同步腦電：功能磁共振(EEG-fMRI)原理與技術（簡體書）

第1章EEG和fMRI的生理基礎
作為萬物之靈的人類進化出的最偉大結晶——人腦堪稱世界上最為精妙復雜的系統。由它演奏出來的樂章時而慷慨激昂、時而消沉沮喪、時而快樂喜悅、時而又感懷憂傷。可以說所有的行為都因它而起，而所有的感悟又由它而生。全世界研究腦科學的人們都仿佛在面對一堂精彩絕倫的音樂會，我們驚訝得似乎只有睜大眼睛豎起耳朵：美妙的音符隨著嫻熟的演奏動作潺潺流出，飛向天際。神經成像領域也有這樣的眼睛和耳朵：功能磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）和腦電（electroencephalogram，EEG）。一個讓我們在毫米量級看到大腦的活動，另一個則讓我們在毫秒量級聽到大腦的旋律。
頭表EEG反映的是同步神經電活動，具有和神經認知過程相同的時間尺度。但信號在傳出頭皮的過程中經過了多次混疊，其空間信息較為模糊。fMRI與神經元群的能量代謝消耗有關，空間分辨率能達到毫米量級。但其信號的時間分辨率很低，大約在秒的量級。需要強調的是fMRI 的這一低時間分辨率是由血氧水平依賴信號（BOLD）本身的產生機理決定的，不能通過提高成像的采樣率進行緩解。EEG和fMRI以其無創地對全腦活動進行觀察和記錄的能力，成為目前最主要的兩種神經成像工具，已在學術研究和臨床診斷中得到極大關注和廣泛應用。本章將簡單介紹EEG和fMRI的神經生理基礎，以幫助我們對同步EEG—fMRI信號的理解和分析結果的解釋。
1.1大腦解剖結構
腦可以分為大腦、小腦、間腦和腦干。其中大腦體積最大，平均質量為1.4 kg。大腦分為皮質和髓質。皮質又稱為灰質，主要由神經細胞組成，它的面積大約為2500 cm2，厚度為1～4 mm，由于顱腔容量的限制而出現溝、回，并逐漸增加其數目。最新的研究顯示人腦的神經元數量有850億～1000億個，而一個典型的神經元會通過突觸和約1000個其他神經元進行通信。也就是說，大腦中約有100萬億個突觸。細胞與細胞間的信息傳遞以化學傳遞為主，多達50種神經遞質參與了這項任務。左右半腦通過胼胝體相連，按腦表面的溝、回分布，可進一步將大腦分為額葉、顳葉、頂葉和枕葉。腦的解剖分區如圖1—1所示，額葉（frontal lobe）是大腦中最高級的部分，位于中央溝以前，包括初級運動區、前運動區和前額葉。額葉主要負責思維、計劃，與個體的需求和情感相關。顳葉（temporal lobe）位于外側裂下方，由顳上、中、下三條溝分別為顳上回、顳中回、顳下回，隱在外側裂內的是顳橫回。在顳葉的側面和底面，在顳下溝和側副裂間為梭狀回，側副裂與海馬裂之間為海馬回，圍繞海馬裂前端的鉤狀部分稱為海馬溝回。顳葉為聽覺言語中樞、嗅覺中樞、味覺中樞所在地。主要負責處理聽覺信息，也與記憶和情感有關。