ER的实验设计与数据处理培训课件

ERP的实验设计

与数据处理一、实验范式经典范式:Oddball,Go-Nogo注意:听觉,视觉记忆:学习-再认社会认知经典范式1--OddballOddball实验模式是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组成标准刺激(standardstimuli)——大概率偏差刺激(deviantstimuli)——小概率令被试对偏差刺激进行反应，因此该偏差刺激称为靶刺激（Target）或目标刺激。诱发P300、MMN等与刺激概率有关的ERP成分时的经典实验模式。

标准刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇刺激

ABCD

跨通路延迟反应范式Task1：AttendingPicture,IgnoringTone

Picture

Tone Tone RedCrossDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPicture

Tone Picture ClickDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignal(0-2trial)

(0-2trial)

经典范式2--

Go-Nogo两种刺激的概率相等Go刺激——令被试反应的刺激，即靶刺激Nogo刺激——不需被试反应的刺激特点：排除了刺激概率对ERP的影响；由于没有大小概率之分，大大节省了实验时间，但也丢掉了因大、小概率差异而产生的ERP成分

注意的实验范式双耳分听空间注意:Cue-Target提示范围的分级鸡尾酒会效应与双耳分听(Chrry,1953)Hillyard,1975,ScienceMangun&Hillyard,1991＋＋ValidCue＋＋＋＋InvalidNeutral经典典的的中中央央性性提提示示＋⊙固定定注注视视点点1400ms提示示箭箭头头200-500ms目标标50ms屏蔽蔽200ms(Lucketal.,1994)Validvs.InvalidValidvs.NeutralInvalidvs.Neutral间隔隔对对P1效应应的的影影响响(Grorge&Mangun,1998)①注意意左左侧侧，，多多靶靶（（16%）；；②②注注意意右右侧侧，，多多靶靶（（16%）；；③③注注意意左左侧侧，，少少靶靶（（2%）；；④④注注意意右右侧侧，，少少靶靶（（2%）；；⑤⑤被被动动（（2%无关关刺刺激激））（（Woldorffetal.,1997）靶刺刺激激在下下视野野对侧侧的的背背侧侧枕枕区区、、18/19区（Martinez…Hillyard,1999，2001）刺激激为为白白色色直直立立的的T（占占86％））和和倒倒置置的的T（靶靶刺刺激激14％）），，被被9个十十字字所所包包围围，，并并叠叠加加在在灰灰色色的的棋棋盘盘格格上上以等等概概率率随随机机出出现现在在左左侧侧视视野野（（LVF）或或右右侧侧视视野野（（RVF）。。任务务是是持持续续注注视视中中央央箭箭头头并并按按键键报报告告箭箭头头所所指指注注意意侧侧的的靶靶刺刺激激，，并并忽忽视视注注意意侧侧对对面面的的刺刺激激物物。。C1无注注意意效效应应注意意效效应应发发生生在在早早期期P1、晚晚期期P1和N1——注意意时时其其波波幅幅增增大大300ms1500msTimeCUESIZESmallMediumLargeSOA(ms)230-350(Short)500-650(Medium)800-950(Long)FixationPrecueSearchArray不同同范范围围等等级级提提示示的的空空间间注注意意实实验验范范式式(Luoetal,CognBrainRes,2001)ERPinShortSOASmallMedianLargeP1(80ms)LargeMedianSmallN1(160ms)CueSearchArrayP1(100ms)N1(160ms)Pressthekey，discriminatethedirectionoftheverticalcrescentISI:Short400-600msLong600-800ms固定定区区域域提提示示下下的的注注意意效效应应其他他相相关关实实验验干扰扰刺刺激激位位置置对对视视觉觉空空间间注注意意影影响响干扰扰位位于于小小圈圈干干扰扰位位于于中圈干干扰扰位位于于大圈该范范试试的的特特点点为为干干扰扰刺刺激激均均位位于于同同一一个个圈圈。。与与靶靶刺刺激激特特征征相相同同内部部干干扰扰外部部干干扰扰内部部/外部部干干扰扰可以以检检测测被被试试在在分分心心物物存存在在条条件件下下注注意意力力的的集集中中程程度度记忆忆的的实实验验范范式式经典典范范式式:学习习-再认认运动动知知觉觉的的启启动动元记记忆忆A.StudyPhase(14faces,SOA3s,duration1s)B.TestPhase(28faces,repeated50%,SOA3.2s,duration1s)理张理舒TimeLearningStageTestStageOldNew1stPresentTypicalProceduresms-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)P180N350LPC110ms146ms166ms275ms498ms600ms650ms750ms114ms182ms234ms380ms486ms650ms680ms750ms听觉觉汉汉字字视觉觉汉汉字字第一一阶阶段段———感觉觉第第二二阶阶段段———知觉觉第第三三阶阶段段———语言言Chen&Luo,2003,NeuroImage汉字字的的记记忆忆编编码码-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单次运动实实验模式示示意图（a）与单次运动动产生的ERP总平均图（（b）特定方向二二义左右右左左—右(0-90°)(0-270°)(0-180°)F1F2向右运动二义运动向左运动F1F2F3启动–目标间隔(200,400,and1000ms)二义-目标特特定-目标(实验)(对照)启动目标(0-90-270°)(0-90-0°)特定方向二义方向双次运动的的实验模式式示意图（（a）双次运动产产生的ERP总平均图（（b）强启动弱启动无启动实验对照P1P32个相反的特定方向无启动弱启动强启动+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0mV颞上回枕叶hMT+内侧顶叶Z=3.09Z=13.11ab实验组与对对照组相减减的差异波波地形图（（a）和fMRI结果(b),jiangLuoetal,2002RT(ms)%SameDirectionJudgements2004001000msPrimingReversalPrimingReversalinYounginYounginOldinOld2004001000msBehavioralDataTheperceivedrateinthesamedirectionintheyoungwashigherthanintheoldsubjects,F1,22=4.727,p<.05.TheRTprolongedwithintervalincreasedonlyforprimingconditioninbothyoungandoldsubjects,F2,44=5.711,p<.012、无意识启启动运动知知觉的老年年化无启动弱启动强启动+2.5+2.0+1.5+1.0+0.50-0.5-1.0mV颞上回枕叶hMT+内侧顶叶Z=3.09Z=13.11ab首次确定视视运动知觉觉的启动效效应在刺激激后98ms首先激活视视觉初级皮皮层后续活动（（400ms左右）发生生在内侧颞颞叶、颞上上回、顶叶叶等更广泛泛的脑区运动知觉启启动与工作作记忆0-90-180°°0-90-0°SameDirectionOppositeDirection1stMotion2ndMotionTimeSOA:200ms各种条件下的的启动效应0-90-270°0-180-90°0-180-0°°Unambiguous—Ambiguous——Ambiguous—AmbiguousUnambiguousAmbiguous元记忆的研究究方法实验分三个步步骤进行记忆一系列词词对，例如“项目—大臣”呈现前面的线线索词(项目—？)，让被试回忆忆后面的靶子子词(“大臣”)在他们回忆不不出来的情况况下，令他们们判断自己是是否对那个不不能成功回忆忆的词有一种种“知道感”通过一项再认认测验来检验验其“知道感”是否准确元记忆的脑机机制“知道感”记忆导致大量量的脑活动（（额叶区），，而“不知道感”项目则只伴随随有少量脑活活动。知道感可能是是基于一个部分信息提取和元记忆忆判断过程；；而不知道感感则可能基于于一个线索熟悉性的的脑活动状态，，即一无所获获而获得不知知道感。对“知道感”的认知与大脑脑机制的探索索，可为人工工智能研究提提供有益启示示。Luoetal,2003,ChinSciBull社会认知的研研究情绪与注意情绪与记忆欺骗的心理过过程情绪对注意的的影响1500ms(Probe)延迟样本匹配配：由“目标（target）-延迟(delay)-探测（probe）”三个阶段构成成的试验单元元。实验范式(Sternberg,1966)2000ms1000ms(target）1500ms(delay)1500ms(Probe)词语工作记忆任务AB+RT+a空间工作记忆任务2000ms1000ms(target）1500ms(delay)+++实验程序实验分2sessions；一个只呈现现负性图片以以诱发负性情情绪，另一个个只呈现中性性情绪作为对对照。5blocks/session，32trails/block32个trails里16个空间任务16个词语任务，，随机出现。。(即每种条件80个trails)欺骗意图的实实验范式将欺骗过程分分成三个阶段段：欺骗动机形成成、做出欺骗骗反应、欺骗骗结果的评价价(买晓琴，博士士论文，2005)动机形成阶段段ms-2003008001300180023002800µV-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5FCzms-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5µVµVms强迫欺骗强迫诚实强迫自愿自愿欺骗自愿诚实结果评价阶段段

欺骗组与与简单组比较较-2+3差异波-100100300500700-5Cz-100100300500700-5sµV290ms-15µV0300ms欺骗组组简单反反应组组二、刺刺激序序列的的问题题刺激呈呈现时时间刺激间间隔消除重重叠成成分1刺激呈呈现时时间①刺激呈呈现时时间长长度与与任务务难度度成反反比②当当呈现现时间间短到到一定定程度度，例例如视视觉刺刺激在在40ms以下，，人就就不能能主观观感觉觉到这这个刺刺激，，可利利用此此特性性进行行非意意识的的启动动研究究③撤撤反应应即即刺刺激物物消失失也能能导致致ERP波形的的微小小改变变。避避免撤撤反应应的措措施一一是将将刺激激呈现现时间间适当当延长长或缩缩短，，二是是利用用相减减技术术2刺激间间隔SOAstimulusonsetasynchronyISIinterstimulusintervalOnsetOffset①短间隔隔将导导致ERP成分，，特别别是早早期成成分的的重叠叠②预预留足足够被被试完完成作作业的的反应应时间间③间间隔过过长可可能浪浪费硬硬盘空空间，，并延延长不不必要要的实实验时时间④刺刺激间间隔与与任务务难度度成反反比。。3消除相相邻刺激的的重叠叠成分分1）高高通滤滤波（（high-passfiltering）增加加频带带宽度度低端端频率率响应应，可可以减减弱ERP在较长长潜伏伏期、、较低低频率率的部部分。。如果果仅对对早期期高频频成分分，例例如听听觉脑脑干诱诱发电电位感感兴趣趣，即即可采采用此此法（（高通通为50～150Hz）。2）低通通滤波波(Low-passfilter)采用不不同间间隔随随机化化，可可以部部分消消除邻邻近的的ERP重叠成成分，，又叫叫Jitter法。130-190ms125-275ms120-320msERP数据处处理(一)脑电数数据的的采集集与记记录1步骤设置或或修改改脑电电记录录文件件（SETUP文件）），根根据下下述记记录参参数。。电极安安放——戴电极极帽。。记录（（record）。保存记记录文文件(save)2记录参参数放大倍倍数对脑电电的放放大倍倍数至至少在在5万倍以以上，，注意意对EOG的放大大倍数数应减减小1半或2/3。分析时时间(epoch)与基线(baseline)根据实实验模模式和和研究究目的的设定定分析析时间间，多多在1000ms左右，，刺激激发生生前的的基线线常为为100～200ms。频带宽宽度(bandpass)使其仅仅够放放大拟拟研究究的ERP信号，，则落落在频频带外外的噪噪音与与干扰扰信号号不被被放大大，达达到排排除目目的。。频带带宽度度的高高通一一般为为0.01～0.1Hz，低通通为40～100Hz。皮肤阻阻抗应使其其低于于5k。每个个记录录点的的脑电电位均均需与与参考考点的的电位位进行行比较较而得得到电电位差差，因因而此此处的的皮肤肤阻抗抗尤需需降到到尽可可能低低的程程度。。采样频频率（A/DRate）与时时间分分辨率率成正正比。。例如如250Hz的采样样频率率,时间分分辨率率为4ms。(二)波形平平均与与叠加加提取并并打开开连续续脑电电文件件合并任任务数数据消除眼眼电伪伪迹对脑电电分段段(Epoch)滤波(filter)基线校校正(baselinecorrect)排除伪伪迹平均(average)保存1波形识识别波形判判断：：从一一系列列波形形中判判断有有关成成分，，是ERP研究的的一个个技术术难关关。可根据据峰潜潜伏期期、波波形、、及其其头皮皮分布布，参参照总总平均均图与与文献献进行行判断断，丰丰富的的经验验也是是一个个重要要的因因素。。(三)波形识识别与与测量量2波峰测测量波幅测测量峰——峰，基基线——峰峰潜伏伏期测测量起始时时间(始潜时时)的测量量-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潜伏期期基线——峰峰——峰FzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2-5mv+600ms3平均波波幅测测量适用：：信噪噪比不不太好好的波波形，，如差差异波波固定法法或连连续测测量法法：如如间隔隔20、50、100和150ms。较客客观、、标准准统一一，便便于测测量及及比较较；但但在个个体差差异大大时，，数据据可靠靠性较较差。。具体法法或间间断法法根根据总总平均均图确确定某某一成成分的的时间间窗口口。根根据总总平均均图而而定，，针对对性较较强，，但主主观性性较大大，不不利于于比较较。4相减相减技技术的的运用用，对对于提提取更更为纯纯粹的的、与与心理理机制制相关关的ERP成分具具有重重要意意义。。1、统计计分析析的设设计描述性性统计计均值±标准差差、均均值±标准误误T检验方差分分析重复测测量的的多因因素方方差分分析（（RepeatedmeasuresANOVA）(四)统计分分析Oddball实验，，记录录32导脑电电概率（（2：大、、小概概率））记录点点（32）Cross-ModalDelayedResponseTask1：AttendingPicture,IgnoringTonePictureToneToneRedCrossDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPictureTonePictureClickDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal(0-2trial)(0-2trial)可以得到到哪些ERP成分？怎样设计计统计分分析？2×2××2××12听觉通道道与视觉觉通道（（2）注意与非非注意（（2）标准刺激激与偏差差刺激（（2）记录点（（选取12个点）听觉视觉注意意非非注意记忆痕迹迹的失匹匹配机制制—通路特异异性，而形成成痕迹的的机制—通路上机机制据此提出出注意早早晚选择择因条件件而异的的注意过滤滤器可塑塑性假说说1定性分析析①设置条件件1与条件2，分别产产生A峰B峰。②测量量并比较较峰A与峰B的潜伏期期、始潜潜时、波波幅等指指标。③比较较条件1与条件2的波形在在头皮的的分布。。④ 定位位分析。。(五)结果分析析2脑地形图图脑电地形形图是指指将放大大的脑电电信号转转换成一一种既能能定量、、又能定定性的脑脑波图形形，可使使大脑在在某一时时间的功功能变化化与形态态定位有有机地结结合。脑地形图图需要至至少12导记录电电极，理理论上导导数越多多越好，，目前已已达到256导。根据脑电电信号：：EEG———频率地形形图，针针对不同同的频段段，包括括波、波、波、波和近年年受到关关注的40Hz脑电；ERP———波幅地形形图根据图形形的色彩彩或形式式：彩色地形形图(Luo等,2000;Worldorff等,1997)、灰度地形形图（Luo&Wei,1999）、等高线地地形图(Mangun,1995;Teder等,1993）根据维度度：二维地形形图三维地形形图实际头形形地形图图：精确确地、实实时地数数字化描描绘每个个被试的的电极位位置和头头颅形状状，形象象地显示示三维地地形图面孔识别别的P170成分分布布3源分析——极性翻转转颅内与头头皮电位位的极性性翻转：：在早期期的生理理学研究究中，将将电极直直接插入入海马、、海马旁旁回和杏杏仁核，，记录到到波幅较较大的极极性翻转转的电位位，其潜潜伏期与与头皮记记录的顶顶部P300一致。俄国科学学家用颅颅内电极极在Parkinson病人颞叶叶叶直接接记录到到听觉MMN(Kropotov等,1995)。在动物物实验中中也多次次证实。。Näätänen（1992）用用鼻鼻尖尖作作为为参参考考点点，，发发现现在在头头颅颅外外侧侧裂裂以以上上的的头头皮皮MMN与外外侧侧裂裂以以下下的的乳乳突突与与之之极极性性翻翻转转。。极性性翻翻转转的的机机制制