108 年 國立臺灣大學心理系碩士班一般心理甲組《知覺與生理心理學》

這題主要探討視覺系統中的「功能性分離」(functional segregation) 概念，要求考生從神經通路、電生理學與心理物理學等不同層面，說明此現象在視覺系統各級別（視網膜、皮質下、皮質）的表現。

核心觀念： 功能性分離是指神經系統中，不同的神經迴路或腦區專門負責處理特定類型的資訊或執行特定功能。在視覺系統中，這意味著視覺資訊（如顏色、形狀、運動）會經過不同的路徑，並在不同的腦區被分析。

(a) 視網膜到頂-顳葉區域的神經通路與功能分離：
視覺資訊從視網膜進入後，會經過視神經、視交叉、外側膝狀體 (LGN)，最終投射到初級視覺皮質 (V1)。

1. 視網膜 (Retina)： 視網膜本身就存在功能分離。例如，視桿細胞 (rods) 主要負責低光下的視覺，視錐細胞 (cones) 負責高光下的顏色和細節視覺。視網膜的神經節細胞 (retinal ganglion cells) 也可分為幾種類型，例如 P 細胞 (parvocellular) 處理顏色和細節，M 細胞 (magnocellular) 處理運動和對比。
2. 外側膝狀體 (LGN)： LGN 是視丘的一個中繼站，也存在分層結構，對應著來自視網膜 M 細胞和 P 細胞的輸入。M 細胞輸入的細胞層主要處理運動和空間資訊，P 細胞輸入的細胞層主要處理顏色和細節資訊。
3. 初級視覺皮質 (V1)： V1 接收來自 LGN 的輸入，並進一步將資訊分離。V1 的神經元對特定方向的線條、空間頻率、顏色等有反應。V1 內部也存在柱狀結構 (columns) 和層 (layers)，顯示初步的功能分離。
4. 視覺通路的分化（腹側通路與背側通路）： 從 V1 開始，視覺資訊會分化成兩條主要通路：
   • 腹側通路 (Ventral stream)： 沿著顳葉 (temporal lobe) 延伸，被稱為「什麼通路」(what pathway)，主要負責識別物體、臉孔、顏色和形狀。它接收來自 V1 的資訊，並處理到 V2, V4，最終到達顳葉下迴 (inferior temporal cortex)。
   • 背側通路 (Dorsal stream)： 沿著頂葉 (parietal lobe) 延伸，被稱為「哪裡/如何通路」(where/how pathway)，主要負責處理空間位置、運動、以及如何與物體互動。它接收來自 V1 的資訊，並處理到 V2, V3, MT (V5)，最終到達頂葉皮質。
     因此，從視網膜到頂-顳葉區域，視覺資訊透過神經元的類型、LGN 的分層、V1 的初步處理，以及腹側/背側通路的進一步分化，實現了功能性的分離。

(b) 視皮質下功能分離的電生理學與心理物理學證據：

• 電生理學證據 (Electrophysiological evidence)：
  • LGN 的細胞層： 在動物實驗中，透過電極記錄 LGN 神經元的活動。可以發現，位於 LGN 不同層的神經元對刺激的反應不同。例如，來自視網膜 M 細胞的輸入投射到 LGN 的大細胞層 (magnocellular layers)，這些細胞對移動刺激和低對比度刺激反應更強烈；而來自 P 細胞的輸入投射到小細胞層 (parvocellular layers)，這些細胞對顏色和細節刺激反應更敏感。這種不同細胞層的神經元對不同類型視覺特徵的選擇性反應，是皮質下功能分離的電生理學證據。
• 心理物理學證據 (Psychophysical evidence)：
  • 對比敏感度函數 (Contrast Sensitivity Function, CSF)： 測量人類對不同空間頻率下對比度 (contrast) 的感知能力。研究發現，人類對低空間頻率（大尺度、移動性強的特徵）的對比敏感度，與對高空間頻率（小尺度、細節特徵）的對比敏感度，其最佳值和下降斜率不同。這暗示了處理不同空間頻率的視覺通路（可能與 M/P 通路相關）存在差異，雖然這更多是皮質層面的證據，但其根源可追溯至視網膜和 LGN 的處理。
  • 更直接的皮質下證據： 早期視覺通路（視網膜到 LGN）的特性，例如 M 通路對運動敏感，P 通路對顏色敏感，可以透過設計特定的心理物理學任務來間接推斷。例如，研究發現，在極短的刺激時間下，人們對運動線索的感知比對顏色線索的感知更快速，這可能反映了 M 通路的快速處理能力。

(c) 初級視覺皮質 (V1 & V2) 功能分離的電生理學證據：

• V1 的電生理學證據：

這題考驗對 Békésy 聽覺位置理論 (place theory of hearing) 的理解，包括其核心原理、支持證據與反證。

核心觀念： Békésy 的位置理論（也稱為頻率理論或共振理論的一種形式）主要解釋聲音的音高 (pitch) 如何被感知。它認為，不同頻率的聲音會在耳蝸 (cochlea) 的不同位置引起最大的振動，而大腦會根據哪個位置的毛細胞 (hair cells) 被刺激來判斷聲音的音高。

Békésy 的位置理論主要原理：
Békésy 利用實驗（包括在動物身上進行，以及利用耳蝸模型）研究了耳蝸基底膜 (basilar membrane) 的振動模式。他發現：

1. 頻率與位置的對應： 聲音的頻率決定了基底膜上哪個部位會產生最大的振幅（即「最響應點」）。
   • 高頻聲音： 在耳蝸靠近卵圓窗 (oval window) 的基部 (base) 引起最大的振動。
   • 低頻聲音： 在耳蝸遠離卵圓窗的頂端 (apex) 引起最大的振動。
2. 波的傳播： 聲波進入耳蝸後，在基底膜上產生一種行進波 (traveling wave)。這個波的振幅會隨著離卵圓窗的距離而變化，在某一點達到最大值後迅速衰減。
3. 毛細胞的激發： 位於基底膜上的毛細胞，當它們所在的基底膜部位受到足夠大的振動時，就會被激發，產生神經訊號。
4. 音高感知： 大腦透過解讀哪個位置的毛細胞被激發，來感知聲音的音高。例如，如果基底膜基部附近的毛細胞被激發，大腦就感知到高音；如果頂端附近的毛細胞被激發，大腦就感知到低音。

支持 Békésy 理論的證據：

• 耳蝸模型的振動模式： Békésy 在他的實驗中，使用模擬耳蝸的機械模型，以及在動物（如捐獻的人類耳蝸）上進行研究

這題考驗對多感官整合 (multisensory integration) 的理解，特別是當不同感官提供的資訊存在差異時，大腦如何整合這些資訊。

核心觀念： 當我們接收到來自不同感官（如視覺和聽覺）的資訊時，大腦會將這些資訊整合起來，以形成對外部世界的更準確、更可靠的感知。整合的原則之一是「貝氏定理」(Bayes' theorem) 的應用，即大腦會根據各個感官資訊的可靠性（由標準差衡量）來加權它們的貢獻。可靠性越高的資訊，在整合時所佔的比重就越大。

解題思路：

1. 識別各感官的資訊：
   • 視覺線索：平均位置 = $30^\circ$ 右側，標準差 = $1^\circ$。
   • 聽覺線索：平均位置 = $34^\circ$ 右側，標準差 = $3^\circ$。
2. 評估可靠性： 標準差越小，表示該感官線索越精確、越可靠。
   • 視覺線索的標準差 ($1^\circ$) 小於聽覺線索的標準差 ($3^\circ$)，因此視覺線索比聽覺線索更可靠。
3. 整合原則： 在多感官整合中，大腦傾向於給予更可靠的線索更大的權重。一個常見的整合模型是「加權平均」(weighted average)。整合後的感知位置可以看作是各個線索的加權平均。權重通常與精確度的倒數（即變異數的倒數）成正比。
   • 視覺權重 $w_v \propto 1/\sigma_v^2 = 1/(1^2) = 1$。

這題要求考生舉例說明機器學習 (machine learning, ML) 技術如何應用於感知研究，需包含問題識別、技術應用及解決方案。

核心觀念： 機器學習是人工智慧的一個分支，它使電腦能夠從數據中學習，而無需明確編程。在感知研究中，機器學習可以幫助我們理解大腦如何處理複雜的感官資訊，建立預測模型，或分類感知狀態。

範例：使用機器學習識別視覺感知中的物體類別

(a) 問題識別 (Identify the problem)：
問題在於理解人類視覺系統如何識別和分類海量的視覺物體。例如，當我們看到一張圖片時，我們能快速準確地辨識出其中的人、車、動物、建築物等。神經科學家希望透過模擬或理解這個過程，來闡明視覺皮質（特別是腹側通路）的神經機制。具體來說，問題是：能否利用大腦的活動數據（如 fMRI 或 EEG）來預測或分類人們正在看到的物體類別？

(b) 技術應用 (Describe how the technique was applied)：

1. 數據收集：
   • 招募受試者，讓他們觀看一系列不同類別的圖像（例如，人臉、房屋、動物、工具等）。
   • 在受試者觀看圖像的同時，記錄他們的大腦活動，例如使用功能性磁振造影 (fMRI) 來測量血氧水平依賴性 (BOLD) 訊號，或使用腦電圖 (EEG) 來記錄腦電波。
2. 特徵提取與數據預處理：
   • 從 fMRI 數據中，可以提取特定腦區（例如，顳葉下迴，V1, V2, V4 等）的活動模式。
   • 從 EEG 數據中，可以提取特定時間窗口內的腦電波特徵（如功率譜密度、事件相關電位 ERPs）。
   • 對數據進行預處理，去除噪聲，對齊時間點等。
3. 選擇機器學習模型：
   • 分類問題： 由於目標是預測物體類別，這是一個分類問題。常用的模型包括：
     • 支援向量機 (Support Vector Machines, SVM)： 擅長在高維度空間中找到最佳的分類邊界。
     • 卷積神經網路 (Convolutional Neural Networks, CNN)： 這是目前在圖像識別領域最成功的模型，能夠自動學習圖像的層次化特徵，並且可以與神經科學數據結合，例如，用 CNN 的中間層特徵來解碼大腦活動。

這題要求考生描述四種不同的神經機制的功能。

核心觀念： 考生需要對視覺、觸覺、以及高級認知功能的相關神經結構和細胞有基本的認識，並能準確描述它們的主要功能。

(a) Cones (視錐細胞)：

• 功能： 視錐細胞是視網膜中的一種光感受器細胞，主要負責高光下的視覺，特別是顏色視覺和精細的細節辨識。
• 詳細說明：
  • 視錐細胞主要集中在視網膜的中央凹 (fovea)。
  • 它們對光線的敏感度較低，因此在暗光或低照度條件下功能受限，這就是為什麼我們在夜間難以分辨顏色和細節。
  • 人類有三種類型的視錐細胞，分別對不同波長的光敏感（紅、綠、藍），它們的組合反應構成了我們對各種顏色的感知。
  • 視錐細胞的信號傳遞到視神經，最終在大腦中形成我們看到的清晰、彩色的圖像。

(b) Fusiform gyrus (紡錘狀迴)：

• 功能： 紡錘狀迴是位於大腦顳葉 (temporal lobe) 下表面的一塊皮質區域，它在臉孔辨識 (face recognition) 和物體辨識 (object recognition) 中扮演著關鍵角色。
• 詳細說明：
  • 特別是腹側紡錘狀迴 (ventral fusiform gyrus) 對臉孔的辨識高度敏感，該區域的神經元對臉孔刺激的反應強度遠大於對其他物體類別的反應。
  • 損傷到紡錘狀迴可能導致臉孔失認症 (prosopagnosia)，患者即使看到熟悉的人，也無法辨識其臉孔。
  • 除了臉孔，紡錘狀迴也參與對其他複雜物體（如特定類型的動物、汽車等）的辨識，特別是那些需要高度專業化辨識技能的物體。

(c) Meissner corpuscle (邁斯納小體)：

• 功能： 邁斯納小體是皮膚中的一種機械感受器 (mechanoreceptor)，主要負責感知輕微的觸覺 (light touch)、**觸覺的紋理 (tex

這題要求考生比較格式塔理論 (Gestalt theory) 和最大似然理論 (Likelihood theory) 在感知分組 (perceptual grouping) 上的異同，並提供支持與反對各自理論的證據。

核心觀念：

• 格式塔理論 (Gestalt Theory)： 強調「整體大於部分之和」(the whole is greater than the sum of its parts)。它認為，人類的感知系統傾向於自動將分散的元素組織成有意義的整體或模式，遵循一些基本原則（如接近律、相似律、封閉律、連續律、共同命運律等）。這些原則是內在的、先天的。
• 最大似然理論 (Likelihood Theory)： 也稱為「貝氏推論」(Bayesian inference) 或「最佳解釋理論」。它認為，感知是根據感官輸入的最佳解釋（最有可能的解釋）來建構的。大腦利用過去的經驗和先驗知識 (prior knowledge) 來解釋模糊或不完整的感官數據，選擇最能解釋當前數據的假設。

(a) 在感知分組的脈絡下比較這兩種方法：

核心觀念： 藥物與受體結合後，可能產生的效果有多種，其中「部分激動劑」是一種影響神經傳導物質系統的藥物類型。

Partial agonist (部分激動劑)：
部分激動劑是一種與受體結合後，能夠活化該受體，但其最大效應 (maximal efficacy) 低於完全激動劑 (full agonist) 的物質。

• 作用機制：
  • 當部分激動劑存在於一個只有受體沒有配體 (ligand) 的環境中時，它會像一般的激動劑一樣，結合受體並產生一定的生理反應。
  • 然而，當完全激動劑（例如神經傳導物質本身）存在時，部分激動劑與受體結合後，會佔據一部分受體，阻止了完全激動劑與這些受體的結合。
  • 由於部分激動劑本身的效應低於完全激動劑，當它與完全激動劑競爭結合受體時，它會降低系統的總體激活水平，從而起到拮抗劑 (antagonist) 的作用。
• 臨床應用：

核心觀念： 細胞間的溝通方式有多種，自體分泌是一種特殊的細胞訊號傳遞方式。

Autocrine communication (自體分泌)：
自體分泌是指細胞釋放出某種化學物質（如激素、生長因子、細胞因子等），然後這種物質作用於釋放該物質的細胞自身的受體。

• 作用機制：
  • 細胞合成並分泌一種訊號分子。
  • 該訊號分子在細胞外環境中擴散，並結合到同一細胞表面或內部的特定受體上。
  • 這種結合會引發細胞內的一系列反應，調控該細胞的生長、分化、代謝、凋亡或免疫反應等。
• 功能與重要性：
  • 自我調節： 自體分泌是一種重要的自我調節機制，確保細胞活動在適當的範圍內。例如，免疫細胞在受到刺激後會釋放細胞因子，這些細胞因子可以反過來增強該免疫細胞的活性或調節其功能。

核心觀念： 體感覺系統 (somatosensory system) 的感受器根據它們對持續刺激的反應特性，可以分為兩種主要類型：持續性感受器和快速適應性感受器。

Tonic receptors (持續性感受器，或稱慢適應性感受器)：

• 功能： 這些感受器在接收到持續性刺激時，會產生持續的神經衝動，並且其放電頻率會隨著刺激強度的變化而變化。它們能夠不斷地向中樞神經系統傳遞關於刺激的狀態和強度資訊。
• 特點：
  • 對刺激的持續時間和強度敏感。
  • 能夠提供關於刺激「正在發生」以及「有多強」的資訊。
• 例子：
  • 肌肉內的肌梭 (muscle spindles) 和 高爾基肌腱器 (Golgi tendon organs)：它們持續監測肌肉長度和張力，對於維持姿態和運動控制至關重要。
  • 皮膚內的 Merkel 盤 (Merkel discs)：對輕觸覺和壓力敏感，能夠提供關於物體接觸的持續資訊。
  • 關節囊內的感受器：監測關節的位置和運動。

Phasic receptors (快速適應性感受器，或稱快適應性感受器)：

核心觀念： 猝睡症是一種影響睡眠-覺醒週期的神經系統疾病。

Narcolepsy (猝睡症)：
猝睡症是一種慢性神經系統疾病，其特徵是白天過度嗜睡 (excessive daytime sleepiness, EDS)，並且可能伴隨其他與快速眼動睡眠 (REM sleep) 相關的異常症狀。

• 主要症狀：
  1. 白天過度嗜睡 (EDS)： 患者白天會經歷無法控制的睡眠發作，即使在剛睡醒或充足睡眠後也是如此。這種嗜睡可能突然發生，並可能在任何活動中出現，如工作、吃飯或交談。
  2. 猝倒 (Cataplexy)： 這是一種突然的、短暫的肌肉無力，通常由強烈的情緒（如大笑、驚訝、憤怒）觸發。患者可能只是感到頭部或頸部沉重，或完全癱軟倒地。猝倒實際上是 REM 睡眠中的肌肉麻痺 (atonia) 提前發生。
  3. 睡眠麻痺 (Sleep paralysis)： 患者在入睡前或醒來後，經歷一段無法移動身體的時期，儘管意識清醒。這也是 REM 睡眠中的肌肉麻痺現象。
  4. 入睡前幻覺 (Hypnagogic hallucinations)： 在入睡前出現生動、逼真的視覺、聽覺或觸覺幻覺。

核心觀念： 前庭眼動反射是一種重要的反射，它能幫助我們在頭部運動時保持視覺的穩定。

Vestibulo-ocular reflex (VOR, 前庭眼動反射)：
前庭眼動反射 (VOR) 是一種眼球運動反射，它能使眼球以與頭部運動相反的方向和相同的速度移動。其主要目的是在頭部運動時，維持視野的穩定，使物體能夠清晰地成像在視網膜上，從而保證穩定的視覺感知。

• 觸發機制：
  • VOR 的主要輸入來自內耳的前庭系統 (vestibular system)，包括半規管 (semicircular canals) 和耳石器 (otolith organs)。
  • 當頭部移動時，內耳中的液體（內淋巴）或耳石會受到刺激，前庭神經會將這些運動信號傳遞到腦幹。
• 神經通路：
  • 腦幹中的前庭核 (vestibular nuclei) 是 VOR 的主要處理中心。
  • 前庭核的神經元會將運動信號傳遞給動眼神經 (oculomotor nerve) 的核團，控制眼外肌（如內直肌、外直肌）。

核心觀念： 肌失養症是一組遺傳性的肌肉退化性疾病。

Muscular dystrophy (MD, 肌失養症)：
肌失養症是一組遺傳性的、進行性的疾病，其特徵是肌肉纖維的退化和萎縮，導致肌肉無力。

• 病因：
  • MD 通常是由於基因突變導致的，這些突變影響了製造結構蛋白的基因，這些蛋白對於維持肌肉纖維的健康和功能至關重要。
  • 最常見的一種類型是杜氏肌失養症 (Duchenne muscular dystrophy, DMD)，它是由於 X 染色體上的抗肌萎縮蛋白 (dystrophin) 基因突變引起的。抗肌萎縮蛋白對於維持肌肉細胞膜的完整性和穩定性非常重要。
  • 其他類型的 MD 則可能與其他不同的基因突變有關，影響不同的肌肉蛋白。
• 症狀：
  • 肌肉無力 (Muscle weakness)： 這是最主要的症狀，通常從身體的特定部位開始（例如，DMD 通常首先影響骨盆、大腿和肩部的肌肉），然後逐漸擴散到身體其他部位。
  • 肌肉萎縮 (Muscle atrophy)： 患病肌肉會逐漸縮小。
  • 運動發展遲緩： 兒童患者可能在學會走路、跑步、跳躍等方面出現延遲。

核心觀念： 克魯佛-畢西症候群是一種由腦損傷（特別是顳葉內側區域）引起的行為異常症候群。

Klüver and Bucy syndrome (克魯佛-畢西症候群)：
克魯佛-畢西症候群 (KBS) 是一種由雙側顳葉內側結構（特別是杏仁核和海馬迴）損傷引起的行為異常症候群。最早是由 Klüver 和 Bucy 在猴子身上通過切除這些腦區後觀察到的。

• 主要症狀（在動物模型中觀察到，在人類中可能表現類似或不完全）：
  1. 情緒淡漠 (Emotional blunting / Psychic blindness)： 動物變得對先前會引起恐懼或攻擊性的刺激（如捕食者）不再表現出恐懼反應，情緒反應變得遲鈍。
  2. 口腔探索行為 (Orality / Hyper-oral behavior)： 動物會將幾乎所有遇到的物體（包括無關緊要的或有毒的物體）都放入口中進行探索，這是一種異常的、不加區別的口腔行為。
  3. 行為過度 (Hyperactivity / Hypersexuality)： 動物表現出異常的活動水平，並且對性行為表現出不恰當的、過度的興趣，可能對同性或異性進行不受限制的性行為。

核心觀念： 赫布突觸是一種神經可塑性的概念，解釋了學習和記憶的神經基礎。

Hebbian synapse (赫布突觸)：
赫布突觸（或稱赫布學習規則）是由心理學家 Donald Hebb 在其著作《The Organization of Behavior》(1949) 中提出的神經可塑性理論。該理論認為，當一個神經元（A）持續且重複地參與激發另一個神經元（B）時，這兩個神經元之間的突觸連接（A 到 B 的突觸）會得到加強。

• 赫布學習規則的核心思想：
  • 「Neurons that fire together, wire together.」（一起放電的神經元，連接會加強。）
  • 這句話精煉地概括了赫布突觸的原理：如果一個突觸前神經元（presynaptic neuron）的活動，能夠持續且有規律地導致其突觸後神經元（postsynaptic neuron）放電，那麼這個突觸的傳遞效率就會增強。
• 神經生理學基礎：
  • 這種突觸連接的增強，通常被認為與長時程增強 (Long-Term Potentiation, LTP) 相關。LTP 是一種在突觸水平上觀察到的、能夠持續數小時甚至更長時間的神經元連接強度增強現象。

核心觀念： 抗精神病藥物是治療精神分裂症等精神疾病的主要藥物，根據其作用機制和副作用，可分為傳統型和非典型兩大類。

Typical antipsychotics (傳統型/典型抗精神病藥物)：

• 作用機制： 主要通過阻斷中腦邊緣通路 (mesolimbic pathway) 中的多巴胺 D2 受體 (Dopamine D2 receptors) 來發揮作用。這種阻斷作用能夠有效減輕精神分裂症的陽性症狀 (positive symptoms)，如幻覺、妄想和思維混亂。
• 副作用：
  • 由於它們也會阻斷中腦皮質通路 (mesocortical pathway) 和黑質紋狀體通路 (nigrostriatal pathway) 的 D2 受體，因此常引起與運動系統相關的副作用，稱為錐體外系副作用 (extrapyramidal symptoms, EPS)，包括：
    • 急性肌張力障礙 (acute dystonia)： 肌肉痙攣，如頸部扭曲。
    • 靜坐不能 (akathisia)： 坐立不安，內在的焦慮感。
    • 巴金森氏症樣症狀 (parkinsonism)： 運動遲緩、僵硬、顫抖。
    • 遲發性運動障礙 (tardive dyskinesia, TD)： 長期使用後可能出現的不自主、重複性的面部和肢體運動，可能不可逆。
  • 也可能引起高泌乳素血症 (hyperprolactinemia)。
• 代表藥物： 氟哌啶醇 (Haloperidol), 氯丙嗪 (Chlorpromazine) 等。

核心觀念： 面孔失認症是一種特定的神經心理學障礙，患者無法識別面孔。

Prosopagnosia (面孔失認症)：
面孔失認症 (Prosopagnosia)，也稱為臉孔失認症，是一種神經心理學障礙，患者無法識別或辨認熟悉的面孔，即使他們能夠看到臉部的基本特徵（如眼睛、鼻子、嘴巴）以及其他物體的形狀、顏色等。

• 症狀：
  • 無法識別熟悉的面孔： 患者可能無法認出自己的家人、朋友、配偶，甚至自己的臉。
  • 識別困難： 他們可能需要依賴其他線索來識別他人，例如聲音、髮型、衣著、步態或特殊標記。
  • 面孔資訊處理受損： 患者在處理面孔的整體性 (configural processing) 或空間關係 (spatial relationships) 上存在困難，而對臉部單獨特徵（如眼睛的形狀）的辨識可能相對正常。
  • 可能伴隨其他物體失認症： 雖然最典型的是面孔識別障礙，但有些患者也可能對特定類型的物體（如汽車、鳥類）的識別存在困難。
• 病因：

這題要求考生說明四種不同的腦部探索方法，包括其原理、內容（如何操作）和主要應用範疇。

核心觀念： 這些方法代表了神經科學研究中，從宏觀到微觀、從功能性測量到精確操控的不同層次和技術，各有其優勢和局限性。

(a) 功能性磁振造影 (functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)

• 原理與內容：
  • 原理： fMRI 基於血氧水平依賴性 (Blood-Oxygen-Level Dependent, BOLD) 對比。當大腦某個區域活動增加時，該區域的需氧量會增加，血流量也會隨之增加，但氧氣的消耗速度慢於血流量的增加，導致該區域的含氧血紅蛋白 (oxygenated hemoglobin) 相對於去氧血紅蛋白 (deoxygenated hemoglobin) 的比例增加。含氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白在磁場中的磁性不同（含氧血紅蛋白是抗磁性的，去氧血紅蛋白是順磁性的），這導致了不同的磁信號。fMRI 儀器通過強大的磁場和射頻脈衝，檢測這些磁信號的變化，從而推斷出大腦活動的區域。
  • 內容： 受試者躺在 fMRI 掃描儀內，在進行特定的認知任務（如看圖片、聽聲音、做決策）時，掃描儀會連續記錄大腦的 BOLD 訊號。研究者通過比較任務狀態下和休息狀態下（或對照任務）大腦活動的差異，來確定哪些腦區與該認知任務相關。
• 主要應用範疇：
  • 認知神經科學： 廣泛用於研究各種認知功能（如注意力、記憶、語言、決策、情緒）的神經基礎。
  • 臨床診斷： 輔助診斷腦腫瘤、中風、癲癇等腦部疾病，以及評估手術風險。
  • 腦機介面 (Brain-Computer Interface, BCI)： 開發基於 fMRI 訊號的 BCI 系統。
  • 神經經濟學 (Neuroeconomics)： 研究決策過程中的大腦活動。
• 優點： 非侵入性、較好的空間解析度（可達毫米級）。
• 局限性： 時間解析度較差（BOLD 訊號延遲數秒），成本高，噪音大，對運動敏感。

(b) 單細胞紀錄法 (Single-unit recording)

• 原理與內容：
  • 原理： 這是一種侵入性技術，通過將微電極（通常是細金屬絲或玻璃微管）植入或插入到動物（或極少數情況下人類，如癲癇手術前）的腦組織中，直接記錄單個神經元 (neuron) 的電活動（動作電位，即「放電」）。
  • 內容： 在記錄過程中，研究者可以觀察特定神經元在接受特定感覺刺激、執行特定運動或處於特定行為狀態時的放電模式。通過改變刺激的特徵（如視覺刺激的方向、聽覺刺激的頻率、觸覺刺激的位置），可以確定該神經元的功能，例如它是否對特定方向的線條有反應（V1 神經元）、是否對臉孔有反應（顳葉神經元）、是否與運動指令相關（運動皮質神經元）等。
• 主要應用範疇：
  • 基礎神經科學研究： 揭示特定腦區神經元對感覺、運動、認知刺激的反應特徵，是理解神經編碼 (neural coding) 的黃金標準。
  • 神經可塑性研究： 觀察神經元連接在學習和記憶過程中的變化。
  • 動物模型中的疾病研究： 研究神經系統疾病（如帕金森氏症）的神經基礎。
• 優點： 極高的時間和空間解析度（可達單個神經元和毫秒級），直接測量神經元活動。
• 局限性： 侵入性（通常僅限於動物實驗），一次只能記錄少量神經元，難以推斷全局網絡活動，不適用於人類的常規研究。

(c) 腦電波 (Electroencephalograms, EEG)

• 原理與內容：

這題要求考生說明兩個與注意力相關的神經網絡，包括它們涵蓋的主要大腦結構和功能。

核心觀念： 注意力並非由單一腦區控制，而是由多個腦區協同構成的神經網絡來實現。這些網絡在不同類型的注意力任務中發揮著關鍵作用。

(a) Dorsal frontoparietal network (背側額頂葉網絡)

• 主要大腦結構：
  • 額葉 (Frontal lobe)： 主要包括背側前額葉皮質 (dorsal prefrontal cortex, 如背外側前額葉皮質 DLPFC) 和額葉眼動區 (frontal eye fields, FEF)。
  • 頂葉 (Parietal lobe)： 主要包括後頂葉皮質 (posterior parietal cortex, PPC)，特別是頂內溝 (intraparietal sulcus, IPS) 區域。
  • 這些區域之間通過神經纖維束（如額頂葉束）相互連接。
• 功能：
  • 目標導向的注意力 (Goal-directed attention / Top-down attention)： 該網絡主要負責自主的、由內而外的 (endogenous) 注意力控制。當我們有明確的目標，需要主動尋找特定刺激或信息時，這個網絡就會被激活。
  • 空間注意力定向 (Spatial attention orienting)： 尤其在將注意力定向到特定空間位置時，DLPFC 和 PPC 協同工作，引導眼球運動（通過 FEF）和視覺搜索。
  • 工作記憶 (Working memory)： 背側前額葉皮質與維持和操作工作記憶中的信息密切相關，這對執行需要動用和更新信息的任務至關重要。
  • 行為選擇與執行： 參與根據目標和環境信息來規劃和執行行為。
• 任務類型： 在需要主動尋找特定目標（如在雜亂背景中尋找紅色的圓形）、執行複雜指令、抑制無關信息、以及進行空間搜索的任務中，該網絡的活動會增強。

(b) Right temporoparietal network (右側顳頂葉網絡)

• 主要大腦結構：
  • 顳葉 (Temporal lobe)： 主要包括顳頂交界處 (temporoparietal junction, TPJ)，特別是顳上溝 (superior temporal sulcus) 和鄰近區域。