北京师范大学ERP实验设计与数据分析

罗跃嘉北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室北京师范大学ERP的实验设计与数据处理一、实验范式经典范式:Oddball,Go-Nogo注意:听觉,视觉记忆:学习-再认社会认知经典范式1--Oddball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组成o标准刺激(standardstimuli)——大概率o偏差刺激(deviantstimuli)——小概率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。诱发P300、MMN等与刺激概率有关的ERP成分时的经典实验模式。标准刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇刺激ABCD跨通路延迟反应范式Task1：AttendingPicture,IgnoringTonePictureToneToneRedCrossDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPictureTonePictureClickDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal(0-2trial)(0-2trial)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成分注意的实验范式双耳分听空间注意:Cue-Target提示范围的分级鸡尾酒会效应与双耳分听(Chrry,1953)Hillyard,1975,ScienceMangun&Hillyard,1991＋＋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)Validvs.InvalidValidvs.NeutralInvalidvs.Neutral间隔对P1效应的影响(Grorge&Mangun,1998)①注意左侧，多靶（16%）；②注意右侧，多靶（16%）；③注意左侧，少靶（2%）；④注意右侧，少靶（2%）；⑤被动（2%无关刺激）（Woldorffetal.,1997）靶刺激在下视野对侧的背侧枕区、18/19区（Martinez…Hillyard,1999，2001）•刺激为白色直立的T（占86％）和倒置的T（靶刺激14％），被9个十字所包围，并叠加在灰色的棋盘格上•以等概率随机出现在左侧视野（LVF）或右侧视野（RVF）。•任务是持续注视中央箭头并按键报告箭头所指注意侧的靶刺激，并忽视注意侧对面的刺激物。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300ms1500msTimeCUESIZESmallMediumLargeSOA(ms)230-350(Short)500-650(Medium)800-950(Long)FixationPrecueSearchArray不同范围等级提示的空间注意实验范式(Luoetal,CognBrainRes,2001)ERPinShortSOASmallMedianLargeP1(80ms)LargeMedianSmallN1(160ms)CueSearchArrayP1(100ms)N1(160ms)Pressthekey，discriminatethedirectionoftheverticalcrescentISI:Short400-600msLong600-800ms固定区域提示下的注意效应其他相关实验干扰刺激位置对视觉空间注意影响干扰位于小圈干扰位于中圈干扰位于大圈该范试的特点为干扰刺激均位于同一个圈。与靶刺激特征相同内部干扰外部干扰内部/外部干扰可以检测被试在分心物存在条件下注意力的集中程度记忆的实验范式经典范式:学习-再认运动知觉的启动元记忆A.StudyPhase(14faces,SOA3s,duration1s)B.TestPhase(28faces,repeated50%,SOA3.2s,duration1s)理张理舒TimeLearningStageTestStageOldNew1stPresentTypicalProceduresms-1002004006008001000ms0.0-2.02.04.06.08.010.0Vms-1002006008001000ms-2.02.04.06.08.010.0V-1002004006008001000ms-2.02.04.06.08.010.0VC3CzC4HighFrequencyLowFrequencyEncodingeffectsonhigher-&lower-wordfrequency(Chinese)P180N350LPC110ms146ms166ms275ms498ms600ms650ms750ms114ms182ms234ms380ms486ms650ms680ms750ms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-10020040060080010000.0-1.0-2.02.04.06.08.010.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0-100200400600800.0900.01000.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0FzCzPzOldNewDiff(Old-New)HigherFreq.LowerFreq.TestStageP180N350LPC单次运动实验模式示意图（a）与单次运动产生的ERP总平均图（b）特定方向二义左右左—右(0-90°)(0-270°)(0-180°)F1F2向右运动二义运动向左运动F1F2F3启动–目标间隔(200,400,and1000ms)二义-目标特定-目标(实验)(对照)启动目标(0-90-270°)(0-90-0°)特定方向二义方向双次运动的实验模式示意图（a）双次运动产生的ERP总平均图（b）强启动弱启动无启动实验对照P1P32个相反的特定方向无启动弱启动强启动98162226386418ms+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0V颞上回枕叶hMT+内侧顶叶Z=3.09Z=13.11ab实验组与对照组相减的差异波地形图（a）和fMRI结果(b),jiangLuoetal,2002RT(ms)%SameDirectionJudgements4005006007008009001000020406080100PriminginYoungPriminginOldReversalsinYoungReversalsinOld2004001000msPrimingReversalPrimingReversalinYounginYounginOldinOld2004001000msBehavioralDataTheperceivedrateinthesamedirectionintheyoungwashigherthanintheoldsubjects,F1,22=4.727,p.05.TheRTprolongedwithintervalincreasedonlyforprimingconditioninbothyoungandoldsubjects,F2,44=5.711,p.012、无意识启动运动知觉的老年化无启动弱启动强启动98162226386418ms+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0V颞上回枕叶hMT+内侧顶叶Z=3.09Z=13.11ab首次确定视运动知觉的启动效应在刺激后98ms首先激活视觉初级皮层后续活动（400ms左右）发生在内侧颞叶、颞上回、顶叶等更广泛的脑区运动知觉启动与工作记忆0-90-180°0-90-0°SameDirectionOppositeDirection1stMotion2ndMotionTimeSOA:200ms各种条件下的启动效应0-90-270°0-180-90°0-180-0°Unambiguous—Ambiguous—Ambiguous—AmbiguousUnambiguousAmbiguous元记忆的研究方法实验分三个步骤进行o记忆一系列词对，例如“项目—大臣”o呈现前面的线索词(项目—？)，让被试回忆后面的靶子词(“大臣”)o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”o通过一项再认测验来检验其“知道感”是否准确元记忆的脑机制•“知道感”记忆导致大量的脑活动（额叶区），而“不知道感”项目则只伴随有少量脑活动。•知道感可能是基于一个部分信息提取和元记忆判断过程；而不知道感则可能基于一个线索熟悉性的脑活动状态，即一无所获而获得不知道感。•对“知道感”的认知与大脑机制的探索，可为人工智能研究提供有益启示。•Luoetal,2003,ChinSciBull社会认知的研究情绪与注意情绪与记忆欺骗的心理过程情绪对注意的影响1500ms(Probe)延迟样本匹配：由“目标（target）-延迟(delay)-探测（probe）”三个阶段构成的试验单元。实验范式(Sternberg,1966)2000ms1000ms(target）1500ms(delay)1500ms(Probe)词语工作记忆任务AB+RT+a空间工作记忆任务2000ms1000ms(target）1500ms(delay)+++实验程序•实验分2sessions；一个只呈现负性图片以诱发负性情绪，另一个只呈现中性情绪作为对照。•5blocks/session，32trails/block•32个trails里16个空间任务16个词语任务，随机出现。(即每种条件80个trails)欺骗意图的实验范式将欺骗过程分成三个阶段：欺骗动机形成、做出欺骗反应、欺骗结果的评价(买晓琴，博士论文，2005)动机形成阶段ms-2003008001300180023002800µV-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5FCzms-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5µVµVms强迫欺骗强迫诚实强迫自愿自愿欺骗自愿诚实结果评价阶段欺骗组与简单组比较-2+3差异波-100100300500700-5-10-15510152025FCz-100100300500700-5-10-15510152025msµV290ms-15µV0300ms欺骗组简单反应组二、刺激序列的问题1.刺激呈现时间2.刺激间隔3.消除重叠成分1刺激呈现时间①刺激呈现时间长度与任务难度成反比②当呈现时间短到一定程度，例如视觉刺激在40ms以下，人就不能主观感觉到这个刺激，可利用此特性进行非意识的启动研究③撤反应即刺激物消失也能导致ERP波形的微小改变。避免撤反应的措施一是将刺激呈现时间适当延长或缩短，二是利用相减技术2刺激间隔SOAstimulusonsetasynchronyISIinterstimulusintervalOnsetOffset①短间隔将导致ERP成分，特别是早期成分的重叠②预留足够被试完成作业的反应时间③间隔过长可能浪费硬盘空间，并延长不必要的实验时间④刺激间隔与任务难度成反比。3消除相邻刺激的重叠成分1）高通