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事件相关电位原理与技术 第一章事件相关电位 ERPs 的发展与基础 人脑在自然状态下产生的脑电为自发电位 EEG 是ERP产生的基础 ERP的发展简史1 1929年 HansBerger证明可以用放在头皮上的电极测量人脑的电活动 EEG 脑电图 2 几年后 1935年左右 人们开始承认EEG确实存在3 接下来的几十年里 EEG被证明在科学领域和临床应用中都是非常有用的 缺陷 难以从EEG中将个别的神经 认知过程分离出来 4 提取出ERP 用简单的平均技术 包括更高级的技术 从EEG中提取出特异性反应5 1935 1936首次获得清醒人类感觉ERP的明确记录6 二战期间 1939 1945 ERP工作不多7 19世纪50年代ERP再次兴起 主要集中于研究感觉 8 现代ERP的研究始于1964年 第一个认知ERP成分 CNV P3 9 1965 1980集中研究ERP的成分识别 对认知实验ERP记录与分析的方法上10 ERP的普及 不算昂贵的计算机的引入 认知神经科学研究的全面探索 ERPs具有血流动力学所缺乏的高时间分辨率 是PET和fMRI的重要补充 ERP定义 1 EP广义定义 凡是外加一种特定的刺激作用于机体 在给与或撤销刺激时 在神经系统任何部位引起的电位变化 2 EP的狭义定义 凡是外加一种特定的刺激 作用于感觉系统或脑的莫一部位 给与或撤销刺激时 在脑区引起的电位变化 3 ERP的定义 当外加一种特定的刺激 作用于感觉系统或脑的某一部位 在给与或撤销刺激时 或当某种心理因素出现时 在脑区引起的电位变化 ERP优点与缺点 1 时间分辨率高2 ERP测量的是从刺激到反应的连续过程3 ERP可以实时地测量没有行为反应的认知加工4 具有脑自动加工的指标 MMN是人脑对外界变化进行自动加工的指标5 ERP价位低 设备简单 对环境要求不高6 无创性1 空间分辨率不高原因 颅骨不均且有个体差异容积导体效应在某个记录到的电变化并不意味着电变化就发生在这个部位脑电源间电场开放性的差异直接影响所记录ERP大小ERP主要来源于锥体细胞层的突触后电位 而实际心理活动不会只局限在锥体细胞层 ERP的形成原理 条件 一是神经元的电活动要同步二是各个神经元的电活动形成的电场方向要一致突触前电位 频率过快 持续时间过短突触后电位 变化较慢 容易同步总和形成头皮电位皮质内外锥体细胞层具有比较典型的开放电场结构封闭电场方向相反 电位相消 总和接近为零 开放电场方向一致 第二章ERP记录与提取得基本原理与方法 脑电记录及其技术原理 1 晶体管的放大作用 一 电压放大倍数 放大倍数又称增益 电压放大倍数一般是指对异相信号的电压放大倍数 单位分贝dB放大倍数制约因素 放大器的截至范围的限制 等于或大于放大器截止幅度的信号将不分大小一律变成同一波幅 削顶式失真 即为溢出 A D转换器输入幅度范围的限制 二 输入阻抗 输入回路与输出阻抗 放大器的输入阻抗与信号源的内阻形成分压关系 放大器的输入阻抗越大 这个回路的I越小 U信号源越小 U放大器输入阻抗越大 越接近信号源的电压 使放大器对输入信号的影响越小 R大于100M 解决市电干扰降低头皮电阻Ra1 利用放大器的滤波器来削弱噪声 多数ERP实验关心的是30Hz以下的频段组成的 因此可以滤除所有超过30Hz的活动2 让被试身处电屏蔽室使噪声最小化 输出阻抗 放大器的输出阻抗越小 回路电流愈大 负载电压越大 越接近放大器输出电压的信号 共模抑制比 隔离 使被试机体与大地隔离的一种安全措施 1 前置放大器与后置主放大器之间有隔离电阻2 使用隔离型的电源变压器人不能接地 模数转换 将模拟量变成数字量的过程称为A D转换 经过转换的数字量立即一个个进入计算机存储 又称计算机采样 1 采样精度 ERP的波幅分辨率AR转换精度单位bit 分辨率为IR输入电压Ad放大倍数2 采样速度 时间分辨率总采样频率 频率 导 导数 陷波功能 去除50Hz市电 导联方法 ERP提取过程和原理 1 参考电极转换2 删除坏区导有的导信号失真过于严重 可通过编程由计算机识别与删除3 排除眨眼伪迹眼电包含眨眼电位和眼动 眼动电位比眨眼电位小得多 对眨眼伪迹的校正 记录EEG的同时以相同的滤波参数记录垂直眼电求出每个EEG导所含的VEOG与VEOG导所记录的VEOG的比值 即个导的传播系数 从各导连中按其传播系数减去其VEOG 也可以用PCA与ICA校正眨眼伪迹4 分段与分类 7 总平均对同一种条件下的全部被试的ERP在进行一次平均 8 可选择的数据处理方法 合并行为数据导EEG连续记录中基线校正直流漂移校正潜伏期变异校正消除撤反应数字滤波平滑化 参考电极 单耳参考转换为双耳参考 ERP主要成分及命名 按顺序命名正波名为P 负波名为N 其后标出出现的序 在刺激固定的情况下 ERP的波数和顺序是相对固定的 因而各个波可以按照其顺序命名 这时 AEP的早成分被命名为I II III V VI VIII 中成分被命名为No Po Na Pa Nb 晚成分被命名为P1 N1 P2 N2 P3 二 按潜伏期命名正波名为P 负波名为N 其后标出潜伏期 例如 270ms左右出现的正波记为P270 上列P1 N1 P2 N2 P3又分别被称为P100 N100 P200 N200 P30慢波则按照正 负分为正慢波 positiveslowwave Psw 和负慢波 negativeslowwave Nsw 潜伏期命名法可用于命名一个时间范围的波 如P20 50 N300500 也可用于命名潜伏期为负 发生在刺激或反前 的波 如N 90 新发现的成分最好按潜伏期命名 三 按功能意义命名有些成分的意义相对明确 可按其意义命名 如失匹配负波 mismatchnegativi ty MMN 加工负波 processingnegativity PN 预备电位 readinesspotential RP 等 ERP研究分类 1 按感觉通路分听觉诱发电位AEP 视觉诱发电位 体感觉诱发电脑 2 按潜伏期分早成分 中成分 晚成分和慢波 如AEP 10ms为早成分 含7 8个波 系由脑干产生 III 10 50ms为中成分 含5个波No Po Na 50 500ms为晚成分 含5个主要的波P1 N1 1 成分与波的概念并不相同 同一个脑内加工产生的一个波称为一个成分 一个ERP的波动为一个波 同一个ERP成分的主要特征应该是脑内源相同 组成脑内源的各神经元的活动相同 头皮分布相同 2 区分两个波是否为同一成分 一是电位变化对实验自变量的反应 二