認知心理學與認知神經科學/行為與神經科學方法
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行為 和 神經科學 方法用於深入瞭解 大腦 如何影響個人的思維、感覺和行為。有一系列方法可以用來分析大腦及其與行為的關係。眾所周知的方法包括腦電圖 (EEG)，它記錄大腦的電活動，以及功能性磁共振成像 (fMRI)，它產生大腦結構和/或活動 的詳細影像。其他方法，例如 病灶法，鮮為人知，但在當今的神經科學研究中仍然具有影響力。
方法可以分為以下幾類：解剖學、生理學和功能學。其他技術包括調節大腦活動、分析行為或計算建模。
在病灶法中，檢查腦損傷患者以確定哪些大腦結構受損以及這如何影響患者的行為。研究人員試圖透過使用報告的經驗和研究觀察結果將特定的大腦區域與觀察到的行為相關聯。研究人員可能會得出結論，大腦區域的功能喪失會導致行為改變或任務執行的缺陷。例如，頂葉-顳葉-枕葉聯合區病灶患者將表現出 失寫症，一種儘管沒有運動能力缺陷但無法書寫的疾病。如果特定大腦區域（結構 X）的損傷被證明與特定行為變化（行為 Y）相關，研究人員可能會推斷結構 X 與行為 Y 相關。
在人類中，病灶最常由腫瘤或中風引起。透過目前的大腦成像技術，可以確定中風期間受損的區域。然後可以將中風患者的功能喪失與該受損大腦區域相關聯。雖然人類的病灶研究為我們提供了對大腦組織和功能的關鍵見解，但動物的病灶研究提供了許多優勢。
首先，用於研究的動物是在受控的環境條件下飼養的，這些條件限制了受試者之間的差異。其次，研究人員能夠在病灶前後測量同一動物的任務表現。這允許進行受試者內部比較。第三，可以觀察到對照組，這些組要麼沒有接受手術，要麼在另一個大腦區域接受了手術。這些優勢還提高了正在測試的假設的準確性，這在人類研究中更難，因為前後比較和對照實驗會丟失。
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為了加強關於大腦區域和任務執行的結論，研究人員可能會進行 雙重分離。這種方法的目的是證明兩個分離是獨立的。透過比較兩個腦損傷不同且疾病模式矛盾的患者，研究人員可以將不同的行為定位到每個大腦區域。布羅卡區是大腦中負責語言處理、理解和言語產生的區域。布羅卡區病灶患者將表現出 布羅卡失語症或非流利性失語症。這些患者無法流利地說話；布羅卡區損傷患者說出的句子可能聽起來像：“我……呃……想要……啊……嗯……我……想要……呃……去衝浪……還有……呃……嗯……”。另一方面，韋尼克區負責言語理解。該區域病灶患者患有 韋尼克失語症。他們可能能夠產生語言，但缺乏產生有意義句子的能力。患者可能會產生“詞語沙拉”：“我然後做了這個奇戈幾個小時，在我達茲穿過瀰漫之後，並且是鯊克。” 韋尼克失語症患者通常意識不到言語缺陷，並可能認為自己說話正常。
當然，菲尼亞斯·蓋奇是著名的“病灶”案例之一。菲尼亞斯·蓋奇。1848 年 9 月 13 日，蓋奇，一名鐵路建築工頭，正在使用一根鐵棒將炸藥裝入一塊岩石中，當炸藥提前爆炸時，鐵棒從他的左顎穿過後穿出他的頭頂。奇蹟般地，蓋奇倖免於難，但據報道，由於他的一個或兩個 額葉 被破壞，他經歷了戲劇性的性格改變。蓋奇案例的獨特性（以及在其他患者身上重複治療的倫理不可能）使得難以從中學到普遍性，但它確實說明了病灶法背後的核心思想。進一步的問題源於蓋奇出版的報道中持續存在的扭曲——參見維基百科文章 菲尼亞斯·蓋奇.
CT 掃描是由英國工程師戈弗雷·N·豪恩斯菲爾德和南非（後來的美國）物理學家艾倫·克羅馬克於 1972 年發明的。
CT（計算機斷層掃描）是一種 X 射執行緒序，它結合了大量 X 射線影像，藉助計算機生成橫斷面檢視，並在需要時生成人體內部器官和結構的 3D 影像。一個大型甜甜圈狀的 X 射線機在人體周圍的不同角度拍攝 X 射線影像。這些影像由計算機處理以生成人體的橫斷面圖片。在這些圖片中的每一張中，身體都被視為身體的 X 射線“切片”，並被記錄在膠片上。這種記錄的影像稱為 斷層影像.
CT 掃描用於分析，例如頭部，在那裡可以識別出創傷性損傷（如血凝塊或顱骨骨折）、腫瘤和感染。在脊柱中，可以準確地定義椎骨的骨結構，以及脊髓的解剖結構。CT 掃描在定義身體器官解剖結構方面也極其有用，包括視覺化肝臟、膽囊、胰腺、脾臟、主動脈、腎臟、子宮和卵巢。人在做 CT 掃描時接受的輻射量很少。在男性和非孕婦中，它沒有顯示出任何不利影響。然而，進行 CT 測試隱藏了一些風險。如果受試者或患者懷孕，可能建議進行其他型別的檢查以降低其胎兒暴露於輻射的潛在風險。同樣，在 哮喘 或 過敏 情況下，建議避免這種型別的掃描。由於 CT 掃描需要造影劑，因此對造影劑過敏的風險很小。患有某些疾病；糖尿病、哮喘、心臟病、腎臟問題或甲狀腺疾病也會增加對造影劑反應的風險。
儘管CAT掃描是一項突破，但在許多情況下，它被磁共振成像 (MRI) 所取代，這是一種無需使用X射線、有害染料或手術就能觀察人體內部的方法。相反，它使用無線電波和強磁場來提供內部器官和組織的清晰且詳細的影像。
MRI的歷史和發展
MRI 基於一種稱為核磁共振 (NMR) 的物理現象，該現象由菲利克斯·布洛赫（在斯坦福大學工作）和愛德華·珀塞爾（來自哈佛大學）在 1930 年代發現。在這種共振中，磁場和無線電波會導致原子發出微弱的無線電訊號。1970 年，醫學博士兼研究科學家雷蒙德·達馬迪安發現了將磁共振成像作為醫學診斷工具的基礎。四年後，該技術獲得了專利，這是世界上第一項頒發在 MRI 領域的專利。1977 年，達馬迪安博士完成了第一臺“全身”MRI 掃描器的建造，他將其命名為“Indomitable”。磁共振成像的醫學應用迅速發展。第一臺用於醫療保健的 MRI 裝置出現在 1980 年代初。到 2002 年，全球約有 22,000 臺 MRI 掃描器投入使用，進行了超過 6000 萬次 MRI 檢查。
MRI 程式的常見用途
由於 MRI 提供的影像詳細且清晰，因此它被廣泛用於診斷運動相關損傷，尤其是影響膝蓋、肘部、肩膀、臀部和手腕的損傷。此外，心臟、主動脈和血管的 MRI 是一種快速、無創的工具，可以診斷動脈疾病和心臟問題。醫生甚至可以檢查心室的大小，並確定心臟病或心臟病發作造成的損傷程度。還可以使用 MRI 高度詳細地檢查肺部、肝臟或脾臟等器官。由於不涉及輻射照射，MRI 通常是檢查男性和女性生殖系統、骨盆和臀部以及膀胱的首選診斷工具。
風險
未被發現的金屬植入物可能會受到強磁場的影響。在懷孕的前 12 周通常避免進行 MRI。科學家通常對孕婦使用其他成像方法，例如超聲波，除非有強烈的醫學理由使用 MRI。
MRI 已經取得了一些進一步的發展：DT-MRI（彌散張量磁共振成像）可以測量組織中水的受限擴散，並提供其三維影像。歷史：化學家愛德華·O·斯特傑卡爾和約翰·E·坦納早在 1965 年就描述了使用磁場測量擴散的原理。在 MRI 發展之後，邁克爾·莫斯利在 1984 年將該原理引入 MR 成像，丹尼斯·勒比漢在 1985 年進行了進一步的基礎性工作。1994 年，工程師彼得·J·巴塞爾發表了對舊擴散張量模型的最佳化數學模型。[1] 該模型在今天被普遍使用，並且所有新的 MRI 裝置都支援該模型。
DT-MRI 技術利用了這樣一個事實，即腦組織中水分子在細胞膜等障礙物的限制下移動。在神經纖維中，移動只能沿著軸突進行。因此，測量擴散可以確定主要神經纖維的走行。一個擴散張量的所有資料在單個影像中處理起來太過龐大，因此有不同的技術可以視覺化這些資料的不同方面：- 橫截面影像 - 纖維束成像（主要神經纖維重建） - 張量符號（擴散張量資訊的完整說明）
患有特定中樞神經系統疾病的患者的擴散方式會以一種特徵性的方式發生變化，因此可以透過擴散張量技術識別這些疾病。腦卒中的診斷和涉及白質變化的疾病（如阿爾茨海默病或多發性硬化症）的醫學研究是主要應用。DT-MRI 的缺點是它比普通 MRI 更費時，並且會產生大量資料，這些資料首先需要透過不同的方法視覺化才能進行解釋。
fMRI（功能性磁共振成像）基於核磁共振 (NMR)。該方法的工作原理如下：所有質子數為奇數的原子核都具有核自旋。一個強磁場被放置在被測物體周圍，使所有自旋與它平行或反平行排列。在特定頻率下存在對振盪磁場的共振，該頻率可以根據原子型別計算（原子核的通常自旋被擾亂，這會感應出電壓 s (t)，之後它們返回到平衡狀態）。在這一級別，可以識別不同的組織，但沒有關於它們位置的資訊。因此，磁場的強度逐漸改變，從而在頻率和位置之間建立對應關係，並且藉助傅立葉分析，我們可以獲得一維位置資訊。結合幾種這樣的方法，例如傅立葉分析，可以獲得 3D 影像。
fMRI 的核心思想是觀察血流增加的區域。血紅蛋白會干擾磁成像，因此可以識別血氧水平依賴性 (BOLD) 增加的區域。更高的 BOLD 訊號強度來自脫氧血紅蛋白濃度的降低。fMRI 實驗通常持續 1-2 小時。受試者將在磁體中躺下，並設定特定形式的刺激，並對受試者的大腦進行 MRI 成像。第一步是對一個高解析度單掃描進行成像。這將在稍後用作突出顯示受刺激啟用的大腦區域的背景。在下一步中，會隨著時間推移進行一系列低解析度掃描，例如 150 次掃描，每 5 秒一次。在其中一些掃描中，將呈現刺激，而在另一些掃描中，刺激將不存在。可以比較兩種情況下獲得的低解析度腦影像，以檢視大腦的哪些部位被刺激啟用。其餘的分析使用一系列工具完成，這些工具可以校正影像中的失真，消除受試者在實驗過程中頭部移動的影響，並將刺激關閉時獲得的低解析度影像與刺激開啟時獲得的影像進行比較。最終的統計影像顯示出大腦中被該實驗啟用的部位的亮度。然後，這些啟用區域將作為彩色斑點顯示在原始高解析度掃描之上。該影像也可以以 3D 方式渲染。
fMRI 具有中等好的空間解析度和較差的時間解析度，因為一幀 fMRI 約為 2 秒長。然而，作為 fMRI 基礎的血流的時域響應，相對於定義神經元通訊的電訊號來說，響應速度較慢。因此，一些研究小組正在透過將 fMRI 與腦電圖 (EEG) 或腦磁圖 (MEG) 等資料收集技術相結合來解決這個問題，腦電圖 (EEG) 或腦磁圖 (MEG) 的時間解析度要高得多，但空間解析度要差得多。
正電子發射斷層掃描，也稱為 PET 成像或 PET 掃描，是一種診斷檢查，它涉及基於檢測正電子發射的輻射來獲取生理影像。它目前是檢查癌症復發最有效的方法。正電子是從注入患者的放射性物質中發射的微小粒子。這種放射性藥物被注射到患者體內，其發射物由 PET 掃描器測量。PET 掃描器由圍繞患者的一組探測器組成。PET 利用注入的放射性核素發出的伽馬射線訊號測量身體某個部位的代謝活動量，計算機將這些訊號重新組裝成影像。PET 能夠測量代謝，這對於診斷阿爾茨海默病、帕金森病、癲癇和其他神經系統疾病非常有用，因為它可以精確地說明大腦活動與正常情況不同的區域。它也是定位導致癲癇發作的大腦區域並確定手術是否為治療選擇的準確方法之一。PET 通常與 MRI 或 CT 掃描結合使用，透過“融合”來提供器官的完整三維檢視。
我們之前提到的方法都考察了大腦的代謝活動。但也有其他情況，人們希望測量大腦的電活動或由電活動產生的磁場。我們之前討論過的方法在識別大腦活動發生的位置方面做得很好。這些方法的缺點是它們不能以毫秒為單位測量大腦活動。電磁記錄方法可以做到這一點，例如透過單細胞記錄或腦電圖 (EEG)。這些方法可以非常快地測量大腦活動，並且可以持續更長時間，從而提供非常好的時間解析度。
使用單細胞方法時，將電極放置在大腦中我們想要關注的細胞中。現在，實驗者可以記錄接觸到暴露的電極尖端的細胞的電輸出。這對於研究細胞靜息電位背後的離子電流很有用。然後，研究人員的目標是確定例如，該細胞是否只對來自世界特定細節的感覺資訊做出反應，或者對許多刺激做出反應。因此，我們可以確定該細胞是否只對一種感覺方式的輸入敏感，或者對多種感覺方式的輸入敏感。人們還可以找出刺激的哪些特性會導致這些區域的細胞放電。此外，我們可以找出動物對特定刺激的注意力是否會影響細胞的反應。
單細胞研究對於研究人腦並不十分有用，因為它太侵入性了，無法成為一種常見方法。因此，這種方法最常用於動物。只有在少數情況下，單細胞記錄也應用於人類。患有癲癇的人有時會切除癲癇組織。在手術前一週，電極被植入大腦或在手術期間放置在大腦表面，以便更好地隔離癲癇發作活動的來源。因此，使用這種方法可以降低切除有用組織的可能性。由於這種方法在人類身上的侷限性，還有其他方法可以測量電活動。我們將在下面討論這些方法。
腦電圖 (EEG) 可能是研究大腦活動最著名的技術之一。大多數人可能知道它是一種在臨床上用於檢測異常活動（如癲癇和疾病）的技術。
腦電圖 (EEG) 是透過腦電圖獲得的，腦電圖收集從頭皮收集的人腦產生的微弱生物電並放大記錄。腦電圖的測量，即 EEG 測量，反映了大腦中離子神經元流動產生的電壓波動。EEG 是腦部疾病的一種診斷方法，但由於它容易受到干擾，因此通常與其他方法結合使用。
EEG 最常用於診斷癲癇，因為癲癇會導致異常的腦電圖讀數。它也用於診斷睡眠障礙、昏迷、腦血管病等，以及腦死亡。腦電波已被用作一線方法來診斷腫瘤、中風和其他局灶性腦部疾病，但隨著高解析度解剖成像技術（如核磁共振成像 (MRI)）的出現，這種方法的使用已有所減少。以及計算機斷層掃描 (CT)。與 CT 和 MRI 不同，EEG 具有更高的時間解析度。因此，儘管 EEG 的空間解析度有限，但它仍然是研究和診斷的寶貴工具，尤其是在確定需要毫秒級時間解析度的研究時。
| 名稱 | 頻率 (Hz) | 關於 |
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以實驗的方式，該技術用於顯示大腦在特定心理狀態下的活動，例如警覺或嗜睡。為了測量大腦活動，將腦電圖電極放置在頭皮上。每個電極，也稱為引線，會進行自己的記錄。接下來，需要一個參考點，提供一個基線，以便將該值與每個記錄電極進行比較。該電極不能覆蓋肌肉，因為肌肉的收縮是由電訊號引起的。通常它被放置在耳朵後面的“乳突骨”上。
在腦電圖過程中，電極的放置方式如下。在右半球，電極用偶數編號標記。奇數用於左半球的電極。中線的電極用 z 標記。大寫字母代表電極的位置（C=中央，F=額葉，Fop=額極，O=枕葉，P=頂葉和 T=顳葉）。
在將每個電極放置在正確的位置後，可以測量電位。該電位具有特定的電壓，以及特定的頻率。因此，根據人的狀態，腦電圖訊號的頻率和形式會有所不同。如果一個人處於清醒狀態，可以識別出β波活動，這意味著頻率相對較快。在某人即將入睡之前，可以觀察到α波活動，其頻率較慢。最慢的頻率稱為δ波活動，發生在睡眠期間。患有癲癇的患者在腦電圖記錄中可以觀察到放電幅度的增加。此外，腦電圖也可以用來幫助回答實驗問題。例如，在情緒方面，人們可以發現，在抑鬱症的情況下，右額葉區域的α波抑制比左額葉區域更大。由此可以得出結論，抑鬱症伴隨著右額葉區域比左額葉區域更大的啟用。
腦電圖的缺點是電導率，因此測量的電位在不同的人之間以及隨著時間的推移而存在很大差異。這是因為所有組織（腦組織、血液、骨骼等）對電訊號的傳導率都不同。這就是為什麼有時無法清楚地知道電訊號來自大腦的哪個區域。
雖然腦電圖記錄提供了大腦活動的連續測量，但事件相關電位 (ERP) 是與事件發生相關的記錄。例如，刺激的呈現就是一個這樣的事件。當呈現刺激時，放置在人頭皮上的電極會記錄由電極下方數千個神經元產生的腦部變化。透過測量大腦對事件的反應，我們可以瞭解不同型別的資訊是如何處理的。例如，表示單詞 “吃” 或 “烤” 會在大約 200 毫秒時產生一個正電位。由此可以得出結論，我們的大腦在呈現單詞後 200 毫秒處理這些單詞。這個正電位之後是一個大約 400 毫秒的負電位。這個電位也稱為 N400（其中 N 代表負，400 代表時間）。因此，總的來說，我們可以說有一個字母 P 或 N 來表示電訊號偏轉是正的還是負的。以及一個數字，代表刺激呈現後，平均多少百毫秒後該成分出現。事件相關電位對研究人員特別感興趣，因為響應的不同成分表明認知處理的不同方面。例如，呈現句子“貓不會吃”和“貓不會烤”，單詞“吃”的 N400 反應比單詞“烤”的 N400 反應更小。由此可以得出結論，我們的大腦需要 400 毫秒來記錄有關單詞含義的資訊。此外，人們可以找出這種活動發生在大腦中的哪個位置，即如果觀察到接收最大響應的電極在頭皮上的位置。
腦磁圖 (MEG) 與腦電圖 (EEG) 有關。然而，腦磁圖 (MEG) 並沒有記錄頭皮上的電位，而是利用頭皮附近的磁位來反映大腦活動。為了定位偶極子，可以使用磁場，因為偶極子可以很好地顯示磁場的強度。透過使用被稱為 SQUID（超導量子干涉器件）的裝置，人們可以記錄這些磁場。
腦磁圖 (MEG) 主要用於定位癲癇活動的來源，以及定位初級感覺皮層。這很有用，因為透過定位它們，可以在神經介入期間避免它們。此外，腦磁圖 (MEG) 可用於更多地瞭解神經生理學的基礎，例如精神分裂症等精神疾病。此外，腦磁圖 (MEG) 也可用於檢查各種認知過程，例如語言、物體識別和空間處理等，這些過程發生在神經完整的人身上。
MEG 比 EEG 有一些優勢。首先，與腦組織、腦脊液、顱骨和頭皮中的電流相比，磁場受傳導的影響更小。其次，磁場強度可以告訴我們腦部來源的深度。然而，MEG 也有一些缺點。大腦中的磁場大約是地球磁場的 1 億分之一。因此，需要用鋁製成的遮蔽室。這使得 MEG 更昂貴。另一個缺點是 MEG 無法檢測到大腦中某些方向的細胞活動。例如，由長軸垂直於表面的細胞產生的磁場將是不可見的。
歷史： 經顱磁刺激 (TMS) 是一種調節大腦活動的重要技術。第一個現代 TMS 裝置是由安東尼·貝克於 1985 年在謝菲爾德開發的，經過 8 年的研究。從那時起，該領域發展迅速，許多研究人員使用 TMS 來研究各種大腦功能。如今，研究人員還試圖開發 TMS 的臨床應用，因為它對大腦活動有持久的影響，因此被認為是抗抑鬱藥物的可能替代方案。
方法： UMTS 利用電磁感應原理作用於孤立的腦區。線圈電磁體固定在受試者的頭部。當誘導活體腦組織中發生微小、區域性和可逆的改變時，尤其是直接位於運動皮層下方的部分會受到影響。透過改變神經元的放電模式，會使受影響的大腦區域失能。重複 TMS (rTMS) 如其名稱所示，是指以高頻施加許多短暫的電刺激，比 TMS 更常見。這種程式的效果可持續數週，該方法在大多數情況下與測量方法結合使用，例如：詳細研究其效果。
應用： TMS 方法比單獨的測量方法能夠更多地證明某些腦區的功能。它是一種非常有用的方法，用於繪製運動皮層的圖譜。例如：在對前額葉皮層施加 rTMS 的同時，患者無法建立短期記憶。這表明前額葉皮層直接參與短期記憶的過程。相比之下，單獨的測量方法只能研究過程之間的相關性。由於早期研究已經認識到 TMS 會導致視覺感知抑制、言語停滯和感覺異常，因此 TMS 已被用來繪製運動皮層以外其他區域的特定大腦功能。幾個小組已將 TMS 應用於研究視覺資訊處理、語言生成、記憶、注意力、反應時間，甚至更微妙的大腦功能，如情緒和情感。然而，TMS 對大腦的長期影響尚未得到充分研究，因此尚未在人類的更深層腦區（如下丘腦或海馬體）進行實驗。儘管 TMS 作為各種神經精神疾病治療工具的潛在效用正在迅速增加，但其在抑鬱症中的應用是迄今為止研究最廣泛的臨床應用。例如，1994 年，喬治和瓦瑟曼假設間歇性刺激重要的前額葉皮層腦區也可能導致神經元功能的下游變化，從而導致抗抑鬱反應。再次，該方法的效果尚不清楚，因此目前無法在臨床治療中使用。儘管目前還不能確定 TMS 是否具有長期的治療效果，但這項工具無疑為各種精神疾病的臨床探索和治療開闢了新的希望。進一步瞭解正常的心理現象以及 TMS 如何影響這些區域似乎對於進步至關重要。一個非常重要的領域，最終將指導臨床引數，是將 TMS 與功能性成像結合起來，直接監測 TMS 對大腦的影響。由於 TMS 在不同頻率下對大腦活動具有不同的影響，因此 TMS 與功能性腦成像相結合將有助於更好地描繪出各種精神疾病的行為神經心理學，以及大腦中一些病理生理迴路。
經顱直流電刺激： tDCS 的原理與 TMS 技術類似。與 TMS 一樣，這是一種無創且無痛的刺激方法。透過施加微弱的電流來調節腦區的興奮性。
歷史和發展： 人們首先觀察到，施加在頭骨上的電流會導致疼痛緩解。羅馬皇帝克勞狄的御醫斯克裡波尼烏斯·拉爾格斯發現，電鰩釋放的電流對頭痛有積極作用。在中世紀，另一種魚，電鯰，的同一種特性被用來治療癲癇。大約在 1800 年，出現了所謂的動物電現象（它與今天的生物電學效應有關）。像喬瓦尼·阿爾迪尼這樣的科學家用電學效應進行大腦實驗。他發現的醫學應用是治療憂鬱症。在 20 世紀，神經學家和精神科醫生將電刺激作為治療多種精神疾病（如烏戈·切爾萊蒂的電休克療法）的一種有爭議但普遍使用的方法。
機制： tDCS 透過將兩個電極固定在頭骨上起作用。大約 50% 的施加在頭骨上的直流電到達大腦。直流電池施加的電流通常在 1 到 2 mA 左右。大腦區域活動的調節取決於電流值、刺激持續時間和電流流動方向。前兩者主要影響調節強度及其在實際刺激之外的永續性，而後者則區分調節本身。電流的方向（陽極或陰極）由電極的極性和位置決定。在 tDCS 中，存在兩種不同的刺激方式。在陽極刺激中，陽極靠近要刺激的腦區，陰極刺激的陰極靠近目標區域，反之亦然。陽極刺激的作用是，正電荷導致施加的腦區的膜電位去極化，而陰極刺激由於施加的負電荷而導致超極化。因此，大腦活動被調節。陽極刺激導致受刺激腦區活動普遍升高。這一結果也可以用 MRI 掃描進行驗證，其中目標區域血流增加表明陽極刺激成功。
應用： 從 TMS 方法的描述中，應該很明顯，存在各種應用領域。它們從識別和整合具有認知功能的腦區到治療精神疾病。與 TMS 相比，tDCS 的優勢在於，它不僅能夠透過降低大腦活動來調節大腦活動，而且還能夠增加目標腦區的活動。因此，該方法可以為治療抑鬱症等精神疾病提供更合適的治療方案。tDCS 方法還已被證明有助於腦卒中患者，透過促進運動技能。
除了使用方法來測量大腦的生理和解剖結構外，擁有分析行為的技術也很重要，以便更好地瞭解認知。與專注於腦區神經元活動的腦科學方法相比，行為方法側重於受試者的公開行為。這可以透過明確定義的行為方法（例如眼動追蹤）、測試電池（例如智商測試）或旨在回答有關人類行為的特定問題的測量來實現。此外，行為方法通常與上面提到的所有型別的腦科學方法結合使用。只要對刺激（例如圖片）有明顯的反應，這些行為方法就很有用。行為測試的另一個目標是檢查中樞神經系統損傷在多大程度上影響認知能力。
進行測試是為了回答有關人類行為的某些問題。為了找到問題的答案，必須制定測試策略。首先，必須仔細考慮如何以最佳方式設計測試，以便測量結果能夠準確地回答最初的問題。如何進行測試才能使影響變數最小化，並將重點真正放在問題上？找到合適的測試安排後，下一步是定義測試變數。現在進行測試，並可能重複進行，直到收集到足夠的資料。下一步是使用合適的統計方法評估所得資料。如果測試顯示出顯著的結果，那麼可能會出現關於行為背後的神經元活動的其他問題。然後，腦科學方法對於研究相關的大腦活動很有用。事實證明，能夠為有關受試者認知能力的某些重複性問題提供良好證據的方法可以彙集到一個測試電池中。
示例：問題：嘈雜的環境會影響解決特定問題的能力嗎？
可能的測試設計：讓一半的受試者在安靜的環境中解決與另一半在嘈雜的環境中解決的相同任務。在這個例子中，影響變數可能是參與者的不同認知能力。測試變數可能是解決問題所需的時間和噪聲的響度等。如果統計評估顯示出顯著性：可能出現的進一步問題：噪聲如何在神經元層面上影響大腦活動？
您是否對自行進行行為測試感興趣，請訪問：socialpsychology.org 網站。[2]
神經心理學評估使用測試電池，透過分析各種認知能力來概述一個人的認知優勢和劣勢。神經心理學家使用神經心理學測試電池來評估可能由發育、神經或精神問題引起的腦功能障礙。這些電池可以評估各種心理功能和一個人的整體智力。
首先，有一些測試電池旨在評估一個人是否患有腦損傷。它們通常在區分有腦損傷者和神經功能障礙者方面效果良好，但在區分他們與精神障礙者方面效果較差。最受歡迎的測試，**Halstead-Reitan 電池**，評估的能力範圍從基本感覺處理到複雜推理。此外，Halstead-Reitan 電池提供了有關損傷原因、受損腦區以及損傷階段的資訊。這些資訊對於制定康復計劃很有價值。另一個測試電池，**Luria-Nebraska 電池**，管理速度是 Halstead-Reitan 的兩倍。它的子測試按 12 個內容量表（例如運動功能、閱讀、記憶等）排序。這兩個測試電池不僅關注絕對效能水平，而且也關注效能的定性方式。這使得對認知障礙有更全面的瞭解。
另一種型別的測試電池，即所謂的智商測試，旨在測量個人的整體認知表現。最常用的智力評估測試是**韋氏智力測驗系列**。對於 2 歲 6 個月的小孩、學齡兒童和成人，都有適合年齡的測試版本。例如，韋氏兒童智力測驗第五版 (WISC-V) 測量了 6 至 16 歲兒童的各種認知能力。該測試包含多個子測試，形成了 5 個不同的主要認知表現指標。這些主要結構是言語推理能力、歸納推理能力、視覺空間處理能力、處理速度和工作記憶。效能分析既與同齡人的規範樣本進行比較，也與受試者自身進行比較，評估個人優勢和劣勢。
分析行為和認知的另一個重要程式是眼動追蹤。這是一種測量我們正在看的位置（注視點）或眼睛相對於頭部運動的程式。有不同的技術可以測量眼睛的運動，而進行追蹤的儀器被稱為追蹤器。第一個非侵入式追蹤器是由 George Buswell 發明的。
眼動追蹤是一個有著悠久歷史的研究，可以追溯到 19 世紀。1879 年，Louis Emile Javal 發現閱讀並不涉及眼睛沿文字平滑掃視，而是涉及一系列被稱為注視的短暫停頓。這一觀察是早期嘗試之一，旨在檢驗眼睛感興趣方向。Alfred L. Yarbus 在 1967 年發表了一本關於眼動追蹤的重要研究的著作，這本書是迄今為止被引用最多的眼動追蹤出版物之一。眼動追蹤程式並不複雜。基於影片的眼動追蹤儀經常被使用。攝像頭對準一隻或兩隻眼睛，並在觀察者注視某些刺激時記錄其運動。最先進的眼動追蹤儀使用對比度來定位瞳孔的中心，並使用紅外或近紅外非準直光產生角膜反射。
眼動追蹤技術也分為兩種主要型別。第一種，**明亮瞳孔**，是一種與紅眼效應類似的效果，當光源從光路開始時會出現，而當光源從光路偏移時，瞳孔看起來是暗的（**黑暗瞳孔**）。明亮瞳孔在虹膜和瞳孔之間創造了很大的對比度，允許在從黑暗到非常明亮的光照條件下進行追蹤，但對於戶外追蹤並不有效。眼動追蹤設定技術也有所不同。一些是頭戴式的，一些需要頭部保持穩定，一些在運動過程中會自動追蹤頭部。大多數眼動追蹤儀的取樣率為 30 赫茲。但是，當我們有快速眼球運動時，例如在閱讀過程中，追蹤器必須以 240、350 甚至 1000-1250 赫茲的速度執行才能捕捉到運動細節。眼球運動分為注視和掃視。當眼球運動在某個位置暫停時，就會發生注視，而當眼球運動到另一個位置時，就會發生掃視。由此產生的注視和掃視序列被稱為掃描路徑。有趣的是，眼睛接收的大多數資訊是在注視期間獲得的，而不是在掃視期間獲得的。在閱讀文字時，注視持續大約 200 毫秒，在檢視場景時持續大約 350 毫秒，而掃視到新目標大約需要 200 毫秒。掃描路徑用於分析認知意圖、興趣和顯著性。
眼動追蹤有廣泛的應用範圍 - 它被用來研究各種認知過程，主要是視覺感知和語言處理。它也被用於人機互動。它對市場營銷和醫學研究也有幫助。近年來，眼動追蹤在商業領域引起了極大的興趣。商業眼動追蹤研究向消費者展示目標刺激，同時使用追蹤器記錄眼睛的運動。一些最新的應用是在汽車設計領域。眼動追蹤可以分析駕駛員在駕駛過程中的注意力水平，防止睏倦導致事故。
認知神經科學中使用的另一種主要方法是使用**神經網路**（計算機建模技術）來模擬大腦及其過程的活動。這些模型幫助研究人員測試**神經心理學**功能的**理論**，並推匯出觀察大腦-行為關係的原理。
為了模擬人類的**心理功能**，可以使用各種**計算模型**。大多數此類模型的基本組成部分是“單元”，可以想象成表現出類似神經元的行為。這些單元從其他單元接收輸入，這些輸入被求和以產生淨輸入。然後，單元的淨輸入被轉換為該單元的輸出，主要利用**S 型函式**。這些單元連線在一起形成層。大多數模型包含一個輸入層、一個輸出層和一個“隱藏”層，如右側所示。輸入層模擬從外部世界獲取資訊，輸出層模擬系統的響應，“隱藏”層負責進行必要的轉換，以便執行正在研究的計算。不同層級的單元透過連線權重連線，連線權重顯示一個層級中的單元對另一個層級中的單元的影響程度。
這些模型中最有趣和最重要的方面是它們能夠在沒有提供特定規則的情況下“學習”。這種“學習”能力可以與人類學習**母語**的能力進行比較，因為沒有人會告訴一個人“規則”以便能夠學習這種語言。計算模型透過反覆接觸提取關係的規律性來學習。這種接觸然後透過“訓練”發生，其中輸入模式被反覆提供。如上所述，調整“單元之間的連線權重”負責系統內的學習。學習是由於單元之間相互關係的變化而發生的，這種變化被認為在**神經系統**中是相似的。
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