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1、ERP研究的实验设计,罗跃嘉 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室,内 容,经典的ERP实验范式 知觉与意识研究 视觉注意研究 记忆研究,语言文字研究 思维研究 情绪与认知的相互关系 结果评价研究,经典范式1：Oddball,Oddball实验模式是指采用两种或多种不同刺激持续交替呈现，它们出现的概率显著不同 组成 标准刺激(standard stimuli)大概率 偏差刺激(deviant stimuli)小概率 令被试对偏差刺激进行反应，因此该偏差刺激称为靶刺激（Target）或目标刺激。 诱发P300、MMN等与刺激概率有关的ERP成分时的经典实验模式。,标准刺激 靶刺激 非靶刺
2、激 刺激缺失 新奇刺激,A B C D,经典范式2：Go-Nogo,两种刺激的概率相等 Go刺激令被试反应的刺激，即靶刺激 Nogo刺激不需被试反应的刺激 特点：排除了刺激概率对ERP的影响；由于没有大小概率之分，大大节省了实验时间，但也丢掉了因大、小概率差异而产生的ERP成分,知觉与意识研究,视知觉组织 局部优先与整体优先 运动知觉启动范式 意识转化研究范式,视知觉组织,视知觉组织是视知觉的基本理论基础。 人类注意的客观视觉世界是由各种图形和景物组成的 根据Marr的视觉计算理论，千姿百态的图形景物都是由20多个最简单的物体构成,Marr氏圆柱体组件,（Farah, 2000）,局部优先与整
3、体优先,关于整体优先还是局部优先的问题涉及选择性注意、大脑视觉信息加工原理，长期争论 特征整合理论:将客体知觉过程分为前注意阶段和特征整合阶段(Treisman,1964,1988） 局部优先观点：以美国MIT脑与认知科学系Marr为代表的视觉计算理论学派,Navon (1977). Cog. Psychol., 9, 353-383.,Perceive global structure and local elements,The role of local selection in hierarchical processing (Han & He, 2003),Neural correl
4、ates of global/local processing of compound stimuli Selective attention task Han et al., 1997, Journal of Cognitive Science, 9, 687-698. Global task: discriminate directions of large arrows Local task: discriminate directions of small arrows,Stimuli,Behavioral results RTs (ms) Global local Consisten
5、t 377 379 Inconsistent 425 459,以拓扑性质为基础的 视觉信息基本表达,Chen, 1982; Zhuo et al, Science 2003,面孔识别与非面孔识别,Tanaka & Farah, 1993,ERPs from striate and peristriate cortex,P100 - dorsal occipital sites,Recordings from the left striate cortex,Left vs. right checkerboards,Stimuli of varying luminance,Ventral face
6、-specific N200,Perception of complex visual scenes,-200,300,550,800 ms,0.0,-2.5,2.5,5.0,7.5,10.0,PO8,N170偶极子源定位在右侧颞枕部（右侧梭状回）吴文，博士论文，2004,视运动知觉启动范式,Single Jump,Unambiguous Ambiguous Left motion Right motion Left - Right (0 - 90 deg) (0 - 270 deg) (0 - 180 deg),F1 F2,Strong Priming No Priming,Test 对照,
7、P1,P3,Double Jump,Test Control,F1 F2 F3,(0 - 90 -270 deg) (0 - 90 - 0 deg),Unambig. Ambiguous,two unambiguous motion jumps in opposite directions,Prime -Target intervals (200, 400, and 1000 ms),Priming Motion Target Motion,无 启 动 弱 启 动 强 启 动,98 162 226 386 418 ms,+2.5 +2.0 +1.5 +1.0 +0.5 0 -0.5 -1.0m
8、V,颞上回,枕叶,hMT+,内侧顶叶,Z=3.09 Z=13.11,a,b,首次确定视运动知觉的启动效应在刺激后98ms首先启动视觉初级皮层 后续活动（400ms左右）发生在内侧颞叶、颞上回、顶叶等更广泛的脑区,0-90-180 0-90-0 ,Same Direction Opposite Direction,1st Motion 2nd Motion,Time,SOA: 200 ms,各种条件下的启动效应,0-90-270 0-180- 90 0-180-0 ,Unambiguous Ambiguous Ambiguous Ambiguous Unambiguous Ambiguous,意
9、识转化研究范式,意识问题通常可以用注意作窗口进行观察 朝向反应产生的过程是注意开启的过程，属于非意识向意识转化的过程 改变Oddball范式，通过朝向反应而研究从非意识向意识转化脑机制的ERP实验范式（魏景汉，2008）,视觉注意研究的实验范式,早期视觉注意研究 ERP与PET/fMRI结合的研究 视听跨通路空间注意范式 空间注意提示范式,早期视觉注意研究,第一个感觉注意的实验（Helmholtz，1894）,鸡尾酒会效应与双耳分听(Chrry, 1953),(Hillyard et al, 1973),左右视野的注意,C1：最早成分，不受注意的影响 P1：对刺激的物理参数敏感；也对空间注意的
10、方向敏感 N1：受空间注意的影响，反映识别加工 P2：靶刺激产生的P2较大，当靶刺激概率减小时，P2效应增强,Luck & Gireli, 1998,.,（Mangun, Hillyard & Luck Attention & Performance 1990）,小结,空间注意调节视觉皮层的早期P1 (80-120 ms) 与 N1 (140-200 ms) 成分； 空间注意为一种知觉增益的控制机制：在“聚光灯”内的刺激信息增强，而“聚光灯”外的信息被抑制； 空间注意具有独特的早期选择机制 （P1-N1效应），控制了与特征与模式整合的高级阶段的通达。,ERP与PET/fMRI结合的研究,符号匹
11、配与空间注意相结合，被试注视中央的红色小十字，任务是注意左侧或右侧圆圈里的符号。ERP：最早的注意效应表现在刺激后120ms的P1成分，而不是更早的C1。 PET确定注意相关激活区在腹侧梭状回。 证实了早期注意效应是发生在刺激后120ms的梭状回。,(Mangun et al., 1997),注意左侧，多靶（16%）；注意右侧，多靶（16%）；注意左侧，少靶（2%）；注意右侧，少靶（2%）；被动（2%无关刺激） （Woldorff et al., 1997）,靶刺激 在下 视野,对侧的背侧枕区、18/19区,（Martinez Hillyard, 1999，2001）,刺激为白色直立的T（占8
12、6）和倒置的T（靶刺激14 ），被9个十字所包围，并叠加在灰色的棋盘格上 以等概率随机出现在左侧视野（LVF）或右侧视野（RVF）。 任务是持续注视中央箭头并按键报告箭头所指注意侧的靶刺激，并忽视注意侧对面的刺激物。,C1无注意效应 注意效应发生在早期P1 、晚期P1和N1注意时其波幅增大,注意梯度的实验设计,随机排列8个喇叭，快速呈现 （ 6/sec） 被试分别注意中央喇叭 (S1)或周围喇叭 (S8), 任务是识别偶尔(16%)出现的靶刺激（高音） 叠加8种（喇叭）位置条件下的ERPs波形,视听跨通路空间注意范式,行为结果,S1产生的ERP S8产生的ERP,“跨通路延迟反应”范式,Blo
13、ck 1：注意图片，忽视声音 Picture Tone Tone Red Cross,Discriminate wait and capture react the imperative signal,Block 2：注意声音，忽视图片 Tone Picture Click,(0-2 trial),(0-2 trial),既可减慢刺激呈现速度，又可提高非注意纯度,ERP Components in the Paradigm of “Cross-modal Delayed Response ”,听觉 视觉,注 意 非注意,记忆痕迹的失匹配机制通路特异性，而形成痕迹的机制通路上机制 据此提出注意早
14、晚选择因条件而异的注意过滤器可塑性假说,空间注意提示范式,有效提示与无效提示 中心提示 周围提示 线索与靶的间隔 对单视野的提示 空间范围的等级提示,Valid Cue,Invalid,Neutral,经典的中央性提示,Valid Invalid,(Mangun & Hillyard, 1991),RVF-Left Hemisphere LVF-Right Hemisphere,间隔对P1效应的影响(Grorge & Mangun, 1998),固定注视点 1400 ms,提示箭头 200-500 ms,目标 50 ms,屏蔽 200 ms,(Luck et al., 1994),Valid
15、vs. Invalid,Valid vs. Neutral,Invalid vs. Neutral,周围提示,周围提示,A 为4个点组成的提示提示，各点以等概率随机出现于左右视野；b、c是不同格子的棋盘格；有效提示占75（Fu et al., 2001）。结果发现，无效条件下P1潜伏期短于有效条件，对侧视野无效刺激产生的N1与有效条件相比较，N1波幅较大而潜伏期较短（见图416下排右）。他们认为周围提示产生的ERP早期效应提示了有别于有意注意条件的ERP效应(Fu et al., 2001)。,A,Task: Left button-consonant Right button-vowel,Letter: A, B, D, E, H, L, P, R, S, T, U,Central Symbol Cue,LVF-Right Hemi RVF-R Hemi Difference Wave,Contral Ipsil,Valid Invalid,(Luo et al, 2002),对上下视野的提示,采用经典的O
