ERP技术概述

ERP技术概述贾会宾华中师范大学心理学院目录•ERP的神经机制•ERP数据提取过程•ERP成分命名•ERP实验范式及典型ERP成分（或效应）•ERP实验设计ERP的神经机制•Electroencephalography,EventRelated-Potentials•EEG：不断发生/自发；ERP：诱发才有•ERP是淹没在EEG中，通常观察不到，需提取•事件相关电位（Event-relatedPotential,ERP）的定义：当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，以及当某种心理因素出现/变化时在脑区所产生的电位变化ERP数据提取过程•一般来说，一次刺激诱发的ERP的波幅约为2～10μV，比自发电位（EEG）小得多，淹没在EEG中，二者构成了小信号与大噪音的关系，因此无法直接测量。但是，ERP有两个重要特性：潜伏期恒定、波形恒定；与此相对，EEG则是随机变化的。所以，可以利用这两个恒定，通过叠加，从EEG中提取出ERP（画图）•叠加平均的理论假设：•假设1:Allsourcesofvoltagearerandomwithrespecttotime-lockingeventexcepttheERP•假设2:TheamplitudeoftheERPsignalisthesameoneachtrial•假设3:ThetimingoftheERPsignalisthesameoneachtrialERP成分命名潜伏期：早（10ms以内）、中(10~50ms)、晚成份(50~500ms)、慢波（500ms以后）命名：正－P，负－N，潜伏期（第几个）成份：外源性成分、中源性成分、内源性成分和纯心理波ERP实验范式及典型ERP成分（或效应）•1.Oddball范式•2.Go-Nogo范式•3.特定认知领域实验研究范式（记忆、语言、思维）•4.典型ERP成分（或效应）：C1、P1、N170、N2、P300、N400、ERN、MMN等等•Oddball范式•ERP的实验范式，主要就是指刺激序列的呈现方式和规定被试进行反应的实验程序模式•Oddball的字面意思是“怪球”，很形象地概括了这种范式的特点：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，经常出现的刺激称为大概率或标准刺激，偶然出现的称为小概率或偏差刺激。令被试对偏差刺激进行反应，因此该偏差刺激称为靶刺激或目标刺激。一般要求被试对靶刺激作按键或计数反应。•Oddball范式还有几种变式：•变式一：同样两种刺激物，在一系列规律呈现的刺激物中，偶然缺失一些刺激。缺失的刺激物即是靶刺激•变式二：三种刺激物，其中一种大概率占60%，小概率刺激两种，各为20%。在小概率刺激中，被试对其中一种刺激做反应，该刺激为靶刺激，而另一种不做反应的叫非靶刺激•变式三：以上三种模式中，偶然插入一种新异的刺激——新奇刺激，令被试感到惊奇，可以产生新异P3成分•Oddball范式是诱发P300、MMN等与刺激概率有关的ERP成分时常用的经典实验范式•Go-Nogo范式•两种刺激的概率相等。令被试反应的刺激叫做Go刺激，即靶刺激；不需被试反应的刺激叫做Nogo刺激。该范式也叫做Go与Nogo作业•这种范式排除了刺激概率对ERP的影响；由于没有大小概率之分，大大节省了实验时间，但也丢失了因大、小概率差异而产生的ERP成分•特定认知实验研究范式•1.记忆（如n-back范式）---------veryusefullinmentalworkloadresearch•典型ERP成分（或效应）•1.失匹配负波（mismatchnegativity,MMN）•RistoNäätänen(1978)--------听觉MMN•RainerCammer(1990)----------视觉MMN•双耳分听Oddball范式：标准刺激（如1000Hz的短纯音）和偏差刺激（如800Hz的短纯音）在被试两耳呈现。令被试双耳分听，即只注意一只耳朵的声音并对偏差刺激进行反应，而不注意另一只耳朵的声音。结果无论注意与否,偏差刺激引起的ERP减标准刺激引起的ERP的差异波，在100~250ms出现一个明显的负成分------即听觉MMN•当刺激与任务相关时，其他一些成分也会敏感于刺激之间的失匹配，但MMN即使在刺激与任务不相关的情况下也能观察到（如当呈现听觉刺激时，要求被试读书）。但是，如果被试非常强烈地集中注意于另一只耳朵的竞争性刺激，那么对于这只耳朵的失匹配刺激，MMN也会消失•MMN可能反映了一种相对的自动化过程，这个过程对输入刺激与先前刺激的感觉记忆痕迹进行比较•MMN的性质•听觉MMN:额-中央区最大，产生自听觉皮层，150~250ms；标准刺激和偏差刺激越大，MMN波幅越大，MMN潜伏期提前（甚至可能与N100重叠）•视觉MMN:当与标准刺激相比，偏差刺激的大小、颜色、呈现时间变化时会产生MMN。枕叶最大，产生自初级视觉皮层，150~250ms•2.N2诸成分•2.P300•1965年Sutton等发现，“Science”•Oddball实验模式•最初发现的P3是在300ms左右出现的正波（靶刺激），5~20μV，顶叶Pz最大•随着与P300类似的成分的不断发现，其潜伏期已经逐渐扩展到800ms，使得P300逐渐形成了一个包含多个子成分的家族------------晚正复合体（latepositivecomplex）•P300家族的另一个最常见的成员是P3a（额叶最大，潜伏期小于经典的P300，反映朝向反射）---------------将顶叶P3称为P3b，将额叶P3称为P3a（一般情况下，若不加说明，P300或P3这一术语指的是P3b）•P300的性质•P300的波幅与所投入的心理资源量成正相关，其潜伏期随任务难度增加而变长----------veryusefullinmentalworkloadresearch•P300的波幅和潜伏期与认知过程的难度相关，而与反应选择阶段的难度无关。•Donchin（1981）认为，P300的潜伏期反映的是对刺激物的评价或分类所需的时间，而P300波幅反映的是工作记忆中表征的更新。后一种观点得到支持更多，这意味着P300也许可成为研究高级认知过程，比如工作记忆的脑机制，特别是过程机制问题•注意效应：只有注意条件下才出现P300•概率效应：靶刺激概率越小，P300波幅越高•3.错误相关负波（Error-relatednegativity，ERN）•被试反应错误后出现。即使他没有意识到自己犯错了，ERN也会出现；但是当被试意识到自己的错误反应时，ERN更大•MichaelFalkenstein,J.Hohnsbein,J.Hoormann,&L.Blanke(1990)W.J.BillGehring,D.E.Meyer&E.Donchin(1990)•性质•ERN是反应锁定（肌电EMG）的ERP成分。当被试做出错误反应时，该成分即开始；一般在错误反应发生后的80~150ms达到波峰，或肌电活动开始后的40~80ms•额区和中央区最大，源自扣带前回•产生ERN的主要实验范式•（1）Eriksenflankertask:•Subjectswereinstructedtomakeadirectionalresponsestocertainletters,forexamplearightresponsetothelettersHandK,andaleftresponsetoSandC.•Eachstimulusconsistedofasetofsevenletters,withthetargetinthecentralposition.•ExamplesofcongruentstimuliwouldbeHHHKHHHandCCCSCCC,whereboththetargetandtheflankerscorrespondtothesameresponse.ExamplesofincongruentflankerstimuliHHHSHHHandCCCHCCC,wherethecentraltargetletterandtheflankerscorrespondtooppositeresponses•Go/NogotaskERP实验设计•1.试次数目：•P3/N400:30-40trialspercondition(e.g.,30rare)•N2pc/ERN:100-200trialspercondition•P1/N1:300-600trialspercondition•60minutesof“runtime”persession•Runsof4-6minuteswith2-320-secondbreaks–Lessmakesitinefficienttodealwithelectrodes,etc.–Moreleadstofatigue–Somelabsdoall-daysessionswithlotofbreaks•SOA过短会导致ERP成分（特别是早期成分的重叠）；但是过长会浪费计算机的存储空间，并延长必要的实验时间•当你比较两种条件的ERP时，需要确保他们的刺激物理属性相同，差别仅在于心理因素•需要确保两种条件的信噪比差异不是太大•NeverassumethattheamplitudeandlatencyofanERPcomponentarelinearlyorevenmonotonicallyrelatedtothequalityandtimingofacognitiveprocess.Thiscanbetested,butitshouldnotbeassumed