ERP技術(shù)原理及應(yīng)用

會(huì)計(jì)學(xué)1ERP技術(shù)原理及應(yīng)用第1頁/共64頁α-腦電圖β-腦電圖第2頁/共64頁從EEG到ERPElectroencephalogram(EEG)是在頭皮上記錄下的連續(xù)電位變化電位來自于兩個(gè)電極的電位差觀測頻率的變化可區(qū)分大腦活動(dòng)的強(qiáng)弱:alpha波(8-12Hz)減弱=活動(dòng)增強(qiáng)把記錄下的電活動(dòng)與一個(gè)外部事件匹配后,得到EventRelatedPotential第3頁/共64頁ERP的基本預(yù)處理濾波(30Hzlowpass)去處偽跡(Artifactrejection)ERP電位(5-10μV)小于背景EEG(50-100μV),需要通過對多個(gè)樣本進(jìn)行平均,增加S/N比平均參照(Averagereference)基線矯正(100-200msbeforestimulus)第4頁/共64頁處理后的總平均ERP第5頁/共64頁Component的命名1.正負(fù)(P或

N)加上潛伏期(N100,P300,N400)2.正負(fù)加上順序位置(N1,P1,N2)3.功能(mismatchnegativity,MMN;RecognitionPotential,RP)第6頁/共64頁Component的初步分類Exogenous<100ms由外部刺激的物理特性(密度,頻率,時(shí)間長度)作用于感覺通道引起Endogenous語言相關(guān)的認(rèn)知成份往往>比100ms,其波幅和出現(xiàn)時(shí)間受任務(wù),指導(dǎo)語,判斷,期待,策略等等認(rèn)知操作的影響第7頁/共64頁對Component的測量波峰電位Peakamplitude平均電位Meanamplitude對噪音和時(shí)間變化不太敏感波峰潛伏期Peaklatency主成份分析(PrincipleComponentAnalysis)方差分析第8頁/共64頁ERP研究的特點(diǎn)ERP是介于心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)之間的一項(xiàng)技術(shù)ERP不止像反應(yīng)時(shí)一樣提供兩種實(shí)驗(yàn)條件之間的差異,還提供差異發(fā)生的時(shí)間(毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率)同時(shí)提供2-5厘米空間分辨率的間接位置信息第9頁/共64頁ERP研究的優(yōu)點(diǎn)連續(xù)的記錄提供了大量的時(shí)間和空間數(shù)據(jù)可以進(jìn)行無任務(wù)的實(shí)驗(yàn)研究與大腦的更直接聯(lián)系ERP研究的弱點(diǎn)容易出現(xiàn)偽跡(artifacts):眨眼和眼動(dòng),肌電,舌運(yùn)動(dòng),心電,皮膚電阻的變化成份之間相互重疊(如P300和N400)第10頁/共64頁ERP的研究領(lǐng)域及應(yīng)用感覺——聽覺視覺知覺——知覺組織，知覺恒常性，空間知覺和運(yùn)動(dòng)知覺

無覺察知覺注意——注意分配、雙任務(wù)下的注意負(fù)載

早期成分N1、P20-50MMN信息自動(dòng)化加工

啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)與記憶——外顯記憶和內(nèi)隱記憶語言——語音、字、詞、句、理解/語義加工有關(guān)N400情緒——情緒詞、圖片、面孔N170悲傷面孔引起更大的LPC決策P300受主觀概率、相關(guān)任務(wù)、刺激重要性、決策、信心、注意、記憶、情緒等多因素影響第11頁/共64頁Term2learners:150-350msChinesefamiliarvs.unfamiliarcharactersLeftBA10(frontal),bilateralBA6(motorarea)andrightBA8(frontal)BA20/21(temporal)ERP的空間定位（源定位）第12頁/共64頁第13頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)編寫實(shí)驗(yàn)程序招募被試戴網(wǎng)狀電極采集腦電數(shù)據(jù)分析腦電數(shù)據(jù)第14頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)過程中注意事項(xiàng)第15頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問題：刺激刺激的類型視覺刺激：光、單詞、語句、圖形、圖象、照片聽覺刺激：短音純音語音、言語、自然與非自然體感刺激：機(jī)械刺激、電流、按壓第16頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程刺激的設(shè)置與編排呈現(xiàn)時(shí)間刺激的間隔刺激的隨機(jī)性刺激出現(xiàn)的概率特殊要求第17頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程刺激的設(shè)置與編排舉例——P300（ODDBALL）任務(wù)刺激材料比例安排第18頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程被試的選擇自身的特征：年齡、性別、視力、聽力、智力、性格、利手、健康、教育程度組間與組內(nèi)知情權(quán)（被試同意書）兒童臨床病人第19頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程其他問題樣本量：正常情況特定情況——小樣本自身對照預(yù)約被試：狀態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)間第20頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程其他問題器材：專用ERP設(shè)備（放大器、刺激器、顯示器、電極/電極帽等）外，尚需準(zhǔn)備好附屬物品：毛巾、紙巾等

記錄報(bào)告：打印好的被試調(diào)查表格和實(shí)驗(yàn)記錄表格，內(nèi)容主要包括：①被試基本情況(包括年齡、性別、智力水平、利手等)；②實(shí)驗(yàn)中被試精神狀態(tài)、配合情況；③實(shí)驗(yàn)步驟記錄；④壞電極情況記錄；⑤數(shù)據(jù)處理中的問題記錄。

第21頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程：1、EEG記錄前準(zhǔn)備：填寫基本資料洗頭講解ERP基本工作原理講解實(shí)驗(yàn)任務(wù)實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)第22頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程：2、電極校準(zhǔn)（calibration）、增益（gain）、噪音（noise）的測查、環(huán)境噪音（netnoise）第23頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程3、安放電極帽電極帽安放參照圖：第24頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程放大倍數(shù)（Ad，Gain）：腦電的放大倍數(shù)通常要大于50000，EOG的放大倍數(shù)減小1/2或2/3。但目前隨著放大器采樣精度的提高，腦電放大倍數(shù)已經(jīng)有所降低。帶寬（Bandpass）:①高通的選擇：如果選用交流采樣（AC），則帶寬的高通（Highpass）應(yīng)盡量低，比如0.01Hz或0.05Hz。第25頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程②低通的選擇：根據(jù)尼氏采樣定理，低通應(yīng)設(shè)置為所觀察腦電頻率成分的2倍以上，比如，想不失真地記錄100Hz的腦電成分，那么采樣的帶寬低通不得低于200Hz。不管AC還是DC采樣，低通（Lowpass）均可以設(shè)置為100Hz或更高（如200Hz）。0.1Hz～40Hz的帶寬，雖然可以得到ERP的早期成分，但不利于研究其它高頻成分的腦電在認(rèn)知活動(dòng)中的重要作用。采樣率（A/DRate）選用500Hz或1000Hz的采樣率對一般的ERP成分是足夠的，但如果研究如聽覺腦干誘發(fā)電位和中潛伏期反應(yīng)的感覺誘發(fā)成分，則需要較高的采樣率(如20000HZ)。第26頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程5、實(shí)驗(yàn)預(yù)記錄觀察腦電基本波形是否正常；腦電基線是否平穩(wěn)；有無50Hz干擾；讓被試進(jìn)行眼睛動(dòng)作（閉眼－睜眼、轉(zhuǎn)動(dòng)眼球、水平掃視）的動(dòng)作：觀察眼動(dòng)對腦電的影響，以判斷電極安置是否合適，如：腦電和眼電的方向是否一致，是否是前部腦電受眼電影響較大等等，如果出現(xiàn)不符的情況，則要及時(shí)查找原因；觀察閉目時(shí)α活動(dòng)是否出現(xiàn)，是否符合正常腦電標(biāo)準(zhǔn)，而睜眼時(shí)是否出現(xiàn)α活動(dòng)的抑制；第27頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程6、實(shí)驗(yàn)正式記錄被試充分練習(xí)、熟悉實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，即可以開始正式實(shí)驗(yàn)的記錄；實(shí)驗(yàn)過程中，要注意實(shí)驗(yàn)室光線（半暗背景照明）、聲音干擾等情況；應(yīng)事先留有足夠的記錄空間，記錄時(shí)應(yīng)特別注意腦電文件名的創(chuàng)建是否正確，是否符合要求；實(shí)驗(yàn)開始后應(yīng)通過腦電記錄判斷被試是否真正理解指導(dǎo)語，如有問題及時(shí)解決。注意：先點(diǎn)擊“Save”存盤，記錄一小段時(shí)間（可以是1～3分鐘）的安靜腦電后再呈現(xiàn)刺激，也就是說，多存儲(chǔ)一些無作業(yè)任務(wù)的腦電數(shù)據(jù)，這樣做的好處是有助于對認(rèn)知條件下與安靜狀態(tài)下的腦電進(jìn)行比較研究。第28頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程6、實(shí)驗(yàn)正式記錄偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。類型：肌電偽跡50Hz或60Hz干擾眼動(dòng)偽跡血管性偽跡（心電和脈搏）出汗電極故障第29頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程6、實(shí)驗(yàn)正式記錄偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。類型：電極移動(dòng)導(dǎo)線斷裂附近設(shè)備造成的突然電壓沖擊腦電儀器的故障與呼吸有關(guān)的運(yùn)動(dòng)、哭泣、吸吮、顫抖或吞咽等。

第30頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程6、實(shí)驗(yàn)正式記錄偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。識(shí)別：肌電（EMG）偽跡（見圖）：特點(diǎn)：頭頸部肌肉的運(yùn)動(dòng)（肌電）是產(chǎn)生腦電偽跡的主要原因之一。這種肌電偽跡的特點(diǎn)是頻率快（20Hz～1kHz），波幅較高（以mV計(jì)量），常表現(xiàn)為連續(xù)性的各種頻率的尖頭脈沖，還可表現(xiàn)為密集爆發(fā)的尖頭脈沖（圖3.9）。頭部的EMG偽跡主要來自額、顳、耳后、枕及頸部肌肉的收縮，如頸部肌肉緊張（枕部導(dǎo)聯(lián)）、吞咽（肌電偽跡常出現(xiàn)在各導(dǎo)聯(lián)，以顳部導(dǎo)聯(lián)顯著）、皺眉（額前部導(dǎo)聯(lián)）、咬牙等運(yùn)動(dòng)是頭部ERP干擾的最多見原因。第31頁/共64頁EMG偽跡第32頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程6、實(shí)驗(yàn)正式記錄偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。識(shí)別：肌電（EMG）偽跡：消除辦法：一方面要緩解被試緊張情緒、采用舒適體位，另一方面，根據(jù)肌電出現(xiàn)的部位，告訴被試盡量避免產(chǎn)生肌電的某種動(dòng)作。另外，增加平均處理的刺激次數(shù)，也可以通過改善信噪比提高ERP的清晰度。當(dāng)然，也可以離線對數(shù)據(jù)采用低通濾波方法消除高頻干擾

第33頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程6、實(shí)驗(yàn)正式記錄偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。識(shí)別：50周（Hz）（見圖）：特點(diǎn)：腦電圖偽跡還可能來自50Hz市電。這種偽跡可從頭皮電極檢出，特別是電極電阻很高的時(shí)候。高電阻是因?yàn)轭^皮上未被清除的油脂、臟污或死亡皮膚所引起的電極接觸不良導(dǎo)致。如果所有導(dǎo)聯(lián)均出現(xiàn)50周交流干擾，則可能是由于地線不良或外部高頻干擾所致，也可能來自于接地電極或參考電極阻抗過高。第34頁/共64頁50周干擾圖第35頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。識(shí)別：電極移動(dòng)（見圖）：特點(diǎn)：任何電極在頭皮上移動(dòng)，甚至是輕微的移動(dòng)都會(huì)引起偽跡產(chǎn)生。例如，當(dāng)被試取仰臥位或頭后部靠在椅背上，則枕部電極與枕頭或椅背相接觸，這樣，每次呼吸時(shí)，被試頭部上、下運(yùn)動(dòng)，使枕部電極產(chǎn)生輕微的搖動(dòng)，這種電極搖動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生電極移動(dòng)的偽跡（見下劃線）第36頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。識(shí)別：出汗性偽跡（見圖）：特點(diǎn)：出汗會(huì)引起皮膚電阻的改變，從而產(chǎn)生一種非常緩慢（0.2~0.5Hz）的類似于基線漂移的電位活動(dòng)，即出汗性偽跡。另外，出汗還會(huì)引起電極松動(dòng)，形成非常緩慢的腦電波動(dòng)。多見于易于出汗的額顳部電極，如果參考電極下皮膚出汗，則引起所有導(dǎo)聯(lián)產(chǎn)生出汗性偽跡。第37頁/共64頁出汗性偽跡導(dǎo)聯(lián)1和2由于出汗導(dǎo)致高波幅、不規(guī)則的緩慢波動(dòng)（摘自于JRHughes著，馬仁飛譯，臨床實(shí)用腦電圖學(xué)，1997）。

第38頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。識(shí)別：眼動(dòng)偽跡（見圖）：特點(diǎn)：眼睛好象一個(gè)充電的電池，其角膜表面一側(cè)為陽性（＋），視網(wǎng)膜一側(cè)為陰性（－）。這個(gè)電池有很大的持續(xù)性電壓（高達(dá)60mV左右），大部分來自通過色素上皮的電位。眼球運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在腦電圖上產(chǎn)生明顯的偏轉(zhuǎn)（因?yàn)檠矍虿粍?dòng)時(shí)為一靜止的直流電位，而眼球運(yùn)動(dòng)時(shí)，則變?yōu)榛顒?dòng)的交流電位，可明顯影響腦電），這就是“眼動(dòng)偽跡”，主要包括兩種類型：水平眼動(dòng)偽跡（HEOG）和垂直眼動(dòng)偽跡（VEOG）第39頁/共64頁眼動(dòng)偽跡左圖：VEOG對EEG的影響；右圖：去除VEOG偽跡的EEG第40頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。識(shí)別：血管性偽跡（見圖）：脈搏波偽跡：在這種情況下，電極位于一個(gè)隨心臟跳動(dòng)而搏動(dòng)的血管附近，每次血流的沖擊引起電極周圍組織的輕微運(yùn)動(dòng)，每次心跳也使電極本身發(fā)生輕微的移動(dòng)。偽跡的波動(dòng)與脈搏同步出現(xiàn)，呈尖波樣或大慢波樣。第41頁/共64頁血管性偽跡由上至下分別為導(dǎo)聯(lián)12、5、6、7、8。以耳垂為參考。可見各導(dǎo)聯(lián)均出現(xiàn)90次/分鐘的節(jié)律性慢波（血管波偽跡）。波幅：2.4mm=50μV；紙速：12mm=1s。（引自譚郁玲主編，臨床腦電圖與腦電地形圖學(xué)，1999）第42頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程偽跡的辨別：腦電描記中不是起源于腦部的電活動(dòng)干擾。識(shí)別：血管性偽跡（見圖）：心電偽跡：每次心臟收縮都伴隨出現(xiàn)心電圖，心電圖可在身體的幾乎任何部位檢出，并可能擴(kuò)展到頭部，呈現(xiàn)一種有規(guī)律的且與心跳一致的棘波樣或尖銳樣波（相對于心電圖的R波），有時(shí)還可見到T波，稱之為“心電偽跡”。常見于顳部導(dǎo)聯(lián)和耳垂無關(guān)電極，有時(shí)也可見于全部導(dǎo)聯(lián)。第43頁/共64頁心電偽跡以耳為參考，明顯的心電QRS波群偽跡（摘自于JRHughes著，馬仁飛譯，臨床實(shí)用腦電圖學(xué)，1997）。第44頁/共64頁ERP實(shí)驗(yàn)過程7、數(shù)據(jù)記錄結(jié)束后的整理1、摘除電極或電極帽，動(dòng)作要輕，嚴(yán)禁用力牽扯電極或電極導(dǎo)線；摘除面部電極時(shí)，要注意被試的感覺；2、被試洗頭，去除導(dǎo)電膏，并防止感冒；3、刻錄腦電、行為數(shù)據(jù)光盤，備份；4、填寫完成“實(shí)驗(yàn)記錄表格”；5、根據(jù)被試要求講解行為數(shù)據(jù)結(jié)果；6、整理實(shí)驗(yàn)用品、清掃地面；7、電極帽的清洗用清水沖洗即可，不可用力揉搓后，清洗完畢后將其晾干、置于通風(fēng)處風(fēng)干。第45頁/共64頁EGI公司腦電系統(tǒng)介紹及演示第46頁/共64頁EGI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第47頁/共64頁定位儀放大器數(shù)據(jù)采集電極帽第48頁/共64頁256導(dǎo)電極位置第49頁/共64頁一、

EGI系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電極帽（net）放大器Amplifier刺激呈現(xiàn)軟件E－prime數(shù)據(jù)采集分析軟件Netstation源定位軟件GeoSouce第50頁/共64頁EGI系統(tǒng)硬件介紹網(wǎng)狀電極放大器蘋果電腦（數(shù)據(jù)記錄）PC（刺激呈現(xiàn)）轉(zhuǎn)換器/分屏器Singleclock(Optional)PSTBox隔離電源第51頁/共64頁二、電極帽與放大器EGI電極帽的特點(diǎn)電極帽的安裝方法放大器的特點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)A/D轉(zhuǎn)換：

24bits輸