事件相关电位ERP

1.了解和掌握事件相关电位(ERP)的基本概念
2.了解事件相关电位的主要成分
3.理解和掌握Oddball、Go-Nogo、Cue-target、Stroop、n-back等经典实验范式和跨通道实验模式
4.了解和掌握事件相关电位波形的测量方法
5.了解几种主要的源定位分析方法
一.事件相关电位基本概念
事件相关电位是对特定事件(刺激呈现或启动反应)具有锁时性的一种电活动变化。当事件重复出现多次,平均的EEG信号可以揭示由这些事件引起的相对较小的神经活动变化。由此,EEG信号的背景波动就被移除了,显示事件相关信号具有较高的时间分辨率。
二.事件相关电位的主要成分
1.分类
(1)内源成分与外源成分
内源性成分与人们的知觉或认知心理加工过程有关,与人们的注意、记忆、智能等加工过程密切相关,不受刺激的物理特性的影响,如CNV、P300、N400等。
外源性成分是人脑对刺激产生的早成分,受刺激物理特性(强度、类型、频率等)的影响,如听觉P50、N1及视觉C1和P1等。
(2)感觉通道
听觉成分、视觉成分、体感成分。
(3)潜伏期
早期成分(通常指刺激开始后200ms以内的电位变化)、中期成分、晚期成分等。
2. 标志成分
(1)N170
面孔刺激呈现后大约170ms后出现的负EEG信号。
(2)LRP侧准备电位
当一个人准备做一个动作而又在实际动作还未开始之前,LRP开始出现。
(3)MMN失匹配负波
由异常刺激的出现而引发。可测量听觉感觉记忆痕迹的持续,反应了听觉信息的感觉记忆机制--短时神经痕迹的方式储存于感觉皮质。
(4)P600(SPS句法正漂移)
对句法加工敏感,是一个由违反句法的单词所诱发的大波幅正电位。
(5)N400
与语言加工有关的脑波。它是一个负电位脑波,且在单词刺激出现后400ms左右到达峰值,这种脑波对语言输入的语义特性特别敏感。由词引发,与句子背景不太符合的词所引发的幅度更大。
(6)LAN左前负波
位于左侧额叶的负波,并且是在单词违反了句子所需词的词性时或是违反了构词规则时被观察到的。
(7)听觉N1
是信号平均波形中第一个大的负波。N1成分是一个感觉加工诱发的波形,它的峰值出现在刺激呈现后90ms以内。支持注意的早选择模型。
(8)听觉P20-50
在N1之前,刺激呈现的20~50ms之间便已经出现选择性注意变化带来的效应。它是一个正波,且与刺激呈现时间有20~50ms的相应延迟,为早选择模型提供了有说服力的证据。
(9)ABR听觉脑干反应
由电极记录到的位于脑干上行听觉通路的电反应,并且经过信号平均抽取了即使EEG信号中的微小信号。表现为听觉ERP中刺激呈现1~10ms后出现的电位偏转。
(10)枕叶P1
对视觉ERP的调控在刺激呈现79~90ms后就开始了,这种注意效应出现在P1成分上。且该成分是一个主要的正波。
(11)特征选择ERP
潜伏期较长,来自非空间的,基于特征的注意的脑电波形。(空间注意在ERP上的标志潜伏期最短)
(12)N2pc
该脑电反应指出了搜索目标刺激中的过程中,注意如何在视觉空间中的一个客体上聚焦。结果证明,N2pc是内隐视觉注意聚焦的一个标志,它反映了加工过程中完成客体识别前的一个阶段。
(13)ERN错误相关负波
当人们做出错误反应时,就在运动发起后,前额叶皮质处的一个很大的诱发反应。被认为定位于脑内扣带前回。
三.Oddball、Go-Nogo、Cue-target、Stroop、n-back等经典实验范式和跨通道实验模式
1.Oddball实验范式
经典的Oddball实验范式对同一感觉通路的一系列刺激由两种刺激组成,一种刺激出现的概率很大(如85%),称为标准刺激;另一种刺激出现的概率很小,称为偏差刺激(如15%)。两种刺激出现的顺序是随机的。标准刺激就构成了偏差刺激的背景。如果标准刺激与偏差刺激的物理属性相差很小,偏差刺激就成了标准刺激的变化,像是经常出现的刺激发生了偏差。
2.Go-Nogo
标准刺激与偏差刺激之间取消了大、小概率的差别,二者的概率相等。需要被试反应的刺激称为Go刺激,即靶刺激;不需要被试反应的刺激称为Nogo刺激。该范式排除了刺激概率对ERP的影响,没有大、小概率之分。
3.Cue-target
线索化范式,在与任务相关的目标刺激呈现之前,用线索将被试的注意指引到一个特定的位置或目标特征上去。
(1)在空间线索化范式中提示为内源性线索,即这种线索对注意的定向作用来自被试的目标(依指示完成任务)而不是来自线索的物理特征。包括有效试次,一个线索正确地预测随后的目标所在位置;中性试次,对于随后的目标可能出现的位置线索根本不可能提供信息;无效试次,目标被呈现在没有线索指向的位置上。
(2)在外源性线索化范式(反射性线索化范式)则检验视野中某处任务无关的闪光如何影响对于随后的任务相关目标刺激的反应速度。在这种范式中,注意是被外在刺激的低水平特征控制的,而不是内源性地有意控制。典型的反射性线索化设计也会使用并不预测随后的目标刺激位置的线索。
(3)中心线索范式中,以探测准确率为因变量对比了空间注意和特征注意。在一个条件下,他们使用箭头线索来指示注意应该指向的位置(空间注意),另一个条件下,指示将要出现的目标的运动方向(特征注意)。
4.Stroop
在Stroop任务中,实验者呈现一系列单词,并被要求尽快对每一刺激的颜色进行命名。。Stroop效应对心理表征的多重性给出了有力的证明。在任务中,刺激看起来至少激活了两个独立的表征,一个表征与刺激的颜色有关,第二个表征与单词的颜色概念有关,当颜色和单词所表达的意义不匹配时,被试在命名颜色时会表现得更慢。
5.n-back
在任务中呈现一系列刺激,如果当前刺激与第n个项目之前呈现的刺激一致,就需要做反应。在最简单的任务中n=1,即当同样的刺激在两个相邻试次中呈现时要做反应。在较复杂的任务中,n可以等于2或更大。n-back任务既要求工作记忆中信息的保持,也要求信息的操作。随着任务难度的增加,外侧前额皮质激活增加,支持了该区域与工作记忆操作有关。
6.恐惧学习范式
一个中性刺激通过一个令人厌恶的结果匹配从而让这个中性刺激变得让人厌恶--是一个恐惧性条件反射的例子,也是研究杏仁核在情绪学习中作用的一个最重要的范式。实验表明,杏仁核的作用是内隐的,因为学习过程是通过行为或是生理反应(如自主神经系统的唤醒或潜在惊吓)间接表达出来的。
恐惧性条件反射是一种经典条件反射,其中的无条件刺激是某种令人厌恶的东西。
7.指导恐惧范式
在厌恶性经历缺少的情况下,关于一个刺激的情绪属性的外显学习。在实验中,即使没有遭受到电击的情况下,杏仁核损伤病人可以学习到而且可以外显报告蓝色方块会与手腕电击伴随出现,但与控制组健康被试不同的是,他们在蓝色方块出现时没有表现出应有的惊吓反应。
8.威斯康星卡片分类测验
被试需要使用反应键,把中央物体和角落中的四个物体之一进行匹配。可以通过颜色,形状或者数目任一维度进行匹配。在10次正确反应后,匹配规则发生转换后,表明切换到另外一个维度。在维度发生转换后,双侧额下回的激活增加。这里血动力反应的峰值在转换后7秒左右出现。
评估执行功能多个方面的神经心理测验,一直是诊断前额叶功能优异的方法,但也常常发现其他脑损伤患者完成该任务的成绩较差,可能是这种通过常识错误进行多维度分类的任务本身太复杂所致。
四.事件相关电位波形的测量方法
1.峰振幅测量
定义一个时间窗,然后对于每个要测量的波形,找出在那个时间窗内的最大振幅。
2.平均振幅测量
定义一个时间窗,然后对于每个要测量的波形,算出那个时间窗内的平均振幅。
3.面积测量
计算时间窗内每个时刻点电位总和的方法。
4.峰潜伏期测量
先在一个时间窗内找到振幅最大的峰,再用该峰的潜伏期来代表内在成分的潜伏期。
5.部分面积潜伏期
先计算某一特定潜伏期范围内ERP波形的面积,接着找到把该面积分为预先设定的比例的那个时刻点,通常采用的比例是一半,因此可称为50%面积潜伏期测量。
五. 几种主要的源定位分析方法
1. 逆向偶极子建模
利用高速计算机,我们可以建构一个球体状的头模型,并把偶极子放在球体中的某个位置。然后我们计算正向解,确定这一偶极子会在球体表面形成的电压分布。最后,我们把这些预期的模式和实际记录的数据相比较。如果预期和实际数据之间的差异很小,那么模型能够被证实;如果差异很大,那么模型就被拒绝,我们通过改变偶极子的位置检验另外一个模型。通过这样的方式,偶极子就在球体的内部不断移动,直到得到预测和实际结果之间最吻合的解。
2. 分布式源定位
把大脑分为数目较小的块,来找一种激活模式,使之产生所观察到的头皮电压分布。