事件相关电位(ERPs)研究生上课

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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 × 100 ）= 200微伏 / 100微伏 =2
2014-12-25
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EEG and Evoked Potentials
EEG
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Evoked Potentials
ERP实验流程
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实验前的记录设置（setup文件）
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（一）增益(Gain, 放大倍数Amplification):
（1）一般取 10 5 。
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(2)低端频响FL：级间为阻容耦合，前级输出电压E一定。容抗Xc = 1/ωC
，频率ω越低，容抗越大，落在电容上的电压Ec 越大，落在电阻上的 后级输入电压ER越小，高频相反。所以只限制低频，故称高通(highpass)。 调节电容C可调节频响低端。例如将电容C调大，则容抗变小，更低频率的 信号落在电容上的电压EC变小，落在电阻上的后级输入电压ER增大， 以此拓宽了低端。 时间常数（time constant, TC ）= 阻容乘积 = 1/（2π FL），是低端频 响之表达。
若Ad=20000, 则还原为放大前的脑电分辨率0.61mV÷20000=0.0305μV.
[2]在可能的范围内增大Ad。 若Ad=20000,则还原为放大前的脑电分辨率0.61mV÷20000=0.0306μV.
2014-12-25 华南师范大学 曲琛 若Ad=40000,则还原为放大前的脑电分辨率 0.61mV÷40000=0.0153μV.
（二）单极导联与双极导联
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（三）参考电极问题
单极导联的参考电极是各导放大器的一端共同连结的部位，各导的电 位都是与它的电位相减的结果。理想的参考电极点应该是电位为零或电位 恒定的部位。但是人体是一个容积导体，生物电无处不在，无时不变，这 样，理想的参考电极应放在无限远处，其生物电为零，但这样的部位是不 存在的。在过去生物电研究的100年间，关于参考电极的争论从来没有停止 过，是目前仍无结论的问题。参考电极的设置显然对数据有明显影响，因 此这是一个重要的问题。这里仅简单讨论几种常用的脑电参考电极设置。 1、双耳参考：将双耳乳突或耳垂连接作参考电极。由于①乳突或耳垂的脑 电一般较小，较符合要求，②而且以其连接所得的平均电位作参考，与两 半球距离相同，不会造成脑的两半球电位关系的失真，③由心脏中的偶极 子产生的体表电流会循环流过头部，从而在脑电电极处引起虚假的电位变 化，而双耳间的低阻通路会短路心电电流，从而阻止其在头部的流动，因 此连接双耳作参考点可减少 ECG干扰，故曾经长期成为经典方法使用。但 ①双耳电位在脑的活动中也在不断变化，且二只耳的电位未必相同，因此 这种强制双耳电位相同的做法实为局部短路，会扭曲脑电源在头表产生的 电位分布，②不能测量乳突附近的脑电变化，如MMN，故该法现已规定不能 使用。
噪音与干扰信号不被放大，达到排除噪音与干扰信号目的。频带宽 度的设定数值将直接影响ERP波形是否失真，至关重要。
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时间常数对波形的影响
若TC = 10，则 FL = 1 / 2π TC = 1/62.8 = 0.0159 Hz 若TC = 1，则 FL = 1 / 2π TC = 1/6.28 = 0.159 Hz 若FL = 0.01 Hz，则 TC = 1 / 2π FL = 1/0.0628 = 15.9 若FL = 0.05 Hz，则 TC = 1 / 2π FL = 1/0.314 = 3.18 若FL = 0.1 Hz，则 TC = 1 / 2π FL = 1/0.628 = 1.59
七、导联方法
（一）国际10-20系统
•双耳孔间依10%与20%定出5个点； •鼻根与枕骨粗隆间经Cz依20%定出 2个新点； •双侧T3与T4、前后距鼻根与枕骨 粗隆10%处，共4点连线成一周，按 20%定出8个新点； •空间等距距离地定出4个点，有效 电极共19个点。
•再加两个耳垂参考电极，共21个 点。
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三、EEG对ERP的淹没与叠加基本原理
（一）特性： 1．淹没，约2微伏 ~ 10微伏。 2 ．两个恒定：潜伏期、波形。 （二）EEG对ERP的淹没与叠加基本原理
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(3)高端频响 Fh ：在输出端并联电容C。频率越高越短路掉，只限制高
频，故称故低通(low-pass)。
调节电容C可调节频响高端。例如将电容C调小，使较高频率的容抗增大 ，不致短路掉，以此拓宽了高端。
(4)设定频带宽度，使其仅够放大拟研究的ERP信号，则落在频带外的
事件相关电位(ERPs)技术及应用
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脑电研究的优势？
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（一）无创性。 （二）时间分辨率高：认知可分为认知过程和认知状态，过程指的 就是时间过程。是心理学工作者进行认知神经科学研究的最得力的 方法。行为方法的指标反应时（RT）和正确率，通常反映的是从刺 激到反应的全部认知的结果，不能区分认知中的阶段而观察其过程。 ERP测量的则是从刺激到反应的连续过程。可以显示受实验自变量 影响的是认知加工是哪个阶段或哪些阶段。 （三） 可以实时地测量没有行为反应的认知加工。例如句中的某个 词的实时加工。鉴于此，有的科学家将ERP称为“二十一世纪的反 应时”（Luk，2005）。 （四）具有脑自动加工的指标。例如MMN。为人类非意识加工、潜 意识行为、无意识状态、内隐认知这类重要却难以研究的脑的自动 加工领域提供了难得的研究方法与有效研究途径。 （五）空间分辨率128导约为3mm，达到了现代水平。 （六）设备相对简单，对环境的要求不高。
普通（单边）放大电路
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百度文库
差动式（双边）放大电路
（三）通过模拟滤波（设定频带宽度） 减少噪音与干扰 (1)频响曲线：任何放大器只能对一定频率范围内的信号进行 放大，对超过者不放大；该范围表示为频响曲线。
频率响应曲线
频带宽度：- 3dB（ 1/ 2 ，约0.7）倍Ad 时，高低频响间的频 带宽度。范围的两端皆可调。
极在原帽子内已连在一起，故此时要将一枚参考电极贴在左乳突上，将另 一枚参考电极闲置。另取一枚无用的电极（例如耷拉在帽子外的未用电极
每个等级 10V÷4095=2.442 mV。 若Ad=20000,
则还原为放大前的脑电分辨率=2.442mV÷20000=0.1221μV. 即<0.1221μV的脑电变化就测不出来。
bit 所以可得公式： AR IR (2 1) Ad
为提高脑电分辨率，根据上列公式，可以 [1]提高采样分辨率。现已多用14 bit，每个等级10V÷16383=0.61 mV.
•EEG：不断发生/自发；ERP：诱发才有。 •EEG含有心理与生理信息，但非为波形本身。 •ERP是信息引起的波形本身，但淹没在EEG中，通常观察不到 2014-12-25 华南师范大学 曲琛 ，需提取。
二、ERP的基本概念
（一）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
（2）含Head Box 150倍。
（3）VEOG与HEOG应减小。 （4）分贝与放大倍数的关系：1dB = 20 log A， log A = dB/20 例如，A=10000，则可表示为80dB。 120dB，则 log A = 120/20 = 6， A=106 。 （5）易犯错误：取值过大而超限，表现为削顶，甚至成为直线。
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（二）共模抑制比（辨差比，Common model rejection ratio, CMRR） 减少50周干扰的能力：信号双边输入，输出两边之差。 CMRR = Ad/Ac,
Ad：异相信号放大倍数。Ac：同相信号放大倍数。 Ac <1 。
例如， Ad=50000， Ac=1/20，则CMRR = 106 = 120 dB。
（六）A/D转换速度（采样速度）―ERP的时间分辨率
在A/D转换精度足够的情况下，A/D转换速度，即采样速度决定着ERP的波幅精度与 ERP的时间分辨率（见图）。
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 2014-12-25 华南师范大学 曲琛 置时间分辨率的一般原则是，组成 Epoch 的点数应等于或大于 128点。
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2、单耳参考转换为双耳参考：目前较好的方法是以一只乳突/耳垂为参考 进行记录，然后再转换为双侧乳突/耳垂作参考之值。该法既具有上述双耳 参考之基本优点，又避免了物理连接造成的电位分布失真，故成为目前常 用的方法。我们建议统一采用左乳突作为参考电极记录。由于两只参考电
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（五）A/D转换精度（amplitude resolution, AR） ―ERP的波幅分辨率。举例说明。
A/D转换卡Analog to digital converter 采样分辨率≥12 bit（位）。
输入电压范围（input range, IR）= ±5V. 超过者视为±5V而失真。 12bit 意味着212=4096,可将输入电压10伏分为4095个等级,
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ERP提高空间分辨率较低
（一）颅骨不匀且有个体差异。 （二）容积导体效应。 （三）电场封闭，例如，ERP主要来自皮质第3、5层，不全面 ，不正确。
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一、自发电位EEG与事件相关电位ERP
Electroencephalography, Event Related-Potentials
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（二）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，以及 当某种心理因素出现/变化时在脑区所产生的电位变化。 • 需要注意撤反应。
ERP晚成分一般应取 FL = 0.01 Hz，最多取0.05，见上图。
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（四）数字滤波(digital filter) ：一般不用。用于陷波去50周干扰
，或只留慢波等特殊情况。
•易犯的错误：
①off-line 进行不必要的数字滤波。
②on-line 进行不必要的陷波(Notch)。 ③模拟滤波低端不够低。