ERP事件相关电位基础知识介绍

（一）事件相关电位的基本概念对大脑高级心理活动如认知过程作出客观评价，我们很难将意识或思维单纯归于大脑某一部位组织、细胞或神经递质的改变，因为仅采用具体、微观的自然科学手段如神经分子生物学、神经生化学难以解决具体的心理活动。二十世纪六十年代，Sutton提出了事件相关电位的概念，通过平均叠加技术从头颅表面记录大脑诱发电位来反映认知过程中大脑的神经电生理改变，因为事件相关电位与认知过程有密切关系，故被认为是“窥视”心理活动的“窗口”。神经电生理技术的发展，为研究大脑认知活动过程提供了新的方法和途径。事件相关电位（ERP）是一种特殊的脑诱发电位，通过有意地赋予刺激仪特殊的心理意义，利用多个或多样的刺激所引起的脑的电位。它反映了认知过程中大脑的神经点生理的变化，也被称为认知电位，也就是指当人们对某课题进行认知加工时，从头颅表面记录到的脑点位。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。是在注意的基础上，与识别、比较、判断、记忆、决断等心理活动有关，反映了认知过程中大脑的神经电生理改变，是了解大脑认知功能活动的“窗口”。ERPs成分除受刺激物理特性影响的“外源性(生理性)成分”，还包括不受刺激物理特性的影响“内源性(心理性)成分”，与被试的精神状态和注意力有关。经典的ERP主要成分包括：外源性（生理性）成分：P1、N1、P2受刺激物理特性影响内源性成分（心理性）：N2、P3不受刺激物理特性影响，与被试的精神状态和注意力有关。这几种成分的主要特点是：首先不仅仅是大脑单纯生理活动的体现，而且反映了心理活动的某些方面；其次，它们的引出必须要有特殊的刺激安排，而且是两个以上的刺激或者是刺激的变化。其中P3是ERP中最受关注和研究的一种内源性成分，也是用于测谎的最主要指标。因此，在某种程度上，P3就成了ERP的代名词。注：事件相关电位基本原理1.EEG对ERPs的淹没一次刺激诱发的ERP的波幅约2～10mV，比自发电位（EEG）小得多，淹没在EEG中，两者构成小信号与大噪音的关系，因此无法测量，无法研究。2.叠加平均基本原理(ERP波形恒定、潜伏期恒定)为了从EEG中提取出ERP，需对被试者施以多次重复刺激“S”。将每次刺激产生的含有ERP的EEG加以叠加与平均。由于作为ERP背景的EEG波形与刺激间无固定的关系，而其中所含之ERP波形在每次刺激后是相同的，且ERP波形与刺激间的时间间隔（潜伏期）是固定的，经过叠加，ERP与叠加次数成比例的增大，而EEG则按随机噪音方式加和。由于ERP是经计算机多次叠加所得的平均值，故属平均诱发电位。每一种刺激引起的ERP含有一系列波。以听觉ERP为例，10ms以内有7至8个波，称为早成分；10ms至50ms以内有5个波，称为中成分；50ms至500ms以内有5个波，称为晚成分；500ms后出现的波一般为慢波。与心理活动关系密切的是晚成分与慢波。（二）诱发电位的特征事件相关电位（ERP）是一种特殊的脑诱发电位，诱发电位(EvokedPotentials，EPs)，也称诱发反应(EvokedResponse)，是指给予神经系统(从感受器到大脑皮层)特定的刺激，或使大脑对刺激(正性或负性)的信息进行加工，在该系统和脑的相应部位产生的可以检出的、与刺激有相对固定时间间隔(锁时关系)和特定位相的生物电反应。诱发电位应具备如下特征：1.必须在特定的部位才能检测出来；2.都有其特定的波形和电位分布；3.诱发电位的潜伏期与刺激之间有较严格的锁时关系，在给予刺激时几乎立即或在一定时间内瞬时出现。（三）诱发电位的分类诱发电位的分类方法有多种，依据刺激通道分为听觉诱发电位、视觉诱发电位、体感诱发电位等；根据潜伏期长短分为早潜伏期诱发电位、中潜伏期诱发电位、晚(长)潜伏期诱发电位和慢波。临床上实用起见，将诱发电位分为两大类：与感觉或运动功能有关的外源性刺激相关电位和与认知功能有关的内源性事件相关电位(Event-RelatedPotentialS，ERPs)。内源性事件相关电位与外源性刺激相关电位有着明显的不同。ERPs是在注意的基础上，与识别、比较、判断、记忆、决断等心理活动有关，反映了认知过程的不同方面，是了解大脑认知功能活动的“窗口”。经典的ERPs成分包括P1、Nl、P2、N2、P3(P300)，其中P1、N1、P2为ERPs的外源性(生理性)成分，受刺激物理特性影响；N2、P3为ERPs的内源性(心理性)成分，不受刺激物理特性的影响，与被试的精神状态和注意力有关。现在ERPs的概念范围有扩大趋势，广义上讲，ERPs尚包括N4(N400)、失匹配阴性波(MismatchNegatiVity，MMN)、伴随负反应(ContigentNegatiVeVariaeion，CNV)等。但长期以来有人通常以P3作为事件相关电位的代称，虽有失偏颇，但临床应用甚广。（四）事件相关电位的测试方法事件相关电位属于长潜伏期诱发电位，测试时一般要求被试者清醒，并在一定程度上参与其中。引出ERPs的刺激是按研究目的不同编制而成的不同刺激序列，包括两种及两种以上的刺激，其中一个刺激与标准刺激产生偏离，以启动被试的认知活动过程。如果由阳性的物理刺激启动，除了由认知活动产生的内源性成分，尚包括外源性刺激相关电位；如由阴性刺激来启动心理活动过程，则引出由认知加工而产生的内源性成分。P3为ERPs中重要的内源性成分，现时对它的研究最为广泛。多为神经精神学科研究，如精神分裂症、脑血管疾病和痴呆症、智力低下等，通过研究P3的潜伏期、波幅、波形变化，反映认知障碍或智能障碍及其程度，同时尚应用于测谎研究。另有人将P3、CNV用作观察神经精神药物治疗效果的指标。事件相关电位的另一内源性成分N2为刺激以后200毫秒左右出现的负向波，反映大脑对刺激的初步加工，该波并非单一成分，而是一复合波，由N2a和N2b两部分组成，N2a不受注意的影响，反映对刺激物理特性的初步加工。刺激模式：刺激模式的设置是研究ERPs的关键，要求根据研究目的不同设计不同的刺激模式，包括两种及以上不同概率的刺激序列，并以特定或随机方式出现。包括视觉刺激模式、听觉刺激模式、躯体感觉刺激模式。听觉刺激模式包括三类：1.随机作业(OB刺激序列)；2.双随机作业；3.选择注意。OB刺激序列(oddballparadigm)：通过耳机同步给高调、低调纯音，低概率音作为靶刺激，诱发ERPs。通常靶刺激概率为10—30％，非靶概率70一90％，刺激间隔多采用1．5—2秒，刺激持续时间通常为40—80毫秒，反应方式为或默数靶信号出现次数或按键反应。（五）影响事件相关电位的因素▲物理因素刺激的概率：靶刺激概率越小，P3的波幅越高，反之，波幅减小。一般靶刺激与非靶刺激的比例为20：80；刺激的时间间隔：间隔越长，P3波幅越高；刺激的感觉通道：听、视、体感感觉通道皆可引出ERPs，但其潜伏期及波幅不尽相同。▲心理因素事件相关电位检测过程中一般要求被试者主动参与，因而被试者的觉醒状态、注意力是否集中皆可影响结果。另外，由于被试者只有识别靶刺激并作出反应才能诱发出ERPs成分，因此，作业难度对测试结果也有影响，难度加大时，波幅降低，潜伏期延长。▲生理因素年龄：不同年龄P3的波幅及潜伏期不同。潜伏期与年龄呈正相关，随年龄增加而延长，而波幅与年龄呈负相关。在儿童及青少年，波幅较高；分布：ERPs各成分有不同的头皮分布。事件相关电位(ERP)作为可以反映大脑高级思维活动的一种客观方法在研究认知功能中得到广泛的应用,而作为其内源形成分的P300是ERP中最典型、最常用的成分和认知过程密切相关,被视为“窥视”心理活动的一个窗口，并认为它是脑研究的一种新型手段。事件相关电位具有高时间分辨率的特点,使其在揭示认知的时间过程方面极具优势,能锁时性的反映认知的动态过程.该方法已经成为研究脑认知活动的重要手段.P300是较早发现的内源性事件相关电位成分,主要与人在从事某一任务时的认知活动如:注意、辨别、及工作记忆有关。P300可能代表期待的感觉信息得到确认和知觉任务的结束，目前已被广泛用来研究认知功能。其潜伏期反映对刺激物评价或归类所需要的时间即反应速度，随作业难度的增加而延长，而波幅反映了心理负荷的量，即被试投入到任务重的脑力资源的多少。虽然P300对认知损害评价的临床应用较广，但近年来的研究证实P300的脑内源不止一个，而是与多种认知加工有关，所以其在认知损害特征的精确描述方面有一定的局限性。（五）事件相关电位的成分1.CNV、O波、F波、脱解波CNV在1964年为Walt和Cooper等所发现。若在测量反应时，先给出一个预备信号（如一个短音或一个闪光），令被试者听（或看）到命令信号后尽量快地按键，则可在预备信号和命令信号之间观察到脑电发生负向偏转，Walt和Cooper等称此负向偏转为contingentnegativevariation,简称CNV，中文称为伴随性负变化或负关联。CNV的头皮分布以额部中央区部位Cz点波幅最大。2.运动相关电位（BSP、MP、RAF）与偏侧预备电位（LRP）3.P300P300系Sutton等1965年所发现。P300即为晚期成分的第三个正波P3，由于当初发现的P3是在300ms左右出现的正波，故称之为P300。后来随着与P300类似的成分的不断被发现，P300形成了一个含有多个子成分的家族。4.失匹配负波（MMN）典型的实验是，仍然运用上述产生P300的Oddball实验模式，标准刺激为1000Hz的短纯音，偏差刺激为800Hz的短纯音，分别在被试双耳中呈现。令被试者双耳分听，即注意一只耳的声音，并对偏差刺激进行反应，而不注意另一只耳的声音。结果无论注意与否，在约250ms内偏差刺激皆比标准刺激引起更高的负波。若以偏差刺激引起的ERP减标准刺激引起的ERP，观察此差异波，则可见到在约100ms至250ms之间出现了一个明显的负波，此即MismatchNegativity（失匹配负波），简称MMN。MMN的产生原理：感觉疲劳说、记忆痕迹说、模型调整说、局部神经元适应说、预编码说.5.N400N400是研究脑的语言加工原理常用的ERP成分。它首先由Kutas等于1980年报道。他们令被试者对屏幕上呈现的句子进行认知反应，故意将某些句子的最后一个词写为畸义词。当在屏幕上逐个呈现这句话的单词，并记录各个单词诱发的ERP时发现，该句尾畸义词诱发的ERP在400ms左右出现了一个新的负成分，以此命名为N400。研究发现，N400的波幅与畸义词对其语境背离的程度相关。6.加工负波（PN）7.识别电位（RP.Recognitionpotential）8.错误相关成分（ERN、Pe、FN）9.视觉C1和P110.视觉N2诸成分（六）事件相关电位的测试方法（七）事件相关电位的实验模式1.Oddball模式：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，经常出现的刺激称为大概率或标准刺激（standardstimuli）,偶然出现的称为小概率或偏差刺激（deviantstimuli）。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。这是诱发P300、MMN等与刺激概率有关的ERP成分时常用的经典实验模式。2.Go/Nogo模式：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。该模式也叫做Go与Nogo作业，其特点是排除了刺激概率对ERP的影响；由于没有大小概率之分，大大节省了实验时间，这是它突出的优点，但也丢失了因大、小概率差异而产生的ERP成分。3.跨通道研究模式：“跨通路”（Cross-Modal）是指在同一实验模式中采用不同感觉通路的刺激物，通常为视觉与听觉刺激，常用于选择性注意的研究。4.特定认知实验模式：如运动知觉、记忆、意识研究。5.非特定认知实验模式：如心算（连续心算、选择心算、简单心算）。（八）实验流程ERPs的分析应注意：每个