ERP相关理论及实验设计
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ERP 基本理论与实验设计
苏州大学心理与教师教育实验教学中心 疏德明
ERP 简介
一、是什么？ 二、做什么？ 三、为什么做？ 四、怎么做？
活的人脑（身体其它部位也一样）总会不断放电， 称为脑电（EEG），但成分复杂而不规则。 正常的自发脑电一般处于几微伏到75微伏之 间。而由心理活动所引起的脑电比自发脑 电更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在 自发电位中。所以ERP需要从EEG中提取。
ERP是平均诱发电位 叠加n次后的ERP波幅增大了n倍，因而 需要再除以n，使ERP恢复原形，即还原为 一次刺激的ERP数值。所以ERP也称为平均 诱发电位，平均指的是叠加后的平均。这 样就获得了所希望的事件相关电位波形图。
-4.0
峰——峰
-2.0
基线——峰
-200
2.0
200
400
600
800 ms
撤消刺激时引起电 位的物理量约等于 给予刺激时的1/7
三个概念的区别与联系
EEG（electroencephalography) :脑电图，由 脑电仪直接记录到的电位与时间的相互关 系的平面图。 EP (evoked potentials)：神经系统对刺激本身 产生的反应。（普通的诱发电位） ERP (event-related potentials)：既与刺激的物 理属性相关又与心理因素相关
（任何区分只有相对意义，ERP的早期成分中包含EP，分析ERP时要求熟悉EEG 与EP的基本特征） 外源成分VS早期成分
为什么ERP可以通过叠加平均得出？
ERP的两个重要特征 事件相关脑电有两个重要特性：潜伏期恒定、 波形恒定；与此相对，自发脑电则是随机变化的。 所以，可以将同一事实多次引起的多段脑电记录 下来，但每一段脑电都是各种成分的综合，包括 自发脑电（噪音）。将由相同刺激引起的多段脑 电进行多次叠加，由于自发脑电或噪音是随机变 化，有高有低，相互叠加时就出现正负抵消的情 况，而ERP信号则有两个恒定，所以不会被抵消， 反而其波幅会不断增加，当叠加到一定次数时， ERP信号就显现出来了。
四、怎么做---实验程序
实验前
实验时 实验后
实验前
1、提出有价值、可操作性问题 2、疏理研究的基本理论、提出研究假设 3、设计出作业任务、刺激呈现、记录方式 （行为数据的采集，包括反应时间、按键 反应、正确率和错误率、以及事后的口语 报告（由于口语报告会产生大量肌电，所 以ERP研究一般不能进行实时的口语报告或 出声思维----）
通过叠加技术获得的与事件发生进程有锁时 （time-lock）关系的脑电就称为事件相关电位 （ERP）
ERP定义
广义: 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 。 属于心理生理学研究范畴 狭义： 凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统的某一部位， 在给予刺激或撤消刺激（）时，在脑区引起的电位变化。
将不同事件（条件）引起的脑电波形加 以比较，重点比较的内容包括：潜伏期、 始潜时和波幅等指标，两种条件造成的波 形在头皮上的分布情况，以及定位分析。
-4.0
峰——峰
-2.0
基线——峰
-200
2.0
200
400
600
800 ms
4.0
潜伏期
6.0
① 设置条件1与条件 2，分别产生A峰B峰。 ② 测量并比较峰A 与峰B的潜伏期、始潜 时、波幅等指标。 ③ 比较条件1与条件 2的波形在头皮的分布。
二、做什么？
极高的时间分辨率
与行为数据的很好融合 一定程度上的发生源定位
考察事件认知的精细过程
考察不同反应时与正确率时的ERP
对相关事件进行脑区定位，是以前反应时无法做到 的
选
题
事件差异：输入输出通道、事件的内容与 呈现顺序、要求的认知过程 个体差异 ：[年龄、性别、文化背景（民族如研究种族歧视）、语言、习俗-）、生理 （疾病）、心理（人格、情绪、技能、智 力-） ERP 事件、个体差异鉴别确认
4.0
潜伏期
6.0
ERP的优势
极高的时间分辨率 ERP是刺激事件引起的实时脑电波，在时间精度可达到微 秒级（采样率可达20000次/秒）。 ERP可以与行为数据很好融合 特别是反应时间（RT）很好地配合，以研究认知加工过程 的规律。 一定程度上实现发生源的平面、立体定位 （不过空间分辨率不高，只能达到厘米级，主要的影响因素 是容积导体效应与封闭电场问题。另外，ERP只能采用数 学推导来实现脑电的源定位，比如偶极子，这种方法的可 靠性也是有限的） 无创性、设备相对简单，对环境要求不高
实验时
1、电极的安置 （作用电极、参考电极、） 接地电极） 2、相关参数（电阻、放大倍数、带宽、釆 样率、陷波） 3、预实验（基本波形、眼睛动作、心电、 肌电、练习） 4、正式实验（创建文件名、记录安静时脑 电、监控伪迹）
实验后
（一）EEG的离线分析 （二）ERP分析 （三）结合已有研究对分析结果进行解释， 写实验报告或论文
存盘
EOG 模滤
统计
模拟/数字 磁带记录 (离线式)
（二） ERP分析技术与方法
1、时域特征的分析 2、时频分析 3、脑电地形图与脑电 密度图 4、ICA与偶极子溯源 分析
（一）时域特征的分析
得到一系列波形后，要从中识别不同成分以及成 分所代表的心理意义是 ERP研究的技术难点。一般 通过峰潜伏期、波形及其头皮分布，参照总平均图 与相关研究文献进行判断，而丰富的经验也很重要。 波幅测量有基线－波峰和波峰－波峰两种，潜伏 期常以刺激起始点到波峰顶点之间的时间段代表。 一般认为，波幅反映大脑的兴奋性高低，而潜伏期 则是神经活动与加工过程的速度与评价的时间。
（一）EEG的离线分析
1、合并行为数据和脑电预览 2、去眼电、心电、肌电伪迹 3、脑电分段 4、基线校正 5、去除伪迹 6、叠加平均 7、平滑化处理/数字滤波 8、总平均---得出ERP波形图
（分析步骤基本顺序不要轻易调 换）
B.ERP数据提取过程
EEG 放大 A/D 转 换 叠加 排伪 数滤 总 平 均 测量 绘图
相减技术
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。
苏州大学心理与教师教育实验教学中心 疏德明
ERP 简介
一、是什么？ 二、做什么？ 三、为什么做？ 四、怎么做？
活的人脑（身体其它部位也一样）总会不断放电， 称为脑电（EEG），但成分复杂而不规则。 正常的自发脑电一般处于几微伏到75微伏之 间。而由心理活动所引起的脑电比自发脑 电更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在 自发电位中。所以ERP需要从EEG中提取。
ERP是平均诱发电位 叠加n次后的ERP波幅增大了n倍，因而 需要再除以n，使ERP恢复原形，即还原为 一次刺激的ERP数值。所以ERP也称为平均 诱发电位，平均指的是叠加后的平均。这 样就获得了所希望的事件相关电位波形图。
-4.0
峰——峰
-2.0
基线——峰
-200
2.0
200
400
600
800 ms
撤消刺激时引起电 位的物理量约等于 给予刺激时的1/7
三个概念的区别与联系
EEG（electroencephalography) :脑电图，由 脑电仪直接记录到的电位与时间的相互关 系的平面图。 EP (evoked potentials)：神经系统对刺激本身 产生的反应。（普通的诱发电位） ERP (event-related potentials)：既与刺激的物 理属性相关又与心理因素相关
（任何区分只有相对意义，ERP的早期成分中包含EP，分析ERP时要求熟悉EEG 与EP的基本特征） 外源成分VS早期成分
为什么ERP可以通过叠加平均得出？
ERP的两个重要特征 事件相关脑电有两个重要特性：潜伏期恒定、 波形恒定；与此相对，自发脑电则是随机变化的。 所以，可以将同一事实多次引起的多段脑电记录 下来，但每一段脑电都是各种成分的综合，包括 自发脑电（噪音）。将由相同刺激引起的多段脑 电进行多次叠加，由于自发脑电或噪音是随机变 化，有高有低，相互叠加时就出现正负抵消的情 况，而ERP信号则有两个恒定，所以不会被抵消， 反而其波幅会不断增加，当叠加到一定次数时， ERP信号就显现出来了。
四、怎么做---实验程序
实验前
实验时 实验后
实验前
1、提出有价值、可操作性问题 2、疏理研究的基本理论、提出研究假设 3、设计出作业任务、刺激呈现、记录方式 （行为数据的采集，包括反应时间、按键 反应、正确率和错误率、以及事后的口语 报告（由于口语报告会产生大量肌电，所 以ERP研究一般不能进行实时的口语报告或 出声思维----）
通过叠加技术获得的与事件发生进程有锁时 （time-lock）关系的脑电就称为事件相关电位 （ERP）
ERP定义
广义: 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 。 属于心理生理学研究范畴 狭义： 凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统的某一部位， 在给予刺激或撤消刺激（）时，在脑区引起的电位变化。
将不同事件（条件）引起的脑电波形加 以比较，重点比较的内容包括：潜伏期、 始潜时和波幅等指标，两种条件造成的波 形在头皮上的分布情况，以及定位分析。
-4.0
峰——峰
-2.0
基线——峰
-200
2.0
200
400
600
800 ms
4.0
潜伏期
6.0
① 设置条件1与条件 2，分别产生A峰B峰。 ② 测量并比较峰A 与峰B的潜伏期、始潜 时、波幅等指标。 ③ 比较条件1与条件 2的波形在头皮的分布。
二、做什么？
极高的时间分辨率
与行为数据的很好融合 一定程度上的发生源定位
考察事件认知的精细过程
考察不同反应时与正确率时的ERP
对相关事件进行脑区定位，是以前反应时无法做到 的
选
题
事件差异：输入输出通道、事件的内容与 呈现顺序、要求的认知过程 个体差异 ：[年龄、性别、文化背景（民族如研究种族歧视）、语言、习俗-）、生理 （疾病）、心理（人格、情绪、技能、智 力-） ERP 事件、个体差异鉴别确认
4.0
潜伏期
6.0
ERP的优势
极高的时间分辨率 ERP是刺激事件引起的实时脑电波，在时间精度可达到微 秒级（采样率可达20000次/秒）。 ERP可以与行为数据很好融合 特别是反应时间（RT）很好地配合，以研究认知加工过程 的规律。 一定程度上实现发生源的平面、立体定位 （不过空间分辨率不高，只能达到厘米级，主要的影响因素 是容积导体效应与封闭电场问题。另外，ERP只能采用数 学推导来实现脑电的源定位，比如偶极子，这种方法的可 靠性也是有限的） 无创性、设备相对简单，对环境要求不高
实验时
1、电极的安置 （作用电极、参考电极、） 接地电极） 2、相关参数（电阻、放大倍数、带宽、釆 样率、陷波） 3、预实验（基本波形、眼睛动作、心电、 肌电、练习） 4、正式实验（创建文件名、记录安静时脑 电、监控伪迹）
实验后
（一）EEG的离线分析 （二）ERP分析 （三）结合已有研究对分析结果进行解释， 写实验报告或论文
存盘
EOG 模滤
统计
模拟/数字 磁带记录 (离线式)
（二） ERP分析技术与方法
1、时域特征的分析 2、时频分析 3、脑电地形图与脑电 密度图 4、ICA与偶极子溯源 分析
（一）时域特征的分析
得到一系列波形后，要从中识别不同成分以及成 分所代表的心理意义是 ERP研究的技术难点。一般 通过峰潜伏期、波形及其头皮分布，参照总平均图 与相关研究文献进行判断，而丰富的经验也很重要。 波幅测量有基线－波峰和波峰－波峰两种，潜伏 期常以刺激起始点到波峰顶点之间的时间段代表。 一般认为，波幅反映大脑的兴奋性高低，而潜伏期 则是神经活动与加工过程的速度与评价的时间。
（一）EEG的离线分析
1、合并行为数据和脑电预览 2、去眼电、心电、肌电伪迹 3、脑电分段 4、基线校正 5、去除伪迹 6、叠加平均 7、平滑化处理/数字滤波 8、总平均---得出ERP波形图
（分析步骤基本顺序不要轻易调 换）
B.ERP数据提取过程
EEG 放大 A/D 转 换 叠加 排伪 数滤 总 平 均 测量 绘图
相减技术
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。