ERP入門基本知識2004.6.41精選課件ppt內容結構一、ERP原理及提取技術二、主要ERP成分及經典研究三、刺激呈現與數據處理四、波形的識別與結果解釋2精選課件ppt一、ERP原理及提取技術活的人腦總會不斷放電，稱為腦電（EEG），但成分復雜而不規則。正常的自發腦電一般處于幾微伏到75微伏之間。而由心理活動所引起的腦電比自發腦電更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在自發電位中。所以ERP需要從EEG中提取。3精選課件ppt1.1開放電場腦電（EEG）是由于皮質大量神經組織的突觸后電位同步總和而成，而單個神經元電活動非常微小，不能在頭皮記錄到，只有神經元群的同步放電才能記錄到。這種腦組織神經元排列方向一致的情況，構成所謂的開放電場（openfield），反之則是方向不一致相互抵消的封閉電場（closedfield）。4精選課件ppt開放電場與封閉電場圖示5精選課件ppt因此，ERP只能反映某些腦部的激活情況，而有些腦部即使處于激活狀態，但由于其神經元沒有能夠形成開放電場，ERP上也是反映不出來的。6精選課件ppt影響ERP信號記錄的其它因素除神經元的排列方式外，記錄點與神經元活動的距離也會影響ERP信號的采集。這樣就區分出了近場源與遠場源，初級體感誘發電位位于中央后回，是典型的近場源，而腦干聽覺誘發電位是典型的遠場源。離頭皮越遠則電位衰減越厲害，記錄到的腦電波幅也很小。7精選課件ppt1.2ERP的兩個重要特征

事件相關腦電有兩個重要特性：潛伏期恒定、波形恒定；與此相對，自發腦電則是隨機變化的。所以，可以將同一事件多次引起的多段腦電記錄下來，但每一段腦電都是各種成分的綜合，包括自發腦電（噪音）。8精選課件ppt1.3疊加技術

將由相同刺激引起的多段腦電進行多次疊加，由于自發腦電或噪音是隨機變化，有高有低，相互疊加時就出現正負抵消的情況，而ERP信號則有兩個恒定，所以不會被抵消，反而其波幅會不斷增加，當疊加到一定次數時，ERP信號就顯現出來了。9精選課件pptERP分段疊加顯示圖10精選課件ppt1.4ERP是平均誘發電位疊加n次后的ERP波幅增大了n倍，因而需要再除以n，使ERP恢復原形，即還原為一次刺激的ERP數值。所以ERP也稱為平均誘發電位，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電位波形圖。因此，對于ERP研究來說，為了提取事件相關腦電位變化，傳統上不得不進行多次重復刺激（次數記為n）。現在，可以通過計算機疊加技術輕松實現上述過程。11精選課件ppt1.5ERP信號的優勢與缺點ERP是刺激事件引起的實時腦電波，在時間精度可達到微秒級。極高的時間分辨率是ERP的主要優勢，ERP也可以和行為數據，特別是反應時間（RT）很好地配合，以研究認知加工過程的規律。通過疊加技術獲得的與事件發生進程有鎖時（time-lock）關系的腦電就稱為事件相關電位（ERP）。12精選課件pptERP的主要弱點在于低的空間分辨率，ERP在空間上只能達到厘米級，主要的影響因素是容積導體效應與封閉電場問題。另外，ERP只能采用數學推導來實現腦電的源定位，比如偶極子，這種方法的可靠性也是有限的。13精選課件ppt1.6頭部定位系統

ERP記錄裝置是一個電極帽，上面有多個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國際腦電圖學會1958制定的10－20系統（Jesper,1958）確定的。每一個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系統是進行ERP學術交流的條件之一。14精選課件ppt10－20系統的原則是頭皮電極點之間的相對距離以10%與20%來確定，并采用兩條件標志線。一條稱為矢狀線，是從鼻根到枕外隆凸的連線，從前向后標出5個點：Fpz、Fz、Cz、Pz、Oz，Fpz之前與Oz之后線段長度占全長10%，其余各點間距離均占全長的20%。15精選課件pptPg1Pg2Fp1FpzFp2FzF3F7F4F8A1A2CzC3C5C4T4T3C6T5T6PzP3P4OzO1O2Cb1Cb2國際10—20腦電記錄系統（四）導聯方法矢狀線冠狀線16精選課件ppt另一條稱為冠狀線，是兩外耳道之間的連線，從左到右也標出5個點：T3、C3、Cz、C4、T4。T3和T4外側各占10%，其余各點間距離均占全長20%。注意，Cz點是兩條線的交匯點，常作為確定電極帽是否戴正的基準點。17精選課件ppt二、主要ERP成分及經典研究ERP的先驅研究者經過四十多年的積累，發現了一些經典的ERP成分，在發現這些成分時所使用的一些研究方法對于后來者有啟發。其中與心理學研究密切相關的成分主要包括CNV、P300、MMN、和N400等。18精選課件ppt2.1CNVCNV（ContingentNegativeVariation）關聯負變。實驗中，告知被試，他將得到兩個信號（聲音或閃光等），他的任務是在第一個信號出現后開始準備反應，但并不反應，當出現第二個信號之后則要盡快做出反應；兩個信號之間的時間并不固定。結果發現，在兩個信號之間，被試的腦電出現了負向偏轉（或負向變化，負變），這個腦電負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后CNV就消失了。19精選課件ppt疊加12次，Cz點。A:短聲,B:閃光,C:短聲+閃光。前三種情況都不出現CNV.第四種情況下，令被試在閃光出現時盡快按鍵，按鍵即將閃光終止，只有這時才出現CNV.20精選課件ppt這個結果是1964年由Walter等發現的，當年發表在Nature（203，380－384）上。Walter等發現CNV在Cz點最大。但由于早期的頭皮記錄點較少，一般只有幾個，所以無法解決CNV的源定位問題。CNV被認為主要與心理因素有關。比如期待、意動、朝向反應、覺醒、注意、動機等，可以認為它基本上是一個綜合的心理準備狀態的反映，處于緊張或應急狀態的反映。21精選課件ppt2.2P300及Oddball范式P300是Sutton于1965年發現，發表在當年的Science（150，1187－1188）上。按照ERP的成分劃分方法，根據潛伏期的差異，10ms內為早成分，10－50ms為中成分，50－500ms為晚成分，500ms以后則稱為慢波。P300顯然屬于晚成分。22精選課件pptSutton等首先報告P300（Science,1965）23精選課件pptOddball范式在發現P300時使用了一個稱為Oddball的經典ERP實驗范式。Oddball實驗范式的要點是，對同一感覺通道施加兩種刺激，一種刺激出現概率很大，如85%，另一種刺激出現的概率很小，如15%。兩種刺激以隨機順序出現，這樣，對于被試來說，小概率刺激的出現具有偶然性，因為它很少才出現一次，感覺有點怪（Odd）。但實驗任務卻要求被試關注小概率刺激，只要小概率刺激一出現就盡快做出反應。可見這里的靶刺激是小概率刺激。24精選課件pptOddball范式示意圖25精選課件ppt在這種條件下，實驗記錄到在小概率刺激出現之后300ms時觀察到一個正波，稱為P300，這個波在Pz點附近最高。研究發現P300的波幅與所投入的心理資源量成正相關，其潛伏期隨任務難度增加而變長。26精選課件pptP300與任務難度P300潛伏期隨任務難度的增加而延長實線：具體人名虛線：人名性別斷線：出現的詞中挑出“刺”的反義詞27精選課件pptP300反映的認知過程，一種解釋認為，P300代表知覺任務的結束，即對所期盼的靶刺激或目標刺激做出有意識加工時，相關頂葉或內側顳葉部位受到激活，產生負電位，當加工結束時這些部位又受到抑制，于是出現了P300。而Donchin（1981）認為，P300的潛伏期反映的是對刺激物的評價或分類所需的時間，而P300波幅反映的是工作記憶中表征的更新。后一種觀點得到支持更多，這意味著P300也許可成為研究高級認知過程，比如工作記憶的腦機制，特別是過程機制問題。28精選課件ppt另外，P300也普遍存在于哺乳動物中，如老鼠、貓、猴等，這說明P300可能代表著神經系統的某種基本活動。近年來精確腦定位手段，如fMRI，發現P300的腦內源不只一個，因而P300不是一個單純的成分，與多種認知加工有關。現在，P300的概念發生了變化，許多潛伏期很不相同的波形也稱為P300，這樣就成了一個家族，稱為晚正復合體（latepositivecomplex）。29精選課件ppt2.3MMNMMN（mismatchnegativity）譯為失匹配負波，它的也是采用Oddball范式得到的。經典實驗是這樣的做的，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，讓被試進行雙耳分聽，只注意一只耳的聲音，并對小概率刺激做出反應，不注意另一耳的聲音。結果發現，無論注意與否，在約250ms內，小概率刺激均比大概率刺激引起更高的負波。以小概率刺激引起的ERP減去大概率刺激引起的ERP，會得到一個差異波，是一個存在100－250ms之間的明顯的負波。30精選課件pptMMN圖示31精選課件pptMMN與標準刺激/偏差刺激差異的關系：隨偏差增大而增大。聲強MMN，標準刺激為80db，偏差刺激分別為57db,70db,77db。32精選課件ppt這一結果最早由Naatanen（1978）報告。隨后的一系列研究表明，MMN反映的是人腦對刺激差異的無意識加工，即使在兩種刺激都不加以注意的情況下也出現了MMN，這說明人腦有對刺激間差異進行無意識加工的能力，或者說人腦能夠對不同刺激自動地做出不同的反應。33精選課件ppt2.4N400N400，是研究腦的語言加工原理的常用ERP成分，最早由Kutas于1980年報告，這一篇報告發表在當年的Science（207，203－205）上。他們通過屏幕向被試呈現一些句子，句子的每個單詞從前往后是逐個出現的，先出現的幾個句子都是正常的符合語法和語境的。在呈現句子時同步記錄每個單詞呈現后引起的腦電變化。34精選課件ppt實驗設計前幾個句子都是正常的，最后一個句子的最后一個單詞是明顯畸義的。實驗觀察到在這個畸義詞出現之后400ms左右出現了一個新的負成分，這就是N400。35精選課件ppt語義畸異程度越大N400越大：THEPIZZAWASTOOHOTTO…36精選課件ppt目前一般認為N400與長時記憶的語義信息的提取有關。但進一步研究發現，與P300相似，N400也有許多子成分，分別與不同的認知過程相關，有彼此不同的腦內源。而且也發現N400不僅與語言加工有關，面孔、圖畫等非語言刺激也能誘發N400。37精選課件ppt三、刺激呈現與數據處理實驗程序采用Eprime軟件編制。基本實驗流程包括實時（on-line）刺激呈現、頭皮腦電放大、模數轉換（數據采集）以及實驗結束后離線式（off-line）數據分析。數據的離線處理的程序：合并腦電數據與行為數據、去除眼電、分段、濾波、基線調整、排除偽跡、刪除壞電極、平均疊加、保存、總平均，共10個步驟。38精選課件pptE-Prime簡介E-Prime是實現心理實驗計算機化的一個可視化編程語言平臺，是一個涵蓋實驗生成到毫秒精度的數據收集分析的應用軟件套裝。功能：實驗設計、生成、運行、收集數據、編輯和預處理分析數據39精選課件pptEprime的優點E-Prime能呈現的刺激可以是文本、圖像和聲音（可以同時呈現三者的任意組合）提供了詳細的時間信息和事件細節（包括呈現時間、反應時間的細節），可供進一步分析，有助于了解實際實驗運行的時間問題專門面向心理實驗，并針對心理實驗的時間精度作了優化。刺激呈現與屏幕刷新同步，精度可達毫秒相對于傳統編程語言，E-Prime易學易用，實驗生成快速40精選課件pptE-Studio-InterfaceE-Studio由四個部分組成:1.Toolbox2.StructureView3.PropertiesWindow4.Workspace41精選課件pptERP實驗流程42精選課件ppt3.1合并行為數據與腦電數據（mergetaskdata）首先要保證在數據記錄時實驗過程得到完整記錄，即以時間進程為軸，使行為反應和腦電變化得到同步記錄，實現鎖時（locktime），這也是事件相關腦電的本質含義。如果行為數據與EEG數據不能同步匹配，則不能按行為操作進行平均與分析。43精選課件ppt正確合并兩種數據之后，就可以根據不同標準對數據進行分類，比如，可以看看造成被試行為反應正確或錯誤的刺激引起的同步腦電變化是怎樣的，就可根據正確或錯誤的反應進行分段，實現這種分析比較。44精選課件ppt3.2減少眼電偽跡（Ocularartifactreduction）眼電（EOG）是最常見的偽跡，對EEG影響很大，越往頭皮前部越顯著。減少眼電的方法一是刪除，一是校正，由于刪除EOG也會刪掉其他各導有用的數據，因此多采用校正的方法。眼電校正的方法有多種，但原理都是從EEG中減去EOG。一般步驟如下：找到眼動電位的最大值，構建一個平均偽跡反應，峰對峰、點對點地從EEG中減去EOG。45精選課件ppt3.3對腦電分段（Epoch）按照預設的分析時程，以刺激物發生為起點，對連續記錄的EEG數據按照事件發生時段進行分段。46精選課件ppt3.4濾波（filter）目的在于排除50Hz市電干擾和其它偽跡，這是根據頻率來處理的。在Type設置時，需要注意，所謂的低通（lowpass）是讓所有頻率低于設定值的信號通過，實際上是設定一個可通過頻率的最大值；而高通（highpass）是讓所有頻率高于設定值的信號通過，實際上是設定一個可通過頻率的最小值。另外，帶通（bandpass）是讓介于兩個頻率值之間的信號通過，而帶阻（bassstop）則是讓兩個頻率值之外的信號通過。47精選課件ppt3.5基線校正（baselinecorrect）校正時一般選擇所有導聯（allchannel），即對所有電極點都進行校正。基線是根據Epoch時設置的刺激前到0點的時間段上的波形，一般設定為100ms。48精選課件ppt3.6排除偽跡（artifactrejection）這也是對波幅進行處理，不過它可以針對一導或多導，根據某一范圍的數值，比如±100μV，超出這一范圍的成分則被刪除。49精選課件ppt3.7刪除壞電極通道（deletebadchannels）進入電極狀態圖，如果電極是壞的，將顯示為紅色，對這些紅色電極加以雙擊使之變成綠色，然后確定即刪除壞電極。50精選課件ppt3.8平均（average）根據需要，選取timedomain或frequencydomain進行平均疊加。這一步主要是對相同任務引起的刺激加以疊加。51精選課件ppt3.9保存（outputfile）將生成的平均文件存盤。在數據處理過程中要多次保存，每次保存的文件名要取為相同，不要擔心被覆蓋，因為后綴名是不同的。52精選課件ppt3.10總平均（grandaverage）現在的可以生成自動批處理文件，由于不同被試做的任務相同，所以腦電數據的處理一般也是相同，如果每個被試的數據都逐一設置則非常費時費力。可以通過對一個被試數據的處理，嘗試各個參數的最佳值，然后將這些設置保存成批處理文件，如此可對所有被試的數據很快地處理完。分析者可以相當輕松。早期ERP報告都是報告個別被試的幾個電極點的腦電變化，現在由于計算機技術的發展能夠做到對多個被試的數據進行總平均了，現在報告的ERP圖形一般都是總平均圖。53精選課件ppt注意行為數據的采集，包括反應時間、按鍵反應、正確率和錯誤率、以及事后的口語報告（由于口語報告會產生大量肌電，所以ERP研究一般不能進行實時的口語報告或出聲思維）54精選課件ppt四、波形的識別與測量得到一系列波形后，要從中識別不同成分以及成分所代表的心理意義是ERP研究的技術難點。一般通過峰潛伏期、波形及其頭皮分布，參照總平均圖與相關研究文獻進行判斷，而豐富的經驗也很重要。波幅測量有基線－波峰和波峰－波峰兩種，潛伏期常以刺激起始點到波峰頂點之間的時間段代表。一般認為，波幅反映大腦的興奮性高低，而潛伏期則是神經活動與加工過程的速度與評價的時間。55精選課件ppt-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期基線——峰峰——峰56精選課件ppt4.1定性分析將不同事件（條件）引起的腦電波形加以比較，重點比較的內容包括：潛伏期、始潛時和波幅等指標，兩種條件造成的波形在頭皮上的分布情況，以及定位分析。然后進行源定位分析，包括腦地形圖、偶極子定位等。57精選課件ppt①設置條件1與條件2，分別產生A峰B峰。②測量并比較峰A與峰B的潛伏期、始潛時、波幅等指標。③比較條件1與條件2的波形在頭皮的分布。定性分析58精選課件ppt相減技術相減技術的運用，對于提取更為純粹的、與心理機制相關的ERP成分具有重要意義。59精選課件ppt4.2腦電地形圖是將腦電信號轉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間點上的功能變化與形態定位有機地結合起來（將功能狀態與激活狀態結合起來）。地形圖中相同顏色的區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。地形圖可分為二維（平面）地形圖、三維（立體）地形圖和實際頭形地形圖。60精選課件ppt根據圖形的