基于TMS技术的高级语言功能脑区仿真探索

一、实验背景

在大脑皮层中,有特定的语言中枢负责控制人类进行思维和意识等高级活动,并进行语言的表达。其中起主要作用的有位于左半球额叶的运动性语言中枢,即布洛卡区;位于颞上回的听觉性语言中枢,即威尔尼克区;以及位于顶一枕叶的视觉性语言中枢,即角回等。研究这些脑区病变或者损毁造成的语言功能异常,对于研究语言活动的大脑机制具有重要作用。

布洛卡区能产生协调的发音程序,提供语言的语法结构,言语的动机和愿望等。布洛卡区受损的患者会产生运动性失语症,病人阅读、理解和书写不受影响。他们知道自己想说什么但发音困难,说话缓慢费力;不能使用复杂句法和词法;自发性主动语言障碍,很少说话和回答,语言有模仿被动的性质。其具体表现为:说话时发音困难,语言不流利,语法结构简单,词汇贫乏,话语由不清晰短句组成,患者的言语多局限于使用频率高的实词,听觉理解完好,但并不完全正常,与人可以回答是、不是或从几种答案中选择其一的方式进行交流。复述和命名的能力受到损伤,但通常比在自发言语中产生的词的能力要强些。阅读理解较好,书写能力受到影响。

威尔尼克区能调整自己的语言和听取、理解别人的语言。威尔尼克区受损的患者会产生接受性失语症。病人说话语音语法都正常,但话语没意义,几乎不能提供任何信息。能听到语音,但不能辨别出语义或者对语义做出错误的估计。具体表现是说话很快,但没有任何意义,而阅读、书写不会受影响。

TMS经颅磁刺激仪可以对大脑皮层的特定区域施加刺激,使其产生失活或被激活的效果。

 

二、实验目的

大脑语言脑区的功能是进行脑区功能学习时的重要知识点;研究语言脑区病变或损毁造成的语言功能异常现象,对于深入理解语言活动的大脑机制也非常重要。然而在现实情况下,语言功能脑区病变的患者比较难以获得;且使用TMS经颅磁刺激仪对正常人施加刺激的仪器耗损大,无法多次进行。因此学生只能通过课本知识的讲述来学习语言脑区的功能,并想象各脑区病变或失活的患者可能的表现。

该实验项目采用虚拟仿真技术,模拟使用TMS经颅磁刺激仪对大脑高级语言脑区进行操作使其失活的效果,通过让操作者在交互动画中对虚拟被试进行任务测试,直观生动地呈现脑区失活患者的各种临床表现,从而更深入地大脑高级语言脑区的功能。

 

三、实验流程

点击界面右上角的相应脑区即可开启经颅磁刺激仪(TMS)对大脑皮层施加刺激。点击完毕,虚拟被试的相应脑区将被失活。点击位于界面右边的三个任务,即可与脑区失活的虚拟被试进行互动:让他描述一幅画、让他做出指令动作或是与他对话。在互动过程中,你可以直观地看到布洛卡区或威尔尼克区失活的患者有哪些行为表现。

 

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

 

虚拟结构化面试学习

一、背景

面试是一种经过组织者精心设计,在特定场景下,以考官对面试者的面对面交谈与观察为主要手段,由表及里测评面试者的知识、能力、经验等有关素质的考试活动。在当今组织选拔中,面试作为一项人事选拔技术已经在各类组织中得到极为广泛的应用。面试的实际效果在实践过程中受到众多因素的影响,包括面试题目和形式的设置、考官的个体特征、面试者的个体特征以及面试场地的环境因素。对于组织中人力资源部门的专业人员和人才测评的研究者而言,则需要对面试这项技术形成一个整体的认识,这样才能从全方位把控面试效果,使得面试能够发挥其鉴人之用。

 

二、目的

本程序通过情境模拟的方式,向用户呈现一个虚拟的结构化面试现场,从而让用户能够对面试这种选拔技术形成基本认识。在模拟情境中,用户将以考官的视角观察整个面试过程,用户可以观察不同面试者对于相同问题的回答从而对不同面试者的面试表现进行评价,最后通过与专家评分的对比了解考官在对面试评分过程中的基本要领,从而提高用户对于面试评价的认识。此外,用户可以将视点聚焦在多种影响面试效果的因素上进行观察,例如面试场地、面试者和试题设置,通过这些观察帮助用户形成对面试技术的整体认识。

 

三、操作

起始画面是一个面试者坐在候考室里等待,当用户点击按键“我准备好了”的时候,面试者起身走进面试房间并在椅子上坐下。此时摄像机视角切换到副考官的位置,用户点击桌面上的面试题目并选择相应的面试问题序号后,考官自动念题并由面试者作答。此时面试者开始回答问题,考官观察面试者的表现。待面试者作答完毕后,用户点击“面试结束,请对该考生进行评价”按键,接着出现“表现出色”、“表现一般”、“表现不好”三个选项进行选择,待用户选择完毕后将出现对同一考生的专家评价的结果作为参考。最后用户点击“面试结束,请下一位考生入场”,此时,1号面试者便起身离开面试现场,接着2号面试者进入现场,此时用户重复上述操作,直到用户观看完所有面试者的表现或者希望终止程序时程序结束。

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

基于虚拟“推箱子”游戏的高级认知能力测验学习

测验简介

基于游戏的测评是指:通过提供奖励、完成具有趣味性的任务等一系列游戏化的方式来进行心理测评,从而对人的能力、人格特征等心理特性和行为给出一种量化的评估。基于游戏的测评与传统测评方法最大的不同在于其具有的“可玩性”(playfulness)。已有很多研究发现:“游戏所具有的可玩性不仅对于促进诸如自我调节、共情等社会技能的发展具有重要意义,也对学业学习和社会学习具有重要的帮助作用”。而近年来的研究也证明:游戏所具有的可玩性使其在提升学习者的记忆力和专注性方面具有独特的效用。因此,在传统的测验方式容易引起受测者焦虑和紧张的情况下,基于游戏的测评正好弥补了这一缺陷,它提供了一个交互式的,富有挑战性的测评方式,能够让受测者毫无戒备,全身心地投入,从而得到真实而丰富的数据,为心理测评提供了广阔的前景。基于游戏的测评需建立在虚拟现实平台上,从而可以实现普通的纸笔测试或实物操作测试无法或难以达到的功能。例如,通过计算机后台运行,可以为受测者提供即时的,连续不断的反馈;通过记录受测者的所有行为过程,而不单是行为结果,从而实现对人的全面评估等。

复杂问题解决(Complex Problem Solving,CPS)能力指个体通过与环境互动,探索、整合新知识,并运用这些新知识去解决当前问题的能力。随着信息技术的发展,信息更新速度越来越快、数量越来越多,整个社会环境愈加复杂,CPS作为个体适应复杂环境的高级思维技能,其重要意义收到越来越多得关注。目前,CPS已被许多国家列为新的教育目标之一,并已被纳入诸多大型国际教育测评项目,受到多方重视。

“推箱子”可以作为复杂问题解决能力的一种测量方法,它是一款流传已久的经典益智游戏,由一个小人、n(n≥1)个箱子组成,玩家需要通过键盘或鼠标操纵小人,再通过小人将箱子推入目标位置。在这个过程中极易出现箱子无法移动或者通道被堵的情况,因此需要玩家具有良好的计划性以及逻辑推理能力(Bozoki, Radovanovic, Winn, Heeter, & Anthony, 2013; Botea, Müller, & Schaeffer, 2003)。通常情况下,每个箱子都必须按照特定的顺序放入特定的目标位置才能正确解答,这在一开始是无法判断的,因而目标具有一定的模糊性。由于推箱子游戏的趣味性、动态性、复杂性、规则简洁性得到认可(Jaru?ek & Pelánek, 2010),且玩该游戏不需要任何特殊领域的知识经验作为基础,因此从测量来看具备非常强的文化公平性。

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

虚拟现实技术的仿真学习

一、实验背景

虚拟现实技术是一门主要以计算机技术为主, 综合利用计算机三维图形技术、模拟技术、传感技术、显示技术, 生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉以及嗅觉等感觉世界的综合技术, 它的目标是形成沉浸度较高的虚拟环境。使用者利用头盔显视器(HMD)、数据手套、数据衣、力反馈等传感设备, 感知和操作虚拟世界中的各种对象, 实现与虚拟空间的实时交互,从而获得身临其境的感受。

虚拟现实技术解决了三维呈现和模拟的难题,既保证较高的外部效度,又具有较高的实验控制。浸入式虚拟现实技术的发展,进一步改善了心理学研究中外部效度与实验控制权衡的问题。由于浸入式虚拟现实技术具有良好的沉浸性、互动性和构想性,利用虚拟现实技术构建三维研究场景,实现对现实世界的模拟已普遍应用于心理学的研究当中。虚拟现实技术已成为视空间认知、知觉-运动的协调、心理治疗、社会心理学等领域的新兴研究方法。

 

二、实验目的

由于虚拟现实设备的高硬件要求,价格昂贵的实验设备在数量上无法满足学生的需求;作为新兴技术,操作方法也较为复杂,许多学生对虚拟现实技术缺乏了解,也无法亲自体验这一先进的技术及其应用。利用虚拟仿真实验操作进行交互式学习,学生能够直观地学习虚拟现实实验流程、软件的参数设置及数据的处理等内容,对虚拟现实技术有深刻的认识,掌握虚拟现实实验操作技能,理解虚拟现实实验的注意事项。学生可以在虚拟平台上进行大规模虚拟现实实验操作的练习,获取资格后再进行真正的仪器操作,提高该仪器的利用率,降低仪器损耗。

 

三、实验流程

学生以主试的身份进入虚拟实验教学场景后,可以通过键盘“↑”、“↓”、“←”、“→”控制角色的前后左右运动,通过鼠标控制视角,根据对话气泡中的提示进行实验操作,达到学习并熟悉脑电实验流程的目的。

 

四、结果与讨论

结果

学生做出正确反应后才能继续实验。如果学生能在短时间内一次性完成全部实验流程,则说明学生掌握了虚拟现实实验操作方法。

讨论

虚拟现实实验有哪些注意事项?如何提高虚拟现实实验的效度?

 

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

基于虚拟仿真驾驶的交通安全心理研究

一、实验背景

汽车驾驶员安全心理学主要研究汽车驾驶员在驾驶汽车过程中的感知、经验、决策、驾驶行为风格等心理活动的规律及其影响因素,针对人、车、路、环境之间的交互作用制定预防和干预交通事故的方案,培养驾驶员有效、安全的驾驶。汽车驾驶员安全心理学对于描述和解释驾驶员的心理活动规律、提高驾驶效率、预防和控制事故发生有着重要意义。传统的对驾驶的心理学研究方法多采用事故率统计、访谈与问卷、自然观察等方法,存在着成本过高、数据失真、缺乏控制等诸多问题,而实验法因其较为缺乏生态效度,也难以适用于现实生活。

虚拟现实技术实现了三维呈现和模拟,既保证较高的外部效度,又具有较高的实验控制,为来访者模拟接近真实的、可以沉浸的虚拟刺激环境,来访者不必亲身处于驾驶现实环境中,可以实现实验控制,同时又具有高模拟性,适用于现实生活。因此,虚拟驾驶体验能为驾驶安全心理学研究提供良好的支持。

 

二、实验目的

虚拟驾驶体验是通过用计算机对汽车驾驶场景进行模拟来研究驾驶安全心理学的全新方式。与传统的事故率统计、访谈、问卷、自然观察等方法相比,虚拟驾驶降低了研究成本,可以对驾驶过程进行精细的实验室模拟和控制,得到因果关系,同时解决了传统实验研究缺乏生态效度的问题。通过虚拟驾驶,被试无需亲身处于驾驶现实环境中,更加安全。该虚拟仿真实验项目,一方面可以作为驾驶安全心理学中全新的研究手段,另一方面也可以帮助学生学习虚拟现实实验的设计和操作。

 

三、实验流程

点击“开始体验”进入实验驾驶界面,使用键盘的WASD控制行驶方向自由行驶(如图1所示).在道路尽头会有“禁止通行”提示,若控制失当撞向路边,会有“撞了一下,请小心驾驶”的提示,若撞向路边次数过多,会有撞毁提示,可按任意键重新体验(如图2所示)。

 

四、结果与讨论

结果

学生做出正确反应后才能继续实验。如果学生能在短时间内一次性完成全部实验流程,则说明学生掌握了虚拟现实实验操作方法。

讨论

驾驶安全有哪些可以研究的心理学问题?虚拟场景如何更好地引发操作者的沉浸感?

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

 

基于虚拟电梯环境的恐高症治疗

一、实验背景

恐高症和幽恐惧症会对个体心理健康造成严重的影响。对于这两种焦虑障碍,治疗师通常会采用认知行为疗法中的暴露疗法对来访者进行干预治疗。考虑到真实情境再现可能对来访者造成的巨大伤害和有些场景的实现成本太高难以再现的问题,虚拟仿真技术恰好可以在方法技术上对暴露疗法起到良好的支持。已有大量研究证据表明通过虚拟现实暴露疗法,患者可以获得很好的治疗效果。那么虚拟现实技术是如何支持治疗方法的呢?首先,虚拟仿真技术更加安全,该技术为来访者模拟接近真实的、可以沉浸的虚拟刺激环境,来访者不必亲身处于令自己不安的现实环境中;其次,虚拟仿真暴露疗法可以循序渐进,通过对场景的类型、实验者所处的高度和视角的操控,让来访者逐渐适应对高空场景的焦虑,提升他们对高空环境的容忍力;最后,虚拟仿真技术有较大的弹性,可以通过让来访者自己对计算机的操控,他们感到不适的时候随时可以结束这种操控,又随时可以开始,必要的话还可以让来访者对同一个虚拟场景进行反复操作和体验,这对于提升来访者对情境的控制感以及自我效能感有很大的帮助。

 

二、实验目的

虚拟电梯(Virtual Elevator)是人们通过计算机对真实高空电梯场景进行可视化操作与交互用来治疗恐高症的全新方式,与传统的采用想象的方式相比,虚拟高空电梯使治疗恐高症的形式更丰富多样并且效果也有了显著的提升。其主要治疗原理为“暴露疗法”。将来访者直接带入到他害怕的高空情境,可以通过使用电脑操作让来访者将自己“投射”到这个环境中,并操作、控制所处环境的位置。鼓励来访者直接接触引致恐怖焦虑的情景,并通过多次训练达到紧张感觉由减弱到消失的目的。该虚拟仿真实验项目,一方面可以作为治疗支持手段运用于真实治疗中;另一方面可以帮助学生学习虚拟现实实验技术及其用于治疗的方法。

 

三、实验流程

进入高空虚拟电梯界面,点击鼠标右键可以拖动界面并会使你拥有360度视角全场景3D体验。使用键盘的“↑”、“↓”、“←”、“→”来控制移动的方向(如图1所示),点击电梯右侧上楼的按钮(如图2所示),电梯门自动打开。操作移动进入电梯后,电梯会突然自动上升,用鼠标和键盘可以寻找不同的视角(如图3所示),电梯到达顶楼后自动停下并打开电梯门(如图4所示),可以操作进入顶楼,继续体验高空视角(如图5所示)。

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

基于虚拟极地环境的极端环境心理健康研究

一、实验背景

极端恶劣的环境会对人的生理和心理健康状况造成严重的影响,可能会导致个体认知失调、情绪波动等阻碍极地工作的心理状态的出现。极地的恶劣环境和队员日常生活差距很大,一般的地面练习和准备无法应对在实地可能出现的生理心理偏差和问题。而极地考察的巨大投资导致这样的影响会对极地工作造成很大的阻碍和损失。

真实的极端恶劣情境的构建和创造成本高昂耗费资金和空间,更重要的是极端环境会对被试的生理心理造成巨大的伤害,而虚拟仿真技术则为动态研究极端恶劣环境中个体的心理健康变化规律创造了可能性。在队员去真实的极端恶劣环境工作之前,我们可以先对他们的认知功能和心理健康状况进行系统的诊断。探究极端恶劣环境的改变与认知能力损伤、心理状态变化的内在联系,为今后心理干预的制定与实施提供科学依据,更高效安全的解决实地队员在此类环境中可能遇到的心理问题。

 

二、实验目的

低温酷寒、冰封雪盖的极地气候极端恶劣,不尽白昼和漫漫极夜交替出现,给人们生理和心理带来极大挑战。本实验利用虚拟仿真技术创造极端生动的南极雪地场景,来考察被试在恶劣环境中的心理健康状况。为科学指导我国考察队员在南极越冬,心理专家深入探究南极不同寻常的生理和心理波动周期提供了真实可靠的数据。并且为类似的极端化罕见的场景中的个体行为和心理的探究提供参照,具有借鉴价值和实践意义。

 

三、实验流程

进入虚拟极地场景体验学习界面,点击鼠标右键可以拖动界面并会使你拥有360度视角全场景3D体验。使用键盘的“↑”、“↓”、“←”、“→”来控制移动的方向(如图1所示),用鼠标和键盘可以寻找不同的视角(如图2所示)。

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

ERP事件相关电位系统的虚拟仿真实验

一、实验背景

脑电(Electroencephalograph,简称EEG)是目前心理学研究中广泛采用的非入侵式记录系统,事件相关电位(Event-Related Brain Potential,简称ERP)是从EEG中经平均叠加而获得的认知脑电信号。EEG和ERP的问世开创了认知神经科学的新时代。半个世纪以来,EEG被广泛应用于脑功能研究,在心理学、生理学、认知神经科学、医学临床应用等领域取得了巨大成就,被誉为“脑功能的窗口”,有很高的研究与应用价值。在心理学领域,EEG因具有精确的时间分辨率, 对研究感知觉以及更高级的认知活动具有非常重要的意义。

二、实验目的

由于脑电设备的使用相对复杂,昂贵的脑电仪器难以在数量上满足学生的学习需求,学生很难在短时间内快速掌握该技术。本虚拟仿真实验操作使得学生能通过模拟Attentional Blink的实验操作,反复练习,积累在ERP实验的设计、数据收集以及统计分析、报告撰写的感性经验,增强对ERP仪器及实验的基本认识,极大提升教学效果,并降低实验仪器的损耗。

三、实验流程

1. 实验中按WASD进行上下左右移动,按住鼠标左键拖动以变换视角。点击绿色箭头处电源,打开电源,准备实验。

  1. 点击开始按钮,按照箭头指示进行一系列单击操作。

  1. 点击电极帽戴上,点击对话框后,点击针管打入脑电膏,实验结束。

 

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

虚拟fMRI功能性磁共振成像数据分析

一、实验背景

用于脑功能定位的功能磁共振成像(Functional MRI)是一种非常有效的研究脑功能的非介入技术,能对特定的大脑活动的皮层区域进行准确、可靠的定位,空间分辨率达到2mm,并且能以各种方式对物体反复进行扫描。fMRI实验得到的数据是直接记录数据,需要经过统计分析后才能获得到它在定位大脑活动的作用,由此推断大脑连接并预测心理或疾病状态。

二、实验目的

fMRI技术具有一定的复杂性,除实验操作外,数据分析也具有相当的难度。因为fMRI的高硬件要求和高成本,学生操作实验的机会很少,因此更难有对fMRI实验数据进行统计分析的机会。利用虚拟仿真实验操作进行学习,可以帮助学生熟悉fMRI数据分析模板程序,快速掌握复杂的fMRI数据分析方法。

三、实验流程

1. 点击“我要操作”,进入数据处理教学网站。

2. 找到Manual栏目,逐个点击栏目下的超链接,进行数据处理实例的学习。

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

基于TMS技术的高级语言功能脑区仿真探索

一、实验背景

在大脑皮层中,有特定的语言中枢负责控制人类进行思维和意识等高级活动,并进行语言的表达。其中起主要作用的有位于左半球额叶的运动性语言中枢,即布洛卡区;位于颞上回的听觉性语言中枢,即威尔尼克区;以及位于顶一枕叶的视觉性语言中枢,即角回等。研究这些脑区病变或者损毁造成的语言功能异常,对于研究语言活动的大脑机制具有重要作用。

布洛卡区能产生协调的发音程序,提供语言的语法结构,言语的动机和愿望等。布洛卡区受损的患者会产生运动性失语症,病人阅读、理解和书写不受影响。他们知道自己想说什么但发音困难,说话缓慢费力;不能使用复杂句法和词法;自发性主动语言障碍,很少说话和回答,语言有模仿被动的性质。其具体表现为:说话时发音困难,语言不流利,语法结构简单,词汇贫乏,话语由不清晰短句组成,患者的言语多局限于使用频率高的实词,听觉理解完好,但并不完全正常,与人可以回答是、不是或从几种答案中选择其一的方式进行交流。复述和命名的能力受到损伤,但通常比在自发言语中产生的词的能力要强些。阅读理解较好,书写能力受到影响。

威尔尼克区能调整自己的语言和听取、理解别人的语言。威尔尼克区受损的患者会产生接受性失语症。病人说话语音语法都正常,但话语没意义,几乎不能提供任何信息。能听到语音,但不能辨别出语义或者对语义做出错误的估计。具体表现是说话很快,但没有任何意义,而阅读、书写不会受影响。

TMS经颅磁刺激仪可以对大脑皮层的特定区域施加刺激,使其产生失活或被激活的效果。

 

二、实验目的

大脑语言脑区的功能是进行脑区功能学习时的重要知识点;研究语言脑区病变或损毁造成的语言功能异常现象,对于深入理解语言活动的大脑机制也非常重要。然而在现实情况下,语言功能脑区病变的患者比较难以获得;且使用TMS经颅磁刺激仪对正常人施加刺激的仪器耗损大,无法多次进行。因此学生只能通过课本知识的讲述来学习语言脑区的功能,并想象各脑区病变或失活的患者可能的表现。

该实验项目采用虚拟仿真技术,模拟使用TMS经颅磁刺激仪对大脑高级语言脑区进行操作使其失活的效果,通过让操作者在交互动画中对虚拟被试进行任务测试,直观生动地呈现脑区失活患者的各种临床表现,从而更深入地大脑高级语言脑区的功能。

 

三、实验流程

点击界面右上角的相应脑区即可开启经颅磁刺激仪(TMS)对大脑皮层施加刺激。点击完毕,虚拟被试的相应脑区将被失活。点击位于界面右边的三个任务,即可与脑区失活的虚拟被试进行互动:让他描述一幅画、让他做出指令动作或是与他对话。在互动过程中,你可以直观地看到布洛卡区或威尔尼克区失活的患者有哪些行为表现。

 

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

 

大脑迷宫:视听觉神经通路虚拟仿真探索学习

一、实验背景

视、听现象背后有着复杂的神经机制,是脑科学、神经科学研究的关注内容之一。

视觉的生理机制包括折光机制、感觉机制、传导机制和中枢机制。视觉电信号从感受器产生以后,沿着视神经传至大脑,传递机制由三级神经元实现:第一级为视网膜双极细胞;第二级为视神经节细胞,由视神经节发出的神经纤维汇聚成为视神经,进入颅内形成视交叉。鼻侧束交叉至对侧,和对侧的颞侧束合并,并传至丘脑的外侧膝状体;第三级神经元的纤维从外侧膝状体发出,终止于大脑枕叶的纹状区。

听觉是除视觉外,另一最重要的人的感觉系统。声波信号从外耳道经过鼓膜传到中耳,随后传到内耳并引起耳蜗上的听毛细胞振动,产生感觉刺激后,经听神经投射到脑干的髓质,然后和背侧或腹侧的耳蜗神经核形成突触。这些区域的细胞轴突形成外侧丘系,最后终止于下丘的离散区。从下丘开始,经过背侧和腹侧的内侧膝状体,形成腹侧通道和背侧通道。腹侧通道投射到听觉的核心皮层,背侧通道投射到第二级区。

 

二、实验目的

本实验通过虚拟仿真技术模拟视、听觉神经信号在大脑中的传导过程,让学生对虚拟的3D脑模型进行交互操作,体验神经信号的流动,从而直观地学习视听觉神经信号传导通路。虚拟仿真技术的应用使得复杂的视、听信息神经传导过程能以更加精细化、具体化的方式呈现,从而将真实情况下难以进行讲解和演示的知识以生动、趣味的方式表现出来。

 

三、实验流程

点击选择学习“视觉”或“听觉”脑通路,进入相应界面。视、听觉神经信号在大脑中有特定的传导通路,在本实验中,视听觉神经信号分别从视网膜、耳蜗出发,按顺序点击正确的脑部位来让视、听觉信号前进,若点击错误,则界面提示正确的传导路径;若点击正确,则视听信号顺利前进,当位于视听觉通道上的所有脑部位均点击正确,则走出大脑迷宫。

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

面孔识别高级功能脑机制的虚拟仿真学习

一、实验简介

脑图谱为脑科学研究提供了一个有效集成来自不同被试、不同手段研究信息的参考空间,在脑科学中具有重要作用。尽管目前已经存在多种脑图谱,然而已有图谱均是基于解剖特征对大脑进行分区,缺少对脑功能脑区的描述;且已有图谱大都基于少量被试,忽略了个体间的变异,对群体不具代表性。基于这些图谱对脑功能进行研究,常会带来一些偏差。为解决已有图谱的不足,必须基于大被试量直接构建脑功能区概率图谱。为此,本项目基于脑功能成像方法,利用大被试量的功能成像数据,定位特定认知任务对应的脑功能区,构建脑功能区图谱。一方面,客体识别脑功能区概率图谱的构建,将为客体识别神经基础的研究提供新的参考体系:它既可以作为客体识别脑功能区的空间参考,帮助研究人员定位和研究客体识别区;又可以作为客体识别脑功能区的常模,为检测个体客体识别功能区异常提供帮助。另一方面,基于我们开发的半自动和自动化的脑功能区识别程序,将有效避免传统功能区定位方法工作量大、主观性强、参数标准不统一等缺点,帮助研究人员高效、准确地识别出功能脑区,方便和简化图谱制作过程。

 

二、实验目的

1.提供大被试量的脑激活图谱,弥补解剖图谱缺少对脑结构和和功能区间对应关系描述的不足。

2.实时网络显示各图谱的三维空间位置。

3.提供新的半自动化和自动化的图谱制作流程和工具。

4.综合脑区激活,静息连接,解剖连接等多种特征,实现更客观、合理的对脑功能区进行分割定位。

 

三、实验内容

1.脑激活图谱相关概念。

该模块详细介绍了激活,功能定位,功能感兴趣区,功能概率图,图谱,脑激活图谱等相关概念,通过逐步递进的顺序,由浅入深介绍了脑图谱相关的名词术语。有利于研究者对脑激活图谱基础概念的理解,形成对该领域宏观上的概念框架。同时,根据具体功能实验任务的不同,对脑激活图谱进行了细分,主要包括客体识别,运动感知,工作记忆,空间注意,数量感,心理理论等多个图谱子模块,方便了研究者对感兴趣的图谱子模块的查找。

2.脑激活图谱制作流程。

根据功能磁共振成像实验任务的不同,得到相应的原始nifti功能数据,经过预处理,GLM线性模型拟合,脑功能区的定位等过程,最终得到相应任务下的脑激活图谱。具体流程以面孔识别脑功能区图谱的制作过程为参考。详细介绍了脑功能区的定位,功能概率图的获得等制作流程。

3.脑激活图谱的前沿追踪。

该模块主要包含了对国际前沿图谱制作网站和实验室的追踪和链接。如Brain Architecture Project,Allen Brain Atlas,Brain Map等。同时提供了对国际国内大数据平台的追踪链接。方便研究者实时了解最新的前沿动态。

4.脑激活图谱的网络实时三维显示。

该模块提供了对脑激活图谱的实时网络三维显示,通过投射到MNI152标准模板,可以让研究者清晰掌握各图谱脑区在大脑中的中心位置和边界位置信息。

5.图谱制作工具的开发和使用。

该模块提供了新的图谱制作软件和相关工具的链接和下载,主要包括FreeROI和BBC,并详细介绍了相关软件的安装过程,功能作用,操作流程,显著特点等信息。

 

 

 

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

中枢神经系统的虚拟仿真解剖学习

一、实验背景

中枢神经系统(Central Nervous System)由脑和脊髓的组成,是人体神经系统的最主体部分,也是神经组织最集中、构造最复杂的部位。中枢神经系统存在有控制各种生理机能的中枢,它接受全身各处的传入信息,经它整合加工后成为协调的运动性传出,或者储存在中枢神经系统内成为学习、记忆的神经基础。人类的思维活动也是中枢神经系统的功能。

作为中枢神经系统的重要组成部分,人类大脑是地球上最了不起的演化产物。人类所创造的一切文明都得益于这个仅有足球大小的神奇器官。人脑中千百亿个神经元形成了百倍于银河星系的神经连接,这些神经连接才是真正的智慧发源地,人类文明的真正创造者。在这里,我们将探索这个功高盖主的神奇器官,认识组成它的各种结构及其主要功能。

二、实验目的

本实验通过虚拟仿真技术将错综复杂的大脑结构进行清晰而生动的呈现,让学生对虚拟的3D脑模型进行模拟解剖,了解大脑重要结构及其功能,从而直观地学习中枢神经系统的运行机制,并训练生理解剖的操作技能。虚拟仿真技术的应用使得复杂难懂的中枢神经系统的结构和功能以更加精细化、具体化的方式呈现,从而将真实情况下难以进行讲解和演示的知识以生动、趣味、灵活的方式表现出来。

三、实验流程

本实验通过虚拟仿真技术将错综复杂的大脑结构进行清晰而生动的呈现,让学生对虚拟的3D脑模型进行模拟解剖,了解大脑重要结构及其功能,从而直观地学习中枢神经系统的运行机制,并训练生理解剖的操作技能。虚拟仿真技术的应用使得复杂难懂的中枢神经系统的结构和功能以更加精细化、具体化的方式呈现,从而将真实情况下难以进行讲解和演示的知识以生动、趣味、灵活的方式表现。

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

近红外脑成像设备的虚拟仿真实验

一、实验背景

功能性近红外光谱技术( functional near-infraredspectroscopy,fNIRS),也被称为近红外脑功能成像技术,初现于20世纪70年代末。近20年来,该技术同脑电图、功能性核磁共振脑成像等技术一样,成为人类探索脑机制发生发展的有效工具。fNIRS是一种非侵入式的脑功能成像技术,它利用近红外光,穿过头皮及脑组织,直接监测神经活动引发的脑区血液动力学的变化状况。通过氧合血红蛋白浓度(HbO)、脱氧血红蛋白浓度( HbR)、总含氧量( HbT)等指标反映出来脑各区域的活跃情况。

目前,fNIRS在认知心理学、教育心理学、临床心理学等领域得到广泛应用。

 

二、实验目的

近红外光谱仪设备昂贵,教学练习耗时较长,无法满足学生在实验室进行大量练习的需要,学生在现实条件下较少有机会接触该仪器。虚拟仿真实验操作可以给学生提供接触并深入了解近红外光谱仪的操作方法及实验设计的机会,让学生可以随时随地进行多次大规模的实训,并熟练掌握其使用方法,并应用于日后的科研活动。虚拟仿真技术在高端仪器使用方法教学上的应用,大大地提高实验仪器利用率,降低仪器损耗。

 

三、实验流程

1. 以主试的身份进入虚拟实验教学场景,按照右上角对话气泡中提示的步骤进行实验操作。

2. 通过键盘“↑”、“↓”、“←”、“→”控制主试的前后左右运动,通过鼠标控制视角。

 

 

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

基于虚拟宇航环境的极端环境心理健康研究

一、实验背景

载人航天飞行具有较大风险,宇航员要面对与地面不同的恶劣的太空环境,如振动、冲击、噪声、失重、宇宙辐射、昼夜节律变化、超负荷的心理和工作压力等,这些环境因素可能会导致宇航员的心血管系统功能紊乱、航天运动病、骨骼与肌肉结构和功能变化、感觉-运动功能迟缓、睡眠周期紊乱、情感抑郁等一系列生物医学和心理方面的问题,严重者甚至可能威胁到宇航员的生命。为了保障宇航员的生命安全、身体健康以及航天工作的正常进行,对于太空环境可能诱发的个体生理心理变化的探究都是极具科研和实践价值。

太空这样罕见且恶劣的环境会对人的生理和心理健康造成严重的影响。考虑到真实的极端恶劣情境会对被试造成巨大的伤害,同时这些极端恶劣情境的实现成本太高难度太大,虚拟仿真技术为动态研究极端恶劣环境中个体的心理健康变化规律提供了可能的条件。我们可以在队员去真实的极端恶劣环境之前,先对他们的认知功能和心理健康状况进行考察,分析极端恶劣环境的改变对认知损伤、心理变化的内在联系,为今后制定心理干预提供科学依据。

 

二、实验目的

对于宇航员在罕见且恶劣的宇宙环境中可能产生的生理心理变化的研究是航天医学的重要课题之一。利用虚拟仿真技术,通过让被试处于仿真模拟的宇航场景中,考察被试在恶劣环境中的心理健康状况。为我国宇航员在航空飞船中的工作生活提供有价值的意见和帮助,探究可能出现的各种情况和问题并且提供解决方法。而且为心理学家深入探究宇航环境下的生理和心理变化规律提供了可能性。

 

三、实验流程

进入虚拟极地场景体验学习界面,点击鼠标右键可以拖动界面并会使你拥有360度视角全场景3D体验。使用键盘的“↑”、“↓”、“←”、“→”来控制移动的方向(如图1和图2所示),用鼠标和键盘可以寻找不同的视角(如图3所示)。

图1 虚拟仿真宇航场景远景图

图2 虚拟仿真宇航场景近景图

图3 虚拟仿真宇航场景视角操控近景图

 

 

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心

基于虚拟悬崖环境的恐高症治疗

一、实验背景

虚拟仿真技术可以为暴露疗法提供有力的技术支持。已有研究表明,虚拟仿真暴露疗法在恐高症治疗中有很好的效果。虚拟仿真技术可以给来访者提供近似真实的、可以沉浸和交互作用的虚拟环境,甚至有时还可以依据不同来访者恐高的主要影响因素而设置“个性化”的场景。因环境为虚拟,来访者安全可以得到保障,同时也使得来访者的心里安全需要获得满足,进而提升来访者接受暴露疗法的意愿。在这些前提下,来访者可对虚拟场景反复操作与控制。这种暴露刺激中的反复体验和适应过程,使得来访者可以不停地修正错误认知观念,缓解对焦虑场景的恐惧,从而获得对焦虑场景容忍力的提升。

 

二、实验目的

本实验项目应用了最新的3D建模技术和虚拟仿真技术,对现实中较难经历的悬崖场景进行模拟。这大大降低了真实情境所带来的安全隐患及治疗经济成本,增加了对恐高症患者治疗的可行性。逼真的场景环境可以引发操作者的焦虑,操作者可通过计算机对场景进行操控,并在交互作用的虚拟情境体验下达到治疗目的。

 

三、实验流程

在进入画面任意处点击鼠标左键进入悬崖场景(如图1所示),进入界面后,点击鼠标左键可以拖动界面并会使你拥有360度视角全场景3D体验,使用键盘的“↑”、“↓”、“←”、“→”来控制移动的方向(如图2所示)。可自由行走至悬崖边体验悬崖远眺视角(如图3),可通过鼠标左键旋转方向获得悬崖俯视视角体验(如图4)。如走过崖边则会掉落悬崖,向下坠落,实验重新开始(如图5所示)。

图1 虚拟悬崖进入画面

图2 键盘“↑”、“↓”、“←”、“→”控制移动方向

图3 悬崖边远眺视角

图4 悬崖边俯视视角

图5 坠崖后重新开始

 

 

 

来源:北京师范大学心理学仿真实验教学中心