赵仑_09_March_ERP高级培训班讲座(1)

ERPs实验高级培训赵仑2009.3.北京Itisanexcitingtimeforstudyinghumancognition.-----Picton,Alain,&McIntoshThetheatreofthemind:Physiologicalstudiesofthehumanfrontallobes.In:PrinciplesofFrontalLobeFunction,2nd,2002•认知神经科学—CognitiveNeuroscience是一门研究人脑高级功能的学科，它是认知科学与神经脑科学结合的产物。认知神经科学的研究目的在于阐明认知活动的脑机制，其学科分支包括认知神经心理学、认知心理生理学、认知生理心理学、认知神经生物学、计算神经科学。认知神经科学名词来源事件相关（脑）电位（ERPs）Event-RelatedBrainPotentialsEvent-RelatedPotentials诱发（脑）电位（EP）EvokedBrainPotentials=EvokedPotentials事件相关（脑）电位ERP的形成•EEG主要是由皮质大量神经组织的突触后电位同步总和所形成的。即主要来自突触后电位—胞体和树突的电位变化。•ERP除了皮质突触后电位以外，还含有皮质下组织活动及轴突动作电位成分。•只有当偶极子源具有开放型电场时，才能被远距离记录到。事件相关（脑）电位EEG基本知识产生基本原理构成脑电自动节律的主要是锥体细胞，尤其是深层的大锥体细胞。大锥体细胞具有形成有效电场的特定条件：细胞排列井然有序，其顶树突更是平行并列；顶树突长，其实体表面积比细胞体大约10倍以上，接触面积大为增加；顶树突较粗，具有较低的阻抗。在广阔表面积上的众多突触点的电活动，若是方向一致而且阻抗又较低的话，就容易被总和成为一个有效电场，这时，即可记录到一个综合性的突触后电位，连续不断的综合性突触后电位即是脑电波的主体电活动。EEG基本特征用快的送纸速度记录下来的脑电图一般呈正弦波样外观，周期、振幅、位相称为脑电图的基本特征，也是规定放电团节律性的波形的重要因索。基线振幅周期脑电位相图180度（位相倒转）90度EEG分类δ波θ波α波中间快波β波γ波Schwab频率分类0.5~3Hz4~7Hz8~13Hz14~17Hz18~30Hz31Hz以上慢波快波α-脑电图：顶、枕大多数β-脑电图：6%全部导联额、中央区平坦脑电图：10%不规则脑电图R.Jung图形分类影响脑电图的各种因素生命过程中，在整个机体特别是神经系统发生的全部变化都能反映在脑电图上。年龄个体差异和年龄差异精神活动外界刺激意识变化体内生化学改变脑部疾病与发育情况和体制特点有关一过性、可逆性的生理变化病理变化（棘波、慢波等）成人正常脑电图的主要特征1．由α波和快波组成，慢波只有少数、散在性θ波(占10％～15％以下)。2．α波和快波显示正常分布，即α波主要分布于枕、顶区，快波于额、额前区。3．左右对称部的波幅差一般不超过20％。4．左右对称部的频率差异不超过10％。5．α波在睁眼、感觉刺激、精神话动时有反应(衰减)。当进行ERPs实验时，要密切关注被试脑电的特征，一方面大致判断被试的健康情况，一方面可以对实验过程中被试的反应或实验的可靠程度（导电膏的蔓延）进行判断。ERP的学术位置•属于心理生理学（psychophysiology）范畴•心理生理学以心理因素为自变量，以生理指标为应变量，一般以人为被试。•生理心理学（physiologicalpsychology）以生理变化为自变量，以心理因素为应变量，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。•认知神经科学是当前脑科学界颇受关注的领域，ERP是其中的重要组成部分。事件相关（脑）电位ERP的优势（1）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，是进行认知神经科学研究的得力方法。（2）认知可分为认知过程和认知状态，过程指的是时间过程（timecourse）。（3）设备相对简单，对环境的要求不高。事件相关（脑）电位Event-relatedpotentialsEvent-relatedbrainpotentials凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，在脑区引起的电位变化。*刺激缺失ERP的概念和特点EEG对ERPs的淹没叠加平均基本原理ERPs波形恒定潜伏期恒定叠加n次：信噪比提高√n倍例如：ERPs=0.5×EEGn=100—100×ERP—10×EEG—ERPs=5×EEGERPs提取的基本原理信噪比的改善程度和刺激次数成平方根的比率关系，限制了平均技术更大限度地降低噪声和提取ERPs信号的能力。平均技术只能改善信噪比，不能完全消除噪声。补救方法：重复测试是最简便有效的方法。不要过分相信平均技术的作用，盲目增加平均次数不能消除所有伪迹（50Hz、爆发性的肌电伪迹等）平均技术的局限性潜伏期：早、中、晚成份，慢波命名：正－P，负－N，潜伏期成份：外源性成份、内源性成份和纯心理波外源性内源性P1、N1、P2N2、P3复合波MMN、CNV•ERPs成分受刺激的物理性质的影响？AnExample:ERPscomponentselicitedbyinfrequenttargetauditorystimuliThesensorycomponents(withalatencyoflessthan50ms)Theperceptionandcognitioncomponents(latencyexceeding50ms)P1,N1,P2,N2,P3,SW1、ERPs是属于近场电位（记录电极位置距活动的神经结构较近）；2、一般要求被试实验时在一定程度上参与实验；3、刺激的性质、内容和编排多样，目的是启动被试认知过程的参与；4、ERPs成分除受物理刺激特性影响的“外源性成分”，还包括“内源性成分”，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，反映的是认知过程中大脑的神经电生理改变。ERPs与EP的区别ERPs&EP听觉BAEPMLRERP视觉EPERPP1N1C1Note：EP与ERP密切相关，早期ERP成分与认知的关系要求我们对EP的基本特征要非常熟悉。举例：听觉ERPP20-50注意效应&听觉MLR视觉ERP早期注意效应（P1）Face-N170-facedetectionparadigm（Hillyard,etal）C1componentinvisualmodalityThefirstmajorvisualERPcomponentisusuallycalledtheC1wave,anditislargestatposteriormidlineorlateralelectrodesites.ItisgeneratedinV1(primaryvisualcortex).Itspolaritycanvary,whichispositiveforstimuliinthelowervisualfieldandnegativeforstimuliintheuppervisualfield.Itissmallorpositiveforstimulionthehorizontalmidline.Itonsets40–60mspost-stimulusandpeaks80–100mspost-stimulus.Itishighlysensitivetostimulusparameters,suchascontrastandspatialfrequency.Paradigm：EarlyFacePerceptionPassivedetectionparadigm（Bentin,etal,1996）Reference?N170N1forobjects&N170forfaces(Itier&Taylor,2004)Respondtocheckerboards.(Itier&Taylor,2004)Anaveragereferencewasusedthatwascalculatedoff-line.刺激物的分类刺激物分类体感听觉视觉非图形图形闪光几何图形、文字、面孔、自然景观纯音、短声、白噪声、动物叫声语音自然环境声微弱脉冲电流、针灸（感？）Topographicanalysis***Voice-specificresponse(VSR)(Levy,Granot,&Bentin,2001)刺激参数体感听觉视觉对比度亮度视角Spatialfrequency、朝向、schematic……频率声压级上升/下降时间0.1～0.5ms，1～5Hz，50uV刺激呈现时间刺激间隔SOA、ISI刺激参数刺激呈现概率三大要素ComputingtheVisualAngle√√××