2.3 阅读心理的脑功能研究方法

2.3.1 PET

什么是PET

PET是positron emission tomography（正电子发射断层扫描）的简称，是20世纪70年代中期发展起来的一种核医学成像技术。PET可以把发射正电子的同位素作为标记物，将其引入脑内某一局部区域以参与已知的生化代谢过程，通过监测发射正电子的分子在脑内的分布，利用现代化计算机断层扫描技术将其特定代谢过程的代谢率以影像方式显示出来，得到脑功能三维图像，从而了解脑内的功能活动（吕勇，2012）。

PET的空间分辨率为数毫米，可用于认知活动中脑激活区的定位。PET是一种无创性的、能定量测量脑化学物质分布的技术。

PET的成像原理

自然界中的生命物质主要由C、H、O、N四种元素组成，它们也构成所有生物体内的代谢物质。这些元素组成的化合物可用它们的同位素（包括正电子核素）来标记。当放射性同位素与普通元素相混合时，可以利用其放射性的特点来探测标记原子所在的位置和数量，从而研究该物质在运动过程中所显示的性质和运动规律。

用PET来定位人类认知活动时的大脑激活区的过程是：第一，利用回旋加速器加速带电粒子（如质子、氚核）轰击靶核，通过核反应产生正电子的放射性同位素（如11 C、13 N、15 O等），这些同位素在衰变过程中发射带正电荷的电子。正电子在脑组织中运行很短距离后，与周围物质中的电子相互作用，发生湮没，放出方向相反、能量相等的两个光子。第二，通过采用一对相连的探头来探测湮没辐射出的光子。第三，用计算机将收集到的数据加以处理，可重建大脑的断层图像，再现断层内面放射性核素的放射性分布，从而得到大脑中正电子同位素的断层分布图。

因此，用PET对大脑的神经活动进行检测时，首先要给被试注射同位素，如11 C、13 N、15 O等。其次把能发射正电子的同位素结合到适当的化合物上，可以检测脑内许多生物化学过程。例如，用同位素标记葡萄糖，可以观察大脑的代谢活动；用同位素标记神经递质，可以观察相应受体在大脑不同区域的密度和分布。最后通过计算机对数据进行处理，可得到大脑的神经活动的位置图。

PET的优缺点

1.PET的优点

第一，PET具有空间分辨率高的优点。它采用短半衰期核素，可在短时间内重复使用，而且由于可用较大剂量，故比单光子发射型计算机断层扫描提高了图像对比度和空间分辨率。新的PET，其空间分辨率可达4—8mm，是一种非常敏感的分析工具，能够检测出皮摩尔级的标记化合物的浓度或密度（寿天德，2001）。

第二，PET可以作量化分析，例如可用来测量血流量的绝对值（韩世辉，朱滢，2007）。

第三，PET技术中所用的正电子发射核素多为体内固有元素的同位素，故可以极方便地用于人体或标记生物活性物质，最大限度地发挥示踪剂原理的优势。从这个意义上讲，PET是真正的活体生化显像、代谢显像、分子显像。

第四，探测效率高。基于探测原理，对PET的准直器要求简单，设计制作容易，而且可最大限度利用核素放出的射线。

第五，PET的深部响应好，其分辨率不受探测距离的影响，能够对一定体积的组织快速获得多达63层面的断层影像。

2.PET的缺点

第一，PET的成像时间较长。获得一张简单的PET脑图像需要一到数分钟，再加上射线曝光所需要的时间，限制了有效时间中能够获得的PET图像的数量。因此在实验模式上选择余地很小，通常只能采用区块设计（block design），即为了使脑血流处于稳定状态，在一个阶段中反复执行同一种任务（韩玉昌，于泽，2006）。

第二，PET不适合那些需要被试多次参加实验的研究。虽然PET技术基本上属于无创伤性技术，但仍受放射性物质计量的限制，同一被试不宜频繁参加PET技术实验。

第三，系统造价很高。因需要正电子断层扫描机，同时还需配备一台加速器用以制备放射性同位素，所以造价比其他脑成像设备要高。

用PET研究阅读的案例

1.第一语言和第二语言加工的脑区是否相同

Klein、Zatorre、Milner、Meyer和Evans（1994）使用PET技术，以5岁以后学习第二语言的儿童为被试，探讨第二语言的习得是否涉及和第一语言一样的神经基础。两种语言都以词的形式听觉呈现。结果发现，当重复听第二语言的词语时，大脑的血流量比重复听第一语言的词语时产生了少量的脑血流（CBF）的变化，这种变化发生于左侧壳核。据此，研究者提出，大脑的这一区域可能在第二语言的发音中起到了重要的作用。

Perani等人（1996）利用PET技术，对早期和晚期高度熟练的第二语言学习者的大脑进行研究，将12名在4岁之前学习荷兰语的西班牙语—荷兰语双语者，与9名在10岁之后开始学习英语的意大利语—英语双语者进行了比较，且将该研究中的高度熟练的晚期意大利语—英语双语者与低熟练水平的晚期意大利语—英语双语者进行比较。结果发现，高度熟练双语者的第二语言