一、EEG
EEG是最早被广泛使用的脑认知成像技术之一,反映认知过程的时间进程。人类的大脑与身体其他部位如心脏、肌肉等一样,能产生生物电流,通过在头皮上安放电极描记的脑生物电活动谓之脑电图。
工作原理
①大脑工作时,神经元的发放引起带电离子的运动从而产生微电流;
②微电流在头皮表面形成微弱的电位差(微伏级),而EEG装置通过高灵敏的电极和放大器来探测这些电位差。EEG主要是通过波幅、潜伏期、电位的空间分布(脑地形图)和频谱等指标提供大脑对信息的加工过程。
功能:1、得到的与认知过程关联的脑电信号;2、脑区定位。具体而言,研究者首先建立一个关于大脑形状和结构的物理模型,然后根据脑电记录到的头皮电位的分布,采用逆向算法计算出大脑神经电兴奋源的位置、强度和方向。为了提高定位精度,就需要提高头皮电位分布的测量精细度。特别是信号源单一且信号很强的情况下,如癫痫脑区,EEG的脑区定位被泛使用。
优点:脑电的长处在于它直接反映了神经的电活动,有着极高的时间分辨率。此外,它的造价较低,使用、维护也较方便,而且也是完全无创的.适用于各个年龄段的被试,
不足:缺乏功能定位能力.因此在对脑电数据的解科上存在较大的不确定性。
二 、fNIRS
是反映脑区功能定位的脑认知成像技术。
原理:fNIRS 利用特定波长的近红外先与脑组织中脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白通过检测被试在执行任务时,局都脑血流中脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的浓度变化,进而间接测量脑区的神经活动。
优点:①对大脑活动的测量是通过附在被试头上的传感器检测近红外光的变化来实现的,因此是无创性的;
②fNIRS对头动的容忍度较高,加上设备可以自由移动、对测试环境没有特殊要求。因此,fNIRS较好地解决了fMRI在婴幼儿、老人和特殊病人等特定群体研究中存在的问题。
③价格相对低廉,适合经费相对短缺的实验室使用。
另外,与EEG相比,它的空间定位能力更好。与fMRI相比,它的时间采样率更好。测量范围更加广泛。
不足:①由于近红外光穿透性较弱,因此只适用于对大脑表层神经活动的研究,而对大脑深处的神经活动不敏感;
②fNIRS的空间分辨率很低,无法对大脑的神经活动进行精细定位。
fMRI
反映的是基于血氧水平依赖的大脑神经活动,反映脑区功能定位。
成像原理
①在大脑活动过程中,局部脑血流大幅度增加,而同时耗氧量却只有极小的增加。这就导致了在毛细血管和静脉中的脱氧血红蛋白浓度减少;
②脱氧血红蛋白由于其独特的磁化性质(更强的顺磁性)在大脑活动区域周围产生-个局部的磁场,而该局部磁场会使采集到的MRI信号减弱;
③fMRI对基于这种局部磁场强度的变化进行检测,从而间接地测量大脑的活动水平。即在脑活动增强时,脱氧血红蛋白浓度减少,因此局部磁场对MRI信号的干扰减弱,使得采集到的信号随之增强。
优点:①信号直接来自大脑的神经活动,无须注人造影剂和同位素等其他试剂,因此适用于各个年龄段的被试,而同一被试可以在短时间里多次参加实验;
②它的空间分辨率非常高,可以达到1mm,因此可以进行精确的功能定位;
③有大量成像参数供实验者自由控制,以完成各种特定需求的扫描和多种实验范式。
不足:在于它不是直接检测神经活动,而其所记录的血氧信号通常滞后于神经活动5~8s。