神经心理学

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 和 Sarah I. Gimbel 实验室 研究脑损伤如何影响认知功能历来是认知神经科学最重要的研究工具之一。尽管大脑是人体中受到保护最完善的器官之一，但仍有许多事件可能影响其正常功能。血管问题、肿瘤、退行性疾病、感染、钝力创伤以及神经外科手术等，都是导致脑损伤的潜在原因，这些因素可能引发不同模式的脑组织损伤，从而以不同方式影响大脑功能。 神经心理学的发展历史中，有几个著名的病例推动了人们对大脑功能的理解。例如，1861年，保罗·布罗卡（Paul Broca）观察到左额叶损伤会导致失语症，即一种后天获得性语言障碍。又如，人们对记忆机制的认识在很大程度上来源于对遗忘症患者的研究，其中最著名的病例是亨利·莫莱森（Henry Molaison），在神经心理学文献中多年以来以"H.M."著称。他接受了颞叶手术后，导致形成某些类型新记忆的能力受到严重损害。

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 和 Sarah I. Gimbel 实验室 大脑结构的一个基本原则是信息的拓扑映射。尤其在感觉和运动皮层中，大脑的相邻区域通常代表来自身体相邻部位的信息，从而在脑表面形成身体的映射图。大脑中的主要感觉和运动映射区位于一条显著的沟槽——中央沟的周围。中央沟前方的皮层称为中央前回，包含初级运动皮层；而中央沟后方的皮层称为中央后回，包含初级感觉皮层（图1）。 图1：中央沟周围的感觉与运动图谱。 初级运动皮层位于中央沟前方，即额叶的中央前回，其中包含身体效应器的运动图谱。初级躯体感觉（感觉）皮层位于中央沟后方，即顶叶的中央后回，负责接收来自身体外部结构的触觉、痛觉和温度信息。 在本实验中，功能性神经影像被用于展示中央前回中的运动图谱。该图谱常被称为运动小人（motor...

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 和 Sarah I. Gimbel 实验室 神经心理学是一门复杂的学科，因为它研究心理过程在大脑中是如何执行的——这一过程融合了生物化学、生物学、心理学和神经科学的概念。尽管神经心理学的多学科性质为年轻学习者未来从事多种职业做好了准备，但也带来了一项挑战，即要求学生学习超出其熟悉领域的知识。例如，主修心理学的学生可能难以理解神经解剖学——这门学科本身已颇具难度，因为大脑是一个复杂的三维器官，而教科书中通常仅以二维形式呈现。 本 JoVE 神经心理学合集介绍了该领域的主要概念和方法，并展示了成像技术的进步如何使我们能够观察大脑内部，可视化其结构与功能。重要的是，这些视频还旨在向学生表明，要理解大脑如何塑造我们的日常体验、行为及社会互动，并不需要成为神经心理学各个方面的专家。例如，视频《决策与爱荷华赌博任务》探讨了大脑特定区域的损伤如何影响个体做出冒险决策的倾向，例如偷窃行为。 这些 JoVE...

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 与 Sarah I. Gimbel 实验室 决策是人类执行功能的重要组成部分，指从多种可能性中选择某种行动方案或认知过程。额叶下部受损可能影响个体做出良好决策的能力。然而，尽管决策缺陷可能对个人生活产生重大影响，但在实验室环境中却难以对其进行量化。20世纪90年代中期，研究人员设计了一种任务，用于在实验室中模拟现实生活中的决策过程。该任务被称为爱荷华赌博任务（Iowa Gambling Task, IGT），是一种认知复杂度较高的任务，广泛应用于研究和临床实践中，作为评估决策能力的高度敏感指标。1-3 在 IGT 任务中，参与者会看到四副纸牌，并在每一轮选择翻开其中一副牌中的一张卡片。当翻开一张卡片时，参与者会获得一定金额的钱，但有时也需要支付罚金。其中两副牌的回报较高，但伴随的罚金也较高，因此长期选择这两副牌会导致净亏损。另外两副牌的回报较低，但罚金也较小，因此长期选择这两副牌会带来净收益。因此，为了做出有利的选择，参与者必须在一段时间内整合有关损失与收益的信息。 本视频演示了如何实施 Iowa...

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 和 Sarah I. Gimbel 实验室 注意、工作记忆、计划、冲动控制、抑制和心理灵活性是人类认知的重要组成部分，通常被称为执行功能。自闭症谱系障碍是一种发育障碍，其特征是社交互动和沟通能力受损以及重复性行为。该障碍持续终生，据估计影响约0.6%的人群。自闭症的症状提示存在执行功能缺陷，可通过专门的神经心理学测试进行评估。通过采用多种分别侧重于执行功能不同方面的测试，我们可以更全面地了解该障碍的认知特征。 其中一项任务被称为威斯康星卡片分类测验（Wisconsin Card Sorting Test, WCST），这是一种认知上较为复杂的任务，广泛应用于研究和临床研究中，作为评估执行功能缺陷的高度敏感指标。该测验用于评估个体转移注意力的能力，以及在规则和强化条件发生变化时的适应灵活性。1...

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 与 Sarah I. Gimbel 实验室 顺行性遗忘是指形成新记忆的能力丧失。这可以与逆行性遗忘相区分，后者是指旧有记忆的丧失。顺行性遗忘可能是由于大脑中参与新记忆形成的结构受损所致。当患者的内侧颞叶结构（包括海马、杏仁核及周围皮层）受损时，常常会在形成某些类型记忆方面出现严重缺陷。这些病例有助于了解大脑中记忆的组织方式，以及不同系统如何支持不同类型的记忆。 在本视频中，我们将对一名患有内侧颞叶损伤的患者进行一系列记忆任务测试，旨在区分不同类型的记忆。首先，我们将测试短期记忆或工作记忆，即我们用于暂时在脑海中保留信息的过程。接下来，我们将测试两种不同类型的长期记忆：外显记忆和内隐记忆。外显记忆是有意识的，易于用语言表达。例如，关于事实或生活经历的记忆都属于外显记忆。我们可以轻松地告诉别人早餐吃了什么，或者法国的首都是哪座城市。内隐记忆则涉及我们从经验中获得但难以言表的知识。例如，知道如何完成某项操作，或对某种刺激产生习惯化，都属于内隐记忆的形式。 这些实验程序部分基于对著名患者亨利·莫莱森（Henry...

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 与 Sarah I. Gimbel 实验室 自主神经系统（ANS）控制着机体内部器官的活动，并根据当前环境调节其活动变化。支配多个内脏器官的迷走神经是该系统的重要组成部分。当大脑感知到危险时，迷走张力受到抑制，从而引发一系列生理变化，使机体为战斗或逃跑做好准备；例如，心率加快、瞳孔扩大、呼吸加快。相反，当迷走系统被激活时，这些生理反应受到抑制，使机体进入更平静的状态。因此，迷走神经在机体的兴奋状态中起到类似“刹车”的作用。这种更平静状态的一个有趣结果是，它往往促进社会交往——当个体不再对周围环境感到紧张或恐惧时，便更容易与他人进行互动。因此，这种调节机制功能不良可能与社会行为障碍相关。 自主神经调节的一个指标是心率变异性（HRV）。HRV用于衡量每次心跳与下一次心跳之间的时间间隔随时间变化的程度。高HRV表明心率随时间持续波动，反映了自主神经调节功能良好。低HRV则表明心率在一段时间内较为稳定，通常与较差的自主神经调节相关。 本研究将检验心率变异性（HRV）升高与情绪刺激分类准确性提高相关的假设。1,2 参照Park et al.

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 和 Sarah I. Gimbel 实验室 由于感觉器官接收到的信息量极为庞大，大脑必须能够优先处理某些刺激，减少对当前可能不重要信息的投入，而将注意力集中在重要的信息上。大脑使用的一种策略是忽略频繁或恒定的刺激，转而关注那些意外或独特的刺激。因此，罕见事件往往更具显著性，更容易吸引我们的注意力。此外，与当前行为目标相关的刺激会优先于无关刺激得到处理。 注意力的神经生理学相关性已通过“oddball范式”进行实验性研究。该任务范式最初于1975年提出，向受试者呈现一系列重复的听觉或视觉刺激，其间偶尔插入一个意外刺激以打断常规序列。1 研究表明，这种由目标刺激引起的中断会诱发特定的电生理反应，可在头皮表面记录到，称为事件相关电位（event-related potentials, ERPs）。ERP是指由特定感觉、认知或运动事件所引发的可测量脑反应。ERP通过脑电图（electroencephalography,...

来源：南加州大学 Sarah I. Gimbel 与 Jonas T. Kaplan 实验室 理解语言是人类能够完成的最复杂的认知任务之一。鉴于将单个词语组合成句子意义时存在数量惊人的可能选择，大脑必须能够识别词语何时构成连贯的组合，以及何时出现破坏意义的异常情况。大量研究表明，某些通过头皮记录的脑电活动对这类预期偏差具有敏感性。重要的是，这些不协调性的电生理特征特异于意义的意外变化，因此不同于大脑对其他类型异常的一般性反应。

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 与 Sarah I. Gimbel 实验室 我们的记忆体验多种多样且十分复杂。有时我们能生动地回忆起事件的细节，而另一些时候可能只有一种模糊的熟悉感。记忆研究者区分了“回忆”与“熟悉”两种记忆类型。被回忆的项目不仅被记住，还附带了该项目在学习或编码时的时间等相关细节。与被回忆的项目类似，被熟悉的项目也被记住了，但缺乏关于其编码时周围情境的任何细节。许多关于回忆与熟悉的研究都集中在内侧颞叶（MTL），特别是海马体，因为海马体在记忆编码、巩固和提取中的作用已被广泛认知并深入研究。1-3

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 和 Sarah I. Gimbel 实验室 经验塑造大脑。众所周知，学习会使我们的大脑产生差异。虽然许多与经验相关的变化体现在微观层面，例如单个神经元的神经化学行为发生调整，但我们也能够从宏观层面观察大脑结构的解剖学变化。这类变化的一个著名例子来自伦敦出租车司机的研究：这些司机在掌握城市复杂路线的同时，其海马体体积增大。海马体是已知在导航记忆中起重要作用的大脑结构。1 许多传统的脑解剖学研究方法需要 painstaking...

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 与 Sarah I. Gimbel 实验室 想象一下铃声响起的声音。当我们通过“内心的听觉”构想这样的声音时，大脑中正在发生什么？越来越多的证据表明，大脑在进行想象时所使用的机制与其感知外界时的机制相同。1 例如，当人们想象视觉图像时，视觉皮层会被激活；而当人们想象声音时，听觉皮层则会参与其中。然而，这些感觉皮层的激活在多大程度上与我们想象内容的具体特征相对应？ 一种有助于回答该问题的技术是多体素模式分析（multivoxel pattern analysis, MPVA），该方法使用机器学习技术来分析功能性脑成像数据。2-3 在MPVA实验中，我们训练一种机器学习算法，以区分不同刺激所诱发的脑活动模式。例如，我们可以探究想象铃声时所产生的听觉皮层活动模式，是否与想象电锯声或小提琴声时的活动模式有所不同。如果我们的分类器能够成功区分这三种刺激所引起的脑活动模式，那么我们就可以得出结论：每种刺激均以独特的方式激活了听觉皮层。对这类实验的一种理解方式是：我们不再仅仅关注某个脑区的活动本身，而是转而探究该脑区的信息内容。

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 和 Sarah I. Gimbel 实验室 人类视觉系统极为复杂，能够快速处理大量信息。然而，大脑处理信息的能力并非无限资源。注意是指有选择地处理与当前目标相关的信息，同时忽略无关信息的能力，因此是视觉感知的重要组成部分。注意的某些方面是自动的，而另一些方面则受自主、有意识的控制。在本实验中，我们探讨自主性或“自上而下”的注意控制对视觉加工的机制。 该实验利用视觉皮层的有序组织特性，研究自上而下的注意力如何选择性地调节视觉刺激的加工过程。视觉皮层的某些区域似乎专门负责处理特定的视觉信息。具体而言，Kanwisher 的研究工作表明 等.1 已发现，当受试者观察面孔时，相较于观察其他常见物体，其颞下回梭状回区域的活动显著增强。该区域被称为梭状回面孔区（Fusiform Face Area, FFA）。另一个脑区，即海马旁位置区（Parahippocampal Place Area, PPA），对房屋和场景有强烈反应，但对面孔无明显反应。2...

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 和 Sarah I. Gimbel 实验室 使用磁共振成像（MRI）的传统脑成像技术在可视化脑的大体结构方面非常有效。通过MRI获得的脑结构图像能够清晰显示灰质与白质之间的边界，并提供有关脑结构大小和形状的信息。然而，这些图像无法详细呈现脑内白质网络的底层结构及其完整性，而白质网络是由连接局部和远距离脑区的轴突束构成的。 弥散磁共振成像采用对水分子弥散运动敏感的脉冲序列。通过测量弥散方向，可以推断大脑白质网络的结构。轴突内的水分子受细胞膜限制，其运动受到约束；它们不再以相等概率向各个方向随机运动（即各向同性运动），而是更倾向于沿轴突方向平行移动（即各向异性运动；图1）。因此，弥散各向异性的测量值被认为能够反映白质的特性，例如纤维密度、轴突厚度以及髓鞘化程度。一种常用指标是分数各向异性（fractional anisotropy, FA）。FA值范围从0到1，其中0代表完全各向同性运动，1则代表最大程度的各向异性。 图1：扩散各向异性。...

来源：南加州大学 Jonas T. Kaplan 和 Sarah I. Gimbel 实验室 经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）是一种非侵入性脑刺激技术，通过将一个绝缘线圈置于头皮表面并通以电流来实现。线圈中的电流产生短暂的磁场，由于电磁感应的物理过程，该磁场在邻近的神经组织中诱导出电流。根据这些磁脉冲的持续时间、频率和强度不同，可对底层的神经环路产生多种不同的影响。本文演示单脉冲TMS技术，即利用一次短暂的磁脉冲刺激新皮层。 经颅磁刺激（TMS）的一个可观测效应是，当刺激施加于运动皮层时，可引发肌肉抽动。由于运动皮层具有躯体定位性组织特征，通过精确调整线圈的位置，可以选择性地靶向不同肌肉。引发这些肌肉抽动的电信号被称为运动诱发电位（MEPs），可通过放置在靶肌肉表面皮肤上的电极进行记录和量化。MEP的幅度可被解读为反映运动皮层内在兴奋性的指标；例如，当运动皮层被激活时，观测到的MEP幅度会增大。