认知中的ERP研究1407

深圳大学情绪与社会认知科学研究所北京师范大学脑与认知科学研究院罗跃嘉2014年7月9日西南大学认知神经科学中的ERP研究属于心理生理学（psychophysiology）范畴心理生理学以心理指标为自变量，生理指标为因变量，一般以人为被试。生理心理学（physiologicalpsychology）以生理变化为自变量，以心理因素为因变量，一般以动物为被试心理生理学是从生理心理学中分离出来的。同属认知神经科学。认知神经科学是在近十年才兴起的一门交叉学科，它是当前脑科学界颇受关注的领域，ERP也是其中的重要组成部分。ERP的优势无创性、时间分辨率高—便于与RT配合进行认知过程研究，空间分辨率128导约为3mm，达到了现代水平。认知可分为认知过程和认知状态，过程指的就是时间过程。是心理学工作者进行认知神经科学研究的最得力的方法。内容常见ERP成分注意研究记忆研究思维研究情绪与认知C1成分最早的视觉ERP成分不以极性命名出现于(onset)刺激后40－60ms，峰值80－100ms分布于头皮后部中线，可能来源于V1典型的外源性成分：对刺激的物理参数（对比度、空间频率）敏感；不受注意的影响上下视野与C1的极性P1成分随C1之后出现于刺激后60－90ms，峰值100－130ms分布于两侧枕部，可能来源于外纹状皮层和梭状回（fusiform）对刺激的物理参数（对比度、空间频率）敏感；也对空间注意的方向敏感N1成分P1之后，N1的亚成分前部N1：峰值100－150ms后部N1：峰值150－200ms分布于顶叶及两侧枕部受空间注意的影响，反映识别加工N170成分特异性面孔加工负波(Jeffreys,1989)VPP(vertexpositivepotential)，峰潜伏期相同于N170，极性相反，头皮中央中线部位溯源：右侧枕部识别倒转的面孔时，N170潜伏期延迟，波幅增大“面孔加工特异性”，目前仍在争论之中Ventralface-specificN200-200300550800ms0.0-2.52.55.07.510.0PO8N170偶极子源定位在右侧颞枕部（右侧梭状回）——吴文，博士论文，2004P2成分N1之后分布于额中央部靶刺激产生的P2较大，当靶刺激概率减小时，P2效应增强受空间注意的影响，反映识别加工StandardStimulus：N2DeviantStimulus：MMN+N2bTarget：N2a+N2b靶刺激的概率越小，N2b波幅越大听觉N2b分布于中央部，视觉N2b在后部视听N2b是否代表同源性神经机制？N2pc:对侧，反映空间注意与目标位置N270：冲突负波数学加工的错误（Wangetal,2000）与实验情境，刺激物与脑内原有存储信息的冲突相关无论刺激内容是否相关，只要存在冲突，成人都能诱发出N270;儿童在N270成分上表现出注意的控制作用N270的出现与刺激物的物理属性(数字、图形、颜色)无关，也不受刺激概率变化的影响Gehring&Willoughby(2002)Science颜色朝向运动N2pcN2pcN2pc对侧同侧0100200300ms+3mV-3mVP3a+P3b(Squiresetal,1975)P3a－前额部，P3b－后顶部不可预知的、小概率的；任务相关则产生P3b影响因素靶刺激概率：概率越小，P3波幅越大心理资源/负荷P300InterpretationContextupdating(Donchin,1981)Taskhascompleted标准刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇刺激ABCDSutton等首先报告P300（Science,1965）句尾畸义词相关词与无关词按词性:名词、动词、副词、形容词按语义:同义词与反义词，相关词与无关词按字形、字音的异同分为相关与无关(NiznikiewiczandSquires，1996)词与非词新词与旧词-5mv+-5mv+600msF7FzF8F4F3T3T4T6T5C3C4CzPzOzO1O2FpzP3T5P4GrandaverageERPselicitedbyChineserelatedwords(antonyms)andunrelatedwords(Luoetal.,1999)N450P500N=20早期视觉注意研究ERP与PET/fMRI结合的研究视听跨通路空间注意范式空间注意提示范式第一个感觉注意的实验（Helmholtz，1894）鸡尾酒会效应与双耳分听(Chrry,1953)(Hillyardetal,1973)左右视野的注意C1：最早成分，不受注意的影响P1：对刺激的物理参数敏感；也对空间注意的方向敏感N1：受空间注意的影响，反映识别加工P2：靶刺激产生的P2较大，当靶刺激概率减小时，P2效应增强Luck&Gireli,1998.（Mangun,Hillyard&LuckAttention&Performance1990）1.空间注意调节视觉皮层的早期P1(80-120ms)与N1(140-200ms)成分；2.空间注意为一种知觉增益的控制机制：在“聚光灯”内的刺激信息增强，而“聚光灯”外的信息被抑制；3.空间注意具有独特的早期选择机制（P1-N1效应），控制了与特征与模式整合的高级阶段的通达。C1无注意效应注意效应发生在早期P1、晚期P1和N1—注意时其波幅增大＋＋ATask:Leftbutton-consonantRightbutton-vowelLetter:A,B,D,E,H,L,P,R,S,T,UCentralSymbolCueLVF-RightHemiRVF-RHemiDifferenceWaveContralIpsilValidInvalid(Luoetal,2002)随机排列8个喇叭，快速呈现（6/sec）被试分别注意中央喇叭(S1)或周围喇叭(S8),任务是识别偶尔(16%)出现的靶刺激(高音)叠加8种（喇叭）位置条件下的ERPs波形视听跨通路空间注意范式IRBeamFp1.20m12345678Gradientstudy#2行为结果S1产生的ERPS8产生的ERP记忆研究的实验范式工作记忆实验范式双任务样本延迟匹配任务N-back任务连续刷新任务学习—再认范式相继记忆效应重复效应与新旧效应元记忆如果两项任务需要同一认知过程或认知资源，那么双任务条件下就不可能比在各自单独进行的情况下完成得更好张达人等(2004)提出在研究执行功能中，数字广度和Corsi木块测验组成的双任务可以分别作为语音环路测试任务与视空间模板测试任务任务干扰实验(interference)是一种典型的双任务实验，第二任务常简单向被试呈现无关的刺激。其假设认为对无关刺激的加工将会对短时记忆中存储的项目产生干扰，由于不同类型的干扰刺激产生不同的干扰效应样本阶段:给被试同时呈现一组刺激(字母、物体或空间位置),对应信息编码输入延迟阶段:刺激消失后间隔数秒，对应信息复述保持靶刺激:判断此刺激是否与样本的某个项目相匹配,对应信息提取匹配。delayedmatching-to-sampletask,DMST`浏览一系列逐个呈现的项目，然后要求被试从第n个项目起判断每一个出现的项目是否与前面刚呈现过的倒数第n个项目相匹配A.StudyPhase(14faces,SOA3s,duration1s)B.TestPhase(28faces,repeated50%,SOA3.2s,duration1s)（彭小虎等，2003）理张理舒TimeLearningStageTestStageOldNew1stPresent-1002004006008001000ms-2.0-4.0-6.0-8.02.0mV-1002004006008001000ms-2.0-4.0-6.0-8.02.0mV-1002004006008001000ms-2.0-4.0-6.0-8.02.0mV-1002004006008001000ms-2.02.04.06.08.010.0mV-1002004006008001000ms-2.02.04.06.08.010.0mV-1002004006008001000ms-2.02.04.06.08.010.0mVAuditoryVisualFzCzPzOldNewDiff(Old-New)N130P210SCNP180N350LPC(Luoetal,2001)110ms146ms166ms275ms498ms600ms650ms750ms114ms182ms234ms380ms486ms650ms680ms750ms听觉汉字视觉汉字第一阶段——感觉第二阶段——知觉第三阶段——语言Chen&Luo,2003,NeuroImage汉字的记忆编码Chen&Luo,2003,NeuroImage实验分三个步骤进行记忆一系列词对，例如“项目—大臣”呈现前面的线索词(项目—？)，让被试回忆后面的靶子词(“大臣”)在他们回忆不出来的情况下，令他们判断自己是否对那个不能成功回忆的词有一种“知道感”通过一项再认测验来检验其“知道感”是否准确顿悟想象欺骗W.Köhler(1925):Orang60年后Epsteinetal.(1984)Insightinthepigeon:antecedentsanddeterminantsofanintelligentperformance.Nature308:61-62.顿悟是那些已经被掌握的独立技能的重新组合。Subjectsweregivenacandle,aboxofnails,andseveralotherobjects,andaskedtoattachthecandletothewallsothatitdidnotdripontothetablebelow.从行为研究到脑成像研究顿悟问题的显著特征1、顿悟问题的解决并不需要特殊的认知技能;2、在解决顿悟问题的过程中往往会遇到一个明显的障碍,这个障碍让他们感到不知所措;3、这个障碍一旦被打破,顿悟问题就会迎刃而解,会有一种伴随情感释放的“啊哈”的体验方法学难点：精确的时间点重复数十次简单谜语——基线因为眼睛被挡住了，所以看得更清楚了眼镜因为窗户关上了，所以办公室冷了空调因为它脱掉了，所以我穿上了——衣架因为布已经撕破，所以草垛变得很有用。—降落伞一种情景——不能从句子中推导而得到一个关键的概念——具有一个重要的意思但很少用。例如，“布”通常使人想到衣服之类的东西，而在这里指的是“伞”谜面间隔谜底记录开始8秒2秒2秒2秒按键间隔ms-100.00.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0uV0.0-2.5-5.02.55.07.510.0AF3Electrode:AF3ms-100.00.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0uV0.0-2.5-5.02.55.07.510.0AF4Electrode:AF4ms-100.00.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0uV0.0-2.5-5.02.55.07.510.0FFPzElectrode:FPZms-100.00.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0uV0.0-2.5-5.02.55.07.510.0F5Electrode:F5ms-100.00.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0uV0.0-2.5-5.02.55.07.510.0F1Electrode:F1ms-100.00.0100.0200.0300.0400.0500.