erp设备-杜博琪北师大课程

ERP设备&实验流程杜博琪脑电的缘起1875年：英国利物浦的生理学教授李察·卡（RichadCaton）在兔子的大脑皮质表面记录到一种电波，此电波与呼吸或心跳无关，是一种脑部的生理变化，随着动物受麻醉或缺氧而破坏，且动物在死亡后消失。后来他又发现刺激动物的身体能使脑波发生变化他利用这种变化来研究身体之部位与大脑皮质区的关系，并探讨大脑皮质区的功能，成为后来神经诊断学中诱发电位（evokedpotential）发展的基础。RichardCaton,1842-1926脑电图1929年，德国精神柯医师汉斯伯格（HansBerger），首次发表人类的脑波记录，并命名为脑电波图(electroencephalogram)简称EEG，此后脑电开始被应用在医学的领域。从字面意义上来看electro－electrical－电的；encephalo－brain－大脑的；gram(ma)－picture－图像。所指的就是记录大脑活动时的电波变化。HansBerger(1873-1941)现代脑电设备诞生纸质媒介记录的终结放大器的基本构成提纲一.ERP设备1.放大器2.滤波器3.电极4.刺激呈现二.实验流程1.实验申请2.伦理审查3.主试须知为什么要了解设备？1.干净的数据无可替代2.数据的解释3.方法的创新干净数据的无可替代性ERP噪声水平和叠加trial数的关系噪声水平约等于trial数的平方根的倒数例如：49trials=72or14.29%ofsignalcouldbenoise肌电、50周、出汗、电极移动等。。。增加叠加次数？事先检查设备状态，减少可能的噪声，最终节省的是自己的时间干净数据的无可替代性同一个block内的trial，前后的效果也是不同的连续记录100个听觉诱发电位分别将前25个trial和后25个trial叠加效果见右图并不一定是trial数越多越好如果你是研究者或者审稿人…你在发表自己的ERP研究报告时，要说明哪些记录参数？记录参数的变化是如何影响到分析的结果的？一篇ERP研究报告，在方法部分，你应该关注哪些参数？将脑电与其他方法联合应用于研究•Goodtimeresolution,mscomparedtoswithfMRI•Portableandaffordable•MoretoleranttosubjectmovementthanfMRI•EEGissilentandsousefulforstudyingauditoryprocessing•Lowspatialresolution•Artifacts/NoiseEEGcombinedwithTMSEEGcombinedwithfMRI工欲善其事，必先利其器模数转换器（A/Dconvertor）关系到ERP设备的采样能力：2nisthefullrangeofvalues:8bitA/D=28=256(range=0-255)10bitA/D=210=1024(range=0-1023)12bitA/D=212=4096(range=0-4095)16bitA/D=216=65536(range=0-65535)目前设备的转换位数：A/DResolution:24bit采样率（SampleRate）BrainStemEvokedResponse(BSER)1-15msPeakDuration1-1.5ms5-7peakstoresolveSample1/5-1/10msMiddleLatencyResponse15-65msPeakDuration3-5msSample1/2-1msCognitivecomponents65-1000msPeakDuration20-100msSample4-5msCNV-ContingentNegativeVariation2S-10SPeakDuration5-10S听觉诱发电位采样率：10000Hz低通滤波：3000Hz以上高通滤波：100-150Hz核磁环境下采集传统条件下的EEG信号核磁环境下的EEG信号幅度50微伏左右5000微伏频率低频成分比较多，基本上在100hz以下频率非常高，而且能量很大采样率：20000Hz或以上放大范围：10mv以上电极的选择：防止灼伤差分放大电路EEG信号放大是通过差分放大器放大“记录电极-接地电极”和“参考电极-接地电极”之差来实现的。如果输入阻抗很高，差分放大器共模抑制能力的被削弱，导致电路的底噪声难以去除。这种噪声难以通过算法在后处理中去除。直流采集（DC）/交流采集（AC）直流放大器/交流放大器交流放大器有电容的隔直作用，可降低漂移噪声电路复杂，放大级数有限，不够灵活直流放大器的优点是失真小，可以接成级数无限的多级放大电路，放大倍数可以很高，能够放大直流信号或变化极其缓慢的交流信号。漂移参考点的选择鼻尖、鼻根头顶（Vertex）乳突（mastoid）耳垂（Earlobe）头部以外的部位（Back、Leg等）平均参考（Average，如果电极很多的话，建议使用）选择一个点作为参考，越靠近参考的记录电极，波幅越小。参考点的选择对数据的“影响”Joyce&Rossion,2005滤波器高通滤波HighPassFilter-attenuatesLOWfrequencywhile“saving”orpassingthroughtheHIGHfrequencies(lowfrequencyfilter,lowbandpassfilter)低通滤波LowPassFilter-attenuatesHIGHfrequencywhile“saving”orpassingthroughtheLOWfrequencies(highfrequencyfilter,highbandpassfilter)截止频率、时间常数…滤波器的参数会影响到ERP的波幅和潜伏期滤波对ERP的影响低通滤波：阻止高于所设参数的频率成分进入低通越小会导致ERP成分的峰潜伏期增加高通滤波：阻止低于所设参数的频率成分进入高通增加会导致ERP成分峰潜伏期的减少，波幅减小反之亦然滤波参数：0.3-100Hz低通滤波的影响滤波参数：0.3-30Hz低通滤波的影响滤波参数：0.3-10Hz低通滤波的影响滤波参数：0.3-5Hz低通越小会导致ERP成分的峰潜伏期增加低通滤波的影响滤波参数：2-10Hz低通滤波的影响滤波参数：2-20Hz低通滤波的影响滤波参数：2-30Hz低通滤波的影响滤波参数：2-100Hz（60Hz陷波）低通越高，潜伏期提前低通滤波的影响滤波参数：0.3-100Hz高通滤波的影响滤波参数：2-100Hz（60Hz陷波）高通滤波的影响滤波参数：3-100Hz（60Hz陷波）高通滤波的影响滤波参数：5-100Hz（60Hz陷波）高通滤波的影响记录电极制作材料：金、银、氯化银、碳、锡等形状多样与皮肤接触的方式电极膏、盐水等针电极采用导电膏的电极（帽）采用盐水导电的电极帽皮肤电阻高（允许40-60KΩ）佩戴快速（10min）持续时间短（30min）电极放置位置和数量取决于实验的目的、实验效应以及被是的年龄等多种因素。没有绝对正确或者普适的标准；文章中需要报告电极的放置方式以及参考点的选择（事实上到目前为止，曾经使用过的电极放置方式多达50多种）另，对于特殊被试，例如儿童，电极（帽）准备时间最好少一些，例如10分钟10-20system10-20system实际上…10-20系统给出的也只是电极之间的相对位置个体差异是存在的例如：帽子的弹性，头部的形状等（新生儿头的形状与出生方式有关）空间分辨率并不是ERP优势顺产新生儿剖腹产新生儿电极阻抗通常电极阻抗的建议值是5KΩ如果电极阻抗过高会导致：1.降低放大器的共模抑制能力；2.提高皮肤电位高输入阻抗的放大器，允许40-60KΩ的电阻例如：EGI/Biosemi等导电膏（paste）vs盐水（KCLSolution）“Quik-Gel”(Gloopyoff-whitepaste)Pros:CanachieveverylowimpedanceLong-lastingCons:MessySubjectdiscomfortUnevenquality/shelflife“Quik-Cel”(sponges+electrolyte)Pros:Pain-free,fastprepTidyCons:HigherimpedanceLongersetupSaltbridgingmorelikelySpongesdryoutResultsdependonsubject’shairtype实验室环境需要考虑的因素：电源：电压、电涌、断电保护地线：良好接地、去静电地板噪声（环境噪声和电噪声）温湿度控制特殊被试的要求安全性UPS设备电源要求：电压：AC220V（±3%）；电流：25A；频率50Hz；地线良好；零线与地线之间交流电压2V；为避免电泳等电源异常情况对设备造成的损害，建议设备配备使用UPS噪声声音：隔音房间装修喧哗…声音诱发电位/情绪烦躁、紧张等电噪声：50Hz市电干扰引入设备的干扰：音箱、耳机、加湿器等…电磁屏蔽?电磁屏蔽必要性？放大器的共模抑制比100dB成本？MEG什么情况下需要？引入设备的电磁干扰怎么做？法拉第笼（富兰克林笼）温湿度控制出汗伪迹导电介质的持续时间被试的舒适性新风系统/空调/加湿器刺激呈现系统电脑和软件E-prime/Presentation/Psychotoolbox/Stim…刺激传输系统(分频)声音反应系统（功放/话筒等）视觉刺激呈现系统刺激的marker（trigger）刺激参数的控制界限（设备的最大的能力，失真/延迟等）设备的放置理想情况：2间隔音的屋子被试间和设备间（主试间）单向玻璃摄像头特殊情况下：至少：设备和主试都在被试的身后或者视线之外控制被试视线内的分心刺激NoThreaten，NoMessy实验申请填写实验申请特殊政策递交评审委员会审查实验的基本合理性伦理审查知情同意书（InformedConsent）成人被试儿童被试老年被试病人人体试验审议委员会InstitutionalReviewBoard(IRB)IRBreview:a)ResearchinvolvinghumansubjectsconductedorsupportedbytheDepartmentofHealthandHumanServices,orotherfederaldepartmentsoragenciesthatapplytheFederalPolicyfortheProtectionofHumanSubjectstosuchresearch;and/orb)ClinicalinvestigationsregulatedbytheFoodandDrugAdministration(FDA)oftheDepartmentofHealthandHumanServices成员主试须知1（以Neuroscan设备为例）准备阶段：准备导电膏；可按照5:1的比例加入纯净水，搅拌均匀后加热（解冻至常温即可）；用针管吸好备用；提前确认仪器设备、电极帽正常开放大器、电脑（注意先后顺序）；刺激呈现电脑准备好程序；确认采集数据主机有足够的硬盘空间；数据采集主机设置参数loadsetup,（notch取50Hz，非必要步骤）；Acquire—acquisition---impendance进入调电阻状态；用前用棉签擦拭每个电极（建议步骤）；主试须知2被试准备：签订知情同意书；介绍ERP无害，用于研究，自愿参加；被试视力、听力正常（确认被