ERP相關(guān)理論與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、ERP 簡(jiǎn)介 一、是什么？ 二、做什么？ 三、為什么做？ 四、怎么做？ 活的人腦（身體其它部位也一樣）總會(huì)不斷放電，稱為腦電（EEG），但成分復(fù)雜而不規(guī)則。正常的自發(fā)腦電一般處于幾微伏到75微伏之間。而由心理活動(dòng)所引起的腦電比自發(fā)腦電更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在自發(fā)電位中。所以ERP需要從EEG中提取。通過(guò)疊加技術(shù)獲得的與事件發(fā)生進(jìn)程有鎖時(shí)（time-lock）關(guān)系的腦電就稱為事件相關(guān)電位（ERP）ERP定義廣義: 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 。屬于心理生理學(xué)研究范疇撤消刺激時(shí)引起電位的物理量約等于給予刺激時(shí)的1/7狹義

2、：凡是外加一種特定的刺激，作用于感覺(jué)系統(tǒng)的某一部位，在給予刺激或撤消刺激（）時(shí)，在腦區(qū)引起的電位變化。三個(gè)概念的區(qū)別與聯(lián)系 EEG（electroencephalography) :腦電圖，由腦電儀直接記錄到的電位與時(shí)間的相互關(guān)系的平面圖。 EP (evoked potentials)：神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)刺激本身產(chǎn)生的反應(yīng)。（普通的誘發(fā)電位） ERP (event-related potentials)：既與刺激的物理屬性相關(guān)又與心理因素相關(guān)（任何區(qū)分只有相對(duì)意義，ERP的早期成分中包含EP，分析ERP時(shí)要求熟悉EEG與EP的基本特征） 外源成分VS早期成分為什么ERP可以通過(guò)疊加平均得出？ ERP的

3、兩個(gè)重要特征 事件相關(guān)腦電有兩個(gè)重要特性：潛伏期恒定潛伏期恒定、波形恒定波形恒定；與此相對(duì)，自發(fā)腦電則是隨機(jī)變化的。所以，可以將同一事實(shí)多次引起的多段腦電多段腦電記錄下來(lái)，但每一段腦電都是各種成分的綜合，包括自發(fā)腦電（噪音）。將由相同刺激引起的多段腦電進(jìn)行多次疊加，由于自發(fā)腦電或噪音是隨機(jī)變化，有高有低，相互疊加時(shí)就出現(xiàn)正負(fù)抵消的情況，而而ERPERP信號(hào)則有兩個(gè)恒定，所信號(hào)則有兩個(gè)恒定，所以不會(huì)被抵消，反而其波幅會(huì)不斷增加以不會(huì)被抵消，反而其波幅會(huì)不斷增加，當(dāng)疊加到一定次數(shù)時(shí)，ERP信號(hào)就顯現(xiàn)出來(lái)了。 ERP是平均誘發(fā)電位 疊加n次后的ERP波幅增大了n倍，因而需要再除以n，使ERP恢復(fù)原形

4、，即還原為一次刺激的ERP數(shù)值。所以ERP也稱為平均誘發(fā)電位，平均指的是疊加后的平均。這樣就獲得了所希望的事件相關(guān)電位波形圖。 -200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期潛伏期基線基線峰峰峰峰峰峰ERP的優(yōu)勢(shì) 極高的時(shí)間分辨率 ERP是刺激事件引起的實(shí)時(shí)腦電波，在時(shí)間精度可達(dá)到微秒級(jí)（采樣率可達(dá)20000次/秒）。 ERP可以與行為數(shù)據(jù)很好融合 特別是反應(yīng)時(shí)間（RT）很好地配合，以研究認(rèn)知加工過(guò)程的規(guī)律。 一定程度上實(shí)現(xiàn)發(fā)生源的平面、立體定位（不過(guò)空間分辨率不高，只能達(dá)到厘米級(jí)，主要的影響因素是容積導(dǎo)體效應(yīng)與封閉電場(chǎng)問(wèn)題。另外，ERP只能采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)腦電

5、的源定位，比如偶極子，這種方法的可靠性也是有限的） 無(wú)創(chuàng)性、設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境要求不高二、做什么？ 極高的時(shí)間分辨率考察事件認(rèn)知的精細(xì)過(guò)程 與行為數(shù)據(jù)的很好融合考察不同反應(yīng)時(shí)與正確率時(shí)的ERP 一定程度上的發(fā)生源定位對(duì)相關(guān)事件進(jìn)行腦區(qū)定位，是以前反應(yīng)時(shí)無(wú)法做到的選 題 事件差異：輸入輸出通道、事件的內(nèi)容與呈現(xiàn)順序、要求的認(rèn)知過(guò)程 個(gè)體差異 ：年齡、性別、文化背景（民族-如研究種族歧視）、語(yǔ)言、習(xí)俗-）、生理（疾?。?、心理（人格、情緒、技能、智力-） ERP 事件、個(gè)體差異鑒別確認(rèn)四、怎么做-實(shí)驗(yàn)程序 實(shí)驗(yàn)前 實(shí)驗(yàn)時(shí) 實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)前1、提出有價(jià)值、可操作性問(wèn)題 2、疏理研究的基本理論、提出研究假

6、設(shè)3、設(shè)計(jì)出作業(yè)任務(wù)、刺激呈現(xiàn)、記錄方式（行為數(shù)據(jù)的采集，包括反應(yīng)時(shí)間、按鍵反應(yīng)、正確率和錯(cuò)誤率、以及事后的口語(yǔ)報(bào)告（由于口語(yǔ)報(bào)告會(huì)產(chǎn)生大量肌電，所以ERP研究一般不能進(jìn)行實(shí)時(shí)的口語(yǔ)報(bào)告或出聲思維-）實(shí)驗(yàn)時(shí) 1、電極的安置 （作用電極、參考電極、）接地電極） 2、相關(guān)參數(shù)（電阻、放大倍數(shù)、帶寬、釆樣率、陷波） 3、預(yù)實(shí)驗(yàn)（基本波形、眼睛動(dòng)作、心電、肌電、練習(xí)） 4、正式實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)建文件名、記錄安靜時(shí)腦電、監(jiān)控偽跡）實(shí)驗(yàn)后（一）EEG的離線分析（二）ERP分析（三）結(jié)合已有研究對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行解釋，寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告或論文（一）EEG的離線分析1、合并行為數(shù)據(jù)和腦電預(yù)覽2、去眼電、心電、肌電偽跡3、腦電分段

7、4、基線校正5、去除偽跡6、疊加平均7、平滑化處理/數(shù)字濾波8、總平均-得出ERP波形圖（分析步驟基本順序不要輕易調(diào)換）B.ERPB.ERP數(shù)據(jù)提取過(guò)程數(shù)據(jù)提取過(guò)程 EEG 放大 A/D 疊加 總 測(cè)量 轉(zhuǎn) 排偽 存盤 平 繪圖EOG 模濾 換 數(shù)濾 均 統(tǒng)計(jì) 模擬/數(shù)字 磁帶記錄 (離線式)（二） ERP分析技術(shù)與方法 1、時(shí)域特征的分析 2、時(shí)頻分析 3、腦電地形圖與腦電密度圖 4、ICA與偶極子溯源分析（一）時(shí)域特征的分析 得到一系列波形后，要從中識(shí)別不同成分以及成分所代表的心理意義是ERP研究的技術(shù)難點(diǎn)。一般通過(guò)峰潛伏期、波形及其頭皮分布，參照總平均圖與相關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行判斷，而豐富的經(jīng)

8、驗(yàn)也很重要。 波幅測(cè)量有基線波峰和波峰波峰兩種，潛伏期常以刺激起始點(diǎn)到波峰頂點(diǎn)之間的時(shí)間段代表。一般認(rèn)為，波幅反映大腦的興奮性高低，而潛伏期則是神經(jīng)活動(dòng)與加工過(guò)程的速度與評(píng)價(jià)的時(shí)間。 將不同事件（條件）引起的腦電波形加以比較，重點(diǎn)比較的內(nèi)容包括：潛伏期、始潛時(shí)和波幅等指標(biāo)，兩種條件造成的波形在頭皮上的分布情況，以及定位分析。-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期潛伏期基線基線峰峰峰峰峰峰 設(shè)置條件設(shè)置條件1 1與條與條件件2 2，分別產(chǎn)生，分別產(chǎn)生A A峰峰B B峰。峰。 測(cè)量并比較峰測(cè)量并比較峰A A與峰與峰B B的潛伏期、始潛的潛伏期、始潛時(shí)、波幅等指

9、標(biāo)。時(shí)、波幅等指標(biāo)。 比較條件比較條件1 1與條與條件件2 2的波形在頭皮的分的波形在頭皮的分布。布。相減技術(shù)相減技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)于提取更為純粹的、與相減技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)于提取更為純粹的、與心理機(jī)制相關(guān)的心理機(jī)制相關(guān)的ERPERP成分具有重要意義。成分具有重要意義。腦電地形圖 是將腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換成一種既能定量也能定性的腦波圖形，可以將大腦在某一時(shí)間點(diǎn)上的功能變化與形態(tài)定位有機(jī)地結(jié)合起來(lái)（將功能狀態(tài)與激活狀態(tài)結(jié)合起來(lái)）。地形圖中相同顏色的區(qū)域代表激活程度相同（電壓相等）。要繪出腦地形圖至少需要12導(dǎo)記錄電極，理論上越多越好。 腦電地形圖可以看作大腦各部位的激活在頭皮上的表現(xiàn)。地形圖可分為二維（平面）地

10、形圖、三維（立體）地形圖和實(shí)際頭形地形圖。根據(jù)圖形的色彩或形式，可將地形圖分為：彩根據(jù)圖形的色彩或形式，可將地形圖分為：彩色地形圖、灰度地形圖、等高線地形圖色地形圖、灰度地形圖、等高線地形圖偶極子定位 偶極子（dipole）是由多對(duì)數(shù)值相等、符號(hào)相反的電荷，彼此相隔一定距離時(shí)形成的體系。偶極子被認(rèn)為是ERP的腦內(nèi)源。 在神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)過(guò)程中，在兩個(gè)神經(jīng)元之間的突觸處形成負(fù)離子占優(yōu)，在下一個(gè)神經(jīng)元的頂樹(shù)突處形成一個(gè)純粹的細(xì)胞外負(fù)電位，同時(shí)在此神經(jīng)元的其它部分（細(xì)胞體和基底樹(shù)突）又形成一個(gè)純粹的正成分，這樣就構(gòu)成了一個(gè)微小的電流偶極子。偶極子產(chǎn)生原理示意 當(dāng)刺激引起大腦某部位激活時(shí)，多個(gè)相同方式激

11、活的神經(jīng)元所構(gòu)成的電流偶極子將累加，這樣將形成一個(gè)大偶極子其電位將通過(guò)大腦的傳導(dǎo)到達(dá)頭皮，雖受到腦脊膜和顱骨的阻抗，但仍可在頭皮記錄到。 ERP在頭皮記錄到的就是這種腦電信號(hào)。通過(guò)逆運(yùn)算（inverse operation），即根據(jù)結(jié)果來(lái)估計(jì)原因，從頭皮記錄到的腦電情況來(lái)逆推其發(fā)生源，因而偶極子的確定嚴(yán)重依賴于算法，由于導(dǎo)聯(lián)數(shù)目的限制和腦電在腦內(nèi)傳導(dǎo)時(shí)衰減和擴(kuò)散，其準(zhǔn)確性受到影響。謝謝觀看?。ㄒ唬〦EG的離線分析1、合并行為數(shù)據(jù)和腦電預(yù)覽2、去眼電、心電、肌電偽跡3、腦電分段4、基線校正5、去除偽跡6、疊加平均7、平滑化處理/數(shù)字濾波8、總平均-得出ERP波形圖（分析步驟基本順序不要輕易調(diào)換）（二） ERP分析技術(shù)與方法 1、時(shí)域特征的分析 2、時(shí)頻分析 3、腦電地形圖與腦電密度圖 4、ICA與偶極子溯源分析 設(shè)置條件設(shè)置條件1 1與條與條件件2 2，分別產(chǎn)生，分別產(chǎn)生A A峰峰B B峰。峰。 測(cè)量并比較峰測(cè)量并比較峰A A與峰與峰B B的潛伏期、始潛的潛伏期、始潛時(shí)、波幅等指標(biāo)。時(shí)、波幅等指標(biāo)。 比較條件比較條件1 1與條與條件件2 2的波形在頭皮的分的波形在頭皮的分布。布。根據(jù)圖形的色彩或形式，可將地形圖分為：彩根據(jù)圖形的色彩或形式，可將地形圖分為：彩色地形圖、灰度地形圖、等高線地形圖色地形圖