事件相关电位

1、ERP基本知识普及 韩贺云2011.10.28 ERP的概念和特点 ERP基本原理 ERP主要成分及命名规则 ERP检测系统 数据分析基本步骤 诱发电位诱发电位(Evoked Potentials，EPs)，也称诱发反应，是指给予神经系统特定的刺激，或使大脑对刺激的信息进行加工，在该系统和脑的相应部位产生的可以检出的、与刺激有相对固定时间间隔和特定位相的生物电反应。按刺激的种类按刺激的种类： 按潜伏期的长短按潜伏期的长短听觉诱发电位 早潜伏期诱发电位视觉诱发电位 中潜伏期诱发电位体感诱发电位 晚潜伏期诱发电位味觉诱发电位 慢波 临床上实用起见，将诱发电位分为两大类：与感觉或运动功能有关的外源性

2、刺激相关电位和与认知功能有关的内源性事件相关电位。 按刺激的种类按刺激的种类： 按潜伏期的长按潜伏期的长短短听觉诱发电位 早潜伏期诱发电位视觉诱发电位 中潜伏期诱发电位体感诱发电位 晚(长)潜伏期诱发位味觉诱发电位 慢波 临床上实用起见，将诱发电位分为两大类：与感觉或运动功能有关的外源性刺激相关电位和与认知功能有关的内源性事件相关电位。 ERP的概念ERPs（Event-Related Potentials），即事件相关电位，是一种特殊的脑诱发电位。指当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。 ERP是与刺激有固定时间关系的脑电位变化形成

3、的一系列脑电波。将刺激事件，包括：视觉、听觉、体感等物理刺激和心理因素，在大脑内引起的相关反应，客观的表达出来，为观察认知活动在不同时间进程中的脑功能活动状态，研究人类心理和行为的神经机制，以及认知的发展、成熟、衰退过程提供可靠的实验技术方法。 因其无创伤，具有血液动力学缺乏的高时间分辨率（毫秒级），便于反应认知的动态时间特征，是认知神经科学不可或缺的工具。ERP的特点 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。是在注意的基础上，与识别、比较、判断、记忆、决断等心理活动有关，反映了认知过程中大脑的神经电生理改变，是了解大脑认知功能活动的“窗口

4、”。 ERPs成分除受刺激物理特性影响的“外源性(生理性)成分”，还包括不受刺激物理特性的影响“内源性(心理性)成分”，与被试的精神状态和注意力有关 ERPs属于长潜伏期诱发电位，测试时一般要求被试者清醒，并在一定程度上参与其中 刺激的性质、内容和编排按研究目的不同编制多样,目的是启动被试认知过程的参与； ERPs是一种特殊的诱发电位，属于近场电位。ERP的基本原理的基本原理 活的人脑总会不断放电，称为脑电（EEG），但成分复杂而不规则。正常的自发脑电一般处于几微伏到75微伏之间。而由心理活动所引起的脑电比自发脑电更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在自发电位中。 事件相关脑电有两个重要特性：

5、潜伏期恒定、波形恒定；与此相对，自发脑电则是随机变化的。所以，可以将同一事实多次引起的多段脑电记录下来，但每一段脑电都是各种成分的综合，包括自发脑电（噪音）。 将由相同刺激引起的多段脑电进行多次叠加，由于自发脑电或噪音是随机变化，有高有低，相互叠加时就出现正负抵消的情况，而ERP信号则有两个恒定，所以不会被抵消，反而其波幅会不断增加，当叠加到一定次数时，ERP信号就显现出来了。 叠加n次后的ERP波幅增大了n倍，因而需要再除以n，使ERP恢复原形，即还原为一次刺激的ERP数值。所以ERP也称为平均诱发电位，平均指的是叠加后的平均。这样就获得了所希望的事件相关电位波形图。 因此，对于ERP研究来

6、说，为了提取事件相关脑电位变化，传统上不得不进行多次重复刺激（次数记为n）。现在，可以通过计算机叠加技术轻松实现上述过程。ERP成分及命名规则 经平均所得到的ERP波形是由一系列正负电压波动所组成。我们把这些波动叫峰、波或成分。如右图所示，这些峰被标示为P1，N1，P2，N2，P3。 传统上“P”与“N”分别表示正走向与负走向峰，而数字则表示这个峰在波形中的位置（它也常常用具体的潜伏期来表达，如P225就是在225ms的正峰）。 一般情况下，潜伏期的毫秒数接近顺序位置的100倍，以致P1=P100，N2=N200，P3=P300,但N400是个例外，它常常是第二个主要的负成分，我们就不能用波形

7、的位置来命名了。 ERP的先驱研究者经过四十多年的积累，发现了一些经典的ERP成分，在发现这些成分时所使用的一些研究方法对于后来者有启发。其中与心理学研究密切相关的成分主要包括CNV、P300、MMN、和N400等。 指采用两种或多种不同刺激持续交替呈现，它们出现的概率显著不同，经常出现的刺激称为大概率或标准刺激,偶然出现的称为小概率或偏差刺激。令被试对偏差刺激进行反应，因此该偏差刺激称为靶刺激。这是诱发P300、MMN等与刺激概率有关的ERP成分时常用的经典实验模式. 给被试两种刺激，令被试反应的刺激叫做Go刺激，即靶刺激；不需被试反应的刺激叫做Nogo刺激。靶刺激的概率等于或大于非靶刺激的

8、概率。P300 P300是Sutton于1965年发现的，当被试辨认“靶刺激”时，在头皮记录到的潜伏期约为300ms的最大晚期正波即为P300 一般认为，P300反映的是工作记忆中表征的更新。也有认为P300是信息加工容量的指标，反映了受注意和工作记忆联合调控的事件分类网络的活动。 P300受主观概率，相关任务，刺激重要性、决策、注意、情感等多因素的影响MMN MMN（mismatchnegativity）译为失匹配负波，它的也是采用Oddball范式得到的。MMN反映的是人脑对刺激差异的无意识加工，即使在两种刺激都不加以注意的情况下也出现了MMN，这说明人脑有对刺激间差异进行无意识加工的能力

9、，或者说人脑能够对不同刺激自动地做出不同的反应。N2 N2波是一个潜伏期在200-300ms的负波，有多个成分,不同任务，不同脑区的N2有不同的意义。 N2pc反映了视觉搜索过程中对靶刺激的空间选择性加工，是与视觉空间注意分配相关的唯一ERP指标 Nogo-N2反映了对既定反应倾向的抑制，也有研究认为反映对冲突的监控ERP实验室设计头部定位系统 ERP记录装置是一个电极帽，上面有多个记录或吸收头皮放电情况的电极，这些电极在帽子上的位置是根据国际脑电图学会1958制定的1020系统（Jesper,1958）确定的。每一个电极记录到的脑电变化代表的是特定位置头皮上的放电情况。离线数据分析步骤离线数

10、据分析步骤 1.合并行为数据与脑电数据（merge task data）； 2.减少眼电伪迹（Ocular artifact reduction）； 3.对脑电分段（Epoch）； 4.滤波（filter）； 5.基线校正（baseline correct）； 6.排除伪迹（artifact rejection）； 7.平均（average）； 8.保存（output file）； 9.总平均（grand average） 肌电伪迹（Muscle） 50周波(50 Cycle) 眼电(Eye Movement)伪迹 血管(Vascular) 出汗(Sweating) 电极故障(Electrolepop) 电极移动(ElectroleMovement) 其他：导线断裂、附近设备造成的突然电压冲击、脑电仪器的故障、与呼吸有关的运动、哭泣、吸吮、颤抖或吞咽等。脑电描记中不起源于脑部的电活动干扰肌电伪迹肌电伪迹 这种类型的干扰可表现“尖头脉冲”，通常因持续时间非常短暂而被识别。肌电伪迹常表现为连续性的各种频率的尖头脉冲。头皮下肌肉收缩形成的伪迹放大