心理與認知神經科學實驗中心建設與管理模式

疏德明，馮成志

心理與認知神經科學實驗中心建設與管理模式

疏德明，馮成志

（蘇州大學 教育學院，江蘇 蘇州 215123）

該文系統介紹了蘇州大學心理與認知神經科學實驗中心的布局、主要設備、環境建設、網絡教學和管理模式。介紹了腦與認知神經科學、認知行為科學、工程心理學、臨床心理學等四大類實驗室，主要設備及部分建設參數，以及如何通過虛擬仿真實驗教學系統、在線預約系統和電子門禁管理系統實現在線教學與管理。

心理學；認知神經科學；實驗中心；建設參數；管理模式

隨著科學技術的不斷進步和社會的發展，心理學和以探索大腦秘密、攻克大腦疾病為導向的腦科學研究，以及以建立和發展人工智能技術為導向的類腦研究在各國興起。由于心理與認知神經科學研究涉及到多個學科，亟須建立綜合性的實驗研究中心，促進學科的交叉與融合及開展合作研究[1]。蘇州大學心理與認知神經科學實驗中心的布局、建設參數和管理經驗可供同行借鑒和參考。

1 心理與認知神經科學實驗中心布局

實驗中心規劃有4大類實驗室和一定數量的辦公室、教學機房、研討室和學術交流場所。4大類實驗室為：（1）腦與認知神經科學。包含事件相關電位（ERP）實驗室、經顱磁刺激（TMS）實驗室、功能性近紅外腦成像（fNIRS）實驗室等；（2）認知行為科學。包含多導生理記錄實驗室、眼動實驗室、行為觀察室、行為實驗室等；（3）工程心理學。包含可用性實驗室、虛擬現實實驗室、體力負荷與疲勞研究室等；（4）臨床心理學。包含音樂治療實驗室、生物反饋實驗室、睡眠實驗室等。

2 心理與認知神經科學實驗中心主要儀器設備

實驗中心主要有事件相關電位儀、眼動追蹤系統、經顱磁刺激器、多導生理記錄儀、生物反饋儀、行為分析系統、實時運動跟蹤系統、高性能工作站、高性能顯示器（刷新頻率≥140 Hz），以及亮度儀、聲級計、刺激灰度級增強器、聽覺刺激生成器、驗光儀、網絡服務器等設備。同時擁有E-prime、Stim、Matlab、SuperLab、BrainVision Analyzer、Scan、Curry、BESA、INTERACT、FaceGen等刺激呈現和數據分析軟件，以及心理測評系統、職業能力測試系統、心理學實驗教學系統等心理測評與教學工具。主要大型儀器設備的性能和技術參數如下：

2.1 事件相關電位儀

事件相關電位（event-related potential，簡稱ERP）是一種特殊的腦誘發電位（evoked potentials，Eps），是指給予神經系統特定的刺激，或使大腦對刺激信息進行加工，在神經系統和腦的相應部位產生的可以檢出的、與刺激有相對固定時間間隔（鎖時關系）和特定位相的生物電[2]。目前，事件相關電位技術廣泛應用于心理學、醫學和經濟學等研究領域，主要研究大腦神經機制、腦疾病診斷和消費行為與心理等。該設備主要配件有放大器、高性能顯示器（刷新頻率≥ 140 Hz）、數據采集與分析軟件、刺激呈現軟件、電極帽等。

2.2 眼動追蹤系統

眼動追蹤技術是通過記錄和分析人在處理視覺信息時的眼動軌跡特征，如注視點、注視時間和次數、眼跳距離、瞳孔大小等數據，探討其與心理活動之間的直接或間接關系，從而考察個體內在認知過程，現已廣泛用于注意、視知覺、閱讀和消費心理學等研究領域。隨著攝像技術、紅外技術和微電子技術的飛速發展，高精度眼動追蹤系統得以研發和應用，促進了眼動研究在心理學及相關學科中的應用，眼動心理學的研究已經成為現代心理學研究的一種有用范式。以加拿大SR Research Ltd.出品的EyeLink 1000 Plus 桌面式眼動儀為例，其主要配件有處理器、高速圖像采集卡、紅外光源、桌面支座、專用光學鏡頭、眼動系統控制與分析軟件等。

2.3 經顱磁刺激器

經顱磁刺激（transcranial magnetic stimulation，簡稱TMS）是一種興奮或抑制大腦神經元的無創方法。該方法使用高強度線圈，產生快速變化的磁場脈沖，可以穿過受試者的頭皮和顱骨，作用于其下的大腦皮層，誘導神經細胞發生電位活動的改變。整個過程無創、無痛，只有少許電流通過線圈的聲音。TMS最初用于顯示從大腦運動皮層到脊髓的神經沖動傳導過程，目前可使用該方法刺激大腦皮層的不同區域并記錄其反應，可用于神經科學（如抑郁癥、精神分裂癥、中風等）、臨床治療（如抑郁、耳鳴、疼痛等）、外科手術的前期腦功能制圖、視覺信息加工、學習與記憶、運動醫學等研究。

2.4 多導生理記錄儀

多導生理記錄儀是一種能夠記錄人體多項生理指標的儀器，通過記錄和分析被試在完成特定心理任務時所表現的植物神經活動指標，研究被試的心理活動規律。多導生理記錄儀可以完成心電、腦電、肌電、眼電等20多種生理信號測量。美國Biopac Systems Inc.出品的Biopac MP160多導生理記錄儀配套的數據采集和分析軟件AcqKnowledge 4提供了多種計算功能，可進行信號平滑、疊加、微分、積分、傅里葉變換、頻譜分析、模板查找、信號平均、峰值探測等。可以對各個通道的信號進行各種數學運算[3]。

2.5 行為觀察與分析系統

行為觀察與分析系統通過記錄和分析行為發生時的音頻、視頻、生理指標和現場觀察數據，考察人的心理與行為特征，可用于臨床心理學、教育心理學、管理心理學、認知心理學、社會心理學的研究與教學。系統主要配件有行為分析軟件、數碼攝像機、音頻/視頻記錄工作站等。以德國Mangold International GmbH.出品的INTERACT行為分析系統為例，主要性能如下：

（1）易用性?？梢詫崿F行為事件編碼、行為事件記錄、行為數據可視化與分析，有多種編碼方式，可對單個或多個目標同時進行編碼并記錄，編碼可隨時添加、修改與刪除。

（2）靈活性?？梢园葱枨笞孕性O計實驗，包括視頻觀察分析、即時觀察分析，以及多種實驗類型，如：可用性實驗、母嬰互動實驗、動物行為分析實驗等；內置的音頻、屏幕捕捉記錄系統，使您可以全方位、多角度地得到您想要的準確的數據。

（3）可視化。整合了強大的圖表生成及編輯功能，內置數十種圖表模板，可將數據以直觀的圖表方式呈現，圖表的各項參數可以編輯，可以對數據進行科學的分析和統計，包括注釋時間、行為頻率計數、概率測算、Cohen's Kappa信度計算等。

（4）兼容性?？梢约嫒菅蹌訑祿⑸頂祿约岸喾N第三方數據，以便進行分析與對比。

（5）整合性。系統整合了多款應用程序，如通過“Highlight movie”可從多媒體文件中提取視頻段落、創建視頻片斷、整合多種類型的外部數據，如被試者的生理-心理信息數據或眼動數據；通過“Dataview”可將數據同步可視化；通過“P.a.t.t.e.r.n”可找出數據內容與時間要素的隱藏關聯性數據等。

2.6 實時運動跟蹤系統

運動跟蹤系統是一種用于準確測量運動物體在三維空間運動狀況的技術設備，它基于計算機圖形學原理，通過排布在空間中的數個視頻捕捉設備將運動物體的運動狀況以圖像的形式記錄下來，然后使用計算機對采集的圖像數據進行分析處理，得到運動物體的空間位置關系，用于重構物體的三維運動，得出物體運動狀態?？捎糜谛袨榭茖W、運動心理學和工程心理學研究。以美國NaturalPoint, Inc.出品的OptiTrack實時運動跟蹤系統為例，其主要配件有：動作捕捉攝像頭（OptiTrack Flex 13）、跟蹤軟件（Motive: Tracker）、標志點、標定器和坐標校正器。

3 心理與認知神經科學實驗中心環境建設

心理與認知神經科學實驗室一般要求隔音和靜音通風，室內溫度和亮度可調節，實驗臺高度可自動調節，部分實驗室要求電磁屏蔽，實驗室的空調送風系統需進行靜音處理，主試間和被試間有可視對講系統。現將實驗中心的實驗室隔音和電磁屏蔽的解決方案及技術參數介紹如下：

3.1 實驗室隔音

靜音實驗室除了安裝隔音墻體外，隔音門也是一重要組成部分，中心實驗室采用防火隔音門設計，技術參數如下：（1）隔音門寬990 mm, 高2 230 mm；（2）門框材料為1.8 mm厚的優質冷軋鋼板，扇料為1.0mm厚的優質冷軋鋼板，門扇厚度為70mm，膠條為隔音膠條；（3）根據GB/T8485-2008《建筑門窗空氣聲隔聲性能分級及檢測方法》中建筑門窗的空氣聲隔聲性能分級判定標準[4]，采用頻譜修正量C（頻譜1）時，計權隔聲量為Rw+C=38 dB，隔聲性能分級為4級，采用頻譜修正量Ctr（頻譜2）時，計權隔聲量為Rw+Ctr=35 dB，隔聲性能分級為4級。

3.2 實驗室電磁屏蔽

電磁屏蔽室的可靠性與環境、配電、接地等因素是密不可分的，它既要系統內的設備不被外界電磁干擾，又要保證系統內設備產生的電磁場不影響外部環境。屏蔽室內需空氣流通、照明得當，以提升工作效率，減緩操作人員的疲勞、缺氧、頭暈、胸悶、心慌等不適之感。主要技術參數如下：（1）建設面積：42.3 m2；（2）屏蔽范圍：14 KHz~40 GHz；（3）離子接地極：電阻值R≤0.01歐姆；（4）消聲通風系統：進、出風口采用超靜音風機和波導窗屏蔽設計。

4 心理與認知神經科學實驗中心的網絡教學和管理

心理與認知神經科學實驗室資源實行全校共享，將有限的人力與經費進行合理布局，克服了學科之間人為設置的使用障礙[5]。中心通過虛擬仿真教學系統、在線申請和預約系統和電子門禁管理系統，實現網絡教學和管理。實驗室申請使用的一般流程：通過虛擬仿真教學系統熟悉研究流程和儀器操作方法→在線提交申請和預約→管理員審核→安全教育→開啟電子門禁→開展實驗研究。

4.1 虛擬仿真實驗教學系統

為方便師生隨時隨地開展在線學習和模擬實驗，實驗中心規劃建設虛擬仿真實驗教學系統，系統內容涵蓋心理與認知神經科學教學的核心模塊，如認知心理學、實驗心理學、認知神經科學、臨床心理學和大型儀器設備操作培訓等。在緊緊結合心理和認知神經科學實驗特點及教學目標的前提下，發揮虛擬仿真實驗的不受時空限制[6]、綠色環保、成本低廉和避免實驗風險等優點，彌補傳統真實實驗教學的局限性，構建以虛實結合為特點的高水平、系列化的實驗教學新體系，形成內容結構完整、仿真程度高、交互功能強、情景化參與、可實時評價的虛擬實驗教學資源，為有效提高學生創新能力開辟了新空間[7]。

4.2 實驗室在線申請和預約系統

為便于實驗室在全校的共享并提高實驗室管理效率[8-9]，結合心理與認知神經科學實驗的特點，建設了在線申請和預約系統（見圖1）。主要功能：（1）用戶可以進行注冊、在線預約、預約統計、預約查詢、統計機時和費用等功能[10]；（2）管理員可以進行查詢、審核、取消、統計預約、儀器管理、課題組管理等功能；（3）所有表格、統計數據界面支持打印，導出EXCEL文件功能；（4）提供在線短消息收發、會話功能、系統公告、新聞動態及常用下載等；（5）支持便攜式智能終端接入，可在智能手機和平板電腦等觸摸設備使用。

圖1 在線預約系統主要功能

4.3 電子門禁管理系統

電子門禁系統通過網絡平臺開通或關閉師生“校園一卡通”進入實驗室的權限。管理員可對用戶進行新增、注銷、掛失、凍結、過期停用，也可查詢用戶刷卡流水。管理系統支持導出刷卡流水、批量名單導入或刪除、黑白名單實時更新等功能。電子門禁系統主要硬件有門禁控制器、門禁讀卡器、閉門器、電磁鎖、不間斷電源等。

5 結語

心理與認知神經科學實驗中心作為校級建制的綜合性實驗研究中心，擁有先進優良的科研設施，為開展高水平科學研究提供基礎保障[11]，但無論多么先進的儀器設備，如果沒有掌握前沿技術的人去使用、維護，無法發揮其作用[12]，在實驗中心后期建設與發展中，在進一步加大設施設備的建設投入的同時加強高水平科研和實驗技術團隊的建設，更好地發揮中心在科學研究、創新人才培養和學術交流中的作用。

[1] 游士兵，惠源，崔婭雯.高校協同創新中交叉學科發展路徑探索[J].教育研究，2014, 35(4): 94–99.

[2] 疏德明.事件相關電位技術實驗操作及注意事項[J].實驗技術與管理，2017, 34(1): 198–202, 224.

[3] BIOPAC Systems Inc. AcqKnowledge 4 Software Guide [EB/OL].(2016-04-27).https://www.biopac.com/manual/acqknowledge-4- software-guide-mp150-mp36r-mobita-stellar-or-bioharness/.

[4] GB/T 8485-2008，建筑門窗空氣聲隔聲性能分級及檢測方法[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局/中國國家標準化管理委員會，2008.

[5] 孫強，杜冰清，江姣姣.高校實驗室管理機制與人才隊伍建設的探討[J].實驗技術與管理，2016, 33(3): 245–247.

[6] 謝冬嬋，林春艷，梁柏燊，等. 虛擬仿真心理實驗中心促進創新人才培養體系建設[J].實驗室研究與探索，2017, 36(6): 165–168.

[7] 郁鵬，萬桂怡.虛擬仿真技術的醫學實驗教學研究[J].實驗室研究與探索，2016, 35(11): 99–102, 165.

[8] 郭亮，徐勇鵬，冉猛，等.高校大型分析測試儀器網上預約平臺研發[J].實驗室研究與探索，2014, 33(11): 157–160.

[9] 王西芳，王西平，杜慧芳，等.實驗教學示范中心實驗預約系統的設計與應用[J].實驗室研究與探索，2016, 35(5): 158–161.

[10] 孫恒.基于NFC技術和云服務的新型門禁系統設計與實現[J].實驗室研究與探索，2016, 35(1): 114–120.

[11] 張棟華，羅軼.重點實驗室建設與運行管理的思考與探討[J].實驗技術與管理，2017, 34(8): 219–222.

[12] 王瑩，袁園，劉俊秀.高校實驗室建設與管理的思考[J].實驗技術與管理，2017, 34(3): 246–248.

Construction and management mode of experimental center of psychology and cognitive neuroscience

SHU Deming, FENG Chengzhi

(School of Education, Soochow University, Suzhou 215123, China)

This paper systematically introduces the layout, main equipment, environment construction, network teaching and management of the psychological and cognitive neuroscience experimental center at Suzhou University, and also introduces the four kinds of laboratories including brain and cognitive neuroscience, cognitive behavior science, engineering psychology and clinical psychology, their main equipment and some construction parameters, and discusses how to realize the online teaching management through the virtual simulation experimental teaching system, online reservation system and electronic access control management system.

psychology; cognitive neuroscience; experimental center; construction parameters; management mode

G482

A

1002-4956(2019)07-0260-03

10.16791/j.cnki.sjg.2019.07.064

2018-11-27

2019-05-09

國家社會科學基金教育學青年課題項目（CIA140179）

疏德明（1983—），男，安徽樅陽，博士，高級實驗師，研究方向為實驗心理學和教育心理學.E-mail: 8deming@163.com

馮成志（1970—），男，山東聊城，博士，教授，研究方向為基礎心理學和教育心理學.E-mail: psyfrank@126.com