ERP实验设计与数据分析

四、MMN
• 1978年为Naatanen等首先报导。
• 典型的实验是Oddball实验模式
– 标准刺激为1000 Hz的短纯音，偏差刺激为800 Hz的短纯音，
分别在被试双耳中呈现。
– 令被试者双耳分听，两项实验分别注意左耳、右耳，即只注意 一只耳的声音，并对偏差刺激进行反应，而不注意另一只耳的 声音。 – 结果无论注意与否，在约250 ms内偏差刺激皆比标准刺激 引起更高的负波。以偏差刺激引起的ERP减标准刺激引起的ERP， 得差异波MMN(失匹配负波，mismatch negativity，约在100 ms 至250 ms之间 。

2. P300与任务难度
P300潜伏期随任
务难度的增加而
延长
实线：判断名字是否 相同 虚线：判断人名性别 断线：出现的词中挑
出“刺”的反义词
3. P300的理论
• 另一个被心理生理学研 究广泛支持的假说是 • 一种观点认为，P300代 Donchin (1979, 1981)根 表知觉任务的结束。按 据其实验结果提出的， 照这种观点，P300代表 认为P300的潜伏期反映 某种刺激加工的抑制， 对刺激物的评价或分类 当对所期盼的刺激作某 所需要的时间，P300的 种有意识的加工时，相 关的顶叶或内侧颞叶部 波幅反映工作记忆中表 位被激活，产生负性电 征的更新。其他假说， 位，一旦这一加工结束， 诸如认为P3b与摸板匹配 则这些部位受到抑制， 有关等观点，均可归纳 此时即产生P3b。 在这一概念之中。
• 放大倍数 对脑电的放大倍数至少在5万倍以上，对EOG的放 大倍数应减小1半或2/3。 • 分析时间 (epoch) 与 基线 (baseline) 根据实验模式和研究目的 设定分析时间，多在 1000ms 左右，刺激发生前的基线常为 100～200ms。 • 频带宽度(bandpass)使其仅够放大拟研究的ERP信号，则落在 频带外的噪音与干扰信号不被放大，达到排除目的。频带宽 度的高通一般为0.01～0.1 Hz ，低通为40～100Hz。 • 皮肤阻抗应使其低于 5 k。每个记录点的脑电位均需与参考 点的电位进行比较而得到电位差，因而此处的皮肤阻抗尤需 降到尽可能低的程度。 • 采样频率（A/D Rate）与时间分辨率成正比。例如250Hz的 采样频率, 时间分辨率为4ms。
130-190 ms
125-275 ms
120-320 ms
二、ERP数据处理
(一) 脑电数据的采集与记录
1 步骤
• • • • 设 臵 或 修 改 脑 电 记 录 文 件 （ SETUP 文 件），根据下述记录参数。 电极安放——戴电极帽。 记录（record）。 保存记录文件(save)
2 记录参数
结
2. 据此提出了心理负荷加 重假说，认为CNV心理因素 的性质是在完成同一种任务 时由期待、意动、朝向反应、 觉醒、注意、动机等多种心 理因素综合构成的心理负荷 加重。该假说是对其前诸单 个心理因素假说的统一，至 此，关于该问题的研究已告 一段落，从此已无人再认为 CNV只与单个心理因素相关 了。
CNV
二级CNV （解脱波）
结果： 1. S1与S2间出现了负向偏转（CNV），在S2与S02间出现了更大的负向偏
转，此即二级CNV。
2. 只有在S02出现的条件下ERP才于S02后骤然下降，形成了一个正波，在
S02不出现的条件下S02后ERP没有骤然下降，不形成任何波。由于S02 本身不会引起脑波变化，那么此正波必为心理因素所致。
解脱波和二级CNV的发现
• 各实验室一致证明CNV 主要与心理因素相关， 但究系何种心理因素所 致，各家分别提出关于 CNV系期待、意动、朝 向反应、觉醒、注意、 动机等不同假说，未能 统一。 • 魏景汉（1984）设计出 无运动二级CNV实验模 式，推动了这个问题的 进展。
CNV
1. 刺激信号增加为三个，三个刺激信号 将其间出现的脑电变化分成了两段， 以观察脑电是否逐级升高；第三个信 号S02介于听觉阈限与ERP阈限之间。 S1与S2间及S2与S02间的间隔分别固定 为1.5秒与1.7秒。S1与S2每次皆出现， 但其后之 S02仅以50%的概率随机出 现。
Contingent Negative Variation
1. 1964年为Walt和Cooper 等所发现。
发表在 “Nature”.
2. 叠加12次，Cz点最大 3. A:短声, B:闪光, C:短声+闪光 4. 以上三种情况都不出现CNV. 喀 声后令被试在闪光出现时尽快按 键，按键即将闪光终止，只有这 时才出现CNV.
4 相减
• 相减技术的运用，对于提取更为纯粹的、与心 理机制相关的ERP成分具有重要意义。
(四) 统计分析
1、统计分析的设计
• 描述性统计 均值±标准差、均值±标准误 • T检验 • 方差分析 重复测量的多因素方差分析（Repeated
measures ANOVA）
三、ERP成分概述
一、伴随性负变化（CNV）
1 波形识别
• 波形判断：从一系列波形中判断有关成 分，是ERP研究的一个技术难关。 • 可根据峰潜伏期、波形、及其头皮分布，
参照总平均图与文献进行判断，丰富的
经验也是一个重要的因素。
2 波峰测量
• 波幅测量 峰——峰，基线——峰，平均波幅 • 峰潜伏期测量 起始时间(始潜时)的测量
-4.0
峰——峰
• N400在揭示语言加工的 认知规律上发挥了很大 作用，然而研究表明， 产生N400的脑机制是很 复杂的，在定性的根本 问题上仍有争议，例如， N400反应的仅仅是语言 本身的性质，还是广义 上的语义加工。也许这 是由于语言脑机制的复 杂性所致。虽然目前已 在正常人和语言障碍患 者上作了不少工作，但 距离彻底揭示N400的原 理，需要走的路还很长。
(二) 波形平均与叠加
1) 提取并打开连续脑电 文件 2) 合并行为数据 3) 消除眼电伪迹 4) 对脑电分段 (Epoch) 5) 滤波 (filter) 6) 基 线 校 正 correct) 7) 排除伪迹 8) 平均 (average) 9) 保存 10) 总平均 (baseline
(三) 波形识别与测量
N400与语义畸异
程度的关系
THE PIZZA
WAS TOO HOT
TO …
Thank you for your attention！
二、P300
Sutton等首先报告P300 （ Science , 1965 ）
1. Oddball实验模式
对同一感觉通路的一系列刺激由两种刺激组成

一种刺激出现的概率很大（如85%），称为标准刺激 另一种刺激出现的概率很小（如15%），称为偏差刺激 两种刺激出现的顺序是随机的。这样，对被试者来说偏差 刺激具有偶然性。 令被试者发现偏差刺激后尽快按键或记忆其数目。此时偏 差刺激已成为靶刺激。如此可在偏差刺激后约300 ms观察 到一个正波，此即P300。
-2.0
基线——峰
-200
2.0
200
400
600
800 ms
4.0
潜伏期
6.0
Fz C3 T5 P3 OL Pz O1 Oz O2 OR Cz P4 C4 T6
5mv + 600 ms
3 平均波幅测量
• 适用：信噪比不太好的波形，如差异波 • 固定法或连续测量法：如间隔20、50、100和 150ms。较客观、标准统一，便于测量及比较； 但在个体差异大时，数据可靠性较差。 • 具体法或间断法 根据总平均图确定某一成分的 时间窗口。根据总平均图而定，针对性较强， 但主观性较大，不利于比较。
MMN与标准刺激/偏差刺激差异的关系：随偏差增大而增大。 本图为声强MMN，标准刺激为80db，偏差刺激分别为57db, 70db, 77db。
五、N400
• 1980年首先由Kutas与Hillyard 在Science报导
• 意义不仅在于发现了 N400成分，重要的是它 成功地将ERP方法运用到 了语言心理学中，给语 言心理学注入了新的活 力，开创了在ERP领域中 研究语言心理学的新时 期，相继开展了大量的 工作。
4 消除相邻刺激的重叠成分
1） 高通滤波（high-pass filtering）增加频带宽度 低端频率响应，可以减弱ERP在较长潜伏期、 较低频率的部分。如果仅对早期高频成分，例 如听觉脑干诱发电位感兴趣，即可采用此法 （高通为50～150Hz）。 2）低通滤波 (Low-pass filter) 采用不同间隔随机 化，可以部分消除邻近的ERP重叠成分，又叫 Jitter法。 3) 在两个刺激间放入空屏（200－400ms），或 增加注视点呈现时间。
3 刺激间隔
Onset Offset
SOA
ISI
stimulus onset asynchrony
interstimulus
interval
① 短间隔将导致 ERP 成分，特别是早期
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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。
ERP的实验设计与数据处理
一、刺激物与刺激程序
1 刺激物分类
视觉刺激
听觉刺激 体感刺激
2 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. 令被试判断S1与S2后是否出现了S02， 并记忆S02出现的次数。
二级CNV
（解脱波）
3. 分别叠加S02出现与不出现两种条件 下的ERP。取消了经典的CNV模式中 的按键反应，可排除意动和运动因素， 以企突出心理因素；由于S02本身不 能引起脑电变化，则其后若有脑电变 化，必为心理因素所致。这种实验模 式称为无运动二级CNV模式（命名 之为NmTL.CNV模式）。
小
1. S02过分微弱，当被试在S1 与S2后没有听到S02时，存在三种 可能：S02出现的时间还没到、 S02出现了而我没听到、这一次 没有S02，被试不能断定是哪种 情况，心理负荷不能解脱。而当 被试在S1与S2后听到S02时，记一 次数，心理负荷立刻解脱。因此， 心理负荷的解脱是引起该正波 EML的原因，二级CNV的增大是 由于随着S02的逐渐临近，心理 负荷逐级加重所致，依此将该正 波命名为解脱波（extrication of mental load, EML）。
三、运动相关电位
• 1965年为Kornhuber 和 Deeckes所发现。有一类 ERP与运动相关，并且出 现在骨骼肌肉运动之前 约800ms，系脑电的负 向漂移，称为BSP，亦称 readiness potentials, 简称 RP。它在运动后约100 ms达到负相峰值。该峰 称为N2。
• 此后开始朝正向翻转， 至运动后约350ms达 到正相峰值。该峰称 为P2或, 简称RAP， 亦称运动后电位。其 头皮分布以对侧半球 运动区波幅最大。 • 在被动运动时仅出现 运动后电位，说明 BSP代表意动，即运 动的预备，是一种纯 心理性脑波。