ERP实验设计0912

Tanaka & Farah, 1993
ERPs from striate and peristriate cortex
P100 ---- dorsal occipital sites
Recordings from the left striate cortex
Left vs. right checkerboards
Stimuli
Behavioral results RTs (ms)
Global Consistent Inconsistent 377 425 local 379 459
以拓扑性质为基础的 视觉信息基本表达
Chen, 1982;
Zhuo et al, Science 2003
面孔识别与非面孔识别
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

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

Perceive global structure and local elements
Navon (1977). Cog. Psychol., 9, 353-383.
组成
o o

标准刺激(standard stimuli)——大概率 偏差刺激(deviant stimuli)——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。
A
B
C
D
标准刺激 靶刺激 非靶刺激 刺激缺失 新奇刺激
Contral Ipsil
(Luo et al, 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)
Time
Search Array
1500 ms
不同范围等级提示的空间注意实验范式
Reaction Time
900
SOA
Short
800
Medium
Long
700
600
500
CUE SIZE:
Small
Median
Large
RT increased significantly with cue size and SOA. RT at the short SOA was higher than that at the medium and long SOAs
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。
Stimuli of varying luminance
Ventral facespecific N200
Perception of complex visual scenes
-200
-2.5 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0
300
550
800 ms
PO8
N170偶极子源定位在右侧颞枕部（右 侧梭状回）——吴文，博士论文，2004
启动 –目标间隔 (200, 400, and 1000 ms)
与双次运动的实验模式示意图（b）
各种条件下的启动效应
Same Direction Opposite Direction
1st Motion
Time
2nd Motion
SOA: 200 ms
0-90-180°
0-90-0 °
Unambiguous— Ambiguous
（Martinez …Hillyard, 1999，2001）
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
视听跨通路空间注意范式
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
小结
1.
空间注意调节视觉皮层的早 期P1 (80-120 ms) 与 N1 (140-200 ms) 成分； 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；
2.
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。
视运动知觉启动范式
二义-目标 (实验)
特定-目标 (对照)
F1
F1
启 动 目 标
F2 F3 特定方向
F2
特定方向 二义 左 右 左—右 (0 - 90°) (0 - 270°) (0 - 180°)
二义方向 (0-90-270°)
2个相反的 特定方向 ( 0-90-0°)
单次运动实验模式示意图（a）
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 & Luck Attention & Performance 1990）
ERP in Short SOA
Cue
P1 (80 ms)
Small Median Large
N1 (160 ms)
Large Median
Small
Search Array
N1 (160 ms)
P1 (100 ms)
Experiment I
（Gao et al, 2002)
wenku.baidu.com
One of the three sizes of circle as cue (at the center of screen)
(Mangun et al., 1997)
靶刺激 在下 视野
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） （Woldorff et al., 1997）
对侧的背侧枕区、18/19区
• 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。
＋
＋
Valid Cue
Invalid
Neutral
RVF-Left Hemisphere
LVF-Right Hemisphere
Valid Invalid
(Mangun & Hillyard, 1991)
间隔对P1效应的影响(Grorge & Mangun, 1998)
固定注视点 1400 ms

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)
(Hillyard et al, 1973)
The role of local selection in hierarchical processing (Han & He, 2003)
Neural correlates of global/local processing of compound stimuli
Selective attention task

Gradient study #2
行为结果
1 2 3 4
Fp 1.20 m
5 6 7 8
IR Beam
S1产生的ERP
S8产生的ERP
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
经典的中央性提示
＋ ＋ ＋
＋
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
Ambiguous— Unambiguous
Ambiguous— Ambiguous
0-90-270 °
0-180- 90 °
0-180-0 °
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）

N2pc
颜色 朝向 运动
N2pc
-3mV
N2pc
N2pc
+3mV
对侧 同侧
0 100 200 300 ms

空间搜索
CUE SIZE
Small Medium Large
300 ms
Fixation
SOA(ms)
230-350 (Short) 500-650 (Medium) 800-950 (Long) Precue
ISI: Short 400-600ms Long 600-800ms
Press the key，discriminate the direction of the vertical crescent
Experiment II
（Gao et al, 2002)
Three Chinese characters as cue (小、中or大at the center)
Han et al., 1997, Journal of Cognitive Science, 9, 687-698. Global task: discriminate directions of large arrows Local task: discriminate directions of small arrows
＋
提示箭头 200-500 ms
⊙
目标 50 ms
(Luck et al., 1994)
屏蔽 200 ms
Valid vs. Invalid
Valid vs. Neutral
Invalid vs. 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％（Fu et al., 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(Fu et al., 2001)。
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
Central Symbol Cue
Letter: A, B, D, E, H, L, P, R, S, T, U ＋
Task: Left button-consonant
＋
A
Right button-vowel
LVF-Right Hemi
RVF-R Hemi
Difference Wave
Valid Invalid