不同领域ERP研究范式

第7章不同领域ERP的实验范式•介绍注意、视知觉、记忆、语言、推理等研究中常用的实验范式。列举一些经典的研究。•实验范式的重要性：实验设计、理解ERP实验结果、数据分析有重要的启发。•大多数ERP实验范式源于行为研究。第一节经典的ERP实验范式•经典范式1—Oddball•一项实验中随机呈现同一感觉通道的两种刺激，两种刺激的概率相差很大。大概率称为标准刺激（standardstimuli），小概率称为偏差刺激(deviantstimuli)。如果让被试对偏差刺激进行反应，则偏差刺激成了靶刺激（target）。•Oddball范式应用广泛，是产生P300、MMN等与刺激概率有关的ERP成分的实验范式，是学习ERP研究与应用的入门课程。•Polich，J.UpdatingP300:AnintegrativetheoryofP3aandP3b，ClinicalNeurophysiology，2007，118：2128–2148P300的名称•P300•P3•晚期正成分（latepositivecomponent）•P3b（Pz）•P3a(Fz)•中线位置记录（Fz,Cz,Pz）标准刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失AB•A：一系列规律刺激中，偶然缺失一次刺激。无刺激也可引起ERP。（研究某些感兴趣情况下的习惯化的脑机制等。）•B：刺激物分为三种，其中一种大概率（70％），偏差刺激分为两种，都是15％，被试只对一种偏差刺激反应。（研究某些感兴趣情况下的靶与非靶的关系。）P300的研究•对P300成分本身的研究：刺激的概率、辨别难度、间隔时间、年龄、性别、药物等因素的影响，P300的脑内源。•P300成分的临床研究：精神病人、多动症患者、酒精成瘾……经典范式2--Go-Nogo两种刺激的概率相等Go刺激——令被试反应的刺激，即靶刺激Nogo刺激——不需被试反应的刺激特点：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，但也丢掉了因大、小概率差异而产生的ERP成分。第二节注意研究的实验范式空间注意:Cue-Target双耳分听1、空间注意•空间注意：基于视觉情景中位置的选择性注意。•行为研究：有线索提示的反应快于无线索提示的目标。注意的早期选择模型解释。•但无法明确地将注意的机制与信息加工的特定阶段相联系。空间线索提示范式＋＋ValidCue＋＋＋＋InvalidNeutral经典的中央性提示＋⊙固定注视点1400ms提示箭头200-500ms目标50ms屏蔽200ms(Lucketal.,1994)空间注意的一项ERP研究•ERP的高时间分辨率适合于探索信息加工的阶段。•目的：探索空间线索效应的神经机制。•逻辑或假设：ERP可以提供视觉系统中早期（感觉）和晚期（知觉后和决策）阶段的信息加工指标，可以探明线索提示的刺激是否表现更快或更强的感觉反应？•实验设计：•任务的范式为Posner的线索提示任务。•两种条件：正确提示（目标出现在箭头指示的方向，0.75）；错误提示（目标出现在箭头指示的反方向，0.25）。•正确提示目标更快的反应效应：如果这种效应来自知觉过程，则早期的感觉相关的ERP成分出现差异；如果来自决策或反应偏差，则ERP早期成分无差异，但更长潜伏期的晚成分有差异。2、双耳分听•彻里（Cherry,1953）给被试的两耳同时呈现两种材料，让被试大声追随从一个耳朵听到的材料，并检查被试从另一耳所获得的信息。前者称为追随耳，后者称为非追随耳。结果发现，被试从非追随耳得到的信息很少，能分辨是男音或是女音，并且当原来使用的英文材料改用法文或德文呈现时，或者将课文颠倒时，被试也很少能够发现。鸡尾酒会效应与双耳分听(Chrry,1953)一项听觉选择性注意的ERP研究•研究问题：注意操作发生于早期阶段（知觉）还是晚期阶段（决策、记忆及行为输出）？•实验设计•某些实验分组中，要求被试注意左耳，在其他实验分组则要求被试注意右耳，然后给予一系列快速的脉冲式短声，每只耳刺激数各一半，为了在两耳间易于区分，每只耳的音调不同。要求被试监听注意的耳，声调稍高一点的变异短声为靶，注意到靶时按键。•注意左的实验分组中的左非靶与注意右的实验分级中同样的左非靶的比较。第三节知觉的实验范式•双稳态知觉（bistableperception）•可能的解释：•自下而上加工（bottom-up）•自上而下加工(top-down)任务范式一任务范式二错觉实验范式一错觉实验范式二第四节记忆的实验范式•典型的三级加工模型•工作记忆（Baddeley等）•一、工作记忆的实验范式•1、双任务范式•重复敲击（控制条件）•随机数字产生•以顺时针方向按一个键盘上的键•迅速重复词语或数字（1、3、5……）•2、N-back范式•n-back范式要求被试者将刚刚出现过的刺激与前面第n个刺激相比较，通过控制当前刺激与目标刺激间隔的刺激个数来操纵负荷。当n=1时，要求被试者比较当前刺激和与它相邻的前一个刺激……。刺激材料：字母、单词、空间位置等。•该范式的优点在于将任务设计成在工作记忆上施加一连续的、参数可变的负荷，而其他任务需要保持恒定。•3、连续刷新任务•在屏幕中央逐个呈现一系列字母、数字等，系列长度从3个项目到8个项目随机，让被试在每一系列结束时，报告此系列的最后3个项目。＋MKLinput注视点呈现3－8个字母输入屏幕空屏记忆刷新任务范式A.StudyPhase(14faces,SOA3s,duration1s)B.TestPhase(28faces,repeated50%,SOA3.2s,duration1s)二、经典的学习－再认范式理张理舒TimeLearningStageTestStageOldNew1stPresentTypicalProcedures例：Examiningtheneuralbasisofepisodicmemory:ERPevidencethatfacesarerecollecteddifferentlyfromnames问题提出：反映再认记忆有两个指标：记起和熟悉性。已有的ERP研究表明，与再认记忆有关的两个成分：早期（300－500ms）的中部额区,稍晚的（500－700ms）左侧顶区的新旧效应。后者反映了再认中的记起（recollection），但对前者的解释存在争议（概念启动，熟悉性？）。已有比较面孔与名字的研究没有保证二者在编码阶段的一致性，从而无法排除编码效应。本研究考察面孔与词语材料线索的回忆是否具有不同的神经基础。实验任务•为排除可能的影响因素，对面孔的进行选择和处理。•年轻的白人，无饰物、眼镜或面毛；去除照片背景、头发和耳朵；大小、亮度、颜色相同；黑色背景呈现……实验程序•18学习－测验blocks（学习：12对；测试：6张旧面孔，6个旧名字，3张新面孔，3个新名字）•学习与测验间隔时间被试自己掌握；每个trials中男性与女性面孔，男性与女性名字相等；刺激轮转，使其有均等机会成为测验阶段的新刺激。每个Block内的刺激顺序随机化。•学习阶段，判断面孔与名字是否合适；测验阶段，判断刺激是新的还是旧的，如果判断为旧的，则需要进一步的反应判断，即记起还是熟悉。数据记录与分析•62导，国际10－20系统电极排列，参考电极Cz和CPz；阻抗低于5千欧，带通0.1－40Hz;采样率250Hz,分析时窗－100ms至刺激后2000ms。•分析比较四种条件：面孔击中，面孔正确否定，名字击中，名字正确否定。•电极位置：额区（F1/3/5/2/4/6），顶区（P1/3/5/2/4/6）。•分析时窗：100-300,300-500,500-700,700-900.•多元方差分析：新旧×左右半球×定位（额区和顶区）×位置（上、中、下）。总平均图地形图分析结论•面孔提取线索与前区新/旧效应和晚期的右前额有关，而名字线索与中部额区及左侧顶区效应有关。研究的结果证明回忆面孔与名字可能涉及不同的认知操作。•提示：•列举上述研究时，并没有详细提及行为指标的结果。•行为指标也很重要，最好能结合起来解释，如果行为指标与ERP指标效应一致，更能说明问题。第六节语言实验范式•人类是如何从各种声音中识别语言的？•从很小的时候起，人类就能学习和使用语言，他（或她）是怎么实现这一过程的？•语言的心理加工过程是如何进行的？•失语症的产生原因是什么？•……一、与语言有关的ERP成分三、语言有关的ERP研究•1ERP与语言知觉•失匹配负波（Mismatchnegativity,MMN）•Oddball范式，听觉刺激。偏差刺激出现后100－200ms的负波，额区头皮分布，脑内源为初级听觉皮层和额叶。•在被试看电影、阅读、睡觉或昏迷时也能记录到。运用MMN的语言知觉研究•Näätänenetal.(1997)•被试：土生土长的爱沙尼亚人和法国人。•刺激：不同的爱沙尼亚元音字母（S：[e]；D：[ö],[õ],[o],[e/ö]）•结果：爱沙尼亚人，四种偏差刺激都诱发MMN；法国人，[õ]诱发MMN明显更小。•解释：语言经验影响前注意水平的听觉语言知觉。对频率不同刺激的反应2单词与句子理解中的ERP成分•（1）语义加工：N400•N400是负走向波，潜伏期在300-500ms，右侧中央区最大，但受刺激材料与通道影响，脑内源为前颞叶。“N400效应”是指两种条件（如语义反常与规范，不相关与相关等）下的N400差异波。•通常认为N400反映了从语义上将刺激整合到先行背景的难度。•诱发N400的实验范式：•句尾畸义词（经典范式）。•相关词与无关词（讲述－故事……，清洗－危险……）。•新词与旧词。•文字与非文字符号。•图片命名。•（罗跃嘉，2010,事件相关电位原理与技术）•（2）句法加工•左前额负波（leftanteriornegativity，LAN）•存在两个LAN，一个是早期的左前额负波（ELAN），出现于刺激后100－200ms;另一个产生于刺激后300－500ms。•ELAN源于额下回和颞前叶，主要反映了词性或短语结构的违反。晚期LAN主要与句法形态的一致性加工有关或句子理解中的工作记忆加工指标。不同从句的工作记忆负荷LAN对词频敏感•P600（Syntacticpositiveshift,SPS）•正偏移，后区最大，峰值500－900ms。对句法延续的预期程度有关：不符合语法的单词比符合语法的诱发更大的P600。3单词产生中的ERP成分•侧向化准备电位（Lateralizedreadinesspotential,LRP）•出现于运动反应之前，反应手对侧的运动皮层最大。•LRP＝［(ErRl－ElRl)+(ElRr－ErRr)］÷2•E：电极；R：反应；r右，l左•抑制：N200•负走向，额－中央区成分，在go/no-go任务中产生，反映了在no-go条件下的抑制。通过变化信息的特点和测量N200的时间性，可用于了解不同信息的可获取性和时间进程。如对语义、语音、句法信息加工的相对顺序的研究。•优点：比LRP更稳定。