科学发展到今天，人类的大脑在很大程度上仍然是一块未知领域。随着研究设备和手段的不断更新，越来越多的科学家对人脑的奥秘产生了浓厚的兴趣，因此21世纪被认为是脑科学的时代。情绪作为脑的一项高级功能，在人类的生存与生活中扮演着重要的角色，它和认知一起构成了我们精神生活的主要基础。近年来，随着各种无创性脑功能成像技术的飞速发展，对情绪脑机制的研究成为了脑科学研究的一个热点。 本文的研究重点是基于功能磁共振(fMRI)与脑电(EEG)数据的处理与分析，研究大脑情绪的反应机理及其性别差异和优势半球，以初步揭示人类情绪的脑机制，为临床相关疾病的发病机理提供理论基础。内容包括功能磁共振图像中大脑激活信号的提取、脑电正问题算法研究、以及基于功能磁共振和事件相关电位(ERP)的情绪脑机制的实验研究等。具体描述如下：(1)提出了一种研究情绪脑机制的组块fMRI的实验方案。 利用BOLD-fMRI研究在内外源悲伤情绪刺激下性别对杏仁核激活的影响。实验中外源刺激采用Ekman面孔图片集(悲伤vs.中性)，内源刺激是让受试者回忆最近三个月内发生的生活事件(悲伤vs.中性)。实验采用组块设计范式，数据采集于健康受试者在执行任务之时，数据分析首先按照实验对比范式建立功能数据模型，最后通过统计分析获得脑功能激活图。研究结果表明：男性对外源性刺激比较敏感，而女性对内源性刺激更加敏感。 (2)提出了一种测定人脑在标准情绪刺激下如何进行功能活动的事件相关fMRI的实验方案。 该研究采用最近几年国际上通用的IAPS(InternationalAffectivePictureSystem)图片集作为刺激源，用BOLD-fMRI的方法研究人类在外源情绪刺激下大脑活动的性别差异与优势半球以及杏仁核与其它脑区之间的功能连接，从而更加深入的探讨人类大脑的情绪反应机理，建立动态的大脑活动过程。实验采用事件相关的设计范式，数据采集于健康受试者，通过统计分析和PPI分析获得脑功能激活图以及感兴趣脑区之间的功能连接图。实验表明：男性和女性在情绪刺激下的大脑反应存在显著差异，而且优势半球也不同。PPI分析表明：在情绪刺激下，杏仁核与多个脑区之间的功能连接显著。这些结论初步论证了在情绪图片刺激下，丘脑-杏仁核之间的连接通路以及杏仁核与其它功能脑区之间的连接关系。 (3)提出了一种基于fMRI的大脑激活信号的提取算法。基于fMRI图像本身的特点和现有的图像处理方法，提出了一种基于限制性非负因子分解的计算框架来检测fMRI数据中与任务相关的大脑激活区域。算法框架主要包括以下几个步骤：图像预处理、K均值聚类初始化、子空间维度的确定、限制性非负因子分解算法及其收敛性证明。并用真实的手指运动fMRI数据验证了该方法的有效性。 (4)提出了一种基于ERP测定人脑在标准情绪刺激下如何进行功能活动的实验方案。 该研究采用GSN-128导脑电记录系统(美国EGI公司)来研究正性、负性和中性情绪刺激下大脑皮层的时空反应模式。刺激源采用IAPS图片集。基于PCA和统计分析的结果，我们发现对于早期成分(P1，N1，P2)不存在稳定的优势半球，而稍晚的成分(P3)和慢波显示右侧半球对于情绪图片的反应更强一些。此外，研究ERP的时空动态特性，发现超早期成分(＜150ms)出现在对于情绪刺激处理的枕区和额中央区域，随着时间递增，受情绪控制的区域扩展到高级视觉皮层如顶区和枕颞区域。 (5)研究了在真实头模型下脑电场正问题的边界元数值计算方法。其中包括组织边界网格的自动剖分、离散基的选取、自立体角的计算、不同组织电导率差别悬殊时的解决办法等。最后在具有解析解的三层同心球模型上验证了该边界元算法的精度。