第2章　实验研究的基本问题

2.1　复习笔记

一、实验研究的变量

变量是指在数量上或质量上可变的事物的属性。前者为连续变量，后者为非连续变量。实际上，实验中的变量有两类，一类是实验条件，另一类是在这些实验条件下产生的结果，即因变量。在实验条件中，一类是对因变量不产生影响的实验条件，称为无关变量；另一类是对因变量产生影响的实验条件，称为相关变量（relevant variable）。相关变量中实验者研究的变量就是自变量，而实验者不研究的相关变量称为额外相关变量或简称为额外变量（extraneous variable），也称为控制变量（controlled variable）。

（一）变量：实验的基本特征

1．变量是构成实验三大要素（假设、变量、控制）中的关键要素，是实验的核心。它作为心理学实验的基本特征决定了实验必须操纵环境以产生变化。

2．实验中要求系统操纵环境并观察因此导致的行为变化。系统操纵环境要求对环境的操纵至少要有两个水平。通过比较被试在这两个环境水平下的反应来判断环境的改变是否导致了行为的变化。

3．实验研究就是对各种变量的操纵、控制、观察和比较等的过程，变量是实验研究最基本的问题。“改变”“比较”是实验研究最基本的逻辑和基本特征。

（二）自变量

自变量即实验中实验者所操纵的、对被试的反应产生影响的变量。

1．自变量的分类

（1）作业变量：作业指实验中被试的任务，或者实验中所呈现的、和被试任务有关的某种刺激，若把这些任务的任何特性作为自变量来操纵，则这种自变量就是一种作业变量。

（2）环境变量：当被试进行某种作业时，如果改变实验环境的任何特性，则改变了的环境特性即环境自变量。例如，实验室的照明情况。

（3）被试变量：可能影响对某种刺激做出反应的被试的特性因素称为被试变量。这些因素包括：被试的性别、年龄、智力、教育水平、人格特征、态度、内驱力等。其中有的是实验者可以主动操纵加以改变的，如内驱力；有的是被试本身固有，不能主动操纵，只能进行测量的，如智力等。

2．对自变量的操纵

实验者在具体实验中根据实验目的选择合适的自变量，并对其进行操纵改变，即对其进行控制，它主要经历以下两个步骤：

（1）对自变量下操作定义：操作定义由美国物理学家布里奇曼提出，他主张一个概念应由测定他的程序来下定义。那么在心理学上，对一个心理现象根据测定它的程序下定义就叫做操作定义。操作定义明确了自变量的内涵，同时也指出了自变量操纵的方法。

（2）确定自变量的各个水平：自变量的水平，即指自变量的一个取值（或操纵结果）。因素型实验的自变量一般不超过4个水平，并尽量使自变量全距较大，各水平在全距上分布平均。函数型实验的自变量水平较多，若预期实验考察的是线性函数关系，可取3～5个水平；若关于更复杂函数关系的，则至少需要5个水平。若预期自变量和因变量的关系接近于线性函数，则各水平平均分布即可；若预期自变量和因变量符合对数函数关系，则各水平间的间距应按对数单位变化。

（三）因变量

因变量是指在实验中，由操纵自变量而引起的被试的某种特定反应。

1．对因变量的测量

对于因变量的测量既有客观指标，又有主观指标。

（1）客观指标

客观指标主要有：①反应速度，如简单反应时；②反应速度的差异；③反应的正确性，如选择反应的正确次数；④反应标准，如信号检测理论中的报告标准C；⑤反应的难度，如斯金纳箱的难度等级。

（2）主观指标

主观指标主要指被试的口语记录。它是指被试在实验时对自己心理活动进程所作叙述的记录，或在实验之后，被试对主试提出问题所作回答的记录。

2．对因变量的控制

对因变量的控制主要是如何精确客观地记录因变量的变化。用于因变量控制的主要方法有：

（1）反应控制

其目的是让被试的反应确实发生在实验者感兴趣的因变量维度上。在人作为被试的实验中，对反应的控制往往是通过指导语实现的，指导语是心理实验中主试给被试交代任务时说的话，指导语能够控制被试的反应。心理学实验中，规范的指导语应符合内容确定、完全、简单明确、标准化的要求。

（2）选择恰当的因变量指标

一个恰当的因变量指标必须满足以下标准：有效性（效度），即指标充分代表当时的现象或过程的程度；客观性，即此指标是客观存在的，并可以通过一定的方法观察到；数量化，指标数量化后便于记录、统计及比较。

（3）避免量程限制

主要指天花板效应和地板效应，这两种效应是指反应指标的量程不够大，而造成反应停留在指标量表的最顶端或最低端，致使指标的有效性遭受损失。通常的避免措施是：先通过实验设计避免极端的反应，然后再通过测试少量的先期被试来考察他们对任务操作的反应情况。若被试的反应接近指标量程的顶端或底端，那么实验任务就需修正。

（四）控制变量

对自变量产生影响的额外变量，由于实验者必须控制其对因变量的影响，因此又叫控制变量。

1．心理学实验中典型的额外变量

在实验中，主试（实验者）和被试之间可能存在着某种干扰实验、使实验结果发生混淆的相互作用。这种相互作用可能带来一些额外变量。主要表现为两个方面：

（1）实验者效应：主试在实验中可能以某种方式（如表情、手势、语气等）有意无意地影响被试，使他们的反应附和实验者的期望的现象。

（2）要求特征：被试自发地对实验者的实验目的产生一个假设或猜想，然后再以一种自以为能满足这一假想的实验目的的方式进行反应的现象。要求特征的典型例子是霍桑效应和安慰剂效应。

2．额外变量的控制

在心理学实验中，对额外变量的控制技术主要有：

（1）排除法：指把额外变量从实验中排除出去的控制方法。如，双盲法。

（2）恒定法：旨在使额外变量在实验过程中保持恒定不变的控制方法。

（3）匹配法：是使实验组和控制组中的被试属性相等的一种方法。使用匹配法时，先要测量所有被试身上与实验任务呈高相关的属性；然后根据测得结果将被试分成属性相等的实验组和控制组。

（4）随机化法：随机化指把被试随机地分派到各处理组中去的一种实验技术。理论上讲，随机化法是控制额外变量的最佳方法，随机化法不会导致系统性偏差，能够控制难以观察的中介变量（如动机、情感、疲劳、注意等）。不仅能应用于被试，也能应用于刺激呈现和实验顺序的安排。

（5）抵消平衡法：抵消平衡法是采用某些综合平衡的方法，使额外变量的效果互相抵消，达到控制额外变量目的的一种实验技术。常见的抵消平衡法有ABBA法和拉丁方设计法。

（6）统计控制法：属于实验后控制技术，即在实验完成后通过一定的统计技术来事后避免实验中额外变量的干扰的控制方法，常用的统计控制法包括：协方差分析，剔除极端数据，或分别加权等事后控制技术。但是，统计控制是在实验前控制难以起到完全效果时的补充手段，而不可能取代实验前控制的重要地位。

二、实验研究的设计

实验设计的目的在于尽可能减少额外的或未控制的变量，从而增加实验产生有效的一致结果的可能性。实验设计是实验成功的关键。从实验变量角度，实验设计涉及三个基本问题：实验采用多少自变量和因变量？各自变量内又采用多少处理水平？如何将被试分配到各自变量的各处理水平中？

（一）多变量设计

多变量设计即在一个实验中包含有两个或两个以上的自变量或因变量的实验设计，它适用于有着许多影响因素、复杂多变的心理现象的研究。多变量设计包括多自变量和多因变量两种情况。

1．多自变量实验设计

（1）多自变量实验设计：指在一个实验中包含两个或两个以上自变量（因素）的实验设计。典型的心理学实验往往同时操纵二到四个自变量。

（2）主效应：实验中由一个因素的不同水平引起的变异叫因素的主效应。

（3）交互作用：当一个自变量产生的效果在第二个自变量的每一水平上不一样时，交互作用就发生了。在一个有n个因素（自变量）的实验中，交互作用数==处理效应总数－主效应数=。

（4）简单效应（简单主效应）：在因素实验中，一个因素在另一个因素的水平上的差异效应称作简单效应。

（5）多自变量实验的优点：效率高，实验控制好，可获得交互作用。

2．多因变量实验设计

（1）多因变量实验：指在一个实验中包含有两个或两个以上因变量的实验设计。

（2）多因变量实验的优点：增加普遍性。多个因变量指标之间可能存在交互作用。借由多元统计分析技术，研究者不但可以对每一个单独的因变量进行分析，还可以对多个相互联系因变量的联合体进行分析，从而得到多个单因变量实验无法提供的信息。

（二）被试间设计和被试内设计

1．被试间设计

被试间设计的特点是每个被试只接受一个自变量水平的处理（简称一种实验处理或一个实验条件）。被试间设计一般主要采用匹配和随机化这两种分组技术来解决等组问题。

（1）匹配

①定义

匹配是指将被试按某一个或几个特征上水平的相同或相似加以配对，然后再把每一对中的每个被试随机分配到各个组别的实验技术。

②步骤

先对所有被试进行前测，然后根据前测的作业分数进行匹配。匹配时，前测的内容必须和实验作业高度相关。前测作业一般有两种：一种是和实验作业有高度相关的其他作业；另一种是利用被试实验作业的初期表现（通常，同一作业两个阶段的行为表现是相关的）。得到前测分数后，就可以根据这个成绩进行匹配分组。

③在实施时遇到的问题

a．实验者不可能在每一个特征上都进行匹配，因此，匹配往往是不完全的；

b．匹配法往往耗费大量的工作量；

c．当多个匹配特征之间存在交互作用时，可能混淆实验结果；

d．匹配法需要防止回归假象的介入。回归假象是指在许多测量情形中，第一次测验时的高分组和低分组这两个极端组的分数在第二次测量时向平均数回归：高分组的得分比第一次低些，低分组的则高些。

（2）随机化

随机化是被试间设计中较为常用的分组方法。即是把被试随机地分配到不同的组内接受不同的自变量处理的实验技术。其统计学前提是：各随机被试组在未经受不同处理之前是相等的，即使有差异也是在统计允许的限度以内的随机误差。

（3）对被试间设计的评价

①优点：处理方式之间不存在相互影响或干扰。

②缺点：所需要的被试数量巨大；很难分辨出因变量的变化是由于被试间的差异所致，还是由于自变量的变化所致，而匹配和随机化技术也只是尽可能地缓解而不是根治这一问题。

　 2．被试内设计

　 被试内设计的特点是所有的被试都会受到每一水平自变量的影响。

（1）被试内设计的平衡技术

①定义

平衡是指在实验中为了消除或减少实验顺序效应而采用一些系统地改变实验处理顺序呈现技术的设计。其逻辑是尽量让被试在所有顺序下接受处理，使得各处理下结果的不同归因于自变量而非顺序。

②常用的平衡设计技术

a．ABBA设计：适用于自变量的水平只有两个时（分别用A和B表示）的情况，被试要按照ABBA的顺序接受4次实验处理，两次A条件，两次B条件。这样，A在B之前和之后各一次，反之亦然。该设计在理论上能有效平衡成线性系统变化的时间顺序误差。

当时间顺序误差不是线性系统变化的时（例如有些实验会出现初期练习效应），要考虑以下两种改进方案：一是在实验正式开始之前，让被试按实验要求做一些练习，由于被试接受了一些练习，在实验处理引进之前，因变量一直保持稳定；另一种办法是使用几种平衡设计（例如，一半被试按一种设计进行，而另一半则按相反的设计进行）。

b．拉丁方设计：当自变量的水平有两个以上时，使用平衡的拉丁方设计。一个平衡的拉丁方是一个两维矩阵，其中列表示自变量水平，行表示被试。

建立拉丁方的步骤取决于自变量的水平是奇数还是偶数。当自变量的水平是偶数时，需要一个方阵，而当自变量的水平是奇数时，则需要两个方阵，其中第二个方阵与第一个方阵正好相反。

　 （2）被试内设计的评价：

①优点

节省了被试人数，且不会受到来自被试个体差异的困扰，能更好的考察实验组和控制组之间的差异。

②缺点

被试内设计往往需要平衡，因此如果在某些情况下平衡设计难以应用，那就意味着被试内设计也无法适用。差异延续效应就是这类情况的代表，它是指自变量中一个水平的处理可能会完全改变其另一水平的处理时所发生的情况，那么这时以往的平衡技术已很难对付这种因不同处理水平间较为持久的相互作用了。

当被试内和被试间两种设计都适用时，研究者提出更倾向于使用被试内设计。因为它最大优点是：更有力或更敏感，其由被试变异性而导致误差的可能性比被试间设计小。

（三）小样本设计

1．定义

小样本设计是被试内设计的一种变式。实验时向人数较少的被试或单个被试呈现自变量的不同水平或处理方式。由于测验的被试人数很少，因此需要在相当经济和高度控制的实验中对每一个被试进行大量观察并记录。

2．具体方法

（1）ABA设计

ABA设计可以较好地区分实验自变量的效果和时间顺序等其他因素的效果，从而进一步解决AB设计中常会发生的混淆问题。

（2）多基线设计

ABA设计得以顺利进行的一个前提是，B阶段的治疗效果不应该是持久的，因为只有这样，当治疗结束后，被试的行为才能回到治疗前的基线状态。然而，这一前提经常无法满足，即很难消除治疗的痕迹而回到从前的状态。基于此，研究者提出了多基线设计。

①内在逻辑

当一种行为或一个被试正在接受处理时，另一种行为或另一个被试仍处于基线条件下。如果这种未受处理的行为在自变量引进之前保持稳定，然后随自变量的变化而变化，则认定是自变量而不是一些碰巧在观察期内发生变化的其他因素导致了该行为的改变。

②设计程序

找到一个或若干个与所要研究的行为（或被试）接近的行为（或被试），在不同时间内对它们引入同一自变量的处理（治疗），也就是不同的行为（或不同的被试）在引入自变量之前有长短不等的基线期，从而可以将自变量的影响和时间的因素逐阶段地演示出来，以便于研究者最终确定被试行为变化的真正原因和自变量处理的真实效果。

③多基线设计的种类

多基线设计分为被试内多基线设计和被试间多基线设计。在几个不同的基线阶段比较同一被试的不同行为称为被试内多基线设计；而在几个不同的基线阶段比较不同被试的同一行为则称为被试间多基线设计。

3．对小样本设计的评价

（1）优点

①采用一个或为数极少的被试便可进行科学研究，探讨变量之间的因果关系；

②无须采用统计方法处理分析数据，仅用图示法便可表明研究结果；

③内在效度极高。

（2）缺点

①结果概括度有局限性；

②费时甚长；

③长期重复的测验可能会造成练习效应；

④无法研究多个自变量的交互作用。

（四）准实验设计

1．定义

准实验设计即指未对自变量实施充分控制，但使用真正实验的某些方法搜集、整理以及统计分析数据的研究方法。准实验设计能够在严格实验无法进行的时候取得结果。

2．具体方法

选择某个特征（自变量）不同的被试，然后将这些在该自变量不同水平的被试行为加以比较。典型的准实验常用被试变量作为自变量，如天生的被试变量（年龄、性别、种族、种群）、社会引起的被试属性（社会阶层、宗教或居住区）、疾病以及与疾病有关的被试因素（肢体残缺、智力残疾、脑外伤、灾难后果）等。实验者只能选择在这个被试变量上有差异的被试，而不能改变，并且很难保证他们在其他相关变量上相等。

3．对准实验设计的评价

（1）优点

弥补了严格意义上实验研究的不足，使研究者能够在道德和能力的限制范围内尽可能地关注感兴趣的问题。

（2）缺点

本质上是一种相关研究，难以进行因果推论。

（五）总结

　 在力所能及的情况下利用多变量实验，可以揭示更多的信息。根据实际情况选择被试间设计或被试内设计；在被试极端缺乏的情况下，借助小样本设计同样能够得到有说服力的结论；准实验设计保证了在实验无法进行时，仍能借鉴实验研究的思想进行有价值的工作。

三、实验研究的效度和信度

（一）实验研究的效度

1．实验效度的定义

　 实验效度是指实验方法能达到实验目的的程度，也就是实验结果的准确性和有效性程度。实验效度主要包括内部效度和外部效度。这两者的前提是实验具有良好的构思效度，即研究题目的来源具有一定的重要性和独特性，对实验研究中的自变量和因变量给出严格的操作定义，并对自变量的操作水平和因变量的测量指标做出明确的界定。

2．内部效度

（1）内部效度的定义

实验的内部效度是指实验中的自变量与因变量之间因果关系的明确程度。如果在实验中，当自变量发生变化时因变量随之发生改变，而自变量恒定时因变量则不发生变化，也就是说确实是自变量而不是其他因素引起了因变量的变化，那么这个实验就具有较高的内部效度。由此可知，内部效度与无关变量的控制有关。当实验中未得到控制的无关变量越多时，因变量的变化不是由自变量引起的可能性就越大，实验的内部效度就越低。当实验结果未受到任何其他变量的干扰，自变量与因变量的因果关系明确时，实验的内部效度就是高的。

　 （2）内部效度的影响因素

①主试－被试间的相互作用：主要指要求特征和实验者效应。

心理学实验中，有效消除主试—被试间不恰当的相互作用的通用手段是双盲实验法。即主试和被试都不清楚实验的具体目的，因而可最大程度地避免主试的暗示和被试的顺从。

②统计回归：即测量分数向常态分布的平均数回归。

为避免统计回归对实验效度的影响，通常建议实验者在匹配被试时必须考虑两组被试本身是否同质。如果不同质，就必须以几组被试各自的相对水平进行匹配。此外，利用统计控制进行协方差分析，在某种程度上也能降低统计回归对实验效度的影响。

③其他影响内部效度的因素：被试某些固有和习得的差异，如性别、年龄等；被试选择的偏差；在一些长期实验中被试的流失，个体本身的生长和成熟因素。

为避免这些因素对内部效度的影响，在对被试进行分组时，应随机选取和随机分配被试；另外，还可以增设控制组，解决由于实验程序本身、控制方式的不一致以及测量程度的变化对实验内部效度的影响。

（3）零结果对内部效度问题的提示

①零结果是指在一项实验研究中，由于上述种种原因造成了严重的混淆，导致自变量的操纵和变化没有引起因变量相应的变化的现象。若零结果不是真正意义上说明自变量和因变量毫无关系，那么就必然提示了实验的内部效度存在大问题。

②一般来讲，要在以下几方面寻找原因以改进实验的内部效度。一是自变量的操纵是否有效；二是因变量的测量是否充分；三是额外变量是否得到有效控制。

（4）内部效度的特例——统计结论效度

①实验研究的统计结论效度是指有关决定实验处理效应的数据分析程序的有效性和准确性，涉及到研究误差的变异来源和如何恰当运用统计显著性检验的问题。

②它取决于两方面条件：一是数据的质量，二是统计检验的假设。

3．外部效度

（1）定义

实验的外部效度是指实验结果能够普遍推论到样本的总体和其他同类现象中去的程度，即实验结果的普遍代表性和适用性，研究者也将之称为生态效度。

（2）实验外部效度的影响因素

①实验环境的人为性；

②被试样本缺乏代表性；

③测量工具的局限性。

（3）内部效度与外部效度的关系

实验的内部效度和外部效度是相互联系、相互影响的。实验的内部效度越高，其结果就越能确认是由实验处理所造成的；而实验的外部效度越高，其结果的可推论范围就越大。在一项实验中，研究者通常会在内部效度的前提下，采取适当措施以提高外部效度。

（二）实验研究的信度

实验信度是指实验结论的可靠性和前后一致性程度。

1．影响实验信度的因素

（1）观察量：观察量越大，人们就越有理由相信样本统计值接近总体参数值，也就是样本更能够代表其所在的总体。

（2）对结果的统计检验：若不同实验条件下所得出的结果之间差异很大，且这种差异由偶然因素造成的概率低于0.05，则可以排除偶然因素造成实验结果的可能性，认为该结果是由自变量造成的。

2．实验信度的验证

为保证实验信度，应鼓励研究者进行验证性实验，这样即使推断统计显示仍存在犯错误的可能，但实验结果也是可信的。有以下三种验证方法：

（1）直接验证，指在尽可能保持原实验方法的情况下在实际中重复实验。

（2）系统验证，指实验者试图变化那种先前被认为与实验结果不相关的因素，即在实验中引入原来未加控制的变量进行验证。若原始实验中发现的某种现象是真的，那么尽管重做时其中一些因素发生了变化，原来的实验结果应该仍然会出现。若重做时原始实验的结果不再产生，那么研究者就在他的实验中发现了重要的边界条件。

（3）概念验证，指研究者试图验证一个现象，但在某种程度上又与原先的实验有很大的不同，其目的也在于描述某一心理现象的边界条件。

直接验证的目的是能否在第二次得到相同的结果，而系统验证和概念验证的目的是描述某一心理现象的边界条件。边界条件是指保证某一实验结果出现的条件，当超过这一条件，则该实验结果不会出现。

（三）信度和效度的关系

信度是效度的必要非充分条件。即信度低，效度不可能高；信度高，效度未必高；效度低，信度可能高；效度高，信度必然高。

实验研究的效度和信度是相互联系、相互影响的，良好的效度和信度是评价实验设计成功与否的关键，而雄厚的理论基础、周密的思考和设计、谨慎科学的态度则是达到实验效度和信度的必备素质。

四、实验研究的仪器

（一）几种常用实验仪器

1．听力计

听力计（audiometer）是测定个体对各种频率声音的感受性大小的仪器，通过与正常听觉的比较，可确定被测者的听力损失情况。

2．立体镜

立体镜（stereoscope）是一种证实双眼视差和产生立体知觉的仪器。英国物理学家惠特斯通在1828年首次发现双眼视差在立体知觉中的作用。

3．深度知觉仪

深度知觉仪（depth perception apparatus）是用来检验深度知觉敏锐度的仪器。

4．时间知觉测试仪

时间知觉测试仪（time perception apparatus）是时间知觉实验的基本仪器，可用于检验各种因素对时间知觉的影响，检查个体的自我估计在估计时间中的作用，测试个体在时间知觉上的阈限，检验刺激的不同呈现方式对估计时间的影响，帮助学习用复制法研究时间知觉。

5．空间知觉测试仪

空间知觉测试仪（space perception apparatus）是用于考察人类空间知觉认知特点的仪器，通过人们凭借视觉对空间位置中形状、方位的辨别过程，来鉴别个体对空间特性的辨别能力，还可用于验证刺激的空间结构特点对信息传递效率的影响。

6．速度知觉仪

速度知觉仪（speed perception apparatus）是测量人的速度判断能力的仪器。速度知觉反映了每个人对速度知觉的差异。它是顺利从事各项活动不可缺少的能力。

7．速示器

速示器（tachistoscope）是一种短时呈现视觉刺激的仪器，在知觉、记忆和学习等方面的研究中，经常要用适当的仪器来把刺激呈现给被试，以记录他们的反应。

8．记忆鼓

记忆鼓（memory drum）是一种研究记忆的仪器。

9．反应计时器

反应计时器（reaction timer）是一种用来测量个体在不同条件下对单个或多个刺激或刺激组合的反应速度和准确性的仪器。

10．警戒仪

警戒仪（alertness apparatus）是测定个体警戒状态的仪器。

11．镜画仪

镜画仪（mirror tracer）是一种主要用于研究练习效果和技能迁移作用的实验仪器，可考察被试的反转能力、手眼协调能力和学习能力。

12．眼动仪

眼动仪（eye tracker）是测试人眼活动情况和研究有关心理过程的专用仪器，在阅读心理学、工程心理学和实验心理学的研究中均具有极为重要的作用。

（二）计算机在心理实验中的应用

1．计算机在心理实验中的应用领域

（1）认知领域；

（2）技术和运动操作领域；

（3）计算机辅助治疗；

（4）心理生理学领域；

（5）心理学教学实验。

2．心理实验运用计算机的优点

（1）可较好地控制变数；

（2）计时精确；

（3）可减少实验者对被试的影响；

（4）记录方便。

3．心理实验应用计算机的缺点

（1）有些心理实验不适合通过计算机来实现；

（2）编写计算机程序有时是一项消耗时间又具有一定难度的工作；

（3）应用计算机进行实验的真正严重缺陷是，剥夺了实验者去观察被试的机会。

（三）脑功能成像技术在心理实验中的运用

1．正电子放射层扫描术（PET）

（1）成像原理

把示踪同位素注入人体，同位素释放出的正电子与脑组织中的电子相遇时，会发生湮灭作用，产生一对方向几乎相反的γ-射线，可以被专门的装置探测到，据此可以得到同位素的位置分布。

（2）成像策略

在实验条件和对照条件下分别得到一幅脑血流像，对照条件除了不包括要研究的实验因素外，其他条件与实验条件均尽可能相同。然后将两幅图像相减，所得到的PET图像即是与所研究的实验因素相关的脑血流像，图中较“亮”的区域则被认为是由该实验因素所激活的脑区。

（3）评价

①优点：对人体基本无伤害，可重复使用；观察范围可达脑的深层部位。

②缺点：成像时间较长，使得实验模式选择余地小；受放射性物质剂量的限制，同一被试不宜频繁参加此类实验，因此不利于需要被试多次参加实验的研究；系统造价高，除PET扫描机外，还需配备一台加速器以制备同位素。

2．高分辨率脑电图（EEG）

（1）成像原理

大脑在工作时，神经细胞中的离子运动会产生电流，在头皮表面形成微弱的电位，脑电装置通过高灵敏度的电极和放大器探测大脑工作时神经细胞中的离子运动在头皮表面形成的微弱电位。

（2）成像策略

用事件相关电位（诱发电位）来记录对相同刺激的多次重复呈现所产生的脑电位变化的叠加平均值，以滤去噪声，得到与刺激相关的电信号，其信噪比与叠加次数的平方根成正比。然后按照一定的物理模型，根据头皮电位分布计算出大脑神经电兴奋源的位置、强度或方向。

（3）评价

①优点：有极高的时间分辨率，几乎达到实时（记录与被试的活动几乎同时进行）；系统造价低，使用维护方便；完全无创。

②缺点：空间分辨率较低，各种定位算法的可靠性亦有待进一步证实。

3．脑磁图（MEG）

（1）成像原理及策略

大脑工作时所形成的电流，在头颅外表产生感应磁场，通过捕捉这些极微弱的磁信号，便可反映大脑内部的神经活动。

（2）脑磁图系统构成的关键设备

超导量子干涉仪，磁屏蔽室，梯度仪。

（3）评价

①优点：对神经兴奋源的定位较为直接与准确；极高的时间分辨率，几乎可与EEG媲美。

②缺点：造价太高；只对某些流向的兴奋源敏感，而其他流向的兴奋源则可能无法探测到。

4．功能性核磁共振成像技术（fMRI）

（1）成像原理

将被试放入一个强大的磁场，测量被试在强磁场中活动时血液中含氧量的变化，以此来确定神经活动的情况。

（2）成像技术

①基于血氧水平的大脑活动成像，用来显示在执行特定任务时大脑相关区域的兴奋状况。这种技术已被广泛应用于大脑的认知活动及其功能定位研究。人们通常所说的“功能性核磁共振成像”就是特指这种方式的成像。

②微观水活动性成像，可用来提供由于血管疾病导致脑组织坏死过程的时态信息。

③微血管血液动力学成像，用于显示脑血管病理学状态。

（3）评价

①优点：无创性，同一被试可以反复参加实验；可同时提供机能性和结构性的图像，有利于大脑准确的机能定位；极高的空间分辨率；大量参数供实验者自由控制，以实现各种特定效果的扫描。

②缺点：时间分辨率低于EEG和MEG；实验环境不适于幽闭恐怖症患者；其扫描过程中的巨大噪声妨碍了它在听觉研究上的应用；系统造价较高。

任何一种脑功能成像技术都有其优势和不足，它们之间是无法相互替代的。目前较为可行的办法是结合fMRI与EEG，以产生高时间分辨率与高空间分辨率的、实时无创脑成像。