理学赵仑MarchERP高级培训班讲座PPT课件

1、认知神经科学认知神经科学 Cognitive Cognitive NeuroscienceNeuroscience是一门研究人脑高级功能的学科，它是认知科学与神经脑科学结合的产物。认知神经科学的研究目的在于阐明认知活动的脑机制，其学科分支包括认知神经心理学、认知心理生理学、认知生理心理学、认知神经生物学、计算神经科学。认知神经科学认知神经科学第1页/共39页名词来源名词来源 事件相关（脑）电位（事件相关（脑）电位（ERPs） Event-Related Brain Potentials Event-Related Potentials 诱发（脑）电位（诱发（脑）电位（EP ） Evoked B

2、rain Potentials = Evoked Potentials事件相关（脑）电位事件相关（脑）电位第2页/共39页ERPERP的形成的形成EEG主要是由皮质大量神经组织的突触后电位同主要是由皮质大量神经组织的突触后电位同步总和所形成的。即主要来自突触后电位步总和所形成的。即主要来自突触后电位 胞体胞体和树突的电位变化。和树突的电位变化。 ERP 除了皮质突触后电位以外，还含有皮质下组除了皮质突触后电位以外，还含有皮质下组织活动及轴突动作电位成分。织活动及轴突动作电位成分。 只有当偶极子源具有开放型电场时，才能被远距只有当偶极子源具有开放型电场时，才能被远距离记录到。离记录到。事件相关（

3、脑）电位事件相关（脑）电位第3页/共39页 产生基本原理产生基本原理 构成脑电自动节律的主要是锥体细胞，尤其是深层的大锥体细胞。大锥体细胞具有形成有效电场的特定条件：细胞排列井然有序，其顶树突更是平行并列；顶树突长，其实体表面积比细胞体大约10倍以上，接触面积大为增加；顶树突较粗，具有较低的阻抗。 在广阔表面积上的众多突触点的电活动，若是方向一致而且阻抗又较低的话，就容易被总和成为一个有效电场，这时，即可记录到一个综合性的突触后电位，连续不断的综合性突触后电位即是脑电波的主体电活动。第4页/共39页lEEGEEG基本特征基本特征用快的送纸速度记录下来的脑电图一般呈正弦波样外观，周期、振幅、位相

4、称为脑电图的基本特征，也是规定放电团节律性的波形的重要因索。基基线线振幅振幅周期周期脑电位相图脑电位相图180度度（位相倒转）（位相倒转）90度度第5页/共39页 EEGEEG分类分类波波波中间快波波波Schwab频率分类0.5 3Hz4 7Hz8 13Hz14 17Hz18 30Hz31Hz以上慢波慢波快波快波-脑电图：顶、枕 大多数-脑电图： 6% 全部导联 额、中央区平坦脑电图：10%不规则脑电图R. Jung 图形分类第6页/共39页l影响脑电图的各种因素影响脑电图的各种因素 生命过程中，在整个机体特别是神经系统发生的全部变化都能反映在脑电图上。 年龄 个体差异和年龄差异 精神活动 外

5、界刺激 意识变化 体内生化学改变 脑部疾病与发育情况和体制特点有关与发育情况和体制特点有关一过性、可逆性的生理变化一过性、可逆性的生理变化病理变化（棘波、慢波等）病理变化（棘波、慢波等）第7页/共39页l成人正常脑电图的主要特征成人正常脑电图的主要特征1由波和快波组成，慢波只有少数、散在性波(占10 15以下) 。 2波和快波显示正常分布，即波主要分布于枕、顶区 ，快波于额、额前区。 3左右对称部的波幅差一般不超过20。 4左右对称部的频率差异不超过10。 5波在睁眼、感觉刺激、精神话动时有反应(衰减)。 当进行当进行ERPsERPs实验时，要密切关注被试脑电的实验时，要密切关注被试脑电的特征

6、，一方面大致判断被试的健康情况，一方面可特征，一方面大致判断被试的健康情况，一方面可以对实验过程中被试的反应或实验的可靠程度（导以对实验过程中被试的反应或实验的可靠程度（导电膏的蔓延）进行判断。电膏的蔓延）进行判断。第8页/共39页第9页/共39页ERPERP的学术位置的学术位置属于心理生理学（属于心理生理学（psychophysiology）范畴）范畴心理生理学以心理因素为自变量，以生理指标为应变量，心理生理学以心理因素为自变量，以生理指标为应变量，一般以人为被试。一般以人为被试。生理心理学（生理心理学（physiological psychology）以生理变化为自）以生理变化为自变量，以

7、心理因素为应变量，一般以动物为被试。变量，以心理因素为应变量，一般以动物为被试。心理生理学是从生理心理学中分离出来的。同属心理生理学是从生理心理学中分离出来的。同属认知神经认知神经科学科学。认知神经科学是当前脑科学界颇受关注的领域，认知神经科学是当前脑科学界颇受关注的领域，ERP是其是其中的重要组成部分。中的重要组成部分。 事件相关（脑）电位事件相关（脑）电位第10页/共39页 ERPERP的优势的优势 （1）无创性、时间分辨率高 便于与RT 配合进行认知过程研究、空间分辨率128导约为3mm，达到了现代水平，是进行认知神经科学研究的得力方法。（2）认知可分为认知过程和认知状态，过程指的是时间

8、过程（time course）。 （3）设备相对简单，对环境的要求不高。事件相关（脑）电位事件相关（脑）电位第11页/共39页Event-related potentials Event-related brain potentials 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，在脑区引起的电位变化。 * * 刺激缺失刺激缺失第12页/共39页lEEGEEG对对ERPsERPs的淹没的淹没l叠加平均基本原理叠加平均基本原理 ERPs波形恒定 潜伏期恒定 叠加n次：信噪比提高n 倍 例如： ERPs=0.5EEG n=100 100ERP 10EEG ERPs

9、=5EEG第13页/共39页第14页/共39页l信噪比的改善程度和刺激次数成平方根的比率关系，限制了平均技术更大限度地降低噪声和提取ERPs信号的能力。l平均技术只能改善信噪比，不能完全消除噪声。l补救方法：重复测试是最简便有效的方法。l不要过分相信平均技术的作用，盲目增加平均次数不能消除所有伪迹（50Hz、爆发性的肌电伪迹等）第15页/共39页 潜伏期：早、中、晚成份，慢波 命名：正P，负N，潜伏期 成份：外源性成份、内源性成份和纯心理波 外源性 内源性 P1、N1、P2 N2、P3复合波 MMN、CNV ERPsERPs成分成分受刺激的物理性质的影响？第16页/共39页An Example

10、: ERPs components elicited by infrequent target auditory stimuliThe sensory components (with a latency of less than 50 ms)The perception and cognition components (latency exceeding 50 ms)P1, N1, P2, N2, P3, SW第17页/共39页 1、ERPs是属于近场电位近场电位（记录电极位置距活动的神经结构较近）； 2、一般要求被试实验时在一定程度上参与实验； 3、刺激的性质、内容和编排多样，目的是启动

11、被试认知过程的参与； 4、ERPs成分除受物理刺激特性影响的“外源性成分外源性成分”，还包括“内源性成分内源性成分”，ERPs不像普通诱发电位记录神经系统对刺激本身产生的反应，而是大脑对刺激带来的信息引起的反应，反映的是认知过程中大脑的神经电生理改变。第18页/共39页听觉听觉BAEPMLRERP视觉EPERPP1N1C1第19页/共39页第20页/共39页第21页/共39页Note：EP与ERP密切相关，早期ERP成分与认知的关系要求我们对EP的基本特征要非常熟悉。举例： 听觉ERP P20-50注意效应 & 听觉MLR 视觉ERP 早期注意效应（P1） Face- N170-fac

12、e detection paradigm第22页/共39页（Hillyard, et al）第23页/共39页第24页/共39页C1 component in visual modalityThe first major visual ERP component is usually called the C1 wave, and it is largest at posterior midline or lateral electrode sites.It is generated in V1 (primary visual cortex).Its polarity can vary, wh

13、ich is positive for stimuli in the lower visual field and negative for stimuli in the upper visual field.It is small or positive for stimuli on the horizontal midline.It onsets 4060 ms post-stimulus and peaks 80100 ms post-stimulus.It is highly sensitive to stimulus parameters, such as contrast and

14、spatial frequency.第25页/共39页第26页/共39页Paradigm：Early Face PerceptionPassive detection paradigm（Bentin, et al, 1996）Reference?N170第27页/共39页N1 for objects & N170 for faces(Itier & Taylor, 2004)Respond to checkerboards.第28页/共39页(Itier & Taylor, 2004)An average reference wasused that was calculated off-line.第29页/共39页刺激物的分类刺激物的分类第30页/共39页第31页/共39页第32页/共39页第33页/共39页Topographic analysis *第34页/共39页Voice-specific response (VS