ERP的實驗設(shè)計

與數(shù)據(jù)處理ERP的實驗設(shè)計

與數(shù)據(jù)處理1一、實驗范式經(jīng)典范式:Oddball,Go-Nogo注意:聽覺,視覺記憶:學(xué)習(xí)-再認(rèn)社會認(rèn)知一、實驗范式經(jīng)典范式:Oddball,Go-Nogo2經(jīng)典范式1--OddballOddball實驗?zāi)Ｊ绞侵覆捎脙煞N或多種不同刺激持續(xù)交替呈現(xiàn)，它們出現(xiàn)的概率顯著不同組成標(biāo)準(zhǔn)刺激(standardstimuli)——大概率偏差刺激(deviantstimuli)——小概率令被試對偏差刺激進(jìn)行反應(yīng)，因此該偏差刺激稱為靶刺激（Target）或目標(biāo)刺激。誘發(fā)P300、MMN等與刺激概率有關(guān)的ERP成分時的經(jīng)典實驗?zāi)Ｊ健?/p>

經(jīng)典范式1--OddballOddball實驗?zāi)Ｊ绞侵覆捎脙?標(biāo)準(zhǔn)刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇刺激

ABCD標(biāo)準(zhǔn)刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇4

跨通路延遲反應(yīng)范式Task1：AttendingPicture,IgnoringTone

Picture

Tone Tone RedCrossDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPicture

Tone Picture ClickDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignal(0-2trial)

(0-2trial)

跨通路延遲反應(yīng)范式Task1：AttendingPic5經(jīng)典范式2--

Go-Nogo兩種刺激的概率相等Go刺激——令被試反應(yīng)的刺激，即靶刺激Nogo刺激——不需被試反應(yīng)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(chǎn)生的ERP成分

經(jīng)典范式2--Go-Nogo兩種刺激的概率相等6注意的實驗范式雙耳分聽空間注意:Cue-Target提示范圍的分級注意的實驗范式雙耳分聽7雞尾酒會效應(yīng)與雙耳分聽(Chrry,1953)雞尾酒會效應(yīng)與雙耳分聽(Chrry,1953)8Hillyard,1975,ScienceHillyard,1975,Science9Mangun&Hillyard,1991Mangun&10＋＋ValidCue＋＋＋＋I(xiàn)nvalidNeutral經(jīng)典的中央性提示＋＋ValidCue＋＋＋＋I(xiàn)nvalidNeutral經(jīng)11＋⊙固定注視點1400ms提示箭頭200-500ms目標(biāo)50ms屏蔽200ms(Lucketal.,1994)＋⊙固定注視點提示箭頭目標(biāo)屏蔽(Lucketal.,12Validvs.InvalidValidvs.NeutralInvalidvs.NeutralValidvs.InvalidValidvs.Neu13間隔對P1效應(yīng)的影響(Grorge&Mangun,1998)間隔對P1效應(yīng)的影響(Grorge&Mangun,1914①注意左側(cè)，多靶（16%）；②注意右側(cè)，多靶（16%）；③注意左側(cè)，少靶（2%）；④注意右側(cè)，少靶（2%）；⑤被動（2%無關(guān)刺激）（Woldorffetal.,1997）靶刺激在下視野①注意左側(cè)，多靶（16%）；②注意右側(cè)，多靶（16%）；③注15對側(cè)的背側(cè)枕區(qū)、18/19區(qū)對側(cè)的背側(cè)枕區(qū)、18/19區(qū)16（Martinez…Hillyard,1999，2001）

刺激為白色直立的T（占86％）和倒置的T（靶刺激14％），被9個十字所包圍，并疊加在灰色的棋盤格上以等概率隨機(jī)出現(xiàn)在左側(cè)視野（LVF）或右側(cè)視野（RVF）。任務(wù)是持續(xù)注視中央箭頭并按鍵報告箭頭所指注意側(cè)的靶刺激，并忽視注意側(cè)對面的刺激物。（Martinez…Hillyard,1999，200117C1無注意效應(yīng)注意效應(yīng)發(fā)生在早期P1、晚期P1和N1—注意時其波幅增大C1無注意效應(yīng)18ERP經(jīng)典實驗設(shè)計ppt課件19300ms1500msTimeCUESIZESmallMediumLargeSOA(ms)230-350(Short)500-650(Medium)800-950(Long)FixationPrecue

SearchArray不同范圍等級提示的空間注意實驗范式(Luoetal,CognBrainRes,2001)300ms1500msTimeCUESIZE20ERPinShortSOA

SmallMedianLargeP1(80ms)LargeMedianSmallN1(160ms)CueSearchArrayP1(100ms)N1(160ms)ERPinShortSOASmallP1(80m21Pressthekey，discriminatethedirectionoftheverticalcrescentISI:Short400-600msLong600-800ms固定區(qū)域提示下的注意效應(yīng)

Pressthekey，discriminateISI22其他相關(guān)實驗其他相關(guān)實驗23ERP經(jīng)典實驗設(shè)計ppt課件24干擾刺激位置對視覺空間注意影響干擾位于小圈 干擾位于中圈 干擾位于大圈該范試的特點為干擾刺激均位于同一個圈。與靶刺激特征相同內(nèi)部干擾外部干擾內(nèi)部/外部干擾可以檢測被試在分心物存在條件下注意力的集中程度干擾刺激位置對視覺空間注意影響干擾位于小圈 干25記憶的實驗范式經(jīng)典范式:學(xué)習(xí)-再認(rèn)運動知覺的啟動元記憶記憶的實驗范式經(jīng)典范式:學(xué)習(xí)-再認(rèn)26A.StudyPhase(14faces,SOA3s,duration1s)

B.TestPhase(28faces,repeated50%, SOA3.2s,duration1s)

A.StudyPhase(14faces,SOA327理張理舒TimeLearningStageTestStageOldNew1st

PresentTypicalProceduresTimeLearningTestOldNew1stTyp28ms-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)P180N350LPCms-1002004006008001000ms0.0-229

110ms 146ms 166ms

275ms498ms600ms650ms750ms

114ms 182ms 234ms

380ms486ms650ms680ms750ms

聽覺漢字視覺漢字第一階段——感覺 第二階段——知覺 第三階段——語言Chen&Luo,2003,NeuroImage

漢字的記憶編碼110ms 146ms 166m30-10020040060080010000.0-1.0-2.02.04.06.08.010.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0-100200400600800.0900.01000.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0FzCzPzOldNewDiff(Old-New)HigherFreq. LowerFreq.TestStageP180N350LPC-10020040060080010000.0-1.0-2.31單次運動實驗?zāi)Ｊ绞疽鈭D（a）與單次運動產(chǎn)生的ERP總平均圖（b）

特定方向二義左右 左—右(0-90°)(0-270°)(0-180°)F1F2向右運動二義運動向左運動單次運動實驗?zāi)Ｊ绞疽鈭D（a）特定方向32ERP經(jīng)典實驗設(shè)計ppt課件33F1F2F3啟動–目標(biāo)間隔(200,400,and1000ms)二義-目標(biāo)特定-目標(biāo)

(實驗) (對照)啟動目標(biāo)(0-90-270°)(0-90-0°)特定方向

二義方向雙次運動的實驗?zāi)Ｊ绞疽鈭D（a）雙次運動產(chǎn)生的ERP總平均圖（b）強(qiáng)啟動弱啟動無啟動實驗對照P1P32個相反的特定方向F1啟動–目標(biāo)間隔(200,400,and100034無啟動弱啟動強(qiáng)啟動98162226386418ms+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0mV顳上回枕葉hMT+內(nèi)側(cè)頂葉Z=3.09Z=13.11ab實驗組與對照組相減的差異波地形圖（a）和fMRI結(jié)果

(b),jiangLuoetal,2002無9816235RT(ms)%SameDirectionJudgements2004001000ms

PrimingReversalPrimingReversalinYounginYounginOldinOld2004001000msBehavioralDataTheperceivedrateinthesamedirectionintheyoungwashigherthanintheoldsubjects,F1,22=4.727,p<.05.TheRTprolongedwithintervalincreasedonlyforprimingconditioninbothyoungandoldsubjects,F2,44=5.711,p<.012、無意識啟動運動知覺的老年化RT(ms)%SameDirection20036無啟動弱啟動強(qiáng)啟動98162226386418ms+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0mV顳上回枕葉hMT+內(nèi)側(cè)頂葉Z=3.09Z=13.11ab首次確定視運動知覺的啟動效應(yīng)在刺激后98ms首先激活視覺初級皮層后續(xù)活動（400ms左右）發(fā)生在內(nèi)側(cè)顳葉、顳上回、頂葉等更廣泛的腦區(qū)

運動知覺啟動與工作記憶無98162370-90-180° 0-90-0°SameDirection OppositeDirection1stMotion2ndMotionTimeSOA:200ms各種條件下的啟動效應(yīng)0-90-180° 0-90-0°SameDi380-90-270° 0-180-90° 0-180-0°Unambiguous—Ambiguous—Ambiguous—AmbiguousUnambiguousAmbiguous0-90-270° 0-180-90° 39元記憶的研究方法實驗分三個步驟進(jìn)行記憶一系列詞對，例如“項目—大臣”呈現(xiàn)前面的線索詞(項目—？)，讓被試回憶后面的靶子詞(“大臣”)在他們回憶不出來的情況下，令他們判斷自己是否對那個不能成功回憶的詞有一種“知道感”通過一項再認(rèn)測驗來檢驗其“知道感”是否準(zhǔn)確元記憶的研究方法實驗分三個步驟進(jìn)行40

元記憶的腦機(jī)制“知道感”記憶導(dǎo)致大量的腦活動（額葉區(qū)），而“不知道感”項目則只伴隨有少量腦活動。知道感可能是基于一個部分信息提取和元記憶判斷過程；而不知道感則可能基于一個線索熟悉性的腦活動狀態(tài)，即一無所獲而獲得不知道感。對“知道感”的認(rèn)知與大腦機(jī)制的探索，可為人工智能研究提供有益啟示。Luoetal,2003,ChinSciBull元記憶的腦機(jī)制41社會認(rèn)知的研究情緒與注意情緒與記憶欺騙的心理過程社會認(rèn)知的研究情緒與注意42情緒對注意的影響情緒對注意的影響431500ms(Probe)延遲樣本匹配：由“目標(biāo)（target）-延遲(delay)-探測（probe）”三個階段構(gòu)成的試驗單元。實驗范式(Sternberg,1966)2000ms1000ms(target）1500ms(delay)1500ms(Probe)詞語工作記憶任務(wù)AB+RT+a空間工作記憶任務(wù)2000ms1000ms(target）1500ms(delay)+++1500ms延遲樣本匹配：由“目標(biāo)（target）-延遲(44實驗程序?qū)嶒灧?sessions；一個只呈現(xiàn)負(fù)性圖片以誘發(fā)負(fù)性情緒，另一個只呈現(xiàn)中性情緒作為對照。5blocks/session，32trails/block32個trails里16個空間任務(wù)16個詞語任務(wù)，隨機(jī)出現(xiàn)。(即每種條件80個trails)實驗程序?qū)嶒灧?sessions；一個只呈現(xiàn)負(fù)性圖片以誘發(fā)45欺騙意圖的實驗范式將欺騙過程分成三個階段：欺騙動機(jī)形成、做出欺騙反應(yīng)、欺騙結(jié)果的評價(買曉琴，博士論文，2005)欺騙意圖的實驗范式將欺騙過程分成三個階段：(買曉琴，博士論文46動機(jī)形成階段ms-2003008001300180023002800μV-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5FCz

ms-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5

μVμVms強(qiáng)迫欺騙強(qiáng)迫誠實強(qiáng)迫自愿自愿欺騙自愿誠實動機(jī)形成階段ms-20030080013001800230047結(jié)果評價階段

欺騙組與簡單組比較-2+3差異波-100100300500700-5Cz-100100300500700-5sμV290ms-15μV0300ms欺騙組簡單反應(yīng)組結(jié)果評價階段

欺騙組與簡單組比較-100100300500748二、刺激序列的問題刺激呈現(xiàn)時間刺激間隔消除重疊成分二、刺激序列的問題刺激呈現(xiàn)時間491

刺激呈現(xiàn)時間① 刺激呈現(xiàn)時間長度與任務(wù)難度成反比② 當(dāng)呈現(xiàn)時間短到一定程度，例如視覺刺激在40ms以下，人就不能主觀感覺到這個刺激，可利用此特性進(jìn)行非意識的啟動研究③ 撤反應(yīng)即刺激物消失也能導(dǎo)致ERP波形的微小改變。避免撤反應(yīng)的措施一是將刺激呈現(xiàn)時間適當(dāng)延長或縮短，二是利用相減技術(shù)1刺激呈現(xiàn)時間① 刺激呈現(xiàn)時間長度與任務(wù)難度成反比502刺激間隔SOAstimulusonsetasynchrony

ISIinterstimulusintervalOnsetOffset2刺激間隔SOAISIOnsetOffset51① 短間隔將導(dǎo)致ERP成分，特別是早期成分的重疊② 預(yù)留足夠被試完成作業(yè)的反應(yīng)時間③ 間隔過長可能浪費硬盤空間，并延長不必要的實驗時間④ 刺激間隔與任務(wù)難度成反比。

① 短間隔將導(dǎo)致ERP成分，特別是早期成分的重疊523消除相鄰刺激的重疊成分1）

高通濾波（high-passfiltering）增加頻帶寬度低端頻率響應(yīng)，可以減弱ERP在較長潛伏期、較低頻率的部分。如果僅對早期高頻成分，例如聽覺腦干誘發(fā)電位感興趣，即可采用此法（高通為50～150Hz）。2）低通濾波(Low-passfilter)采用不同間隔隨機(jī)化，可以部分消除鄰近的ERP重疊成分，又叫Jitter法。3消除相鄰刺激的重疊成分1）

高通濾波（high-pass53130-190ms125-275ms120-320ms130-190ms125-275ms120-320ms54ERP數(shù)據(jù)處理ERP數(shù)據(jù)處理55(一)腦電數(shù)據(jù)的采集與記錄1步驟設(shè)置或修改腦電記錄文件（SETUP文件），根據(jù)下述記錄參數(shù)。電極安放——戴電極帽。記錄（record）。保存記錄文件(save)(一)腦電數(shù)據(jù)的采集與記錄1步驟562記錄參數(shù)

放大倍數(shù)對腦電的放大倍數(shù)至少在5萬倍以上，注意對EOG的放大倍數(shù)應(yīng)減小1半或2/3。分析時間(epoch)與基線(baseline)根據(jù)實驗?zāi)Ｊ胶脱芯磕康脑O(shè)定分析時間，多在1000ms左右，刺激發(fā)生前的基線常為100～200ms。頻帶寬度(bandpass)使其僅夠放大擬研究的ERP信號，則落在頻帶外的噪音與干擾信號不被放大，達(dá)到排除目的。頻帶寬度的高通一般為0.01～0.1Hz，低通為40～100Hz。皮膚阻抗應(yīng)使其低于5k。每個記錄點的腦電位均需與參考點的電位進(jìn)行比較而得到電位差，因而此處的皮膚阻抗尤需降到盡可能低的程度。采樣頻率（A/DRate）與時間分辨率成正比。例如250Hz的采樣頻率,時間分辨率為4ms。2記錄參數(shù)放大倍數(shù)對腦電的放大倍數(shù)至少在5萬倍以上，注57(二)波形平均與疊加提取并打開連續(xù)腦電文件合并任務(wù)數(shù)據(jù)消除眼電偽跡對腦電分段(Epoch)濾波(filter)基線校正(baselinecorrect)排除偽跡平均(average)保存

(二)波形平均與疊加提取并打開連續(xù)腦電文件基線校正(ba581波形識別波形判斷：從一系列波形中判斷有關(guān)成分，是ERP研究的一個技術(shù)難關(guān)?？筛鶕?jù)峰潛伏期、波形、及其頭皮分布，參照總平均圖與文獻(xiàn)進(jìn)行判斷，豐富的經(jīng)驗也是一個重要的因素。(三)波形識別與測量

1波形識別波形判斷：從一系列波形中判斷有關(guān)成分，是ERP研592波峰測量

波幅測量 峰——峰，基線——峰峰潛伏期測量

起始時間(始潛時)的測量2波峰測量波幅測量60-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期基線——峰峰——峰-200200400600800ms-2.0-4.02.061FzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2-5mv+600msFzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2-623平均波幅測量

適用：信噪比不太好的波形，如差異波固定法或連續(xù)測量法：如間隔20、50、100和150ms。較客觀、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，便于測量及比較；但在個體差異大時，數(shù)據(jù)可靠性較差。具體法或間斷法根據(jù)總平均圖確定某一成分的時間窗口。根據(jù)總平均圖而定，針對性較強(qiáng)，但主觀性較大，不利于比較。3平均波幅測量適用：信噪比不太好的波形，如差異波634相減相減技術(shù)的運用，對于提取更為純粹的、與心理機(jī)制相關(guān)的ERP成分具有重要意義。

4相減相減技術(shù)的運用，對于提取更為純粹的、與心理機(jī)制相關(guān)的641、統(tǒng)計分析的設(shè)計描述性統(tǒng)計均值±標(biāo)準(zhǔn)差、均值±標(biāo)準(zhǔn)誤T檢驗方差分析

重復(fù)測量的多因素方差分析（RepeatedmeasuresANOVA）(四)統(tǒng)計分析1、統(tǒng)計分析的設(shè)計描述性統(tǒng)計均值±標(biāo)準(zhǔn)差、均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(四65Oddball實驗，記錄32導(dǎo)腦電概率（2：大、小概率）記錄點（32）Oddball實驗，記錄32導(dǎo)腦電66Cross-Modal

DelayedResponseTask1：AttendingPicture,IgnoringTone

Picture

Tone Tone RedCrossDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPicture

Tone Picture ClickDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignal(0-2trial)

(0-2trial)

Cross-ModalDelayedResponseT67可以得到哪些ERP成分？可以得到哪些ERP成分？68怎樣設(shè)計統(tǒng)計分析？2×2×2×12聽覺通道與視覺通道（2）注意與非注意（2）標(biāo)準(zhǔn)刺激與偏差刺激（2）記錄點（選取12個點）怎樣設(shè)計統(tǒng)計分析？2×2×2×1269聽覺視覺注意 非注意記憶痕跡的失匹配機(jī)制—通路特異性，而形成痕跡的機(jī)制—通路上機(jī)制據(jù)此提出注意早晚選擇因條件而異的注意過濾器可塑性假說聽覺注意 非注意記憶痕跡的失匹配機(jī)制—通路701定性分析①設(shè)置條件1與條件2，分別產(chǎn)生A峰B峰。②測量并比較峰A與峰B的潛伏期、始潛時、波幅等指標(biāo)。③比較條件1與條件2的波形在頭皮的分布。④ 定位分析。(五)結(jié)果分析1定性分析①設(shè)置條件1與條件2，分別產(chǎn)生A峰B峰。(五)712腦地形圖腦電地形圖是指將放大的腦電信號轉(zhuǎn)換成一種既能定量、又能定性的腦波圖形，可使大腦在某一時間的功能變化與形態(tài)定位有機(jī)地結(jié)合。腦地形圖需要至少12導(dǎo)記錄電極，理論上導(dǎo)數(shù)越多越好，目前已達(dá)到256導(dǎo)。根據(jù)腦電信號：EEG——頻率地形圖，針對不同的頻段，包括波、波、波、波和近年受到關(guān)注的40Hz腦電；ERP——波幅地形圖2腦地形圖腦電地形圖是指將放大的腦電信號轉(zhuǎn)換成一種既能定量72根據(jù)圖形的色彩或形式：彩色地形圖(Luo等,2000;Worldorff等,1997)、灰度地形圖（Luo&Wei,1999）、等高線地形圖(Mangun,1995;Teder等,1993）根據(jù)圖形的色彩或形式：73ERP經(jīng)典實驗設(shè)計ppt課件74根據(jù)維度：二維地形圖三維地形圖根據(jù)維度：75實際頭形地形圖：精確地、實時地數(shù)字化描繪每個被試的電極位置和頭顱形狀，形象地顯示三維地形圖面孔識別的P170成分分布實際頭形地形圖：精確地、實時地數(shù)字化描繪每個被試的電極位置和763源分析——極性翻轉(zhuǎn)

顱內(nèi)與頭皮電位的極性翻轉(zhuǎn)：在早期的生理學(xué)研究中，將電極直接插入海馬、海馬旁回和杏仁核，記錄到波幅較大的極性翻轉(zhuǎn)的電位，其潛伏期與頭皮記錄的頂部P300一致。俄國科學(xué)家用顱內(nèi)電極在Parkinson病人顳葉葉直接記錄到聽覺MMN(Kropotov等,