ERP经典实验设计课件

ERP的实验设计

与数据处理ERP的实验设计

与数据处理1一、实验范式经典范式:Oddball,Go-Nogo注意:听觉,视觉记忆:学习-再认社会认知一、实验范式经典范式:Oddball,Go-Nogo2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。

经典范式1--OddballOddball实验模式是指采用两3标准刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇刺激

ABCD标准刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇4

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)

跨通路延迟反应范式Task1：AttendingPic5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

经典范式2--Go-Nogo两种刺激的概率相等6注意的实验范式双耳分听空间注意:Cue-Target提示范围的分级注意的实验范式双耳分听7鸡尾酒会效应与双耳分听(Chrry,1953)鸡尾酒会效应与双耳分听(Chrry,1953)8Hillyard,1975,ScienceHillyard,1975,Science9Mangun&Hillyard,1991Mangun&10＋＋ValidCue＋＋＋＋InvalidNeutral经典的中央性提示＋＋ValidCue＋＋＋＋InvalidNeutral经11＋⊙固定注视点1400ms提示箭头200-500ms目标50ms屏蔽200ms(Lucketal.,1994)＋⊙固定注视点提示箭头目标屏蔽(Lucketal.,12Validvs.InvalidValidvs.NeutralInvalidvs.NeutralValidvs.InvalidValidvs.Neu13间隔对P1效应的影响(Grorge&Mangun,1998)间隔对P1效应的影响(Grorge&Mangun,1914①注意左侧，多靶（16%）；②注意右侧，多靶（16%）；③注意左侧，少靶（2%）；④注意右侧，少靶（2%）；⑤被动（2%无关刺激）（Woldorffetal.,1997）靶刺激在下视野①注意左侧，多靶（16%）；②注意右侧，多靶（16%）；③注15对侧的背侧枕区、18/19区对侧的背侧枕区、18/19区16（Martinez…Hillyard,1999，2001）

刺激为白色直立的T（占86％）和倒置的T（靶刺激14％），被9个十字所包围，并叠加在灰色的棋盘格上以等概率随机出现在左侧视野（LVF）或右侧视野（RVF）。任务是持续注视中央箭头并按键报告箭头所指注意侧的靶刺激，并忽视注意侧对面的刺激物。（Martinez…Hillyard,1999，200117C1无注意效应注意效应发生在早期P1、晚期P1和N1—注意时其波幅增大C1无注意效应18ERP经典实验设计ppt课件19300ms1500msTimeCUESIZESmallMediumLargeSOA(ms)230-350(Short)500-650(Medium)800-950(Long)FixationPrecue

SearchArray不同范围等级提示的空间注意实验范式(Luoetal,CognBrainRes,2001)300ms1500msTimeCUESIZE20ERPinShortSOA

SmallMedianLargeP1(80ms)LargeMedianSmallN1(160ms)CueSearchArrayP1(100ms)N1(160ms)ERPinShortSOASmallP1(80m21Pressthekey，discriminatethedirectionoftheverticalcrescentISI:Short400-600msLong600-800ms固定区域提示下的注意效应

Pressthekey，discriminateISI22其他相关实验其他相关实验23ERP经典实验设计ppt课件24干扰刺激位置对视觉空间注意影响干扰位于小圈 干扰位于中圈 干扰位于大圈该范试的特点为干扰刺激均位于同一个圈。与靶刺激特征相同内部干扰外部干扰内部/外部干扰可以检测被试在分心物存在条件下注意力的集中程度干扰刺激位置对视觉空间注意影响干扰位于小圈 干25记忆的实验范式经典范式:学习-再认运动知觉的启动元记忆记忆的实验范式经典范式:学习-再认26A.StudyPhase(14faces,SOA3s,duration1s)

B.TestPhase(28faces,repeated50%, SOA3.2s,duration1s)

A.StudyPhase(14faces,SOA327理张理舒TimeLearningStageTestStageOldNew1st

PresentTypicalProceduresTimeLearningTestOldNew1stTyp28ms-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)P180N350LPCms-1002004006008001000ms0.0-229

110ms 146ms 166ms

275ms498ms600ms650ms750ms

114ms 182ms 234ms

380ms486ms650ms680ms750ms

听觉汉字视觉汉字第一阶段——感觉 第二阶段——知觉 第三阶段——语言Chen&Luo,2003,NeuroImage

汉字的记忆编码110ms 146ms 166m30-10020040060080010000.0-1.0-2.02.04.06.08.010.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0-100200400600800.0900.01000.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0FzCzPzOldNewDiff(Old-New)HigherFreq. LowerFreq.TestStageP180N350LPC-10020040060080010000.0-1.0-2.31单次运动实验模式示意图（a）与单次运动产生的ERP总平均图（b）

特定方向二义左右 左—右(0-90°)(0-270°)(0-180°)F1F2向右运动二义运动向左运动单次运动实验模式示意图（a）特定方向32ERP经典实验设计ppt课件33F1F2F3启动–目标间隔(200,400,and1000ms)二义-目标特定-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实验模式示意图（a）双次运动产生的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F1启动–目标间隔(200,400,and100034无启动弱启动强启动98162226386418ms+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实验组与对照组相减的差异波地形图（a）和fMRI结果

(b),jiangLuoetal,2002无9816235RT(ms)%SameDirectionJudgements2004001000ms

PrimingReversalPrimingReversalinYounginYounginOldinOld2004001000msBehavioralDataTheperceivedrateinthesamedirectionintheyoungwashigherthanintheoldsubjects,F1,22=4.727,p<.05.TheRTprolongedwithintervalincreasedonlyforprimingconditioninbothyoungandoldsubjects,F2,44=5.711,p<.012、无意识启动运动知觉的老年化RT(ms)%SameDirection20036无启动弱启动强启动98162226386418ms+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首次确定视运动知觉的启动效应在刺激后98ms首先激活视觉初级皮层后续活动（400ms左右）发生在内侧颞叶、颞上回、顶叶等更广泛的脑区

运动知觉启动与工作记忆无98162370-90-180° 0-90-0°SameDirection OppositeDirection1stMotion2ndMotionTimeSOA:200ms各种条件下的启动效应0-90-180° 0-90-0°SameDi380-90-270° 0-180-90° 0-180-0°Unambiguous—Ambiguous—Ambiguous—AmbiguousUnambiguousAmbiguous0-90-270° 0-180-90° 39元记忆的研究方法实验分三个步骤进行记忆一系列词对，例如“项目—大臣”呈现前面的线索词(项目—？)，让被试回忆后面的靶子词(“大臣”)在他们回忆不出来的情况下，令他们判断自己是否对那个不能成功回忆的词有一种“知道感”通过一项再认测验来检验其“知道感”是否准确元记忆的研究方法实验分三个步骤进行40

元记忆的脑机制“知道感”记忆导致大量的脑活动（额叶区），而“不知道感”项目则只伴随有少量脑活动。知道感可能是基于一个部分信息提取和元记忆判断过程；而不知道感则可能基于一个线索熟悉性的脑活动状态，即一无所获而获得不知道感。对“知道感”的认知与大脑机制的探索，可为人工智能研究提供有益启示。Luoetal,2003,ChinSciBull元记忆的脑机制41社会认知的研究情绪与注意情绪与记忆欺骗的心理过程社会认知的研究情绪与注意42情绪对注意的影响情绪对注意的影响431500ms(Probe)延迟样本匹配：由“目标（target）-延迟(delay)-探测（probe）”三个阶段构成的试验单元。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)+++1500ms延迟样本匹配：由“目标（target）-延迟(44实验程序实验分2sessions；一个只呈现负性图片以诱发负性情绪，另一个只呈现中性情绪作为对照。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)实验程序实验分2sessions；一个只呈现负性图片以诱发45欺骗意图的实验范式将欺骗过程分成三个阶段：欺骗动机形成、做出欺骗反应、欺骗结果的评价(买晓琴，博士论文，2005)欺骗意图的实验范式将欺骗过程分成三个阶段：(买晓琴，博士论文46动机形成阶段ms-2003008001300180023002800µV-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5FCz

ms-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5

µVµVms强迫欺骗强迫诚实强迫自愿自愿欺骗自愿诚实动机形成阶段ms-20030080013001800230047结果评价阶段

欺骗组与简单组比较-2+3差异波-100100300500700-5Cz-100100300500700-5sµV290ms-15µV0300ms欺骗组简单反应组结果评价阶段

欺骗组与简单组比较-100100300500748二、刺激序列的问题刺激呈现时间刺激间隔消除重叠成分二、刺激序列的问题刺激呈现时间491

刺激呈现时间① 刺激呈现时间长度与任务难度成反比② 当呈现时间短到一定程度，例如视觉刺激在40ms以下，人就不能主观感觉到这个刺激，可利用此特性进行非意识的启动研究③ 撤反应即刺激物消失也能导致ERP波形的微小改变。避免撤反应的措施一是将刺激呈现时间适当延长或缩短，二是利用相减技术1刺激呈现时间① 刺激呈现时间长度与任务难度成反比502刺激间隔SOAstimulusonsetasynchrony

ISIinterstimulusintervalOnsetOffset2刺激间隔SOAISIOnsetOffset51① 短间隔将导致ERP成分，特别是早期成分的重叠② 预留足够被试完成作业的反应时间③ 间隔过长可能浪费硬盘空间，并延长不必要的实验时间④ 刺激间隔与任务难度成反比。

① 短间隔将导致ERP成分，特别是早期成分的重叠523消除相邻刺激的重叠成分1）

高通滤波（high-passfiltering）增加频带宽度低端频率响应，可以减弱ERP在较长潜伏期、较低频率的部分。如果仅对早期高频成分，例如听觉脑干诱发电位感兴趣，即可采用此法（高通为50～150Hz）。2）低通滤波(Low-passfilter)采用不同间隔随机化，可以部分消除邻近的ERP重叠成分，又叫Jitter法。3消除相邻刺激的重叠成分1）

高通滤波（high-pass53130-190ms125-275ms120-320ms130-190ms125-275ms120-320ms54ERP数据处理ERP数据处理55(一)脑电数据的采集与记录1步骤设置或修改脑电记录文件（SETUP文件），根据下述记录参数。电极安放——戴电极帽。记录（record）。保存记录文件(save)(一)脑电数据的采集与记录1步骤562记录参数

放大倍数对脑电的放大倍数至少在5万倍以上，注意对EOG的放大倍数应减小1半或2/3。分析时间(epoch)与基线(baseline)根据实验模式和研究目的设定分析时间，多在1000ms左右，刺激发生前的基线常为100～200ms。频带宽度(bandpass)使其仅够放大拟研究的ERP信号，则落在频带外的噪音与干扰信号不被放大，达到排除目的。频带宽度的高通一般为0.01～0.1Hz，低通为40～100Hz。皮肤阻抗应使其低于5k。每个记录点的脑电位均需与参考点的电位进行比较而得到电位差，因而此处的皮肤阻抗尤需降到尽可能低的程度。采样频率（A/DRate）与时间分辨率成正比。例如250Hz的采样频率,时间分辨率为4ms。2记录参数放大倍数对脑电的放大倍数至少在5万倍以上，注57(二)波形平均与叠加提取并打开连续脑电文件合并任务数据消除眼电伪迹对脑电分段(Epoch)滤波(filter)基线校正(baselinecorrect)排除伪迹平均(average)保存

(二)波形平均与叠加提取并打开连续脑电文件基线校正(ba581波形识别波形判断：从一系列波形中判断有关成分，是ERP研究的一个技术难关。可根据峰潜伏期、波形、及其头皮分布，参照总平均图与文献进行判断，丰富的经验也是一个重要的因素。(三)波形识别与测量

1波形识别波形判断：从一系列波形中判断有关成分，是ERP研592波峰测量

波幅测量 峰——峰，基线——峰峰潜伏期测量

起始时间(始潜时)的测量2波峰测量波幅测量60-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潜伏期基线——峰峰——峰-200200400600800ms-2.0-4.02.061FzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2-5mv+600msFzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2-623平均波幅测量

适用：信噪比不太好的波形，如差异波固定法或连续测量法：如间隔20、50、100和150ms。较客观、标准统一，便于测量及比较；但在个体差异大时，数据可靠性较差。具体法或间断法根据总平均图确定某一成分的时间窗口。根据总平均图而定，针对性较强，但主观性较大，不利于比较。3平均波幅测量适用：信噪比不太好的波形，如差异波634相减相减技术的运用，对于提取更为纯粹的、与心理机制相关的ERP成分具有重要意义。

4相减相减技术的运用，对于提取更为纯粹的、与心理机制相关的641、统计分析的设计描述性统计均值±标准差、均值±标准误T检验方差分析

重复测量的多因素方差分析（RepeatedmeasuresANOVA）(四)统计分析1、统计分析的设计描述性统计均值±标准差、均值±标准误(四65Oddball实验，记录32导脑电概率（2：大、小概率）记录点（32）Oddball实验，记录32导脑电66Cross-Modal

DelayedResponseTask1：AttendingPicture,IgnoringTone

Picture

Tone Tone RedCrossDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPicture

Tone Picture ClickDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignal(0-2trial)

(0-2trial)

Cross-ModalDelayedResponseT67可以得到哪些ERP成分？可以得到哪些ERP成分？68怎样设计统计分析？2×2×2×12听觉通道与视觉通道（2）注意与非注意（2）标准刺激与偏差刺激（2）记录点（选取12个点）怎样设计统计分析？2×2×2×1269听觉视觉注意 非注意记忆痕迹的失匹配机制—通路特异性，而形成痕迹的机制—通路上机制据此提出注意早晚选择因条件而异的注意过滤器可塑性假说听觉注意 非注意记忆痕迹的失匹配机制—通路701定性分析①设置条件1与条件2，分别产生A峰B峰。②测量并比较峰A与峰B的潜伏期、始潜时、波幅等指标。③比较条件1与条件2的波形在头皮的分布。④ 定位分析。(五)结果分析1定性分析①设置条件1与条件2，分别产生A峰B峰。(五)712脑地形图脑电地形图是指将放大的脑电信号转换成一种既能定量、又能定性的脑波图形，可使大脑在某一时间的功能变化与形态定位有机地结合。脑地形图需要至少12导记录电极，理论上导数越多越好，目前已达到256导。根据脑电信号：EEG——频率地形图，针对不同的频段，包括波、波、波、波和近年受到关注的40Hz脑电；ERP——波幅地形图2脑地形图脑电地形图是指将放大的脑电信号转换成一种既能定量72根据图形的色彩或形式：彩色地形图(Luo等,2000;Worldorff等,1997)、灰度地形图（Luo&Wei,1999）、等高线地形图(Mangun,1995;Teder等,1993）根据图形的色彩或形式：73ERP经典实验设计ppt课件74根据维度：二维地形图三维地形图根据维度：75实际头形地形图：精确地、实时地数字化描绘每个被试的电极位置和头颅形状，形象地显示三维地形图面孔识别的P170成分分布实际头形地形图：精确地、实时地数字化描绘每个被试的电极位置和763源分析——极性翻转

颅内与头皮电位的极性翻转：在早期的生理学研究中，将电极直接插入海马、海马旁回和杏仁核，记录到波幅较大的极性翻转的电位，其潜伏期与头皮记录的顶部P300一致。俄国科学家用颅内电极在Parkinson病人颞叶叶直接记录到听觉MMN(Kropotov等,