2025年大學(xué)《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——生物統(tǒng)計(jì)學(xué)在神經(jīng)科學(xué)研究中的角色考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述隨機(jī)抽樣的意義及其在神經(jīng)科學(xué)研究中進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時(shí)的作用。請(qǐng)說(shuō)明至少三種隨機(jī)抽樣方法，并簡(jiǎn)述其原理和適用場(chǎng)景。二、在神經(jīng)科學(xué)研究中，研究者想比較三種不同訓(xùn)練方法（A、B、C）對(duì)短期記憶能力的影響。假設(shè)有15名受試者參與實(shí)驗(yàn)，且受試者被隨機(jī)分配到三種訓(xùn)練方法中（每種方法5名受試者）。研究者測(cè)量了受試者在訓(xùn)練后的短期記憶分?jǐn)?shù)。請(qǐng)回答：1.這個(gè)研究設(shè)計(jì)屬于什么類(lèi)型？（單因素方差分析？配對(duì)樣本t檢驗(yàn)？其他？請(qǐng)說(shuō)明理由）2.如果測(cè)量數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，可以采用什么統(tǒng)計(jì)方法來(lái)比較三種訓(xùn)練方法的效果？請(qǐng)簡(jiǎn)述該方法的基本思想。3.進(jìn)行方差分析（ANOVA）后，如果發(fā)現(xiàn)組間存在顯著差異（P<0.05），下一步應(yīng)該進(jìn)行什么統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)來(lái)確定哪些組別之間存在顯著差異？請(qǐng)簡(jiǎn)述該檢驗(yàn)方法的基本原理。三、神經(jīng)科學(xué)家記錄了一名受試者在執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)的大腦皮層活動(dòng)電位（Electroencephalogram,EEG）。該電位信號(hào)隨時(shí)間變化，呈現(xiàn)出復(fù)雜的波形。請(qǐng)回答：1.描述性統(tǒng)計(jì)量（如均值、標(biāo)準(zhǔn)差）在分析該EEG信號(hào)時(shí)可能提供哪些信息？2.如果研究者想分析該EEG信號(hào)在不同任務(wù)階段（如刺激呈現(xiàn)期、反應(yīng)期）的平均幅值是否存在差異，可以采用什么統(tǒng)計(jì)方法？請(qǐng)說(shuō)明選擇該方法的原因。3.EEG信號(hào)通常具有波動(dòng)性，數(shù)據(jù)點(diǎn)之間可能存在相關(guān)性。在分析這類(lèi)時(shí)間序列數(shù)據(jù)時(shí)，需要注意哪些統(tǒng)計(jì)問(wèn)題？簡(jiǎn)單說(shuō)明。四、一項(xiàng)神經(jīng)影像學(xué)研究旨在探討長(zhǎng)期冥想訓(xùn)練對(duì)大腦結(jié)構(gòu)和功能的影響。研究者對(duì)一組冥想新手（未經(jīng)系統(tǒng)訓(xùn)練）和一組有數(shù)年冥想經(jīng)驗(yàn)的冥想者進(jìn)行了結(jié)構(gòu)磁共振成像（sMRI）和功能磁共振成像（fMRI）掃描。研究測(cè)量了大腦灰質(zhì)體積、特定腦區(qū)（如前額葉皮層）的灰質(zhì)密度以及靜息態(tài)下該腦區(qū)的血氧水平依賴(lài)（BOLD）信號(hào)強(qiáng)度。請(qǐng)回答：1.比較冥想新手和冥想者組別在特定腦區(qū)灰質(zhì)密度上的差異時(shí)，如果數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布且兩組樣本量相等，適宜采用什么統(tǒng)計(jì)方法？請(qǐng)簡(jiǎn)述之。2.fMRIBOLD信號(hào)反映的是神經(jīng)活動(dòng)的間接指標(biāo)。在分析fMRI數(shù)據(jù)時(shí)，為什么不能直接比較不同個(gè)體在某個(gè)腦voxel（體素）上的原始BOLD信號(hào)強(qiáng)度差異？需要應(yīng)用什么概念或技術(shù)來(lái)進(jìn)行有效的比較？3.如果研究者發(fā)現(xiàn)冥想者的前額葉皮層灰質(zhì)密度顯著高于新手，并且該腦區(qū)在靜息態(tài)下的BOLD信號(hào)也表現(xiàn)出更高的活動(dòng)水平，請(qǐng)討論這兩個(gè)結(jié)果之間可能存在的關(guān)聯(lián)，并說(shuō)明在統(tǒng)計(jì)學(xué)上如何進(jìn)一步探究這種關(guān)聯(lián)性。五、某研究者想調(diào)查咖啡因攝入量是否會(huì)影響人的反應(yīng)時(shí)間。他招募了30名志愿者，隨機(jī)將他們分為三組，分別服用不同劑量的咖啡因（0mg、100mg、200mg），然后在標(biāo)準(zhǔn)化的認(rèn)知任務(wù)中測(cè)量他們的反應(yīng)時(shí)間。請(qǐng)回答：1.為了檢驗(yàn)咖啡因攝入量對(duì)反應(yīng)時(shí)間是否存在影響，應(yīng)選擇什么樣的統(tǒng)計(jì)分析方法？請(qǐng)說(shuō)明理由。2.假設(shè)分析結(jié)果顯示，隨著咖啡因劑量增加，反應(yīng)時(shí)間逐漸變短，且組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。請(qǐng)解釋P<0.05這個(gè)值在本研究中的含義。3.除了P值，研究者還應(yīng)報(bào)告哪些統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來(lái)更全面地描述咖啡因劑量效應(yīng)的大小和方向？請(qǐng)說(shuō)明這些指標(biāo)的意義。六、在研究阿爾茨海默?。ˋlzheimer'sDisease,AD）的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制時(shí)，研究者收集了AD患者、輕度認(rèn)知障礙（MCI）患者和健康對(duì)照組的腦脊液（CSF）樣本，并測(cè)量了其中幾種生物標(biāo)志物的水平（如Aβ42、t-Tau、p-Tau）。請(qǐng)回答：1.如果研究者想比較三組（AD、MCI、對(duì)照組）在Aβ42蛋白水平上是否存在顯著差異，且數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，適宜采用什么統(tǒng)計(jì)方法？請(qǐng)簡(jiǎn)述。2.在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析之前，研究者需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行哪些方面的檢查？請(qǐng)至少列舉三項(xiàng)，并說(shuō)明每項(xiàng)檢查的目的。3.假設(shè)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)AD組的Aβ42水平顯著低于對(duì)照組，而MCI組介于兩者之間。請(qǐng)討論在解釋這些結(jié)果時(shí)需要考慮哪些潛在的混雜因素或生物機(jī)制？七、神經(jīng)科學(xué)研究中常常涉及重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)，例如，在同一個(gè)體上記錄其在不同時(shí)間點(diǎn)（如干預(yù)前、干預(yù)后1個(gè)月、干預(yù)后3個(gè)月）的認(rèn)知能力變化。請(qǐng)回答：1.重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)相比獨(dú)立樣本設(shè)計(jì)有哪些優(yōu)勢(shì)？請(qǐng)至少說(shuō)明兩點(diǎn)。2.分析重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，常用的統(tǒng)計(jì)方法是什么？該方法主要解決了什么統(tǒng)計(jì)問(wèn)題？3.在應(yīng)用重復(fù)測(cè)量方差分析時(shí)，需要滿(mǎn)足哪些重要的統(tǒng)計(jì)假設(shè)？如果這些假設(shè)不滿(mǎn)足，可能采取什么補(bǔ)救措施？八、研究者使用功能性近紅外光譜技術(shù)（fNIRS）測(cè)量了六名被試者在執(zhí)行視覺(jué)任務(wù)時(shí)大腦皮層血氧變化。數(shù)據(jù)包含多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度時(shí)間序列。請(qǐng)回答：1.在分析這些fNIRS數(shù)據(jù)時(shí)，為什么需要先進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理？請(qǐng)列舉至少三種常見(jiàn)的預(yù)處理步驟及其目的。2.如果研究者感興趣的是區(qū)分被試者在執(zhí)行任務(wù)和休息狀態(tài)下的整體大腦活動(dòng)模式，可以考慮使用什么樣的統(tǒng)計(jì)方法或技術(shù)？請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明。3.假設(shè)研究者發(fā)現(xiàn)任務(wù)狀態(tài)下某個(gè)區(qū)域（如V1視覺(jué)皮層）的平均血氧水平升高顯著高于休息狀態(tài)。請(qǐng)討論在解釋這一發(fā)現(xiàn)時(shí)，需要注意哪些與fNIRS測(cè)量原理相關(guān)的因素（如光穿透深度、動(dòng)靜脈血氧差等）。試卷答案一、隨機(jī)抽樣是指從總體中按照機(jī)會(huì)均等的原則抽取樣本的過(guò)程。其意義在于確保樣本能夠代表總體，從而使得基于樣本得出的結(jié)論能夠推論到總體，減少抽樣誤差。在神經(jīng)科學(xué)研究中，隨機(jī)抽樣有助于避免選擇偏差，確保研究結(jié)論的普適性和可信度。常見(jiàn)的隨機(jī)抽樣方法包括：1.簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣：每個(gè)個(gè)體有相同概率被選中。原理是機(jī)會(huì)均等。適用于總體同質(zhì)性較好，個(gè)體間可相互替代的情況。2.系統(tǒng)抽樣：按照一定的間隔從總體中抽取樣本。原理是將總體排序后，以固定間隔k進(jìn)行選擇（k=總體大小N/樣本大小n）。適用于總體較大，且排列有序的情況。3.分層抽樣：將總體按某種特征（如年齡、性別）劃分為若干層，再?gòu)拿繉又须S機(jī)抽取樣本。原理是保證樣本在關(guān)鍵特征上與總體結(jié)構(gòu)相似。適用于總體內(nèi)部存在明顯差異，需要確保各層代表性時(shí)。4.整群抽樣：將總體劃分為若干群組，隨機(jī)抽取部分群組，然后調(diào)查群組內(nèi)所有或部分個(gè)體。原理是方便實(shí)施，節(jié)省成本。適用于群內(nèi)同質(zhì)性高，群間異質(zhì)性低的情況。二、1.這個(gè)研究設(shè)計(jì)屬于單因素方差分析（One-WayANOVA）。理由：研究只有一個(gè)自變量（訓(xùn)練方法），該自變量有三個(gè)水平（A、B、C），因變量（短期記憶分?jǐn)?shù)）是連續(xù)型變量，研究者想比較不同水平下因變量的總體均值是否存在差異。2.如果測(cè)量數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，可以采用Kruskal-WallisH檢驗(yàn)。該方法是一種非參數(shù)檢驗(yàn)，基本思想是比較各組的秩（ranks）均值是否存在顯著差異，它不依賴(lài)于數(shù)據(jù)的正態(tài)性假設(shè)，適用于檢驗(yàn)三個(gè)或以上獨(dú)立樣本的中位數(shù)是否存在差異。3.進(jìn)行方差分析（ANOVA）后，如果發(fā)現(xiàn)組間存在顯著差異（P<0.05），下一步應(yīng)該進(jìn)行事后檢驗(yàn)（Post-hoctests）來(lái)確定哪些組別之間存在顯著差異。常用的方法有TukeyHSD、Bonferroni校正等。這些檢驗(yàn)方法的基本原理是在控制整體第一類(lèi)錯(cuò)誤率（Family-wiseErrorRate,FWER）的前提下，對(duì)所有的成對(duì)組間比較進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定具體的顯著差異所在。三、1.描述性統(tǒng)計(jì)量可以提供EEG信號(hào)的總體特征信息。例如，均值可以反映信號(hào)在某個(gè)時(shí)間窗口或某個(gè)頻段的平均電活動(dòng)水平；標(biāo)準(zhǔn)差可以反映信號(hào)的波動(dòng)性或變異性大小。通過(guò)計(jì)算不同任務(wù)階段的描述性統(tǒng)計(jì)量（如均值），可以直觀比較信號(hào)活動(dòng)的差異。2.可以采用重復(fù)測(cè)量方差分析（RepeatedMeasuresANOVA）或配對(duì)樣本t檢驗(yàn)（如果僅比較兩個(gè)階段）。選擇原因：研究涉及同一受試者在不同任務(wù)階段（屬于重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)）的測(cè)量數(shù)據(jù)，目的是比較同一受試者內(nèi)部不同狀態(tài)下（任務(wù)階段）的平均幅值是否存在顯著差異。重復(fù)測(cè)量ANOVA能更有效地利用數(shù)據(jù)，減少個(gè)體差異帶來(lái)的誤差。3.分析時(shí)間序列數(shù)據(jù)時(shí)需要注意：*自相關(guān)性（Autocorrelation）：數(shù)據(jù)點(diǎn)之間存在相關(guān)性。在傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)（如t檢驗(yàn)、ANOVA）中，假設(shè)觀測(cè)值獨(dú)立，忽略自相關(guān)性可能導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論（如低估P值）。需要使用針對(duì)時(shí)間序列的統(tǒng)計(jì)方法或進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（如差分）。*非正態(tài)性（Non-normality）：EEG信號(hào)可能不服從正態(tài)分布。需要使用非參數(shù)檢驗(yàn)或數(shù)據(jù)變換。*趨勢(shì)（Trend）：信號(hào)可能隨時(shí)間呈線(xiàn)性或非線(xiàn)性趨勢(shì)。需要進(jìn)行趨勢(shì)去除或使用能處理趨勢(shì)的模型。四、1.如果數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布且兩組樣本量相等，適宜采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（IndependentSamplest-test）。該方法用于比較兩個(gè)獨(dú)立組別在某個(gè)連續(xù)型變量上的均值是否存在顯著差異。2.原因：fMRIBOLD信號(hào)是神經(jīng)活動(dòng)的間接反映，受多種生理因素（如血流、血容、脫氧血紅蛋白濃度）影響，個(gè)體間存在差異。直接比較原始信號(hào)無(wú)法消除這些個(gè)體差異和生理變異。需要應(yīng)用配對(duì)協(xié)變量（PooledCovariate）的概念，通過(guò)計(jì)算每個(gè)voxel在所有被試中的信號(hào)變化模式，來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化個(gè)體差異，從而進(jìn)行有效的組間比較。3.這兩個(gè)結(jié)果可能存在關(guān)聯(lián)。大腦灰質(zhì)密度增加可能意味著該區(qū)域神經(jīng)元的數(shù)量或密度增加，這為該區(qū)域提供了更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)基礎(chǔ)。更高的BOLD信號(hào)可能反映了該區(qū)域在執(zhí)行相關(guān)任務(wù)或維持狀態(tài)時(shí)，神經(jīng)活動(dòng)更活躍，需要更多的氧氣。因此，結(jié)構(gòu)上的增強(qiáng)（灰質(zhì)密度增加）可能為功能上的增強(qiáng)（BOLD信號(hào)升高）提供了基礎(chǔ)。統(tǒng)計(jì)學(xué)上，可以使用偏相關(guān)分析（控制其他可能影響的變量，如年齡）來(lái)進(jìn)一步探究這兩個(gè)測(cè)量指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性及其顯著性。五、1.為了檢驗(yàn)咖啡因攝入量（自變量，有三個(gè)水平）對(duì)反應(yīng)時(shí)間（因變量，連續(xù)型）是否存在影響，應(yīng)選擇單因素方差分析（One-WayANOVA）。理由：研究有一個(gè)分類(lèi)自變量（咖啡因劑量水平）和一個(gè)連續(xù)型因變量，目的是檢驗(yàn)不同劑量組別的反應(yīng)時(shí)間均值是否存在顯著差異。2.P<0.05表示在統(tǒng)計(jì)上，有小于5%的可能性觀察到像實(shí)驗(yàn)中這樣或更極端的差異，僅僅是由于隨機(jī)抽樣誤差造成的。換句話(huà)說(shuō)，如果咖啡因攝入量對(duì)反應(yīng)時(shí)間實(shí)際上沒(méi)有影響，那么觀察到當(dāng)前樣本結(jié)果（或更極端結(jié)果）的概率小于5%。這通常被認(rèn)為證據(jù)足夠強(qiáng)，可以拒絕原假設(shè)（各組反應(yīng)時(shí)間均值相等），認(rèn)為咖啡因攝入量對(duì)反應(yīng)時(shí)間有影響。3.研究者還應(yīng)報(bào)告效應(yīng)量（EffectSize）（如eta-squaredη2或Cohen'sd）和置信區(qū)間（ConfidenceInterval,CI）。效應(yīng)量可以衡量咖啡因劑量效應(yīng)的大小或強(qiáng)度，即差異的實(shí)際意義程度；置信區(qū)間可以提供一個(gè)估計(jì)咖啡因劑量效應(yīng)大小的范圍，更全面地反映結(jié)果的精確度。六、1.如果數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，適宜采用單因素方差分析（One-WayANOVA）。該方法用于比較三個(gè)或以上獨(dú)立組別（AD、MCI、對(duì)照組）在Aβ42蛋白水平（連續(xù)型變量）上是否存在總體均值差異。2.需要進(jìn)行的檢查包括：*正態(tài)性檢驗(yàn)：如Shapiro-Wilk檢驗(yàn)或Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)，檢查各組的Aβ42水平數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布。這是ANOVA的前提條件。*方差齊性檢驗(yàn)：如Levene's檢驗(yàn)，檢查三個(gè)組別的Aβ42水平方差是否相等。這是ANOVA的另一項(xiàng)重要前提。*數(shù)據(jù)缺失檢查：檢查是否存在缺失值，并決定如何處理（刪除、插補(bǔ)等）。*異常值檢查：檢查各數(shù)據(jù)點(diǎn)是否存在極端值，可能影響結(jié)果。3.解釋結(jié)果時(shí)需要考慮的潛在混雜因素或生物機(jī)制：*混雜因素：如年齡、性別、教育程度、合并用藥、生活方式（吸煙、飲酒）等，這些因素可能同時(shí)影響Aβ42水平和認(rèn)知狀態(tài)。*生物機(jī)制：AD、MCI和健康對(duì)照在病理生理過(guò)程中存在差異（如Aβ斑塊沉積、Tau蛋白聚集、神經(jīng)元丟失程度），這些差異可能影響Aβ42的生成和清除速率。七、1.重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)：*提高統(tǒng)計(jì)功效：通過(guò)在同一受試者上重復(fù)測(cè)量，可以更好地估計(jì)個(gè)體內(nèi)變異，減少個(gè)體差異對(duì)結(jié)果的干擾，從而更容易檢測(cè)到真實(shí)的處理效應(yīng)，即提高統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的功效。*減少樣本量需求：相對(duì)于獨(dú)立樣本設(shè)計(jì)，可能需要更少的受試者就能達(dá)到相同的統(tǒng)計(jì)功效。*研究個(gè)體變化過(guò)程：可以直接觀察和分析個(gè)體隨時(shí)間的變化軌跡。2.常用的統(tǒng)計(jì)方法是重復(fù)測(cè)量方差分析（RepeatedMeasuresANOVA）。該方法主要解決了在重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)中，如何分離出真實(shí)的處理效應(yīng)（或時(shí)間效應(yīng)、交互效應(yīng)）與個(gè)體內(nèi)變異（個(gè)體差異）的問(wèn)題，從而更準(zhǔn)確地檢驗(yàn)處理或時(shí)間對(duì)因變量的影響。3.需要滿(mǎn)足的重要統(tǒng)計(jì)假設(shè)：*正態(tài)性：各組（或各時(shí)間點(diǎn)）的殘差項(xiàng)應(yīng)服從正態(tài)分布。*方差齊性：各組（或各時(shí)間點(diǎn)）的殘差方差應(yīng)相等。*球形假設(shè)（Sphericity）：在比較兩個(gè)或多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的均值差異時(shí)，各時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣應(yīng)相等。這是重復(fù)測(cè)量ANOVA的強(qiáng)假設(shè)。如果球形假設(shè)不滿(mǎn)足，可以使用Greenhouse-Geisser校正或Huynh-Feldt校正來(lái)調(diào)整F統(tǒng)計(jì)量的自由度，使結(jié)果更穩(wěn)健。八、1.信號(hào)預(yù)處理步驟及其目的：*去除偽跡（ArtifactRemoval）：如去除眼動(dòng)（EOG）、肌肉活動(dòng)（EMG）、心拍（ECG）等由生理或?qū)嶒?yàn)操作引起的不相關(guān)信號(hào)。目的：消除非神經(jīng)源性干擾，提高信噪比。*濾波（Filtering）：對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通、高通或帶通濾波，去除特定頻段的噪聲（如50/60Hz工頻干擾）或提取特定頻段的信息（如Alpha波段8-12Hz）。目的：改善信號(hào)質(zhì)量，突出或去除特定頻率成分。*基線(xiàn)校正（BaselineCorrection）：消除信號(hào)在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前或任務(wù)間休息期間由于狀態(tài)變化（如光照、受試者放松）而產(chǎn)生的緩慢漂移。目的：使不同時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)具有