心智科學大型研究設備建置及共同使用服務計畫--台灣心智科學腦造影中心

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心智科學大型研究設備建置及共同使用服務計畫--台灣心

智科學腦造影中心(第 2 年)

研究成果報告(完整版)

計畫類別：個別型計畫編號： NSC 99-2420-H-004-027-RE2 執行期間： 100 年 08 月 01 日至 101 年 07 月 31 日執行單位：國立政治大學資訊管理學系計畫主持人：苑守慈共同主持人：洪蘭、郭博昭、郭文瑞、林慶波、顏乃欣廖瑞銘、蔡介立、楊建銘公開資訊：本計畫可公開查詢

中華民國 101 年 09 月 08 日

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中文摘要：國科會人文處為推廣全國人文社會科學跨神經科學之相關研究，推動「心智科學大型研究設備建置及共同使用服務計畫」，藉以充實國內人文與社會科學相關研究所需之儀器設備，建立心智科學腦研究推動網。政治大學與陽明大學兩校合作，結合兩校人文社會科學與神經科學的專才，組成政陽團隊，正是人文社會領域與神經科學攜手發展的最佳組合。政治大學提供資訊大樓地下一樓約 85 坪空間，一千四百萬元配合款，以及二位具放射師執照之操作人員，於政大校內建置西門子最先進的 Skyra 3T MRI 磁振造影儀器，並於一百零一年五月一號成立「台灣心

智科學腦造影中心」(Taiwan Mind & Brain Imaging Center, TMBIC)。磁振造影儀器已完成各類測試，影像品質穩定；共同使用服務流程及相關規章制度，包括儀器管理與收費準則、安全措施、申請使用程序、諮詢服務方式等，皆已建立並公布於網站 (http://tinyurl.com/cgymexg)。本中心於一百零一年八月一日起，依照國科會人文處「心智科學大型研究設備共同使用服務計畫」，對外進行服務。本團隊在教育訓練上，提供「認知神經科學」之介紹課程，以及功能性磁振造影基礎課程及進階課程，給予技術相關之基本知識與研究議題的討論；在研究培育上，藉由提供各議題之深入介紹及研究主題之討論，給予實質與建設性的建議與諮詢；期能培養人文社會科學領域背景之研究生及大專院校教師應用 fMRI 的能力，並培育人文社會科學領域背景應用 fMRI 執行相關議題之研究人員。至於人文社會學科跨神經科學領域之研究議題之推動方向，則以本團隊既有之研究人員為基石，配合相關研究資源，進而推展有特色且具潛力之研究議題。本計劃建置最佳的研究平台，合作推動國內大專院校相關研究人員，全面積極參與人文與社會科學與神經科學的跨領域研究，藉此達到珍貴儀器資源共享，加速提升國內心智科學之研究風氣與水準，更盼能藉此強化台灣在國際上的學術影響力。中文關鍵詞：人文社會科學、認知神經科學、功能性核磁共振造影、台灣

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encompasses the humanities, the social sciences, and the neurosciences, the Department of Humanities and Social Science at National Science Council (NSC) supported the ’MRI and MEG Installation and Service Plan’, and established the ’Brain Research

Initiative Net for Mind Science’. National Cheng-Chi University (NCCU), with its faculty expertise in the humanities and the social sciences, and National Yang-Ming University (NYMU), with its faculty

expertise in the neurosciences, collaborated on this project. NCCU has provided 280

square feet space, NT$14,000,000 matching fund, and two licensed operators. A MRI (Siemens

Skyra 3T MRI) has been installed at NCCU campus, and the ’Taiwan Mind & Brain Imaging Center’(TMBIC) has been established since May 1, 2012. The operational regulations, service and consulting mechanisms, training programs are established and listed at the website (http://tinyurl.com/cgymexg).TMBIC will be served as one of the Instrument Centers of NSC from Aug. 1, 2012. The training programs we have provided including several courses to discuss and share the neuroscience knowledge and fMRI techniques, and the research suggestions and consultations on the topics of humanities and social science domains. To promote the research on the humanities, the social sciences, and the neurosciences, we will base on the

specialities of our team members, and

promote one or two topics with potentials to be recognized worldwide. This project aims to make this valuable facility available to all the local

researchers who apply these technologies to their studies in the humanities and the social sciences. It can reasonably be expected that TMBIC will help

promote the mind sciences in Taiwan, to the degree that its research results will achieve

globalrecognition.

英文關鍵詞： Humanities and Social Sciences, Cognitive Neurosciences, fMRI, Taiwan Mind & Brain

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心智科學大型研究設備建置及共同使用服務計畫

台灣心智科學腦造影中心

期末報告

計畫顧問：吳思華校長（國立政治大學校長）計畫顧問：梁賡義校長（國立陽明大學校長）計畫主持人：周麗芳教授、苑守慈教授（國立政治大學研發長）計畫執行長：顏乃欣教授（國立政治大學理學院副院長）計畫副執行長：郭文瑞副教授（國立陽明大學神經科學研究所所長）計畫共同主持人：洪文蘭教授（國立中央大學認知神經科學研究所所長）計劃共同主持人：郭博昭教授（國立陽明大學腦科學研究所所長）計劃共同主持人：廖瑞銘教授（國立政治大學心腦學中心主任）計劃共同主持人：楊建銘教授（國立政治大學心理學系）計劃共同主持人：林慶波教授（國立陽明大學神經科學研究所）計劃共同主持人：蔡介立助理教授（國立政治大學心理學系）

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II 國科會人文處為推廣全國人文社會科學跨神經科學之相關研究，推動「心智科學大型研究設備建置及共同使用服務計畫」，藉以充實國內人文與社會科學相關研究所需之儀器設備，建立心智科學腦研究推動網。政治大學與陽明大學兩校合作，結合兩校人文社會科學與神經科學的專才，組成政陽團隊，正是人文社會領域與神經科學攜手發展的最佳組合。政治大學提供資訊大樓地下一樓約85坪空間，一千四百萬元配合款，以及二位具放射師執照之操作人員，於政大校內建置西門子最先進的Skyra 3T MRI磁振造影儀器，並於一百零一年五月一號成立「台灣心智科學腦造影中心」(Taiwan Mind & Brain Imaging Center, TMBIC)。磁振造影儀器已完成各類測試，影像品質穩定；共同使用服務流程及相關規章制度，包括儀器管理與收費準則、安全措施、申請使用程序、諮詢服務方式等，皆已建立並公布於網站 (http://tinyurl.com/cgymexg)。本中心於一百零一年八月一日起，依照國科會人文處「心智科學大型研究設備共同使用服務計畫」，對外進行服務。本團隊在教育訓練上，提供「認知神經科學」之介紹課程，以及功能性磁振造影基礎課程及進階課程，給予技術相關之基本知識與研究議題的討論；在研究培育上，藉由提供各議題之深入介紹及研究主題之討論，給予實質與建設性的建議與諮詢；期能培養人文社會科學領域背景之研究生及大專院校教師應用fMRI 的能力，並培育人文社會科學領域背景應用fMRI 執行相關議題之研究人員。至於人文社會學科跨神經科學領域之研究議題之推動方向，則以本團隊既有之研究人員為基石，配合相關研究資源，進而推展有特色且具潛力之研究議題。本計劃建置最佳的研究平台，合作推動國內大專院校相關研究人員，全面積極參與人文與社會科學與神經科學的跨領域研究，藉此達到珍貴儀器資源共享，加速提升國內心智科學之研究風氣與水準，更盼能藉此強化台灣在國際上的學術影響力。關鍵字：人文社會科學、認知神經科學、功能性核磁共振造影、台灣心智科學腦造影中心

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III

Taiwan Mind &Brain Imaging Center

To promote the interdisciplinary research that encompasses the humanities, the social sciences, and the neurosciences, the Department of Humanities and Social Science at National Science Council (NSC) supported the “MRI and MEG Installation and Service Plan”, and established the “Brain Research Initiative Net for Mind Science”. National Cheng-Chi University (NCCU), with its faculty expertise in the humanities and the social sciences, and National Yang-Ming University (NYMU), with its faculty expertise in the neurosciences, collaborated on this project. NCCU has provided 280 square feet space, NT$14,000,000 matching fund, and two licensed operators. A MRI (Siemens

Skyra 3T MRI) has been installed at NCCU campus, and the “Taiwan Mind & Brain Imaging Center”

(TMBIC) has been established since May 1, 2012. The operational regulations, service and consulting mechanisms, training programs are established and listed at the website

(http://tinyurl.com/cgymexg).TMBIC will be served as one of the Instrument Centers of NSC from Aug. 1, 2012. The training programs we have provided including several courses to discuss and share the neuroscience knowledge and fMRI techniques, and the research suggestions and consultations on the topics of humanities and social science domains. To promote the research on the humanities, the social sciences, and the neurosciences, we will base on the specialities of our team members, and promote one or two topics with potentials to be recognized worldwide. This project aims to make this valuable facility available to all the local researchers who apply these technologies to their studies in the humanities and the social sciences. It can reasonably be expected that TMBIC will help promote the mind sciences in Taiwan, to the degree that its research results will achieve global recognition.

Key words: Humanities and Social Sciences, Cognitive Neurosciences, fMRI, Taiwan Mind & Brain

Imaging Center

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IV 目錄 IV 圖目錄 ... V 表目錄 ... VI 1. 前言 ... 1 2. 組織架構 ... 3 3. 政大 MRI 建置現況 ... 6 3.1. 空間配置 ... 6 3.2. 經費配合及運用 ... 7 3.3. 人力支援 ... 8 3.4. 硬體設備建置及系統測試 ... 9 3.4.1. 硬體設備 ... 9 3.4.2. 磁振影像系統硬體規格 ... 12 3.4.3. 影像測試 ... 14 3.5. 實驗測試 ... 17 3.6. 儀器使用率之評估 ... 20 4. 儀器維護及管理 ... 21 4.1. 安全訓練辦法 ... 21 4.2. 申請流程及使用規則 ... 22 4.2.1. 申請流程 ... 22 4.2.2. 儀器使用規則 ... 23 4.2.3. 諮詢服務方式 ... 24 4.3. 緊急事故的應變措施之指引 ... 24 5. 教育訓練之成果 ... 29 5.1. (f)MRI 初階課程(2012/01/16~17) ... 29 5.2. (f)MRI 進階課程(2012/02/17~18) ... 30 5.3. 認知神經科學工作坊 (2012/02/6~7) ... 31 6. 相關研究議題規畫 ... 33 7. 台灣心智科學腦造影中心特色儀器之未來發展 ... 40 7.1.1. MR 相容眼動儀 ... 40 7.1.2. MR 相容 tDCS 電刺激儀 ... 41 7.1.3. MR 相容 EEG ... 42 7.1.4. 高速運算器 ... 42 7.2. 小結 ... 43 8. 心智科學大型儀器建置與共同使用服務計畫之預期效益... 45 9. 結語 ... 47

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V 圖一：組織架構圖 ... 3 圖二：各小組與委員會成員(小組負責人員以紅色顯示) ... 5 圖三、MRI 空間平面圖 ... 6 圖四、磁振造影室與機房配線 ... 11 圖五、裝機磁場均勻度調整及磁共振造影室內外線路傳輸介面 ... 11 圖六、射頻接收線圈 ... 12 圖七、磁振造影系統及操作平台與 fMRI 實驗刺激界面 ... 12 圖八、背投式之投影機架設... 12 圖九、波序表 ... 13 圖十、磁體測試報告 ... 14 圖十一、fMRI 實驗穩定度測試結果 ... 15 圖十二、EPI 影像頻寬及平行影像相容性測試 ... 16 圖十三：視覺刺激偵測派典... 17 圖十四：視覺刺激偵測與反應測試大腦活化情形 ... 18

圖十五：擴散權重影像(Diffusion MRI)、擴散張量影像(Diffusion Tensor MRI)及微灌流影像 (Perfusion MRI) ... 19 圖十六、各月使用率 ... 20 圖十七、安全訓練之流程 ... 21 圖十八：申請流程及使用規則 ... 22 圖十九、火災意外事件處理流程 ... 25 圖二十、飛射性物品意外事件處理流程 ... 26 圖二十一、中心防災之措施... 28 圖二十二：(f)MRI 初階課程學員之學術領域來源及身分分析 ... 30 圖二十三：(f)MRI 進階課程學員之學術領域來源及身分分析 ... 31 圖二十四：認知神經科學工作坊學員之學術領域來源及身分分析 ... 32 圖二十五、由基礎到應用之研究議題示意圖 ... 38

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VI

表一採購經費分配表 ... 8

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1. 前言

神經科學(neuroscience)探測大腦結構與功能，過去多側重生物醫學領域的研究，現今則在跨領域研究的基礎上，將技術提升應用至對人文與社會科學議題的探討。眾多新興學門也因此應蘊而生，如神經教育學(educational neuroscience)、社會神經科學(social neuroscience)、神經經濟學(neuroeconomics)、神經倫理學

(neuroethics)與神經法律學(neurolaw)等等，目的均是期望以跨領域觀點出發，運用新發展的腦造影技術，探討人類行為運作的神經生理基礎。

功能性磁振造影(functional Magnetic resonance imaging，fMRI）具良好之空間解析度，在國際上更被視為認知神經科學發展的必備研究工具之一。在台灣學術領域中，fMRI相關研究首推發表在國際知名期刊Science科學雜誌的神經經濟學議題論文研究。該研究是由陽明大學神經科學研究所郭文瑞副教授與台大經濟系黃貞穎教授結合認知神經科學與經濟學賽局理論，以研究理性和直覺思考的大腦運作模式，此篇論文結合人文和自然領域也顯示此研究取向的可發展性。然而，儘管台灣已有研究團隊展現初步研究成果，但在此領域研究資源的投入上，差距卻仍與歐美等國持續擴大。MRI腦造影儀器，由於價格昂貴、維護運轉不易，非一般學校之財力與能力得以維持；同時，國內現有之MRI主要隸屬於醫院，致未能充分提供人文社會領域之研究所需。國科會人文處有鑑於此，協助國內大專院校建置腦造影儀器，建立心智科學腦研究推動網，以增進神經科學跨人文社會科學領域之研究發展。政治大學與陽明大學兩校合作，結合兩校人文社會科學與神經科學的專才，組成政陽團隊，於政大校內建置磁振造影儀。建置計畫過去二年來進展順利，已購置西門子最先進的 Skyra 3T MRI，成立「台灣心智科學腦造影中心」。該中心已於今年五月一號進行開幕，並於八月一號與國科會資訊系統進行整合，成為國科會人文處貴重儀器中心，提供區域性人文與社會科學跨神經科學研究之服務。本團隊儀器建置情形與教育訓練成果即目前服務效能將在本結案報告

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中做簡短說明。中心後續進行兩期共六年的共同使用服務計畫，目的在推動人

文社會跨神經科學領域之發展，將由政治大學、陽明大學以及中央大學組成的

認知神經科學團隊，以其豐富且完整的教育訓練、人才培訓經驗以及研究成果，

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2. 組織架構「台灣心智科學腦造影中心」在政大隸屬於校級「心智、大腦與學習研究中心」，做為一個研究工具的平台，配合其認知與社會神經科學研究之發展。為有效推動相關工作，本計畫之組織架構，包括「計畫顧問」以及「諮詢委員會」、「執行委員會」、「儀器建置小組」、「儀器運作小組」、「研究諮詢與管理委員會」、「學術與教育訓練委員會」等(參見圖一)。目前儀器建置進展順利，已於一百零一年八月一日正式營運。圖一：組織架構圖「計畫顧問」為政治大學與陽明大學的校長。其功能在於提供校方對於本計劃的行政支援。「諮詢委員會」(advisory committee)之功能，在於協助規劃、諮議、評估及監督本計畫之運作與發展。「執行委員會」主要負責中心各小組工作分工及未來發展方向之各項討論。組間的運作，須經由執行委員會的同意，才得進行，一方面可以控管各組間的進度，二方面對於組織間的資源整合及資訊管理能更為確實。本執委會每月召開一次會議。執委會成員有：政治大學：計畫主持人苑守慈研發長、計畫執行長顏乃欣教授、心智、大腦與學習研究中心主任廖瑞銘教授、心理系楊建銘教授、蔡介立助理教授、郭柏呈助理教授及應用物理所蔡尚岳助理教授；陽明大學：副執行長郭文瑞副教授、神經科學研 執行委員會 計畫主持人: 苑守慈 計畫執行長: 顏乃欣 副執行長: 郭文瑞 委員: … 儀器建置小組儀器運作小組研究諮詢與管理委員會學術與教育訓練委員會吳思華校長（政大）梁賡義校長（陽明）諮詢委員會計畫顧問

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究所林慶波教授、吳仕煒助理教授、腦科所葉子成助理教授；中央大學：認知神經科學研究所洪蘭教授、阮啟弘教授、吳嫻副教授、張智宏助理教授等人。「執行委員會」下設「「儀器建置小組」、「儀器運作小組」、「學術與教育訓練委員會」及「研究諮詢與管理委員會」。各委員會成員如圖二所示。本計畫儀器建置相關事項，皆由「儀器建置小組」負責規劃與執行，儀器建置於今年八月一號正式營運後，即由「儀器運作小組」接手，接續負責儀器保管、維護與升級；執行或協助儀器操作及資料記錄、蒐集、分析與解讀等事項；制定安全標準作業程序及應變相關事務等。「學術與教育訓練小組」主要負責規畫研究人才培育計畫，並推動相關教育訓練課程等。目前規畫在每年一月到二月間提供一系列認知神經科學工作坊、 fMRI 初階課程及 fMRI 進階課程。「研究諮詢與管理委員會」主要負責與國科會人文處協調訂定並執行共同使用服務之各項制度與辦法（如申請、預約、取消、改期，儀器使用優先順序等）；審核研究者之使用申請、提供使用者事前設計實驗之諮詢，協助進行資料分析，或提供其他與研究有關的必要協助。

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圖二：各小組與委員會成員(小組負責人員以紅色顯示)

儀器建置小組

• 政大周麗芳邊泰明顏乃欣廖瑞銘楊建銘蔡介立 蔡尚岳 • 陽明 郭文瑞林慶波 • 顧問鍾孝文林發暄

儀器運作小組

• 政大顏乃欣蔡尚岳郭柏呈 • 陽明郭文瑞吳仕煒 • 中央鄭仕坤 • 顧問鍾孝文林發暄教育訓練與人才培育 •政大顏乃欣郭柏呈蔡尚岳 • 陽明 郭文瑞吳仕煒 •中央張智宏鄭仕坤學術發展與研究諮詢 •政大 顏乃欣廖瑞銘郭柏呈楊建銘蔡介立葉玉珠蔡尚岳 •陽明 郭文瑞吳仕煒林慶波葉子成 •中央 阮啟弘吳嫻謝宜蕙張智宏 •其他李俊仁李佳穎

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3. 政大 MRI 建置現況在面對政大校內各項資源皆相當競爭之情況下，校方撥與 85 坪之空間，給予一千四百萬配合款，以利本案之推動進行；另亦撥與兩名專任師資(心理系郭柏呈、應物所蔡尚岳教授)及兩名技術人員(具放射師執照)名額，大力支持本計畫執行。以下將就空間配置、經費配合、人力支援、硬體設備及各項測試結果等做說明。 3.1. 空間配置政大在教室空間資源極其匱乏之狀態下，經多方協調與爭取，校方同意核撥資訊大樓地下室約 85 坪，做為 MRI 儀器設備建置空間 (空間配置如圖三所示) 。空間上目前可分做六區，包含磁振造影儀、檔案分析室、模擬攝影室、行為(ERP/EEG、眼動儀)實驗室、會議室及入口登錄處。此一空間設置能夠統整 fMRI 之實驗所需，模擬攝影室可提供行為實驗者熟悉實驗掃描環境，檔案分析室提供資訊快速整合的空間，會議區可隨時進行研究會議與實驗討論，入口登錄區則可對受試者及研究者進行安全檢查，免除不必要物品進入 MRI 以排除意外發生。從大門口至磁振造影儀所在位置設有多道門禁，目前將以門禁卡管制方式，篩選進出各區之人員。圖三、MRI 空間平面圖

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「台灣心智科學腦造影中心」打造了一個可以提供 MRI 模擬器、多種認知神經科學研究儀器(如眼動儀、膚電反應器、EEG/ERP 等)及資料分析的空間，期待能建置一個具有前瞻性與發展性的腦造影中心，提供國內發展人文社會學科跨神經科學領域研究的搖籃。 3.2. 經費配合及運用政大校務發展基金委員會共核撥一千四百萬配合款(占國科會補助款七千萬之 20%)，供 MRI 主體設備、週邊相關軟硬體設備，以及儀器操作之約用技術人員薪資等，以彌補國科會經費補助之不足。八千四百萬經費詳細分配運用情形說明如下。儀器的採購部分為七千九百八十萬元，國科會所補助金額 ( 大型設備費 ) ，第一年 38,842,320 元，第二年 28,974,520 元，總共 67,816,840 元；故校內配合款 14,000,000 元中需挪用 12,125,160 元，其中 4,013,160 元部分需支付 MRI 費用之不足部分，另外 7,970,000 元則用於房間修繕及水電相關工程(參見表一)，校方補助款剩餘可使用經費為 1,874,840 元。目前本中心之兩名操作員，其人事經費來源，為校內補助款所支付，目前校方給予每人每月 46,429 元，此經費須再加上年終獎金及勞健保，自 100/8/1 - 101/7/31 總共花費為 1,253,583 元。因此在扣除人事費用後，校內配合款可使用之經費，剩 763,257 元(參見表二)。而國科會業務費 1,972,500 元，扣除第一年聘任二名學士級助理、第二年聘任一名學士級助理費用以及臨時工資後之剩餘金額，以及校內配合款剩餘金額 763,257 元，則用於周邊設備採購，如:投影機、反應鍵、耳機及麥克風等等 MRI 周邊設備，以及其他耗材與雜項。

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表一採購經費分配表總預算花費 79,800,000 元經費分配使用大型設備費用(MRI) 房間修繕及水電等雜支 71,830,000 元 7,970,000 元國科會政大補助款國科會政大補助款 67,816,840 元 4,013,160 元 0 7,970,000 元第一年 38,842,320 元第二年 28,974,520 元國科會之費用不得用於房間及水電工程表二政大校內補助款用途校內補助款 14,000,000 元用途 MRI 大型設備不足額 4,013,160 元房間修繕及水電 7,970,000 元人事費(兩位技術專員) 100/08/01-101/07/31 1,253,583 元最後可用餘款 763,257 元 3.3. 人力支援為協助本計畫之推展，需具備 MRI 之物理學、訊號處理、醫學影像分析的專家，同時也需熟悉 fMRI 之實驗設計、資料分析以及大腦認知功能的認知神經科學家。政大延攬傑出人才與特殊人才會議，增撥(1) 物理、電機或醫工專任教師 (2) 認知或社會神經科學領域專任教師各一名。經公開甄選程序，應用物理所已於 100 年 8 月 1 日起，新聘具有 MRI 物理學、訊

號處理、醫學影像分析、pulse sequence programming 專長之蔡尚岳助理教授。

蔡老師除致力於儀器系統運作和影像品質維護，將於新系統上，發展磁共振

頻譜(MRS)技術以及新式快速磁共振頻譜影像(MRSI)技術，用於觀測大腦重

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「心智、大腦與學習研究中心」遴聘台大電機系鍾孝文教授、台大醫學工程研究所林發暄助理教授為兼任研究員，共同發展 MRI 技術。心理系亦已於 100 年 8 月 1 日起，新聘熟悉 fMRI 之實驗設計、資料分析以及大腦認知功能的認知神經科學之專才郭柏呈助理教授，他和心理系合聘副教授郭文瑞，「心智、大腦與學習研究中心」助理研究員徐慎謀博士，將共同協助推動人文社會科學跨神經科學領域之 fMRI 研究發展。同時，應用數學系曾正男助理教授亦加入團隊，協助 fMRI 影像之資料分析。此外，政大校方提供約用技術人員兩位之員額，也經嚴格甄選程序，於 100 年 8 月 1 日起聘任，這二位技術人員皆具放射師執照，具有兩年以上研究級磁振造影儀經驗，並接受過專業急救訓練，對本中心之營運及行政目前處置也都妥當得宜。其中一位放射師接受過功能性磁振造影實驗之訓練，而另外一位則具有相關中心管理之經驗，可相輔相成。 3.4. 硬體設備建置及系統測試 3.4.1. 硬體設備經多次會議針對儀器規格及工程討論，本儀器採購案順利於 100 年 6 月 15 日決標，決議採購 Siemens Skyra 3T MRI。此機型是目前最新的機種，70 公分

open bore 搭配 173 公分 short bore 的設計，跟其他機種比較起來，掃描空間較寬敞同時機身較短，最大的好處在於降低受測者在掃描時因空間狹小產生的壓迫感和焦慮，也讓體型較大的受測者，可以有較舒適的空間，以受測者的舒適度而言，非常適合功能性磁振造影的研究。尤其是功能性磁振造影研究，依據不同形式的研究，需要搭配不同種周邊刺激及反應設備，較大的內部受測者掃描空間，將對架設各種功能性造影所需的刺激及反應周邊配件時有相當大的方便性。另外機體本身因 short bore 的設計，可減少外部使用空間，讓中心在建置 時空間的使用上更為彈性，可另建置相同規格的 MRI 模擬器。機器搭配 Tim 4G technology，提供最多 204 單位線圈的相容性以及支援高達 128 channel 同時接

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收訊號，是目前所有機種中最多的。高單位陣列線圈的好處在於可改善影像訊雜比(SNR)，並可以降低掃描時間，針對一般認為靈敏度相較低的功能性影磁振造影實驗，較好的影像品質可以對功能性影像有很大的助益，實驗設計上也會較靈活。目前普遍可取得的頭部線圈仍為 20 或 32 channels 的接收線圈，但針對未來在頭部線圈製作技術的改良和進展上，更高陣列線圈的推出後，此機種將可有非常好的相容性，同時也可配合國內技術團隊的在線圈技術上發展。此 機種搭配 Direct RF 技術，運算主機和磁體系統之間訊號由光纖傳遞，減少雜訊 干擾，也可進一步改善影像訊雜比；另外搭配冷卻系統，規格上每年液氦蒸發 率可小於 0.01 liter，減少液氦消耗和充填的需求，有助於中心的營運。 磁振造影儀機體於 100 年 9 月 25 日送達政大後，經過配線及裝機過程後，系統開始啟動。初期先由西門子工程師進行系統調整，完成後再進行系統及影像品質保證測試，各項測試均在西門子預設標準值範圍內，各項測試報告均有存檔，並製作成裝機測試報告。本團隊另針對各項硬體設備，測試結果如下(參見圖四至圖八)：

1. 接收線圈 (Head 32 channel coil、Head and neck 20 channel coil、spine 32

channel coil、body 18 channel coil、large 4 channel coil、small 4 channel coil、

single surface coil)，數量符合規格要求，訊號接收功能均正常

2. 機台操作順利，系統照明功能正常 3. 磁振造影室內外線路傳輸介面完成 4. 磁振造影機房(系統主機、影像重建主機、冷水系統、影像備份主機、投影機等…)運作順利 5. 磁振造影室房間工程完成，空調、照明、氣動門均運作正常，磁屏蔽測試通過 6. 磁振影像系統配件(呼吸監控、心電訊號監控、外部觸發訊號、內部激發觸發訊號)均運作良好，並符合規格，內部觸發訊號可順利搭配 fMRI 實驗

(21)

7. 安全系統部分，受試者掃描時可藉由氣動訊號通知操作員，掃描時內外可順利透過聲音溝通，安全警示標誌及緊急按鈕均有設置 8. 房間工程的各項設施 (網路端點、電話線路、電源、櫥櫃、門)均完工 9. UPS 不斷電系統功能正常 10. 主機電腦以及原始資料備份磁碟陣列(>20TB)均符合規格 11. 背投式之投影機架設完成，符合 fMRI 實驗所需之規劃圖四、磁振造影室與機房配線圖五、裝機磁場均勻度調整及磁共振造影室內外線路傳輸介面

(22)

圖六、射頻接收線圈圖七、磁振造影系統及操作平台與 fMRI 實驗刺激界面圖八、背投式之投影機架設 3.4.2. 磁振影像系統硬體規格硬體以主磁場，梯度磁場及射頻線圈激發與接收的測試為主，針對磁共振系統本身硬體規格，西門子品質測試中已包含各項硬體功能測試，均符合規格需求，詳細結果均記錄在西門子測試報告書內(測試內容整理如下:磁場強度、磁場偏移、訊號接收以及發射校正、接受頻寬、梯度磁場強度、梯度

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磁場開啟速率、梯度磁場準確性、梯度磁場線性度、渦電流補償、影像切面厚度、影像視野大小、影像均勻度及穩定度、各線圈基本影像訊雜比)。本團隊針對各項西門子提供之影像掃描脈衝序列均實際執行過(圖九)，除預設參數外並以最高規格參數各執行一次，檢驗硬體配備是否在各種參數下均能夠順利完成掃描，測試結果均可順利達成；另外針對磁場穩定度和均勻度做額外的測試，測試結果如圖十，每小時磁場位移約為 4Hz，磁場均勻度變化小於 1 Hz，區域性的磁場均勻度(不同直徑大小的圓球面積)在 3.5Hz 以下。圖九、波序表

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-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 圖十、磁體測試報告 3.4.3. 影像測試影像測試部分以 fMRI 實驗相關的脈衝序列為主，最主要的測試目標為面回訊影像脈衝序列(EPI)，測試內容包括，EPI 影像的穩定度，大量掃描時系統的負荷程度、影像擷取頻寬及平行影像功能的相容性；影像穩定度以 10 分鐘連續掃描 EPI 影像，計算各項 EPI 影像品質相關參數，訊雜比(SNR)、訊號鬼影比(SGR)、訊號變化雜訊比(SFNR)、影像位移(PE displacement)、訊

號飄移程度(Signal drift)、訊號變化程度(Signal fluctuation)、訊號變化範圍

(Signal fluctuation range)，此測試程序為參照目前國外各影像中心針對 fMRI 實驗穩定度測試的流程，除數值外並可將圖表畫出，此程序將做為中心日後每週影像穩定度測試流程，結果如圖十一所示，自去年裝機至今 EPI 影像穩定度均保持一定水平。直徑(cm,公分) 12 10 5 2 P2P (Hz, 赫茲) 13.89 10.32 5.26 1.69 RMS (Hz, 赫茲) 3.13 2.83 2.46 2.38 均勻度 0 10 20 30 40 50 60 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 0 10 20 30 40 50 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time (Min.) 磁場穩定度 Time (Min.)

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0 50 100 150 200 250 300 1470 1480 1490 1500 signal

Drift::1.24 Fluc.:0.05 Fluc. Range:0.30

0 50 100 150 200 250 300 -4 -2 0 2 4 signal fluctuation 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 50 100 magnitude spectrum Frequency (HZ) m agni tu de (A U ) 0 50 100 150 200 250 300 115 120 125 130 SNRbg-frame SNRs:587.71 SFNRs:1026.12 SNRbg:124.10 SGR:41.65 100 ₁₀1 10-5 10-4 10-3 10-2 weisskoff plot ROI length pe rc e n ta ge f luc tuat io n 11/10/21 11/10/27 11/11/17 12/01/30 SNR 543.6 535.7 587.71 565.82 SFNR 976.79 1003.57 1026.12 949.07 SGR: 30.84 40.97 41.65 44.73 PE displacement: 0 0 0 0 Signal drift (%): 1.77 1.4 1.24 1.84 Signal fluct. (%): 0.06 0.04 0.05 0.06

Signal fluct. range (%): 0.39 0.28 0.3 0.42

圖十一、fMRI 實驗穩定度測試結果針對 fMRI 掃描時會產生大量的影像，需實際測試系統對於之後 fMRI 實驗時的負荷程度，以一般 fMRI 實驗所用的參數，掃描 30 分鐘，產生影像總共 27000 張(每秒產生 15 張影像)，幾次測試下，系統均能順利完成所有影像的重建和存檔，並不會有延遲的現象，影像品質也能維持一定水準，最後測試 EPI 影像頻寬設定及平行影像相容性，兩者均能達到 fMRI 實驗需求，測試結果整理如圖十二。 mean signal image

spatial noise image temporal fluctuation noise image SFNR image mean signal image brighten mask

(26)

圖十二、EPI 影像頻寬及平行影像相容性測試針對西門子磁共振系統的各項軟體影像計算功能及工具，於西門子提供的儀器應用訓練中，均有應用專員實際示範並測試功能給參與人員觀看，參與人員主要有中心操作員、中心主要研究人員、以及部分研究助理；訓練課程(101/01/04 及 101/01/05 兩日)涵蓋基本操作及線圈安裝流程，另有各種影像的後處理功能及使用方法，內容包含，頭部自動定位功能、手動磁場及均勻度調整、生理監控裝置使用及訊號取得、影像移動修正、腦神經造影應用程式(擴散影像及擴散張量影像重建、fMRI 資料分析、三維結構影像顯示及立體重建、微灌流影像重建)、資料擷取同步訊號的取得、平行影像設定、一般影像資料擷取、未處理原始資料擷取、磁場分布影像；除 fMRI 研究相關功能，其它功能如磁共振頻譜及流速影像等均有測試其脈衝序列及後處理軟體的功能。(若有需要，可以參閱西門子公司提供之影像功能測試報告，其中包括影像，軟體測試等。) BW=3000 Hz/pixel MAT: 64x64 EPI Gx2, Gx3, Gx4 Sx2, Sx3, Sx4

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3.5. 實驗測試目前已建置之 fMRI 相關實驗配件包括視覺刺激及反應按鍵，經過測試後，這些實驗配件均不會對影像造成的影響；實際 fMRI 實驗測試，以視覺刺激(臉孔、字體及物品)搭配以左右手按鍵判斷影像中心上出現之左右箭頭，刺激呈現方式如圖十三所示。圖十三：視覺刺激偵測派典在實際實驗過程中，視覺刺激影像資訊能順利透過背投式視覺裝置呈現給受試者，受試者能清楚觀察所呈現的左右箭頭並透過按鍵反應進行正確判斷；fMRI 資料擷取搭配一組結構性影像(MPRAGE)，經過標準分析流程可以成功得到預期的結果，分析結果如圖十一所示。腦部功能反應區，手部反應區(圖十四上圖)、梭狀迴人臉視覺辨識區(圖十四中圖左側)、梭狀迴字型視覺辨識區(圖十四中圖右側)，以及相對應之 fMRI 訊號改變(圖十四下圖)。 Paradigm : visual (motor) detection s s s s s s2

s1: chair s2: face s3: word

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圖十四：視覺刺激偵測與反應測試大腦活化情形

另測試跟 fMRI 研究相關的擴散權重及張量影像(Diffusion MRI and

Diffusion Tensor MRI)，微灌流影像(Perfusion MRI)；其中二維及三維微灌

流影像搭配動脈標記法的脈衝序列；擴散權重及張量影像部分，以標準脈衝序列擷取影像，可計算出擴散權重影像，擴散係數影像，也可成功得到具方向性之擴散張量影像，再透過神經纖維追蹤法可找出特定之神經纖維束，結果符合預期，此脈衝序列另可搭配最大 256 方向之擴散梯度以及最大梯度達 10000 s/mm2_{，符合規格(參見圖十五)。} Left‐FG/ VWFA

chair face character

BOLD signal

Left‐hand Right‐hand

Right‐FG/ FFA

chair face character

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圖十五：擴散權重影像(Diffusion MRI)、擴散張量影像(Diffusion Tensor MRI)及微灌流影像(Perfusion MRI) DTI Corticospinal track cingulum bundles Tractography Perfusion maps (3D ASL) Perfusion maps (2D ASL)

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3.6. 儀器使用率之評估本中心在運作初期，由於與國科會系統尚在整合中，此期間訂為試營運初期，此段期間，中心主要對外開放對象為 MRI 中心執行委員及政大有研究潛力之教師，評估近半年的使用率情況如圖十六，其計算方式為每月設備實際使用時間除上該月可工作時間之比率。圖十六、各月使用率其中在三、四月初期，系統剛建置完成，硬體如按鈕設備、資料傳輸系統及資安防火牆等，尚在建置中，多數老師對實驗也處於摸索階段，且中心對於安全門禁管制上也較為嚴格，故在初期儀器使用效能較為低落，後期則由於系統趨於穩定，中心設備也漸能滿足部分使用者之需求，故使用率開始提升。未來中心將依照各實驗類型使用情況做一整理，監控各月份不同類型使用情況，此一資訊建立，可提供中心隨時監控各類實驗容量(人文處國科會計畫、非人文處國科會計畫、非國科會計畫等)。未來中心在管理上，會隨時監控此一使用情況，並盡力使中心使用效能提升，以達中心設立之目的。 0.38 0.45 0.83 0.85 0.75 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 三月四月五月六月七月

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4. 儀器維護及管理本中心為推動人文社會跨領域之研究之儀器平台，其內部主要配置為磁振造影儀。該項設備技術已被使用約半個世紀，目前為止，廣泛認為是一種低危害性，可控制的安全檢查。但隨著造影技術的日新月異，大多數人文社會領域者對磁振造影儀仍然感到陌生，其包含的安全問題，是需要被重視的。本管理草案參考各國的管理辦法，並依照政大的服務對象逐一修正而來，主要包含：中心對使用者的安全訓練辦法、申請流程及使用規則、預約方式、諮詢服務方式、緊急事故的應變措施等。上述相關資訊皆已建立並公布於網站 (http://tinyurl.com/cgymexg)。 4.1. 安全訓練辦法圖十七、安全訓練之流程安全訓練流程圖十七如所示。研究開始前，為確保參與人員皆能對磁振造影儀有一定認知，本中心設立一套安全訓練辦法，包含計畫主持人，及其下計畫的助理等，皆需要通過此一訓練，訓練方式如下： (1) 中心將提供基本教材於網路上，負責計畫的每一位成員，都應對其內容有基本瞭解(參考附件一) (2) 成員逕行至網路上機考試，同時利用網路表單彙整成員資訊 (3) 考核結果由中心行政專員對其進行認證，並歸檔 (4) 當計畫主持人及其底下成員皆通過考核，則核發通行證給該計畫主持人，此通行證可進入中心註冊區域，其他區域，仍需中心專員陪同才可進入。 (5) 待其所配合計畫之預約完成，則開放儀器使用

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4.2. 申請流程及使用規則中心目前開放的時間為週一至週五上午九點至下午六點，在未來將視服務情況加以修正，費用為每小時 4000 元，目前開放對象以國科會人文處計畫優先，其他處室及非國科會底下之計畫也開放受理，由於本中心為推廣人文社會領域之研究，每月可服務之時數，中心需保留一定比例給人文處之研究，其於時間則為公開開放時間，但為提升初期使用之效能，目前也歡迎其他計畫申請，並將使用情況逐一記錄並統計控管。 4.2.1. 申請流程圖十八：申請流程及使用規則目前中心另可依據其經費來源將使用者分為二類：有國科會計畫使用者與非國科會計畫使用者。此兩類使用者，都需接受中心之安全訓練辦法始得預約。若為有國科會計畫使用者，則中心採用服務角色定位，提供儀器服務；如非國科會計畫使用者，為避免資源之浪費，中心將以協助輔導之角色進行輔助，所受理之案件得經由「研究諮詢與管理委員會」進行案

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件諮詢，除此之外，上兩類使用者，仍需檢具該項計畫之 IRB，才得使用本中心之儀器(參見圖十八)。詳細申請流程如下： (1) 計畫主持人(PI)需備妥儀器申請書內容包括，(計畫題目、計畫編號、計畫申請時數、實驗目的、實驗方法、預期結果及配合需求等)、IRB 証明文件及經費來源證明。 (2) 中心行政專員檢視文件資格是否符合 (3) 中心諮詢委員會就實驗設計及資料分析兩點給予意見後，送儀器專家及認知學者討論通過後始得進行實驗預約帳號申請 (4) 在實驗開始進行前，包含 PI 及研究助理皆須進行安全訓練 (5) 實驗進行前請與操作人員確定實驗序列及造影程序，以利實驗進行 (6) 待實驗結束後，行政專員於網路確認預約完成，並進行核銷。 (7) 若欲取消實驗，需於實驗前三天，中午十二點前告知管理人，無故不到視同使用，照常收費。 4.2.2. 儀器使用規則目前儀器操作皆由專門技術人員操作，配合定期保養，以確保機械品質。然而除了本身硬體的維護上，良好的使用習慣也是對機械的一種保護，因此中心特定立使用規則，期待各使用者遵行之。 詳細儀器使用規則如下： (1) 為確保儀器及人員之安全，所有操作皆需在專門技術人員陪同之下才可使用

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(2) 每日使用時，對於開機、關機或臨時狀況請確實登記於紀錄本內。 (3) 沒有遵循使用規則、沒有正常關機使用情形、或無故不到者，第一次將通知計畫主持人，第二次將取消使用儀器一個月，第三次則取消儀器使用權利半年。 (4) 請使用者愛護儀器及相關設備，並確保維護儀器環境整潔。 (5) 本儀器之收費標準僅計算耗材成本，不含儀器購置、維護等費用。為避免浪費公共資源，請確認實驗設計良好，若並非儀器故障導致實驗結果不良，使用者仍必須依收費標準付費。 (6) 本核心設施僅負責協助實驗進行，研究過程之受試者安全，依人體試驗委員會規定，本核心設施概不負責。 (7) 實驗後請於一週內下載實驗結果，本核心設施不負資料保存及資料處理之責任。 4.2.3. 諮詢服務方式目前中心共開放兩種諮詢管道，分別為線上網路諮詢及專案申請。線上諮詢服務目前已將網路討論平台公布於中心網頁，由儀器諮詢小組每人按月負責回應問題與提供回應，對該類議題感興趣之學者也可以回應即時通知，系統將隨時把最新通知寄送到郵件信箱中；專案申請則須上網填寫實驗諮詢申請單，中心將於每月諮詢會議召開時，提出並進行討論。另外，中心成員聯絡資訊及其專長公布於網路上，學者也可直接與其聯繫並做討論。 4.3. 緊急事故的應變措施之指引緊急事件發生時，通常無足夠時間，去分配何人、何事、何地等相關事宜，若無法在短時間內採取有效措施，通常會衍生嚴重的後果。中心針對可能發生之緊急狀況，運用自有之資源，研訂相關緊急應變計畫，並實施必要演練，使相關人員熟練應變應有之知識及技能，方能在緊急狀況下，有效處

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理災害於不同階段下之應變措施。目前中心共規畫五項處理事件，包含如下：甲、火災意外事件 火災意外事件處理流程如圖十九所示。詳述如下： (1) 中心技術人員需按下緊急關閉按鈕，終止所有掃描。 (2) 強制關閉系統及電腦電源，並移除所有組件的電力系統 (3) 火災報警及撥打 119，並疏散中心大樓一般人員。 (4) 使用滅火器滅火。惟一般紅色滅火器時，請先將機器 quench 掉再進行撲滅，火超過腰部以上時，則判定不可撲滅，所有人員應迅速撤至安全區域。 (5) 當消防隊到達時，中心人員必須決定是否消防隊員必須把磁鐵性物體移置 MRI 的空間(如滅火器)。如果鐵磁設備必須進入房間，請將機器 quench。圖十九、火災意外事件處理流程乙、飛射性物品意外事件 飛射性物品意外事件處理流程如圖二十所示。詳述如下： (1) 立即通報中心技術人員 (2) 按下緊急關閉按鈕，暫停掃描。 (3) 檢查有無人員受傷，若有將傷者移出 MRI 檢查室，同時並通知 119，若無人員傷害，則通知西門子公司，請工程師進行移除即可

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(4) 告知傷者已通知救護車，並給予心理支持，並進行簡單醫護處理，如患部出血，則進行包紮，待救護車到來。 (5) 若傷者受困於機器上，此時按下 quench 按鈕，移除磁體磁力。圖二十、飛射性物品意外事件處理流程丙、 .豪大雨、水災、颱風之應變處理 (1) 事前準備事項  當颱風警報發布時，中心技術人員須掌握颱風動向，並做好內部防颱措施  除颱風警報前，應保持各門窗，排水設施等是否完善 (2) 警報發布時準備  巡視排水溝是否暢通、門窗是否緊閉  防水閘門應就定位  於可能淹水處設置沙包，包含第三處鐵門，及電腦分析室  確保電源處之乾燥 (3) 警報解除後之處置  整復環境，並將沙包還原  檢視排水系統，清除雜物，必要時知會總務處營繕組  若環境發生淹水，請協調其他人員進行圍堵打掃等動作

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丁、電力系統斷電之緊急復辟 (1) 由校方通報中心值班人員 (2) 中心值班人員與西門子公司聯繫，同時檢察周邊電力斷電情況 (3) 若為非總電源之斷電情形，可在西門子工程師指導下，恢復電源 (4) 若為總電源之電力跳脫，待工程師至現場後才可進行復電戊、不明因素之受試者不適 (1) 暫停掃描 (2) 將受試者移至陰涼處 (3) 觀察並給予心理性支持 15 分鐘，若無其他異常則讓受試者回去休息 (4) 若仍感不適，則聯絡救護車送至醫院。上述計畫指引，為緊急發生時之基本方針，但需視現場情況加以應變。為有效提升現場第一時間搶救的熟悉度與安全性，中心將每年一次定期演練，使得中心內部人員都能確實操作，避免意外的擴大。本指引除包含中心內部之災變處理，同時也包含校方緊急事件處理體系之結合，相關整體流程，可參考附件二。

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圖二十一、中心防災之措施以防水為例，上圖為擋水牆之設置，及下圖緊急擋水之閘門

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5. 教育訓練之成果本教育訓練規劃案之主要目的在提升人文社會科學領域研究人員應用功能性磁振造影之能力，具體目標有三：(1)提升人文社會科學領域研究人員應用功能性磁振造影(fMRI)於相關研究議題之興趣及認識；(2)培育人文社會科學領域背景之大專院校教師與研究生應用 fMRI 進行研究之能力；(3)提升本中心相關 (技術)人員 MRI/fMRI 專業素養。為有效達到本計畫的目的，由本中心之「學術與教育訓練委員會」統籌規劃及執行，執行分成二大方向進行：(1)在教育訓練上，將提供「神經系統」及「認知神經科學」之介紹課程，以及功能性磁振造影基礎課程及進階課程各二日，給予技術相關之基本知識與研究議題的討論，及(2)在研究培育上，將藉由提供各議題之深入介紹及研究主題之討論，給予實質的建議與諮詢。 5.1. (f)MRI 初階課程(2012/01/16~17) 課程內容包含有 MRI 系統的安全與規範說明、MRI 系統裡的硬體設備

與架構、MRI 基本物理基礎、MRI 影像的基本性質、EPI&fMRI 基本介紹、

fMRI 技術如何量測大腦神經活化反應、fMRI 影像訊號及雜訊的來源、fMRI

之時間與空間解析度、fMRI 之實驗設計、fMRI 之影像處理、統計分析模

型、統計結果推論。本初階課程共有 155 名學員報名參加，學員之學術領

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圖二十二：(f)MRI 初階課程學員之學術領域來源及身分分析

5.2. (f)MRI 進階課程(2012/02/17~18)

課程內容包含有 MRI 影像以及各種取像方式概論、介紹 MRI 成像的

K-space 特性及脈衝程序架構、MRI 影像品質的評估、EPI 影像特性及校正、

fMRI 實驗程序的效率、不同造影工具的結合、當代 fMRI 資料分析的取向

與趨勢、fMRI 資料分析的功能關聯性分析、fMRI 資料分析的因果互動分

析、Model-based fMRI analysis、Pattern analysis (classification) of fMRI、

Voxel-based morphometry (VBM)等。本進階課程共有 121 名學員報名參加，學員之學術領域來源及身分分析如圖二十三所示。 人文相關科系 (語文，教育，經 濟，管理) 19% 心理學相關 科系 39% 理工機械 相關 4% 醫療相關 (復健物治) 13% 其它 25% 學員領域示意圖 24 3 25 62 29 1 1 學員身分統計示意圖 人數

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圖二十三：(f)MRI 進階課程學員之學術領域來源及身分分析 5.3. 認知神經科學工作坊 (2012/02/6~7) 課程內容包含有早期視覺處理與辨識、跨感官消息處理、人類注意與認知控制、意識、情緒與動機、人體實驗的學術道德倫理規範、社會認知、決策行為、人類記憶、學習、語言表徵、神經造影實驗的安全性。本進階課程共有 142 名學員報名參加，學員之學術領域來源及身分分析如圖二十四所示

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圖二十四：認知神經科學工作坊學員之學術領域來源及身分分析綜觀這三次教育訓練，學員相當積極、踴躍地報名參與。透過成員分析，參加 MRI 與認知神經工作坊都以研究生居多，達到教育與推廣目的，成果堪稱豐碩。另外，在 MRI 方法學課程上的學員來源多以人文、心理相關領域居多，但是在認知神經課程上則有相當比例是來自其他領域，顯見認知神經科學領域是逐漸地受到其他領域的重視，進而報名參加，並聽取相關議題的介紹。這是一個重要的跡象，因為透過參與課程學員的回饋，使我們堅信繼續推動認知神經科學會是符合學界期待的。另外，在研習課程結束後，我們也以問卷方式了解學員對研習課程內容的了解程度，透過回饋調整下一年度教育訓練之課程內容與講員。同時，後續將嘗試追蹤分析研習學員持續參與 fMRI 研究的比例。

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6. 相關研究議題規畫現代認知神經科學的蓬勃發展，造就我們對腦功能的深入了解，同時也啟發各研究領域不管是在方法學或研究議題的瞭解與闡述上，都有了具體而微的改變。本團隊對未來研究議題的規畫將由幾個不同的層次做考量。第一種是本團隊在這些領域已具有實質研究成果的議題，因此可以帶領對這些議題感興趣的研究者進一步深入探討相關問題，累積研究成果，其未來研究成效當可預期。第二種是具發展潛力之重要議題，例如：與決策科學相關的研究；與政大創新與創造力研究中心進行文創產業發展等相關之創造力研究；與藝術、美感相關之研究；與政治態度相關之研究；意識與自我之研究等。如前所述，本校「心智、大腦與學習」研究中心推展跨領域議題的發展，目前已在情感神經科學、教育神經科學(包含創造力相關議題)、決策神經科學、語言與神經科學、心智哲學與神經科學等逐步發展。以上之考量，皆為可能研究發展之議題，屬於廣泛發展人文社會科學與神經科學結合之可能性。然而，在廣為發展之餘，亦要考慮如何撿選其中一、二議題做拔尖之發展，藉以在國際間展露頭角。無論是已有研究基礎之議題、新興之議題、具文化特殊性之議題，皆有此潛能。本團隊會以此為目標，定期自我檢視，視研究發展狀況將研究能量做適當調整。以下將介紹本團隊已具有實質研究成果的議題：（1）腦與決策行為：隨時隨地我們都在進行決策行為，然決策過程中所包含的因素眾多，除了一般理性的因素，例如訊息的來源和比重、誘因的大小、後果的影響，還包含許多非理性的因素，例如情感或情緒等等。探討決策歷程之神經生理機制的神經經濟學，近年來蓬勃發展。同時，行為與神經生理的資料可以進一步以數學模式加以檢驗，並檢視反應其內在歷程之參數。本團隊主要研究人員有政大資管系梁定澎講座教授、政大廣告系張卿卿講座教授、政大企管系別蓮蒂教授、政大經濟系陳樹衡教授、政大心理系顏乃欣教授、廖瑞銘教授及楊立行助理教授、陽明大

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學神研所郭文瑞副教授、吳仕煒助理教授。各次領域條列如下： A. 實驗經濟學。 B. 神經經濟學。 C. 神經資訊管理學。 D. 神經管理學。 E. 神經行銷學。（2）腦與法律：法律所管轄與限制的對象是人的行為，人的行為是由腦來控制，腦與法律的密切關係不言可喻。團隊所屬在這方面的專家有中央大學認知神經科學研究所洪蘭教授、阮啟弘教授、中正大學犯罪防治學系陳巧雲助理教授、陽明神研所鄭雅薇副教授與林慶波教授、政大心理系顏乃欣教授、許文耀教授、廖瑞銘教授。各次領域條列如下： A. 暴力行為及傾向的相關因素與其神經生物機制。 B. 成癮行為與神經藥物動力學。 C. 道德判斷/決策行為的神經生物基礎。 D. 情緒、暴力與行為的關係。（3）腦與社會/人際互動：社會互動或社會心理學所描述的人際行為及心理歷程，有越來越多研究者利用神經科學的方式來研究，成果豐碩，除了提供了解各歷程之生物基礎，也協助解釋或瞭解若干神經精神疾病的神經機制。本團隊主要研究人員有陽明大學神研所鄭雅薇副教授、陽明大學認知神經科學實驗室蔡佳津博士、政大心理系顏乃欣教授。各次領域條列如下： A. 社會互動 (social interaction)的神經生物基礎。 B. 同理心 (empathy) 的神經生物基礎。 C. 鏡像神經元系統與自閉症的關係。（4）腦與情緒：情感神經科學是近年來重要的研究議題，本團隊在此議題上

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由基礎歷程與應用層次做廣泛之探討。主要研究成員包含政大心理系顏乃欣教授、許文耀教授、廖瑞銘教授、楊建銘教授及黃淑麗副教授、心智、大腦與學習研究中心徐慎謀助理研究員。各次領域條列如下： A. 情緒與情緒調節的神經生理機制。 B. 情緒與決策。 C. 情緒與注意力。 D. 情緒與人臉辨識。 E. 情緒與睡眠研究。 F. 情緒在藥物成癮中扮演的角色。（5）腦與美感：神經美學(neuroasethetics)探討藝術品引發美感經驗的神經基礎。本團隊主要研究人員有政大廣告系張卿卿講座教授、政大企管系別蓮蒂教授、政大心理系黃淑麗副教授、陽明大學神研所郭文瑞副教授。各次領域條列如下： A. 基本視覺圖像的美感神經生理機制。 B. 藝術畫作的美感神經生理機制。 C. 商品與 logo 的美感神經生理機制。 D. 廣告的美感神經生理機制。（6）腦與教育：腦是決定行為的中樞，所以如何將腦神經科學與教育做連結，進而協助改善教學，是當今甚為重要的課題之一。團隊所屬成員在這方面相關領域有具體研究成果，所屬專家包含有中研院語言所李佳穎副研究員、陽明大學神研所郭文瑞副教授、師範大學心輔系李俊仁副教授、政大心理系顏乃欣教授與蔡介立助理教授、政大師培中心葉玉珠教授、中央大學認知神經科學研究所洪蘭教授與吳嫻副教授。各次領域條列如下： A. 閱讀與腦。 B. 數學、數字處理與腦的關係。

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C. 決策與問題解決能力的發展。 D. 大腦可塑性，由嬰兒到成人。 E. 學習困難。 F. 創造力。（7）腦與哲學：本團隊主要研究人員有政大心智、大腦與學習研究中心研究員藍亭教授，以認知科學哲學為基礎，探討自我（self）與意識（consciousness）的認知歷程與大腦運作基礎；並將就情緒與認知的心理學實驗方法，探測個體的身體感（embodiment）及意識知覺，建立可行的實證研究基礎。政大心理系楊建銘教授則探討睡眠與意識的關係。各次領域條列如下： A. 自我與意識。 B. 自我與 resting state。 C. 佛學與神經哲學。 D. 禪坐或冥想之意識狀態與其神經機制。 E. 知覺、注意力及情緒對意識與自我的影響。 F. 身體感（embodiment）與意識知覺。 G. 睡眠與意識。（8）腦與語言：本團隊主要研究人員有中研院語言所李佳穎副研究員、師範大學心輔系李俊仁副教授、陽明大學神研所郭文瑞副教授、中央大學認知神經科學研究所吳嫻副教授、政大心理系蔡介立助理教授。各次領域條列如下： A. 中文閱讀發展的認知成分及其神經生物基礎。 B. 中文閱讀歷程研究。 C. 中文產出與雙語處理的神經生物基礎（9）腦與記憶：本團隊主要研究人員有政大心理系郭柏呈助理教授、中央大

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學認知神經科學研究所鄭仕坤副教授與吳嫻副教授。各次領域條列如下： A. 腦與情節記憶 (episodic memory) 。 B. 雙語材料與短期記憶 (short-term memory) 。（10）視覺、聽覺、動作控制與腦：本團隊主要研究人員有中央大學認知神經科學研究所阮啟弘教授、張智宏助理教授、謝宜蕙助理教授、陽明大學神研所郭文瑞副教授、政大心理系郭柏呈助理教授。各次領域條列如下： A. 腦與視覺認知。 B. 運動與語言腦部表徵之性別差異。 C. 老化對空間訊息處理能力的影響。 D. 數字、量、空間與動作之間的關係。 E. 認知控制/抑制。（11）認知功能障礙與臨床神經、精神疾患：在臨床及特殊族群的研究上，本團隊主要研究人員有陽明腦科學研究所葉子成博士、陽明醫學系蘇東平教授，政大心理系許文耀教授、楊建銘教授及姜忠信副教授、師範大學心輔系李俊仁副教授、陽明大學神研所鄭雅薇副教授及林慶波教授。各次領域條列如下： A. 失智症及老化與心智功能障礙。 B. 閱讀障礙。 C. 腦血管疾病與語言障礙。 D. 自閉症與心智功能障礙。 E. 身心症與心智功能障礙。 F. 睡眠障礙。（12）技術發展：MRI 訊號處理之技術發展本身即為一重要發展議題。另外，在認知神經科學的研究領域中，不同工具的訊號整合為一重要趨勢。這

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些研究，不論在方法或課題上均具備研究開創性與重要研究價值。本團

隊主要研究人員有陽明大學神研所林慶波教授與郭文瑞副教授、政大應

用物理所蔡尚岳助理教授、中央大學認知神經科學研究所阮啟弘教授、

政大心理系蔡介立助理教授、台大電機系鍾孝文教授、台大醫學工程研

究所林發暄副教授。各次領域條列如下： A. Ultra-fast fMRI development

B. Molecular imaging/ MRS C. DTI/ DSI D. fMRI 加 DTI/DSI E. MRI 與眼動儀整合之技術發展 F. MRI 與 MEG 整合之技術發展 G. MRI 與 tDCS 電刺激儀整合之技術發展 H. MRI 與 EEG 整合之技術發展 I. MRI 與膚電反應器整合之技術發展圖二十五、由基礎到應用之研究議題示意圖

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上述議題之關係，其架構顯示於圖二十五。這些議題，以探討大腦之運作為核心問題，其研究議題由基礎研究到應用的十二個議題，是目前團隊成員有在進行的研究議題以及我們認為可以協助發展的方向。不同研究議題反應了不同的研究興趣，也提供了不同的研究群組，形成各類研究議題的基石，讓不同人文社會科學領域的學者，可以找到合適對話、討論的對象，共同發展研究議題，而其具體目標即為提國科會研究計畫。以目前國科會人文處推動的 fMRI 計畫為例，不同團隊成員即在多種議題上，與來自全國各地的人文社會學科學者共同討論，並提出研究計畫。無論計畫通過與否，這些討論已奠定後續跨領域研究合作的基礎。然而，本團隊目前設定的欲進一步發展的特色議題包括下列四者：(1) 決策神經科學；(2)自我、意識、神經倫理學；(3)神經語言學；(4) 創造力、美感與腦，並期待其中一或二個議題能有拔尖之發展，在國際間嶄露頭角。我們在上述議題下，將統計參與相關研究之研究生、研究助理、博士後、校內外教師之人數以及參與計畫。至於評估本中心推廣人文社會科學跨神經科學領域的研究計畫成效，將計算每年度成功通過國科會計畫與學術倫理審查後，向本單位提出儀器使用申請的研究計畫件數，並分析其計畫主持人與共同主持人背景，同時追蹤其研究成果與發表情形。

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7. 台灣心智科學腦造影中心特色儀器之未來發展台灣心智科學腦造影中心已建置最高階之 3T MRI，未來希望持續拓展周邊配備，建置多種認知神經科學研究儀器指標。目前國際上各個從事磁振造影的頂尖研究團隊，均已走向藉由整合多項儀器指標，探討各種生理與行為訊號和認知歷程與大腦功能間的關聯性。發表於頂尖期刊之腦造影文獻，亦多採取此研究策略。本中心綜觀國際趨勢，並且結合團隊成員之專長及優勢，歸納出下列儀器為本中心將發展之 MR 相容特色儀器服務項目。 7.1.1. MR 相容眼動儀在國際認知神經科學研究不同工具的訊號整合的潮流中，以磁振造影結合眼動儀的研究雖有增加的趨勢，但仍不多見。眼動與磁振造影兩項工具的結合，除了能即時監控睜閉眼、瞳孔大小、眼睛凝視位置等眼睛狀態，確保受試者遵守指導語進行實驗，更可直接連結眼動凝視軌跡與大腦功能運作，以數學模型量化描述眼動控制(oculomotor control)、空間注意力等行為與腦部活動之關係。此外，眼動儀可提供事後(offline)與即時(online)的眼動數據，可依凝視的時間點與空間位置，來觸發磁振造影的掃瞄，或是進行事後的分析，如此可使呈現刺激後所記錄的大腦內血氧濃度變化，在時間與空間上都更接近相對應的認知運作歷程或事件。研究者藉由眼動儀的輔助，獲得具高空間及時間解析度的眼動軌跡資訊，讓認知神經科學在各研究領域，包含空間注意力、高等認知功能、及臨床等的研究有機會更深入探究各種認知功能的神經機制，此優勢未來將成為認知神經科學研究的潮流。本研究團隊在眼動研究上己建立相當厚實的基礎，發表多篇論文在國際期刊與研討會論文，成果相當豐碩，儼然成為國內眼動研究的典範。每年皆會開設工作坊講授眼動儀的基本概念及研究方法，培育研究人員眼動儀操作訓練直至可獨立進行實驗，並協助其他研究團隊著手進行眼動實驗，提供規

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劃眼動實驗流程的諮詢並解決蒐集資料時可能遇到的困難。除了中文閱讀研究外，政大心理系蔡介立之眼動研究團隊，藉由跨領域合作模式，已將眼動研究推廣至人文社會領域(如廣告、臨床、教育、語言、企管、及體育等)。在長期的合作歷程中，諸多跨平台合作凡不勝舉，經過多種研究的嘗試，已累積豐富的實務經驗，並受到合作單位的肯定與信任，顯示本研究團隊已具有優越的跨領域統合能力。未來如能增添與磁振造影儀相容的眼動儀，基於本團隊既有的眼動研究基礎，可擴展至腦造影中血氧濃度的變化與眼動資訊間的整合，發展本團隊磁振造影的研究特色，未來可提供在學術上多元化的優質服務。 7.1.2. MR 相容 tDCS 電刺激儀 tDCS 電刺激儀的最大好處在於其可建立行為與大腦神經機制的因果關係，並可配合 MRI 相關證據的資料一起進行參照分析，有助全面性了解各項行為的神經機制。與 MRI 相容的電刺激儀（tDCS），並可結合 MRS 以釐清行為在神經傳導物質層次上的神經機制，這是現代認知神經科學研究一個全新的取向及趨勢。另一個重點是，tDCS 電刺激儀在全世界的認知神經科學界中算是一個很新的儀器，使用的人並不多。中央大學認知神經科學研究所老師在這方面一直有在密切注意，並與國外有所合作，其相關論文著作也非常豐富；在此前提下，我們將可望在這個層面上趕上甚至超過其他各國的認知神經科學研究團隊，也可藉此吸引更多優良的團隊前來合作。MR 相容 tDCS 電刺激儀相關配備與報價列於附件四。中央大學認知神經科學研究所在 TMS 與 tDCS 的研究上已有純熟的使用經驗與很好的研究成果，他們同時和美國南加州大學以及俄亥俄州立大學共同合作，使用 tDCS 進行認知神經科學議題的研究，並已將相關研究成果發表在 PNAS、Journal of Neuroscience 等國際頂尖學術期刊。我們希望採

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購 tDCS 電刺激器，以便日後可以順利與相關的研究團隊進行合作，增進台灣認知神經科學界的國際能見度與影響力。台灣在電磁刺激的研究領域已經有扎實的基礎與著作發表，未來的發展預期也將十分迅速。我們期望添購 MR 相容 tDCS 電刺激器，以吸引國內外相關研究團隊以進行獨具特色的研究，這個研究取向將成為政大 MRI 研究中心在世界上的一個重要研究特色，並扮演未來領導認知神經科學研究的角色。 7.1.3. MR 相容 EEG 雖然 fMRI 在研究神經認知活動是相當好的工具，但其缺點之一是其時間解析度是相對較差的，無法反應出幾百毫秒內的神經元運作。在眾多常用的認知神經科學的研究工具中，事件相關電位（Event-related potential, ERP ）與 fMRI 正好相反，由於是直接由測量電位活動的腦電圖（electroencephalogram, EEG）分析所得，因此擁有良好的時間解析度，但也由於電位傳導的特質，其空間定位的準確性相當受限。因此，近年來開始有較先進的實驗室發表同時進行 fMRI 及 ERP 測量的研究，透過兩者的

比對，利用 fMRI 的定位測量來協助定位 ERP 成分波的所在，或透過 ERP

在時間的精確度來修正以 fMRI 所建立的腦區活化或連結的模式。此外，由

於 ERP 是由 EEG 所分析而來，因此儀器也可以進行 EEG 的測量與分析。

EEG 直接判讀以及頻譜分析可以用來反應個體意識狀態與睡眠階段，特別對於政大「心智、大腦與學習研究中心」研究團隊中藍亭與楊建銘所進行

有關意識及睡眠之研究，可以透過 EEG 與 fMRI 同時的測量，探索不同意

識狀態下的腦部區域的活動。

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叢集電腦可大幅加速了資料分析的效率。目前神經認知科學的分析中，大多需要利用電腦進行繁雜的統計模組建立，及影像分析程式。以一個 MRI

實驗進行後的實驗前處理為例，若實驗共有 30 個受試者，每位受試者需要

約六個前處理流程，假設每個流程平均來說需要一小時工作，傳統的序列

式計算則共需 180 小時。若採用叢集電腦中所附有的分散式計算概念

（distributed computing）將 180 個程序同時分散到 cluster 中的各節點，則

原先 180 小時之工作，可於一小時完成。在功能性磁振造影相關研究外，

經常需要藉模型模擬求取模型之最佳解。以往使用個人電腦，此類運算經

常需數天至一禮拜的時間完成。若透過叢集電腦之平行計算，將大大減少

運算時間，加速資料分析、進而加快研究腳步，增強競爭力。

根據目前所知，國外重要腦造影及神經科學中心，如 UCLA Brain

Imaging Center, Martinos Center for Biomedical Imaging at MGH, Caltech

brain imaging center 等，均有設置相關設備來滿足高速運算的需求。國立政治大學擁有頂尖的 MRI ，但研究成果大部份必須仰賴研究者分析資料的能力及速度，因此建議購買叢集電腦，並開放給所有使用者使用，以充分利用高速運算的能力，加速資料分析和研究的速度，更進一步提升學術的競爭力。高速運算器相關配備與報價列於附件八。 7.2. 小結本中心期待未來在國科會人文處的支持下，能建置上述特色儀器，提供研究者多項儀器指標，不但能趕上國際認知神經科學研究整合不同工具的訊號的潮流；更能使跨領域研究發展有更豐富的內涵。本團隊除了現有的各儀器專家將投入上述 MR 相容特色儀器之研究發展外，並將延聘俱 fMRI 與眼動儀、EEG 或 tDCS 電刺激儀相關專長的博士後研究員，協助整合性研究之發展，使上述 MR 相容儀器成為本中心之特色服務項目。本團隊發展

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各特色儀器的專業團隊，亦將提供相關課程，訓練學員了解各儀器及其資料