erp技術(shù)概述

1、ERP技術(shù)概述,賈會賓華中師范大學(xué)心理學(xué)院,目錄,ERP的神經(jīng)機(jī)制ERP數(shù)據(jù)提取過程ERP成分命名ERP實(shí)驗(yàn)范式及典型ERP成分（或效應(yīng)）ERP實(shí)驗(yàn)設(shè)計,ERP的神經(jīng)機(jī)制,Electroencephalography, Event Related-PotentialsEEG：不斷發(fā)生/自發(fā)；ERP：誘發(fā)才有ERP是淹沒在EEG中，通常觀察不到，需提取,事件相關(guān)電位（Event-related Potential, ERP）

2、的定義：當(dāng)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，以及當(dāng)某種心理因素出現(xiàn)/變化時在腦區(qū)所產(chǎn)生的電位變化,ERP數(shù)據(jù)提取過程,一般來說，一次刺激誘發(fā)的ERP的波幅約為2～10μV，比自發(fā)電位（EEG）小得多，淹沒在EEG中，二者構(gòu)成了小信號與大噪音的關(guān)系，因此無法直接測量。但是，ERP有兩個重要特性：潛伏期恒定、波形恒定；與此相對， EEG則是隨機(jī)變化的。所以，可以利用這兩個恒定，通過疊加，從EEG中提取

3、出ERP（畫圖）,疊加平均的理論假設(shè)：假設(shè)1: All sources of voltage are random with respect to time-locking event except the ERP 假設(shè)2: The amplitude of the ERP signal is the same on each trial假設(shè) 3: The timing of the ERP signal is the same

4、on each trial,ERP成分命名,潛伏期：早（10ms以內(nèi)）、中(10~50ms)、晚成份(50~500ms)、慢波（500ms以后） 命名：正－P，負(fù)－N，潛伏期（第幾個） 成份：外源性成分、中源性成分、內(nèi)源性成分和純心理波,ERP實(shí)驗(yàn)范式及典型ERP成分（或效應(yīng)）,1. Oddball范式2. Go-Nogo范式3. 特定認(rèn)知領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)研究范式（記憶、語言、思維）4. 典型ERP成分（或效應(yīng)）：C1、P1、

5、N170、N2、P300、N400、ERN、MMN等等,Oddball范式ERP的實(shí)驗(yàn)范式，主要就是指刺激序列的呈現(xiàn)方式和規(guī)定被試進(jìn)行反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)程序模式Oddball的字面意思是“怪球”，很形象地概括了這種范式的特點(diǎn)：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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行反應(yīng)，因此該偏差刺激稱為靶刺激或目標(biāo)刺激?！∫话阋蟊辉噷Π写碳ぷ靼?/p>

6、鍵或計數(shù)反應(yīng)。,Oddball范式還有幾種變式：變式一：同樣兩種刺激物，在一系列規(guī)律呈現(xiàn)的刺激物中，偶然缺失一些刺激。缺失的刺激物即是靶刺激變式二：三種刺激物，其中一種大概率占60%，小概率刺激兩種，各為20%。在小概率刺激中，被試對其中一種刺激做反應(yīng)，該刺激為靶刺激，而另一種不做反應(yīng)的叫非靶刺激變式三：以上三種模式中，偶然插入一種新異的刺激——新奇刺激，令被試感到驚奇，可以產(chǎn)生新異P3成分,Oddball范式是誘發(fā)P300、MM

7、N等與刺激概率有關(guān)的ERP成分時常用的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)范式,Go-Nogo范式兩種刺激的概率相等。令被試反應(yīng)的刺激叫做Go刺激，即靶刺激；不需被試反應(yīng)的刺激叫做Nogo刺激。該范式也叫做Go與Nogo作業(yè)這種范式排除了刺激概率對ERP的影響；由于沒有大小概率之分，大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時間，但也丟失了因大、小概率差異而產(chǎn)生的ERP成分,特定認(rèn)知實(shí)驗(yàn)研究范式1. 記憶（如n-back范式）--------- very usefull in ment

8、al workload research,典型ERP成分（或效應(yīng)）1.失匹配負(fù)波（mismatch negativity, MMN）,Risto Näätänen(1978)--------聽覺 MMNRainer Cammer(1990)----------視覺 MMN雙耳分聽Oddball范式：標(biāo)準(zhǔn)刺激（如1000Hz的短純音）和偏差刺激（如800Hz的短純音）在被試兩耳呈現(xiàn)。令被試雙耳分聽，即只

9、注意一只耳朵的聲音并對偏差刺激進(jìn)行反應(yīng)，而不注意另一只耳朵的聲音。結(jié)果無論注意與否,偏差刺激引起的ERP減標(biāo)準(zhǔn)刺激引起的ERP的差異波，在100~250ms出現(xiàn)一個明顯的負(fù)成分------即聽覺MMN,當(dāng)刺激與任務(wù)相關(guān)時，其他一些成分也會敏感于刺激之間的失匹配，但MMN即使在刺激與任務(wù)不相關(guān)的情況下也能觀察到（如當(dāng)呈現(xiàn)聽覺刺激時，要求被試讀書）。但是，如果被試非常強(qiáng)烈地集中注意于另一只耳朵的競爭性刺激，那么對于這只耳朵的失匹配刺激，MM

10、N也會消失MMN可能反映了一種相對的自動化過程，這個過程對輸入刺激與先前刺激的感覺記憶痕跡進(jìn)行比較,MMN的性質(zhì)聽覺MMN: 額-中央?yún)^(qū)最大，產(chǎn)生自聽覺皮層，150~250ms；標(biāo)準(zhǔn)刺激和偏差刺激越大，MMN波幅越大，MMN潛伏期提前（甚至可能與N100重疊）視覺MMN: 當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)刺激相比，偏差刺激的大小、顏色、呈現(xiàn)時間變化時會產(chǎn)生MMN。枕葉最大，產(chǎn)生自初級視覺皮層，150~250ms,2. N2諸成分,2. P3001965

11、年Sutton等發(fā)現(xiàn)， “Science”O(jiān)ddball實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ阶畛醢l(fā)現(xiàn)的P3是在300ms左右出現(xiàn)的正波（靶刺激），5~20μV，頂葉Pz最大隨著與P300類似的成分的不斷發(fā)現(xiàn)，其潛伏期已經(jīng)逐漸擴(kuò)展到800ms，使得P300逐漸形成了一個包含多個子成分的家族------------晚正復(fù)合體（late positive complex）P300家族的另一個最常見的成員是P3a（額葉最大，潛伏期小于經(jīng)典的P300，反映朝向反射）

12、---------------將頂葉P3稱為P3b，將額葉P3稱為P3a（一般情況下，若不加說明，P300或P3這一術(shù)語指的是P3b）,P300的性質(zhì)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----------very usefull in mental workload researchP300的波幅和潛伏期與認(rèn)知過程的難度相關(guān)，而與反應(yīng)選擇階段的難度無關(guān)。Donchin（1981）認(rèn)為，P30

13、0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(diǎn)得到支持更多，這意味著P300也許可成為研究高級認(rèn)知過程，比如工作記憶的腦機(jī)制，特別是過程機(jī)制問題,注意效應(yīng)：只有注意條件下才出現(xiàn)P300概率效應(yīng)：靶刺激概率越小，P300波幅越高,3. 錯誤相關(guān)負(fù)波（Error-related negativity，ERN）被試反應(yīng)錯誤后出現(xiàn)。即使他沒有意識到自己犯錯了，ERN也會出現(xiàn)；但是當(dāng)被

14、試意識到自己的錯誤反應(yīng)時，ERN更大Michael Falkenstein, J. Hohnsbein, J. Hoormann, & L. Blanke (1990) W.J. "Bill" Gehring, D.E. Meyer & E. Donchin (1990),性質(zhì)ERN是反應(yīng)鎖定（肌電EMG）的ERP成分。當(dāng)被試做出錯誤反應(yīng)時，該成分即開始；一般在錯誤反應(yīng)發(fā)生后

15、的80~150ms達(dá)到波峰，或肌電活動開始后的40~80ms額區(qū)和中央?yún)^(qū)最大，源自扣帶前回,產(chǎn)生ERN的主要實(shí)驗(yàn)范式 （1）Eriksen flanker task: Subjects were instructed to make a directional responses to certain letters, for example a right response to the letters H and K, and

16、 a left response to S and C. Each stimulus consisted of a set of seven letters, with the target in the central position. Examples of congruent stimuli would be HHHKHHH and CCCSCCC, where both the target and the flanker

17、s correspond to the same response. Examples of incongruent flanker stimuli HHHSHHH and CCCHCCC , where the central target letter and the flankers correspond to opposite responses,Go/Nogo task,ERP實(shí)驗(yàn)設(shè)計,1. 試次數(shù)目：P3/N400: 30

18、-40 trials per condition (e.g., 30 rare)N2pc/ERN: 100-200 trials per conditionP1/N1: 300-600 trials per condition60 minutes of “run time” per sessionRuns of 4-6 minutes with 2-3 20-second breaksLess makes it ineffic

19、ient to deal with electrodes, etc.More leads to fatigueSome labs do all-day sessions with lot of breaks,SOA過短會導(dǎo)致ERP成分（特別是早期成分的重疊）；但是過長會浪費(fèi)計算機(jī)的存儲空間，并延長必要的實(shí)驗(yàn)時間,當(dāng)你比較兩種條件的ERP時，需要確保他們的刺激物理屬性相同，差別僅在于心理因素需要確保兩種條件的信噪比差異不是太大