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1、ERP 基本理论与实验设计基本理论与实验设计苏州大学心理与教师教育实验教学中心疏德明ERP 简介简介n n一、是什么？n n二、做什么？n n三、为什么做？n n四、怎么做？n n活的人脑（身体其它部位也一样身体其它部位也一样身体其它部位也一样身体其它部位也一样）总会不断放电，称为脑电（EEG），但成分复杂而不规则。正常的自发脑电一般处于几微伏到75微伏之间。而由心理活动所引起的脑电比自发脑电更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在自发电位中。所以ERP需要从EEG中提取。通过叠加技术获得的与事件发生进程有锁时通过叠加技术获得的与事件发生进程有锁时（time-locktime-lock）关系的脑
2、电就称为事件相关电位）关系的脑电就称为事件相关电位（ERPERP）ERPERP定义定义广义广义: : 凡是外加一种特定的刺激作用于机体，在给予刺激或撤凡是外加一种特定的刺激作用于机体，在给予刺激或撤消刺激时，在神经系统任何部位引起的电位变化消刺激时，在神经系统任何部位引起的电位变化 。属于心理生理学研究范畴属于心理生理学研究范畴撤消刺激时引起电位的物理量约等于给予刺激时的1/7狭义：凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统的某一部位，在给予刺激或撤消刺激（）时，在脑区脑区引起的电位变化。三个概念的区别与联系三个概念的区别与联系n nEEG（electroencephalography) :脑电图
3、，由脑电仪直接记录到的电位与时间的相互关系的平面图。n nEP (evoked potentials)：神经系统对刺激本刺激本身身产生的反应。（普通的诱发电位）n nERP (event-related potentials)：既与刺激的物理属性相关又与心理因素相关（任何区分只有相对意义，（任何区分只有相对意义，ERPERP的早期成分中包含的早期成分中包含EPEP，分析，分析ERPERP时要求熟悉时要求熟悉EEGEEG与与EPEP的基本特征）的基本特征） 外源成分外源成分VSVS早期成分早期成分为什么为什么ERP可以通过叠加平均得出？可以通过叠加平均得出？n nERPERP的两个重要特征的两个
4、重要特征 事件相关脑电有两个重要特性：事件相关脑电有两个重要特性：潜伏期潜伏期潜伏期潜伏期恒定恒定恒定恒定、波形恒定波形恒定波形恒定波形恒定；与此相对，自发脑电则是随机；与此相对，自发脑电则是随机变化的。所以，可以将同一事实多次引起的变化的。所以，可以将同一事实多次引起的多段多段多段多段脑电脑电脑电脑电记录下来，但每一段脑电都是各种成分的综记录下来，但每一段脑电都是各种成分的综合，包括自发脑电（噪音）。将由相同刺激引起合，包括自发脑电（噪音）。将由相同刺激引起的多段脑电进行多次叠加，由于自发脑电或噪音的多段脑电进行多次叠加，由于自发脑电或噪音是随机变化，有高有低，相互叠加时就出现正负是随机变化
5、，有高有低，相互叠加时就出现正负抵消的情况，抵消的情况，而而而而ERPERPERPERP信号则有两个恒定，所以不会信号则有两个恒定，所以不会信号则有两个恒定，所以不会信号则有两个恒定，所以不会被抵消，反而其波幅会不断增加被抵消，反而其波幅会不断增加被抵消，反而其波幅会不断增加被抵消，反而其波幅会不断增加，当叠加到一定当叠加到一定次数时，次数时，ERPERP信号就显现出来了。信号就显现出来了。 n nERP是平均诱发电位 叠加n次后的ERP波幅增大了n倍，因而需要再除以n，使ERP恢复原形，即还原为一次刺激的ERP数值。所以ERP也称为平均诱发电位，平均指的是叠加后的平均。这样就获得了所希望的事
6、件相关电位波形图。 -200200400600800 ms-2.0-4.02.04.06.0潜伏期潜伏期基线基线峰峰峰峰峰峰ERP的优势的优势n n极高的时间分辨率极高的时间分辨率极高的时间分辨率极高的时间分辨率 ERPERP是刺激事件引起的实时脑电波，在时间精度可达到微是刺激事件引起的实时脑电波，在时间精度可达到微秒级（采样率可达秒级（采样率可达2000020000次次/ /秒）。秒）。n nERPERP可以与行为数据很好融合可以与行为数据很好融合可以与行为数据很好融合可以与行为数据很好融合 特别是反应时间（特别是反应时间（RTRT）很好地配合，以研究认知加工过程）很好地配合，以研究认知加工
7、过程的规律。的规律。n n一定程度上实现发生源的平面、立体定位一定程度上实现发生源的平面、立体定位一定程度上实现发生源的平面、立体定位一定程度上实现发生源的平面、立体定位（不过空间分辨率不高，只能达到厘米级，主要的影响因素（不过空间分辨率不高，只能达到厘米级，主要的影响因素是容积导体效应与封闭电场问题。另外，是容积导体效应与封闭电场问题。另外，ERPERP只能采用数只能采用数学推导来实现脑电的源定位，比如偶极子，这种方法的可学推导来实现脑电的源定位，比如偶极子，这种方法的可靠性也是有限的）靠性也是有限的）n n无创性、设备相对简单，对环境要求不高无创性、设备相对简单，对环境要求不高二、做什么？
8、二、做什么？n n极高的时间分辨率极高的时间分辨率考察事件认知的精细过程考察事件认知的精细过程考察事件认知的精细过程考察事件认知的精细过程n n与行为数据的很好融合与行为数据的很好融合考察不同反应时与正确率时的考察不同反应时与正确率时的考察不同反应时与正确率时的考察不同反应时与正确率时的ERPERPn n一定程度上的发生源定位一定程度上的发生源定位对相关事件进行脑区定位，是以前反应时无法做到对相关事件进行脑区定位，是以前反应时无法做到对相关事件进行脑区定位，是以前反应时无法做到对相关事件进行脑区定位，是以前反应时无法做到的的的的选选 题题n n事件差异：输入输出通道、事件的内容与呈现顺序、要求
9、的认知过程n n个体差异 ：年龄、性别、文化背景（民族-如研究种族歧视）、语言、习俗-）、生理（疾病）、心理（人格、情绪、技能、智力-）n nERP 事件、个体差异鉴别确认四、怎么做四、怎么做-实验程序实验程序n n实验前n n实验时n n实验后实验前实验前1、提出有价值、可操作性问题 2、疏理研究的基本理论、提出研究假设3、设计出作业任务、刺激呈现、记录方式（行为数据的采集，包括反应时间、按键反应、正确率和错误率、以及事后的口语报告（由于口语报告会产生大量肌电，所以ERP研究一般不能进行实时的口语报告或出声思维-）实验时实验时n n1、电极的安置 （作用电极、参考电极、）接地电极）n n2、
10、相关参数（电阻、放大倍数、带宽、釆样率、陷波）n n3、预实验（基本波形、眼睛动作、心电、肌电、练习）n n4、正式实验（创建文件名、记录安静时脑电、监控伪迹）实验后实验后（一）EEG的离线分析（二）ERP分析（三）结合已有研究对分析结果进行解释，写实验报告或论文（一）（一）EEG的离线分析的离线分析1 1、合并行为数据和脑电预览、合并行为数据和脑电预览2 2、去眼电、心电、肌电伪迹、去眼电、心电、肌电伪迹3 3、脑电分段、脑电分段4 4、基线校正、基线校正5 5、去除伪迹、去除伪迹6 6、叠加平均、叠加平均7 7、平滑化处理、平滑化处理/ /数字滤波数字滤波8 8、总平均、总平均-得出得出E
11、RPERP波形图波形图（分析步骤基本顺序不要轻易调（分析步骤基本顺序不要轻易调换）换）B.ERPB.ERP数据提取过程数据提取过程 EEG 放大 A/D 叠加 总 测量 转 排伪 存盘 平 绘图EOG 模滤 换 数滤 均 统计 模拟/数字 磁带记录 (离线式)（二）（二） ERP分析技术与方法分析技术与方法n n1 1、时域特征的分析、时域特征的分析n n2 2、时频分析、时频分析n n3 3、脑电地形图与脑电、脑电地形图与脑电密度图密度图n n4 4、ICAICA与偶极子溯源与偶极子溯源分析分析（一）时域特征的分析（一）时域特征的分析n n得得到到一一系系列列波波形形后后，要要从从中中识识别
12、别不不同同成成分分以以及及成成分分所所代代表表的的心心理理意意义义是是ERPERP研研究究的的技技术术难难点点。一一般般通通过过峰峰潜潜伏伏期期、波波形形及及其其头头皮皮分分布布，参参照照总总平平均均图图与与相关研究文献相关研究文献进行判断，而进行判断，而丰富的丰富的经验经验也很重要。也很重要。n n波波幅幅测测量量有有基基线线波波峰峰和和波波峰峰波波峰峰两两种种，潜潜伏伏期期常常以以刺刺激激起起始始点点到到波波峰峰顶顶点点之之间间的的时时间间段段代代表表。一一般般认认为为，波波幅幅反反映映大大脑脑的的兴兴奋奋性性高高低低，而而潜潜伏伏期期则是神经活动与加工过程的速度与评价的时间则是神经活动与
13、加工过程的速度与评价的时间。n n将不同事件（条件）引起的脑电波形加以比较，重点比较的内容包括：潜伏期、始潜时和波幅等指标，两种条件造成的波形在头皮上的分布情况，以及定位分析。-200200400600800 ms-2.0-4.02.04.06.0潜伏期潜伏期基线基线峰峰峰峰峰峰 设置条件设置条件1 1与条与条件件2 2，分别产生，分别产生A A峰峰B B峰。峰。 测量并比较峰测量并比较峰A A与峰与峰B B的潜伏期、始潜的潜伏期、始潜时、波幅等指标。时、波幅等指标。 比较条件比较条件1 1与条与条件件2 2的波形在头皮的分的波形在头皮的分布。布。相减技术相减技术相减技术的运用，对于提取更为纯
14、粹的、与相减技术的运用，对于提取更为纯粹的、与心理机制相关的心理机制相关的ERPERP成分具有重要意义。成分具有重要意义。脑电地形图脑电地形图n n是是将将脑脑电电信信号号转转换换成成一一种种既既能能定定量量也也能能定定性性的的脑脑波波图图形形，可可以以将将大大脑脑在在某某一一时时间间点点上上的的功功能能变变化化与与形形态态定定位位有有机机地地结结合合起起来来（将将功功能能状状态态与与激激活活状状态态结结合合起起来来）。地地形形图图中中相相同同颜颜色色的的区区域域代代表表激激活活程程度度相相同同（电电压压相相等等）。要要绘绘出出脑脑地地形形图图至至少少需需要要1212导记录电极，理论上越多越好
15、。导记录电极，理论上越多越好。n n脑脑电电地地形形图图可可以以看看作作大大脑脑各各部部位位的的激激活活在在头头皮皮上上的的表表现现。地地形形图图可可分分为为二二维维（平平面面）地地形形图图、三三维维（立体）地形图和实际头形地形图。（立体）地形图和实际头形地形图。根据图形的色彩或形式，可将地形图分为：彩色根据图形的色彩或形式，可将地形图分为：彩色地形图、灰度地形图地形图、灰度地形图、等高线地形图等高线地形图偶极子定位偶极子定位n n偶偶极极子子（dipoledipole）是是由由多多对对数数值值相相等等、符符号号相相反反的的电电荷荷，彼彼此此相相隔隔一一定定距距离离时时形形成成的的体体系系。偶
16、偶极极子被认为是子被认为是ERPERP的脑内源。的脑内源。n n在在神神经经冲冲动动的的传传导导过过程程中中，在在两两个个神神经经元元之之间间的的突突触触处处形形成成负负离离子子占占优优，在在下下一一个个神神经经元元的的顶顶树树突突处处形形成成一一个个纯纯粹粹的的细细胞胞外外负负电电位位，同同时时在在此此神神经经元元的的其其它它部部分分（细细胞胞体体和和基基底底树树突突）又又形形成成一一个个纯纯粹粹的的正正成成分分，这这样样就就构构成成了了一一个个微微小小的的电电流偶极子。流偶极子。偶极子产生原理示意偶极子产生原理示意n n当刺激引起大脑某部位激活时，多个相同方式激活的神经元所构成的电流偶极子将累加，这样将形成一个大偶极子其电位将通过大脑的传导到达头皮，虽受到脑脊膜和颅骨的阻抗，但仍可在头皮记录到。n nERP在头皮记录到的就是这种脑电信号。通过逆运算（inverse operation），即根据结果来估计原因，从头皮记录到的脑电情况来逆推其发生源，因而偶极子的确定严重依赖于算法，由于导联数目的限制和脑电在脑内传导时衰减和扩散，其准确性受到影响。谢谢观看！
