ER的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理培訓(xùn)課件

ERP的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

與數(shù)據(jù)處理一、實(shí)驗(yàn)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(huì)認(rèn)知經(jīng)典范式1--OddballOddball實(shí)驗(yàn)?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(shí)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

標(biāo)準(zhǔn)刺激靶刺激非靶刺激刺激缺失新奇刺激

ABCD

跨通路延遲反應(yīng)范式Task1：AttendingPicture,IgnoringTone

Picture

Tone Tone RedCrossDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPicture

Tone Picture ClickDiscriminate waitandcapture react

theimperativesignal(0-2trial)

(0-2trial)

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(diǎn)：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(shí)驗(yàn)時(shí)間，但也丟掉了因大、小概率差異而產(chǎn)生的ERP成分

注意的實(shí)驗(yàn)范式雙耳分聽空間注意:Cue-Target提示范圍的分級雞尾酒會(huì)效應(yīng)與雙耳分聽(Chrry,1953)Hillyard,1975,ScienceMangun&Hillyard,1991＋＋ValidCue＋＋＋＋I(xiàn)nvalidNeutral經(jīng)典典的的中中央央性性提提示示＋⊙固定定注注視視點(diǎn)點(diǎn)1400ms提示示箭箭頭頭200-500ms目標(biāo)標(biāo)50ms屏蔽蔽200ms(Lucketal.,1994)Validvs.InvalidValidvs.NeutralInvalidvs.Neutral間隔隔對對P1效應(yīng)應(yīng)的的影影響響(Grorge&Mangun,1998)①注意意左左側(cè)側(cè)，，多多靶靶（（16%）；；②②注注意意右右側(cè)側(cè)，，多多靶靶（（16%）；；③③注注意意左左側(cè)側(cè)，，少少靶靶（（2%）；；④④注注意意右右側(cè)側(cè)，，少少靶靶（（2%）；；⑤⑤被被動(dòng)動(dòng)（（2%無關(guān)關(guān)刺刺激激））（（Woldorffetal.,1997）靶刺刺激激在下下視野野對側(cè)側(cè)的的背背側(cè)側(cè)枕枕區(qū)區(qū)、、18/19區(qū)（Martinez…Hillyard,1999，2001）刺激激為為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個(gè)十十字字所所包包圍圍，，并并疊疊加加在在灰灰色色的的棋棋盤盤格格上上以等等概概率率隨隨機(jī)機(jī)出出現(xiàn)現(xiàn)在在左左側(cè)側(cè)視視野野（（LVF）或或右右側(cè)側(cè)視視野野（（RVF）。。任務(wù)務(wù)是是持持續(xù)續(xù)注注視視中中央央箭箭頭頭并并按按鍵鍵報(bào)報(bào)告告箭箭頭頭所所指指注注意意側(cè)側(cè)的的靶靶刺刺激激，，并并忽忽視視注注意意側(cè)側(cè)對對面面的的刺刺激激物物。。C1無注注意意效效應(yīng)應(yīng)注意意效效應(yīng)應(yīng)發(fā)發(fā)生生在在早早期期P1、晚晚期期P1和N1——注意意時(shí)時(shí)其其波波幅幅增增大大300ms1500msTimeCUESIZESmallMediumLargeSOA(ms)230-350(Short)500-650(Medium)800-950(Long)FixationPrecueSearchArray不同同范范圍圍等等級級提提示示的的空空間間注注意意實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)范范式式(Luoetal,CognBrainRes,2001)ERPinShortSOASmallMedianLargeP1(80ms)LargeMedianSmallN1(160ms)CueSearchArrayP1(100ms)N1(160ms)Pressthekey，discriminatethedirectionoftheverticalcrescentISI:Short400-600msLong600-800ms固定定區(qū)區(qū)域域提提示示下下的的注注意意效效應(yīng)應(yīng)其他他相相關(guān)關(guān)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)干擾擾刺刺激激位位置置對對視視覺覺空空間間注注意意影影響響干擾擾位位于于小小圈圈干干擾擾位位于于中圈干干擾擾位位于于大圈該范范試試的的特特點(diǎn)點(diǎn)為為干干擾擾刺刺激激均均位位于于同同一一個(gè)個(gè)圈圈。。與與靶靶刺刺激激特特征征相相同同內(nèi)部部干干擾擾外部部干干擾擾內(nèi)部部/外部部干干擾擾可以以檢檢測測被被試試在在分分心心物物存存在在條條件件下下注注意意力力的的集集中中程程度度記憶憶的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)范范式式經(jīng)典典范范式式:學(xué)習(xí)習(xí)-再認(rèn)認(rèn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)知知覺覺的的啟啟動(dòng)動(dòng)元記記憶憶A.StudyPhase(14faces,SOA3s,duration1s)B.TestPhase(28faces,repeated50%,SOA3.2s,duration1s)理張理舒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聽覺覺漢漢字字視覺覺漢漢字字第一一階階段段———感覺覺第第二二階階段段———知覺覺第第三三階階段段———語言言Chen&Luo,2003,NeuroImage漢字字的的記記憶憶編編碼碼-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單次運(yùn)動(dòng)實(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞臼疽鈭D（a）與單次運(yùn)動(dòng)動(dòng)產(chǎn)生的ERP總平均圖（（b）特定方向二二義左右右左左—右(0-90°)(0-270°)(0-180°)F1F2向右運(yùn)動(dòng)二義運(yùn)動(dòng)向左運(yùn)動(dòng)F1F2F3啟動(dòng)–目標(biāo)間隔(200,400,and1000ms)二義-目標(biāo)特特定-目標(biāo)(實(shí)驗(yàn))(對照)啟動(dòng)目標(biāo)(0-90-270°)(0-90-0°)特定方向二義方向雙次運(yùn)動(dòng)的的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞绞疽鈭D（（a）雙次運(yùn)動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生的ERP總平均圖（（b）強(qiáng)啟動(dòng)弱啟動(dòng)無啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)對照P1P32個(gè)相反的特定方向無啟動(dòng)弱啟動(dòng)強(qiáng)啟動(dòng)+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=13.11ab實(shí)驗(yàn)組與對對照組相減減的差異波波地形圖（（a）和fMRI結(jié)果(b),jiangLuoetal,2002RT(ms)%SameDirectionJudgements2004001000msPrimingReversalPrimingReversalinYounginYounginOldinOld2004001000msBehavioralDataTheperceivedrateinthesamedirectionintheyoungwashigherthanintheoldsubjects,F1,22=4.727,p<.05.TheRTprolongedwithintervalincreasedonlyforprimingconditioninbothyoungandoldsubjects,F2,44=5.711,p<.012、無意識啟啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)知知覺的老年年化無啟動(dòng)弱啟動(dòng)強(qiáng)啟動(dòng)+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=13.11ab首次確定視視運(yùn)動(dòng)知覺覺的啟動(dòng)效效應(yīng)在刺激激后98ms首先激活視視覺初級皮皮層后續(xù)活動(dòng)（（400ms左右）發(fā)生生在內(nèi)側(cè)顳顳葉、顳上上回、頂葉葉等更廣泛泛的腦區(qū)運(yùn)動(dòng)知覺啟啟動(dòng)與工作作記憶0-90-180°°0-90-0°SameDirectionOppositeDirection1stMotion2ndMotionTimeSOA:200ms各種條件下的的啟動(dòng)效應(yīng)0-90-270°0-180-90°0-180-0°°Unambiguous—Ambiguous——Ambiguous—AmbiguousUnambiguousAmbiguous元記憶的研究究方法實(shí)驗(yàn)分三個(gè)步步驟進(jìn)行記憶一系列詞詞對，例如“項(xiàng)目—大臣”呈現(xiàn)前面的線線索詞(項(xiàng)目—？)，讓被試回憶憶后面的靶子子詞(“大臣”)在他們回憶不不出來的情況況下，令他們們判斷自己是是否對那個(gè)不不能成功回憶憶的詞有一種種“知道感”通過一項(xiàng)再認(rèn)認(rèn)測驗(yàn)來檢驗(yàn)驗(yàn)其“知道感”是否準(zhǔn)確元記憶的腦機(jī)機(jī)制“知道感”記憶導(dǎo)致大量量的腦活動(dòng)（（額葉區(qū)），，而“不知道感”項(xiàng)目則只伴隨隨有少量腦活活動(dòng)。知道感可能是是基于一個(gè)部分信息提取和元記憶憶判斷過程；；而不知道感感則可能基于于一個(gè)線索熟悉性的的腦活動(dòng)狀態(tài)，，即一無所獲獲而獲得不知知道感。對“知道感”的認(rèn)知與大腦腦機(jī)制的探索索，可為人工工智能研究提提供有益啟示示。Luoetal,2003,ChinSciBull社會(huì)認(rèn)知的研研究情緒與注意情緒與記憶欺騙的心理過過程情緒對注意的的影響1500ms(Probe)延遲樣本匹配配：由“目標(biāo)（target）-延遲(delay)-探測（probe）”三個(gè)階段構(gòu)成成的試驗(yàn)單元元。實(shí)驗(yàn)范式(Sternberg,1966)2000ms1000ms(target）1500ms(delay)1500ms(Probe)詞語工作記憶任務(wù)AB+RT+a空間工作記憶任務(wù)2000ms1000ms(target）1500ms(delay)+++實(shí)驗(yàn)程序?qū)嶒?yàn)分2sessions；一個(gè)只呈現(xiàn)現(xiàn)負(fù)性圖片以以誘發(fā)負(fù)性情情緒，另一個(gè)個(gè)只呈現(xiàn)中性性情緒作為對對照。5blocks/session，32trails/block32個(gè)trails里16個(gè)空間任務(wù)16個(gè)詞語任務(wù)，，隨機(jī)出現(xiàn)。。(即每種條件80個(gè)trails)欺騙意圖的實(shí)實(shí)驗(yàn)范式將欺騙過程分分成三個(gè)階段段：欺騙動(dòng)機(jī)形成成、做出欺騙騙反應(yīng)、欺騙騙結(jié)果的評價(jià)價(jià)(買曉琴，博士士論文，2005)動(dòng)機(jī)形成階段段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強(qiáng)迫欺騙強(qiáng)迫誠實(shí)強(qiáng)迫自愿自愿欺騙自愿誠實(shí)結(jié)果評價(jià)階段段

欺騙組與與簡單組比較較-2+3差異波-100100300500700-5Cz-100100300500700-5sμV290ms-15μV0300ms欺騙組組簡單反反應(yīng)組組二、刺刺激序序列的的問題題刺激呈呈現(xiàn)時(shí)時(shí)間刺激間間隔消除重重疊成成分1刺激呈呈現(xiàn)時(shí)時(shí)間①刺激呈呈現(xiàn)時(shí)時(shí)間長長度與與任務(wù)務(wù)難度度成反反比②當(dāng)當(dāng)呈現(xiàn)現(xiàn)時(shí)間間短到到一定定程度度，例例如視視覺刺刺激在在40ms以下，，人就就不能能主觀觀感覺覺到這這個(gè)刺刺激，，可利利用此此特性性進(jìn)行行非意意識的的啟動(dòng)動(dòng)研究究③撤撤反應(yīng)應(yīng)即即刺刺激物物消失失也能能導(dǎo)致致ERP波形的的微小小改變變。避避免撤撤反應(yīng)應(yīng)的措措施一一是將將刺激激呈現(xiàn)現(xiàn)時(shí)間間適當(dāng)當(dāng)延長長或縮縮短，，二是是利用用相減減技術(shù)術(shù)2刺激間間隔SOAstimulusonsetasynchronyISIinterstimulusintervalOnsetOffset①短間隔隔將導(dǎo)導(dǎo)致ERP成分，，特別別是早早期成成分的的重疊疊②預(yù)預(yù)留足足夠被被試完完成作作業(yè)的的反應(yīng)應(yīng)時(shí)間間③間間隔過過長可可能浪浪費(fèi)硬硬盤空空間，，并延延長不不必要要的實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)時(shí)間④刺刺激間間隔與與任務(wù)務(wù)難度度成反反比。。3消除相相鄰刺激的的重疊疊成分分1）高高通濾濾波（（high-passfiltering）增加加頻帶帶寬度度低端端頻率率響應(yīng)應(yīng)，可可以減減弱ERP在較長長潛伏伏期、、較低低頻率率的部部分。。如果果僅對對早期期高頻頻成分分，例例如聽聽覺腦腦干誘誘發(fā)電電位感感興趣趣，即即可采采用此此法（（高通通為50～150Hz）。2）低通通濾波波(Low-passfilter)采用不不同間間隔隨隨機(jī)化化，可可以部部分消消除鄰鄰近的的ERP重疊成成分，，又叫叫Jitter法。130-190ms125-275ms120-320msERP數(shù)據(jù)處處理(一)腦電數(shù)數(shù)據(jù)的的采集集與記記錄1步驟設(shè)置或或修改改腦電電記錄錄文件件（SETUP文件）），根根據(jù)下下述記記錄參參數(shù)。。電極安安放——戴電極極帽。。記錄（（record）。保存記記錄文文件(save)2記錄參參數(shù)放大倍倍數(shù)對腦電電的放放大倍倍數(shù)至至少在在5萬倍以以上，，注意意對EOG的放大大倍數(shù)數(shù)應(yīng)減減小1半或2/3。分析時(shí)時(shí)間(epoch)與基線(baseline)根據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)ＤＪ胶秃脱芯烤磕康牡脑O(shè)定定分析析時(shí)間間，多多在1000ms左右，，刺激激發(fā)生生前的的基線線常為為100～200ms。頻帶寬寬度(bandpass)使其僅僅夠放放大擬擬研究究的ERP信號，，則落落在頻頻帶外外的噪噪音與與干擾擾信號號不被被放大大，達(dá)達(dá)到排排除目目的。。頻帶帶寬度度的高高通一一般為為0.01～0.1Hz，低通通為40～100Hz。皮膚阻阻抗應(yīng)使其其低于于5k。每個(gè)個(gè)記錄錄點(diǎn)的的腦電電位均均需與與參考考點(diǎn)的的電位位進(jìn)行行比較較而得得到電電位差差，因因而此此處的的皮膚膚阻抗抗尤需需降到到盡可可能低低的程程度。。采樣頻頻率（A/DRate）與時(shí)時(shí)間分分辨率率成正正比。。例如如250Hz的采樣樣頻率率,時(shí)間分分辨率率為4ms。(二)波形平平均與與疊加加提取并并打開開連續(xù)續(xù)腦電電文件件合并任任務(wù)數(shù)數(shù)據(jù)消除眼眼電偽偽跡對腦電電分段段(Epoch)濾波(filter)基線校校正(baselinecorrect)排除偽偽跡平均(average)保存1波形識識別波形判判斷：：從一一系列列波形形中判判斷有有關(guān)成成分，，是ERP研究的的一個(gè)個(gè)技術(shù)術(shù)難關(guān)關(guān)?？筛鶕?jù)據(jù)峰潛潛伏期期、波波形、、及其其頭皮皮分布布，參參照總總平均均圖與與文獻(xiàn)獻(xiàn)進(jìn)行行判斷斷，豐豐富的的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)也是是一個(gè)個(gè)重要要的因因素。。(三)波形識識別與與測量量2波峰測測量波幅測測量峰——峰，基基線——峰峰潛伏伏期測測量起始時(shí)時(shí)間(始潛時(shí)時(shí))的測量量-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期期基線——峰峰——峰FzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2-5mv+600ms3平均波波幅測測量適用：：信噪噪比不不太好好的波波形，，如差差異波波固定法法或連連續(xù)測測量法法：如如間隔隔20、50、100和150ms。較客客觀、、標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)統(tǒng)一一，便便于測測量及及比較較；但但在個(gè)個(gè)體差差異大大時(shí)，，數(shù)據(jù)據(jù)可靠靠性較較差。。具體法法或間間斷法法根根據(jù)總總平均均圖確確定某某一成成分的的時(shí)間間窗口口。根根據(jù)總總平均均圖而而定，，針對對性較較強(qiáng)，，但主主觀性性較大大，不不利于于比較較。4相減相減技技術(shù)的的運(yùn)用用，對對于提提取更更為純純粹的的、與與心理理機(jī)制制相關(guān)關(guān)的ERP成分具具有重重要意意義。。1、統(tǒng)計(jì)計(jì)分析析的設(shè)設(shè)計(jì)描述性性統(tǒng)計(jì)計(jì)均值±標(biāo)準(zhǔn)差差、均均值±標(biāo)準(zhǔn)誤誤T檢驗(yàn)方差分分析重復(fù)測測量的的多因因素方方差分分析（（RepeatedmeasuresANOVA）(四)統(tǒng)計(jì)分分析Oddball實(shí)驗(yàn)，，記錄錄32導(dǎo)腦電電概率（（2：大、、小概概率））記錄點(diǎn)點(diǎn)（32）Cross-ModalDelayedResponseTask1：AttendingPicture,IgnoringTonePictureToneToneRedCrossDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPictureTonePictureClickDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal(0-2trial)(0-2trial)可以得到到哪些ERP成分？怎樣設(shè)計(jì)計(jì)統(tǒng)計(jì)分分析？2×2××2××12聽覺通道道與視覺覺通道（（2）注意與非非注意（（2）標(biāo)準(zhǔn)刺激激與偏差差刺激（（2）記錄點(diǎn)（（選取12個(gè)點(diǎn)）聽覺視覺注意意非非注意記憶痕跡跡的失匹匹配機(jī)制制—通路特異異性，而形成成痕跡的的機(jī)制—通路上機(jī)機(jī)制據(jù)此提出出注意早早晚選擇擇因條件件而異的的注意過濾濾器可塑塑性假說說1定性分析析①設(shè)置條件件1與條件2，分別產(chǎn)產(chǎn)生A峰B峰。②測量量并比較較峰A與峰B的潛伏期期、始潛潛時(shí)、波波幅等指指標(biāo)。③比較較條件1與條件2的波形在在頭皮的的分布。。④ 定位位分析。。(五)結(jié)果分析析2腦地形圖圖腦電地形形圖是指指將放大大的腦電電信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成一一種既能能定量、、又能定定性的腦腦波圖形形，可使使大腦在在某一時(shí)時(shí)間的功功能變化化與形態(tài)態(tài)定位有有機(jī)地結(jié)結(jié)合。腦地形圖圖需要至至少12導(dǎo)記錄電電極，理理論上導(dǎo)導(dǎo)數(shù)越多多越好，，目前已已達(dá)到256導(dǎo)。根據(jù)腦電電信號：：EEG———頻率地形形圖，針針對不同同的頻段段，包括括波、波、波、波和近年年受到關(guān)關(guān)注的40Hz腦電；ERP———波幅地形形圖根據(jù)圖形形的色彩彩或形式式：彩色地形形圖(Luo等,2000;Worldorff等,1997)、灰度地形形圖（Luo&Wei,1999）、等高線地地形圖(Mangun,1995;Teder等,1993）根據(jù)維度度：二維地形形圖三維地形形圖實(shí)際頭形形地形圖圖：精確確地、實(shí)實(shí)時(shí)地?cái)?shù)數(shù)字化描描繪每個(gè)個(gè)被試的的電極位位置和頭頭顱形狀狀，形象象地顯示示三維地地形圖面孔識別別的P170成分分布布3源分析——極性翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)顱內(nèi)與頭頭皮電位位的極性性翻轉(zhuǎn)：：在早期期的生理理學(xué)研究究中，將將電極直直接插入入海馬、、海馬旁旁回和杏杏仁核，，記錄到到波幅較較大的極極性翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的電位位，其潛潛伏期與與頭皮記記錄的頂頂部P300一致。俄國科學(xué)學(xué)家用顱顱內(nèi)電極極在Parkinson病人顳葉葉葉直接接記錄到到聽覺MMN(Kropotov等,1995)。在動(dòng)物物實(shí)驗(yàn)中中也多次次證實(shí)。。N??t?nen（1992）用用鼻鼻尖尖作作為為參參考考點(diǎn)點(diǎn)，，發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在在頭頭顱顱外外側(cè)側(cè)裂裂以以上上的的頭頭皮皮MMN與外外側(cè)側(cè)裂裂以以下下的的乳乳突突與與之之極極性性翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。。極性性翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的機(jī)機(jī)制制