ERP基线校正

52Brain独家发布

王一峰

西南大学

ERP数据分析中的基线校正就是一个线性平移。说来简单，内中却有很深的学问。下面从几个方面简单谈一下个人经验：

1 分析时程：

一般而言基线选取不短于分析时长的1/5，由于ERP分析时程多在1000ms之内，基线则多选为100-200ms。分析时程的延长对整个分析过程中参数的选取都产生影响，其中，基线延长也是必须的。就个人经验来看，基线一般没有超过500ms的。除基线选取外，其他参数如滤波、去除伪迹等也要选取适当的参数。由于分析时程增加，受到慢电位漂移及其他伪迹干扰的可能性也增大；此时可以增加伪迹的范围，比如将去伪标准从±80调到±100.

基线的长度也不宜过短，10ms的基线不能保证锁时之前是平稳的。即使是简单的视听觉任务，基线的长度原则上也不应短于50ms。

2 基线位置：

通常基线选取位于刺激呈现前100-200ms。

如果从反应开始分析就比较复杂：做出反应时与动作相关的ERP成分还存在，此时波形还是有一定斜率的，因此单纯选取反应后的200ms或其他时长作为基线有时效果并不好。如果不同条件的反应没有差异，或者说反应后的波形可以重叠到一起，采用反应后基线是可以的。如果不同条件的反应过程存在差异，如混有决策信心等因素，反应阶段的波形就可能不一致。此时，选取反应后基线不是最佳选择。此时，可以在反应后较长时间内（如500ms）检查波形是否恢复平稳。原则上，反应锁定时也是可以用刺激锁定的基线的。由于刺激诱发的心理反应不同，可能在较长时间段内都存在差异，此时，只能假定刺激呈现前的心理过程是一致的，其后的过程就不适宜作为基线了。

还有一种就是灵活基线，说白了就是峰峰检验对应的取基线方法。最近几年ERP分析中用峰峰检验并不多，一个重要原因就是它的使用有很大的局限性。严格地说，前后两个峰值应该具有同样的地形分布，这样才能确定二者确实是相互影响的。宽松一点，前后两个峰值的地形分布应该相似，或者说，所分析的电极点都在两个峰值的主要效应区域内。如果用头皮前中部的N2和中后部的P3做峰峰检验是不合适的。一旦确定了可以做峰峰检验，则前一个峰值就可以作为后一个峰值的基线。在此基线基础上，可以观察到后一个峰值的差异波分布在哪些位置。而如果应该进行峰峰检验时没有用前一个峰值去校正，则后一个峰值处的差异波就会有误差。以前中部的P2和N2为例，如果P2波幅很大，我们往往看到N2的电压值是正的。见过很多人纠结于这个具有正值的负向偏转应该叫什么名字，其实，只要用P2作一下基线校正，N2自然就是负值了。这里要补充一个重要问题：ERP分析中没有绝对电压值，所有值都是减去基线后的相对值。因此，ERP的主要任务是检验差异，而不可建立一个绝对刻度。

3 基线平稳问题：

很多人会纠结于实验的基线不稳，这可能由很多原因造成。

其一，叠加次数过少，噪音过大。此时基线往往产生较大波动，直观感觉就是很乱。这个在可能的范围内增加每个条件的叠加次数就可以解决。

其二，基线往某一个方向偏斜，最常见的就是前中部的基线呈上升趋势。有些人说这可能是由于存在期望的成分造成的，有何根据？

我们知道，额叶的低频波动较多，而低频波动的持续时间一般较长，如果前后两个trials 间隔时间过短，后一个trial的基线就会落到前一个trial里面，如下图。此时，如果实验的其他方面非常完美，我们就会准确地再现400-600ms这个区间内这段带有一定斜率的波形。

有人说，增大trial间的随机间隔就可以解决这个问题；但如果我们把原来的随机间隔（600,700）改成（500,800），基线仍然处于这个上升期内，问题显然得不到解决。因此，在许可的范围内，尽可能延长trial间隔是必要的。虽然神经电活动不像血氧水平的变化那么慢，但总是需要一定时间的。一般来说，复杂加工需要的时间比简单加工更长，额顶网络或额颞网络活动的持续时间更长，顶枕网络活动的持续时间稍短，简单的视觉、听觉加工的时间可以很短。情绪研究中trial间隔应该适当延长。因此，trial间隔多长，实际上取决于前一个trial的加工需要多长时间。

我们总是希望当前trial不要受前一个trial的影响，因此，心理活动回复到“基线”水平，而不是波形回到“基线”水平才是真正重要的。

有时候，我们的目的就是获得一些与时间相关的练习或适应效应，此时短间隔就是必要的。这种情况下，基线有一定的斜率是可以容忍的。对于一些连续呈现的任务，比如掩蔽、启动、RSVP等，往往取第一个刺激前面的基线就足够了，因为我们关心的是这一系列操作在不同时间上引起的总的心理效应。

4 总基线：

既然基线是提供一个相对标准，那么ERP所基于的参考电压就是一个总基线。建立参考的方法很多，如Cz参考、平均参考等。值得注意的是：参考的选择对后续分析的影响不是线性的，因为它会影响到波幅（包含伪迹）的大小，能量的高低等。即使后续分析过程选取同样的参数，所得波形也会是不一样的。

5 基线反映实验设计的问题：

好的基线可以反映出一个好的实验设计。如果你选取了500ms甚至1000ms的基线仍然很平稳，这提示你trial间隔可以缩短了，因为一个实验中要安排尽可能多的trial来提高信噪比。

在一些实验范式中，200ms的平稳基线往往是不够的，因为神经电活动仍然可能处于比较高的水平，比如一个长的P600的中段。虽然写文章的时候不要求许多基线，但在预实验的处理中，多用几个基线，可以帮助你对自己的实验设计有更多的了解。

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