事件相關(guān)電位

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

2、 早潛伏期誘發(fā)電位視覺(jué)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(jué)誘發(fā)電位 慢波 臨床上實(shí)用起見(jiàn)，將誘發(fā)電位分為兩大類(lèi)：與感覺(jué)或運(yùn)動(dòng)功能有關(guān)的外源性刺激相關(guān)電位和與認(rèn)知功能有關(guān)的內(nèi)源性事件相關(guān)電位。,,,按刺激的種類(lèi)： 按潛伏期的長(zhǎng)短聽(tīng)覺(jué)誘發(fā)電位

3、 早潛伏期誘發(fā)電位視覺(jué)誘發(fā)電位 中潛伏期誘發(fā)電位體感誘發(fā)電位 晚(長(zhǎng))潛伏期誘發(fā)位味覺(jué)誘發(fā)電位 慢波 臨床上實(shí)用起見(jiàn)，將誘發(fā)電位分為兩大類(lèi)：與感覺(jué)或運(yùn)動(dòng)功能有關(guān)的外源性刺激相關(guān)電位和與認(rèn)知功能有關(guān)的內(nèi)源性事件相關(guān)電位。,,,,ERP的概念ERPs（Event-Related Pote

4、ntials），即事件相關(guān)電位，是一種特殊的腦誘發(fā)電位。指當(dāng)外加一種特定的刺激，作用于感覺(jué)系統(tǒng)或腦的某一部位，在給予刺激或撤消刺激時(shí)，在腦區(qū)引起的電位變化。,ERP是與刺激有固定時(shí)間關(guān)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(jué)、聽(tīng)覺(jué)、體感等物理刺激和心理因素，在大腦內(nèi)引起的相關(guān)反應(yīng)，客觀的表達(dá)出來(lái)，為觀察認(rèn)知活動(dòng)在不同時(shí)間進(jìn)程中的腦功能活動(dòng)狀態(tài)，研究人類(lèi)心理和行為的神經(jīng)機(jī)制，以及認(rèn)知的發(fā)展、成熟、衰退過(guò)程提供可靠的實(shí)驗(yàn)技術(shù)

5、方法。 因其無(wú)創(chuàng)傷，具有血液動(dòng)力學(xué)缺乏的高時(shí)間分辨率（毫秒級(jí)），便于反應(yīng)認(rèn)知的動(dòng)態(tài)時(shí)間特征，是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)不可或缺的工具。,ERP的特點(diǎn),ERPs不像普通誘發(fā)電位記錄神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)刺激本身產(chǎn)生的反應(yīng)，而是大腦對(duì)刺激帶來(lái)的信息引起的反應(yīng)。是在注意的基礎(chǔ)上，與識(shí)別、比較、判斷、記憶、決斷等心理活動(dòng)有關(guān)，反映了認(rèn)知過(guò)程中大腦的神經(jīng)電生理改變，是了解大腦認(rèn)知功能活動(dòng)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(guān) ERPs屬于長(zhǎng)潛伏期誘發(fā)電位，測(cè)試時(shí)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(dòng)被試認(rèn)知過(guò)程的參與； ERPs是一種特殊的誘發(fā)電位，屬于近場(chǎng)電位。,,,,ERP的基本原理,活的人腦總會(huì)不斷放電，稱(chēng)為腦電（EEG），但成分復(fù)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(dòng)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(guān)腦電有兩個(gè)重要特性：潛伏期恒定、波形恒定；與此相對(duì)，自發(fā)腦電則是隨機(jī)變化的。所以，可以將同一事實(shí)多次引起的多段腦電記錄下來(lái)，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(jìn)行多次疊加，由于自發(fā)腦電或噪音是隨機(jī)變化，有高有低，相互疊加時(shí)就出現(xiàn)正負(fù)抵消的情況，而ERP信號(hào)則有兩個(gè)恒定，所以不會(huì)被抵消，反

8、而其波幅會(huì)不斷增加，當(dāng)疊加到一定次數(shù)時(shí)，ERP信號(hào)就顯現(xiàn)出來(lái)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(fù)原形，即還原為一次刺激的ERP數(shù)值。所以ERP也稱(chēng)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(guān)電位波形圖?！?因此，對(duì)于ERP研究來(lái)說(shuō)，為了提取事件相關(guān)腦電位變化，傳統(tǒng)上不得不進(jìn)行多次重復(fù)刺激（次數(shù)記為n）?，F(xiàn)在，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)疊加技術(shù)輕松實(shí)現(xiàn)上述過(guò)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(fù)電壓波動(dòng)所組成。我們把這些波動(dòng)叫峰、波或成分。如右圖所示，這些峰被標(biāo)示為P1，N1，P2，N2，P3。,傳統(tǒng)上“P”與“N”分別表示正走向與負(fù)走向峰，而數(shù)字則表示這個(gè)峰在波形中的位置（它也常常用具體的潛伏期來(lái)表達(dá)，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(gè)例外

10、，它常常是第二個(gè)主要的負(fù)成分，我們就不能用波形的位置來(lái)命名了。,ERP的先驅(qū)研究者經(jīng)過(guò)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(shí)所使用的一些研究方法對(duì)于后來(lái)者有啟發(fā)。其中與心理學(xué)研究密切相關(guān)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(chēng)為大概率或標(biāo)準(zhǔn)刺激,偶然出現(xiàn)的稱(chēng)為小概率或偏差刺激。令被試對(duì)偏差刺激進(jìn)行反應(yīng)，

11、因此該偏差刺激稱(chēng)為靶刺激。這是誘發(fā)P300、MMN等與刺激概率有關(guān)的ERP成分時(shí)常用的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?,Go/Nogo范式,給被試兩種刺激，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。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(dāng)被試辨認(rèn)“靶刺激”時(shí)，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(rèn)為，P300反映的是工作記憶中表征的更新。

12、也有認(rèn)為P300是信息加工容量的指標(biāo)，反映了受注意和工作記憶聯(lián)合調(diào)控的事件分類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)。P300受主觀概率，相關(guān)任務(wù)，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(fù)波，它的也是采用Oddball范式得到的。MMN反映的是人腦對(duì)刺激差異的無(wú)意識(shí)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(shuō)明人腦有對(duì)刺激間差異進(jìn)行無(wú)意識(shí)加工的能力，或者說(shuō)人腦能夠?qū)Σ煌碳ぷ?/p>

13、動(dòng)地做出不同的反應(yīng)。,N2,N2波是一個(gè)潛伏期在200--300ms的負(fù)波，有多個(gè)成分,不同任務(wù)，不同腦區(qū)的N2有不同的意義。N2pc反映了視覺(jué)搜索過(guò)程中對(duì)靶刺激的空間選擇性加工，是與視覺(jué)空間注意分配相關(guān)的唯一ERP指標(biāo)Nogo-N2反映了對(duì)既定反應(yīng)傾向的抑制，也有研究認(rèn)為反映對(duì)沖突的監(jiān)控,,ERP實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì),頭部定位系統(tǒng),ERP記錄裝置是一個(gè)電極帽，上面有多個(gè)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(guó)際腦電圖學(xué)會(huì)

14、1958制定的10－20系統(tǒng)（Jesper,1958）確定的。每一個(gè)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(duì)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(shí)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(dòng)(ElectroleMovement)其他：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

16、有關(guān)的運(yùn)動(dòng)、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(dòng)干擾,肌電偽跡,這種類(lèi)型的干擾可表現(xiàn)“尖頭脈沖”，通常因持續(xù)時(shí)間非常短暫而被識(shí)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?yàn)轭^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(lèi)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(diǎn)出現(xiàn)共計(jì)