ERP培訓(xùn)資料精講

會(huì)計(jì)學(xué)1ERP培訓(xùn)資料精講內(nèi)容結(jié)構(gòu)一、ERP原理及提取技術(shù)二、主要ERP成分及經(jīng)典研究三、ERP數(shù)據(jù)記錄與處理四、波形的識(shí)別與測(cè)量第1頁(yè)/共70頁(yè)ERP原理及提取技術(shù)活的人腦總會(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。第2頁(yè)/共70頁(yè)ERP的兩個(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、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）。第3頁(yè)/共70頁(yè)5-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期第4頁(yè)/共70頁(yè)ERP的兩個(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、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）。第5頁(yè)/共70頁(yè)疊加技術(shù)

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ERP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，當(dāng)疊加到一定次數(shù)時(shí)，ERP信號(hào)就顯現(xiàn)出來(lái)了。第6頁(yè)/共70頁(yè)8ERP分段疊加顯示圖第7頁(yè)/共70頁(yè)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，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。因此，對(duì)于ERP研究來(lái)說(shuō)，為了提取事件相關(guān)腦電位變化，傳統(tǒng)上不得不進(jìn)行多次重復(fù)刺激（次數(shù)記為n）?，F(xiàn)在，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)疊加技術(shù)輕松實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程。第8頁(yè)/共70頁(yè)頭部定位系統(tǒng)

ERP記錄裝置是一個(gè)電極帽，上面有多個(gè)記錄或吸收頭皮放電情況的電極，這些電極在帽子上的位置是根據(jù)國(guó)際腦電圖學(xué)會(huì)1958制定的10－20系統(tǒng)（Jesper,1958）確定的。每一個(gè)電極記錄到的腦電變化代表的是特定位置頭皮上的放電情況，掌握10－20系統(tǒng)是進(jìn)行ERP學(xué)術(shù)交流的條件之一。第9頁(yè)/共70頁(yè)11Pg1Pg2Fp1FpzFp2FzF3F7F4F8A1A2CzC3C5C4T4T3C6T5T6PzP3P4OzO1O2Cb1Cb2國(guó)際10—20腦電記錄系統(tǒng)（四）導(dǎo)聯(lián)方法矢狀線冠狀線第10頁(yè)/共70頁(yè)內(nèi)容結(jié)構(gòu)一、ERP原理及提取技術(shù)二、主要ERP成分及經(jīng)典研究三、ERP數(shù)據(jù)記錄與處理四、波形的識(shí)別與測(cè)量第11頁(yè)/共70頁(yè)

潛伏期：早(200Ms)、中、晚(300ms)成份，慢波

命名：正－P，負(fù)－N，潛伏期

成份：外源性成份、內(nèi)源性成份和純心理波

外源性內(nèi)源性

P1、N1、P2

N2、P3復(fù)合波

MMN、CNV

ERPs成分受刺激的物理性質(zhì)的影響第12頁(yè)/共70頁(yè)刺激編排實(shí)驗(yàn)范式OddballGo/Nogo跨通道研究模式運(yùn)動(dòng)知覺(jué)記憶語(yǔ)言特定認(rèn)知實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒翘囟ㄕJ(rèn)知實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ叫乃氵B續(xù)心算選擇心算簡(jiǎn)單心算

Detectionofchanges:Flickerparadigm……第13頁(yè)/共70頁(yè)刺激材料的分類刺激物分類體感聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)非圖形圖形閃光幾何圖形、文字、面孔、自然景觀純音、短聲、白噪聲、動(dòng)物叫聲語(yǔ)音自然環(huán)境聲微弱脈沖電流、針灸第14頁(yè)/共70頁(yè)刺激參數(shù)體感聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)對(duì)比度亮度視角Spatialfrequency、朝向、……頻率聲壓級(jí)上升/下降時(shí)間0.1～0.5ms，1～5Hz，50uV刺激呈現(xiàn)時(shí)間刺激間隔SOA、ISI刺激參數(shù)刺激呈現(xiàn)概率三大要素第15頁(yè)/共70頁(yè)主要ERP成分及經(jīng)典范式

ERP的先驅(qū)研究者經(jīng)過(guò)四十多年的積累，發(fā)現(xiàn)了一些經(jīng)典的ERP成分，在發(fā)現(xiàn)這些成分時(shí)所使用的一些研究方法對(duì)于后來(lái)者有啟發(fā)。其中與心理學(xué)研究密切相關(guān)的成分主要包括P300、CNV、MMN、和N400等。第16頁(yè)/共70頁(yè)

P300及Oddball范式

P300是Sutton于1965年發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在當(dāng)年的Science（150，1187－1188）上。按照ERP的成分劃分方法，根據(jù)潛伏期的差異，P300顯然屬于晚成分。第17頁(yè)/共70頁(yè)19Sutton等首先報(bào)告P300（Science,1965）第18頁(yè)/共70頁(yè)20研究發(fā)現(xiàn)P300的波幅與所投入的心理資源量成正相關(guān)，其潛伏期隨任務(wù)難度增加而變長(zhǎng)。第19頁(yè)/共70頁(yè)21P300與任務(wù)難度P300潛伏期隨任務(wù)難度的增加而延長(zhǎng)實(shí)線：具體人名虛線：人名性別斷線：出現(xiàn)的詞中挑出“刺”的反義詞第20頁(yè)/共70頁(yè)

P300反映的認(rèn)知過(guò)程，一種解釋認(rèn)為，P300代表知覺(jué)任務(wù)的結(jié)束，即對(duì)所期盼的靶刺激或目標(biāo)刺激做出有意識(shí)加工時(shí)，相關(guān)頂葉或內(nèi)側(cè)顳葉部位受到激活，產(chǎn)生負(fù)電位，當(dāng)加工結(jié)束時(shí)這些部位又受到抑制，于是出現(xiàn)了P300。而Donchin（1981）認(rèn)為，P300的潛伏期反映的是對(duì)刺激物的評(píng)價(jià)或分類所需的時(shí)間，而P300波幅反映的是工作記憶中表征的更新。后一種觀點(diǎn)得到支持更多，這意味著P300也許可成為研究高級(jí)認(rèn)知過(guò)程，比如工作記憶的腦機(jī)制，特別是過(guò)程機(jī)制問(wèn)題。第21頁(yè)/共70頁(yè)另外，P300也普遍存在于哺乳動(dòng)物中，如老鼠、貓、猴等，這說(shuō)明P300可能代表著神經(jīng)系統(tǒng)的某種基本活動(dòng)。近年來(lái)精確腦定位手段，如fMRI，發(fā)現(xiàn)P300的腦內(nèi)源不只一個(gè)，因而P300不是一個(gè)單純的成分，與多種認(rèn)知加工有關(guān)?，F(xiàn)在，P300的概念發(fā)生了變化，許多潛伏期很不相同的波形也稱為P300，這樣就成了一個(gè)家族，稱為晚正復(fù)合體（latepositivecomplex）。第22頁(yè)/共70頁(yè)Oddball范式在發(fā)現(xiàn)P300時(shí)使用了一個(gè)稱為Oddball的經(jīng)典ERP實(shí)驗(yàn)范式。Oddball實(shí)驗(yàn)范式的要點(diǎn)是，對(duì)同一感覺(jué)通道施加兩種刺激，一種刺激出現(xiàn)概率很大，如85%，另一種刺激出現(xiàn)的概率很小，如15%。兩種刺激以隨機(jī)順序出現(xiàn)，這樣，對(duì)于被試來(lái)說(shuō)，小概率刺激的出現(xiàn)具有偶然性，因?yàn)樗苌俨懦霈F(xiàn)一次，感覺(jué)有點(diǎn)怪（Odd）。但實(shí)驗(yàn)任務(wù)卻要求被試關(guān)注小概率刺激，只要小概率刺激一出現(xiàn)就盡快做出反應(yīng)?？梢?jiàn)這里的靶刺激是小概率刺激。第23頁(yè)/共70頁(yè)在這種條件下，實(shí)驗(yàn)記錄到在小概率刺激出現(xiàn)之后300ms時(shí)觀察到一個(gè)正波，稱為P300，這個(gè)波在Pz點(diǎn)附近最高。第24頁(yè)/共70頁(yè)26Oddball范式示意圖第25頁(yè)/共70頁(yè)Oddball兩種刺激物三種刺激物新異刺激物的插入標(biāo)準(zhǔn)刺激(Standard)偏差刺激(Deviant)靶刺激(Target)非靶刺激(non-Target)標(biāo)準(zhǔn)模式缺失刺激為靶P3aP3b第26頁(yè)/共70頁(yè)

CNV

CNV（ContingentNegativeVariation）關(guān)聯(lián)負(fù)變。實(shí)驗(yàn)中，告知被試，他將得到兩個(gè)信號(hào)（聲音或閃光等），他的任務(wù)是在第一個(gè)信號(hào)出現(xiàn)后開始準(zhǔn)備反應(yīng)，但并不反應(yīng)，當(dāng)出現(xiàn)第二個(gè)信號(hào)之后則要盡快做出反應(yīng)；兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間并不固定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在兩個(gè)信號(hào)之間，被試的腦電出現(xiàn)了負(fù)向偏轉(zhuǎn)（或負(fù)向變化，負(fù)變），這個(gè)腦電負(fù)向變化形成的類似高原的波形就是CNV，在被試完成按鍵反應(yīng)后CNV就消失了。第27頁(yè)/共70頁(yè)29疊加12次，Cz點(diǎn)。A:短聲,B:閃光,C:短聲+閃光。前三種情況都不出現(xiàn)CNV.第四種情況下，令被試在閃光出現(xiàn)時(shí)盡快按鍵，按鍵即將閃光終止，只有這時(shí)才出現(xiàn)CNV.第28頁(yè)/共70頁(yè)這個(gè)結(jié)果是1964年由Walter等發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)年發(fā)表在Nature（203，380－384）上。

Walter等發(fā)現(xiàn)CNV在Cz點(diǎn)最大。但由于早期的頭皮記錄點(diǎn)較少，一般只有幾個(gè)，所以無(wú)法解決CNV的源定位問(wèn)題。

CNV被認(rèn)為主要與心理因素有關(guān)。比如期待、意動(dòng)、朝向反應(yīng)、覺(jué)醒、注意、動(dòng)機(jī)等，可以認(rèn)為它基本上是一個(gè)綜合的心理準(zhǔn)備狀態(tài)的反映，處于緊張或應(yīng)急狀態(tài)的反映。第29頁(yè)/共70頁(yè)MMN

MMN（mismatchnegativity）譯為失匹配負(fù)波，它的也是采用Oddball范式得到的。經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是這樣的做的，在Oddball范式下，大概率刺激為1000Hz純音，小概率刺激為800Hz純音，分別在兩只耳朵中出現(xiàn)，隨機(jī)呈現(xiàn)在一只耳朵中，一次只呈現(xiàn)一個(gè)刺激。讓被試只注意一只耳的聲音，并對(duì)小概率刺激做出反應(yīng)，不注意另一耳的聲音。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論注意與否，在約250ms內(nèi)，小概率刺激均比大概率刺激引起更高的負(fù)波。以小概率刺激引起的ERP減去大概率刺激引起的ERP，會(huì)得到一個(gè)差異波，是一個(gè)存在100－250ms之間的明顯的負(fù)波。第30頁(yè)/共70頁(yè)32MMN圖示第31頁(yè)/共70頁(yè)33

MMN與標(biāo)準(zhǔn)刺激/偏差刺激差異的關(guān)系：隨偏差增大而增大。聲強(qiáng)MMN，標(biāo)準(zhǔn)刺激為80db，偏差刺激分別為57db,70db,77db。第32頁(yè)/共70頁(yè)這一結(jié)果最早由Naatanen（1978）報(bào)告。隨后的一系列研究表明，MMN反映的是人腦對(duì)刺激差異的無(wú)意識(shí)加工，即使在兩種刺激都不加以注意的情況下也出現(xiàn)了MMN，這說(shuō)明人腦有對(duì)刺激間差異進(jìn)行無(wú)意識(shí)加工的能力，或者說(shuō)人腦能夠?qū)Σ煌碳ぷ詣?dòng)地做出不同的反應(yīng)。第33頁(yè)/共70頁(yè)N400

N400，是研究腦的語(yǔ)言加工原理的常用ERP成分，最早由Kutas于1980年報(bào)告，這一篇報(bào)告發(fā)表在當(dāng)年的Science（207，203－205）上。他們通過(guò)屏幕向被試呈現(xiàn)一些句子，句子的每個(gè)單詞從前往后是逐個(gè)出現(xiàn)的，先出現(xiàn)的幾個(gè)句子都是正常的符合語(yǔ)法和語(yǔ)境的。在呈現(xiàn)句子時(shí)同步記錄每個(gè)單詞呈現(xiàn)后引起的腦電變化。第34頁(yè)/共70頁(yè)36實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前幾個(gè)句子都是正常的，最后一個(gè)句子的最后一個(gè)單詞是明顯畸義的。實(shí)驗(yàn)觀察到在這個(gè)畸義詞出現(xiàn)之后400ms左右出現(xiàn)了一個(gè)新的負(fù)成分，這就是N400。第35頁(yè)/共70頁(yè)語(yǔ)義畸異程度越大N400越大：THEPIZZAWASTOOHOTTO…第36頁(yè)/共70頁(yè)目前一般認(rèn)為N400與長(zhǎng)時(shí)記憶的語(yǔ)義信息的提取有關(guān)。但進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與P300相似，N400也有許多子成分，分別與不同的認(rèn)知過(guò)程相關(guān)，有彼此不同的腦內(nèi)源。而且也發(fā)現(xiàn)N400不僅與語(yǔ)言加工有關(guān)，面孔、圖畫等非語(yǔ)言刺激也能誘發(fā)N400。第37頁(yè)/共70頁(yè)內(nèi)容結(jié)構(gòu)一、ERP原理及提取技術(shù)二、主要ERP成分及經(jīng)典研究三、ERP數(shù)據(jù)記錄與處理四、波形的識(shí)別與測(cè)量第38頁(yè)/共70頁(yè)ERP數(shù)據(jù)記錄與處理

ERP基本實(shí)驗(yàn)流程包括實(shí)時(shí)（on-line）刺激呈現(xiàn)、腦電信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換（數(shù)據(jù)采集）以及實(shí)驗(yàn)結(jié)束后離線式（off-line）數(shù)據(jù)分析。第39頁(yè)/共70頁(yè)采樣率

250、500、1000Hz；10000Hz～20000Hz頻帶寬度低端頻響－－高通（High-pass）高端頻響－－低通（Low-pass）EEG記錄重要概念第40頁(yè)/共70頁(yè)被試的選擇及注意事項(xiàng)正常被試的研究要注意被試的性別、社會(huì)背景、受教育情況等。另外，還要注意利手問(wèn)題，尤其在需要被試進(jìn)行按鍵或撥開關(guān)的作業(yè)任務(wù)中。正常人臨床病人兒童特因條件對(duì)照組第41頁(yè)/共70頁(yè)ComputingtheVisualAngle第42頁(yè)/共70頁(yè)√√××第43頁(yè)/共70頁(yè)45ERP實(shí)驗(yàn)流程第44頁(yè)/共70頁(yè)參數(shù)設(shè)置46基本參數(shù)設(shè)置一般包括：采樣率、導(dǎo)聯(lián)數(shù)、AC\DC模式的選擇、低通和高通的設(shè)置、50周濾波等選擇。第45頁(yè)/共70頁(yè)偽跡識(shí)別偽跡（Artifacts）

47肌電偽跡（Muscle）50周波(50Cycle)眼電(EyeMovement)偽跡血管(Vascular)出汗(Sweating)電極故障(Electrolepop)電極移動(dòng)(ElectroleMovement)其他：導(dǎo)線斷裂、附近設(shè)備造成的突然電壓沖擊、腦電儀器的故障、與呼吸有關(guān)的運(yùn)動(dòng)、哭泣、吸吮、顫抖或吞咽等。腦電描記中不起源于腦部的電活動(dòng)干擾。第46頁(yè)/共70頁(yè)48正常腦電一段正常的ERP數(shù)據(jù)，應(yīng)該是基線比較平穩(wěn)，沒(méi)有大的漂移或者慢漂，沒(méi)有除眼電偽跡外的其它偽跡；與刺激軟件同步時(shí)可看到Type類型標(biāo)記等。第47頁(yè)/共70頁(yè)常見(jiàn)的非正常腦電數(shù)據(jù)49第48頁(yè)/共70頁(yè)肌電偽跡50這種類型的干擾可表現(xiàn)“尖頭脈沖”，通常因持續(xù)時(shí)間非常短暫而被識(shí)別。肌電偽跡常表現(xiàn)為連續(xù)性的各種頻率的尖頭脈沖。頭皮下肌肉收縮形成的偽跡放大之后的肌電偽跡第49頁(yè)/共70頁(yè)50周干擾偽跡51電源或高電阻引起。高電阻是因?yàn)轭^皮上未被清除的油脂、臟污或死皮所引起。高電阻可以檢出任何種類的偽跡，而不僅僅是50周一種。50周干擾放大后的50周干擾第50頁(yè)/共70頁(yè)眼電偽跡52眼睛好象一個(gè)充電的電池，其角膜表面一側(cè)為陽(yáng)性(十)，視網(wǎng)膜一側(cè)為陰性(－)。這個(gè)電池有很大的電壓，因此眼球運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)在腦電圖上產(chǎn)生明顯的偏轉(zhuǎn)。垂直眼電水平眼電第51頁(yè)/共70頁(yè)電極故障53電極移動(dòng)一般都是陽(yáng)性的尖頭脈沖。任何電極在頭皮上移動(dòng)，甚至是輕微的移動(dòng)引起。參考電極移動(dòng)形成的偽跡單個(gè)電極的移動(dòng)第52頁(yè)/共70頁(yè)心電偽跡54心電圖可在身體的幾乎任何部位檢出，并可能擴(kuò)展到頭部，特別是在乳突電極。脈搏引起電極位于一個(gè)隨心臟跳動(dòng)而搏動(dòng)的血管附近。第53頁(yè)/共70頁(yè)出汗偽跡55引起非常緩慢的波動(dòng)。第54頁(yè)/共70頁(yè)慢電壓漂移56慢電壓漂移通常是由于皮膚電阻或電極電阻的變化而引起的。第55頁(yè)/共70頁(yè)吞咽偽跡57吞咽偽跡放大后的吞咽偽跡第56頁(yè)/共70頁(yè)α

波58

α

波主要分布于枕、頂區(qū)，在睜眼、感覺(jué)刺激、精神話動(dòng)時(shí)有反應(yīng)(衰減)。第57頁(yè)/共70頁(yè)放大器飽和（阻塞）59緩慢電壓漂移有時(shí)可能會(huì)引起放大器或ADC飽和，這導(dǎo)致EEG在一些時(shí)間段內(nèi)變得平直。第58頁(yè)/共70頁(yè)本體噪聲60環(huán)境干擾和本體噪聲本體噪聲頭皮EEG的電壓波動(dòng)非常微弱，在一般的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，有很多電活動(dòng)源的強(qiáng)度比EEG大得多，這些大電源會(huì)在被試、電極以及連接被試和放大器的電線上產(chǎn)生小的電壓波動(dòng)。這些感應(yīng)電壓隨同EEG被一塊放大之后是相當(dāng)可觀的。雖然有的感應(yīng)電噪聲可以通過(guò)濾波及其他后處理技術(shù)去除，但最好還是在源頭上去除這些噪聲。第59頁(yè)/共70頁(yè)離線數(shù)據(jù)分析步驟

61數(shù)據(jù)的離線處理的程序：

1.去除眼電偽跡（Ocularartifactreduction）；2.腦電分段（Epoch）；3.濾波（filter）；4.基線校正（baselinecorrect）；5.去除偽跡（artifactrejection）；6.平均（average）；7.保存（outputfile）；8.總平均（grandaverage）。第60頁(yè)/共70頁(yè)內(nèi)容結(jié)構(gòu)一、ERP原理及提取技術(shù)二、主要ERP成分及經(jīng)典研究三、ERP數(shù)據(jù)記錄與處理四、波形的識(shí)別與測(cè)量第61頁(yè)/共70頁(yè)波形的識(shí)別與測(cè)量得到一系列波形后，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