erp基本原理及其在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的應(yīng)用.ppt

1、一、ERP的基本原理 EEG含有心理與生理信息，但不是信息引起的波形本身，ERP是信息引起的波形本身，但淹沒在EEG中，通常觀察不到，需提取。 1、名詞來源 原稱：誘發(fā)（腦）電位，強(qiáng)調(diào)刺激引起，針對“自發(fā)電位”而言。Evoked（Brain）Potentials = EP 由于認(rèn)知EP不僅外界刺激感覺所致，尚來自主動(dòng)的自上而下的心理因素，故改為“事件相關(guān)（腦）電位”（1969，Herb Vauhan）。Event-Related（Brain）Potentials = ERPs 平均誘發(fā)電位。強(qiáng)調(diào)經(jīng)過計(jì)算機(jī)平均。Average Evoked Potentials,（1）誘發(fā)電位（EP）的廣義定義

2、：凡是外加一種特定的刺激作用于機(jī)體，在給予刺激或撤消刺激時(shí)，在神經(jīng)系統(tǒng)任何部位引起的電位變化。 （2）誘發(fā)電位（EP）的狹義定義：凡是外加一種特定的刺激，作用于感覺系統(tǒng)或腦的某一部位，在給予刺激或撤消刺激時(shí)，在腦區(qū)所引起的電位變化。 （3）事件相關(guān)電位（ERP）的定義：當(dāng)外加一種特定的刺激，作用于感覺系統(tǒng)或腦的某一部位，在給予刺激或撤消刺激時(shí)，或/和當(dāng)某種心理因素出現(xiàn)時(shí)在腦區(qū)所產(chǎn)生的電位變化。 需要注意撤反應(yīng)。,2、ERP的定義,3、特性： （1）淹沒，約2微伏 10微伏。 （2）兩個(gè)恒定：潛伏期、波形。 4、簡史： 1935-1936 Pauline and Hallowell Davis首

3、先在清醒人記錄到感覺ERP。 1939 Davis等首次發(fā)表ERP論文，單次刺激誘發(fā)，EEG平靜時(shí)記錄。 1947 Dawson 首次報(bào)道用照相疊加技術(shù)記錄人體EP。 1951 Dawson 首次發(fā)明機(jī)械驅(qū)動(dòng)-電子存儲(chǔ)式EP疊加與平均方法（張明島等，1995），開創(chuàng)了神經(jīng)電生理學(xué)的新時(shí)代。 1962 Galambos and Sheatz首次發(fā)表計(jì)算機(jī)平均疊加ERP論文。 1964 Grey Walter等發(fā)表第一個(gè)認(rèn)知ERP成分（CNV），標(biāo)志著ERP研究新時(shí)代的開始。,5、EEG對ERP的淹沒與疊加基本原理,計(jì)算機(jī)不設(shè)置負(fù)值，只有正值，波的低谷也為正值，故噪聲疊加也增大，而不是互相抵消。

4、信噪比的提高值與疊加次數(shù): 。 例：原信號(hào)2微伏 / 噪音10微伏 = 0.2，疊加100次后 （2微伏100）/（10微伏 ）= 200微伏 / 100微伏 = 2,6、A/D轉(zhuǎn)換速度（采樣速度）ERP的時(shí)間分辨率 ERP時(shí)間分辨率高的根本原因是由于它是對神經(jīng)元自身活動(dòng)的測量，而不是像PET、fMRI、光成像那樣只是對神經(jīng)元代謝產(chǎn)物的測量。其次，電子技術(shù)的發(fā)展使采樣率大為提高，也為ERP的高時(shí)間分辨率提供了保障。目前ERP的時(shí)間分辨率在理論上已可達(dá)到微秒級。 實(shí)際上，在記錄早成分時(shí)，由于它在10ms內(nèi)有七、八個(gè)波，記錄由256點(diǎn)以上組成，因此點(diǎn)間距即時(shí)間分辨率小于40s。一般的ERP儀器采樣

5、頻率也大于2000Hz/導(dǎo)，即時(shí)間分辨率0.5ms?？偛蓸宇l率=（頻率/導(dǎo)）* 導(dǎo)數(shù)。減少導(dǎo)數(shù)則時(shí)間分辨率相應(yīng)提高。設(shè)置時(shí)間分辨率的一般原則是，組成Epoch的點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于128點(diǎn)。,7、ERP的研究分類 （1）按感覺通路：AEP、VEP、SEP （2）按潛伏期：早、中、晚成分、慢波。例AEP。,a,（3）命名法：正P負(fù)N潛伏期。如P300, N400, N170。 （4）向上為負(fù)。 （5）成分、外源性成分、內(nèi)源性成分和純心理波的概念。 純心理波：運(yùn)動(dòng)前電位、刺激遺漏成分、解脫波。,8、ERP的優(yōu)勢: （1）無創(chuàng)性、時(shí)間分辨率高 便于與RT 配合進(jìn)行認(rèn)知過程研究、空間分辨率128導(dǎo)約為3m

6、m，達(dá)到了現(xiàn)代水平。是心理學(xué)工作者進(jìn)行認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究的最得力的方法。 （2）認(rèn)知可分為認(rèn)知過程和認(rèn)知狀態(tài)，過程指的就是時(shí)間過程。 （3）設(shè)備相對簡單，對環(huán)境的要求不高。,9、 妨礙ERP提高空間分辨率的原因： （1）顱骨不勻且有個(gè)體差異 （2）容積導(dǎo)體效應(yīng) （3）電場封閉（主要來自錐體細(xì)胞層，失真：該層ERP大，其他層小）,1966: 177 1967-68: 1501 1969-70: 1971 1971-72: 2063 1973-74: 2216 1975-76: 2538 1977-78: 2624 1979-80: 3445 1981-82: 4208 1983-84: 4416

7、1985-86: 4538 1987-88: 4610 1989-90: 4804 1991-92: 5479 1993-94: 5386 1995-96: 5461 1997-98: 5888 1999-00: 6205 2001-02: 6299 2003-04: 6996,10、ERP的發(fā)展趨勢,二、ERP在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的應(yīng)用 1、ERP的學(xué)術(shù)位置 屬于心理生理學(xué)（psychophysiology）范疇。 心理生理學(xué)以心理因素為自變量，以生理指標(biāo)為應(yīng)變量，一般以人為被試。 生理心理學(xué)（physiological psychology）以生理變化為自變量，以心理因素為應(yīng)變量，一般以動(dòng)物為

8、被試。 心理生理學(xué)是從生理心理學(xué)中分離出來的。同屬認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)。 認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)是在近十余年才興起的一門交叉學(xué)科，是腦科學(xué)界頗受關(guān)注的領(lǐng)域，是心理學(xué)的新時(shí)代， ERP是其中的重要組成部分。,個(gè)性心理特征 心理學(xué) 情緒 意志 心理過程 認(rèn)知心理學(xué) 心理語言學(xué) 認(rèn)知科學(xué) 人工智能 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 神經(jīng)腦科學(xué) 生理學(xué) . .,認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的學(xué)科位置,二、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)方法之比較,三、作用舉例,（一）關(guān)于注意選擇性發(fā)生時(shí)程的ERP證據(jù) 1、兩耳純音各一不同?？焖伲s6次/秒）隨機(jī)呈現(xiàn)。 2、兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，每項(xiàng)只記一只耳的純音數(shù)。 3、圖1、2 的早成分不受注意影響。 4、圖3、4 的中成分（涂黑）受注意影響。

9、5、圖5為差異波P20-50 （涂黑），相當(dāng)早。 6、 ERP與MEG（腦磁圖）聯(lián)合記錄結(jié)果發(fā)現(xiàn)P25-50發(fā)生在聽皮質(zhì)，很可能在初級聽皮質(zhì)。 7、結(jié)論：注意選擇性發(fā)生在聽覺加工的早期階段。,1、實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)采用的刺激呈現(xiàn)模式可圖示如下, 其中數(shù)字單位為ms: 純音 - 提示字 - 目標(biāo)字 - 被試述詞 - 下次純音 . 220 1210 200 1300 200 4400 頭皮記錄 Fz、Cz、Pz、左腦P3-T5 及右腦P4-T6 共五點(diǎn)之ERP. 每名被試皆接受二項(xiàng)實(shí)驗(yàn). （1）具體字聯(lián)想實(shí)驗(yàn)。主要目的：突出目標(biāo)字義的加工，減弱形音加工。 純音預(yù)告漢字即將出現(xiàn), 引起注意. 提示字皆認(rèn)

10、識(shí)字, 要識(shí)記其發(fā)音與字形. 目標(biāo)字與提示字音同形似,如,提示字“丁”,目標(biāo)字“釘”;“防” 房. 目標(biāo)字分為認(rèn)識(shí)與不認(rèn)識(shí). 對認(rèn)識(shí)的目標(biāo)字要根據(jù)其義聯(lián)想出另一個(gè)字, 組成雙字詞并口頭報(bào)告. 對不認(rèn)識(shí)的字根據(jù)提示字音、形盡量猜測其義,仍不認(rèn)識(shí), 述不認(rèn)識(shí).,（二）語言加工的腦機(jī)制 半視野漢字研究（Wei, et al., NeuroReport, 2001）,（2）非提示對照實(shí)驗(yàn): “提示”字為無關(guān)字, 即與目標(biāo)字形音義皆異,目標(biāo)字聯(lián)想前缺少音與形的予加工, 余同具體字聯(lián)想實(shí)驗(yàn).,2、主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論: （1）漢字認(rèn)知的起始時(shí)程 具體字聯(lián)想實(shí)驗(yàn) 圖為左視野ERP 橫排5個(gè)記錄點(diǎn) 左半球P3-

11、T5，左視野為同側(cè)，右半球P4-T6，左視野為對側(cè) 紅線為目標(biāo)字認(rèn)識(shí)時(shí)的ERP, 綠線為目標(biāo)字不認(rèn)識(shí)時(shí)的ERP 在每幀圖中, 純音、提示字和目標(biāo)字各引起一組ERP。,左視野,左半球（同側(cè)）,右半球（對側(cè)）,在生理上, 半視野刺激應(yīng)首先投射于對側(cè)腦, 然后傳導(dǎo)到同側(cè)腦. P1潛伏期(約100ms) 附合這一規(guī)律: 對側(cè)投射比同側(cè)傳導(dǎo)出現(xiàn)得早. N1潛伏期(約160ms)已不附合這一規(guī)律: 對側(cè)投射與同側(cè)傳導(dǎo)基本同時(shí)出現(xiàn). 提示字引起的N1仍為對側(cè)投射早于同側(cè)傳導(dǎo). 目標(biāo)字與提示字的區(qū)別主要在于突出了詞義加工. 所以N1受到了目標(biāo)字詞義加工的調(diào)節(jié). 它始于 100ms 至 160ms之間，亦即漢字

12、認(rèn)知的起始時(shí)程約為100ms 至 160ms.,左右視野目標(biāo)字在左右半球（對側(cè)、同側(cè)）引起的P1與N1,（2）左右腦在漢字加工中的關(guān)系： 左腦N1遲于右腦出現(xiàn)， 左腦N1波幅大于右腦。 所以有理由假設(shè)，左腦可能需等待右腦傳來必要的信息后才開始加工，但其加工一旦開始就在一定時(shí)期內(nèi)占優(yōu)勢。這就是說，在起始時(shí)間與加工強(qiáng)度兩個(gè)維度上兩個(gè)半球各占優(yōu)勢。 漢字加工中的“優(yōu)勢半球”概念已難以概括上述二維差異，需要修正。,左視野，不認(rèn)識(shí) 認(rèn)識(shí),（3）漢字認(rèn)識(shí)否引起的ERP差異： 不認(rèn)識(shí)的目標(biāo)字的PSW波幅大于認(rèn)識(shí)的目標(biāo)字PSW, 前者的潛伏期也顯著長于后者. 不認(rèn)識(shí)的目標(biāo)字ERP 認(rèn)識(shí)的目標(biāo)字ERP = P8

13、00. 該差值只與漢字認(rèn)識(shí)與否及聯(lián)想/猜想相關(guān), 物理因素皆被減掉; 為純心理性成分. 二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)全部記錄點(diǎn)均于目標(biāo)字后約800ms出現(xiàn)了一個(gè)相似的正成分, 說明是一種規(guī)律. 在此實(shí)驗(yàn)條件下可作為判斷被試是否認(rèn)識(shí)所用漢字的客觀標(biāo)志. 在此將該差異成分標(biāo)記為P800.,2021/3/28,意識(shí)的腦機(jī)制,23,（4）形音加工ERP成分的獲得， 形音加工的反復(fù)性 對照組認(rèn)識(shí)的目標(biāo)字需形音義全面加工. 具體組認(rèn)識(shí)的目標(biāo)字主要進(jìn)行義的加工. 對照組- 具體組 = 形音加工成分. 結(jié)果：160ms正成分, 450ms負(fù)成分, 800ms另一個(gè)正成分. 所以形音加工不是一次完成的，而是存在著反復(fù).,2021/

14、3/28,意識(shí)的腦機(jī)制,24,（5）形音義的加工順序，形音義加工的反復(fù)、交錯(cuò)與重疊： 由（1）已知，在100ms至160ms左右已開始了詞義加工. 由（3）已知，800ms后仍在進(jìn)行詞義加工. 由（4）已知，形音加工在160ms、450ms和800ms附近也均有表現(xiàn). 由（1）、（3） 可知，義在100160ms后又在800ms出現(xiàn)加工，可見義存在加工與再加工的反復(fù)過程 由（1）、（4）可知，在160ms形音義三者加工近似重疊 由（3）、（4）可知，在800ms形音義三者加工近似重疊 所以，形音義在認(rèn)知中均存在加工與再加工的反復(fù)過程, 形音義三者的加工是交錯(cuò)進(jìn) 行的，并發(fā)生重疊。,使用時(shí)，直接刪除本頁！,精品課件，你值得擁有！,精品課件，你值得擁有！,使用時(shí)，直接刪除本頁！,精品課件，你值得擁有！,精品課件，你值得擁有！,使用時(shí)，直接刪除本頁！,精品課件，你值得擁有！,精品課件，你值得擁有！,2021/3/28,意識(shí)的腦機(jī)制,28,3、主要結(jié)論： （1）