实验二语言fMRI中的EVENT实验
一、实验目的：
1、掌握语言fMRI中的EVENT实验的实验程序
2、了解实验中功能磁共振数据的采集过程
3、掌握语言fMRI中的EVENT实验的数据处理
二、实验要求：
1、熟悉E-Prime编写功能磁共振（fMRI）实验程序，呈现文字、图片、声音等刺激，收集反应时。
2、熟悉实验中常用的fMRI扫描序列
2、对收集到的fMRI数据进行处理和分析
三、预备知识
1、E- Prime是 Experimenter’s Prime (best) 的简称，是实现计算机化行为研究的一个跨平台系统，它与所有的可视化编程语言系统相似，使用类似于 Visual Basic的 E- Basic语言，是一个涵盖从实验生成到毫秒精度数据收集与初步分析的图形界面应用软件套装。该系统包括如下特征:图形化界面编程环境，对实验功能的实现可以通过所见即所得的选择、拖放和设定产生,使编程简单化；面向对象的简单易懂的 Script 语言，类似于Visual Basic，提供了许多针对行为研究的增强命令，为编程提供了灵活性，可以帮助实现更加灵活全面的实验范式，并提供了E- Prime的扩展空间。
功能：实验设计、生成、运行、收集数据、编辑和预处理分析数据。
优点： E-Prime能呈现的刺激可以是文本、图像和声音（可以同时呈现三者的任意组合）提供了详细的时间信息和事件细节（包括呈现时间、反应时间的细节），可供进一步分析，有助于了解实际实验运行的时间问题。专门面向心理实验，并针对心理实验的时间精度作了优化。刺激呈现与屏幕刷新同步，精度可达毫秒。相对于传统编程语言，E-Prime易学易用，实验生成快速。
2、fMRI
磁共振脑功能成像（fMRI）是通过刺激特定感官，引起大脑皮层相应部位的神经活动而引起的血氧改变，并通过实时磁共振成像来显示的一种研究方法。它不但包含解剖学信息，而且具有神经系统的反应机制，作为一种无创、活体的研究方法，对进一步了解人类中枢神经系统的作用机制，以及临床研究提供了一个重要的途径
fMRI 最初是采用静脉注射增强剂等方法等来实现的。1990 年美国贝尔实验室学者Ogawa 等首次报告了血氧的T2*效应。在给定的任务刺激后，血流量增加，即氧合血红蛋白增加，而脑的局部耗氧量增加不明显，即脱氧血红蛋白含量相对降低。脱氧血红蛋白具有比氧合血红蛋白T2*短的特性，另一方面，脱氧血红蛋白较强的顺磁性破坏了局部主磁场的均匀性，使得局部脑组织的T2*缩短，这两种效应的共同的结果就是，降低局部磁共振信号强度。由于激活区脱氧血红蛋白相对含量的降低，作用份额减小，使得脑局部的信号强度增加，即获得激活区的功能图像。由于这种成像方法取决于局部血氧含量，故称为血氧水平依赖功能成像。
fMRI应用包括正常脑功能的基础研究与临床应用的研究，目前涉及的主要方面包括：神经生理学和神经心理学。
fMRI 最早应用于神经生理活动的研究，主要是视觉和功能皮层的研究。后来随着刺激方案的精确、实验技术的进步，fMRI 的研究逐渐扩展于听觉、语言、认知与情绪等功能皮层及记忆等心理活动的研究。
3.fMRI事件相关设计
事件相关(event-related)设计，也称为单事件设计。就是在实验设计中可以操作的最小单元是单个的刺激，或者事件，而不是组块。它是使用fMRI技术来探测大脑皮层对简短的刺激或任务的血液动力学反应。典型的事件相关设计通常在刺激间隔短达1.5s的情况下，以比较短的刺激呈现时间向被试随机地呈现一个或多个刺激。相对于组块设计，事件相关设计最大的优势就是其刺激的呈现是基于事件的，而不是基于组块的。从本质上讲，由于事件相关设计关注的是单个刺激引发的神经反应，因而其仅仅抽取了研究者所感兴趣的事件引发的短暂的皮层激活模式。
四、实验内容
（一）被试
实验者自己，做好相应记录，如教育年限，年龄，利手，有无没有脑外伤和神经系统疾病史或家族病史，视力，是否自愿参加实验等。实验前签署知情同意书，实验后填写实验过程反馈书。
（二）实验语料
刺激材料分文字、脸孔、线条图三种，每种60个。
（三）实验程序
1.前期准备：正式实验开始前，给被试呈现实验指导语说明实验任务，并且进行简短练习以熟悉实验设备，继而交代注意事项。
2.实验地点：磁共振中心。
3.实验要求：要求被试仰躺在磁共振床位上，头部不动，双手持按键盒。主试在实验前告知被试在实验中尽量少眨眼或动身体。
4.刺激呈现方式：刺激材料为60号宋体，屏幕的底色设为深灰色，字体颜色设为银灰色，视距大约为2000px，视角约为1.5°×2.1°，投影在磁共振头线圈上方的镜子上。
5.任务呈现方式：实验中所有刺激材料按事件相关设计呈现。每个条件60个刺激，每个刺激一个trial，所有条件的trial混合随机呈现，呈现时长也在2-8s间随机选取。每个刺激呈现时间为（duration）500ms，呈现在屏幕中央250pxx250px方形内的随机位置，下一个刺激出现前呈现‘十‘字白屏作为基线。
6.实验任务：要求被试看到刺激呈现后尽可能快和准确的反应，根据刺激的呈现位置，如果位置相对于中央注视点（‘十’字）偏左，则按“4”键，如果偏右按“6”键。反应手在被试间交叉平衡。
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实验采用事件相关设计，每个条件的刺激以随机的顺序不定的呈现时间（2-8s）呈现。刺激呈现后，需判断刺激位于中央十字的偏左或偏右。基线为中间带十字的灰屏。
（四）实验数据采集及处理
本研究的实验数据采集工作在江苏师范大学语言科学学院功能性磁共振实验室完成，实验设备为美国GE医疗设备公司生产的MR750 3.0T的磁共振仪器。实验程序采用E-prime 2.0编成，实验刺激通过Invivo刺激系统呈现，为了防止头部运动等影响，用泡沫垫、真空囊等固定住被试的头部，要求被试尽量少动。功能像采集利用平面回波成像梯度回波序列（TR为3000ms，回波时间为35ms，反转角为90°，矩阵大小64×64，层厚为4mm）
数据处理软件为Matlab下运行的SPM8软件包。处理步骤包括：
（1）格式转换：通过DICOM import命令将原始数据（功能像和3D像）转换为SPM8所需要的格式；
（2）时间校准：纠正层与层之间的时间差；
（3）空间校准：校正被试头动情况并且根据头动的幅度决定是否采用该数据；
（4）建模：设置各个实验任务的相关参数，然后在新的文件夹中会生成单个被试的实验结果，可以看到被试的脑部激活情况以及激活坐标等；
（5）批处理与组分析：在对每一个被试的实验结果进行建模后就可以进行批处理和组分析了，把所有被试的实验结果进行对比分析，从而得出激活脑区的差异等。
（五）实验结果
该实验能分别定位文字(VWFA)、脸孔(FFA)、线条图对应的脑区。
五、课后思考
1.该实验定位出的脑区间空间位置差别，和组块设计的结果是否一致？
2.事件相关设计与组块设计各自的优劣？