ERP經(jīng)典實驗設(shè)計ppt課件.ppt

ERP的實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理 1 一 實驗范式 經(jīng)典范式 Oddball Go Nogo注意 聽覺 視覺記憶 學(xué)習(xí) 再認(rèn)社會認(rèn)知 2 經(jīng)典范式1 Oddball Oddball實驗?zāi)Ｊ绞侵覆捎脙煞N或多種不同刺激持續(xù)交替呈現(xiàn) 它們出現(xiàn)的概率顯著不同組成標(biāo)準(zhǔn)刺激 standardstimuli 大概率偏差刺激 deviantstimuli 小概率令被試對偏差刺激進(jìn)行反應(yīng) 因此該偏差刺激稱為靶刺激 Target 或目標(biāo)刺激 誘發(fā)P300 MMN等與刺激概率有關(guān)的ERP成分時的經(jīng)典實驗?zāi)Ｊ?3 標(biāo)準(zhǔn)刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇刺激 ABCD 4 跨通路延遲反應(yīng)范式 Task1 AttendingPicture IgnoringTonePictureToneToneRedCross Discriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal Task2 AttendingTone IgnoringPictureTonePictureClick Discriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal 0 2trial 0 2trial 5 經(jīng)典范式2 Go Nogo 兩種刺激的概率相等Go刺激 令被試反應(yīng)的刺激 即靶刺激Nogo刺激 不需被試反應(yīng)的刺激特點 排除了刺激概率對ERP的影響 由于沒有大小概率之分 大大節(jié)省了實驗時間 但也丟掉了因大 小概率差異而產(chǎn)生的ERP成分 6 注意的實驗范式 雙耳分聽空間注意 Cue Target提示范圍的分級 7 雞尾酒會效應(yīng)與雙耳分聽 Chrry 1953 8 Hillyard 1975 Science 9 Mangun Hillyard 1991 10 ValidCue Invalid Neutral 經(jīng)典的中央性提示 11 固定注視點1400ms 提示箭頭200 500ms 目標(biāo)50ms 屏蔽200ms Lucketal 1994 12 Validvs Invalid Validvs Neutral Invalidvs Neutral 13 間隔對P1效應(yīng)的影響 Grorge Mangun 1998 14 注意左側(cè) 多靶 16 注意右側(cè) 多靶 16 注意左側(cè) 少靶 2 注意右側(cè) 少靶 2 被動 2 無關(guān)刺激 Woldorffetal 1997 靶刺激在下視野 15 對側(cè)的背側(cè)枕區(qū) 18 19區(qū) 16 Martinez Hillyard 1999 2001 刺激為白色直立的T 占86 和倒置的T 靶刺激14 被9個十字所包圍 并疊加在灰色的棋盤格上以等概率隨機出現(xiàn)在左側(cè)視野 LVF 或右側(cè)視野 RVF 任務(wù)是持續(xù)注視中央箭頭并按鍵報告箭頭所指注意側(cè)的靶刺激 并忽視注意側(cè)對面的刺激物 17 C1無注意效應(yīng)注意效應(yīng)發(fā)生在早期P1 晚期P1和N1 注意時其波幅增大 18 19 300ms 1500ms Time CUESIZESmallMediumLarge SOA ms 230 350 Short 500 650 Medium 800 950 Long FixationPrecueSearchArray 不同范圍等級提示的空間注意實驗范式 Luoetal CognBrainRes 2001 20 ERPinShortSOA SmallMedianLarge P1 80ms LargeMedianSmall N1 160ms Cue SearchArray P1 100ms N1 160ms 21 Pressthekey discriminatethedirectionoftheverticalcrescent ISI Short400 600msLong600 800ms 固定區(qū)域提示下的注意效應(yīng) 22 其他相關(guān)實驗 23 24 干擾刺激位置對視覺空間注意影響 干擾位于小圈干擾位于中圈干擾位于大圈 該范試的特點為干擾刺激均位于同一個圈 與靶刺激特征相同 內(nèi)部干擾 外部干擾 內(nèi)部 外部干擾 可以檢測被試在分心物存在條件下注意力的集中程度 25 記憶的實驗范式 經(jīng)典范式 學(xué)習(xí) 再認(rèn)運動知覺的啟動元記憶 26 A StudyPhase 14faces SOA3s duration1s B TestPhase 28faces repeated50 SOA3 2s duration1s 27 理 張 理 舒 Time LearningStage TestStage Old New 1stPresent TypicalProcedures 28 ms 100 200 400 600 800 1000ms 0 0 2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 V ms 100 200 600 800 1000ms 2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 V 100 200 400 600 800 1000ms 2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 V C3 Cz C4 HighFrequencyLowFrequency Encodingeffectsonhigher lower wordfrequency Chinese P180 N350 LPC 29 110ms146ms166ms275ms498ms600ms650ms750ms 114ms182ms234ms380ms486ms650ms680ms750ms 聽覺漢字 視覺漢字 第一階段 感覺第二階段 知覺第三階段 語言 Chen Luo 2003 NeuroImage 漢字的記憶編碼 30 100 200 400 600 800 1000 0 0 1 0 2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 0 0 2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 0 0 2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 12 0 14 0 0 0 2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 12 0 14 0 100 200 400 600 800 0 900 0 1000 0 0 0 2 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 12 0 14 0 FzCzPz OldNewDiff Old New HigherFreq LowerFreq TestStage P180 N350 LPC 31 單次運動實驗?zāi)Ｊ绞疽鈭D a 與單次運動產(chǎn)生的ERP總平均圖 b 特定方向二義左右左 右 0 90 0 270 0 180 F1F2 向右運動二義運動向左運動 32 33 F1F2F3 啟動 目標(biāo)間隔 200 400 and1000ms 二義 目標(biāo)特定 目標(biāo) 實驗 對照 啟動目標(biāo) 0 90 270 0 90 0 特定方向二義方向 雙次運動的實驗?zāi)Ｊ绞疽鈭D a 雙次運動產(chǎn)生的ERP總平均圖 b 強啟動弱啟動無啟動 實驗對照 P1 P3 2個相反的特定方向 34 無啟動弱啟動強啟動 98162226386418ms 2 5 2 0 1 5 1 0 0 50 0 5 1 0mV 顳上回 枕葉 hMT 內(nèi)側(cè)頂葉 Z 3 09Z 13 11 a b 實驗組與對照組相減的差異波地形圖 a 和fMRI結(jié)果 b jiangLuoetal 2002 35 RT ms SameDirectionJudgements 2004001000ms PrimingReversalPrimingReversalinYounginYounginOldinOld 2004001000ms BehavioralData Theperceivedrateinthesamedirectionintheyoungwashigherthanintheoldsubjects F1 22 4 727 p 05 TheRTprolongedwithintervalincreasedonlyforprimingconditioninbothyoungandoldsubjects F2 44 5 711 p 01 2 無意識啟動運動知覺的老年化 36 無啟動弱啟動強啟動 98162226386418ms 2 5 2 0 1 5 1 0 0 50 0 5 1 0mV 顳上回 枕葉 hMT 內(nèi)側(cè)頂葉 Z 3 09Z 13 11 a b 首次確定視運動知覺的啟動效應(yīng)在刺激后98ms首先激活視覺初級皮層后續(xù)活動 400ms左右 發(fā)生在內(nèi)側(cè)顳葉 顳上回 頂葉等更廣泛的腦區(qū) 運動知覺啟動與工作記憶 37 0 90 180 0 90 0 SameDirectionOppositeDirection 1stMotion2ndMotion Time SOA 200ms 各種條件下的啟動效應(yīng) 38 0 90 270 0 180 90 0 180 0 Unambiguous Ambiguous Ambiguous AmbiguousUnambiguousAmbiguous 39 元記憶的研究方法 實驗分三個步驟進(jìn)行記憶一系列詞對 例如 項目 大臣 呈現(xiàn)前面的線索詞 項目 讓被試回憶后面的靶子詞 大臣 在他們回憶不出來的情況下 令他們判斷自己是否對那個不能成功回憶的詞有一種 知道感 通過一項再認(rèn)測驗來檢驗其 知道感 是否準(zhǔn)確 40 元記憶的腦機制 知道感 記憶導(dǎo)致大量的腦活動 額葉區(qū) 而 不知道感 項目則只伴隨有少量腦活動 知道感可能是基于一個部分信息提取和元記憶判斷過程 而不知道感則可能基于一個線索熟悉性的腦活動狀態(tài) 即一無所獲而獲得不知道感 對 知道感 的認(rèn)知與大腦機制的探索 可為人工智能研究提供有益啟示 Luoetal 2003 ChinSciBull 41 社會認(rèn)知的研究 情緒與注意情緒與記憶欺騙的心理過程 42 情緒對注意的影響 43 1500ms Probe 延遲樣本匹配 由 目標(biāo) target 延遲 delay 探測 probe 三個階段構(gòu)成的試驗單元 實驗范式 Sternberg 1966 44 實驗程序 實驗分2sessions 一個只呈現(xiàn)負(fù)性圖片以誘發(fā)負(fù)性情緒 另一個只呈現(xiàn)中性情緒作為對照 5blocks session 32trails block32個trails里16個空間任務(wù)16個詞語任務(wù) 隨機出現(xiàn) 即每種條件80個trails 45 欺騙意圖的實驗范式 將欺騙過程分成三個階段 欺騙動機形成 做出欺騙反應(yīng) 欺騙結(jié)果的評價 買曉琴 博士論文 2005 46 動機形成階段 ms 200 300 800 1300 1800 2300 2800 V 2 5 5 0 7 5 10 0 12 5 2 5 5 0 7 5 200 300 800 1300 1800 2300 2800 2 5 5 0 7 5 10 0 12 5 2 5 5 0 7 5 FCz ms 200 300 800 1300 1800 2300 2800 2 5 5 0 7 5 10 0 12 5 2 5 5 0 7 5 V V ms 強迫欺騙強迫誠實 強迫 自愿 自愿欺騙自愿誠實 47 結(jié)果評價階段欺騙組與簡單組比較 2 3差異波 100 100 300 500 700 5 10 15 5 10 15 20 25 FCz 100 100 300 500 700 5 10 15 5 10 15 20 25 ms V 290ms 300ms 欺騙組 簡單反應(yīng)組 48 二 刺激序列的問題 刺激呈現(xiàn)時間刺激間隔消除重疊成分 49 1刺激呈現(xiàn)時間 刺激呈現(xiàn)時間長度與任務(wù)難度成反比 當(dāng)呈現(xiàn)時間短到一定程度 例如視覺刺激在40ms以下 人就不能主觀感覺到這個刺激 可利用此特性進(jìn)行非意識的啟動研究 撤反應(yīng)即刺激物消失也能導(dǎo)致ERP波形的微小改變 避免撤反應(yīng)的措施一是將刺激呈現(xiàn)時間適當(dāng)延長或縮短 二是利用相減技術(shù) 50 2刺激間隔 SOAstimulusonsetasynchrony ISIinterstimulusinterval OnsetOffset 51 短間隔將導(dǎo)致ERP成分 特別是早期成分的重疊 預(yù)留足夠被試完成作業(yè)的反應(yīng)時間 間隔過長可能浪費硬盤空間 并延長不必要的實驗時間 刺激間隔與任務(wù)難度成反比 52 3消除相鄰刺激的重疊成分 1 高通濾波 high passfiltering 增加頻帶寬度低端頻率響應(yīng) 可以減弱ERP在較長潛伏期 較低頻率的部分 如果僅對早期高頻成分 例如聽覺腦干誘發(fā)電位感興趣 即可采用此法 高通為50 150Hz 2 低通濾波 Low passfilter 采用不同間隔隨機化 可以部分消除鄰近的ERP重疊成分 又叫Jitter法 53 130 190ms 125 275ms 120 320ms 54 ERP數(shù)據(jù)處理 55 一 腦電數(shù)據(jù)的采集與記錄 1步驟設(shè)置或修改腦電記錄文件 SETUP文件 根據(jù)下述記錄參數(shù) 電極安放 戴電極帽 記錄 record 保存記錄文件 save 56 2記錄參數(shù) 放大倍數(shù)對腦電的放大倍數(shù)至少在5萬倍以上 注意對EOG的放大倍數(shù)應(yīng)減小1半或2 3 分析時間 epoch 與基線 baseline 根據(jù)實驗?zāi)Ｊ胶脱芯磕康脑O(shè)定分析時間 多在1000ms左右 刺激發(fā)生前的基線常為100 200ms 頻帶寬度 bandpass 使其僅夠放大擬研究的ERP信號 則落在頻帶外的噪音與干擾信號不被放大 達(dá)到排除目的 頻帶寬度的高通一般為0 01 0 1Hz 低通為40 100Hz 皮膚阻抗應(yīng)使其低于5k 每個記錄點的腦電位均需與參考點的電位進(jìn)行比較而得到電位差 因而此處的皮膚阻抗尤需降到盡可能低的程度 采樣頻率 A DRate 與時間分辨率成正比 例如250Hz的采樣頻率 時間分辨率為4ms 57 二 波形平均與疊加 提取并打開連續(xù)腦電文件合并任務(wù)數(shù)據(jù)消除眼電偽跡對腦電分段 Epoch 濾波 filter 基線校正 baselinecorrect 排除偽跡平均 average 保存 58 1波形識別 波形判斷 從一系列波形中判斷有關(guān)成分 是ERP研究的一個技術(shù)難關(guān) 可根據(jù)峰潛伏期 波形 及其頭皮分布 參照總平均圖與文獻(xiàn)進(jìn)行判斷 豐富的經(jīng)驗也是一個重要的因素 三 波形識別與測量 59 2波峰測量 波幅測量峰 峰 基線 峰峰潛伏期測量起始時間 始潛時 的測量 60 200 200 400 600 800ms 2 0 4 0 2 0 4 0 6 0 潛伏期 基線 峰 峰 峰 61 Fz C3 C4 Cz T5 T6 P3 P4 OR OL Pz Oz O1 O2 5mv 600ms 62 3平均波幅測量 適用 信噪比不太好的波形 如差異波固定法或連續(xù)測量法 如間隔20 50 100和150ms 較客觀 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一 便于測量及比較 但在個體差異大時 數(shù)據(jù)可靠性較差 具體法或間斷法根據(jù)總平均圖確定某一成分的時間窗口 根據(jù)總平均圖而定 針對性較強 但主觀性較大 不利于比較 63 4相減 相減技術(shù)的運用 對于提取更為純粹的 與心理機制相關(guān)的ERP成分具有重要意義 64 1 統(tǒng)計分析的設(shè)計 描述性統(tǒng)計均值 標(biāo)準(zhǔn)差 均值 標(biāo)準(zhǔn)誤T檢驗方差分析重復(fù)測量的多因素方差分析 RepeatedmeasuresANOVA 四 統(tǒng)計分析 65 Oddball實驗 記錄32導(dǎo)腦電概率 2 大 小概率 記錄點 32 66 Cross ModalDelayedResponse Task1 AttendingPicture IgnoringTonePictureToneToneRedCross Discriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal Task2 AttendingTone IgnoringPictureTonePictureClick Discriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal 0 2trial 0 2trial 67 可以得到哪些ERP成分 68 怎樣設(shè)計統(tǒng)計分析 2 2 2 12聽覺通道與視覺通道 2 注意與非注意 2 標(biāo)準(zhǔn)刺激與偏差刺激 2 記錄點 選取12個點 69 聽覺視覺 注意非注意 記憶痕跡的失匹配機制 通路特異性 而形成痕跡的機制 通路上機制據(jù)此提出注意早晚選擇因條件而異的注意過濾器可塑性假說 70 1定性分析 設(shè)置條件1與條件2 分別產(chǎn)生A峰B峰 測量并比較峰A與峰B的潛伏期 始潛時 波幅等指標(biāo) 比較條件1與條件2的波形在頭皮的分布 定位分析 五 結(jié)果分析 71 2腦地形圖 腦電地形圖是指將放大的腦電信號轉(zhuǎn)換成一種既能定量 又能定性的腦波圖形 可使大腦在某一時間的功能變化與形態(tài)定位有機地結(jié)合 腦地形圖需要至少12導(dǎo)記錄電極 理論上導(dǎo)數(shù)越多越好 目前已達(dá)到256導(dǎo) 根據(jù)腦電信號 EEG 頻率地形圖 針對不同的頻段 包括 波 波 波 波和近年受到關(guān)注的40Hz腦電 ERP 波幅地形圖 72 根據(jù)圖形的色彩或形式 彩色地形圖 Luo等 2000 Worldorff等 1997 灰度地形圖 LuoTeder等 1993 73 74 根據(jù)維度 二維地形圖三維地形圖 75 實際頭形地形圖 精確地 實時地數(shù)字化描繪每個被試的電極位置和頭顱形狀 形象地顯示三維地形圖