事件相关电位erps研究生上课课件.pptx
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1、事件相关电位(ERPs)技术及应用曲琛2022-7-25华南师范大学 曲琛脑电研究的优势?2022-7-25华南师范大学 曲琛(一)无创性。(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,(二)时间分辨率高:认知可分为认知过程和认知状态,过程指的过程指的就是时间过程。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(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)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。激到反应的全部认知的结果,不能区分认知
2、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。影响的是认知加工是哪个阶段或哪些阶段。(三)(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,有的科学家将词的实时加工。鉴于此,有的科学家将ERP称为称为“二十一世纪的反二十一世纪的反应时应时”(Luk,2005)。)。(四)具有脑自动加工的指标。例如(四)具有脑自动加工的指标。例如MMN。为人类非意识加工、潜。为人类非意识加工、潜意识行为、
3、无意识状态、内隐认知这类重要却难以研究的脑的自动意识行为、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。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(五)空间分辨率128导约为导约为3mm,达到了现代水平。,达到了现代水平。(六)设备相对简单,对环境的要求不高。(六)设备相对简单,对环境的要求不高。2022-7-25华南师范大学 曲琛ERP提高空间分辨率较低提高空间分辨率较低(一)颅骨不匀且有个体差异。(一)颅骨不匀且有个体差异。(二)容积导体效应。(二)容积导体效应。(三)电场封闭,例如,(三)电场封闭,例如,ERPERP主要来自
4、皮质第主要来自皮质第3 3、5 5层,不全面层,不全面,不正确。,不正确。2022-7-25华南师范大学 曲琛一、自发电位一、自发电位EEG与事件相关电位与事件相关电位ERPElectroencephalography,Event Related-PotentialsElectroencephalography,Event Related-PotentialsEEG:不断发生:不断发生/自发;自发;ERP:诱发才有。:诱发才有。EEG含有心理与生理信息,但非为波形本身。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,但淹没在是信息引起的波形本身,但淹没在EEG中,通常观察不到中
5、,通常观察不到,需提取。,需提取。2022-7-25华南师范大学 曲琛二、二、ERP的基本概念的基本概念(一)名词来源(一)名词来源原称:诱发(脑)电位,强调刺激引起,针对原称:诱发(脑)电位,强调刺激引起,针对“自发电位自发电位”而言而言。Evoked(Brain)Potentials=EP由于由于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,故改为素,故改为“事件相关(脑)电位事件相关(脑)电位”(1969,Herb Vauhan)。Event-Related(Brain)Potentials=ERPs平均诱发电位。强调经过计算
6、机平均。平均诱发电位。强调经过计算机平均。Average Evoked Potentials2022-7-25华南师范大学 曲琛(1)诱发电位()诱发电位(EP)的广义定义:凡是外加一种特定的刺激作)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。的电位变化。(2)诱发电位()诱发电位(EP)的狭义定义:凡是外加一种特定的刺激,)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
7、起的电位变化。脑区所引起的电位变化。(3)事件相关电位()事件相关电位(ERP)的定义:当外加一种特定的刺激,作)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当某种心理因素出现/变化时在脑区所产生的电位变化。变化时在脑区所产生的电位变化。需要注意撤反应。需要注意撤反应。(二)(二)ERP的定义的定义2022-7-25华南师范大学 曲琛三、三、EEG对对ERP的淹没与叠加基本原理的淹没与叠加基本原理(一)特性:(一)特性:1淹没,约淹没,约2微伏微伏 10微伏。微伏。2 两个恒定
8、:潜伏期、波形。两个恒定:潜伏期、波形。(二)(二)EEG对对ERP的淹没与叠加基本原理的淹没与叠加基本原理2022-7-25华南师范大学 曲琛2022-7-25华南师范大学 曲琛2022-7-25华南师范大学 曲琛l信噪比的提高值与叠加次数信噪比的提高值与叠加次数:。例:例:原信号原信号2微伏微伏/噪音噪音10微伏微伏=0.2,叠加,叠加100次后次后 (2微伏微伏100)/(10微伏微伏 )=200微伏微伏/100微伏微伏 =2/S Nnnn1002022-7-25华南师范大学 曲琛EEG and Evoked PotentialsEEG Evoked Potentials2022-7-2
9、5华南师范大学 曲琛1313实验前的记录设置(setup文件)2022-7-25华南师范大学 曲琛2022-7-25华南师范大学 曲琛(一)增益(一)增益(Gain,放大倍数放大倍数Amplification):(1)一般取)一般取 10 5。(2)含)含Head Box 150倍。倍。(3)VEOG与与HEOG应减小。应减小。(4)分贝与放大倍数的关系:)分贝与放大倍数的关系:1dB=20 log A,log A=dB/20 例如,例如,A=10000,则可表示为,则可表示为80dB。120dB,则,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
10、至成为直线。)易犯错误:取值过大而超限,表现为削顶,甚至成为直线。2022-7-25华南师范大学 曲琛 普通(单边)放大电路普通(单边)放大电路 差动式(双边)放大电路差动式(双边)放大电路(二)共模抑制比(二)共模抑制比(辨差比,(辨差比,Common model rejection ratio,CMRR)减少减少50周干扰的能力:信号双边输入,输出两边之差。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。:异相信号放大倍数。Ac:同相信号放大倍数。:同相信号放大倍数。Ac 1。例如,例如,Ad=50000,Ac=1/20,则,则CMRR=106=12
11、0 dB。2022-7-25华南师范大学 曲琛(三)通过模拟滤波(设定频带宽度)(三)通过模拟滤波(设定频带宽度)减少噪音与干扰减少噪音与干扰(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。放大,对超过者不放大;该范围表示为频响曲线。频带宽度:频带宽度:-3dB(,约,约0.7)倍)倍Ad 时,高低频响间的频时,高低频响间的频带宽度。范围的两端皆可调。带宽度。范围的两端皆可调。频率响应曲线1/22022-7-25华南师范大学 曲琛(2)低端频响低端频响F FL L:级间为阻容耦合,前级输出电压
12、级间为阻容耦合,前级输出电压E E一定。容抗一定。容抗Xc=1/C,频率,频率越低,容抗越大,落在电容上的电压越低,容抗越大,落在电容上的电压Ec 越大,落在电阻上的越大,落在电阻上的后级输入电压后级输入电压ER越小,高频相反。所以只限制低频,故称高通越小,高频相反。所以只限制低频,故称高通(high-(high-pass)pass)。调节调节电容电容C C可调节频响低端。例如可调节频响低端。例如将电容将电容C调大,则容抗变小,调大,则容抗变小,更更低频率的低频率的信号落在电容上的电压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变小,落在电阻上的后级输入电压ER增大,增大,以此拓宽了
13、低端。以此拓宽了低端。时间常数(时间常数(time constant,TC time constant,TC)=阻容乘积阻容乘积 =1/1/(2F2FL L),是低端频),是低端频响之表达。响之表达。2022-7-25华南师范大学 曲琛(3)高端频响高端频响 F Fh h:在输出端并联电容在输出端并联电容C。频率越高越短路掉,只限制高。频率越高越短路掉,只限制高频,故称故低通频,故称故低通(low-pass)(low-pass)。调节电容调节电容C可调节频响高端。例如将电容可调节频响高端。例如将电容C调小,使较高频率的容抗增大调小,使较高频率的容抗增大,不致短路掉,以此拓宽了高端。,不致短路掉
14、,以此拓宽了高端。(4)设定频带宽度,设定频带宽度,使其仅够放大拟研究的使其仅够放大拟研究的ERPERP信号,则落在频带外的信号,则落在频带外的噪音与干扰信号不被放大,达到排除噪音与干扰信号目的。噪音与干扰信号不被放大,达到排除噪音与干扰信号目的。频带宽频带宽度的设定数值将直接影响度的设定数值将直接影响ERPERP波形是否失真,至关重要。波形是否失真,至关重要。2022-7-25华南师范大学 曲琛时间常数对波形的影响时间常数对波形的影响若TC=10,则 FL=1/2TC=1/62.8=0.0159 HzTC=1/62.8=0.0159 Hz若TC=1,则 FL=1/2TC=1/6.28=0.1
15、59 HzTC=1/6.28=0.159 Hz若FL=0.01 Hz Hz,则 TC=1/2FL =1/0.0628=15.9=1/0.0628=15.9若FL=0.05 Hz Hz,则 TC=1/2FL =1/0.314=3.18=1/0.314=3.18若FL=0.1 Hz Hz,则 TC=1/2FL =1/0.628=1.59=1/0.628=1.59ERPERP晚成分一般应取晚成分一般应取 FL=0.01 Hz Hz,最多取,最多取0.050.05,见上图。,见上图。2022-7-25华南师范大学 曲琛易犯的错误:易犯的错误:off-line 进行不必要的数字滤波。进行不必要的数字滤波
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