ERP的實驗設計

與數據處理一、實驗范式經典范式:Oddball,Go-Nogo注意:聽覺,視覺記憶:學習-再認社會認知經典范式1--OddballOddball實驗模式是指采用兩種或多種不同刺激持續(xù)交替呈現，它們出現的概率顯著不同組成標準刺激(standardstimuli)——大概率偏差刺激(deviantstimuli)——小概率令被試對偏差刺激進行反應，因此該偏差刺激稱為靶刺激（Target）或目標刺激。誘發(fā)P300、MMN等與刺激概率有關的ERP成分時的經典實驗模式。

標準刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇刺激

ABCD

跨通路延遲反應范式Task1：AttendingPicture,IgnoringTone

Picture

Tone Tone RedCrossDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPicture

Tone Picture ClickDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignal(0-2trial)

(0-2trial)

經典范式2--

Go-Nogo兩種刺激的概率相等Go刺激——令被試反應的刺激，即靶刺激Nogo刺激——不需被試反應的刺激特點：排除了刺激概率對ERP的影響；由于沒有大小概率之分，大大節(jié)省了實驗時間，但也丟掉了因大、小概率差異而產生的ERP成分

注意的實驗范式雙耳分聽空間注意:Cue-Target提示范圍的分級雞尾酒會效應與雙耳分聽(Chrry,1953)Hillyard,1975,ScienceMangun&Hillyard,1991＋＋ValidCue＋＋＋＋InvalidNeutral經典典的的中中央央性性提提示示＋⊙固定定注注視視點點1400ms提示示箭箭頭頭200-500ms目標標50ms屏蔽蔽200ms(Lucketal.,1994)Validvs.InvalidValidvs.NeutralInvalidvs.Neutral間隔隔對對P1效應應的的影影響響(Grorge&Mangun,1998)①注意意左左側側，，多多靶靶（（16%）；；②②注注意意右右側側，，多多靶靶（（16%）；；③③注注意意左左側側，，少少靶靶（（2%）；；④④注注意意右右側側，，少少靶靶（（2%）；；⑤⑤被被動動（（2%無關關刺刺激激））（（Woldorffetal.,1997）靶刺刺激激在下下視野野對側側的的背背側側枕枕區(qū)區(qū)、、18/19區(qū)（Martinez…Hillyard,1999，2001）刺激激為為白白色色直直立立的的T（占占86％））和和倒倒置置的的T（靶靶刺刺激激14％）），，被被9個十十字字所所包包圍圍，，并并疊疊加加在在灰灰色色的的棋棋盤盤格格上上以等等概概率率隨隨機機出出現現在在左左側側視視野野（（LVF）或或右右側側視視野野（（RVF）。。任務務是是持持續(xù)續(xù)注注視視中中央央箭箭頭頭并并按按鍵鍵報報告告箭箭頭頭所所指指注注意意側側的的靶靶刺刺激激，，并并忽忽視視注注意意側側對對面面的的刺刺激激物物。。C1無注注意意效效應應注意意效效應應發(fā)發(fā)生生在在早早期期P1、晚晚期期P1和N1——注意意時時其其波波幅幅增增大大300ms1500msTimeCUESIZESmallMediumLargeSOA(ms)230-350(Short)500-650(Medium)800-950(Long)FixationPrecueSearchArray不同同范范圍圍等等級級提提示示的的空空間間注注意意實實驗驗范范式式(Luoetal,CognBrainRes,2001)ERPinShortSOASmallMedianLargeP1(80ms)LargeMedianSmallN1(160ms)CueSearchArrayP1(100ms)N1(160ms)Pressthekey，discriminatethedirectionoftheverticalcrescentISI:Short400-600msLong600-800ms固定定區(qū)區(qū)域域提提示示下下的的注注意意效效應應其他他相相關關實實驗驗干擾擾刺刺激激位位置置對對視視覺覺空空間間注注意意影影響響干擾擾位位于于小小圈圈干干擾擾位位于于中圈干干擾擾位位于于大圈該范范試試的的特特點點為為干干擾擾刺刺激激均均位位于于同同一一個個圈圈。。與與靶靶刺刺激激特特征征相相同同內部部干干擾擾外部部干干擾擾內部部/外部部干干擾擾可以以檢檢測測被被試試在在分分心心物物存存在在條條件件下下注注意意力力的的集集中中程程度度記憶憶的的實實驗驗范范式式經典典范范式式:學習習-再認認運動動知知覺覺的的啟啟動動元記記憶憶A.StudyPhase(14faces,SOA3s,duration1s)B.TestPhase(28faces,repeated50%,SOA3.2s,duration1s)理張理舒TimeLearningStageTestStageOldNew1stPresentTypicalProceduresms-1002004006008001000ms0.0-2.02.04.06.08.010.0Vms-1002006008001000ms-2.02.04.06.08.010.0V-1002004006008001000ms-2.02.04.06.08.010.0VC3CzC4HighFrequencyLowFrequencyEncodingeffectsonhigher-&lower-wordfrequency(Chinese)P180N350LPC110ms146ms166ms275ms498ms600ms650ms750ms114ms182ms234ms380ms486ms650ms680ms750ms聽覺覺漢漢字字視覺覺漢漢字字第一一階階段段———感覺覺第第二二階階段段———知覺覺第第三三階階段段———語言言Chen&Luo,2003,NeuroImage漢字字的的記記憶憶編編碼碼-10020040060080010000.0-1.0-2.02.04.06.08.010.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0-100200400600800.0900.01000.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0FzCzPzOldNewDiff(Old-New)HigherFreq.LowerFreq.TestStageP180N350LPC單次運動實實驗模式示示意圖（a）與單次運動動產生的ERP總平均圖（（b）特定方向二二義左右右左左—右(0-90°)(0-270°)(0-180°)F1F2向右運動二義運動向左運動F1F2F3啟動–目標間隔(200,400,and1000ms)二義-目標特特定-目標(實驗)(對照)啟動目標(0-90-270°)(0-90-0°)特定方向二義方向雙次運動的的實驗模式式示意圖（（a）雙次運動產產生的ERP總平均圖（（b）強啟動弱啟動無啟動實驗對照P1P32個相反的特定方向無啟動弱啟動強啟動+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0mV顳上回枕葉hMT+內側頂葉Z=3.09Z=13.11ab實驗組與對對照組相減減的差異波波地形圖（（a）和fMRI結果(b),jiangLuoetal,2002RT(ms)%SameDirectionJudgements2004001000msPrimingReversalPrimingReversalinYounginYounginOldinOld2004001000msBehavioralDataTheperceivedrateinthesamedirectionintheyoungwashigherthanintheoldsubjects,F1,22=4.727,p<.05.TheRTprolongedwithintervalincreasedonlyforprimingconditioninbothyoungandoldsubjects,F2,44=5.711,p<.012、無意識啟啟動運動知知覺的老年年化無啟動弱啟動強啟動+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0mV顳上回枕葉hMT+內側頂葉Z=3.09Z=13.11ab首次確定視視運動知覺覺的啟動效效應在刺激激后98ms首先激活視視覺初級皮皮層后續(xù)活動（（400ms左右）發(fā)生生在內側顳顳葉、顳上上回、頂葉葉等更廣泛泛的腦區(qū)運動知覺啟啟動與工作作記憶0-90-180°°0-90-0°SameDirectionOppositeDirection1stMotion2ndMotionTimeSOA:200ms各種條件下的的啟動效應0-90-270°0-180-90°0-180-0°°Unambiguous—Ambiguous——Ambiguous—AmbiguousUnambiguousAmbiguous元記憶的研究究方法實驗分三個步步驟進行記憶一系列詞詞對，例如“項目—大臣”呈現前面的線線索詞(項目—？)，讓被試回憶憶后面的靶子子詞(“大臣”)在他們回憶不不出來的情況況下，令他們們判斷自己是是否對那個不不能成功回憶憶的詞有一種種“知道感”通過一項再認認測驗來檢驗驗其“知道感”是否準確元記憶的腦機機制“知道感”記憶導致大量量的腦活動（（額葉區(qū)），，而“不知道感”項目則只伴隨隨有少量腦活活動。知道感可能是是基于一個部分信息提取和元記憶憶判斷過程；；而不知道感感則可能基于于一個線索熟悉性的的腦活動狀態(tài)，，即一無所獲獲而獲得不知知道感。對“知道感”的認知與大腦腦機制的探索索，可為人工工智能研究提提供有益啟示示。Luoetal,2003,ChinSciBull社會認知的研研究情緒與注意情緒與記憶欺騙的心理過過程情緒對注意的的影響1500ms(Probe)延遲樣本匹配配：由“目標（target）-延遲(delay)-探測（probe）”三個階段構成成的試驗單元元。實驗范式(Sternberg,1966)2000ms1000ms(target）1500ms(delay)1500ms(Probe)詞語工作記憶任務AB+RT+a空間工作記憶任務2000ms1000ms(target）1500ms(delay)+++實驗程序實驗分2sessions；一個只呈現現負性圖片以以誘發(fā)負性情情緒，另一個個只呈現中性性情緒作為對對照。5blocks/session，32trails/block32個trails里16個空間任務16個詞語任務，，隨機出現。。(即每種條件80個trails)欺騙意圖的實實驗范式將欺騙過程分分成三個階段段：欺騙動機形成成、做出欺騙騙反應、欺騙騙結果的評價價(買曉琴，博士士論文，2005)動機形成階段段ms-2003008001300180023002800μV-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5FCzms-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5μVμVms強迫欺騙強迫誠實強迫自愿自愿欺騙自愿誠實結果評價階段段

欺騙組與與簡單組比較較-2+3差異波-100100300500700-5Cz-100100300500700-5sμV290ms-15μV0300ms欺騙組組簡單反反應組組二、刺刺激序序列的的問題題刺激呈呈現時時間刺激間間隔消除重重疊成成分1刺激呈呈現時時間①刺激呈呈現時時間長長度與與任務務難度度成反反比②當當呈現現時間間短到到一定定程度度，例例如視視覺刺刺激在在40ms以下，，人就就不能能主觀觀感覺覺到這這個刺刺激，，可利利用此此特性性進行行非意意識的的啟動動研究究③撤撤反應應即即刺刺激物物消失失也能能導致致ERP波形的的微小小改變變。避避免撤撤反應應的措措施一一是將將刺激激呈現現時間間適當當延長長或縮縮短，，二是是利用用相減減技術術2刺激間間隔SOAstimulusonsetasynchronyISIinterstimulusintervalOnsetOffset①短間隔隔將導導致ERP成分，，特別別是早早期成成分的的重疊疊②預預留足足夠被被試完完成作作業(yè)的的反應應時間間③間間隔過過長可可能浪浪費硬硬盤空空間，，并延延長不不必要要的實實驗時時間④刺刺激間間隔與與任務務難度度成反反比。。3消除相相鄰刺激的的重疊疊成分分1）高高通濾濾波（（high-passfiltering）增加加頻帶帶寬度度低端端頻率率響應應，可可以減減弱ERP在較長長潛伏伏期、、較低低頻率率的部部分。。如果果僅對對早期期高頻頻成分分，例例如聽聽覺腦腦干誘誘發(fā)電電位感感興趣趣，即即可采采用此此法（（高通通為50～150Hz）。2）低通通濾波波(Low-passfilter)采用不不同間間隔隨隨機化化，可可以部部分消消除鄰鄰近的的ERP重疊成成分，，又叫叫Jitter法。130-190ms125-275ms120-320msERP數據處處理(一)腦電數數據的的采集集與記記錄1步驟設置或或修改改腦電電記錄錄文件件（SETUP文件）），根根據下下述記記錄參參數。。電極安安放——戴電極極帽。。記錄（（record）。保存記記錄文文件(save)2記錄參參數放大倍倍數對腦電電的放放大倍倍數至至少在在5萬倍以以上，，注意意對EOG的放大大倍數數應減減小1半或2/3。分析時時間(epoch)與基線(baseline)根據實實驗模模式和和研究究目的的設定定分析析時間間，多多在1000ms左右，，刺激激發(fā)生生前的的基線線常為為100～200ms。頻帶寬寬度(bandpass)使其僅僅夠放放大擬擬研究究的ERP信號，，則落落在頻頻帶外外的噪噪音與與干擾擾信號號不被被放大大，達達到排排除目目的。。頻帶帶寬度度的高高通一一般為為0.01～0.1Hz，低通通為40～100Hz。皮膚阻阻抗應使其其低于于5k。每個個記錄錄點的的腦電電位均均需與與參考考點的的電位位進行行比較較而得得到電電位差差，因因而此此處的的皮膚膚阻抗抗尤需需降到到盡可可能低低的程程度。。采樣頻頻率（A/DRate）與時時間分分辨率率成正正比。。例如如250Hz的采樣樣頻率率,時間分分辨率率為4ms。(二)波形平平均與與疊加加提取并并打開開連續(xù)續(xù)腦電電文件件合并任任務數數據消除眼眼電偽偽跡對腦電電分段段(Epoch)濾波(filter)基線校校正(baselinecorrect)排除偽偽跡平均(average)保存1波形識識別波形判判斷：：從一一系列列波形形中判判斷有有關成成分，，是ERP研究的的一個個技術術難關關。可根據據峰潛潛伏期期、波波形、、及其其頭皮皮分布布，參參照總總平均均圖與與文獻獻進行行判斷斷，豐豐富的的經驗驗也是是一個個重要要的因因素。。(三)波形識識別與與測量量2波峰測測量波幅測測量峰——峰，基基線——峰峰潛伏伏期測測量起始時時間(始潛時時)的測量量-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期期基線——峰峰——峰FzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2-5mv+600ms3平均波波幅測測量適用：：信噪噪比不不太好好的波波形，，如差差異波波固定法法或連連續(xù)測測量法法：如如間隔隔20、50、100和150ms。較客客觀、、標準準統(tǒng)一一，便便于測測量及及比較較；但但在個個體差差異大大時，，數據據可靠靠性較較差。。具體法法或間間斷法法根根據總總平均均圖確確定某某一成成分的的時間間窗口口。根根據總總平均均圖而而定，，針對對性較較強，，但主主觀性性較大大，不不利于于比較較。4相減相減技技術的的運用用，對對于提提取更更為純純粹的的、與與心理理機制制相關關的ERP成分具具有重重要意意義。。1、統(tǒng)計計分析析的設設計描述性性統(tǒng)計計均值±標準差差、均均值±標準誤誤T檢驗方差分分析重復測測量的的多因因素方方差分分析（（RepeatedmeasuresANOVA）(四)統(tǒng)計分分析Oddball實驗，，記錄錄32導腦電電概率（（2：大、、小概概率））記錄點點（32）Cross-ModalDelayedResponseTask1：AttendingPicture,IgnoringTonePictureToneToneRedCrossDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPictureTonePictureClickDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal(0-2trial)(0-2trial)可以得到到哪些ERP成分？怎樣設計計統(tǒng)計分分析？2×2××2××12聽覺通道道與視覺覺通道（（2）注意與非非注意（（2）標準刺激激與偏差差刺激（（2）記錄點（（選取12個點）聽覺視覺注意意非非注意記憶痕跡跡的失匹匹配機制制—通路特異異性，而形成成痕跡的的機制—通路上機機制據此提出出注意早早晚選擇擇因條件件而異的的注意過濾濾器可塑塑性假說說1定性分析析①設置條件件1與條件2，分別產產生A峰B峰。②測量量并比較較峰A與峰B的潛伏期期、始潛潛時、波波幅等指指標。③比較較條件1與條件2的波形在在頭皮的的分布。。④ 定位位分析。。(五)結果分析析2腦地形圖圖腦電地形形圖是指指將放大大的腦電電信號轉轉換成一一種既能能定量、、又能定定性的腦腦波圖形形，可使使大腦在在某一時時間的功功能變化化與形態(tài)態(tài)定位有有機地結結合。腦地形圖圖需要至至少12導記錄電電極，理理論上導導數越多多越好，，目前已已達到256導。根據腦電電信號：：EEG———頻率地形形圖，針針對不同同的頻段段，包括括波、波、波、波和近年年受到關關注的40Hz腦電；ERP———波幅地形形圖根據圖形形的色彩彩或形式式：彩色地形形圖(Luo等,2000;Worldorff等,1997)、灰度地形形圖（Luo&Wei,1999）、等高線地地形圖(Mangun,1995;Teder等,1993）根據維度度：二維地形形圖三維地形形圖實際頭形形地形圖圖：精確確地、實實時地數數字化描描繪每個個被試的的電極位位置和頭頭顱形狀狀，形象象地顯示示三維地地形圖面孔識別別的P170成分分布布3源分析——極性翻轉轉顱內與頭頭皮電位位的極性性翻轉：：在早期期的生理理學研究究中，將將電極直直接插入入海馬、、海馬旁旁回和杏杏仁核，，記錄到到波幅較較大的極極性翻轉轉的電位位，其潛潛伏期與與頭皮記記錄的頂頂部P300一致。俄國科學學家用顱顱內電極極在Parkinson病人顳葉葉葉直接接記錄到到聽覺MMN(Kropotov等,1995)。在動物物實驗中中也多次次證實。。N??t?nen（1992）用用鼻鼻尖尖作作為為參參考考點點，，發(fā)發(fā)現現在在頭頭顱顱外外側側裂裂以以上上的的頭頭皮皮MMN與外外側側裂裂以以下下的的乳乳突突與與之之極極性性翻翻轉轉。。極性性翻翻轉轉的的機機制制