ERP实验教程讲座

1、ERP 实验教程,赵 仑,第一届ERP实验技术培训班,第一讲 ERP 的神经电生理学基础,第一届ERP实验技术培训班,100160亿神经细胞、100万亿个突触以及比其更多10倍的胶质细胞,皮层细胞分层,1、分子层：内为水平细胞 2、外颗粒层：小锥体细胞 3、锥体细胞层：中、大型 锥体细胞 4、内颗粒层：小星形细胞 5、节细胞层：大锥体细胞 6、多形细胞层：梭状细胞 角状细胞,大脑皮层分区,首要的最基本的区别是在接收信息方面的差异。美国神经生理学家、心理学家Roger Sperry因分辨出两个半球拥有的单独或主要的不同功能于1981年获诺贝尔生理学或医学奖。大脑左半球主要具有语言、意识、概念、分

2、析、计算等功能；而右半球则主要在音乐、绘画、综合、整体性、几何-空间等功能方面更擅长。 左右两半球的功能是互补的。以音乐为例，左半球负责旋律，右半球则负责节奏。 ERP 脑区优势效应：感知觉、知觉后加工,两半球的独立统一与ERP,EEG基本知识,产生基本原理 构成脑电自动节律的主要是锥体细胞，尤其是深层的大锥体细胞。大锥体细胞具有形成有效电场的特定条件： 细胞排列井然有序，其顶树突更是平行并列；顶树突长，其实体表面积比细胞体大约10倍以上，接触面积大为增加； 顶树突较粗，具有较低的阻抗。 在广阔表面积上的众多突触点的电活动，若是方向一致而且阻抗又较低的话，就容易被总和成为一个有效电场，这时，即

3、可记录到一个综合性的突触后电位，连续不断的综合性突触后电位即是脑电波的主体电活动。,EEG基本特征 用快的送纸速度记录下来的脑电图一般呈正弦波样外观。周期、波幅、位相称为脑电图的基本特征。,基 线,波幅,周期,脑电位相图,180度 （位相倒转）,90度,EEG 其它概念 脑电节律：脑电中式样相同、周期一致，而且是重复出现的活动。 脑电基线：每一个波上下偏移时都依据于自己的中心点，将连续脑电波的每一个中心点连接起来，则成为一条近似的直线，该线被称为基线。该中心轴线若为一直线或近似直线，则称为基线平稳；若各中心点不能连成一条直线或近似直线，而是形成一条波幅高于25微伏，时限大于1000ms的缓慢移

4、动的曲线，则称为基线不稳；若波幅小于25微伏，则称为基线欠稳。,EEG 其它概念 调幅：具有基本频率的脑波波幅有规律地由低渐渐增大以后又渐渐变小的过程，持续时间可达数秒。 调幅的改变使EEG间歇性出现纺锤状变化。,EEG 波形特征 波通常分为类正弦波、半弧状和锯齿状，波幅平均为3050V，最高不超过100V。一般以枕部最高，其次为顶、额部，最低在颞部。正常情况下应有明显的调幅现象。 波波幅约530 V，一般为20 V左右。可见于全头部，且主要见于中央区及额区。 慢波（波、波）波幅较低，多为1030 V，均不超过50 V。波主要散见于颞部，波仅散见于前头部。,EEG分类,波 波 波 中间快波 波

5、 波,Schwab频率分类,0.5 3Hz 4 7Hz 8 13Hz 14 17Hz 18 30Hz 31Hz以上,慢波,快波,-脑电图：顶、枕 大多数 -脑电图： 6% 全部导联 额、中央区 平坦脑电图：10% 不规则脑电图,R. Jung 图形分类,-脑电图,-脑电图,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 Right Red = 3; Yellow = Ignore,刺激的物理

6、属性与ERP？ 视觉举例.SEQ,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（大学生？）,临床病人,儿童,特因条件,ERP 实验过程 （SynAmps T2: 15%E, 85%other letter Response: to press a button if T2 was the letter E and to make no response to T2 if it was some other latter. ERPs difference waves: infrequent

7、 T2 category minus frequent T2 category P300,AB期间，P300P3b完全被抑制,AB期间感知后阶段加工减弱,（1）测量比较峰潜伏期、 始潜时、波幅 （2）波形的头皮分布 （3）定位分析,Repeated measures ANOVAERPs研究主要比较不同条件下的成份差异。,统计分析,结果定性分析,ERP时频分析,Basar 等（1984，1985）,time-frequency analysis,ERP时频分析（操作讲解） 表情分类 由于SCD与电位的二阶导数相关,所以SCD不依赖于用于电位记录的参考电极,只依赖于头皮的传导性; 与电位分布相比,

8、 SCD分布更集中, 主要反映皮层发生器的活动, 空间分辨率比电位图更高; 与磁场相比, SCD同时包含径向和切向成分.,SCD修正方法(F. Perrin, et al. 1989) 将Wahba关于球面样条的工作应用于电流密度的估算, 简化了SCD的数学求导和公式.,头皮电流密度的计算步骤 脑电地形图的计算表面通常是平面投影 (projection plane), SCD则把一个球面作为投射平面.,电流密度源分析将成为ERPs定位的主流趋势。,从真正的头皮曲面到球面的投影,头皮电流密度的估算,从球面到平面的投影,在球面插入电位值,Scalp Potential,Scalp Current

9、Density,VEP,第五讲 实验分析,第一届ERP实验技术培训班,CNV,Walt & Cooper, 1964, Nature Walter 最早采用的是固定前期反应时（fixed fore-period of a reaction time）范式，称为标准CNV范式，即警告刺激（S1）命令刺激（S2）运动反应（MR，Motor response） 。S1与S2之间脑电发生负向偏转 关联性负变( CNV, contingent negative variation ).,S1: 声/光/其他,S2: 声/光/其他,EEG,普通CNV,无运动二级CNV （S3呈现）,无运动二级CNV （S

10、3不呈现）,CNV的几点注意 （1）S1与S2的ISI一般为12s，不能 0.5s，以便CNV能充分发展； （2）成对刺激（S1-S2）与下一对刺激的间隔随机控制在310s左右，以便成对刺激产生的CNV有足够恢复时间； （3）记录频带的高通最好为DC，低通可50Hz； （4）接地和参考电极与皮肤的接触阻抗越小越 好，至少要5K，记录电极要选用不极化的电 极； (6)环境温度一般控制在1725C，减少记录伪 迹；受试者应尽量做到全身肌肉放松，保持清 醒与注意力集中，且尽量避免不必要的动作，以减少慢电位的漂移。,1978，Naatanen：Oddball实验模式，标准刺激大概率，偏差刺激小概率，双

11、耳分听，对注意耳的偏差刺激进行反应。,MMN,结果 无论注意与否，250ms内偏差刺激均比标准刺激引起更高的负波mismatch negativity，MMN。 理论解释 重复的刺激在脑内留下了痕迹，新输入的刺激能自动与之比较，若相同（匹配）则无反应，若不同（失匹配）则引起反应，即产生MMN。 MMN是在被试者非意识的条件下产生的，反映了脑对信息的自动加工。,MMN实验方法的修正,Wei JH, et al. Brain research bulletin, 2002.,非注意纯度,MMN与N2b,靶效应,是否存在视觉MMN,提高非注意纯度 消除靶效应 分离MMN与N2b 视听双通道,MMN研

12、究,Cross-model Delayed response,Subject 12(7 M, 5 F), 19-22 y, right-handed.,Stimuli,Standard,Auditory,800Hz,Visual,368(85%),368(85%),Deviant,Auditory,1200Hz,Visual,65(15%),65(15%),Picture Tone Tone,Experiment 1 Attending to visual stimuli, ignoring auditory stimuli.,Tone Picture Picture Click Tone,E

13、xperiment 2 Attending to auditory stimuli, ignoring visual stimuli.,Press Button,Picture,Press Button,0-2 trials,0-2 trials,ISI 500-700ms,ISI 500-700ms,ERP Recording and Averaging,16 scalp electrodes, left and right mastoids A nose reference VEOG & HEOG Electrode impedance 5K Sampled at 250 Hz Filte

14、r setting of 0.1 40 Hz Recording epoch: 652ms ( 52ms prestimulus baseline),评述,优点 a. 刺激间隔时间长,又提高了非注意纯度. b. 消除了注意MMN靶效应. c. 视觉MMN结果更为可靠. 存在问题 被试较少 采样率较低 带宽高通有待降低(DC, 0.01 0.05Hz),演示MMN刺激序列范式,跨通道延迟反应 跨通道刺激同时呈现 单一通道视觉MMN,Attentional Blink的ERP研究,例1、Experiment 3 Semantic analysis the N400 component,Stimul

15、i Related Unrelated Context word SHOE PICKLE Distractor PNVSZPC KSDWPVZ T1 7777777 8888888 Distractor Probe (T2) FOOT TABLE Response: whether the number string was even or odd and whether the red word was semantically related or unrelated to the context word,N400: unrelated - related,Cornelia krancz

16、ioch等（2003） 重点讨论评述 （教程P207） 注意事项及思考： 模拟滤波的设置？ 数字滤波的参数选择？ 叠加次数？ 信噪比？ 结果的可靠性？,在记忆作业中间接考察被试对不同情绪的心理加工过程,刺激材料,正性、中性、负性情绪的画面或单词,愤怒、悲伤、愉快、中性表情的人脸图像,以单词作为刺激对象，置于不同情绪成分的句子中,被试的任务,直接发生情绪反应,情绪ERPs研究,呈现5种不同情绪的图像：（1）快速（3Hz）随机呈现；（2）飞快（5Hz）呈现；（3）用黑白模式呈现（5Hz）；（4）调整亮度地呈现没有图片的checkboard 图像（3Hz）；（5）调整空间频率地呈现没有图片的chec

17、kboard 图像（3Hz）。 呈现的头4个图像是快速和极快呈现的调整和随机的情绪图片，呈现次序在被试者中交叉平衡。黑白图像总是呈现在第5个位置，其后是两张checkboard 图像（在被试者中交叉）。 实验室黑暗。要求受试着集中注意看屏幕中心的红色光点。呈现时间为4 min（3Hz）和2.5 min（5Hz）。,Fleeting images: A new look at early emotion discrimination,Junghfer M., Bradley MM., Elbert TR., & Lang PJ. Psychophysiology, 38(2001), 175-1

18、78,评述,阻抗小于50k，太高； 采样率125Hz，太低； 被试的主动注意程度不够，难以避免分心注意的影响； 快速刺激序列ERPs的研究方法：基线校正问题(Adjar方法)，与诱发电位研究相似。,Decreased response to novel stimuli after prefrontal lesions in man,Knight RT. Electroencephalography and clinical Neurophysiology, 1984, 59: 9-20,被试 对照组（8男，6女，平均52岁）：神经生理系统正常，右利手。 病人组：均有大面积单侧前额区损伤。没有病人表明有颅内压增加、CAT扫描的中线结构偏移、听力丧失的历史的临床证据。所有的病人均在颅内创伤或缺血至少4个月后进行研究。14名病人（8男，6女，平均54岁）中有8人为左脑损伤，6人为右脑损伤。其中，有7人有颅内肿瘤，5人为梗塞。7人用地仑丁（10-20g/ml）进行了治疗。,在测试期间，2人在抽象思维和推理方面表现一定的难度，1人有轻度的残留的不流畅的失语症。剩下的11名病人有明显的临床神经心理障碍。,Left Right,实验步骤