事件相关电位原理与技术

事件相关电位原理与技术第一章事件相关电位（ERPs）的发展与基础人脑在自然状态下产生的脑电为自发电位，EEG，是ERP产生的基础ERP的发展简史1）1929年，HansBerger证明可以用放在头皮上的电极测量人脑的电活动（EEG---脑电图）2）几年后（1935年左右），人们开始承认EEG确实存在3）接下来的几十年里，EEG被证明在科学领域和临床应用中都是非常有用的（缺陷---难以从EEG中将个别的神经-认知过程分离出来）4）提取出ERP---用简单的平均技术（包括更高级的技术）从EEG中提取出特异性反应5）1935-1936首次获得清醒人类感觉ERP的明确记录6）二战期间（1939-1945）ERP工作不多7）19世纪50年代ERP再次兴起（主要集中于研究感觉）8）现代ERP的研究始于1964年，第一个认知ERP成分---CNV（P3）9）1965-1980集中研究ERP的成分识别、对认知实验ERP记录与分析的方法上10）ERP的普及：不算昂贵的计算机的引入；认知神经科学研究的全面探索（ERPs具有血流动力学所缺乏的高时间分辨率，是PET和fMRI的重要补充ERP定义1.EP广义定义：凡是外加一种特定的刺激作用于机体，在给与或撤销刺激时，在神经系统任何部位引起的电位变化。2.EP的狭义定义：凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的莫一部位，给与或撤销刺激时，在脑区引起的电位变化。3.ERP的定义：当外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给与或撤销刺激时，或当某种心理因素出现时，在脑区引起的电位变化。ERP优点与缺点1.时间分辨率高2.ERP测量的是从刺激到反应的连续过程3.ERP可以实时地测量没有行为反应的认知加工4.具有脑自动加工的指标，MMN是人脑对外界变化进行自动加工的指标5.ERP价位低，设备简单，对环境要求不高6.无创性1.空间分辨率不高原因：颅骨不均且有个体差异容积导体效应在某个记录到的电变化并不意味着电变化就发生在这个部位脑电源间电场开放性的差异直接影响所记录ERP大小ERP主要来源于锥体细胞层的突触后电位，而实际心理活动不会只局限在锥体细胞层。ERP的形成原理条件：一是神经元的电活动要同步二是各个神经元的电活动形成的电场方向要一致突触前电位：频率过快，持续时间过短突触后电位：变化较慢，容易同步总和形成头皮电位皮质内外锥体细胞层具有比较典型的开放电场结构封闭电场方向相反，电位相消，总和接近为零。开放电场方向一致第二章ERP记录与提取得基本原理与方法脑电记录及其技术原理1.晶体管的放大作用一、电压放大倍数放大倍数又称增益。电压放大倍数一般是指对异相信号的电压放大倍数。单位分贝dB放大倍数制约因素：放大器的截至范围的限制，等于或大于放大器截止幅度的信号将不分大小一律变成同一波幅，削顶式失真，即为溢出；A/D转换器输入幅度范围的限制信号源放大器示波器二、输入阻抗、输入回路与输出阻抗放大器的输入阻抗与信号源的内阻形成分压关系，放大器的输入阻抗越大，这个回路的I越小，U信号源越小，U放大器输入阻抗越大，越接近信号源的电压，使放大器对输入信号的影响越小。R大于100MΩ解决市电干扰降低头皮电阻Ra1.利用放大器的滤波器来削弱噪声。多数ERP实验关心的是30Hz以下的频段组成的，因此可以滤除所有超过30Hz的活动2.让被试身处电屏蔽室使噪声最小化。输出阻抗放大器的输出阻抗越小，回路电流愈大，负载电压越大，越接近放大器输出电压的信号。共模抑制比定义为放大器对异相信号的放大倍数Ad和放大器对共模信号的放大倍数Ac之比𝐶𝑀𝑅𝑅=𝐴𝑑𝐴𝑐一般而言CMRR不应小于100dB共模信号：作用在差分放大器或仪表放大器同相、反相输入端的相同信号。噪声：电子线路所产生的无规则的电位或电流变化频带宽带：任何放大器只能对一定频率范围内的信号进行正常放大，超过其频率范围的信号经过放大器后放大倍数就会降低。低通滤波阻止高频干扰信号高通滤波阻止低频干扰信号隔离使被试机体与大地隔离的一种安全措施。1.前置放大器与后置主放大器之间有隔离电阻2.使用隔离型的电源变压器人不能接地！模数转换将模拟量变成数字量的过程称为A/D转换，经过转换的数字量立即一个个进入计算机存储，又称计算机采样。1.采样精度———ERP的波幅分辨率AR转换精度单位bit,分辨率为IR输入电压Ad放大倍数2.采样速度———时间分辨率总采样频率=（频率/导）*导数陷波功能去除50Hz市电导联方法ERP提取过程和原理1.参考电极转换2.删除坏区导有的导信号失真过于严重，可通过编程由计算机识别与删除3.排除眨眼伪迹眼电包含眨眼电位和眼动，眼动电位比眨眼电位小得多。对眨眼伪迹的校正：记录EEG的同时以相同的滤波参数记录垂直眼电求出每个EEG导所含的VEOG与VEOG导所记录的VEOG的比值，即个导的传播系数，从各导连中按其传播系数减去其VEOG。也可以用PCA与ICA校正眨眼伪迹4.分段与分类5.排除其他伪迹6.叠加平均ERP具有波形恒定，潜伏期恒定。可通过叠加，从EEG中将ERP提取出来经过将刺激时间对齐的叠加，ERP与叠加次数成比例的增大，而EEG则按随机噪声方式加和，若刺激次数为n，信噪比为nn=n倍7.总平均对同一种条件下的全部被试的ERP在进行一次平均。8.可选择的数据处理方法：合并行为数据导EEG连续记录中基线校正直流漂移校正潜伏期变异校正消除撤反应数字滤波平滑化参考电极单耳参考转换为双耳参考ERP主要成分及命名（-）按顺序命名正波名为P，负波名为N，其后标出出现的序。在刺激固定的情况下，ERP的波数和顺序是相对固定的，因而各个波可以按照其顺序命名。这时，（AEP的早成分被命名为I、II、III、V、VI、VIII；中成分被命名为No、Po、Na、Pa、Nb；晚成分被命名为P1、N1、P2、N2、P3（二）按潜伏期命名正波名为P，负波名为N，其后标出潜伏期。例如，270ms左右出现的正波记为P270；上列P1、N1、P2、N2、P3又分别被称为P100、N100、P200、N200、P30慢波则按照正、负分为正慢波（positiveslowwave，Psw）和负慢波（negativeslowwave，Nsw）。潜伏期命名法可用于命名一个时间范围的波，如P20-50，N300500；也可用于命名潜伏期为负（发生在刺激或反前）的波，如N-90。新发现的成分最好按潜伏期命名。（三）按功能意义命名有些成分的意义相对明确，可按其意义命名，如失匹配负波（mismatchnegativi-ty，MMN）、加工负波（processingnegativity，PN）、预备电位（readinesspotential，RP）等。ERP研究分类1.按感觉通路分听觉诱发电位AEP，视觉诱发电位，体感觉诱发电脑……2.按潜伏期分早成分，中成分，晚成分和慢波。如AEP10ms为早成分，含7-8个波，系由脑干产生，III……10-50ms为中成分，含5个波No，Po，Na……50-500ms为晚成分，含5个主要的波P1，N1……1.成分与波的概念并不相同，同一个脑内加工产生的一个波称为一个成分，一个ERP的波动为一个波，同一个ERP成分的主要特征应该是脑内源相同，组成脑内源的各神经元的活动相同，头皮分布相同。2.区分两个波是否为同一成分？一是电位变化对实验自变量的反应；二是头皮分布3.与刺激的物理属性相关的成分为外源性成分，脑干诱发电位4.主要与心理因素相关的成分为内源性成分，P3005.中源性成分：既与刺激的物理属性相关，又与心理因素相关的成分。N1006.纯心理波：指不含刺激的物理因素的内源性成分，包括运动前电位，刺激遗漏成分，EML，MMN，PN等