ERP实验设计100415

ERP研究的实验设计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内容经典的ERP实验范式知觉与意识研究视觉注意研究记忆研究语言文字研究思维研究情绪与认知的相互关系结果评价研究经典范式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成分知觉与意识研究视知觉组织局部优先与整体优先运动知觉启动范式意识转化研究范式视知觉组织视知觉组织是视知觉的基本理论基础。人类注意的客观视觉世界是由各种图形和景物组成的根据Marr的视觉计算理论，千姿百态的图形景物都是由20多个最简单的物体构成Marr氏圆柱体组件（Farah,2000）局部优先与整体优先关于整体优先还是局部优先的问题涉及选择性注意、大脑视觉信息加工原理，长期争论特征整合理论:将客体知觉过程分为前注意阶段和特征整合阶段(Treisman,1964,1988）局部优先观点：以美国MIT脑与认知科学系Marr为代表的视觉计算理论学派Navon(1977).Cog.Psychol.,9,353-383.PerceiveglobalstructureandlocalelementsTheroleoflocalselectioninhierarchicalprocessing(Han&He,2003)Neuralcorrelatesofglobal/localprocessingofcompoundstimuliSelectiveattentiontaskHanetal.,1997,JournalofCognitiveScience,9,687-698.Globaltask:discriminatedirectionsoflargearrowsLocaltask:discriminatedirectionsofsmallarrowsStimuliBehavioralresultsRTs(ms)GloballocalConsistent377379Inconsistent425459以拓扑性质为基础的视觉信息基本表达Chen,1982;Zhuoetal,Science2003面孔识别与非面孔识别Tanaka&Farah,1993ERPsfromstriateandperistriatecortexP100----dorsaloccipitalsitesRecordingsfromtheleftstriatecortexLeftvs.rightcheckerboardsStimuliofvaryingluminanceVentralface-specificN200Perceptionofcomplexvisualscenes-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，2004视运动知觉启动范式SingleJumpUnambiguousAmbiguousLeftmotionRightmotionLeft-Right(0-90deg)(0-270deg)(0-180deg)F1F2StrongPrimingNoPrimingTest对照P1P3DoubleJumpTestControlF1F2F3(0-90-270deg)(0-90-0deg)Unambig.AmbiguoustwounambiguousmotionjumpsinoppositedirectionsPrime-Targetintervals(200,400,and1000ms)PrimingMotionTargetMotion无启动弱启动强启动98162226386418ms+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0mV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首先启动视觉初级皮层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意识转化研究范式意识问题通常可以用注意作窗口进行观察朝向反应产生的过程是注意开启的过程，属于非意识向意识转化的过程改变Oddball范式，通过朝向反应而研究从非意识向意识转化脑机制的ERP实验范式（魏景汉，2008）视觉注意研究的实验范式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空间注意提示范式早期视觉注意研究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）小结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。ERP与PET/fMRI结合的研究符号匹配与空间注意相结合，被试注视中央的红色小十字，任务是注意左侧或右侧圆圈里的符号。ERP：最早的注意效应表现在刺激后120ms的P1成分，而不是更早的C1。PET确定注意相关激活区在腹侧梭状回。证实了早期注意效应是发生在刺激后120ms的梭状回。(Mangunetal.,1997)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—注意时其波幅增大注意梯度的实验设计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ERP1234-2-105678**SpeakerPositionAmplitude(mV)*N1amplitudes(Cz)SightedBlindAttended“跨通路延迟反应”范式Block1：注意图片，忽视声音PictureToneToneRedCrossDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignalBlock2：注意声音，忽视图片TonePictureClick(0-2trial)(0-2trial)既可减慢刺激呈现速度，又可提高非注意纯度ERPComponentsintheParadigmof“Cross-modalDelayedResponse”AttendedToneAttendedPictureStanStimDevStimDevCompAttCompStanStimDevStimDevCompAttCompAudAttendERPAttendERPMMNStandNdDeviantNdUnattendERPUnattendERPMMNVisUnattendERPUnattendERPMMNAttendERPAttendERPMMNStandNdDeviantNd听觉视觉注意非注意记忆痕迹的失匹配机制—通路特异性，而形成痕迹的机制—通路上机制据此提出注意早晚选择因条件而异的注意过滤器可塑性假说空间注意提示范式有效提示与无效提示中心提示周围提示线索与靶的间隔对单视野的提示空间范围的等级提示＋＋ValidCue＋＋＋＋InvalidNeutral经典的中央性提示ValidInvalid(Mangun&Hillyard,1991)RVF-LeftHemisphereLVF-RightHemisphere间隔对P1效应的影响(Grorge&Mangun,1998)＋⊙固定注视点1400ms提示箭头200-500ms目标50ms屏蔽200ms(Lucketal.,1994)Validvs.InvalidValidvs.NeutralInvalidvs.Neutral周围提示周围提示A为4个点组成的提示提示，各点以等概率随机出现于左右视野；b、c是不同格子的棋盘格；有效提示占75％（Fuetal.,2001）。结果发现，无效条件下P1潜伏期短于有效条件，对侧视野无效刺激产生的N1与有效条件相比较，N1波幅较大而潜伏期较短（见图4－16下排右）。他们认为周围提示产生的ERP早期效应提示了有别于有意注意条件的ERP效应(Fuetal.,2001)。＋＋ATask:Leftbutton-consonantRightbutton-vowelLetter:A,B,D,E,H,L,P,R,S,T,UCentralSymbolCueLVF-RightHemiRVF-RHemiDifferenceWaveContralIpsilValidInvalid(Luoetal,2002)对上下视野的提示采用经典的Oddball范式，在视屏中央注视点的上下呈现圆形黑白棋盘格大棋盘格为大概率刺激(80%)，小棋盘格为小概率(20%)，其中10%为靶刺激发现了与左右视野一致的P1、N1注意效应支持下视野是优势视野的结论(敖新宇等，2000)N2pc颜色朝向运动N2pcN2pcN2pc对侧同侧0100200300ms+3mV-3mV300ms1500msTimeCUESIZESmallMediumLargeSOA(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空间搜索ShortMediumLongSOA900800700600500CUESIZE:SmallMedianLargeReactionTimeRTincreasedsignificantlywithcuesizeandSOA.RTattheshortSOAwashigherthanthatatthemedi