ERP培训资料ppt课件

ERP学习资料,姜宇巍jiangyuwei北京飞宇星电子科技有限公司,1,内容结构,一、ERP原理及提取技术二、主要ERP成分及经典研究三、ERP数据记录与处理四、波形的识别与测量,2,ERP原理及提取技术,活的人脑总会不断放电，称为脑电（EEG），但成分复杂而不规则。正常的自发脑电一般处于几微伏到75微伏之间。而由心理活动所引起的脑电比自发脑电更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在自发电位中。所以ERP需要从EEG中提取。,3,ERP的两个重要特征,事件相关脑电有两个重要特性：潜伏期恒定、波形恒定；与此相对，自发脑电则是随机变化的。所以，可以将同一事实多次引起的多段脑电记录下来，但每一段脑电都是各种成分的综合，包括自发脑电（噪音）。,4,5,-200,200,400,600,800ms,-2.0,-4.0,2.0,4.0,6.0,潜伏期,ERP的两个重要特征,事件相关脑电有两个重要特性：潜伏期恒定、波形恒定；与此相对，自发脑电则是随机变化的。所以，可以将同一事实多次引起的多段脑电记录下来，但每一段脑电都是各种成分的综合，包括自发脑电（噪音）。,6,叠加技术,将由相同刺激引起的多段脑电进行多次叠加，由于自发脑电或噪音是随机变化，有高有低，相互叠加时就出现正负抵消的情况，而ERP信号则有两个恒定，所以不会被抵消，反而其波幅会不断增加，当叠加到一定次数时，ERP信号就显现出来了。,7,8,ERP分段叠加显示图,ERP是平均诱发电位,叠加n次后的ERP波幅增大了n倍，因而需要再除以n，使ERP恢复原形，即还原为一次刺激的ERP数值。所以ERP也称为平均诱发电位，平均指的是叠加后的平均。这样就获得了所希望的事件相关电位波形图。因此，对于ERP研究来说，为了提取事件相关脑电位变化，传统上不得不进行多次重复刺激（次数记为n）。现在，可以通过计算机叠加技术轻松实现上述过程。,9,头部定位系统,ERP记录装置是一个电极帽，上面有多个记录或吸收头皮放电情况的电极，这些电极在帽子上的位置是根据国际脑电图学会1958制定的1020系统（Jesper,1958）确定的。每一个电极记录到的脑电变化代表的是特定位置头皮上的放电情况，掌握1020系统是进行ERP学术交流的条件之一。,10,11,Pg1,Pg2,Fp1,Fpz,Fp2,Fz,F3,F7,F4,F8,A1,A2,Cz,C3,C5,C4,T4,T3,C6,T5,T6,Pz,P3,P4,Oz,O1,O2,Cb1,Cb2,国际1020脑电记录系统,（四）导联方法,矢状线冠状线,内容结构,一、ERP原理及提取技术二、主要ERP成分及经典研究三、ERP数据记录与处理四、波形的识别与测量,12,潜伏期：早(200Ms)、中、晚(300ms)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、P2N2、P3复合波MMN、CNV,ERPs成分,受刺激的物理性质的影响,13,刺激编排实验范式,Oddball,Go/Nogo,跨通道研究模式,运动知觉,记忆,语言,特定认知实验模式,非特定认知实验模式,心算,连续心算选择心算简单心算,Detectionofchanges:Flickerparadigm,14,刺激材料的分类,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、动物叫声,语音,自然环境声,微弱脉冲电流、针灸,15,刺激参数,体感,听觉,视觉,对比度亮度视角Spatialfrequency、朝向、,频率声压级上升/下降时间,0.10.5ms，15Hz，50uV,刺激呈现时间,刺激间隔SOA、ISI,刺激参数,刺激呈现概率,三大要素,16,主要ERP成分及经典范式,ERP的先驱研究者经过四十多年的积累，发现了一些经典的ERP成分，在发现这些成分时所使用的一些研究方法对于后来者有启发。其中与心理学研究密切相关的成分主要包括P300、CNV、MMN、和N400等。,17,P300及Oddball范式,P300是Sutton于1965年发现，发表在当年的Science（150，11871188）上。按照ERP的成分划分方法，根据潜伏期的差异，P300显然属于晚成分。,18,19,Sutton等首先报告P300（Science,1965）,19,20,研究发现P300的波幅与所投入的心理资源量成正相关，其潜伏期随任务难度增加而变长。,21,P300与任务难度,P300潜伏期随任务难度的增加而延长实线：具体人名虚线：人名性别断线：出现的词中挑出“刺”的反义词,21,P300反映的认知过程，一种解释认为，P300代表知觉任务的结束，即对所期盼的靶刺激或目标刺激做出有意识加工时，相关顶叶或内侧颞叶部位受到激活，产生负电位，当加工结束时这些部位又受到抑制，于是出现了P300。而Donchin（1981）认为，P300的潜伏期反映的是对刺激物的评价或分类所需的时间，而P300波幅反映的是工作记忆中表征的更新。后一种观点得到支持更多，这意味着P300也许可成为研究高级认知过程，比如工作记忆的脑机制，特别是过程机制问题。,22,另外，P300也普遍存在于哺乳动物中，如老鼠、猫、猴等，这说明P300可能代表着神经系统的某种基本活动。近年来精确脑定位手段，如fMRI，发现P300的脑内源不只一个，因而P300不是一个单纯的成分，与多种认知加工有关。现在，P300的概念发生了变化，许多潜伏期很不相同的波形也称为P300，这样就成了一个家族，称为晚正复合体（latepositivecomplex）。,23,Oddball范式,在发现P300时使用了一个称为Oddball的经典ERP实验范式。Oddball实验范式的要点是，对同一感觉通道施加两种刺激，一种刺激出现概率很大，如85%，另一种刺激出现的概率很小，如15%。两种刺激以随机顺序出现，这样，对于被试来说，小概率刺激的出现具有偶然性，因为它很少才出现一次，感觉有点怪（Odd）。但实验任务却要求被试关注小概率刺激，只要小概率刺激一出现就尽快做出反应。可见这里的靶刺激是小概率刺激。,24,在这种条件下，实验记录到在小概率刺激出现之后300ms时观察到一个正波，称为P300，这个波在Pz点附近最高。,25,26,Oddball范式示意图,26,Oddball,两种刺激物三种刺激物新异刺激物的插入,标准刺激(Standard)偏差刺激(Deviant)靶刺激(Target)非靶刺激(non-Target),标准模式缺失刺激为靶,P3a,P3b,27,CNV,CNV（ContingentNegativeVariation）关联负变。实验中，告知被试，他将得到两个信号（声音或闪光等），他的任务是在第一个信号出现后开始准备反应，但并不反应，当出现第二个信号之后则要尽快做出反应；两个信号之间的时间并不固定。结果发现，在两个信号之间，被试的脑电出现了负向偏转（或负向变化，负变），这个脑电负向变化形成的类似高原的波形就是CNV，在被试完成按键反应后CNV就消失了。,28,29,叠加12次，Cz点。A:短声,B:闪光,C:短声+闪光。前三种情况都不出现CNV.第四种情况下，令被试在闪光出现时尽快按键，按键即将闪光终止，只有这时才出现CNV.,这个结果是1964年由Walter等发现的，当年发表在Nature（203，380384）上。Walter等发现CNV在Cz点最大。但由于早期的头皮记录点较少，一般只有几个，所以无法解决CNV的源定位问题。CNV被认为主要与心理因素有关。比如期待、意动、朝向反应、觉醒、注意、动机等，可以认为它基本上是一个综合的心理准备状态的反映，处于紧张或应急状态的反映。,30,MMN,MMN（mismatchnegativity）译为失匹配负波，它的也是采用Oddball范式得到的。经典实验是这样的做的，在Oddball范式下，大概率刺激为1000Hz纯音，小概率刺激为800Hz纯音，分别在两只耳朵中出现，随机呈现在一只耳朵中，一次只呈现一个刺激。让被试只注意一只耳的声音，并对小概率刺激做出反应，不注意另一耳的声音。结果发现，无论注意与否，在约250ms内，小概率刺激均比大概率刺激引起更高的负波。以小概率刺激引起的ERP减去大概率刺激引起的ERP，会得到一个差异波，是一个存在100250ms之间的明显的负波。,31,32,MMN图示,33,MMN与标准刺激/偏差刺激差异的关系：随偏差增大而增大。声强MMN，标准刺激为80db，偏差刺激分别为57db,70db,77db。,这一结果最早由Naatanen（1978）报告。随后的一系列研究表明，MMN反映的是人脑对刺激差异的无意识加工，即使在两种刺激都不加以注意的情况下也出现了MMN，这说明人脑有对刺激间差异进行无意识加工的能力，或者说人脑能够对不同刺激自动地做出不同的反应。,34,N400,N400，是研究脑的语言加工原理的常用ERP成分，最早由Kutas于1980年报告，这一篇报告发表在当年的Science（207，203205）上。他们通过屏幕向被试呈现一些句子，句子的每个单词从前往后是逐个出现的，先出现的几个句子都是正常的符合语法和语境的。在呈现句子时同步记录每个单词呈现后引起的脑电变化。,35,36,实验设计前几个句子都是正常的，最后一个句子的最后一个单词是明显畸义的。实验观察到在这个畸义词出现之后400ms左右出现了一个新的负成分，这就是N400。,语义畸异程度越大N400越大：THEPIZZAWASTOOHOTTO,37,目前一般认为N400与长时记忆的语义信息的提取有关。但进一步研究发现，与P300相似，N400也有许多子成分，分别与不同的认知过程相关，有彼此不同的脑内源。而且也发现N400不仅与语言加工有关，面孔、图画等非语言刺激也能诱发N400。,38,内容结构,一、ERP原理及提取技术二、主要ERP成分及经典研究三、ERP数据记录与处理四、波形的识别与测量,39,ERP数据记录与处理,ERP基本实验流程包括实时（on-line）刺激呈现、脑电信号放大、模数转换（数据采集）以及实验结束后离线式（off-line）数据分析。,40,采样率250、500、1000Hz；10000Hz20000Hz频带宽度低端频响高通（High-pass）高端频响低通（Low-pass）,EEG记录重要概念,41,被试的选择及注意事项,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。,正常人,临床病人,儿童,特因条件,对照组,42,ComputingtheVisualAngle,43,44,45,ERP实验流程,参数设置,46,基本参数设置一般包括：采样率、导联数、ACDC模式的选择、低通和高通的设置、50周滤波等选择。,伪迹识别,伪迹（Artifacts）,47,肌电伪迹（Muscle）50周波(50Cycle)眼电(EyeMovement)伪迹血管(Vascular)出汗(Sweating)电极故障(Electrolepop)电极移动(ElectroleMovement)其他：导线断裂、附近设备造成的突然电压冲击、脑电仪器的故障、与呼吸有关的运动、哭泣、吸吮、颤抖或吞咽等。,脑电描记中不起源于脑部的电活动干扰。,48,正常脑电,一段正常的ERP数据，应该是基线比较平稳，没有大的漂移或者慢漂，没有除眼电伪迹外的其它伪迹；与刺激软件同步时可看到Type类型标记等。,48,常见的非正常脑电数据,49,49,肌电伪迹,50,这种类型的干扰可表现“尖头脉冲”，通常因持续时间非常短暂而被识别。肌电伪迹常表现为连续性的各种频率的尖头脉冲。,头皮下肌肉收缩形成的伪迹,放大之后的肌电伪迹,50周干扰伪迹,51,电源或高电阻引起。高电阻是因为头皮上未被清除的油脂、脏污或死皮所引起。高电阻可以检出任何种类的伪迹，而不仅仅是50周一种。,50周干扰,放大后的50周干扰,眼电伪迹,52,眼睛好象一个充电的电池，其角膜表面一侧为阳性(十)，视网膜一侧为阴性()。这个电池有很大的电压，因此眼球运动时就会在脑电图上产生明显的偏转。,垂直眼电,水平眼电,电极故障,53,电极移动,一般都是阳性的尖头脉冲。,任何电极在头皮上移动，甚至是轻微的移动引起。,参考电极移动形成的伪迹,单个电极的移动,心电伪迹,54,心电图可在身体的几乎任何部位检出，并可能扩展到头部，特别是在乳突电极。,脉搏引起,电极位于一个随心脏跳动而搏动的血管附近。,出汗伪迹,55,引起非常缓慢的波动。,慢电压漂移,56,慢电压漂移通常是由于皮肤电阻或电极电阻的变化而引起的。,吞咽伪迹,57,吞咽伪迹,放大后的吞咽伪迹,波,58,波主要分布于枕、顶区，在睁眼、感觉刺激、精神话动时有反应(衰减)。,放大器饱和（阻塞）,59,缓慢电压漂移有时可能会引起放大器或ADC饱和，这导致EEG在一些时间段内变得平直。,本体噪声,60,环境干扰和本体噪声,本体噪声,头皮EEG的电压波动非常微弱，在一般的实验室环境中，有很多电活动源的强度比EEG大得多，这些大电源会在被试、电极以及连接被试和放大器的电线上产生小的电压波动。这些感应电压随同EEG被一块放大之后是相当可观的。虽然有的感应电噪声可以通过滤波及其他后处理技术去除，但最好还是在源头上去除这些噪声。,离线数据分析步骤,61,数据的离线处理的程序：1.去除眼电伪迹（Ocularartifactreduction）；2.脑电分段（Epoch）；3.滤波（filter）；4.基线校正（baselinecorrect）；5.去除伪迹（artifactrejection）；6.平均（average）；7.保存（outputfile）；8.总平均（grandaverage）。,内容结构,一、ERP原理及提取技术二、主要ERP成分及经典研究三、ERP数据记录与处理四、波形的识别与测量,62,波形的识别与测量,得到一系列波形后，要从中识别不同成分以及成分所代表的心理意义是ERP研究的技术难点。一般通过峰潜伏期