ERP心理學資料課件

ERP學習匯報1內(nèi)容結(jié)構(gòu)一、ERP原理及提取技術(shù)二、主要ERP成分及經(jīng)典研究三、刺激呈現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理四、波形的識別與結(jié)果解釋2一、ERP原理及提取技術(shù)活的人腦總會不斷放電，稱為腦電（EEG），但成分復雜而不規(guī)則。正常的自發(fā)腦電一般處于幾微伏到75微伏之間。而由心理活動所引起的腦電比自發(fā)腦電更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在自發(fā)電位中。所以ERP需要從EEG中提取。3開放電場與封閉電場圖示5因此，ERP只能反映某些腦部的激活情況，而有些腦部即使處于激活狀態(tài)，但由于其神經(jīng)元沒有能夠形成開放電場，ERP上也是反映不出來的。6影響ERP信號記錄的其它因素除神經(jīng)元的排列方式外，記錄點與神經(jīng)元活動的距離也會影響ERP信號的采集。這樣就區(qū)分出了近場源與遠場源，初級體感誘發(fā)電位位于中央后回，是典型的近場源，而腦干聽覺誘發(fā)電位是典型的遠場源。離頭皮越遠則電位衰減越厲害，記錄到的腦電波幅也很小。71.2ERP的兩個重要特征

事件相關(guān)腦電有兩個重要特性：潛伏期恒定、波形恒定；與此相對，自發(fā)腦電則是隨機變化的。所以，可以將同一事實多次引起的多段腦電記錄下來，但每一段腦電都是各種成分的綜合，包括自發(fā)腦電（噪音）。8ERP分段疊加顯示圖101.5ERP信號的優(yōu)勢與缺點ERP是刺激事件引起的實時腦電波，在時間精度可達到微秒級。極高的時間分辨率是ERP的主要優(yōu)勢，ERP也可以和行為數(shù)據(jù)，特別是反應時間（RT）很好地配合，以研究認知加工過程的規(guī)律。通過疊加技術(shù)獲得的與事件發(fā)生進程有鎖時（time-lock）關(guān)系的腦電就稱為事件相關(guān)電位（ERP）。121.6頭部定位系統(tǒng)

ERP記錄裝置是一個電極帽，上面有多個記錄或吸收頭皮放電情況的電極，這些電極在帽子上的位置是根據(jù)國際腦電圖學會1958制定的10－20系統(tǒng)（Jesper,1958）確定的。每一個電極記錄到的腦電變化代表的是特定位置頭皮上的放電情況，掌握10－20系統(tǒng)是進行ERP學術(shù)交流的條件之一。1410－20系統(tǒng)的原則是頭皮電極點之間的相對距離以10%與20%來確定，并采用兩條件標志線。一條稱為矢狀線，是從鼻根到枕外隆凸的連線，從前向后標出5個點：Fpz、Fz、Cz、Pz、Oz，F(xiàn)pz之前與Oz之后線段長度占全長10%，其余各點間距離均占全長的20%。15Pg1Pg2Fp1FpzFp2FzF3F7F4F8A1A2CzC3C5C4T4T3C6T5T6PzP3P4OzO1O2Cb1Cb2國際10—20腦電記錄系統(tǒng)（四）導聯(lián)方法矢狀線冠狀線16另一條稱為冠狀線，是兩外耳道之間的連線，從左到右也標出5個點：T3、C3、Cz、C4、T4。T3和T4外側(cè)各占10%，其余各點間距離均占全長20%。注意，Cz點是兩條線的交匯點，常作為確定電極帽是否戴正的基準點。17二、主要ERP成分及經(jīng)典研究ERP的先驅(qū)研究者經(jīng)過四十多年的積累，發(fā)現(xiàn)了一些經(jīng)典的ERP成分，在發(fā)現(xiàn)這些成分時所使用的一些研究方法對于后來者有啟發(fā)。其中與心理學研究密切相關(guān)的成分主要包括CNV、P300、MMN、和N400等。18疊加12次，Cz點。A:短聲,B:閃光,C:短聲+閃光。前三種情況都不出現(xiàn)CNV.第四種情況下，令被試在閃光出現(xiàn)時盡快按鍵，按鍵即將閃光終止，只有這時才出現(xiàn)CNV.20這個結(jié)果是1964年由Walter等發(fā)現(xiàn)的，當年發(fā)表在Nature（203，380－384）上。Walter等發(fā)現(xiàn)CNV在Cz點最大。但由于早期的頭皮記錄點較少，一般只有幾個，所以無法解決CNV的源定位問題。CNV被認為主要與心理因素有關(guān)。比如期待、意動、朝向反應、覺醒、注意、動機等，可以認為它基本上是一個綜合的心理準備狀態(tài)的反映，處于緊張或應急狀態(tài)的反映。21Sutton等首先報告P300（Science,1965）23Oddball范式在發(fā)現(xiàn)P300時使用了一個稱為Oddball的經(jīng)典ERP實驗范式。Oddball實驗范式的要點是，對同一感覺通道施加兩種刺激，一種刺激出現(xiàn)概率很大，如85%，另一種刺激出現(xiàn)的概率很小，如15%。兩種刺激以隨機順序出現(xiàn)，這樣，對于被試來說，小概率刺激的出現(xiàn)具有偶然性，因為它很少才出現(xiàn)一次，感覺有點怪（Odd）。但實驗任務(wù)卻要求被試關(guān)注小概率刺激，只要小概率刺激一出現(xiàn)就盡快做出反應?？梢娺@里的靶刺激是小概率刺激。24在這種條件下，實驗記錄到在小概率刺激出現(xiàn)之后300ms時觀察到一個正波，稱為P300，這個波在Pz點附近最高。研究發(fā)現(xiàn)P300的波幅與所投入的心理資源量成正相關(guān)，其潛伏期隨任務(wù)難度增加而變長。26P300與任務(wù)難度P300潛伏期隨任務(wù)難度的增加而延長實線：具體人名虛線：人名性別斷線：出現(xiàn)的詞中挑出“刺”的反義詞27P300反映的認知過程，一種解釋認為，P300代表知覺任務(wù)的結(jié)束，即對所期盼的靶刺激或目標刺激做出有意識加工時，相關(guān)頂葉或內(nèi)側(cè)顳葉部位受到激活，產(chǎn)生負電位，當加工結(jié)束時這些部位又受到抑制，于是出現(xiàn)了P300。而Donchin（1981）認為，P300的潛伏期反映的是對刺激物的評價或分類所需的時間，而P300波幅反映的是工作記憶中表征的更新。后一種觀點得到支持更多，這意味著P300也許可成為研究高級認知過程，比如工作記憶的腦機制，特別是過程機制問題。282.3MMNMMN（mismatchnegativity）譯為失匹配負波，它的也是采用Oddball范式得到的。經(jīng)典實驗是這樣的做的，在Oddball范式下，大概率刺激為1000Hz純音，小概率刺激為800Hz純音，分別在兩只耳朵中出現(xiàn)，讓被試進行雙耳分聽，只注意一只耳的聲音，并對小概率刺激做出反應，不注意另一耳的聲音。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論注意與否，在約250ms內(nèi)，小概率刺激均比大概率刺激引起更高的負波。以小概率刺激引起的ERP減去大概率刺激引起的ERP，會得到一個差異波，是一個存在100－250ms之間的明顯的負波。30MMN圖示31MMN與標準刺激/偏差刺激差異的關(guān)系：隨偏差增大而增大。聲強MMN，標準刺激為80db，偏差刺激分別為57db,70db,77db。32這一結(jié)果最早由Naatanen（1978）報告。隨后的一系列研究表明，MMN反映的是人腦對刺激差異的無意識加工，即使在兩種刺激都不加以注意的情況下也出現(xiàn)了MMN，這說明人腦有對刺激間差異進行無意識加工的能力，或者說人腦能夠?qū)Σ煌碳ぷ詣拥刈龀霾煌姆磻?32.4N400N400，是研究腦的語言加工原理的常用ERP成分，最早由Kutas于1980年報告，這一篇報告發(fā)表在當年的Science（207，203－205）上。他們通過屏幕向被試呈現(xiàn)一些句子，句子的每個單詞從前往后是逐個出現(xiàn)的，先出現(xiàn)的幾個句子都是正常的符合語法和語境的。在呈現(xiàn)句子時同步記錄每個單詞呈現(xiàn)后引起的腦電變化。34實驗設(shè)計前幾個句子都是正常的，最后一個句子的最后一個單詞是明顯畸義的。實驗觀察到在這個畸義詞出現(xiàn)之后400ms左右出現(xiàn)了一個新的負成分，這就是N400。35語義畸異程度越大N400越大：THEPIZZAWASTOOHOTTO…36目前一般認為N400與長時記憶的語義信息的提取有關(guān)。但進一步研究發(fā)現(xiàn)，與P300相似，N400也有許多子成分，分別與不同的認知過程相關(guān)，有彼此不同的腦內(nèi)源。而且也發(fā)現(xiàn)N400不僅與語言加工有關(guān)，面孔、圖畫等非語言刺激也能誘發(fā)N400。37三、刺激呈現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理實驗程序采用Eprime軟件編制?；緦嶒灹鞒贪▽崟r（on-line）刺激呈現(xiàn)、頭皮腦電放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換（數(shù)據(jù)采集）以及實驗結(jié)束后離線式（off-line）數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)的離線處理的程序：合并腦電數(shù)據(jù)與行為數(shù)據(jù)、去除眼電、分段、濾波、基線調(diào)整、排除偽跡、刪除壞電極、平均疊加、保存、總平均，共10個步驟。38E-Prime簡介E-Prime是實現(xiàn)心理實驗計算機化的一個可視化編程語言平臺，是一個涵蓋實驗生成到毫秒精度的數(shù)據(jù)收集分析的應用軟件套裝。功能：實驗設(shè)計、生成、運行、收集數(shù)據(jù)、編輯和預處理分析數(shù)據(jù)39Eprime的優(yōu)點E-Prime能呈現(xiàn)的刺激可以是文本、圖像和聲音（可以同時呈現(xiàn)三者的任意組合）提供了詳細的時間信息和事件細節(jié)（包括呈現(xiàn)時間、反應時間的細節(jié)），可供進一步分析，有助于了解實際實驗運行的時間問題專門面向心理實驗，并針對心理實驗的時間精度作了優(yōu)化。刺激呈現(xiàn)與屏幕刷新同步，精度可達毫秒相對于傳統(tǒng)編程語言，E-Prime易學易用，實驗生成快速40E-Studio-InterfaceE-Studio由四個部分組成:1.Toolbox2.StructureView3.PropertiesWindow4.Workspace41ERP實驗流程423.1合并行為數(shù)據(jù)與腦電數(shù)據(jù)（mergetaskdata）首先要保證在數(shù)據(jù)記錄時實驗過程得到完整記錄，即以時間進程為軸，使行為反應和腦電變化得到同步記錄，實現(xiàn)鎖時（locktime），這也是事件相關(guān)腦電的本質(zhì)含義。如果行為數(shù)據(jù)與EEG數(shù)據(jù)不能同步匹配，則不能按行為操作進行平均與分析。43正確合并兩種數(shù)據(jù)之后，就可以根據(jù)不同標準對數(shù)據(jù)進行分類，比如，可以看看造成被試行為反應正確或錯誤的刺激引起的同步腦電變化是怎樣的，就可根據(jù)正確或錯誤的反應進行分段，實現(xiàn)這種分析比較。443.2減少眼電偽跡（Ocularartifactreduction）眼電（EOG）是最常見的偽跡，對EEG影響很大，越往頭皮前部越顯著。減少眼電的方法一是刪除，一是校正，由于刪除EOG也會刪掉其他各導有用的數(shù)據(jù)，因此多采用校正的方法。眼電校正的方法有多種，但原理都是從EEG中減去EOG。一般步驟如下：找到眼動電位的最大值，構(gòu)建一個平均偽跡反應，峰對峰、點對點地從EEG中減去EOG。453.3對腦電分段（Epoch）按照預設(shè)的分析時程，以刺激物發(fā)生為起點，對連續(xù)記錄的EEG數(shù)據(jù)按照事件發(fā)生時段進行分段。463.4濾波（filter）目的在于排除50Hz市電干擾和其它偽跡，這是根據(jù)頻率來處理的。在Type設(shè)置時，需要注意，所謂的低通（lowpass）是讓所有頻率低于設(shè)定值的信號通過，實際上是設(shè)定一個可通過頻率的最大值；而高通（highpass）是讓所有頻率高于設(shè)定值的信號通過，實際上是設(shè)定一個可通過頻率的最小值。另外，帶通（bandpass）是讓介于兩個頻率值之間的信號通過，而帶阻（bassstop）則是讓兩個頻率值之外的信號通過。473.5基線校正（baselinecorrect）校正時一般選擇所有導聯(lián)（allchannel），即對所有電極點都進行校正?；€是根據(jù)Epoch時設(shè)置的刺激前到0點的時間段上的波形，一般設(shè)定為100ms。483.6排除偽跡（artifactrejection）這也是對波幅進行處理，不過它可以針對一導或多導，根據(jù)某一范圍的數(shù)值，比如±100μV，超出這一范圍的成分則被刪除。493.7刪除壞電極通道（deletebadchannels）進入電極狀態(tài)圖，如果電極是壞的，將顯示為紅色，對這些紅色電極加以雙擊使之變成綠色，然后確定即刪除壞電極。503.8平均（average）根據(jù)需要，選取timedomain或frequencydomain進行平均疊加。這一步主要是對相同任務(wù)引起的刺激加以疊加。513.9保存（outputfile）將生成的平均文件存盤。在數(shù)據(jù)處理過程中要多次保存，每次保存的文件名要取為相同，不要擔心被覆蓋，因為后綴名是不同的。523.10總平均（grandaverage）現(xiàn)在的可以生成自動批處理文件，由于不同被試做的任務(wù)相同，所以腦電數(shù)據(jù)的處理一般也是相同，如果每個被試的數(shù)據(jù)都逐一設(shè)置則非常費時費力?？梢酝ㄟ^對一個被試數(shù)據(jù)的處理，嘗試各個參數(shù)的最佳值，然后將這些設(shè)置保存成批處理文件，如此可對所有被試的數(shù)據(jù)很快地處理完。分析者可以相當輕松。早期ERP報告都是報告?zhèn)€別被試的幾個電極點的腦電變化，現(xiàn)在由于計算機技術(shù)的發(fā)展能夠做到對多個被試的數(shù)據(jù)進行總平均了，現(xiàn)在報告的ERP圖形一般都是總平均圖。53注意行為數(shù)據(jù)的采集，包括反應時間、按鍵反應、正確率和錯誤率、以及事后的口語報告（由于口語報告會產(chǎn)生大量肌電，所以ERP研究一般不能進行實時的口語報告或出聲思維）54四、波形的識別與測量得到一系列波形后，要從中識別不同成分以及成分所代表的心理意義是ERP研究的技術(shù)難點。一般通過峰潛伏期、波形及其頭皮分布，參照總平均圖與相關(guān)研究文獻進行判斷，而豐富的經(jīng)驗也很重要。波幅測量有基線－波峰和波峰－波峰兩種，潛伏期常以刺激起始點到波峰頂點之間的時間段代表。一般認為，波幅反映大腦的興奮性高低，而潛伏期則是神經(jīng)活動與加工過程的速度與評價的時間。55-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期基線——峰峰——峰564.1定性分析將不同事件（條件）引起的腦電波形加以比較，重點比較的內(nèi)容包括：潛伏期、始潛時和波幅等指標，兩種條件造成的波形在頭皮上的分布情況，以及定位分析。然后進行源定位分析，包括腦地形圖、偶極子定位等。57①設(shè)置條件1與條件2，分別產(chǎn)生A峰B峰。②測量并比較峰A與峰B的潛伏期、始潛時、波幅等指標。③比較條件1與條件2的波形在頭皮的分布。定性分析58相減技術(shù)相減技術(shù)的運用，對于提取更為純粹的、與心理機制相關(guān)的ERP成分具有重要意義。594.2腦電地形圖是將腦電信號轉(zhuǎn)換成一種既能定量也能定性的腦波圖形，可以將大腦在某一時間點上的功能變化與形態(tài)定位有機地結(jié)合起來（將功能狀態(tài)與激活狀態(tài)結(jié)合起來）。地形圖中相同顏色的區(qū)域代表激活程度相同（電壓相等）。要繪出腦地形圖至少需要12導記錄電極，理論上越多越好。腦電地形圖可以看作大腦各部位的激活在頭皮上的表現(xiàn)。地形圖可分為二維（平面）地形圖、三維（立體）地形圖和實際頭形地形圖。60根據(jù)圖形的色彩或形式，可將地形圖分為：彩色地形圖、灰度地形圖、等高線地形圖614.3偶極子定位偶極子（dipole）是由多對數(shù)值相等、符號相反的電荷，彼此相隔一定距離時形成的體系。偶極子被認為是ERP的腦內(nèi)源。在神經(jīng)沖動的傳導過程中，在兩個神經(jīng)元之間的突觸處形成負離子占優(yōu)，在下一個神經(jīng)元的頂樹突處形成一個純粹的細胞外負電位，同時在此