erp基本原理及其在认知神经科学中的应用ppt课件

1、一、一、ERP的根本原理的根本原理EEG含有心思与生理信息，但不是信息引起的波形本含有心思与生理信息，但不是信息引起的波形本身，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中中，通常察看不到，需提取。，通常察看不到，需提取。1、名词来源、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“自发电自发电位而言。位而言。EvokedBrainPotentials = EP由于认知由于认知EP不仅外界刺激觉得所致，尚来自自动的自不仅外界刺激觉得所致，尚来自自动的自上而下的心思要素，故改为上而下的心思要素，故改为“事件相关脑电位事件相关脑电

2、位1969，Herb Vauhan。Event-RelatedBrainPotentials = ERPs平均诱发电位。强调经过计算机平均。平均诱发电位。强调经过计算机平均。Average Evoked Potentials1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，在给予刺激或吊销刺激时，在神经系统任何部位引起用于机体，在给予刺激或吊销刺激时，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，作用于觉得系统或脑的某一部位，在给予刺激或吊销刺激时

3、，在作用于觉得系统或脑的某一部位，在给予刺激或吊销刺激时，在脑区所引起的电位变化。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，的定义：当外加一种特定的刺激，作用于觉得系统或脑的某一部位，在给予刺激或吊销刺激时，或作用于觉得系统或脑的某一部位，在给予刺激或吊销刺激时，或/和当某种心思要素出现时在脑区所产生的电位变化。和当某种心思要素出现时在脑区所产生的电位变化。需求留意撤反响。需求留意撤反响。2、ERP的定义的定义3、特性：、特性：1淹没，约淹没，约2微伏微伏 10微伏。微伏。2两个恒定：埋伏期、波形。两个恒定：埋伏期、波形。4、简史：、简史：1935-1

4、936 Pauline and Hallowell Davis首先在清醒人记录到首先在清醒人记录到觉得觉得ERP。1939 Davis等初次发表等初次发表ERP论文，单次刺激诱发，论文，单次刺激诱发，EEG安静安静时记录。时记录。1947 Dawson 初次报道用照相叠加技术记录人体初次报道用照相叠加技术记录人体EP。1951 Dawson 初次发明机械驱动初次发明机械驱动-电子存储式电子存储式EP叠加与平均叠加与平均方法张明岛等，方法张明岛等，1995，开创了神经电生理学的新时代，开创了神经电生理学的新时代。1962 Galambos and Sheatz初次发表计算机平均叠加初次发表计算机

5、平均叠加ERP论论文。文。1964 Grey Walter等发表第一个认知等发表第一个认知ERP成分成分CNV，标，标志着志着ERP研讨新时代的开场。研讨新时代的开场。5、EEG对对ERP的淹没与的淹没与叠加根本原理叠加根本原理l 计算机不设置负值，只需正值，波的低谷也为正值，故噪计算机不设置负值，只需正值，波的低谷也为正值，故噪声叠加也增大，而不是相互抵消。声叠加也增大，而不是相互抵消。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l 2微伏微伏100/10微伏微伏 = 200微伏微伏

6、 / 100微伏微伏l = 2 /S Nnnn1006 6、A/DA/D转换速度采样速度转换速度采样速度ERPERP的时间分辨率的时间分辨率 ERP ERP时间分辨率高的根本缘由是由于它是对神经元时间分辨率高的根本缘由是由于它是对神经元本身活动的丈量，而不是像本身活动的丈量，而不是像PETPET、fMRIfMRI、光成像那样只、光成像那样只是对神经元代谢产物的丈量。其次，电子技术的开展是对神经元代谢产物的丈量。其次，电子技术的开展使采样率大为提高，也为使采样率大为提高，也为ERPERP的高时间分辨率提供了保的高时间分辨率提供了保证。目前证。目前ERPERP的时间分辨率在实际上已可到达微秒级。的

7、时间分辨率在实际上已可到达微秒级。 实践上，在记录早成分时，由于它在实践上，在记录早成分时，由于它在10ms10ms内有七内有七、八个波，记录由、八个波，记录由256256点以上组成，因此点间距即时间点以上组成，因此点间距即时间分辨率小于分辨率小于40s40s。普通的。普通的ERPERP仪器采样频率也大于仪器采样频率也大于2000Hz/2000Hz/导，即时间分辨率导，即时间分辨率0.5ms0.5ms。总采样频率。总采样频率= =频频率率/ /导导* * 导数。减少导数那么时间分辨率相应提高。导数。减少导数那么时间分辨率相应提高。设置时间分辨率的普通原那么是，组成设置时间分辨率的普通原那么是，

8、组成EpochEpoch的点数应的点数应等于或大于等于或大于128128点。点。7、ERP的研讨分类的研讨分类1按觉得通路：按觉得通路：AEP、VEP、SEP2按埋伏期：早、中、晚成分、慢波。例按埋伏期：早、中、晚成分、慢波。例AEP。a3命名法：正命名法：正P负负N埋伏期。如埋伏期。如P300, N400, N170。4向上为负。向上为负。5成分、外源性成分、内源性成分和纯心思波的概念。成分、外源性成分、内源性成分和纯心思波的概念。 纯心思波：运动前电位、刺激脱漏成分、解脱波。纯心思波：运动前电位、刺激脱漏成分、解脱波。8、ERP的优势的优势: 1无创性、时间分辨率高无创性、时间分辨率高 便

9、于与便于与RT 配合进展配合进展认知过程研讨、空间分辨率认知过程研讨、空间分辨率128导约为导约为3mm，到，到达了现代程度。是心思学任务者进展认知神经科达了现代程度。是心思学任务者进展认知神经科学研讨的最得力的方法。学研讨的最得力的方法。2认知可分为认知过程和认知形状，过程指的就认知可分为认知过程和认知形状，过程指的就是时间过程。是时间过程。 3设备相对简单，对环境的要求不高。设备相对简单，对环境的要求不高。9、 妨碍妨碍ERP提高空间分辨率的缘由：提高空间分辨率的缘由：1颅骨不匀且有个体差别颅骨不匀且有个体差别2容积导体效应容积导体效应3电场封锁主要来自锥体细胞层，失电场封锁主要来自锥体细

10、胞层，失真：该层真：该层ERP大，其他层小大，其他层小1966: 1771967-68: 15011969-70: 19711971-72: 20631973-74: 22161975-76: 2538 1977-78: 2624 1979-80: 34451981-82: 42081983-84: 44161985-86: 45381987-88: 46101989-90: 48041991-92: 54791993-94: 53861995-96: 54611997-98: 58881999-00: 62052001-02: 62992003-04: 699610、ERP的开展趋势的开展趋

11、势二、二、ERP在认知神经科学中的运用在认知神经科学中的运用1、ERP的学术位置的学术位置属于心思生理学属于心思生理学psychophysiology范畴。范畴。心思生理学以心思要素为自变量，以生理目的为应变量，心思生理学以心思要素为自变量，以生理目的为应变量，普通以人为被试。普通以人为被试。生理心思学生理心思学physiological psychology以生理变化为自以生理变化为自变量，以心思要素为应变量，普通以动物为被试。变量，以心思要素为应变量，普通以动物为被试。心思生理学是从生理心思学中分别出来的。同属认知神经心思生理学是从生理心思学中分别出来的。同属认知神经科学。科学。认知神经科

12、学是在近十余年才兴起的一门交叉学科，是脑认知神经科学是在近十余年才兴起的一门交叉学科，是脑科学界颇受关注的领域，是心思学的新时代，科学界颇受关注的领域，是心思学的新时代， ERP是是其中的重要组成部分。其中的重要组成部分。 个性心思特征 心思学 心情 意志 心思过程 认知心思学 心思言语学 认知科学 人工智能 人工神经网络 神经脑科学 生理学 . .认知神经科学的学科位置二、认知神经科学方法之比较二、认知神经科学方法之比较三、作用举例三、作用举例一关于留意选择性发生时程的一关于留意选择性发生时程的ERP证据证据1、两耳纯音各一不同。快速约、两耳纯音各一不同。快速约6次次/秒随机呈现。秒随机呈现

13、。2、两项实验，每项只记一只耳的纯音、两项实验，每项只记一只耳的纯音数。数。3、图、图1、2 的早成分不受留意影响。的早成分不受留意影响。4、图、图3、4 的中成分涂黑受留意影的中成分涂黑受留意影响。响。5、图、图5为差别波为差别波P20-50 涂黑，相涂黑，相当早。当早。6、 ERP与与MEG脑磁图结合记录脑磁图结合记录结果发现结果发现P25-50发生在听皮质，很发生在听皮质，很能够在初级听皮质。能够在初级听皮质。7、结论：留意选择性发生在听觉加工、结论：留意选择性发生在听觉加工的早期阶段。的早期阶段。1 1、实验方法、实验方法 实验采用的刺激呈现方式可图示如下实验采用的刺激呈现方式可图示如

14、下, , 其中数字单位为其中数字单位为ms: ms: 纯音纯音 - - 提示字提示字 - - 目的字目的字 - - 被试述词被试述词 - - 下次纯下次纯音音 . . 220 1210 200 1300 200 4400 220 1210 200 1300 200 4400 头皮记录头皮记录 Fz Fz、CzCz、PzPz、左脑、左脑P3-T5 P3-T5 及右脑及右脑P4-T6 P4-T6 共五点之共五点之ERP.ERP. 每名被试皆接受二项实验每名被试皆接受二项实验. .1 1详细字联想实验。主要目的：突出目的字义的加工，减弱详细字联想实验。主要目的：突出目的字义的加工，减弱形音加工。形音

15、加工。纯音预告汉字即将出现纯音预告汉字即将出现, , 引起留意引起留意. .提示字皆认识字提示字皆认识字, , 要识记其发音与字形要识记其发音与字形. .目的字与提示字音同形似目的字与提示字音同形似, ,如如, ,提示字提示字“丁丁, ,目的字目的字“钉钉; ;“防防 房房.目的字分为认识与不认识目的字分为认识与不认识. .对认识的目的字要根据其义联想出另一个字对认识的目的字要根据其义联想出另一个字, , 组成双字词并组成双字词并口头报告口头报告. .对不认识的字根据提示字音、形尽量猜测其义对不认识的字根据提示字音、形尽量猜测其义, ,仍不认识仍不认识, , 述述 不认识不认识.二言语加工的脑

16、机制二言语加工的脑机制 半视野汉字研讨半视野汉字研讨Wei, et al., NeuroReport, Wei, et al., NeuroReport, 200120012非提示对照实验非提示对照实验:“提示字为无关字提示字为无关字, 即与目的字形音义皆异即与目的字形音义皆异,目的字联想前短少音与目的字联想前短少音与形的予加工形的予加工, 余同详细字联想实验余同详细字联想实验. 2、主要实验结果与讨论、主要实验结果与讨论: 1汉字认知的起始时程汉字认知的起始时程详细字联想实验详细字联想实验图为左视野图为左视野ERP横排横排5个记录点个记录点左半球左半球P3-T5，左视野为同侧，右半球，左视野

17、为同侧，右半球P4-T6，左视野为对侧，左视野为对侧红线为目的字认识时的红线为目的字认识时的ERP, 绿线为目的字绿线为目的字不认识时的不认识时的ERP 在每帧图中在每帧图中, 纯音、提示字和目的字各引起纯音、提示字和目的字各引起一组一组ERP。左视野左视野左半球同侧左半球同侧右半球对侧右半球对侧在生理上在生理上, 半视野刺激应首先投射于对侧半视野刺激应首先投射于对侧脑脑, 然后传导到同侧脑然后传导到同侧脑. P1埋伏期埋伏期(约约100ms) 附合这一规律附合这一规律: 对侧对侧投射比同侧传导出现得早投射比同侧传导出现得早.N1埋伏期埋伏期(约约160ms)已不附合这一规律已不附合这一规律:

18、 对侧投射与同侧传导根本同时出现对侧投射与同侧传导根本同时出现.提示字引起的提示字引起的N1仍为对侧投射早于同侧仍为对侧投射早于同侧传导传导.目的字与提示字的区别主要在于突出了目的字与提示字的区别主要在于突出了词义加工词义加工.所以所以N1遭到了目的字词义加工的调理遭到了目的字词义加工的调理. 它它始于始于 100ms 至至 160ms之间，亦即汉字认之间，亦即汉字认知的起始时程约为知的起始时程约为100ms 至至 160ms.左右视野目的字在左右半球对侧、同侧引起的P1与N12左右脑在汉字加工中的关系：左右脑在汉字加工中的关系：左脑左脑N1迟于右脑出现，迟于右脑出现， 左脑左脑N1波幅大波幅

19、大于右脑。于右脑。所以有理由假设，左脑能够需等待右脑所以有理由假设，左脑能够需等待右脑传来必要的信息后才开场加工，但其传来必要的信息后才开场加工，但其加工一旦开场就在一定时期内占优势。加工一旦开场就在一定时期内占优势。这就是说，在起始时间与加工强度两这就是说，在起始时间与加工强度两个维度上两个半球各占优势。个维度上两个半球各占优势。 汉字加汉字加工中的工中的“优势半球概念已难以概括上优势半球概念已难以概括上述二维差别，需求修正。述二维差别，需求修正。左视野，不认识左视野，不认识 认识认识3汉字认识否引起的汉字认识否引起的ERP差别：差别：不认识的目的字的不认识的目的字的PSW波幅大于认识的目波

20、幅大于认识的目的字的字PSW, 前者的埋伏期也显著长于后者前者的埋伏期也显著长于后者.不认识的目的字不认识的目的字ERP 认识的目的字认识的目的字ERP = P800.该差值只与汉字认识与否及联想该差值只与汉字认识与否及联想/猜测相关猜测相关, 物理要素皆被减掉物理要素皆被减掉; 为纯心思性成分为纯心思性成分.二项实验全部记录点均于目的字后约二项实验全部记录点均于目的字后约800ms出现了一个类似的正成分出现了一个类似的正成分, 阐明是一种规律阐明是一种规律.在此实验条件下可作为判别被试能否认识在此实验条件下可作为判别被试能否认识所用汉字的客观标志所用汉字的客观标志. 在此将该差别成分标在此将

21、该差别成分标志为志为P800. 4形音加工形音加工ERP成分的获得，成分的获得， 形音加工的反复性形音加工的反复性对照组认识的目的字需形音义全面加工对照组认识的目的字需形音义全面加工.详细组认识的目的字主要进展义的加工详细组认识的目的字主要进展义的加工.对照组对照组- 详细组详细组 = 形音加工成分形音加工成分.结果：结果：160ms正成分正成分, 450ms负成分负成分, 800ms另一个正成分另一个正成分.所以形音加工不是一次完成的，而是存在着反复所以形音加工不是一次完成的，而是存在着反复.5形音义的加工顺序，形音义加工的反复、交错与重叠：形音义的加工顺序，形音义加工的反复、交错与重叠：由由1知，在知，在100ms至至160ms左右已开场了词义加工左右已开场了词义加工. 由由3知，知，800ms后仍在进展词义加工后仍在进展词义加工. 由由4知，形音加工在知，形音加工在160ms、450ms和和800ms附近也均有表现附近也均有表现.由由1、3 可知，义在可知，义在100160ms后又在后又在800ms出现加工，可见义出现加工，可见义存在加工与再加工的反复过程存在加工与再加工的反复过程由由1、4可知，在可知，在160ms形音义三者加工近似重叠形音义三者加工近似重叠由由3、4可知，在可知，在800ms形音义三者加工近似重叠