ERP_01_原理_forallstudents北师大课程.ppt

事件相关电位原理与技术 事件相关电位原理与技术 2014 2015学年度第2学期 每周一下午1 30 4 15教七303 任课教师 宋艳教授songyan 郭桃梅副研究员gtaomei 杜博琪工程师duboqi 课代表 陶烨 知觉 QQE mail社会认知 情绪 QQE mail 语言 QQE mail 考核方式 出勤 15 二或三次 上机操作 15 分三组 提交上机报告 文献报告 10 分组报告 期末测验 60 参考书 魏景汉 罗跃嘉主编 2002 认知事件相关脑电位教程 Event RelatedBrainPotentials TheCognitiveERPTextBook 北京 经济日报出版社 赵仑主编 2004 ERP实验教程 天津 天津社会科学院出版社 LuckSJ 2005 AnIntroductiontotheEvent relatedPotentialTechnique Cambridge Ma MITPress HandyTC 2005 Event RelatedPotentials AMethodsHandbook Cambridge Ma MITPress 为什么要掌握ERP ERP是脑功能的一种体现形式脑是心理活动的器官脑 心理 行为的研究手法 Explorethebrain understandourselves 是当今十分热门而极具挑战性的工作 GongliangZhang LinjuanCong YanSong CongYu ERPP1 N1changesassociatedwithVernierperceptuallearninganditslocationspecificityandtransfer JournalofVision 2013 13 4 1 13WuH TangP HuangX HuX LuoYJCA Differentiatingelectrophysiologicalresponsetodecreaseandincreasenegativeemotionregulation ChineseScienceBulletin 2013 58 13 1543 50 doi 10 1007 s11434 013 5746 xWu H Y Yang S Y Sun S Y Liu CCA Luo Y J TheMaleAdvantageinChildFacialResemblanceDetection BehavioralandERPevidence SocialNeuroscience 20138 6 555 67FangWang XiangZhong JingHuang YulongDing YanSong Comparisonofperceptuallearningofrealandvirtuallineorientations Anevent relatedpotentialstudy2013 VisionResearch 93 1 9GuY MaiX LuoYJDoBodilyExpressionsCompetewithFacialExpressions TimeCourseofIntegratingEmotionalSignalsfromtheFaceandtheBody 2013 PLoSONE 8 7 e66762 CHUNLIANGFENG YUEJIALUO SHIMINFU Thecategory sensitiveandorientationensitiveN170adaptationinfacesrevealedbycomparisonwithChinesecharacters Psychophysiology 2013 50885 899AnAn MeirongSun YunWang FangWang YulongDing YanSong TheN2pcisincreasedbyperceptuallearningbutisunnecessaryforthetransferoflearning PLoSOne 2012 7 4 e34826 BinYang XiaoliMa AprilM Schweinhart FangWang MeirongSun YanSong Comparisonofevent relatedpotentialselicitedbycardinalandobliqueorientationswithbroad bandnoisestimuli VisionResearch 2012 65 95 100 Feng C Wang L Liu C Zhu X Dai R Mai XCA Luo YJ TheTimeCourseoftheInfluenceofValenceandArousalontheImplicitProcessingofAffectivePictures PLoSONE 2012 7 1 e29668 doi 10 1371 journal pone 0029668WangL FuS FengC LuoW ZhuX LuoYJ Theneuralprocessingoffearfulfaceswithoutattentionandconsciousness Anevent relatedpotentialstudy NeurosciLett 2012 506 317 321 Zou L Desroches A S Liu Y Xia Z Shu H OrthographicfacilitationinChinesespokenwordrecognition AnERPstudy BrainandLanguage 2012 123 3 164 173 近两年选课学生为第一作者发表的SCI英文ERP文章举例 ERP的学术位置 属于心理生理学 psychophysiology JohnStern 1964 范畴心理生理学以心理因素为自变量 以生理指标为应变量 一般以人为被试 生理心理学 physiologicalpsychology 以生理变化为自变量 以心理因素为应变量 一般以动物为被试 心理生理学是从生理心理学中分离出来的 同属认知神经科学 认知神经科学是在近二十余年才兴起的一门交叉学科 它是当前脑科学界颇受关注的领域 ERP是其中的重要组成部分 心理学的分支学科 心理学的研究领域 学科比较 1966 1771967 68 15011969 70 19711971 72 20631973 74 22161975 76 25381977 78 26241979 80 34451981 82 42081983 84 44161985 86 45381987 88 46101989 90 48041991 92 54791993 94 53861995 96 54611997 98 58881999 00 62052001 02 62992003 04 6996 ERP论文发表趋势 Informationcarrier Informationsource Informationextractionandprocessing Informationacquisition ERP技术的优劣 无创高时间分辨率空间分辨率在128导数据中达3mm设备简单 环境要求低 影响ERP空间分辨率低的因素 颅骨不规则 容积导体效应 封闭场 中枢神经系统的组成 中枢神经系统 CNS 脑脊髓 脑的结构和主要机能 前脑 中脑 后脑 鱼蛙鳄鹅猫人 前脑大脑半球 大脑皮质 脑回主要沟 裂 中央沟 外侧裂 顶 枕沟叶的划分 额叶 顶叶 枕叶 颞叶 大脑皮质解剖生理基础髓质 白质皮质 灰质6层 1 分子层 2 外颗粒层 3 外锥体细胞层 4 内颗粒层 5 内锥体细胞层 6 多形细胞层 中脑中脑顶盖 上丘 眼动 反射 下丘 接受和传递听觉冲动 大脑脚 黑质与基底节和丘脑联系 与运动功能联系 后脑桥脑延脑小脑 神经元 神经细胞 突触 神经元突起和另一个神经元 肌肉细胞或腺体细胞发生接触并进行信息传递的细胞间结构 神经细胞的生物电现象1 静息电位 神经元 肌细胞等活组织细胞在处于静息状态时 膜内的电位较膜外为负 内负外正 这种膜内外的电位差称为静息电位或膜电位 2 动作电位 当神经元受到一次阈限或阈上刺激而兴奋时 则产生可传导的电位变化 这种电位变化称为动作电位 动作电位的 全或无 每个神经元都有一个阈值 对阈值以下的刺激不反应 对刺激以上的刺激 不论其强弱均给出同样幅值的神经脉冲发放 突触后电位 神经元的突触前膜使突触后胞体或树突去极化 产生突触后电位 是发生在突触后膜的电位 不遵从全或无定律 可以累积增大 持续时间较长 脑电的形成原理 主要由大脑皮质锥体细胞顶树突的突触后电位变化的总和形成 级量反应突触后膜电位和感受器的感受电位幅度缓慢增加后缓慢下降几十秒 局限很小的范围 神经信息在脑内的传递过程 就是从一个神经元 全或无 的单位发放到下一个神经元突触后电位的级量反应的总和后 再发放的过程 即 全或无 和 级量反应 不断交替的过程 动作电位可发生在神经细胞 肌肉和腺体细胞 它遵从全或无的放电方式 发生速度很快 持续时间短 不可累积 EEG是在机体即使没有受到外界刺激 没有执行某个心理事件的情况下也存在的自发电活动 其来源主要是顶树突突触后电位 ERP的来源包括锥体细胞顶树突突触后电位 以及皮层下组织的电活动 还有神经细胞受到阈限以上刺激时产生的动作电位成分 不能简单地认为ERP波幅增大即是脑区兴奋 而波幅减小代表脑功能抑制 ERP成分的极性为正或为负也并不对应神经元的兴奋或抑制 EEG的发现 1875RichardCaton等首先在暴露的家兔脑表发现脑的自发电活动1924HansBerger首次在颅骨损伤病人大脑皮质和正常人头皮上记录到EEG1929HansBerger首先发表头皮记录的EEG论文 并报告心算可引起EEG的 节律减少 1934Adrian等 1935Jasper等也观察并证实了Berger的观察 EEG的客观存在才得到了认可 20世纪50年代末 计算机用于EEG分析而产生了事件相关电位 event relatedpotentials 简称ERP 方法 才使脑波与心理因素关系的研究重新焕发了生机 EEG EEG 睡眠分期人的1 3时间用于睡眠弗洛伊德 梦的解析 睡眠时间 年龄与睡眠时间 自发电位EEG与事件相关电位ERPElectroencephalography EventRelated Potentials EEG 不断发生 自发 ERP 诱发才有 EEG含有心理与生理信息 但非为波形本身 ERP是信息引起的波形本身 但淹没在EEG中 通常观察不到 需提取 EEG分类 波 波 波中间快波 波 波 Schwab频率分类 0 5 3Hz4 7Hz8 13Hz14 17Hz18 30Hz31Hz以上 慢波 快波 睡眠类型与睡眠周期睡眠可以分为两个类型慢波睡眠 Slowwavesleep 快速眼动睡眠或异相睡眠 Rapideyemovementsleep 慢波睡眠 脑电活动逐渐变慢肌张力逐渐减弱快速眼动睡眠 异相睡眠 脑电变化与行为相分离肌张力完全丧失快速眼动现象 EEG应用举例 EEG 不断发生 自发 ERP 诱发才有 EEG含有心理与生理信息 但非为波形本身 ERP是信息引起的波形本身 但淹没在EEG中 通常观察不到 需提取 48 EEG 不断发生 自发 ERP 诱发才有 EEG含有心理与生理信息 但非为波形本身 ERP是信息引起的波形本身 但淹没在EEG中 通常观察不到 需提取 第一阶段 慢波睡眠 入睡期 过渡期 混合的频率和振幅均较低的脑电波 波8 13Hz 浅睡状态 身体放松 呼吸变慢易被外部刺激惊醒大约持续10分钟 慢波睡眠分为四个时期 睡眠的五个阶段 2 第二阶段 慢波睡眠 浅睡期出现 波4 7Hz 出现睡眠锭 短暂爆发的 频率高13 16Hz 被试已经入睡 但叫醒后不承认大约持续15分钟 睡眠的五个阶段 2 第三阶段 慢波睡眠 中睡期 肌肉逐渐更为放松脑电波更慢 振幅加大出现 波0 5 3Hz 频率更低 振幅更大 有时也会有睡眠锭波被试已经睡熟 但还容易叫醒大约持续15分钟 睡眠的五个阶段 2 第四阶段 慢波睡眠 深睡期 肌肉进一步放松 身体功能的各项指标变慢梦游 梦呓 尿床等多发生于此阶段脑电波以高幅 波为主深度睡眠阶段 很难被唤醒大约持续10分钟 睡眠的五个阶段 2 一期到四期进行中 肌肉张力逐渐降低心率和呼吸逐渐变慢体温降低激素分泌增多 尤其是生长激素 快速眼动睡眠阶段 REMsleep 波消失 高频率 低振幅的脑电波出现 与清醒和慢波一期时的脑电波相似眼球上下左右快速移动眼动60次 分钟心律 血压不规则 呼吸急促 如同清醒或恐惧时的反应 但肌肉松软伴随有梦境第一次持续5 10分钟 第二次持续时间通常长于第一次 最后一次长达1小时 人的每夜睡眠大约由慢波睡眠和快速眼动睡眠交替变换 个周期组成 各期在整夜睡眠中所占的比例 慢波一期 5 慢波二期 50 慢波三期 10 慢波四期 10 异相睡眠 25 快速眼动睡眠的常见障碍发作性睡病 猝倒 入眠前幻觉特点 发作性 从清醒期越过慢波睡眠突然陷入异相睡眠 慢波睡眠的常见障碍 夜尿症 梦游症 夜惊症特点 出现于慢波第四阶段 影响脑电图的各种因素生命过程中 在整个机体特别是神经系统发生的全部变化都能反映在脑电图上 个体差异和年龄差异精神活动 外界刺激意识变化 体内生化学改变脑部疾病 与发育情况和体制特点有关 一过性 可逆性的生理变化 病理变化 棘波 慢波等 慢波 ERP P3 CNV等 快波 认知 记录与分析 64 EEG应用 医学疾病诊断异常放电新生儿筛查 生命体征 生命状态的判断 睡眠分期 认知所 的研究 异常儿童与正常儿童 睡眠的研究3静息功能的研究 ERP的基本概念 1 名词来源原称 诱发 脑 电位 强调刺激引起 针对 自发电位 而言 Evoked Brain Potentials EP由于认知EP不仅由外界刺激所致 尚来自主动的自上而下的心理因素 故改为 事件相关 脑 电位 1969 HerbVauhan Event Related Brain Potentials ERPs平均诱发电位 强调经过计算机平均 AverageEvokedPotentials 2 ERP的定义 1 诱发电位 EP 的广义定义 凡是外加一种特定的刺激作用于机体 在给予刺激或撤消刺激时 在神经系统任何部位引起的电位变化 2 诱发电位 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某一部位 在给予刺激或撤消刺激时 在脑区所引起的电位变化 3 事件相关电位 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 在给予刺激或撤消刺激时 或 和当某种心理因素出现时在脑区所产生的电位变化 需要注意撤反应 3 开放场与封闭场只有当偶极子源具有开放型电场时 才能被远距离记录到 简单地说 当脑组织中神经元的排列方向一致时 例如皮质第三 五层的锥体细胞 其同步发放所形成的电场即是开放型电场 此时神经元电场相加总合 可在颅外记录到相应的电位 当缺乏上述清楚的局部神经元解剖学基础时 例如内侧丘核 则产生封闭式电场 此时 神经元虽可同步发放 但局域外电场方向不能一致 互相抵消 偶极子电场不能总合 远距离处则不能记录到有关的电位 ERPs研究 成分研究 应用研究 CNVP300 P3a N400MMN 特点及其影响因素 起源及产生机制 心理生理 临床应用 特因条件 功能评估 注意 记忆 语言加工 知觉 意识等 神经精神科 昏迷愈后 辅助诊断等 航空 航天 航海 恶劣环境条件等 智能评估 音乐认知能力 健康评估等 ERPs的研究分类 ERP实验过程实验前的准备 实验设计问题 刺激刺激的类型视觉刺激 光 单词 语句 图形 图象 照片听觉刺激 短音纯音语音 言语 自然与非自然体感刺激 机械刺激 电流 按压 刺激物的分类和编排 刺激物分类 体感 听觉 视觉 非图形 图形 闪光 几何图形 文字 面孔 自然景观 纯音 短声 白噪声 语音 自然环境声 微弱脉冲电流 刺激参数 体感 听觉 视觉 照度对比度亮度视角 频率声压级上升 下降时间 0 1 0 5ms 1 5Hz 50uV 刺激呈现时间 刺激间隔SOA ISI 刺激物的分类和编排 刺激编排实验模式 Oddball 两种刺激物三种刺激物新