ERP的實驗設計與數(shù)據(jù)處理培訓教材

1、ERP的實驗設計與數(shù)據(jù)處理一、實驗驗范式經(jīng)典范式式: Oddball,Go-Nogo注意:聽覺,視覺記憶:學習-再認社會認知知經(jīng)典范式式1-OddballOddball實驗模式式是指采采用兩種種或多種種不同刺刺激持續(xù)續(xù)交替呈呈現(xiàn)，它它們出現(xiàn)現(xiàn)的概率率顯著不不同組成標準刺激激(standardstimuli)大概率偏差刺激激(deviantstimuli)小概率令被試對對偏差刺刺激進行行反應，因此該該偏差刺刺激稱為為靶刺激激（Target）或目標標刺激。誘發(fā)P300、MMN等與刺激激概率有有關的ERP成分時的的經(jīng)典實實驗模式式。標準刺激激靶靶刺激激非非靶刺激激刺刺激缺失失新新奇刺刺激ABCD跨通

2、路延延遲反應應范式Task 1：AttendingPicture,IgnoringTonePictureToneToneRedCrossDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignalTask 2：AttendingTone,IgnoringPictureTonePictureClickDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal(0-2 trial)(0-2 trial)經(jīng)典范式式2-Go-Nogo兩種刺激激的概率率相等Go刺激令被試反反應的刺刺激，即即靶刺激激Nogo刺激不需被試試反

3、應的的刺激特點：排排除了刺刺激概率率對ERP的影響；由于沒沒有大小小概率之之分，大大大節(jié)省省了實驗驗時間，但也丟丟掉了因因大、小小概率差差異而產(chǎn)產(chǎn)生的ERP成分注意的實實驗范式式雙耳分聽聽空間注意意: Cue- Target提示范圍圍的分級級雞尾酒會會效應與與雙耳分分聽(Chrry, 1953)Hillyard,1975,ScienceMangun&Hillyard,1991ValidCueInvalidNeutral經(jīng)典的中中央性提提示固定注視視點1400 ms提示箭頭頭200-500 ms目標50ms屏蔽200ms(Lucketal.,1994)Validvs.InvalidValidvs

4、.NeutralInvalid vs.Neutral間隔對P1效應的影影響(Grorge &Mangun,1998)注意左側(cè)側(cè)，多靶靶（16%）；注注意右側(cè)側(cè)，多靶靶（16%）；注注意左側(cè)側(cè)，少靶靶（2%）；注注意右側(cè)側(cè)，少靶靶（2%）；被被動（2%無關刺激激）（Woldorffetal., 1997）靶刺激在下視野對側(cè)的背背側(cè)枕區(qū)區(qū)、18/19區(qū)（MartinezHillyard,1999，2001）刺激為白白色直立立的T（占86）和倒倒置的T（靶刺激激14 ），被9個十字所所包圍，并疊加加在灰色色的棋盤盤格上以等概率率隨機出出現(xiàn)在左左側(cè)視野野（LVF）或右側(cè)側(cè)視野（RVF）。任務是持持續(xù)注

5、視視中央箭箭頭并按按鍵報告告箭頭所所指注意意側(cè)的靶靶刺激，并忽視視注意側(cè)側(cè)對面的的刺激物物。C1無注意效效應注意效應應發(fā)生在在早期P1、晚期P1和N1注意時其其波幅增增大300ms1500msTimeCUESIZESmallMediumLargeSOA(ms)230-350(Short)500-650(Medium)800-950 (Long)FixationPrecueSearchArray不同范圍圍等級提提示的空空間注意意實驗范范式(Luo et al,Cogn Brain Res,2001)ERPinShortSOASmallMedianLargeP1(80ms)LargeMedianS

6、mallN1(160 ms)CueSearchArrayP1(100 ms)N1(160 ms)Pressthekey，discriminatethedirection of theverticalcrescentISI:Short400-600msLong600-800ms固定區(qū)域域提示下下的注意意效應其他相關關實驗干擾刺激激位置對對視覺空空間注意意影響干擾位于于小圈干干擾擾位于中圈干干擾位于于大圈該范試的的特點為為干擾刺刺激均位位于同一一個圈。與靶刺刺激特征征相同內(nèi)部干擾擾外部干擾擾內(nèi)部/外部干擾擾可以檢測測被試在在分心物物存在條條件下注注意力的的集中程程度記憶的實實驗范式式經(jīng)典范式式:學

7、習-再認運動知覺覺的啟動動元記憶A.StudyPhase(14faces,SOA 3s,duration1s)B.Test Phase (28faces,repeated50%,SOA3.2s,duration1s)理張理舒TimeLearningStageTestStageOldNew1stPresentTypical Proceduresms-1002004006008001000 ms0.0-2.02.04.06.08.010.0Vms-1002006008001000 ms-2.02.04.06.08.010.0V-1002004006008001000 ms-2.02.04.06.0

8、8.010.0VC3CzC4High FrequencyLowFrequencyEncodingeffects on higher-&lower-wordfrequency(Chinese)P180N350LPC110ms146ms166ms275ms498ms600ms650ms750ms114ms182ms234ms380ms486ms650ms680ms750ms聽覺漢字字視覺漢字字第一階段段感覺第第二階段段知覺第第三階段段語言Chen &Luo,2003,NeuroImage漢字的記記憶編碼碼-10020040060080010000.0-1.0-2.02.04.06.08.010.0

9、-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0-100200400600800.0900.01000.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0FzCzPzOldNewDiff(Old-New)HigherFreq.LowerFreq.Test StageP180N350LPC單次運動動實驗模模式示意意圖（a）與單次運運動產(chǎn)生生的ERP總平均圖圖（b）特定方向向二二義義左右右左左右(0- 90) (0 -270

10、) (0 -180)F1F2向右運動動二義運動動向左運動動F1F2F3啟動目標間隔隔(200,400, and1000 ms)二義-目標特特定-目標(實驗)(對照)啟動目標(0-90-270)(0-90-0)特定方向向二義方向向雙次運動動的實驗驗模式示示意圖（a）雙次運動動產(chǎn)生的的ERP總平均圖圖（b）強啟動弱啟動無啟動實驗對照P1P32個相反的的特定方向向無啟動弱啟動強啟動98162226386418ms+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0mV顳上回枕葉hMT+內(nèi)側(cè)頂葉葉Z=3.09Z=13.11ab實驗組與與對照組組相減的的差異波波地形圖圖（a）和fMRI結果(b),

11、jiangLuoetal, 2002RT(ms)%Same DirectionJudgements2004001000msPrimingReversalPrimingReversalinYoungin Youngin OldinOld2004001000msBehavioral DataTheperceived rateinthe samedirectionintheyoungwas higherthan in theoldsubjects,F1,22= 4.727,p .05.TheRTprolonged withintervalincreasedonly forpriming condit

12、ioninboth youngandold subjects,F2,44= 5.711,p .012、無意識識啟動運運動知覺覺的老年年化無啟動弱啟動強啟動98162226386418ms+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0mV顳上回枕葉hMT+內(nèi)側(cè)頂葉葉Z=3.09Z=13.11ab首次確定定視運動動知覺的的啟動效效應在刺刺激后98ms首先激活活視覺初初級皮層層后續(xù)活動動（400ms左右）發(fā)發(fā)生在內(nèi)內(nèi)側(cè)顳葉葉、顳上上回、頂頂葉等更更廣泛的的腦區(qū)運動知覺覺啟動與與工作記記憶0-90-1800-90-0Same DirectionOppositeDirection1stMot

13、ion2ndMotionTimeSOA: 200ms各種條件件下的啟啟動效應應0-90-2700-180- 90 0-180-0 UnambiguousAmbiguousAmbiguousAmbiguousUnambiguousAmbiguous元記憶的的研究方方法實驗分三三個步驟驟進行記憶一系系列詞對對，例如如“項目大臣”呈現(xiàn)前面面的線索索詞(項目？)，讓被試試回憶后后面的靶靶子詞(“大臣”)在他們回回憶不出出來的情情況下，令他們們判斷自自己是否否對那個個不能成成功回憶憶的詞有有一種“知道感”通過一項項再認測測驗來檢檢驗其“知道感”是否準確確元記憶的的腦機制制“知道感”記憶導致致大量的的腦活

14、動動（額葉葉區(qū)），而“不知道感感”項目則只只伴隨有有少量腦腦活動。知道感可可能是基基于一個個部分信息息提取和元元記憶判判斷過程程；而不不知道感感則可能能基于一一個線索熟悉悉性的腦活動狀狀態(tài)，即即一無所所獲而獲獲得不知知道感。對“知道感”的認知與與大腦機機制的探探索，可可為人工工智能研研究提供供有益啟啟示。Luoetal, 2003, ChinSci Bull社會認知知的研究究情緒與注注意情緒與記記憶欺騙的心心理過程程情緒對注注意的影影響1500ms(Probe)延遲樣本本匹配：由“目標（target）-延遲(delay)-探測（probe）”三個階段段構成的的試驗單單元。實驗范式式(Stern

15、berg,1966)2000ms1000ms(target）1500ms(delay)1500ms(Probe)詞語工作記憶任務A B+R T+a空間工作記憶任務2000ms1000ms(target）1500ms(delay)+實驗程序序?qū)嶒灧? sessions；一個只只呈現(xiàn)負負性圖片片以誘發(fā)發(fā)負性情情緒，另另一個只只呈現(xiàn)中中性情緒緒作為對對照。5blocks/ session，32trails/ block32個trails里16個空間任任務16個詞語任任務，隨隨機出現(xiàn)現(xiàn)。(即每種條條件80個trails)欺騙意圖圖的實驗驗范式將欺騙過過程分成成三個階階段：欺騙動機機形成、做出欺欺騙反應

16、應、欺騙騙結果的的評價(買曉琴，博士論論文，2005)動機形成成階段ms-2003008001300180023002800V-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5FCz ms-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5 VVms強迫欺騙騙強迫誠實實強迫自愿自愿欺騙騙自愿誠實實結果評價價階段欺騙組與與簡單組組比較-2+3差異波-100100300500700-5-10-1551015202

17、5FCz-100100300500700-5sV290ms-15 V0300ms欺騙組簡單反應應組二、刺激激序列的的問題刺激呈現(xiàn)現(xiàn)時間刺激間隔隔消除重疊疊成分1刺激呈現(xiàn)現(xiàn)時間刺激呈現(xiàn)現(xiàn)時間長長度與任任務難度度成反比比當呈呈現(xiàn)時間間短到一一定程度度，例如如視覺刺刺激在40ms以下，人人就不能能主觀感感覺到這這個刺激激，可利利用此特特性進行行非意識識的啟動動研究撤反反應即即刺激激物消失失也能導導致ERP波形的微微小改變變。避免免撤反應應的措施施一是將將刺激呈呈現(xiàn)時間間適當延延長或縮縮短，二二是利用用相減技技術2刺激間隔隔SOAstimulusonsetasynchr

18、onyISIinterstimulus intervalOnsetOffset短間隔將將導致ERP成分，特特別是早早期成分分的重疊疊預留留足夠被被試完成成作業(yè)的的反應時時間間隔隔過長可可能浪費費硬盤空空間，并并延長不不必要的的實驗時時間刺激激間隔與與任務難難度成反反比。3消除相鄰鄰刺激的重重疊成分分1）高通通濾波（high-passfiltering）增加頻頻帶寬度度低端頻頻率響應應，可以以減弱ERP在較長潛潛伏期、較低頻頻率的部部分。如如果僅對對早期高高頻成分分，例如如聽覺腦腦干誘發(fā)發(fā)電位感感興趣，即可采采用此法法（高通通為50150Hz）。2）低通濾濾波(Low-passfilter)采用

19、不同同間隔隨隨機化，可以部部分消除除鄰近的的ERP重疊成分分，又叫叫Jitter法。130-190 ms125-275 ms120-320 msERP數(shù)據(jù)處理理(一)腦電數(shù)據(jù)據(jù)的采集集與記錄錄1步驟設置或修修改腦電電記錄文文件（SETUP文件），根據(jù)下下述記錄錄參數(shù)。電極安放放戴電極帽帽。記錄（record）。保存記錄錄文件(save)2記錄參數(shù)數(shù)放大倍數(shù)數(shù)對腦電的的放大倍倍數(shù)至少少在5萬倍以上上，注意意對EOG的放大倍倍數(shù)應減減小1半或2/3。分析時間間(epoch)與基線(baseline)根據(jù)實驗驗模式和和研究目目的設定定分析時時間，多多在1000ms左右，刺刺激發(fā)生生前的基基線常為為1

20、00200ms。頻帶寬度度(bandpass)使其僅夠夠放大擬擬研究的的ERP信號，則則落在頻頻帶外的的噪音與與干擾信信號不被被放大，達到排排除目的的。頻帶帶寬度的的高通一一般為0.010.1Hz，低通為為40100Hz。皮膚阻抗抗應使其低低于5 k。每個記記錄點的的腦電位位均需與與參考點點的電位位進行比比較而得得到電位位差，因因而此處處的皮膚膚阻抗尤尤需降到到盡可能能低的程程度。采樣頻率率（A/DRate）與時間間分辨率率成正比比。例如如250Hz的采樣頻頻率,時間分辨辨率為4ms。(二)波形平均均與疊加加提取并打打開連續(xù)續(xù)腦電文文件合并任務務數(shù)據(jù)消除眼電電偽跡對腦電分分段(Epoch)濾波

21、(filter)基線校正正(baselinecorrect)排除偽跡跡平均(average)保存 1波形識別別波形判斷斷：從一一系列波波形中判判斷有關關成分，是ERP研究的一一個技術術難關。可根據(jù)峰峰潛伏期期、波形形、及其其頭皮分分布，參參照總平平均圖與與文獻進進行判斷斷，豐富富的經(jīng)驗驗也是一一個重要要的因素素。(三)波形識別別與測量量2波峰測量量波幅測量量峰峰，基線線峰峰潛伏期期測量起始時間間(始潛時)的測量-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期基線峰峰峰FzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2- 5mv+600ms3平均波幅幅測量適用：

22、信信噪比不不太好的的波形，如差異異波固定法或或連續(xù)測測量法：如間隔隔20、50、100和150ms。較客觀觀、標準準統(tǒng)一，便于測測量及比比較；但但在個體體差異大大時，數(shù)數(shù)據(jù)可靠靠性較差差。具體法或或間斷法法 根據(jù)據(jù)總平均均圖確定定某一成成分的時時間窗口口。根據(jù)據(jù)總平均均圖而定定，針對對性較強強，但主主觀性較較大，不不利于比比較。4相減相減技術術的運用用，對于于提取更更為純粹粹的、與與心理機機制相關關的ERP成分具有有重要意意義。1、統(tǒng)計分分析的設設計描述性統(tǒng)統(tǒng)計均值標準差、均值標準誤T檢驗方差分析析重復測量量的多因因素方差差分析（RepeatedmeasuresANOVA）(四)統(tǒng)計分析析Od

23、dball實驗，記記錄32導腦電概率（2：大、小小概率）記錄點（32）Cross-ModalDelayed ResponseTask 1：AttendingPicture,IgnoringTonePictureToneToneRed CrossDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignalTask 2：AttendingTone,IgnoringPictureTonePictureClickDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal(0-2 trial)(0-2 trial)可以得到

24、到哪些ERP成分？怎樣設計計統(tǒng)計分分析？22212聽覺通道道與視覺覺通道（2）注意與非非注意（2）標準刺激激與偏差差刺激（2）記錄點（選取12個點）聽覺視覺注意意非非注意記憶痕跡跡的失匹匹配機制制通路特異異性，而形成成痕跡的的機制通路上機機制據(jù)此提出出注意早早晚選擇擇因條件件而異的的注意過濾濾器可塑塑性假說說1定性分析析設置條件件1與條件2，分別產(chǎn)產(chǎn)生A峰B峰。 測量量并比較較峰A與峰B的潛伏期期、始潛潛時、波波幅等指指標。 比較較條件1與條件2的波形在在頭皮的的分布。定位位分析。(五)結果分析析2腦地形圖圖腦電地形形圖是指指將放大大的腦電電信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成一一種既能能定量、又能定定性的腦腦波圖形

25、形，可使使大腦在在某一時時間的功功能變化化與形態(tài)態(tài)定位有有機地結結合。腦地形圖圖需要至至少12導記錄電電極，理理論上導導數(shù)越多多越好，目前已已達到256導。根據(jù)腦電電信號：EEG頻率地形形圖，針針對不同同的頻段段，包括括波、波、波、波和近年年受到關關注的40Hz腦電；ERP波幅地形形圖根據(jù)圖形形的色彩彩或形式式：彩色地形形圖(Luo等, 2000; Worldorff等, 1997)、灰度地形形圖（Luo&Wei, 1999）、等高線地地形圖(Mangun,1995;Teder等, 1993）根據(jù)維度度：二維地形形圖三維地形形圖實際頭形形地形圖圖：精確確地、實實時地數(shù)數(shù)字化描描繪每個個被試的的電極位位置和頭頭顱形狀狀，形象象地顯示示三維地地形圖面孔識別別的P170成分分布布3源分析極性翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)顱內(nèi)與頭頭皮電位位的極性性翻轉(zhuǎn)：在早期期的生理理學研究究中，將將電極直直接插入入海馬、海馬旁旁回和杏杏仁核，記錄到到波幅較較大的極極性翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的電位位，其潛潛伏期與與頭皮記記錄的頂頂部P300一致。俄國科學學家用顱顱內(nèi)電極極在Parkinson病人顳葉葉葉直接接記錄到到聽覺MMN(Kropotov等, 1995)。在動物物實驗中中也多次次證實。Ntnen（1992