有效手段,从而为指导临床治疗和评价预后提供更丰富的信息。     

国人汉语Stroop任务的大脑激活模式研究

目的:采用功能磁共振成像(functional MRI,fMRI)方法考察汉语Slroop任务大脑激活模式.方法:对8例正常汉族人进行了汉语Stroop色词任务实验测试,同时采用Siemens Sonata 1.5 T成像系统,采集其脑部的BOLD-fMRI数据,通过AFNI软件进行统计分析得到脑功能活动的图像,分析不同脑区的激活模式.结果:汉语Slroop任务主要激活双侧额中回、额下回、前扣带回和顶后区,双侧额上回、中央前回、基底节区和颞叶也有不同程度激活.结论:汉语Stroop任务有固定的大脑激活模式,是一种研究大脑高级认知的良好的神经心理学任务.     

手动与眼动反应抑制的认知神经机制

手动与眼动反应抑制是指抑制与当前环境不相适应的优势手动或眼动反应.与经典的Go/Nogo任务、停止信号任务测量的抑制水平相比,眼动抑制任务可提供更为丰富的指标,并分离出语言及手部运动反应的污染.手动与眼动反应抑制在不同神经精神疾病以及个体发展的不同阶段表现均有不同.额叶-基底神经节网络在手动和眼动抑制中发挥类似的作用,但额下回是手动抑制的关键脑区,额叶眼区和上丘则与眼动抑制关系更密切.目前,主要的争议集中在两者的神经机制、两者涉及的高级认知加工以及在神经心理学和发展心理学中的不同行为表现和发展趋势.     

语言控制和一般领域认知控制的脑机制的重合和分离

双语者能根据不同的场合和交流对象选择目标语言进行交流.已有的研究发现,双语者需要通过抑制控制选择合适的语言.本研究使用功能性核磁共振(f MRI)技术,扫描22名汉-英双语者完成语言切换任务和西蒙切换任务时的脑活动状况,通过联合分析和分离分析的方法,揭示了双语产生过程中语言控制与一般领域的认知控制的脑机制的重合与分离.结果发现,双语产生过程中,语言控制需要使用一般领域的施加抑制和解除抑制机制.其中,语言控制与施加抑制共同涉及了额上回、前辅助运动区/背侧前扣带回、壳核和右侧顶上小叶的活动;语言控制与解除抑制都需要左侧顶上小叶的参与.此外发现,双语控制相比于一般领域的控制,需要特异性地激活左侧中央后回、左侧颞上回、左侧楔前叶、中后部扣带回、后辅助运动区、右侧颞中回、右侧舌回、右侧缘上回和双侧小脑等脑区,以发挥与发音动作、词汇提取、语义记忆有关的认知控制功能.这表明,语言控制与一般领域的认知控制既存在重合的脑机制,也存在分离的脑机制.     

名词和动词加工的认知神经机制

关于名词和动词加工的认知神经机制,神经心理学和脑功能成像研究得出两种不同的结果:前者主张名词和动词认知加工的神经机制专门化,两者的神经机制分离;后者认为名词和动词认知加工的神经机制不分离。对此,语言表征的神经生物学及语义联想学分别给出了不同的解释。