ERP高级培训班讲座

ERPs实验高级培训赵仑2007.3.，南京Itisanexcitingtimeforstudyinghumancognition.-----Picton,Alain,&McIntoshThetheatreofthemind:Physiologicalstudiesofthehumanfrontallobes.In:PrinciplesofFrontalLobeFunction,DonaldT&RobertT,2nd,2002Event-relatedpotentialsEvent-relatedbrainpotentials凡是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，在脑区引起的电位变化。*刺激缺失ERP的概念和特点EEG对ERPs的淹没叠加平均基本原理ERPs波形恒定潜伏期恒定叠加n次：信噪比提高√n倍例如：ERPs=0.5×EEGn=100—100×ERP—10×EEG—ERPs=5×EEGERPs提取的基本原理潜伏期：早、中、晚成份，慢波命名：正－P，负－N，潜伏期成份：外源性成份、内源性成份和纯心理波外源性内源性P1、N1、P2N2、P3复合波MMN、CNV受刺激的物理性质的影响？•ERPs成分AnExample:ERPscomponentselicitedbyinfrequenttargetauditorystimuliThesensorycomponents(withalatencyoflessthan50ms)Theperceptionandcognitioncomponents(latencyexceeding50ms)P1,N1,P2,N2,P3,SW1、ERPs是一种特殊的诱发电位，属于近场电位（near-fieldpotentials--记录电极位置距活动的神经结构较近）；2、一般要求被试实验时在一定程度上参与实验；3、刺激的性质、内容和编排多样，目的是启动被试认知过程的参与；4、ERPs成分除受物理刺激特性影响的“外源性成分”，还包括“内源性成分”，ERPs不像普通诱发电位记录神经系统对刺激本身产生的反应，而是大脑对刺激带来的信息引起的反应，反映的是认知过程中大脑的神经电生理改变。ERPs与EP的区别ERPs&EP听觉BAEPMLRERP视觉EPERPP1/2N1Note：EP与ERP密切相关，早期ERP成分与认知的关系要求我们对EP的基本特征要非常熟悉。举例：听觉ERPP20-50注意效应&听觉MLR视觉ERP早期注意效应（P1）Face-N170-facedetectionparadigm刺激物的分类刺激物分类体感听觉视觉非图形图形闪光几何图形、文字、面孔、自然景观纯音、短声、白噪声、动物叫声语音自然环境声微弱脉冲电流刺激参数体感听觉视觉对比度亮度视角Spatialfrequency、朝向、schematic……频率声压级上升/下降时间0.1～0.5ms，1～5Hz，50uV刺激呈现时间刺激间隔SOA、ISI刺激参数刺激呈现概率三大要素刺激编排实验范式OddballGo/Nogo跨通道研究模式运动知觉记忆语言特定认知实验模式非特定认知实验模式心算连续心算选择心算简单心算……Match-Mismatch，Prime-Probe“撤反应”•刺激消失产生的诱发电位。•实验设计时，为不影响ERP晚成分的记录，刺激的持续时间最好短一些，在拟观察的成分出现以前使刺激消失，或者延长刺激持续时间，在拟观察的晚成分出现后，再使刺激消失。ERP记录参考电极问题单极导联的参考电极是各导放大器的一端共同连结的部位，各导的电位都是与它相减的结果。理想的参考电极点应该是电位为零或电位恒定的部位，但是人体是一个容积导体，生物电无处不在，无时不变，这样的部位是不存在的。在过去生物电研究的100年间，关于参考电极位置的争论从来没有停止过，是目前仍无结论的问题。参考电极的设置显然对数据有明显影响，因此这是一个重要的问题。这里仅简单讨论几种目前常用的脑电参考电极设置。（一）双耳参考：将双耳乳突或耳垂连接作参考电极。由于乳突或耳垂的脑电一般较小，将其连接所得的平均电位作参考不会造成脑的两半球电位关系的失真，故已成为经典的方法。缺点是不能测量乳突附近的脑电变化，如MMN。方法革新－演示单侧参考后参考电极的转换（二）鼻尖参考：将参考电极放在鼻尖。由于双耳参考法不能观察乳突附近脑源的活动，而有的脑电如听觉MMN的一个源恰在乳突附近，所以在研究源位于乳突附近的脑电活动时，常常将参考电极放置在鼻尖。（三）平均参考：在用普通参考电极记录EEG后，求出全部记录点的平均值，以各记录值减去该平均值后的差值作为实际的脑电数据。其目的在于实现参考电极的电位恒定或为零。依据是，假设人脑和颅骨是均匀的圆球体，球体表面均匀放置足够的记录电极，偶极子位于球心。该法的优点是可以进行某些脑电求源的逆运算。其缺点在于它是基于理想的头颅条件和假设的偶极子计算出来的，与真实情况相差很大，因此它所带来的误差是不容忽视的。举例：VPPN170两个成分？(Eimer,2005)采样率250、500、1000Hz；10000Hz～20000Hz频带宽度低端频响－－高通（High-pass）高端频响－－低通（Low-pass）时间常数（TC，timeconstant）TC＝1/（2πfL）时间常数的设定数值直接影响ERPs波形是否失真，至关重要。信号记录重要概念TC对ERPs波形的影响被试的选择及注意事项正常被试的研究要注意被试的性别、社会背景、受教育情况等。另外，还要注意利手问题，尤其在需要被试进行按键或拨开关的作业任务中。正常（大学生？）临床病人儿童特因条件ERP实验过程（SynAmps&SynAmps2)•Setup文件的创建脑电记录参数的设置（操作讲解）•EEG记录前的准备1、被试填写“被试情况表格”；2、关于洗头（使用中性洗头膏）；3、使被试了解实验的科学性和无损伤性；4、详细讲解指导语；5、提醒实验过程中应注意的问题，如放松、少动等。需要说明的是，要告诉被试实验中间可以休息，但要在实验前上厕所；考虑到限制眨眼导致的伪迹可能更大，可以要求被试在自然放松的前提下，尽量少眨眼，但不能限制被试眨眼。•安放电极•EEG预记录①脑电基本波形是否正常、脑电基线是否平稳、有无干扰；②让被试进行眼睛动作（闭眼－睁眼、转动眼球、水平扫视）；③如果记录了心电，需要观察心电的基本波形是否正常、节律是否稳定以及心跳周期；④如果记录了肌电，需要让被试进行按键反应，以观察肌电记录是否正常；⑤让被试作充分的练习，以及刺激的产生和按键反应是否正确等。伪迹的剔除密切监测非脑电伪迹实验前告知被试关于伪迹的注意事项以减少伪迹确定伪迹的剔除标准EOG的去除(相关法)PCA/ICASVD&SpatialFilter•基本过程（操作讲解）1.合并行为数据和脑电预览2.去除眼电、心电、肌电伪迹3.脑电分段4.基线校正5.去除伪迹6.叠加平均7.平滑化处理（Smoothdata，根据具体情况具体分析）/数字滤波（根据具体情况有选择地进行）8.总平均EEG/ERP离线分析•伪迹剔除（操作讲解）相关法PCA/ICASVD•平滑化处理（操作讲解）•数字滤波的应用（操作讲解）Note：每个步骤要根据具体的实验设计和要求去设置参数，要理解基本的参数设置原理，以满足不同的研究目的，而不能“傻瓜”分析。FP1*FP2*F7*F5*F3*FZ*F4*F6*F8*M1*T3*C5*C3*C1*CZ*C2*C4*C6*T4*M2*T5*P5*P3*PZ*P4*P6*T6*O1*OZ*O2*HEOGVEOGEEGfile:CochlearImplantArtifact.avgRate-1000Hz,HPF-0Hz,LPF-200Hz,Notch-offICAREDUCTIONOFARTIFACTStimulusArtifactRemovalms-100.00.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0µV0.07.515.022.530.037.5ms-100.00.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0µV0.02.55.07.510.0MGFPICAREDUCTIONOFARTIFACTStimulusArtifactRemovalICAREDUCTIONOFARTIFACTSelectPCA\ICAFunctionICAREDUCTIONOFARTIFACTExtendCursorstoEndsofEpochICAREDUCTIONOFARTIFACTSwitchfromPCAtoICAICAREDUCTIONOFARTIFACTDeselecttheFirstComponentICAREDUCTIONOFARTIFACTApplyFilterICAREDUCTIONOFARTIFACTExamineResultsFP1*FP2*F7*F5*F3*FZ*F4*F6*F8*M1*T3*C5*C3*C1*CZ*C2*C4*C6*T4*M2*T5*P5*P3*PZ*P4*P6*T6*O1*OZ*O2*HEOGVEOGT6*FP1*FP2*F7*F5*F3*FZ*F4*F6*F8*M1*T3*C5*C3*C1*CZ*C2*C4*C6*T4*M2*T5*P5*P3*PZ*P4*P6*O1*OZ*O2*HEOGICAREDUCTIONOFARTIFACTApply30HzLowPassFilterUNIVERSITYOFCALIFORNIABERKELEYEEGRecordedAtVarian4T(f)MRIUCBERKELEYRAWEEGRecordedInVarian4T(f)MRIUCBERKELEY00:01:3100:01:3200:01:3300:01:3420Fp1-Fp2-F7-F3-Fz-F8-FT7-FC3-FCz-FC4-FT8-T3-C3-T4-TP7-CP3-TP8-T5-P3-Pz-P4-T6-O1-Oz-O2-A1-A2-EKGL-EKGR-VEOGR-VEOGL--512µV400msEPISEQUENCEARTIFACTEPISEQUENCEEXTRACTEDFROMEEG00:01:3100:01:3200:01:3300:01:3420Fp1-Fp2-F7-F3-Fz-F8-FT7-FC3-FCz-FC4-FT8-T3-C3-T4-TP7-CP3-TP8-T5-P3-Pz-P4-T6-O1-Oz-O2-A1-A2-EKGL-EKGR--512µV400msUCBERKELEYEPISEQUENCEArtifactExtractedBALLISTOCARDIOGRAMEXTRACTIONUCBERKELEY208800:01:3100:01:3200:01:3300:01:3488888888Fp1-Fp2-F7-F3-Fz-F8-FT7-FC3-FCz-FC4-FT8-T3-C3-T4-TP7-CP3-TP8-T5-P3-Pz-P4-T6-O1-Oz-O2-A1-A2-EKGL-EKGR-VEOGR-VEOGL--128µV400msEPISEQUENCEArtifactExtractedBallistocardiogramArtifactExtractedUCBERKELEYRAWEEGRecordedInVarian4T(f)MRIEPISEQUENCEARTIFACT00:01:3100:01:3200:01:3300:01:3420Fp1-Fp2-F7-F3-Fz-F8-FT7-FC3-FCz-FC4-FT8-T3-C3-T4-TP7-CP3-TP8-T5-P3-Pz-P4-T6-O1-Oz-O2-A1-A2-EKGL-EKGR-VEOGR-VEOGL--512µV400msRAWEPISEQUENCEEXTRACTEDFROMEEGEPISEQUENCEARTIFACTEXTRACTED00: