ERP高级培训班讲座.ppt

1、ERPsERPs 实验高级培训实验高级培训赵 仑2007.3.，南京 It is an exciting time for studying human cognition.-Picton,Alain,&McIntosh The theatre of the mind:Physiological studies of the human frontal lobes.In:Principles of Frontal Lobe Function,Donald T&Robert T,2nd,2002Event-related potentials Event-related brain potent

2、ials 凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，在脑区引起的电位变化。*刺激缺失刺激缺失ERP ERP 的概念和特点的概念和特点lEEGEEG对对ERPsERPs的淹没的淹没l叠加平均基本原理叠加平均基本原理 ERPs波形恒定 潜伏期恒定 叠加n次：信噪比提高n 倍 例如：ERPs=0.5EEG n=100 100ERP 10EEG ERPs=5EEGERPs提取的基本原理 潜伏期：早、中、晚成份，慢波 命名：正P，负N，潜伏期 成份：外源性成份、内源性成份和纯心理波 外源性 内源性 P1、N1、P2 N2、P3复合波 MMN、CNV 受刺激的物理性质的

3、影响？ERPsERPs成分成分An Example:ERPs components elicited by An Example:ERPs components elicited by infrequent target auditory stimuliinfrequent target auditory stimuliThe sensory components The sensory components(with a latency of less than(with a latency of less than 50 ms)50 ms)The perception and The pe

4、rception and cognition components cognition components(latency exceeding 50 ms)(latency exceeding 50 ms)P1,N1,P2,N2,P3,SWP1,N1,P2,N2,P3,SW 1、ERPs是一种特殊的诱发电位，属于近场电位近场电位（near-field potentials-记录电极位置距活动的神经结构较 近）；2、一般要求被试实验时在一定程度上参与实验；3、刺激的性质、内容和编排多样，目的是启动被试认知过程的参与；4、ERPs成分除受物理刺激特性影响的“外源性成分外源性成分”，还包括“内源性

5、成分内源性成分”，ERPs不像普通诱发电位记录神经系统对刺激本身产生的反应，而是大脑对刺激 带来的信息引起的反应，反映的是认知过程中大脑的神经电生理改变。ERPsERPs与与EPEP的区别的区别ERPs&EPERPs&EP听觉听觉BAEPMLRERP视觉EPERPP1/2N1Note：EP与ERP密切相关，早期ERP成分与认知的关系要求我们对EP的基本特征要非常熟悉。举例：听觉ERP P20-50注意效应&听觉MLR 视觉ERP 早期注意效应（P1）Face-N170-face detection paradigm刺激物的分类刺激物的分类刺刺激激物物分分类类体体感感听听觉觉视视觉觉非图形非图形

6、图形图形闪光闪光几何图形、文字、面孔、自然景观几何图形、文字、面孔、自然景观纯音、短声、白噪声、动物叫声纯音、短声、白噪声、动物叫声语音语音自然环境声自然环境声微弱脉冲电流微弱脉冲电流刺刺激激参参数数体体感感听听觉觉视视觉觉对比度对比度亮度亮度视角视角Spatial frequencySpatial frequency、朝向、朝向、schematicschematic频率频率声压级声压级上升上升/下降时间下降时间0.10.10.5ms0.5ms，1 15Hz5Hz，50uV50uV刺激呈现时间刺激呈现时间刺激间隔刺激间隔SOASOA、ISIISI刺激参数刺激参数刺激呈现概率刺激呈现概率三大要素

7、刺激编排实验范式刺激编排实验范式OddballGo/Nogo跨通道研究模式跨通道研究模式运动知觉运动知觉记忆记忆语言语言特定认知实验模式特定认知实验模式非特定认知实验模式非特定认知实验模式心算心算连续心算连续心算选择心算选择心算简单心算简单心算Match-Mismatch，Prime-Probe“撤反应撤反应撤反应撤反应”刺激消失产生的诱发电位。刺激消失产生的诱发电位。实验设计时，为不影响实验设计时，为不影响ERPERP晚成分的记录，刺激的持续时间最好晚成分的记录，刺激的持续时间最好短一些，在拟观察的成分出现以前使刺激消失，或者延长刺激持续短一些，在拟观察的成分出现以前使刺激消失，或者延长刺激

8、持续时间，在拟观察的晚成分出现后，再使刺激消失。时间，在拟观察的晚成分出现后，再使刺激消失。ERPERP记录参考电极问题记录参考电极问题 单单极极导导联联的的参参考考电电极极是是各各导导放放大大器器的的一一端端共共同同连连结结的的部部位位，各各导导的的电电位位都都是是与与它它相相减减的的结结果果。理理想想的的参参考考电电极极点点应应该该是是电电位位为为零零或或电电位位恒恒定定的的部部位位，但但是是人人体体是是一一个个容容积积导导体体，生生物物电电无无处处不不在在，无无时时不不变变，这这样样的的部部位位是是不不存存在在的的。在在过过去去生生物物电电研研究究的的100100年年间间，关关于于参参考

9、考电电极极位位置置的的争争论论从从来来没没有有停停止止过过，是是目目前前仍仍无无结结论论的的问问题题。参参考考电电极极的的设设置置显显然然对对数数据据有有明明显显影影响响，因因此这是一个重要的问题。这里仅简单讨论几种目前常用的脑电参考电极设置。此这是一个重要的问题。这里仅简单讨论几种目前常用的脑电参考电极设置。（一一）双双双双耳耳耳耳参参参参考考考考：将将双双耳耳乳乳突突或或耳耳垂垂连连接接作作参参考考电电极极。由由于于乳乳突突或或耳耳垂垂的的脑脑电电一一般般较较小小，将将其其连连接接所所得得的的平平均均电电位位作作参参考考不不会会造造成成脑脑的的两两半半球球电电位位关关系系的的失失真真，故故

10、已已成成为为经经典典的的方方法法。缺缺点点是是不不能能测测量量乳乳突突附附近近的的脑脑电电变变化化，如如MMNMMN。方法革新演示单侧参考后参考电极的转换（二二）鼻鼻鼻鼻尖尖尖尖参参参参考考考考：将将参参考考电电极极放放在在鼻鼻尖尖。由由于于双双耳耳参参考考法法不不能能观观察察乳乳突突附附近近脑脑源源的的活活动动，而而有有的的脑脑电电如如听听觉觉MMN的的一一个个源源恰恰在在乳乳突突附附近近，所所以以在在研研究源位于乳突附近的脑电活动时，常常将参考电极放置在鼻尖。究源位于乳突附近的脑电活动时，常常将参考电极放置在鼻尖。（三三）平平平平均均均均参参参参考考考考：在在用用普普通通参参考考电电极极记

11、记录录EEG后后，求求出出全全部部记记录录点点的的平平均均值值，以以各各记记录录值值减减去去该该平平均均值值后后的的差差值值作作为为实实际际的的脑脑电电数数据据。其其目目的的在在于实现参考电极的电位恒定或为零。于实现参考电极的电位恒定或为零。依依据据是是，假假设设人人脑脑和和颅颅骨骨是是均均匀匀的的圆圆球球体体，球球体体表表面面均均匀匀放放置置足足够够的的记录电极，偶极子位于球心。记录电极，偶极子位于球心。该该法法的的优优点点是是可可以以进进行行某某些些脑脑电电求求源源的的逆逆运运算算。其其缺缺点点在在于于它它是是基基于于理理想想的的头头颅颅条条件件和和假假设设的的偶偶极极子子计计算算出出来来

12、的的，与与真真实实情情况况相相差差很很大大，因因此此它所带来的误差是不容忽视的。它所带来的误差是不容忽视的。举例：VPP N170两个成分？两个成分？(Eimer,2005)l采样率采样率 250、500、1000Hz；10000Hz20000Hzl频带宽度频带宽度 低端频响高通（High-pass）高端频响低通（Low-pass）l时间常数（时间常数（TCTC，time constanttime constant）TC1/（2 fL）时间常数的设定数值直接影响ERPs波形是否失真，至关重要。信号记录重要概念TC对ERPs波形的影响被试的选择及注意事项被试的选择及注意事项正常被试的研究要注意被

13、试的性别、社正常被试的研究要注意被试的性别、社会背景、受教育情况等。另外，还要注会背景、受教育情况等。另外，还要注意利手问题，尤其在需要被试进行按键意利手问题，尤其在需要被试进行按键或拨开关的作业任务中。或拨开关的作业任务中。正常（大学生？）正常（大学生？）临床病人临床病人儿童儿童特因条件特因条件ERP 实验过程（SynAmps&SynAmpsSynAmps&SynAmps 2)2)Setup Setup 文件的创建文件的创建 脑电记录参数的设置（操作讲解）EEGEEG记录前的准备记录前的准备1、被试填写“被试情况表格”；2、关于洗头（使用中性洗头膏）；3、使被试了解实验的科学性和无损伤性；4

14、、详细讲解指导语；5、提醒实验过程中应注意的问题，如放松、少动等。需要说明的是，要告诉被试实验中间可以休息，但要在实验前上厕所；考虑到限制眨眼导致的伪迹可能更大，可以要求被试在自然放松的前提下，尽量少眨眼，但不能限制被试眨眼。安放电极安放电极 EEG EEG 预记录预记录脑电基本波形是否正常、脑电基线是否平稳、有无干扰；让被试进行眼睛动作（闭眼睁眼、转动眼球、水平扫视）；如果记录了心电，需要观察心电的基本波形是否正常、节律是否稳定以及心跳周期；如果记录了肌电，需要让被试进行按键反应，以观察肌电记录是否正常；让被试作充分的练习，以及刺激的产生和按键反应是否正确等。伪迹的剔除伪迹的剔除l密切监测非

15、脑电伪迹l实验前告知被试关于伪迹的注意事项以减少伪迹l确定伪迹的剔除标准 EOG的去除(相关法)PCA/ICA SVD&Spatial Filter基本过程基本过程（操作讲解）1.1.合合并并行行为为数数据据和和脑脑电预览电预览2.2.去去除除眼眼电电、心心电电、肌电肌电伪迹伪迹3.3.脑电分段脑电分段4.4.基线校正基线校正5.5.去除伪迹去除伪迹6.6.叠加平均叠加平均7.7.平平 滑滑 化化 处处 理理（Smooth Smooth datadata，根根据据具具体体情情况况具具体体分分析析）/数字滤波（根据具体情况有选择地进行）数字滤波（根据具体情况有选择地进行）8.8.总平均总平均EE

16、G/ERP 离线分析伪迹剔除伪迹剔除（操作讲解）相关法 PCA/ICA SVDSVD平滑化处理平滑化处理（操作讲解）数字滤波的应用数字滤波的应用（操作讲解）NoteNoteNoteNote：每个步骤要根据具体的实验设计和要求去设置参数，要每个步骤要根据具体的实验设计和要求去设置参数，要理解基本的参数设置原理，以满足不同的研究目的，而不能理解基本的参数设置原理，以满足不同的研究目的，而不能“傻傻瓜瓜”分析分析。FP1*FP2*F7*F5*F3*FZ*F4*F6*F8*M1*T3*C5*C3*C1*CZ*C2*C4*C6*T4*M2*T5*P5*P3*PZ*P4*P6*T6*O1*OZ*O2*HEOGVEOGEEG file:Cochlear Implant Artifact.avgRate-1000 Hz,HPF-0 Hz,LPF-200 Hz,Notch-offICA REDUCTION OF ARTIFACTStimulus Artifact Removalms-100.00.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0V0.07.515.022.530.037.5