ERP原理与技术.ppt

1、发表：柳加仁，认知事件相关电位原理和技术theprincipleandtechnologyofventrelatedpotentials (ERPs )，2，第一章总论ERP的发生、发展和基本概念，3，1， ERS的概念及其神经电生理学基础大脑皮质的基本结构EEG基本知识EPRS的概念和特征EPRS的形成机制，4，(1)大脑皮质的基本结构，(5，(2)EEG基本知识，(6)，自发电位EEG和事件相关电位EPRECelectroencephalopography，event relater ERP :仅诱发。 EEG含有心理和生理信息，但不是波形本身。 ERP是由信息引起的波形本身，掩埋在EEG中，通常无法观察到，需要进行提取。 7、EEG的基本知识、基本原理构成脑电自动节律的主要是锥体细胞，尤其是深层大锥体细胞。 大锥体细胞具有形成有效电场的特定条件的细胞整齐排列，其顶树突起更平行排列的顶树突起长，实际体表面积约为细胞的10倍以上，接触面积大幅增加的顶树突起粗，具有低阻抗。 大表面积突触点的电活动方向一致，阻抗低，总和容易成为有效电场。 在这种情况下，综合突触后电位被记录，连续的综合突触后电位是脑电波的主体电活动。 8、总之，由大脑皮质锥体细胞顶树突突突触后电位变化的总和形成。 9、EEG的基本特征是以快速送纸速度记录的脑电波一般呈正弦波状外观，周期、振幅、相位被称为脑电波的基本特征，也是规定放电团节奏波形的重要因素。 关于，基线，振幅，周期，脑电位相图，180度(相位反转)，90度，10度，ERPs的概念和特征，11，1，名词由来：诱发(脑)电位，强调刺激引起的“自发电位”。 Evoked(Brain)Potentials=EP，认知EP不仅从外在刺激感，还积极地从自上而下的心理因素变成了“事件相关(脑)电位”。 事件关系(brain ) potentials=ERPs平均诱发电位。 强调过程计算机的平均值。 AverageEvokedPotentials，12，2，ERP的定义(1)诱发电位(EP )的广义定义：特定刺激作用于生物体，不给予刺激或刺激时神经系统的哪里发生的电位变化。 (2)诱发电位(EP )的狭义定义：施加特定刺激后，作用于感觉系统或脑某个部位，给予刺激或取消刺激时脑区域发生的电位变化。13、(3)事件相关电位(ERP )的定义：施加特定刺激后，作用于感觉系统或脑某个部位，施加刺激或取消刺激时和/或出现某个心理因素时脑区域发生的电位变化。 有必要注意撤退反应。 14，1，ERPs是一种特殊的诱发电位，近场电位(近场电位- -记录电极的位置接近活动的神经结构)。 2 .一般要求受试者在某种程度上参加实验3 .刺激的性质、内容和编制多样，以开始受试者认知过程的参加为目的，ERPs的基本特征15、4、ERPs成分除了受物理刺激特性影响的外源性成分之外，还包含内源性成分， ERPs不是通常诱发电位记录神经系统对刺激本身的反应，而是大脑对刺激的信息反应，反映了认知过程中大脑的神经电生理变化。 ERPs的基本特征，16，EEG节律主要由皮质多个神经组织突触后电位的同步总和组成。 即突触后的电位细胞和树突的电位变化。 ERP中除皮质突触后电位以外，还含有皮质下组织活动和轴突动作电位成分。 ERPs的形成，17仅在偶极源具有开放电场的情况下进行远距离记录。简而言之，脑组织中神经元的排列方向一致时，例如皮质的第三、五层锥体细胞同时产生的电场为开放型电场，在这种情况下，能够将神经元的电场合计在颅外记录到相应的电位。 在缺乏上述明确的局部神经元解剖学基础的情况下，例如内侧丘核会产生闭锁电场。 此时神经元可同步发射，但局部外电场方向不一致，不能相互抵消，偶极电场不能综合，远距离无法记录相关电位。 以属于18、19、心理生理学(psychophysiology，JohnStern，1964 )范畴的心理生理学或心理要素为参数，以生理指标为失真变量，通常进行人为测试。 生理心理学(physiologicalpsychology )以生理变化为参数，以心理因素为参数，一般以动物为受试者。 心理生理学是从生理心理学中分离出来的。 同一认知神经科学。 认知神经科学是近十几年兴起的交叉学科，它是目前脑科学界关注的领域，ERP是其重要组成部分。 ERP的学术位置，20，第二章ERP技术原理，ERP提取的基本原理平均技术界限的一些重要概念，21，1，EEG对ERP的淹没和叠加基本原理(1)特性：1.淹没，约2微伏至10微伏。 健康的成年人处于冷静的状态，EEG从数v变成了75v左右。 2 .两个恒定：潜伏期，波形。 22、为了重叠平均的基本原理，提取ERP，必须对被实验者反复多次刺激，重叠包含每次刺激发生的ERP在内的EEG进行平均。 因为EEG的波形与刺激子没有一定的关系，所以其中包含的ERP波形对于每个刺激都是相同的，ERP的兴起和刺激之间的时间间隔(潜伏期)是一定的，经过重叠ERP与重叠次数成比例地增加，EEG以随机的噪音加在一起。 23、听觉诱发电位、24、25、听觉诱发电位(AEP、Auditoryevokedpotentials )是声音刺激时头皮记录的听觉通路的诱发电位活动。 其中，潜伏期10ms内的一些小波是一种远场电位，反映了听神经和脑干的电活动，电位低(小于1微伏)，但通常必须重叠1000次以上才能分开所谓26潜伏期10-80ms内的一些波(No、Po、Na、Pa、Nb、P1)成为中潜伏期反应(Middlelatencyresponse，MLR )，有可能起源于丘脑非特异核团、内侧漆状体和原始听皮质之后的电位称为诱发电位的晚成分， 反映大脑皮层神经活动的电位，主要包括N1和p2.27，注：计算机不设置负值，仅正值，波谷也为正值，噪声叠加增大，不抵消。 重叠n次： s/n比变为n倍时，ERP变为100倍，EEG变为10倍，重叠的ERP的振幅变为EEG的5倍，ERP从EEG的背景上浮现出来。 28、2、噪音、干扰、假痕迹概念噪音：自发电位、设备背景噪音。 噪音： 50Hz商用。 虚假：受试者的EOG、运动电位等。 水平眼电HEOG垂直眼电VEOG，29，EEG放大A/D重叠综合测定转印伪盘平面描绘EOG模式滤波器数滤波器平均统计盘记录(离线式)，3，ERP数据提取过程，30， (一)在国际10-20系统的两耳孔之间以10%和20%设定了5个点的鼻根和枕骨粗隆之间经过Cz以20%设定了2个新点的两侧T3和T4，在距鼻根和枕骨10%处，合计4个点连接一周，以20%设定了8个新点的空间上等距离设定了4个点加上两个耳垂参考电极，共计21分。 四、诱导方法；(二)单极诱导和双极诱导(三)多诱导和定位1，解决头部形状、大小差异。 2 .偶极子的跟踪。 31、(4)参照电极问题单极感应的参照电极是各导电放大器的一端共同连接的部位，各导电的电位都是从该电位减去的结果。理想的参比电极点应该是零电位或恒电位的部位，但人体是容积导体，生物电无处不在，总是在变化。 这样，理想的参比电极应放置在无限远处，脑电为零，各有效电极的电位不受生物电的影响，相互具有绝对的比较性，但是不存在这样的部位。 在过去生物电学研究的100年中，关于参考电极的争论从未停止过，至今仍是一个未得出结论的问题。 参比电极的设置明显对数据有很大影响，因此是一个重要问题。 在此，简单讨论现在常用的脑电参照电极的设置。 1、双耳参考：将双耳乳突或耳垂作为参考电极连接。 乳突和耳垂脑电一般较小，比较符合要求，并且参考其连接得到的平均电位，由于与两半球的距离相同，脑的两半球电位关系不失真，长期以来一直被用作经典的方法。 其优点是心脏中偶极子产生的体表电流在头部循环，使脑电极产生虚假的电位变化。 双耳之间的低阻通道使心电流短路，阻止头部流动，因此将双耳连接到基准点可以减少ECG干扰。 但是，由于两耳电位在脑活动中不断变化，两耳的电位不一定相同，所以这种强制两耳电位相同实际上会局部短路，使脑电源在头表面产生的电位分布扭曲。 不能测定乳突附近脑电变化，例如MMN。 这条法律已经过时了。 32，2，鼻尖参考：将参考电极放在鼻尖。 双耳参考法无法观察乳突附近的脑源活动，但是由于听觉MMN这样的脑电源位于乳突附近，研究乳突附近的脑电活动时，经常将参考电极置于鼻尖。 3 .平均参考：用普通的参考电极记录EEG后，求出全部记录点的平均值a，将各记录值减去其平均值后的差分值作为实际的脑电数据。 其目的是消除原始记录中参照电极电位的变化引起的误差。 根据假设大脑和颅骨是均匀的球体，在球体的表面均匀地放置足够的记录电极，偶极子位于球体的中心。 此时脑电源形成的所有电极点的原始电位之和应该为零，当然平均值Vi=0。 由于实际记录时必须设置参照电极，各点从原来的电位减去参照电极点的电位x (这是脑电差动型放大器EEG的必然结果)，所以所有点的记录值的平均值为Vi-x，该值为上述a，即a=v1-x=-x，x=-a。 为了恢复原来的电位，应该在各点上加上参照电极的点电位x，即减少a，所以上述方法是正确的。 该方法的优点在于，能够排除记录电位受到的参照电极点电位的影响。 其缺点是根据理想的头部条件计算出来的，与真实情况有很大差异，因此造成的误差不容忽视。 33，4，单耳参考：目前较好的方法是以乳突/耳垂为参考进行记录，然后将双乳突/耳垂转化为参考值。 该方法具有上述双耳参考的基本优点，并且避免了物理连接引起的电势分布中的畸变，因此成为当前常用的方法。 提议统一采用左乳突作为参考电极。 两个参比电极在原来的帽子中相连，此时另一个参比电极必须空出来。 把一个有效电极连接到右乳突起上，把不需要的电极(例如垂到帽子外面的未使用电极和HEOG电极等)贴在右乳突起上，做成单极诱导。 记录之后，各有效电极的ERP值减去右乳突ERP值的一半，即，得到参考两乳突连接的ERP值，参考两乳突连接减去各点的平均值，当前其平均值是左乳突ERP值和右乳突ERP值的一半。 34、5、ERP的研究分类(1)按感觉通路分类： AEP、VEP、sep(2)按潜伏期分类：早、中、迟成分、迟波。 例AEP。a、35、(三)命名法：正p负n潜伏期。 例如P300、N400、N170。 (4)上为负。(5)成分、外源成分、内源成分和纯心理波的概念。 纯心理波：运动前电位，刺激泄漏成分，解放波。 36，7，ERP优势(1)缺乏独创性，时间分辨率高易于与rt合作进行认知过程研究，空间分辨率约为3mm，达到了现代水平。 是心理学家进行认知神经科学研究的最有力的方法。 (2)认知分为认知过程和认知状态，过程是指时间过程。 (3)设备比较简单，对环境的要求不高。 8、妨碍ERP空间分辨率提高的原因(1)颅骨不均匀，有个体差异(2)容积导体效应(3)电场封闭(4) ERP主要来自皮质第3、5层，不全面，不准确，37，刺激参数，体感，听觉，视觉，对比度亮度视角(见后)，频率声压水平上升/下降时间，0.10.5ms， 15Hz，50uV，刺激间隔SOA，ISI，刺激物的参数，刺激表达概率，3个要素，SOA : stimulusonstacynyisi : interstimulusinterval，38，一，伴随性负变化CNV (continger ) “Nature”公布了这一消息。 重复12次，Cz.A:闪烁、B:闪烁、C:闪烁以上3种状况未出现的CNV.D:命令在闪光出现时快点按下按钮，按钮即将闪烁前出现CNV .第三章ERP的几个基本成分，39、 各实验室一致证明CNV主要与心理因素有关，但研究其原因，分别对CNV系统的期望、欲望、方向反应、觉醒、注意、动机等提出了不同的假设，未能统一。 同时，学术界逐渐认识到CNV并非单一电位。 例如，提出了Weertsetal.(1973 )、Lovelessetal.(1974 )由CNV或2个成分构成，在orientationwave(O波)中，在约650ms达到峰值，与S1的朝向反应引起的一个expectancewer 之后，Gaillard(1976 )证明了o波和e波在头皮分布(o波之前)中不同于影响因素(运动只影响e波，o波的听觉大于视觉)，但e波不是期望的，而是RP。 (二) CNV与心理因素关系的各种假设，o波与e波，40，(三)释放波与二级CNV的发现，CNV的心理负荷假设：魏(1984，1986，1987 )设计了无运动的二级CNV实验模型(TL.CNV )，首先是释放波(Extricationofmentalload ) 将刺激信号增加为3个，将其间出现的脑电的变化分为2个，观察脑电是否阶段性上升的第三信号S02处于听觉阈值和ERP阈值之间。 S1、S2、S02间隔分别固定为1.5秒和1.7秒. S1和S2每次出现，S02以50%的概率随机出现。 尝试S1和S2来判断S02是否出现，并存储S02出现的次数。 加强受试者的认真努力。