认知心理学与认知神经科学/行为与神经科学方法
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行为 和 神经科学 方法用于深入了解 大脑 如何影响个人的思维、感觉和行为。有一系列方法可以用来分析大脑及其与行为的关系。众所周知的方法包括脑电图 (EEG)，它记录大脑的电活动，以及功能性磁共振成像 (fMRI)，它产生大脑结构和/或活动 的详细图像。其他方法，例如 病灶法，鲜为人知，但在当今的神经科学研究中仍然具有影响力。
方法可以分为以下几类：解剖学、生理学和功能学。其他技术包括调节大脑活动、分析行为或计算建模。
在病灶法中，检查脑损伤患者以确定哪些大脑结构受损以及这如何影响患者的行为。研究人员试图通过使用报告的经验和研究观察结果将特定的大脑区域与观察到的行为相关联。研究人员可能会得出结论，大脑区域的功能丧失会导致行为改变或任务执行的缺陷。例如，顶叶-颞叶-枕叶联合区病灶患者将表现出 失写症，一种尽管没有运动能力缺陷但无法书写的疾病。如果特定大脑区域（结构 X）的损伤被证明与特定行为变化（行为 Y）相关，研究人员可能会推断结构 X 与行为 Y 相关。
在人类中，病灶最常由肿瘤或中风引起。通过目前的大脑成像技术，可以确定中风期间受损的区域。然后可以将中风患者的功能丧失与该受损大脑区域相关联。虽然人类的病灶研究为我们提供了对大脑组织和功能的关键见解，但动物的病灶研究提供了许多优势。
首先，用于研究的动物是在受控的环境条件下饲养的，这些条件限制了受试者之间的差异。其次，研究人员能够在病灶前后测量同一动物的任务表现。这允许进行受试者内部比较。第三，可以观察到对照组，这些组要么没有接受手术，要么在另一个大脑区域接受了手术。这些优势还提高了正在测试的假设的准确性，这在人类研究中更难，因为前后比较和对照实验会丢失。
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为了加强关于大脑区域和任务执行的结论，研究人员可能会进行 双重分离。这种方法的目的是证明两个分离是独立的。通过比较两个脑损伤不同且疾病模式矛盾的患者，研究人员可以将不同的行为定位到每个大脑区域。布罗卡区是大脑中负责语言处理、理解和言语产生的区域。布罗卡区病灶患者将表现出 布罗卡失语症或非流利性失语症。这些患者无法流利地说话；布罗卡区损伤患者说出的句子可能听起来像：“我……呃……想要……啊……嗯……我……想要……呃……去冲浪……还有……呃……嗯……”。另一方面，韦尼克区负责言语理解。该区域病灶患者患有 韦尼克失语症。他们可能能够产生语言，但缺乏产生有意义句子的能力。患者可能会产生“词语沙拉”：“我然后做了这个奇戈几个小时，在我达兹穿过弥漫之后，并且是鲨克。” 韦尼克失语症患者通常意识不到言语缺陷，并可能认为自己说话正常。
当然，菲尼亚斯·盖奇是著名的“病灶”案例之一。菲尼亚斯·盖奇。1848 年 9 月 13 日，盖奇，一名铁路建筑工头，正在使用一根铁棒将炸药装入一块岩石中，当炸药提前爆炸时，铁棒从他的左颚穿过后穿出他的头顶。奇迹般地，盖奇幸免于难，但据报道，由于他的一个或两个 额叶 被破坏，他经历了戏剧性的性格改变。盖奇案例的独特性（以及在其他患者身上重复治疗的伦理不可能）使得难以从中学到普遍性，但它确实说明了病灶法背后的核心思想。进一步的问题源于盖奇出版的报道中持续存在的扭曲——参见维基百科文章 菲尼亚斯·盖奇.
CT 扫描是由英国工程师戈弗雷·N·豪恩斯菲尔德和南非（后来的美国）物理学家艾伦·克罗马克于 1972 年发明的。
CT（计算机断层扫描）是一种 X 射线程序，它结合了大量 X 射线图像，借助计算机生成横断面视图，并在需要时生成人体内部器官和结构的 3D 图像。一个大型甜甜圈状的 X 射线机在人体周围的不同角度拍摄 X 射线图像。这些图像由计算机处理以生成人体的横断面图片。在这些图片中的每一张中，身体都被视为身体的 X 射线“切片”，并被记录在胶片上。这种记录的图像称为 断层图像.
CT 扫描用于分析，例如头部，在那里可以识别出创伤性损伤（如血凝块或颅骨骨折）、肿瘤和感染。在脊柱中，可以准确地定义椎骨的骨结构，以及脊髓的解剖结构。CT 扫描在定义身体器官解剖结构方面也极其有用，包括可视化肝脏、胆囊、胰腺、脾脏、主动脉、肾脏、子宫和卵巢。人在做 CT 扫描时接受的辐射量很少。在男性和非孕妇中，它没有显示出任何不利影响。然而，进行 CT 测试隐藏了一些风险。如果受试者或患者怀孕，可能建议进行其他类型的检查以降低其胎儿暴露于辐射的潜在风险。同样，在 哮喘 或 过敏 情况下，建议避免这种类型的扫描。由于 CT 扫描需要造影剂，因此对造影剂过敏的风险很小。患有某些疾病；糖尿病、哮喘、心脏病、肾脏问题或甲状腺疾病也会增加对造影剂反应的风险。
尽管CAT扫描是一项突破，但在许多情况下，它被磁共振成像 (MRI) 所取代，这是一种无需使用X射线、有害染料或手术就能观察人体内部的方法。相反，它使用无线电波和强磁场来提供内部器官和组织的清晰且详细的图像。
MRI的历史和发展
MRI 基于一种称为核磁共振 (NMR) 的物理现象，该现象由菲利克斯·布洛赫（在斯坦福大学工作）和爱德华·珀塞尔（来自哈佛大学）在 1930 年代发现。在这种共振中，磁场和无线电波会导致原子发出微弱的无线电信号。1970 年，医学博士兼研究科学家雷蒙德·达马迪安发现了将磁共振成像作为医学诊断工具的基础。四年后，该技术获得了专利，这是世界上第一项颁发在 MRI 领域的专利。1977 年，达马迪安博士完成了第一台“全身”MRI 扫描仪的建造，他将其命名为“Indomitable”。磁共振成像的医学应用迅速发展。第一台用于医疗保健的 MRI 设备出现在 1980 年代初。到 2002 年，全球约有 22,000 台 MRI 扫描仪投入使用，进行了超过 6000 万次 MRI 检查。
MRI 程序的常见用途
由于 MRI 提供的图像详细且清晰，因此它被广泛用于诊断运动相关损伤，尤其是影响膝盖、肘部、肩膀、臀部和手腕的损伤。此外，心脏、主动脉和血管的 MRI 是一种快速、无创的工具，可以诊断动脉疾病和心脏问题。医生甚至可以检查心室的大小，并确定心脏病或心脏病发作造成的损伤程度。还可以使用 MRI 高度详细地检查肺部、肝脏或脾脏等器官。由于不涉及辐射照射，MRI 通常是检查男性和女性生殖系统、骨盆和臀部以及膀胱的首选诊断工具。
风险
未被发现的金属植入物可能会受到强磁场的影响。在怀孕的前 12 周通常避免进行 MRI。科学家通常对孕妇使用其他成像方法，例如超声波，除非有强烈的医学理由使用 MRI。
MRI 已经取得了一些进一步的发展：DT-MRI（弥散张量磁共振成像）可以测量组织中水的受限扩散，并提供其三维图像。历史：化学家爱德华·O·斯特杰卡尔和约翰·E·坦纳早在 1965 年就描述了使用磁场测量扩散的原理。在 MRI 发展之后，迈克尔·莫斯利在 1984 年将该原理引入 MR 成像，丹尼斯·勒比汉在 1985 年进行了进一步的基础性工作。1994 年，工程师彼得·J·巴塞尔发表了对旧扩散张量模型的优化数学模型。[1] 该模型在今天被普遍使用，并且所有新的 MRI 设备都支持该模型。
DT-MRI 技术利用了这样一个事实，即脑组织中水分子在细胞膜等障碍物的限制下移动。在神经纤维中，移动只能沿着轴突进行。因此，测量扩散可以确定主要神经纤维的走行。一个扩散张量的所有数据在单个图像中处理起来太过庞大，因此有不同的技术可以可视化这些数据的不同方面：- 横截面图像 - 纤维束成像（主要神经纤维重建） - 张量符号（扩散张量信息的完整说明）
患有特定中枢神经系统疾病的患者的扩散方式会以一种特征性的方式发生变化，因此可以通过扩散张量技术识别这些疾病。脑卒中的诊断和涉及白质变化的疾病（如阿尔茨海默病或多发性硬化症）的医学研究是主要应用。DT-MRI 的缺点是它比普通 MRI 更费时，并且会产生大量数据，这些数据首先需要通过不同的方法可视化才能进行解释。
fMRI（功能性磁共振成像）基于核磁共振 (NMR)。该方法的工作原理如下：所有质子数为奇数的原子核都具有核自旋。一个强磁场被放置在被测物体周围，使所有自旋与它平行或反平行排列。在特定频率下存在对振荡磁场的共振，该频率可以根据原子类型计算（原子核的通常自旋被扰乱，这会感应出电压 s (t)，之后它们返回到平衡状态）。在这一级别，可以识别不同的组织，但没有关于它们位置的信息。因此，磁场的强度逐渐改变，从而在频率和位置之间建立对应关系，并且借助傅里叶分析，我们可以获得一维位置信息。结合几种这样的方法，例如傅里叶分析，可以获得 3D 图像。
fMRI 的核心思想是观察血流增加的区域。血红蛋白会干扰磁成像，因此可以识别血氧水平依赖性 (BOLD) 增加的区域。更高的 BOLD 信号强度来自脱氧血红蛋白浓度的降低。fMRI 实验通常持续 1-2 小时。受试者将在磁体中躺下，并设置特定形式的刺激，并对受试者的大脑进行 MRI 成像。第一步是对一个高分辨率单扫描进行成像。这将在稍后用作突出显示受刺激激活的大脑区域的背景。在下一步中，会随着时间推移进行一系列低分辨率扫描，例如 150 次扫描，每 5 秒一次。在其中一些扫描中，将呈现刺激，而在另一些扫描中，刺激将不存在。可以比较两种情况下获得的低分辨率脑图像，以查看大脑的哪些部位被刺激激活。其余的分析使用一系列工具完成，这些工具可以校正图像中的失真，消除受试者在实验过程中头部移动的影响，并将刺激关闭时获得的低分辨率图像与刺激打开时获得的图像进行比较。最终的统计图像显示出大脑中被该实验激活的部位的亮度。然后，这些激活区域将作为彩色斑点显示在原始高分辨率扫描之上。该图像也可以以 3D 方式渲染。
fMRI 具有中等好的空间分辨率和较差的时间分辨率，因为一帧 fMRI 约为 2 秒长。然而，作为 fMRI 基础的血流的时域响应，相对于定义神经元通信的电信号来说，响应速度较慢。因此，一些研究小组正在通过将 fMRI 与脑电图 (EEG) 或脑磁图 (MEG) 等数据收集技术相结合来解决这个问题，脑电图 (EEG) 或脑磁图 (MEG) 的时间分辨率要高得多，但空间分辨率要差得多。
正电子发射断层扫描，也称为 PET 成像或 PET 扫描，是一种诊断检查，它涉及基于检测正电子发射的辐射来获取生理图像。它目前是检查癌症复发最有效的方法。正电子是从注入患者的放射性物质中发射的微小粒子。这种放射性药物被注射到患者体内，其发射物由 PET 扫描仪测量。PET 扫描仪由围绕患者的一组探测器组成。PET 利用注入的放射性核素发出的伽马射线信号测量身体某个部位的代谢活动量，计算机将这些信号重新组装成图像。PET 能够测量代谢，这对于诊断阿尔茨海默病、帕金森病、癫痫和其他神经系统疾病非常有用，因为它可以精确地说明大脑活动与正常情况不同的区域。它也是定位导致癫痫发作的大脑区域并确定手术是否为治疗选择的准确方法之一。PET 通常与 MRI 或 CT 扫描结合使用，通过“融合”来提供器官的完整三维视图。
我们之前提到的方法都考察了大脑的代谢活动。但也有其他情况，人们希望测量大脑的电活动或由电活动产生的磁场。我们之前讨论过的方法在识别大脑活动发生的位置方面做得很好。这些方法的缺点是它们不能以毫秒为单位测量大脑活动。电磁记录方法可以做到这一点，例如通过单细胞记录或脑电图 (EEG)。这些方法可以非常快地测量大脑活动，并且可以持续更长时间，从而提供非常好的时间分辨率。
使用单细胞方法时，将电极放置在大脑中我们想要关注的细胞中。现在，实验者可以记录接触到暴露的电极尖端的细胞的电输出。这对于研究细胞静息电位背后的离子电流很有用。然后，研究人员的目标是确定例如，该细胞是否只对来自世界特定细节的感觉信息做出反应，或者对许多刺激做出反应。因此，我们可以确定该细胞是否只对一种感觉方式的输入敏感，或者对多种感觉方式的输入敏感。人们还可以找出刺激的哪些特性会导致这些区域的细胞放电。此外，我们可以找出动物对特定刺激的注意力是否会影响细胞的反应。
单细胞研究对于研究人脑并不十分有用，因为它太侵入性了，无法成为一种常见方法。因此，这种方法最常用于动物。只有在少数情况下，单细胞记录也应用于人类。患有癫痫的人有时会切除癫痫组织。在手术前一周，电极被植入大脑或在手术期间放置在大脑表面，以便更好地隔离癫痫发作活动的来源。因此，使用这种方法可以降低切除有用组织的可能性。由于这种方法在人类身上的局限性，还有其他方法可以测量电活动。我们将在下面讨论这些方法。
脑电图 (EEG) 可能是研究大脑活动最著名的技术之一。大多数人可能知道它是一种在临床上用于检测异常活动（如癫痫和疾病）的技术。
脑电图 (EEG) 是通过脑电图获得的，脑电图收集从头皮收集的人脑产生的微弱生物电并放大记录。脑电图的测量，即 EEG 测量，反映了大脑中离子神经元流动产生的电压波动。EEG 是脑部疾病的一种诊断方法，但由于它容易受到干扰，因此通常与其他方法结合使用。
EEG 最常用于诊断癫痫，因为癫痫会导致异常的脑电图读数。它也用于诊断睡眠障碍、昏迷、脑血管病等，以及脑死亡。脑电波已被用作一线方法来诊断肿瘤、中风和其他局灶性脑部疾病，但随着高分辨率解剖成像技术（如核磁共振成像 (MRI)）的出现，这种方法的使用已有所减少。以及计算机断层扫描 (CT)。与 CT 和 MRI 不同，EEG 具有更高的时间分辨率。因此，尽管 EEG 的空间分辨率有限，但它仍然是研究和诊断的宝贵工具，尤其是在确定需要毫秒级时间分辨率的研究时。
| 名称 | 频率 (Hz) | 关于 |
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以实验的方式，该技术用于显示大脑在特定心理状态下的活动，例如警觉或嗜睡。为了测量大脑活动，将脑电图电极放置在头皮上。每个电极，也称为引线，会进行自己的记录。接下来，需要一个参考点，提供一个基线，以便将该值与每个记录电极进行比较。该电极不能覆盖肌肉，因为肌肉的收缩是由电信号引起的。通常它被放置在耳朵后面的“乳突骨”上。
在脑电图过程中，电极的放置方式如下。在右半球，电极用偶数编号标记。奇数用于左半球的电极。中线的电极用 z 标记。大写字母代表电极的位置（C=中央，F=额叶，Fop=额极，O=枕叶，P=顶叶和 T=颞叶）。
在将每个电极放置在正确的位置后，可以测量电位。该电位具有特定的电压，以及特定的频率。因此，根据人的状态，脑电图信号的频率和形式会有所不同。如果一个人处于清醒状态，可以识别出β波活动，这意味着频率相对较快。在某人即将入睡之前，可以观察到α波活动，其频率较慢。最慢的频率称为δ波活动，发生在睡眠期间。患有癫痫的患者在脑电图记录中可以观察到放电幅度的增加。此外，脑电图也可以用来帮助回答实验问题。例如，在情绪方面，人们可以发现，在抑郁症的情况下，右额叶区域的α波抑制比左额叶区域更大。由此可以得出结论，抑郁症伴随着右额叶区域比左额叶区域更大的激活。
脑电图的缺点是电导率，因此测量的电位在不同的人之间以及随着时间的推移而存在很大差异。这是因为所有组织（脑组织、血液、骨骼等）对电信号的传导率都不同。这就是为什么有时无法清楚地知道电信号来自大脑的哪个区域。
虽然脑电图记录提供了大脑活动的连续测量，但事件相关电位 (ERP) 是与事件发生相关的记录。例如，刺激的呈现就是一个这样的事件。当呈现刺激时，放置在人头皮上的电极会记录由电极下方数千个神经元产生的脑部变化。通过测量大脑对事件的反应，我们可以了解不同类型的信息是如何处理的。例如，表示单词 “吃” 或 “烤” 会在大约 200 毫秒时产生一个正电位。由此可以得出结论，我们的大脑在呈现单词后 200 毫秒处理这些单词。这个正电位之后是一个大约 400 毫秒的负电位。这个电位也称为 N400（其中 N 代表负，400 代表时间）。因此，总的来说，我们可以说有一个字母 P 或 N 来表示电信号偏转是正的还是负的。以及一个数字，代表刺激呈现后，平均多少百毫秒后该成分出现。事件相关电位对研究人员特别感兴趣，因为响应的不同成分表明认知处理的不同方面。例如，呈现句子“猫不会吃”和“猫不会烤”，单词“吃”的 N400 反应比单词“烤”的 N400 反应更小。由此可以得出结论，我们的大脑需要 400 毫秒来记录有关单词含义的信息。此外，人们可以找出这种活动发生在大脑中的哪个位置，即如果观察到接收最大响应的电极在头皮上的位置。
脑磁图 (MEG) 与脑电图 (EEG) 有关。然而，脑磁图 (MEG) 并没有记录头皮上的电位，而是利用头皮附近的磁位来反映大脑活动。为了定位偶极子，可以使用磁场，因为偶极子可以很好地显示磁场的强度。通过使用被称为 SQUID（超导量子干涉器件）的设备，人们可以记录这些磁场。
脑磁图 (MEG) 主要用于定位癫痫活动的来源，以及定位初级感觉皮层。这很有用，因为通过定位它们，可以在神经介入期间避免它们。此外，脑磁图 (MEG) 可用于更多地了解神经生理学的基础，例如精神分裂症等精神疾病。此外，脑磁图 (MEG) 也可用于检查各种认知过程，例如语言、物体识别和空间处理等，这些过程发生在神经完整的人身上。
MEG 比 EEG 有一些优势。首先，与脑组织、脑脊液、颅骨和头皮中的电流相比，磁场受传导的影响更小。其次，磁场强度可以告诉我们脑部来源的深度。然而，MEG 也有一些缺点。大脑中的磁场大约是地球磁场的 1 亿分之一。因此，需要用铝制成的屏蔽室。这使得 MEG 更昂贵。另一个缺点是 MEG 无法检测到大脑中某些方向的细胞活动。例如，由长轴垂直于表面的细胞产生的磁场将是不可见的。
历史： 经颅磁刺激 (TMS) 是一种调节大脑活动的重要技术。第一个现代 TMS 设备是由安东尼·贝克于 1985 年在谢菲尔德开发的，经过 8 年的研究。从那时起，该领域发展迅速，许多研究人员使用 TMS 来研究各种大脑功能。如今，研究人员还试图开发 TMS 的临床应用，因为它对大脑活动有持久的影响，因此被认为是抗抑郁药物的可能替代方案。
方法： UMTS 利用电磁感应原理作用于孤立的脑区。线圈电磁体固定在受试者的头部。当诱导活体脑组织中发生微小、局部和可逆的改变时，尤其是直接位于运动皮层下方的部分会受到影响。通过改变神经元的放电模式，会使受影响的大脑区域失能。重复 TMS (rTMS) 如其名称所示，是指以高频施加许多短暂的电刺激，比 TMS 更常见。这种程序的效果可持续数周，该方法在大多数情况下与测量方法结合使用，例如：详细研究其效果。
应用： TMS 方法比单独的测量方法能够更多地证明某些脑区的功能。它是一种非常有用的方法，用于绘制运动皮层的图谱。例如：在对前额叶皮层施加 rTMS 的同时，患者无法建立短期记忆。这表明前额叶皮层直接参与短期记忆的过程。相比之下，单独的测量方法只能研究过程之间的相关性。由于早期研究已经认识到 TMS 会导致视觉感知抑制、言语停滞和感觉异常，因此 TMS 已被用来绘制运动皮层以外其他区域的特定大脑功能。几个小组已将 TMS 应用于研究视觉信息处理、语言生成、记忆、注意力、反应时间，甚至更微妙的大脑功能，如情绪和情感。然而，TMS 对大脑的长期影响尚未得到充分研究，因此尚未在人类的更深层脑区（如下丘脑或海马体）进行实验。尽管 TMS 作为各种神经精神疾病治疗工具的潜在效用正在迅速增加，但其在抑郁症中的应用是迄今为止研究最广泛的临床应用。例如，1994 年，乔治和瓦瑟曼假设间歇性刺激重要的前额叶皮层脑区也可能导致神经元功能的下游变化，从而导致抗抑郁反应。再次，该方法的效果尚不清楚，因此目前无法在临床治疗中使用。尽管目前还不能确定 TMS 是否具有长期的治疗效果，但这项工具无疑为各种精神疾病的临床探索和治疗开辟了新的希望。进一步了解正常的心理现象以及 TMS 如何影响这些区域似乎对于进步至关重要。一个非常重要的领域，最终将指导临床参数，是将 TMS 与功能性成像结合起来，直接监测 TMS 对大脑的影响。由于 TMS 在不同频率下对大脑活动具有不同的影响，因此 TMS 与功能性脑成像相结合将有助于更好地描绘出各种精神疾病的行为神经心理学，以及大脑中一些病理生理回路。
经颅直流电刺激： tDCS 的原理与 TMS 技术类似。与 TMS 一样，这是一种无创且无痛的刺激方法。通过施加微弱的电流来调节脑区的兴奋性。
历史和发展： 人们首先观察到，施加在头骨上的电流会导致疼痛缓解。罗马皇帝克劳狄的御医斯克里波尼乌斯·拉尔格斯发现，电鳐释放的电流对头痛有积极作用。在中世纪，另一种鱼，电鲶，的同一种特性被用来治疗癫痫。大约在 1800 年，出现了所谓的动物电现象（它与今天的生物电学效应有关）。像乔瓦尼·阿尔迪尼这样的科学家用电学效应进行大脑实验。他发现的医学应用是治疗忧郁症。在 20 世纪，神经学家和精神科医生将电刺激作为治疗多种精神疾病（如乌戈·切尔莱蒂的电休克疗法）的一种有争议但普遍使用的方法。
机制： tDCS 通过将两个电极固定在头骨上起作用。大约 50% 的施加在头骨上的直流电到达大脑。直流电池施加的电流通常在 1 到 2 mA 左右。大脑区域活动的调节取决于电流值、刺激持续时间和电流流动方向。前两者主要影响调节强度及其在实际刺激之外的持久性，而后者则区分调节本身。电流的方向（阳极或阴极）由电极的极性和位置决定。在 tDCS 中，存在两种不同的刺激方式。在阳极刺激中，阳极靠近要刺激的脑区，阴极刺激的阴极靠近目标区域，反之亦然。阳极刺激的作用是，正电荷导致施加的脑区的膜电位去极化，而阴极刺激由于施加的负电荷而导致超极化。因此，大脑活动被调节。阳极刺激导致受刺激脑区活动普遍升高。这一结果也可以用 MRI 扫描进行验证，其中目标区域血流增加表明阳极刺激成功。
应用： 从 TMS 方法的描述中，应该很明显，存在各种应用领域。它们从识别和整合具有认知功能的脑区到治疗精神疾病。与 TMS 相比，tDCS 的优势在于，它不仅能够通过降低大脑活动来调节大脑活动，而且还能够增加目标脑区的活动。因此，该方法可以为治疗抑郁症等精神疾病提供更合适的治疗方案。tDCS 方法还已被证明有助于脑卒中患者，通过促进运动技能。
除了使用方法来测量大脑的生理和解剖结构外，拥有分析行为的技术也很重要，以便更好地了解认知。与专注于脑区神经元活动的脑科学方法相比，行为方法侧重于受试者的公开行为。这可以通过明确定义的行为方法（例如眼动追踪）、测试电池（例如智商测试）或旨在回答有关人类行为的特定问题的测量来实现。此外，行为方法通常与上面提到的所有类型的脑科学方法结合使用。只要对刺激（例如图片）有明显的反应，这些行为方法就很有用。行为测试的另一个目标是检查中枢神经系统损伤在多大程度上影响认知能力。
进行测试是为了回答有关人类行为的某些问题。为了找到问题的答案，必须制定测试策略。首先，必须仔细考虑如何以最佳方式设计测试，以便测量结果能够准确地回答最初的问题。如何进行测试才能使影响变量最小化，并将重点真正放在问题上？找到合适的测试安排后，下一步是定义测试变量。现在进行测试，并可能重复进行，直到收集到足够的数据。下一步是使用合适的统计方法评估所得数据。如果测试显示出显著的结果，那么可能会出现关于行为背后的神经元活动的其他问题。然后，脑科学方法对于研究相关的大脑活动很有用。事实证明，能够为有关受试者认知能力的某些重复性问题提供良好证据的方法可以汇集到一个测试电池中。
示例：问题：嘈杂的环境会影响解决特定问题的能力吗？
可能的测试设计：让一半的受试者在安静的环境中解决与另一半在嘈杂的环境中解决的相同任务。在这个例子中，影响变量可能是参与者的不同认知能力。测试变量可能是解决问题所需的时间和噪声的响度等。如果统计评估显示出显著性：可能出现的进一步问题：噪声如何在神经元层面上影响大脑活动？
您是否对自行进行行为测试感兴趣，请访问：socialpsychology.org 网站。[2]
神经心理学评估使用测试电池，通过分析各种认知能力来概述一个人的认知优势和劣势。神经心理学家使用神经心理学测试电池来评估可能由发育、神经或精神问题引起的脑功能障碍。这些电池可以评估各种心理功能和一个人的整体智力。
首先，有一些测试电池旨在评估一个人是否患有脑损伤。它们通常在区分有脑损伤者和神经功能障碍者方面效果良好，但在区分他们与精神障碍者方面效果较差。最受欢迎的测试，**Halstead-Reitan 电池**，评估的能力范围从基本感觉处理到复杂推理。此外，Halstead-Reitan 电池提供了有关损伤原因、受损脑区以及损伤阶段的信息。这些信息对于制定康复计划很有价值。另一个测试电池，**Luria-Nebraska 电池**，管理速度是 Halstead-Reitan 的两倍。它的子测试按 12 个内容量表（例如运动功能、阅读、记忆等）排序。这两个测试电池不仅关注绝对性能水平，而且也关注性能的定性方式。这使得对认知障碍有更全面的了解。
另一种类型的测试电池，即所谓的智商测试，旨在测量个人的整体认知表现。最常用的智力评估测试是**韦氏智力测验系列**。对于 2 岁 6 个月的小孩、学龄儿童和成人，都有适合年龄的测试版本。例如，韦氏儿童智力测验第五版 (WISC-V) 测量了 6 至 16 岁儿童的各种认知能力。该测试包含多个子测试，形成了 5 个不同的主要认知表现指标。这些主要结构是言语推理能力、归纳推理能力、视觉空间处理能力、处理速度和工作记忆。性能分析既与同龄人的规范样本进行比较，也与受试者自身进行比较，评估个人优势和劣势。
分析行为和认知的另一个重要程序是眼动追踪。这是一种测量我们正在看的位置（注视点）或眼睛相对于头部运动的程序。有不同的技术可以测量眼睛的运动，而进行追踪的仪器被称为追踪器。第一个非侵入式追踪器是由 George Buswell 发明的。
眼动追踪是一个有着悠久历史的研究，可以追溯到 19 世纪。1879 年，Louis Emile Javal 发现阅读并不涉及眼睛沿文本平滑扫视，而是涉及一系列被称为注视的短暂停顿。这一观察是早期尝试之一，旨在检验眼睛感兴趣方向。Alfred L. Yarbus 在 1967 年发表了一本关于眼动追踪的重要研究的著作，这本书是迄今为止被引用最多的眼动追踪出版物之一。眼动追踪程序并不复杂。基于视频的眼动追踪仪经常被使用。摄像头对准一只或两只眼睛，并在观察者注视某些刺激时记录其运动。最先进的眼动追踪仪使用对比度来定位瞳孔的中心，并使用红外或近红外非准直光产生角膜反射。
眼动追踪技术也分为两种主要类型。第一种，**明亮瞳孔**，是一种与红眼效应类似的效果，当光源从光路开始时会出现，而当光源从光路偏移时，瞳孔看起来是暗的（**黑暗瞳孔**）。明亮瞳孔在虹膜和瞳孔之间创造了很大的对比度，允许在从黑暗到非常明亮的光照条件下进行追踪，但对于户外追踪并不有效。眼动追踪设置技术也有所不同。一些是头戴式的，一些需要头部保持稳定，一些在运动过程中会自动追踪头部。大多数眼动追踪仪的采样率为 30 赫兹。但是，当我们有快速眼球运动时，例如在阅读过程中，追踪器必须以 240、350 甚至 1000-1250 赫兹的速度运行才能捕捉到运动细节。眼球运动分为注视和扫视。当眼球运动在某个位置暂停时，就会发生注视，而当眼球运动到另一个位置时，就会发生扫视。由此产生的注视和扫视序列被称为扫描路径。有趣的是，眼睛接收的大多数信息是在注视期间获得的，而不是在扫视期间获得的。在阅读文本时，注视持续大约 200 毫秒，在查看场景时持续大约 350 毫秒，而扫视到新目标大约需要 200 毫秒。扫描路径用于分析认知意图、兴趣和显着性。
眼动追踪有广泛的应用范围 - 它被用来研究各种认知过程，主要是视觉感知和语言处理。它也被用于人机交互。它对市场营销和医学研究也有帮助。近年来，眼动追踪在商业领域引起了极大的兴趣。商业眼动追踪研究向消费者展示目标刺激，同时使用追踪器记录眼睛的运动。一些最新的应用是在汽车设计领域。眼动追踪可以分析驾驶员在驾驶过程中的注意力水平，防止困倦导致事故。
认知神经科学中使用的另一种主要方法是使用**神经网络**（计算机建模技术）来模拟大脑及其过程的活动。这些模型帮助研究人员测试**神经心理学**功能的**理论**，并推导出观察大脑-行为关系的原理。
为了模拟人类的**心理功能**，可以使用各种**计算模型**。大多数此类模型的基本组成部分是“单元”，可以想象成表现出类似神经元的行为。这些单元从其他单元接收输入，这些输入被求和以产生净输入。然后，单元的净输入被转换为该单元的输出，主要利用**S 型函数**。这些单元连接在一起形成层。大多数模型包含一个输入层、一个输出层和一个“隐藏”层，如右侧所示。输入层模拟从外部世界获取信息，输出层模拟系统的响应，“隐藏”层负责进行必要的转换，以便执行正在研究的计算。不同层级的单元通过连接权重连接，连接权重显示一个层级中的单元对另一个层级中的单元的影响程度。
这些模型中最有趣和最重要的方面是它们能够在没有提供特定规则的情况下“学习”。这种“学习”能力可以与人类学习**母语**的能力进行比较，因为没有人会告诉一个人“规则”以便能够学习这种语言。计算模型通过反复接触提取关系的规律性来学习。这种接触然后通过“训练”发生，其中输入模式被反复提供。如上所述，调整“单元之间的连接权重”负责系统内的学习。学习是由于单元之间相互关系的变化而发生的，这种变化被认为在**神经系统**中是相似的。
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- Ward, Jamie (2006) 认知神经科学学生指南 纽约：心理学出版社
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- 27.06.07 Sparknotes.com
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- (2) Risto J Ilmoniemi 和 Jari Karhu 博士的报告 赫尔辛基大学中央医院生物磁学实验室主任和 Nexstim Ltd 总经理
- (3) 重复经颅磁刺激治疗卒中后抑郁症：一项初步研究 Ricardo E. Jorge, Robert G. Robinson, Amane Tateno, Kenji Narushima, Laura Acion, David Moser, Stephan Arndt, 和 Eran Chemerinski
- Moates, Danny R. 认知心理学导论. B:HRH 4229-724 0