事件相關電位

1、ERP基本知識普及,韓賀云2011.10.28,ERP的概念和特點 ERP基本原理ERP主要成分及命名規(guī)則ERP檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析基本步驟,誘發(fā)電位(Evoked Potentials，EPs)，也稱誘發(fā)反應，是指給予神經(jīng)系統(tǒng)特定的刺激，或使大腦對刺激的信息進行加工，在該系統(tǒng)和腦的相應部位產(chǎn)生的可以檢出的、與刺激有相對固定時間間隔和特定位相的生物電反應。,按刺激的種類： 按潛伏期的長短聽覺誘發(fā)電位

2、 早潛伏期誘發(fā)電位視覺誘發(fā)電位 中潛伏期誘發(fā)電位體感誘發(fā)電位 晚潛伏期誘發(fā)電位味覺誘發(fā)電位 慢波 臨床上實用起見，將誘發(fā)電位分為兩大類：與感覺或運動功能有關的外源性刺激相關電位和與認知功能有關的內(nèi)源性事件相關電位。,,,按刺激的種類： 按潛伏期的長短聽覺誘發(fā)電位

3、 早潛伏期誘發(fā)電位視覺誘發(fā)電位 中潛伏期誘發(fā)電位體感誘發(fā)電位 晚(長)潛伏期誘發(fā)位味覺誘發(fā)電位 慢波 臨床上實用起見，將誘發(fā)電位分為兩大類：與感覺或運動功能有關的外源性刺激相關電位和與認知功能有關的內(nèi)源性事件相關電位。,,,,ERP的概念ERPs（Event-Related Pote

4、ntials），即事件相關電位，是一種特殊的腦誘發(fā)電位。指當外加一種特定的刺激，作用于感覺系統(tǒng)或腦的某一部位，在給予刺激或撤消刺激時，在腦區(qū)引起的電位變化。,ERP是與刺激有固定時間關系的腦電位變化形成的一系列腦電波。將刺激事件，包括：視覺、聽覺、體感等物理刺激和心理因素，在大腦內(nèi)引起的相關反應，客觀的表達出來，為觀察認知活動在不同時間進程中的腦功能活動狀態(tài)，研究人類心理和行為的神經(jīng)機制，以及認知的發(fā)展、成熟、衰退過程提供可靠的實驗技術

5、方法。 因其無創(chuàng)傷，具有血液動力學缺乏的高時間分辨率（毫秒級），便于反應認知的動態(tài)時間特征，是認知神經(jīng)科學不可或缺的工具。,ERP的特點,ERPs不像普通誘發(fā)電位記錄神經(jīng)系統(tǒng)對刺激本身產(chǎn)生的反應，而是大腦對刺激帶來的信息引起的反應。是在注意的基礎上，與識別、比較、判斷、記憶、決斷等心理活動有關，反映了認知過程中大腦的神經(jīng)電生理改變，是了解大腦認知功能活動的“窗口”。,,ERPs成分除受刺激物理特性影響的“外源性(生理性

6、)成分”，還包括不受刺激物理特性的影響“內(nèi)源性(心理性)成分”，與被試的精神狀態(tài)和注意力有關 ERPs屬于長潛伏期誘發(fā)電位，測試時一般要求被試者清醒，并在一定程度上參與其中,,,刺激的性質(zhì)、內(nèi)容和編排按研究目的不同編制多樣,目的是啟動被試認知過程的參與； ERPs是一種特殊的誘發(fā)電位，屬于近場電位。,,,,ERP的基本原理,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

7、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。,事件相關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）。,將由相同刺激引起的多段腦電進行多次疊加，由于自發(fā)腦電或噪音是隨機變化，有高有低，相互疊加時就出現(xiàn)正負抵消的情況，而ERP信號則有兩個恒定，所以不會被抵消，反

8、而其波幅會不斷增加，當疊加到一定次數(shù)時，ERP信號就顯現(xiàn)出來了。,,疊加n次后的ERP波幅增大了n倍，因而需要再除以n，使ERP恢復原形，即還原為一次刺激的ERP數(shù)值。所以ERP也稱為平均誘發(fā)電位，平均指的是疊加后的平均。這樣就獲得了所希望的事件相關電位波形圖?！?因此，對于ERP研究來說，為了提取事件相關腦電位變化，傳統(tǒng)上不得不進行多次重復刺激（次數(shù)記為n）?，F(xiàn)在，可以通過計算機疊加技術輕松實現(xiàn)上述過程。,,ERP成分及命

9、名規(guī)則,經(jīng)平均所得到的ERP波形是由一系列正負電壓波動所組成。我們把這些波動叫峰、波或成分。如右圖所示，這些峰被標示為P1，N1，P2，N2，P3。,傳統(tǒng)上“P”與“N”分別表示正走向與負走向峰，而數(shù)字則表示這個峰在波形中的位置（它也常常用具體的潛伏期來表達，如P225就是在225ms的正峰）。 一般情況下，潛伏期的毫秒數(shù)接近順序位置的100倍，以致P1=P100，N2=N200，P3=P300,但N400是個例外

10、，它常常是第二個主要的負成分，我們就不能用波形的位置來命名了。,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的成分主要包括CNV、P300、MMN、和N400等。,Oddball范式,指采用兩種或多種不同刺激持續(xù)交替呈現(xiàn)，它們出現(xiàn)的概率顯著不同，經(jīng)常出現(xiàn)的刺激稱為大概率或標準刺激,偶然出現(xiàn)的稱為小概率或偏差刺激。令被試對偏差刺激進行反應，

11、因此該偏差刺激稱為靶刺激。這是誘發(fā)P300、MMN等與刺激概率有關的ERP成分時常用的經(jīng)典實驗模式.,Go/Nogo范式,給被試兩種刺激，令被試反應的刺激叫做Go刺激，即靶刺激；不需被試反應的刺激叫做Nogo刺激。靶刺激的概率等于或大于非靶刺激的概率。,P300,P300是Sutton于1965年發(fā)現(xiàn)的，當被試辨認“靶刺激”時，在頭皮記錄到的潛伏期約為300ms的最大晚期正波即為P300,一般認為，P300反映的是工作記憶中表征的更新。

12、也有認為P300是信息加工容量的指標，反映了受注意和工作記憶聯(lián)合調(diào)控的事件分類網(wǎng)絡的活動。P300受主觀概率，相關任務，刺激重要性、決策、注意、情感等多因素的影響,MMN,MMN（mismatchnegativity）譯為失匹配負波，它的也是采用Oddball范式得到的。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?/p>

13、動地做出不同的反應。,N2,N2波是一個潛伏期在200--300ms的負波，有多個成分,不同任務，不同腦區(qū)的N2有不同的意義。N2pc反映了視覺搜索過程中對靶刺激的空間選擇性加工，是與視覺空間注意分配相關的唯一ERP指標Nogo-N2反映了對既定反應傾向的抑制，也有研究認為反映對沖突的監(jiān)控,,ERP實驗室設計,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

14、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。,,離線數(shù)據(jù)分析步驟,1.合并行為數(shù)據(jù)與腦電數(shù)據(jù)（merge task data）；2.減少眼電偽跡（Ocular artifact reduction）；3.對腦電分段（Epoch）；4.濾波（filter）；,5.基線校正（baseline correct）；6.排除偽跡（artifact rejecti

15、on）；7.平均（average）；8.保存（output file）；9.總平均（grand average）,EEG 記錄偽跡識別,肌電偽跡（Muscle）50周波(50 Cycle)眼電(Eye Movement)偽跡血管(Vascular)出汗(Sweating)電極故障(Electrolepop)電極移動(ElectroleMovement)其他：導線斷裂、附近設備造成的突然電壓沖擊、腦電儀器的故障、與呼吸

16、有關的運動、哭泣、吸吮、顫抖或吞咽等。,腦電描記中不起源于腦部的電活動干擾,肌電偽跡,這種類型的干擾可表現(xiàn)“尖頭脈沖”，通常因持續(xù)時間非常短暫而被識別。肌電偽跡常表現(xiàn)為連續(xù)性的各種頻率的尖頭脈沖。頭皮下肌肉收縮形成的偽跡放大之后的肌電偽跡,眼電偽跡,50 周,接地不良或高電阻引起。高電阻是因為頭皮上未被清除的油脂、臟污或死亡皮膚所引起。高電阻可以檢出任何種類的偽跡，而不僅僅是50周一種。,左圖為1s的原始腦電波形，F(xiàn)z記錄點出現(xiàn)共計