ERP实验教程讲座.pptx

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1、第一讲第一讲ERP ERP 的神经电生理学基础的神经电生理学基础第一届ERP实验技术培训班第1页/共110页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 角状细胞第2页/共110页第3页/共110页大脑皮层分区第4页/共110页第5页/共110页第6页/共110页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

2、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 ERP 脑区优势效应脑区优势效应：感知觉、知觉后加工两半球的独立统一与两半球的独立统一与ERP第7页/共110页EEGEEG基本知识基本知识产生基本原理产生基本原理 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

3、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。第8页/共110页lEEGEEG基本特征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度第9页/共110页lEEG EEG 其它概念其它概念脑电节律：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

4、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。第10页/共110页lEEG EEG 其它概念其它概念调幅：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。第11页/共110页lEEG EEG 波形特征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

5、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。第12页/共110页EEGEEG分类分类波波波中间快波波波Schwab频率分类0.5 3Hz4 7Hz8 13Hz14 17Hz18 30Hz31Hz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 图形分类第13页/共110页-脑电图-脑电图第14页/共110页l影响脑电图的各种因素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

6、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&ERP（P3、CNV等）快波&认知记录与分析第15页/共110页l成人正常脑电图的主要特征成人正常脑电图的主要特征1由波和快波组成，慢波只有少数、散在性波(占10 15以下)。2波和快波显示正常分布，即波主要分布于枕、顶区 ，快波于额、额前区。3左右对称部的波幅差一般不超过20。4左右对称部的频率差异不超过10。5波在睁眼、感觉刺激、精神话动时有反应(衰减)。当进行当进行当进行当进行ERPsERPsERPs

7、ERPs实验时，要密切关注被试脑电的实验时，要密切关注被试脑电的实验时，要密切关注被试脑电的实验时，要密切关注被试脑电的特征，一方面大致判断被试的健康情况，一方面可特征，一方面大致判断被试的健康情况，一方面可特征，一方面大致判断被试的健康情况，一方面可特征，一方面大致判断被试的健康情况，一方面可以对实验过程中被试的反应或实验的可靠程度（导以对实验过程中被试的反应或实验的可靠程度（导以对实验过程中被试的反应或实验的可靠程度（导以对实验过程中被试的反应或实验的可靠程度（导电膏的蔓延）进行判断。电膏的蔓延）进行判断。电膏的蔓延）进行判断。电膏的蔓延）进行判断。第16页/共110页Event-rela

8、ted potentials Event-related brain potentials 凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，在脑区引起的电位变化。ERP ERP 的概念和特点的概念和特点第17页/共110页ERPs&EPERPs&EP听觉听觉BAEPMLRERP视觉EPERP第18页/共110页EEG Evoked PotentialsEEG and Evoked Potentials第19页/共110页 1、ERPs是一种特殊的诱发电位，属于近场电位近场电位（near-field potentials-记录电极位置距活动的神经结构较 近）；2、一

9、般要求被试实验时在一定程度上参与实验；3、刺激的性质、内容和编排多样，目的是启动被试认 知过程的参与；4、ERPs成分除受物理刺激特性影响的“外源性成外源性成分分”，还包括“内源性成分内源性成分”，ERPs不像普通诱发电位记录 神经系统对刺激本身产生的反应，而是大脑对刺激 带来的信息引起的反应，反映的是认知过程中大脑 的神经电生理改变。ERPsERPs与与EPEP的区别的区别第20页/共110页Note：EP与ERP密切相关，早期ERP成分与认知的关系要求我们对EP的基本特征要非常熟悉。举例：听觉ERP P20-50注意效应&听觉MLR 视觉ERP 早期注意效应（P1）第21页/共110页视觉

10、诱发电位（EP）与视觉选择反应ERPs示例图（赵仑，2002）粗线代表视觉选择反应任务中左侧视场的靶刺激诱发的ERPs，细线代表同一刺激序列的左视场刺激诱发的视觉EP。视觉EP主要包括P1、N1和P2成分，视觉靶刺激ERPs包含P1、N1、P2和显著的P3。当赋予心理意义（选择反应）时，靶刺激诱发更大的P1成分。第22页/共110页l lEEGEEG主要来自突触后电位变化胞体和树突主要来自突触后电位变化胞体和树突的电位变化。的电位变化。l lERPsERPs除皮质突触后电位以外，可能还含有皮质除皮质突触后电位以外，可能还含有皮质下组织活动及轴突动作电位变化。下组织活动及轴突动作电位变化。l l

11、P300P300：多起源：多起源(边缘系统、颞顶叶、丘脑等边缘系统、颞顶叶、丘脑等)；与胆碱能神经元活动有关；与胆碱能神经元活动有关；Context updating model Context updating model（DonchinDonchin）ERPs的形成机制第23页/共110页ERPsERPs研究研究成分研究成分研究应用研究应用研究CNVP300（P3a）N400MMN特点及其影响因素起源及产生机制心理生理临床应用特因条件功能评估注意、记忆、语言加工、知觉、意识等神经精神科、昏迷愈后、辅助诊断等航空、航天、航海、恶劣环境条件等智能评估、音乐认知能力、健康评估等ERPs的研究分类

12、第24页/共110页第二讲ERP 的记录和提取第一届ERP实验技术培训班第25页/共110页尽可能远离人群和车辆，远离电动设备、高频电辐射源。应保持隔声安静。良好照明条件，可调及遮光设备。良好的通风及合适的温度。实验室宽敞，准备间或监测间、被试实验记录间。器材：Neuroscan 脑扫描仪 附属用品（电极帽、导电膏、钝头注射器等）必备物品（酒精、棉签、双面胶、视力表等）ERPs实验室第26页/共110页国际标准的基本原则国际标准的基本原则1、电极位置应根据颅骨标志的测量加以确定，尽可能与头颅的大小及形状成比例；2、电极的标准位置应适当分布在头颅所有部位；3、电极位置的名称应结合脑部分区（额、颞

13、、顶、枕）：F、C、T、P、O4、应进行解剖学研究，确定标准电极下是哪个皮层分区；5、国际通用阿拉伯数字：左奇、右偶，零点（zero）代表头颅正中位 A1、A2代表左右耳垂电极安装电极安装第27页/共110页国际10/20安装系统矢矢状状线线第28页/共110页部位部位名称名称代号代号部位部位名称名称代号代号前额前额Frontal poleFp1Fp2侧额侧额Inferior frontalF7F8额额FrontalF3FzF4颞颞TemporalT3T4中央中央CentralC3CzC4后颞后颞Posterior temporalT5T6顶顶ParietalP3PzP4耳耳Auricular

14、A1A2枕枕OccipitalO1O2第29页/共110页国际10/10安装系统第30页/共110页记录电极参考电极（零位点的选择零位点的选择）接地电极电位差基本电极EEG单极导联一个参考电极，多个记录电极参考电极的选择：耳垂、乳突、鼻尖单极导联的优点：大致记录脑电变化的绝对值单极导联的缺点：参考电极不是绝对的零电位点电极导联双极导联EOG的记录与剔除电极导联第31页/共110页EEGEEG对对ERPsERPs的淹没的淹没叠加平均基本原理叠加平均基本原理 ERPs波形恒定 潜伏期恒定 叠加n次：信噪比提高n 倍 例如：ERPs=0.5EEG n=100 100ERP 10EEG ERPs=5E

15、EGERPs提取的基本原理第32页/共110页信噪比的改善程度和刺激次数成平方根的比率关系，限制了平均技术更大限度地降低噪声和提取ERPs信号的能力。平均技术只能改善信噪比，不能完全消除噪声。补救方法：重复测试是最简便有效的方法。不要过分相信平均技术的作用，盲目增加平均次数不能消除所有伪迹（50Hz、爆发性的肌电伪迹等）平均技术的局限性第33页/共110页采样率（采样率（尼氏采样定理）放大倍数（增益，放大倍数（增益，GainGain）频带宽度频带宽度 频率响应曲线 低端频响高通（High-pass）高端频响低通（Low-pass）时间常数（时间常数（TCTC，time constanttime

16、 constant）TC1/（2 fL）时间常数的设定数值直接影响ERPs波形是否失真，至关重要。重要概念第34页/共110页频率响应曲线TC对ERPs波形的影响第35页/共110页第三讲ERP 实验过程及其注意事项第一届ERP实验技术培训班第36页/共110页实验前准备实验设计实验设计刺激编制刺激编制选择、预约被试选择、预约被试实验范式实验范式第37页/共110页刺激物的分类刺激物的分类刺刺激激物物分分类类体体感感听听觉觉视视觉觉非图形非图形图形图形闪光闪光几何图形、文字、面孔、自然景观几何图形、文字、面孔、自然景观纯音、短声、白噪声纯音、短声、白噪声语音语音自然环境声自然环境声微弱脉冲电流

17、微弱脉冲电流第38页/共110页刺刺激激参参数数体体感感听听觉觉视视觉觉对比度对比度亮度亮度视角（见后）视角（见后）频率频率声压级声压级上升上升/下降时间下降时间0.10.10.5ms0.5ms，1 15Hz5Hz，50uV50uV刺激呈现时间刺激呈现时间刺激间隔刺激间隔SOASOA、ISIISI刺激物的参数刺激物的参数刺激呈现概率刺激呈现概率三大要素第39页/共110页刺激编排刺激编排实验模式实验模式OddballOddball两种刺激物两种刺激物三种刺激物三种刺激物新异刺激物的插入新异刺激物的插入标准刺激标准刺激(Standard)(Standard)偏差刺激偏差刺激(Deviant)(D

18、eviant)靶刺激靶刺激(Target)(Target)非靶刺激非靶刺激(non-Target)(non-Target)标准模式标准模式缺失刺激为靶缺失刺激为靶Go/NogoGo/Nogo模式模式跨通道研究模式跨通道研究模式运动知觉（练习）运动知觉（练习）记忆记忆语言语言特定认知实验模式特定认知实验模式非特定认知实验模式非特定认知实验模式心算心算连续心算连续心算选择心算选择心算简单心算简单心算P3aP3a第40页/共110页Example 1StandardStandardNovelNovelDeviantDeviantOddballGo/Nogo80%0(5%)20%(15%)80%0(5

19、%)20%(15%)Non-target TargetNon-target Target50%50%50%50%Non-target TargetNon-target Target第41页/共110页Oddball 1Oddball 1SmileCry第42页/共110页Oddball 2Oddball 2SmileCryNovel第43页/共110页Example 2MentalarithmeticA+B=?1+234YNNext呈现呈现按键第44页/共110页Selective mental arithmeticLeft Red=2;Right Red=3;Yellow=Ignore第45

20、页/共110页刺激的物理属性与ERP？视觉举例视觉举例.SEQ.SEQ第46页/共110页被试的选择及注意事项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。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第47页/共110页ERP 实验过程（SynAmps&SynAmps 2)SynAmps&SynAmps 2)Setup Setup 文件的创建文件的创建 脑电记录参数的设置（操作讲解）

21、EEGEEG记录前的准备记录前的准备1、被试填写“被试情况表格”；2、关于洗头（使用中性洗头膏）；3、使被试了解实验的科学性和无损伤性；4、详细讲解指导语；5、提醒实验过程中应注意的问题，如放松、少动等。需要说明的是，要告诉被试实验中间可以休息，但要在实验前上厕所；考虑到限制眨眼导致的伪迹可能更大，可以要求被试在自然放松的前提下，尽量少眨眼，但不能限制被试眨眼。第48页/共110页 安放电极安放电极 EEG EEG 预记录预记录脑电基本波形是否正常、脑电基线是否平稳、有无干扰；让被试进行眼睛动作（闭眼睁眼、转动眼球、水平扫视）；如果记录了心电，需要观察心电的基本波形是否正常、节律是否稳定以及心

22、跳周期；如果记录了肌电，需要让被试进行按键反应，以观察肌电记录是否正常；让被试作充分的练习，以及刺激的产生和按键反应是否正确等。第49页/共110页肌电伪迹（Muscle）50周波(50 Cycle)眼动(Eye Movement)伪迹血管(Vascular)出汗(Sweating)电极故障(Electrole pop)电极移动(Electrole Movement)其他：导线断裂、附近设备造成的突然电压冲击 脑电仪器的故障、与呼吸有关的运动、哭泣、吸吮、颤抖或吞咽等。伪迹伪迹（ArtifactsArtifacts）脑电描记中不起源于脑部的电活动干扰。脑电描记中不起源于脑部的电活动干扰。EEG

23、 EEG 正式记录及伪迹识别正式记录及伪迹识别第50页/共110页l这种类型的干扰可表现“尖头脉冲”，通常因持续时间非常短暂而被识别。肌电伪迹常表现为连续性的各种频率的尖头脉冲，还可表现为以极高额率密集爆发的尖头脉冲，这时无法分辨出各自分开的尖头脉冲信号。头皮下肌肉收缩形成的伪迹肌电伪迹第51页/共110页接地不良或高电阻引起。高电阻是因为头皮上未被清除的油脂、脏污或 死亡皮肤所引起。高电阻可以检出任何种类的伪迹，而不仅仅是50周一种。50周波左图为1s的原始脑电波形，Fz记录点出现共计50个正弦样波，即50周；右图为同一批脑电数据，共计4s，50周密集，看起来象一条黑线。第52页/共110页

24、眼睛好象一个充电的电池，其角膜表面一侧为阳性(十)，视网膜一侧为阴性()。这个电池有很大的电压，因此眼球运动时，就会在脑电图上产生明显的偏转。眼电（动）伪迹第53页/共110页一般都是阳性的尖头脉冲。电极故障电极故障任何电极在头皮上移动，甚至是轻微的移动引起。电极移动电极移动第54页/共110页心电伪迹心电伪迹心电图可在身体的几乎任何部位检出，并可能扩展到头部，特别是在电极Al (LE)和A2(RE)。血管脉搏引起脉搏引起电极位于一个随心脏跳动而搏动的血管附近。第55页/共110页引起非常缓慢的波动（0.5-0.5Hz）。出汗第56页/共110页伪迹的剔除伪迹的剔除密切监测非脑电伪迹实验前告知

25、被试关于伪迹的注意事项以减少伪迹确定伪迹的剔除标准 EOG的去除(相关法)PCA/ICA SVD&Spatial Filter第57页/共110页实实验验流流程程ERPs的分析应注意：每个步骤要根据具体的实验设计和要求去设置参数，要理解基本的参数设置原理，以满足不同的研究目的，而不能“傻瓜”分析。第58页/共110页第四讲EEG/ERP 离线分析第一届ERP实验技术培训班第59页/共110页基本过程基本过程（操作讲解）伪迹剔除伪迹剔除（操作讲解）相关法 PCA/ICA SVD平滑化处理平滑化处理（操作讲解）数字滤波的应用数字滤波的应用（操作讲解）第60页/共110页l l波形识别波形识别波形识

26、别波形识别 技术难关，峰潜伏期、波形、头皮分布，技术难关，峰潜伏期、波形、头皮分布，文献、经验。文献、经验。l l测量测量测量测量 波幅：基线波峰；峰峰波幅：基线波峰；峰峰 潜伏期：刺激起始峰顶点；始潜时潜伏期：刺激起始峰顶点；始潜时 波幅反映大脑兴奋性高低，潜伏期反映神波幅反映大脑兴奋性高低，潜伏期反映神经活动与加工过程的速度和评价时间。经活动与加工过程的速度和评价时间。波形识别与测量波形识别与测量第61页/共110页 行为数据测量行为数据测量行为数据测量行为数据测量 反应时、正误率反应时、正误率 反应时的重要性反应时的重要性 （举例）（举例）平均波幅测量平均波幅测量平均波幅测量平均波幅测量

27、 固定法固定法/连续测量连续测量 具体法或间断法具体法或间断法表情特征识别表情特征识别ERPERP成分成分第62页/共110页l l 相减技术（举例）相减技术（举例）标准刺激（1000Hz）出现概率为80%，两种偏差刺激（1050Hz和1500Hz）的概率分别为10%。要求被试集中于视觉区分任务。例例1 1、MMNMMN（mismatch negativity)mismatch negativity)第63页/共110页 Attentional Blink 是指在多重刺激的快速系列视觉呈现刺激流中，被试对前一个刺激的正确辨认影响了其对后继刺激辨认的现象。例2、Attentional Blink

28、的ERPs研究第64页/共110页AB反映了感觉加工过程的抑制？P1和N1成分反映的是感觉过程，受空间注意的调控，即呈现在非注意位置的刺激引起的P1和N1比注意位置要小。如果AB期间与此有相同的注意机制，则AB期间的刺激诱发的P1和N1成分比AB以外的刺激诱发的要小，如果AB反映的是后加工阶段，则AB期间不会出现P1和N1的抑制。第65页/共110页T1T1：奇、偶；T2T2：元音、辅音采用相减的方法解采用相减的方法解决由于决由于RSVPRSVP中中ISIISI太小所带来的太小所带来的ERPsERPs记录困难。记录困难。第66页/共110页第67页/共110页The updating of w

29、orking memorythe P300 componentT1:even or odd digit;T2:15%T1:even or odd digit;T2:15%E,85%E,85%other letterother letterResponse:to press a button if T2 was the Response:to press a button if T2 was the letter E and to make no response to T2 if letter E and to make no response to T2 if it was some oth

30、er latter.it was some other latter.ERPs difference waves:infrequent T2 ERPs difference waves:infrequent T2 category minus frequent T2 category category minus frequent T2 category P300P300第68页/共110页AB期间，P300P3b完全被抑制AB期间感知后阶段加工减弱第69页/共110页（1 1 1 1）测量比较峰）测量比较峰）测量比较峰）测量比较峰潜伏期、潜伏期、潜伏期、潜伏期、始潜时、波幅始潜时、波幅始潜时

31、、波幅始潜时、波幅（2 2 2 2）波形的头皮分布）波形的头皮分布）波形的头皮分布）波形的头皮分布（3 3 3 3）定位分析）定位分析）定位分析）定位分析Repeated measures ANOVARepeated measures ANOVARepeated measures ANOVARepeated measures ANOVAERPsERPsERPsERPs研究主要比较研究主要比较研究主要比较研究主要比较不同条件下的成份差异。不同条件下的成份差异。不同条件下的成份差异。不同条件下的成份差异。统计分析统计分析结果定性分析结果定性分析第70页/共110页ERP时频分析时频分析Basar

32、等（1984，1985）time-frequency analysis 第71页/共110页第72页/共110页ERP时频分析（操作讲解）表情分类&面孔识别第73页/共110页极性翻转极性翻转 （颅内与头皮电位的极性翻转）（颅内与头皮电位的极性翻转）早期生理学研究（海马、海马旁回、杏仁核早期生理学研究（海马、海马旁回、杏仁核 记录到记录到 与头皮顶部与头皮顶部P300P300相反的电位）；相反的电位）；颅内电极听觉颅内电极听觉MMNMMN；鼻尖参考，外侧裂以上的头皮鼻尖参考，外侧裂以上的头皮MMNMMN与乳突与乳突MMNMMN极性极性翻转翻转(N Nt t nen,1992)nen,1992)

33、。脑地形图脑地形图 将放大的脑电信号转换成一种既能定量、又能定性将放大的脑电信号转换成一种既能定量、又能定性的脑波图形，使大脑在某一时间的功能变化与形态的脑波图形，使大脑在某一时间的功能变化与形态定位有机结合。至少定位有机结合。至少1212导记录电极。导记录电极。源分析源分析第74页/共110页脑电地形图脑电地形图 EEG EEG EEG EEG频率地形图频率地形图频率地形图频率地形图 脑电信号脑电信号脑电信号脑电信号 ERPsERPsERPsERPs波幅地形图波幅地形图波幅地形图波幅地形图 图形色彩或形式图形色彩或形式图形色彩或形式图形色彩或形式 彩色、灰度、等高线彩色、灰度、等高线彩色、灰

34、度、等高线彩色、灰度、等高线 维度维度维度维度 二维、三维二维、三维二维、三维二维、三维 实际头型地形图实际头型地形图实际头型地形图实际头型地形图 精确实时地数字化描绘被试的电极位置和头颅形状，精确实时地数字化描绘被试的电极位置和头颅形状，形象地显示三维地形图。形象地显示三维地形图。第75页/共110页VEP-2DVEP-2DfrequencyfrequencyVEP-2DVEP-2DVEP-3DVEP-3D第76页/共110页 偶极子（偶极子（偶极子（偶极子（DipoleDipoleDipoleDipole）是一对数值相等、符号相反的电荷，彼此是一对数值相等、符号相反的电荷，彼此相隔一定距离

35、时形成的体系相隔一定距离时形成的体系。ERPsERPsERPsERPs成份的源成份的源成份的源成份的源 即脑内的偶极子。神经传导递质作用于突即脑内的偶极子。神经传导递质作用于突触后神经元受体的过程中产生的触后神经元受体的过程中产生的突触后电位突触后电位导致了导致了ERPsERPs的产生的产生(Luck,1998)Luck,1998)。头皮电位的分布取决于电流头皮电位的分布取决于电流偶极子的位置与方向。偶极子的位置与方向。源定位源定位源定位源定位 可根据偶极子的数目、时间特征、位置和偶极可根据偶极子的数目、时间特征、位置和偶极子量等因素推导。子量等因素推导。偶极子模型偶极子模型偶极子模型偶极子模

36、型single/multiple dipole modelssingle/multiple dipole models偶极子定位偶极子定位第77页/共110页电流密度（电流密度（电流密度（电流密度（current densitycurrent densitycurrent densitycurrent density）可看作一定容积内）可看作一定容积内）可看作一定容积内）可看作一定容积内的偶极子量的偶极子量的偶极子量的偶极子量 每个偶极子代表一定容积的电流密度每个偶极子代表一定容积的电流密度,偶极子量与所代表的电流密度是成比例的。偶极子量与所代表的电流密度是成比例的。头皮电流密度头皮电流密度头

37、皮电流密度头皮电流密度(Scalp Current Density,SCD)(Scalp Current Density,SCD)(Scalp Current Density,SCD)(Scalp Current Density,SCD)表示的表示的是电流的源和穴是电流的源和穴,有着正性电流密度的头皮源的径向电流有着正性电流密度的头皮源的径向电流即在该区域通过颅骨流进头皮即在该区域通过颅骨流进头皮.在垂直坐标系统的平面表在垂直坐标系统的平面表面面,SCD,SCD可以表示为可以表示为 I=-I=-(2 2V/V/x x2 2+2 2V/V/y y2 2)该公式只适用于把电流计算位置的一小块头皮区

38、看该公式只适用于把电流计算位置的一小块头皮区看作是切面平面的情况作是切面平面的情况.其他情况其他情况(真正的头皮表面真正的头皮表面,球面球面,曲曲面面)需进行修正需进行修正.电流密度电流密度第78页/共110页头皮电流密度的特点头皮电流密度的特点头皮电流密度的特点头皮电流密度的特点 SCDSCD的地形分布很容易呈现的地形分布很容易呈现;由于由于SCDSCD与电位的二阶导数相关与电位的二阶导数相关,所以所以SCDSCD不依赖于用于电位记录的参考电不依赖于用于电位记录的参考电极极,只依赖于头皮的传导性只依赖于头皮的传导性;与电位分布相比与电位分布相比,SCD,SCD分布更集中分布更集中,主要反映皮

39、层发生器的活动主要反映皮层发生器的活动,空间分辨空间分辨率比电位图更高率比电位图更高;与磁场相比与磁场相比,SCD,SCD同时包含径向和切向成分同时包含径向和切向成分.SCDSCDSCDSCD修正方法修正方法修正方法修正方法(F.Perrin,et al.1989)(F.Perrin,et al.1989)将将WahbaWahba关于球面样条的工作应用于电流密度的估算关于球面样条的工作应用于电流密度的估算,简化了简化了SCDSCD的数学求导的数学求导和公式和公式.第79页/共110页头皮电流密度的计算步骤头皮电流密度的计算步骤头皮电流密度的计算步骤头皮电流密度的计算步骤脑电地形图的计算表面通常

40、是平面投影脑电地形图的计算表面通常是平面投影 (projection plane),SCD(projection plane),SCD则把一个球面则把一个球面作为投射平面作为投射平面.电流密度电流密度源分析源分析将成为将成为ERPsERPs定位的主流趋势。定位的主流趋势。从真正的头皮曲面到球面的投影从真正的头皮曲面到球面的投影头皮电流密度的估算头皮电流密度的估算从球面到平面的投影从球面到平面的投影在球面插入电位值在球面插入电位值第80页/共110页Scalp PotentialScalp Current DensityVEPVEP第81页/共110页第五讲第五讲实验分析实验分析第一届ERP实验

41、技术培训班第82页/共110页CNVWalt&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第83页/共110页普通CNV无运动二级CNV（S3呈现）无运动二级CNV（S3不呈现）第84页/共110页CNVCNV的几点注意的几点

42、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。第85页/共110页19781978，NaatanenNaatanen：Oddball实验模式，标准刺激大概率，偏差刺激小概率，双

43、耳分听，对注意耳的偏差刺激进行反应。MMN第86页/共110页l l结果结果结果结果无论注意与否，无论注意与否，250250msms内偏差刺激均比标准刺激内偏差刺激均比标准刺激引起更高的负波引起更高的负波mismatch negativitymismatch negativity，MMNMMN。l l理论解释理论解释理论解释理论解释重复的刺激在脑内留下了痕迹，新输入的刺激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，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，即产生若不同（失匹配）则引起反应，即产生MMNMMN。MMNMMN是在被试者非

44、意识的条件下产生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。的，反映了脑对信息的自动加工。第87页/共110页MMNMMN实验方法的修正实验方法的修正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MMNMMN研究研究第88页/共110页Cross-model Delayed responseSubject 12(7 M,5 F),19-22 y,right-handed.StimuliStandardAuditory800HzVisual368

45、(85%)368(85%)DeviantAuditory1200HzVisual65(15%)65(15%)第89页/共110页Picture Tone ToneExperiment 1Experiment 1 Attending to visual stimuli,ignoring auditory stimuli.Tone Picture Picture Click ToneExperiment 2Experiment 2 Attending to auditory stimuli,ignoring visual stimuli.Press ButtonPicturePress Butto

46、n0-2trials0-2trialsISI500-700msISI500-700ms第90页/共110页ERP Recording and Averaging16 scalp electrodes,left and right mastoidsA nose referenceVEOG&HEOGElectrode impedance 5KSampled at 250 HzFilter setting of 0.1 40 HzRecording epoch:652ms(52ms prestimulus baseline)第91页/共110页第92页/共110页评述评述优点优点 a.刺激间隔时间长

47、,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)第93页/共110页演示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第94页/共110页Attentional Blink的ERP研究例1、Experiment 3 Semantic analysisthe N400 component第95页/共110页Stimuli Related UnrelatedContext word SHOE PICKLEDistractor PNVSZPC KSDWPVZ T

48、1 7777777 8888888Distractor Probe(T2)FOOT TABLEResponse:whether the number string was even or odd and whether the red word was semantically related or unrelated to the context word 第96页/共110页 N400:unrelated-related第97页/共110页Cornelia krancziochCornelia kranczioch等（20032003）重点讨论评述 （教程P207P207）注意事项及思考：

49、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？第98页/共110页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被试的任务直接发生情绪反应情绪情绪ERPsERPs研究研究第99页/共110页 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checkboard 图像（3H

50、z）。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 discriminationJunghfer M.,Bradley MM.,Elbert TR.,&Lang PJ.Psychophysiology,38(2001),175-178第100页/共110页第101页/共110页