ERP基本原理及其在认知神经科学中的应用
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ERP的基本原理及其在认知神经科学 中的应用 TheBasicPrinciplesandApplicatio ninNeurosciencesofERP
Jing-hanWei
一、ERP的基本原理
EEG含有心理与生理信息，但不是信息引起的波形本身，ERP是信息引起的 波形本身，但淹没在EEG中，通常观察不到，需提取。
1、名词来源
原称：诱发（脑）电位，强调刺激引起，针对“自发电位”而 言。Evoked（Brain）Potentials = EP
由于认知EP不仅外界刺激感觉所致，尚来自主动的自上而下的 心理因素，故改为“事件相关（脑）电位”（1969，Herb Vauhan）。Event-Related（Brain）Potentials = ERPs 平均诱发电位。强调经过计算机平均。Average Evoked Potentials
6、A/D转换速度（采样速度）―ERP的时间分辨率
ERP时间分辨率高的根本原因是由于它是对神经元自身活动 的测量，而不是像PET、fMRI、光成像那样只是对神经元代谢产 物的测量。其次，电子技术的发展使采样率大为提高，也为ERP 的高时间分辨率提供了保障。目前ERP的时间分辨率在理论上已 可达到微秒级。 实际上，在记录早成分时，由于它在10ms内有七、八个波 ，记录由256点以上组成，因此点间距即时间分辨率小于40μ s 。一般的ERP仪器采样频率也大于2000Hz/导，即时间分辨率 ≤0.5ms。总采样频率=（频率/导）* 导数。减少导数则时间分 辨率相应提高。设置时间分辨率的一般原则是，组成Epoch的点
5、EEG对ERP的淹没与 叠加基本原理
计算机不设置负值，只有正值，波的低谷也为正值，故噪 声叠加也增大，而不是互相抵消。
信噪比的提高值与叠加次数: S /N n / n n。 例：
原信号2微伏 / 噪音10微伏 = 0.2，叠加100次后 （2微伏×100）/（10微伏 × 1 0 0 ）= 200微伏 / 100微伏 =2
2、ERP的定义
（1）诱发电位（EP）的广义定义：凡是外加一种特定的刺激作 用于机体，在给予刺激或撤消刺激时，在神经系统任何部位引起 的电位变化。 （2）诱发电位（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某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，在 脑区所引起的电位变化。 （3）事件相关电位（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，在给予刺激或撤消刺激时，或 /和当某种心理因素出现时在脑区所产生的电位变化。 • 需要注意撤反应。
（1）颅骨不匀且有个体差异
（2）容积导体效应
（3）电场封闭（主要来自锥体细胞层，失真：该 层ERP大，其他层小）
10、ERP的发展趋势
1966: 177 1967-68: 1501 1969-70: 1971 1971-72: 2063 1973-74: 2216 1975-76: 2538 1977-78: 2624 1979-80: 3445 1981-82: 4208 1983-84: 4416 1985-86: 4538 1987-88: 4610 1989-90: 4804 1991-92: 5479 1993-94: 5386 1995百度文库96: 5461 1997-98: 5888 1999-00: 6205 2001-02: 6299 2003-04: 6996
3、特性：
（1）淹没，约2微伏 ~ 10微伏。 （2）两个恒定：潜伏期、波形。
4、简史：
1935-1936 Pauline and Hallowell Davis首先在清醒人记录到感觉 ERP。 1939 Davis等首次发表ERP论文，单次刺激诱发，EEG平静时记 录。 1947 Dawson 首次报道用照相叠加技术记录人体EP。 1951 Dawson 首次发明机械驱动-电子存储式EP叠加与平均方法 （张明岛等，1995），开创了神经电生理学的新时代。 1962 Galambos and Sheatz首次发表计算机平均叠加ERP论文。 1964 Grey Walter等发表第一个认知ERP成分（CNV），标志着 ERP研究新时代的开始。
数应等于或大于128点。
7、ERP的研究分类
（1）按感觉通路：AEP、VEP、SEP （2）按潜伏期：早、中、晚成分、慢波。例AEP。
a
（3）命名法：正P负N潜伏期。如P300, N400, N170。
（4）向上为负。
（5）成分、外源性成分、内源性成分和纯心理波的概念。
纯心理波：运动前电位、刺激遗漏成分、解脱波。
8、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 心理学工作者进行认知神经科学研究的最得力的方法。 （2）认知可分为认知过程和认知状态，过程指的就是时间过 程。 （3）设备相对简单，对环境的要求不高。
9、 妨碍ERP提高空间分辨率的原因：
生理学
……….
……….
二、认知神经科学方法之比较
三、作用举例
（一）关于注意选择性发生时程的 ERP证据
1、两耳纯音各一不同。快速（约6次/秒）随 机呈现。 2、两项实验，每项只记一只耳的纯音数。 3、图1、2 的早成分不受注意影响。
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。 认知神经科学是在近十余年才兴起的一门交叉学科，是脑科学 界颇受关注的领域，是心理学的新时代， ERP是其中的重要组 成部分。
认知神经科学的学科位置
个性心理特征 心理学 情绪 意志 心理过程
认知心理学
心理语言学 认知科学 人工智能 人工神经网络 神经脑科学
二、ERP在认知神经科学中的应用 1、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（physiological psychology）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。
Jing-hanWei
一、ERP的基本原理
EEG含有心理与生理信息，但不是信息引起的波形本身，ERP是信息引起的 波形本身，但淹没在EEG中，通常观察不到，需提取。
1、名词来源
原称：诱发（脑）电位，强调刺激引起，针对“自发电位”而 言。Evoked（Brain）Potentials = EP
由于认知EP不仅外界刺激感觉所致，尚来自主动的自上而下的 心理因素，故改为“事件相关（脑）电位”（1969，Herb Vauhan）。Event-Related（Brain）Potentials = ERPs 平均诱发电位。强调经过计算机平均。Average Evoked Potentials
6、A/D转换速度（采样速度）―ERP的时间分辨率
ERP时间分辨率高的根本原因是由于它是对神经元自身活动 的测量，而不是像PET、fMRI、光成像那样只是对神经元代谢产 物的测量。其次，电子技术的发展使采样率大为提高，也为ERP 的高时间分辨率提供了保障。目前ERP的时间分辨率在理论上已 可达到微秒级。 实际上，在记录早成分时，由于它在10ms内有七、八个波 ，记录由256点以上组成，因此点间距即时间分辨率小于40μ s 。一般的ERP仪器采样频率也大于2000Hz/导，即时间分辨率 ≤0.5ms。总采样频率=（频率/导）* 导数。减少导数则时间分 辨率相应提高。设置时间分辨率的一般原则是，组成Epoch的点
5、EEG对ERP的淹没与 叠加基本原理
计算机不设置负值，只有正值，波的低谷也为正值，故噪 声叠加也增大，而不是互相抵消。
信噪比的提高值与叠加次数: S /N n / n n。 例：
原信号2微伏 / 噪音10微伏 = 0.2，叠加100次后 （2微伏×100）/（10微伏 × 1 0 0 ）= 200微伏 / 100微伏 =2
2、ERP的定义
（1）诱发电位（EP）的广义定义：凡是外加一种特定的刺激作 用于机体，在给予刺激或撤消刺激时，在神经系统任何部位引起 的电位变化。 （2）诱发电位（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某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，在 脑区所引起的电位变化。 （3）事件相关电位（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，在给予刺激或撤消刺激时，或 /和当某种心理因素出现时在脑区所产生的电位变化。 • 需要注意撤反应。
（1）颅骨不匀且有个体差异
（2）容积导体效应
（3）电场封闭（主要来自锥体细胞层，失真：该 层ERP大，其他层小）
10、ERP的发展趋势
1966: 177 1967-68: 1501 1969-70: 1971 1971-72: 2063 1973-74: 2216 1975-76: 2538 1977-78: 2624 1979-80: 3445 1981-82: 4208 1983-84: 4416 1985-86: 4538 1987-88: 4610 1989-90: 4804 1991-92: 5479 1993-94: 5386 1995百度文库96: 5461 1997-98: 5888 1999-00: 6205 2001-02: 6299 2003-04: 6996
3、特性：
（1）淹没，约2微伏 ~ 10微伏。 （2）两个恒定：潜伏期、波形。
4、简史：
1935-1936 Pauline and Hallowell Davis首先在清醒人记录到感觉 ERP。 1939 Davis等首次发表ERP论文，单次刺激诱发，EEG平静时记 录。 1947 Dawson 首次报道用照相叠加技术记录人体EP。 1951 Dawson 首次发明机械驱动-电子存储式EP叠加与平均方法 （张明岛等，1995），开创了神经电生理学的新时代。 1962 Galambos and Sheatz首次发表计算机平均叠加ERP论文。 1964 Grey Walter等发表第一个认知ERP成分（CNV），标志着 ERP研究新时代的开始。
数应等于或大于128点。
7、ERP的研究分类
（1）按感觉通路：AEP、VEP、SEP （2）按潜伏期：早、中、晚成分、慢波。例AEP。
a
（3）命名法：正P负N潜伏期。如P300, N400, N170。
（4）向上为负。
（5）成分、外源性成分、内源性成分和纯心理波的概念。
纯心理波：运动前电位、刺激遗漏成分、解脱波。
8、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 心理学工作者进行认知神经科学研究的最得力的方法。 （2）认知可分为认知过程和认知状态，过程指的就是时间过 程。 （3）设备相对简单，对环境的要求不高。
9、 妨碍ERP提高空间分辨率的原因：
生理学
……….
……….
二、认知神经科学方法之比较
三、作用举例
（一）关于注意选择性发生时程的 ERP证据
1、两耳纯音各一不同。快速（约6次/秒）随 机呈现。 2、两项实验，每项只记一只耳的纯音数。 3、图1、2 的早成分不受注意影响。
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。 认知神经科学是在近十余年才兴起的一门交叉学科，是脑科学 界颇受关注的领域，是心理学的新时代， ERP是其中的重要组 成部分。
认知神经科学的学科位置
个性心理特征 心理学 情绪 意志 心理过程
认知心理学
心理语言学 认知科学 人工智能 人工神经网络 神经脑科学
二、ERP在认知神经科学中的应用 1、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（physiological psychology）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。