事件相关电位

1、 凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统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，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。在脑区引起的电位变化。 （二十世纪六十年代，（二十世纪六十年代， Sutton提出了提出了ERP的概念）的概念） ERPs不像普通诱发电位记录神经系统对刺激本身产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。生的反应，而是大脑对刺激带来的信息引起的反应。 是在注意的基础上，与识别、比较、判断、记忆、决是在注意的基础上，与识别、比较、判断、记忆、决 断等心理活动有关，反映了

2、认知过程中大脑的神经电断等心理活动有关，反映了认知过程中大脑的神经电 生理改变，是了解大脑认知功能活动的生理改变，是了解大脑认知功能活动的“窗口窗口”。 ERPs成分除受刺激物理特性影响的成分除受刺激物理特性影响的“外源性外源性( (生理性生理性) ) 成分成分”，还包括不受刺激物理特性的影响，还包括不受刺激物理特性的影响“内源性内源性( (心理心理 性性) )成分成分”，与被试的精神状态和注意力有关。，与被试的精神状态和注意力有关。 刺激的性质、内容和编排按研究目的不同编制多样，刺激的性质、内容和编排按研究目的不同编制多样， 目的是启动被试认知过程的参与；目的是启动被试认知过程的参与； ER

3、Ps是一种特殊的诱发电位，属于近场电位是一种特殊的诱发电位，属于近场电位（near- field potentials - 记录电极位置距活动的神经结构较记录电极位置距活动的神经结构较 近近）；）； ERPs属于长潜伏期诱发电位，测试时一般要求被试属于长潜伏期诱发电位，测试时一般要求被试 者清醒，并在一定程度上参与其中。者清醒，并在一定程度上参与其中。 一次刺激诱发的一次刺激诱发的ERP的波幅约的波幅约210m mV，比自发电位（，比自发电位（EEG） 小得多，淹没在小得多，淹没在EEG中，两者构成小信号与大噪音的关系，因中，两者构成小信号与大噪音的关系，因 此无法测量，无法研究。此无法测量，

4、无法研究。 为了从为了从EEG中提取出中提取出ERP，需对被试者施以多次重复刺激，需对被试者施以多次重复刺激 “S”。将每次刺激产生的含有。将每次刺激产生的含有ERP的的EEG加以叠加与平均。由加以叠加与平均。由 于作为于作为ERP背景的背景的EEG波形与刺激间无固定的关系，而其中所波形与刺激间无固定的关系，而其中所 含之含之ERP波形在每次刺激后是相同的，且波形在每次刺激后是相同的，且ERP波形与刺激间的波形与刺激间的 时间间隔（潜伏期）是固定的，经过叠加，时间间隔（潜伏期）是固定的，经过叠加，ERP与叠加次数成与叠加次数成 比例的增大，而比例的增大，而EEG则按随机噪音方式加和。则按随机噪

5、音方式加和。 由于由于ERP是经计算机多次叠加所得的平均值，故属平均是经计算机多次叠加所得的平均值，故属平均 诱发电位。每一种刺激引起的诱发电位。每一种刺激引起的ERP含有一系列波。含有一系列波。 以听觉以听觉ERP为例，为例，10ms以内有至个波，称为以内有至个波，称为 ；10ms至至50ms以内有个波，称为以内有个波，称为；50ms至至 500ms以内有以内有5个波，称为个波，称为；500ms后出现的波一后出现的波一 般为般为。与心理活动关系密切的是晚成分与慢波。与心理活动关系密切的是晚成分与慢波。 CNV在在1964年为年为Walt和和Cooper等所发现。若在测等所发现。若在测 量反应

6、时，先给出一个预备信号（如一个短音或量反应时，先给出一个预备信号（如一个短音或 一个闪光），令被试者听（或看）到命令信号后一个闪光），令被试者听（或看）到命令信号后 尽量快地按键，则可在预备信号和命令信号之间尽量快地按键，则可在预备信号和命令信号之间 观察到脑电发生负向偏转，观察到脑电发生负向偏转，Walt和和Cooper等称此等称此 负向偏转为负向偏转为contingent negative variation,简称简称 CNV，中文称为，中文称为或负关联。或负关联。CNV的的 头皮分布以额部中央区部位头皮分布以额部中央区部位Cz点波幅最大。点波幅最大。 P300系系Sutton等等1965

7、年所发现。年所发现。P300即为晚期成即为晚期成 分的第三个正波分的第三个正波P3，由于当初发现的，由于当初发现的P3是在是在 300ms左右出现的正波，故称之为左右出现的正波，故称之为P300。后来随。后来随 着与着与P300类似的成分的不断被发现，类似的成分的不断被发现，P300形成了形成了 一个含有多个子成分的家族。一个含有多个子成分的家族。 典型的实验是，仍然运用上述产生典型的实验是，仍然运用上述产生P300的的Oddball 实验模式，标准刺激为实验模式，标准刺激为1000Hz的短纯音，偏差刺的短纯音，偏差刺 激为激为800Hz的短纯音，分别在被试双耳中呈现。的短纯音，分别在被试双耳

8、中呈现。 令被试者双耳分听，即注意一只耳的声音，并对令被试者双耳分听，即注意一只耳的声音，并对 偏差刺激进行反应，而不注意另一只耳的声音。偏差刺激进行反应，而不注意另一只耳的声音。 结果无论注意与否，在约结果无论注意与否，在约250ms内偏差刺激皆比内偏差刺激皆比 标准刺激引起更高的负波。若以偏差刺激引起的标准刺激引起更高的负波。若以偏差刺激引起的 ERP减标准刺激引起的减标准刺激引起的ERP，观察此差异波，则，观察此差异波，则 可见到在约可见到在约100ms至至250ms之间出现了一个明显的之间出现了一个明显的 负波，此即负波，此即Mismatch Negativity（），）， 简称简称M

9、MN。 N400是研究脑的语言加工原理常用的是研究脑的语言加工原理常用的ERP成成 分。它首先由分。它首先由Kutas等于等于1980年报道。他们令年报道。他们令 被试者对屏幕上呈现的句子进行认知反应，故被试者对屏幕上呈现的句子进行认知反应，故 意将某些句子的最后一个词写为畸义词。当在意将某些句子的最后一个词写为畸义词。当在 屏幕上逐个呈现这句话的单词，并记录各个单屏幕上逐个呈现这句话的单词，并记录各个单 词诱发的词诱发的ERP时发现，该句尾畸义词诱发的时发现，该句尾畸义词诱发的 ERP在在400ms左右出现了一个新的负成分，以左右出现了一个新的负成分，以 此命名为此命名为N400。研究发现，

10、。研究发现，N400的波幅与畸的波幅与畸 义词对其语境背离的程度相关。义词对其语境背离的程度相关。 Oddball实验模式是指采用两种或多种不同刺激实验模式是指采用两种或多种不同刺激 持续交替呈现，它们出现的概率显著不同，经常持续交替呈现，它们出现的概率显著不同，经常 出现的刺激称为大概率或标准刺激（出现的刺激称为大概率或标准刺激（standard stimuli）,偶然出现的称为小概率或偏差刺激偶然出现的称为小概率或偏差刺激 （deviant stimuli）。令被试对偏差刺激进行反应，）。令被试对偏差刺激进行反应， 因此该偏差刺激称为靶刺激（因此该偏差刺激称为靶刺激（Target）或目标刺

11、）或目标刺 激。这是诱发激。这是诱发P300、MMN等与刺激概率有关的等与刺激概率有关的 ERP成分时常用的经典实验模式。成分时常用的经典实验模式。 两种刺激的概率相等。令被试反应的刺激叫做两种刺激的概率相等。令被试反应的刺激叫做 Go刺激，即靶刺激；不需被试反应的刺激叫做刺激，即靶刺激；不需被试反应的刺激叫做 Nogo刺激。该模式也叫做刺激。该模式也叫做Go与与Nogo作业，其特作业，其特 点是排除了刺激概率对点是排除了刺激概率对ERP的影响；由于没有的影响；由于没有 大小概率之分，大大节省了实验时间，这是它大小概率之分，大大节省了实验时间，这是它 突出的优点，但也丢失了因大、小概率差异而突

12、出的优点，但也丢失了因大、小概率差异而 产生的产生的ERP成分。成分。 “跨通路跨通路”（Cross-Modal）是指在同一实验）是指在同一实验 模式中采用不同感觉通路的刺激物，通常为模式中采用不同感觉通路的刺激物，通常为 视觉与听觉刺激，常用于选择性注意的研究。视觉与听觉刺激，常用于选择性注意的研究。 如运动知觉、记忆、意识研究。如运动知觉、记忆、意识研究。 ERPs的分析应注意：每个步骤要根据具体的实验设计和的分析应注意：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，而不能不同的研究目的，而

13、不能“傻瓜傻瓜”分析。分析。 伪迹伪迹 （Artifacts） 接地不良或高电阻引起。高电阻是因为头皮上未被清接地不良或高电阻引起。高电阻是因为头皮上未被清 除的油脂、脏污或死亡皮肤所引起。高电阻可以检出除的油脂、脏污或死亡皮肤所引起。高电阻可以检出 任何种类的伪迹，而不仅仅是任何种类的伪迹，而不仅仅是50周一种。周一种。 左图为左图为1s的原始脑电波形，的原始脑电波形，Fz记录点出现共计记录点出现共计50个正弦样个正弦样 波，即波，即50周；右图为同一批脑电数据，共计周；右图为同一批脑电数据，共计4s，50周密集周密集 ，看起来象一条黑线。，看起来象一条黑线。 心理生理心理生理 临床应用临床

14、应用 特因条件特因条件 功能评估功能评估 注意、记忆、语言加注意、记忆、语言加 工、知觉、意识等工、知觉、意识等 神经精神科、昏迷愈神经精神科、昏迷愈 后、辅助诊断等后、辅助诊断等 航空、航天、航海、航空、航天、航海、 恶劣环境条件等恶劣环境条件等 智能评估、音乐认知智能评估、音乐认知 能力、健康评估等能力、健康评估等 刺激的概率刺激的概率: 靶刺激概率越小，靶刺激概率越小，P3的波幅越高，反之，波幅减小。的波幅越高，反之，波幅减小。 刺激的时间间隔刺激的时间间隔: 间隔越长，间隔越长，P3波幅越高；波幅越高； 刺激的感觉通道刺激的感觉通道: 感觉通道不同，其潜伏期及波幅不尽相同。感觉通道不同

15、，其潜伏期及波幅不尽相同。 被试者的觉醒状态、注意力是否集中；作业难度（难度加大被试者的觉醒状态、注意力是否集中；作业难度（难度加大 时，波幅降低，潜伏期延长）等时，波幅降低，潜伏期延长）等 年龄（年龄（潜伏期与年龄呈正相关，随年龄增加而延长，而波幅潜伏期与年龄呈正相关，随年龄增加而延长，而波幅 与年龄呈负相关。在儿童及青少年，波幅较高与年龄呈负相关。在儿童及青少年，波幅较高）等。等。 通过通过256导脑电成像扫描系统提取人对特定导脑电成像扫描系统提取人对特定 刺激所产生的脑电变化，研究人脑的心理功刺激所产生的脑电变化，研究人脑的心理功 能。如感知觉、注意、记忆、思维以及其他能。如感知觉、注意

16、、记忆、思维以及其他 复杂心理活动。复杂心理活动。 刺激事件（例如：声音、图象、文字等）可以诱刺激事件（例如：声音、图象、文字等）可以诱 发人脑产生脑电波，发人脑产生脑电波，256导脑电成像扫描系统可以导脑电成像扫描系统可以 将心理活动产生的微弱的脑电信号通过计算机叠将心理活动产生的微弱的脑电信号通过计算机叠 加技术，从自发脑电中提取出来，这样的信号即加技术，从自发脑电中提取出来，这样的信号即 被称为事件相关脑电位（被称为事件相关脑电位（ERP），它是刺激事件），它是刺激事件 （包括视觉、听觉、体感等物理刺激及心理因素）（包括视觉、听觉、体感等物理刺激及心理因素） 在大脑中引起相应反应的真实客

17、观的表现。在大脑中引起相应反应的真实客观的表现。 实验原理实验原理 256导脑电成像扫描系统是进行认知神经科学研究的有效工导脑电成像扫描系统是进行认知神经科学研究的有效工 具。该系统由具。该系统由Stim刺激呈现软件、刺激呈现软件、Scan数据分析软件、数据分析软件、 SYNAMPS EEG放大器、放大器、Fastrak三维成像数字仪、三维成像数字仪、Quick- Cap电极帽、电极帽、Curry多通道神经成像软件等组成。多通道神经成像软件等组成。 系统构成系统构成 系统功能系统功能 系统能够对系统能够对EEG和诱发电位进行高分辨率的测量、和诱发电位进行高分辨率的测量、 分析和快速定位，并能融

18、合分析和快速定位，并能融合fMRI、MRI、CT、 MEG、PET、SPECT等数据确定事件相关电位的等数据确定事件相关电位的 动态轨迹。首先通过电极帽采集大脑脑电波，微弱动态轨迹。首先通过电极帽采集大脑脑电波，微弱 的脑电信号过两次信号放大后送入计算机，然后通的脑电信号过两次信号放大后送入计算机，然后通 过过Scan数据分析软件进行数据分析，最后通过成像数据分析软件进行数据分析，最后通过成像 软件呈现出来。软件呈现出来。 实验过程实验过程 首先给被试带上电极帽、对首先给被试带上电极帽、对256个电极空注射导电膏、固个电极空注射导电膏、固 定电极帽，然后将被试带入屏蔽室，坐在显示器前，将电定电极帽，然后将被试带入屏蔽室，坐在显示器前，将电 极帽的导线接到信号接入盒上，关上屏蔽室门，将提前制极帽的导线接到信号接入盒上，关上屏蔽室门，将提前制 作好刺激材料通过屏蔽室里的显示器呈现给被试，同时记作好刺激材料通过屏蔽室里的显示器呈现给被试，同时记 录计算机对采集来的脑电信号进行记录。刺激材料播放完录计算机对采集来的脑电信号进行记录。刺激材料播放完 毕后，进行数据分析。毕后，进行数据分析。 该系统主要应用于研究心理活动的脑机制和生理基该系统主要应用于研究心理活动的脑机制和