将行为反应与人类前额叶皮层的fMRI信号相关联：通过任务分析检验认知过程

以下实验的总体目标是研究与视觉刺激注意力反应相关的 MRI 信号。通过在受试者关注情绪斯特鲁普刺激时对其进行扫描来实现这一目标。同时记录受试者对刺激的按键反应，这些行为反应将与大脑中的信号进行相关性分析。

此外，通过扫描仪内置的眼动仪记录受试者的眼动情况，以获得注意力选择的测量指标。通过对刺激反应任务中行为与功能性磁共振成像（fMRI）信号相关性的分析，得到的结果显示额下回被激活。该技术相较于正电子发射断层扫描等其他方法的主要优势在于，可对受试者进行长达两小时的扫描。

该系统有助于我们进一步了解额叶皮层的抑制功能。该系统的功能障碍与多种神经病理学疾病相关，例如注意力缺陷多动障碍（ADHD）和抽动秽语综合征（Tourette 综合征）。在开始本实验之前，潜在受试者应完成研究知情同意书以及标准的磁共振成像（MRI）筛查问卷。

必须排除所有磁共振成像（MRI）的禁忌证。在完成相关文书工作后，为受试者提供关于反向任务（antis task）的培训。在此过程中，绿色注视点提示为正向反应试验（pro secod trial）。

指导受试者注视屏幕上周边区域出现的目标，其视觉角度为8至10度。若出现红色注视点，则表示为抗干扰性眼跳（antisaccade）试验，指导受试者注视位于屏幕周边目标对侧的镜像位置，视觉角度同样为8至10度。例如，若目标出现在右侧，受试者应向左注视。

接下来，进行情绪斯特鲁普任务的训练。这是一种伪事件相关范式，其中描述性词语会叠加在个体面部图片上，用以指示表情。这些词语所表达的情绪与面部所呈现的情绪要么一致，要么不一致。

在图片中，指导参与者按哪个按钮来报告快乐的表情或词语、中性表情或词语，或是悲伤的表情或词语。任务开始时，先呈现一个持续1秒的书面指导画面，提醒参与者尽快按下相应按钮，报告所看到的面部表情或书面词语。随后呈现1秒的注视十字，接着呈现250毫秒的面部刺激图像，最后是持续2秒的反应图像。

呈现反应画面旨在为参与者提供报告其反应的时间。反应画面结束后，下一个注视十字的视觉呈现随即开始。练习试验共包含15次，采用不同组合的面部词语表情。

首先开始扫描前的准备工作。打开数字投影仪，将计算机刺激画面以清晰的图像投射到磁共振成像仪（MRI）孔内的屏幕上。然后将受试者带入扫描室，并为其提供耳塞和耳机，以提供听力保护。

让受试者仰卧，并将头部置于头部线圈支架的中央位置。使用枕头或泡沫垫固定受试者的身体和头部位置，以在限制头部移动的同时提供舒适感。然后，放置头部线圈。

然后让受试者在直视前方观察镜面反射的投影图像时，舒适地调整头部位置，眼睛应尽可能保持在原位，以确保受试者在整个扫描过程中（可持续长达两小时）的舒适性。询问受试者投影图像是否清晰对焦。如果图像不清晰，应重新调节镜头以提高图像清晰度。

然后校准眼动仪，以确保红外相机位于正确位置。如果角膜上的反射光点不理想，应调整红外光源，或重新对准位于受试者头部位置附近用于反射红外光源的镜子。同时，询问受试者是否需要增加泡沫垫或枕头以维持该体位。

设备安装完成后，将紧急联系用的压力球放在受试者的右手，反应盒放在左手。同时，在耳机右侧放置一粒维生素E胶囊，因为该胶囊在解剖扫描中可见，有助于确认图像未发生左右翻转。最后，升起床体并将其滑入MRI设备的中心位置。

进入控制室后，使用对讲系统确认受试者已准备好开始扫描，并确保其处于舒适状态。同时提醒受试者，扫描仪产生的噪音会较大。首先采集定位像扫描。

然后设定一系列覆盖全脑的解剖切片。通常应使用轴向斜切面。告知参与者解剖扫描所需的大致时间。

这可能需要大约六到十分钟，具体时间取决于规定的切片数量。或者，也可以在功能扫描之后进行解剖扫描。完成解剖扫描后，设定功能序列，并再次向受试者说明Stroop范式的任务指导语。

然后同步启动扫描仪和实验范式，记录所有按钮按压。务必使用红外眼动仪监测并记录受试者的水平和垂直眼动位置，以便将这些数据与行为范式相关联。接下来，告知受试者在下一次扫描期间将执行反扫视（anti-Saccade）范式。

然后使用同步范式开始扫描。根据所选择的成像参数，扫描时间将接近六分钟。避免进行更长时间的扫描，因为受试者可能会入睡。

整个成像过程可能需要60至120分钟，具体时间取决于准备和受试者个体化调整所需的时间，以及分析所需的fMRI功能扫描次数。本实验获得的数据可使用任何fMRI分析软件包进行分析，例如Brain Voyager或Qx，如图所示。

Acne 或 SPM 是其他常用的 fMRI 分析程序。从功能数据中得出的统计图应叠加到解剖学脑图像上。为此，首先使用一般线性模型（GLM），针对任务中每种条件分别设置预测变量，以功能方式定义感兴趣的脑区。

在进行两种扫描时，使用以下预测因子：一致与不一致的面部指令和词语指令、antis、secod 以及 pros secod。接着，分析 GLM 对比中所有激活的额叶区域的信号强度。然后计算所有受试者之间的标准化 BOLD 信号，并将不一致的词语-面部表情与一致的词语-面部表情进行比较。

两种条件下的表达最终关联了在所用试验中收集的反应时间。随后，GMs 将每个个体的脑活动与其自身在特定试验中的反应时间进行关联。此处显示的图像为左侧额下回（IFG），通过不一致情绪 stroop 任务与一致条件对比的功能定位获得。

在“注意词语”指令集期间，我们观察到当面部表情与叠加的情绪词不一致时，报告书面词语所引发的不一致会产生更高的BOLD信号强度。在左侧，IFG区域对不一致表情的BOLD信号变化显著大于对一致表情的信号变化。

在“注意单词”指导条件下，不一致与一致对比显示出反应时间与BOLD信号强度之间存在正相关关系。该图显示了10名受试者在六种不同条件下的平均反应时间与BOLD信号。图中第一行是来自一个试验区组的单次试验序列的示意图。

底部为用于发现参与情绪性面部表情的脑区的两个伽马血流动力学响应函数示意图。在实施该流程时，重要的是需在扫描间隙检查受试者情况，并提醒其尽可能保持静止，以减少运动伪影。在完成该流程后，可采用其他技术（如脑磁图）来研究额下回内的时序效应。