ERP实验设计与数据分析

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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 当呈现时间短到一定程度, 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, ms以下 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 即刺激物消失也能导致ERP ERP波形的微 ③ 撤反应 即刺激物消失也能导致ERP波形的微 小改变。 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, 时间适当延长或缩短,二是利用相减技术
130-190 ms
125-275 ms
120-320 ms
ERP数据处理 二、ERP数据处理
(一) 脑电数据的采集与记录
1 步骤
• • • • 设 置 或 修 改 脑 电 记 录 文 件 ( SETUP 文 件),根据下述记录参数。 根据下述记录参数。 电极安放——戴电极帽。 电极安放——戴电极帽。 ——戴电极帽 记录(record) 记录(record)。 保存记录文件(save) 保存记录文件(save)
(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 总平均 (baseline
2 记录参数
• 放大倍数 对脑电的放大倍数至少在5万倍以上,对EOG的放 对脑电的放大倍数至少在5万倍以上, EOG的放 大倍数应减小1半或2 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 分析时间(epoch) 基线(baseline) (epoch)与 (baseline)根据实验模式和研究目的 设定分析时间, 多在1000ms左右 1000ms左右, 设定分析时间 , 多在 1000ms 左右 , 刺激发生前的基线常为 100~200ms ms。 100~200ms。 • 频带宽度(bandpass)使其仅够放大拟研究的ERP信号,则落在 频带宽度(bandpass)使其仅够放大拟研究的ERP信号, (bandpass)使其仅够放大拟研究的ERP信号 频带外的噪音与干扰信号不被放大,达到排除目的。 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~ 低通为40 100Hz 40~ Hz。 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 kΩ。每个记录点的脑电位均需与参考 皮肤阻抗应使其低于 点的电位进行比较而得到电位差, 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。 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( Rate)与时间分辨率成正比。例如250Hz的 250Hz 采样频率, 时间分辨率为4ms。 采样频率, 时间分辨率为4ms。
二级CNV 二级 (解脱波) 解脱波)
分别叠加S 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 ERP。 CNV模式中 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, 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S 以企突出心理因素;由于S02本身不 能引起脑电变化, 能引起脑电变化,则其后若有脑电变 必为心理因素所致。 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( CNV模式 式称为无运动二级CNV模式(命名 之为NmTL.CNV模式)。 NmTL.CNV模式 之为NmTL.CNV模式)。
解脱波和二级CNV的发现 的发现 解脱波和二级
• 各实验室一致证明CNV 各实验室一致证明CNV 主要与心理因素相关, 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、 系期待、 CNV系期待、意动、朝 向反应、觉醒、注意、 向反应、觉醒、注意、 动机等不同假说, 动机等不同假说,未能 统一。 统一。
O2
5µv + 600 ms
3 平均波幅测量
• 适用:信噪比不太好的波形,如差异波 适用:信噪比不太好的波形, • 固定法或连续测量法:如间隔20、50、100和 固定法或连续测量法:如间隔 、 、 和 150ms。较客观、标准统一,便于测量及比较; 。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。 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, 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。 但主观性较大,不利于比较。
CNV
二级CNV 二级 (解脱波) 解脱波)
结果: 结果: 间出现了负向偏转(CNV), ),在 S02间出现了更大的负向偏 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
此即二级CNV CNV。 转,此即二级CNV。 只有在S 出现的条件下ERP才于S 后骤然下降,形成了一个正波, ERP才于 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 不出现的条件下S ERP没有骤然下降 不形成任何波。由于S 没有骤然下降, 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。 本身不会引起脑波变化,那么此正波必为心理因素所致。
4 相减
• 相减技术的运用,对于提取更为纯粹的、与心 相减技术的运用,对于提取更为纯粹的、 理机制相关的ERP成分具有重要意义。 ERP成分具有重要意义 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 描述性统计 •T检验 T •方差分析 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 ERP成分概述
一、伴随性负变化(CNV) )
Contingent Negative Variation
1964年为Walt和 年为Walt 等所发现。 1. 1964年为Walt和Cooper 等所发现。 发表在 “Nature”. 叠加12 12次 Cz点最大 2. 叠加12次,Cz点最大 A:短声 B:闪光 C:短声 短声, 闪光, 短声+ 3. A:短声, B:闪光, C:短声+闪光 以上三种情况都不出现CNV. 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 按键即将闪光终止, 键,按键即将闪光终止,只有这 时才出现CNV. 时才出现CNV.
二、P300
Sutton等首先报告P300 Sutton等首先报告P300 ( Science , 1965 ) 等首先报告
Oddball实验模式 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( 85%),称为标准刺激 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( 15%),称为偏差刺激 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, 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。 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。 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 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。 到一个正波,此即P300。 P300
消除相邻刺激的重叠成分 4 消除相邻刺激的重叠成分
高通滤波(highfiltering) 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、 ERP在较长潜伏期 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, 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 如听觉脑干诱发电位感兴趣, 高通为50 150Hz)。 50~ (高通为50~150Hz)。 (Low2)低通滤波 (Low-pass filter) 采用不同间隔随机 可以部分消除邻近的ERP重叠成分, ERP重叠成分 化,可以部分消除邻近的ERP重叠成分,又叫 Jitter法。 Jitter法 在两个刺激间放入空屏(200-400ms), ),或 3) 在两个刺激间放入空屏(200-400ms),或 增加注视点呈现时间。 增加注视点呈现时间。
2 波峰测量
• 波幅测量 峰——峰,基线 峰 基线——峰,平均波幅 峰 • 峰潜伏期测量 起始时间(始潜时) 起始时间(始潜时)的测量
-4.0
峰——峰 峰
-2.0
基线——峰 峰 基线
-200 2.0
200
400
600
800 ms
4.0
潜伏期
6.0
Fz C3 T5 P3 OL Pz O1 Oz OR Cz T6 P4 C4
3 刺激间隔
Onset Offset
SOA stimulus onset asynchrony
ISI interstimulus interval
短间隔将导致ERP 成分, ERP成分 ① 短间隔将导致 ERP 成分 , 特别是早期 成分的重叠 ② 预留足够被试完成作业的反应时间 间隔过长可能浪费硬盘空间, ③ 间隔过长可能浪费硬盘空间,并延长 不必要的实验时间 刺激间隔与任务难度成反比。 ④ 刺激间隔与任务难度成反比。

过分微弱,当被试在S 1. S02过分微弱,当被试在S1 后没有听到S 与S2后没有听到S02时,存在三种 可能: 出现的时间还没ຫໍສະໝຸດ Baidu、 可能:S02出现的时间还没到、 出现了而我没听到、 S02出现了而我没听到、这一次 没有S 没有S02,被试不能断定是哪种 情况,心理负荷不能解脱。 情况,心理负荷不能解脱。而当 被试在S 后听到S 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, 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 的原因, CNV的增大是 EML的原因,二级CNV的增大是 由于随着S 的逐渐临近, 由于随着S02的逐渐临近,心理 负荷逐级加重所致, 负荷逐级加重所致,依此将该正 波命名为解脱波( 波命名为解脱波(extrication of EML)。 mental load, EML)。
(三) 波形识别与测量 1 波形识别
• 波形判断:从一系列波形中判断有关成 波形判断: 分,是ERP研究的一个技术难关。 ERP研究的一个技术难关 研究的一个技术难关。 • 可根据峰潜伏期、波形、及其头皮分布, 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, 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。 经验也是一个重要的因素。
• 魏景汉(1984)设计出 魏景汉(1984) CNV 无运动二级CNV实验模 无运动二级CNV实验模 式,推动了这个问题的 进展。 进展。
CNV
刺激信号增加为三个, 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, 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; 以观察脑电是否逐级升高;第三个信 介于听觉阈限与ERP阈限之间。 ERP阈限之间 号S02介于听觉阈限与ERP阈限之间。 间及S S1与S2间及S2与S02间的间隔分别固定 1.5秒与1.7秒 秒与1.7 每次皆出现, 为1.5秒与1.7秒。S1与S2每次皆出现, 仅以50% 50%的概率随机出 但其后之 S02仅以50%的概率随机出 现。 2. 令被试判断S1与S2后是否出现了S02, 令被试判断S 后是否出现了S 并记忆S 出现的次数。 并记忆S02出现的次数。

2. 据此提出了心理负荷加 重假说,认为CNV CNV心理因素 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、 时由期待、意动、朝向反应、 觉醒、注意、 觉醒、注意、动机等多种心 理因素综合构成的心理负荷 加重。 加重。该假说是对其前诸单 个心理因素假说的统一, 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, 一段落,从此已无人再认为 CNV只与单个心理因素相关 CNV只与单个心理因素相关 了。
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