ERP实验设计与数据分析

nullERP的实验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与数据处理ERP的实验设计与数据处理罗跃嘉 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室一、实验范式一、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--Oddball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(standard stimuli)——大概率 偏差刺激(deviant stimuli)——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。 null标准刺激 靶刺激 非靶刺激 刺激缺失 新奇刺激 A B C D 跨通路延迟反应范式 跨通路延迟反应范式Task 1：Attending Picture, Ignoring Tone Picture Tone Tone Red CrossDiscriminate wait and capture react the imperative signalTask 2：Attending Tone, Ignoring Picture Tone Picture ClickDiscriminate wait and capture react the imperative signal(0-2 trial) (0-2 trial) 经典范式2-- Go-Nogo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 注意的实验范式注意的实验范式双耳分听 空间注意: Cue - Target 提示范围的分级null鸡尾酒会效应与双耳分听(Chrry, 1953)nullHillyard, 1975, SciencenullMangun & Hillyard, 1991null＋＋Valid Cue＋＋＋＋InvalidNeutral经典的中央性提示null＋⊙固定注视点 1400 ms提示箭头 200-500 ms目标 50 ms屏蔽 200 ms(Luck et al., 1994)nullValid vs. InvalidValid vs. NeutralInvalid vs. Neutralnull间隔对P1效应的影响(Grorge & Mangun, 1998)null①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） （Woldorff et al., 1997）靶刺激 在下 视野null对侧的背侧枕区、18/19区（Martinez …Hillyard, 1999，2001） （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 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 箭头所指注意侧的靶刺激，并忽视注意侧对面的刺激物。nullC1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 nullnull 300 ms1500 msTimeCUE SIZE Small Medium Large SOA(ms) 230-350 (Short) 500-650 (Medium) 800-950 (Long)Fixation Precue Search Array不同范围等级提示的空间注意实验范式 (Luo et al, Cogn Brain Res, 2001)nullERP in Short SOA Small Median LargeP1 (80 ms)Large Median SmallN1 (160 ms)CueSearch ArrayP1 (100 ms)N1 (160 ms)nullPress the key，discriminate the direction of the vertical crescentISI: Short 400-600ms Long 600-800ms固定区域提示下的注意效应 null其他相关实验nullnull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记忆的实验范式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nullA. Study Phase(14 faces, SOA 3s, duration 1s) B. Test Phase (28 faces, repeated 50%, SOA 3.2s, duration 1s) null 理 张 理 舒 TimeLearning StageTest StageOldNew1st PresentTypical Proceduresnullms-1002004006008001000 ms0.0-2.02.04.06.08.010.0 Vms-1002006008001000 ms-2.02.04.06.08.010.0 V-1002004006008001000 ms-2.02.04.06.08.010.0 VC3CzC4High Frequency Low FrequencyEncoding effects on higher- & lower- word frequency (Chinese) P180N350LPCnull 110ms 146ms 166ms 275ms 498ms 600ms 650ms 750ms 114ms 182ms 234ms 380ms 486ms 650ms 680ms 750ms 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null-100 20040060080010000.0-1.0-2.02.04.06.08.010.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0-100200400600800.0900.01000.00.0-2.02.04.06.08.010.012.014.0Fz Cz PzOld New Diff (Old- New)Higher Freq. Lower Freq.Test StageP180N350LPCnull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°)F1 F2向右运动 二义运动 向左运动nullnullF1 F2 F3启动 –目标间隔 (200, 400, and 1000 ms)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null无 启 动 弱 启 动 强 启 动98 162 226 386 418 ms+2.5 +2.0 +1.5 +1.0 +0.5 0 -0.5 -1.0mV颞上回枕叶hMT+内侧顶叶Z=3.09 Z=13.11ab实验组与对照组相减的差异波地形图（a）和fMRI结果 (b), jiang Luo et al, 2002 nullRT (ms)% Same Direction Judgements200 400 1000 ms Priming Reversal Priming Reversal in Young in Young in Old in Old200 400 1000 msBehavioral DataThe perceived rate in the same direction in the young was higher than in the old subjects, F1, 22 = 4.727, p < .05.The RT prolonged with interval increased only for priming condition in both young and old subjects, F2, 44 = 5.711, p < .012、无意识启动运动知觉的老年化null无 启 动 弱 启 动 强 启 动98 162 226 386 418 ms+2.5 +2.0 +1.5 +1.0 +0.5 0 -0.5 -1.0mV颞上回枕叶hMT+内侧顶叶Z=3.09 Z=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null0-90-180° 0-90-0 °Same Direction Opposite Direction 1st Motion 2nd MotionTimeSOA: 200 ms各种条件下的启动效应null0-90-270 ° 0-180- 90 ° 0-180-0 °Unambiguous— Ambiguous— Ambiguous— Ambiguous Unambiguous Ambiguous元记忆的研究方法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null 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。 Luo et al, 2003, Chin Sci Bull社会认知的研究社会认知的研究情绪与注意 情绪与记忆 欺骗的心理过程情绪对注意的影响情绪对注意的影响null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。 1500ms (Probe)实验范式(Sternberg,1966)实验程序实验程序实验分2 sessions；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。 5 blocks/ session ，32 trails/ block 32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) 欺骗意图的实验范式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 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 (买晓琴，博士论文，2005)动机形成阶段动机形成阶段ms-2003008001300180023002800µV-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5-2003008001300180023002800-2.5-5.0-7.5-10.0-12.52.55.07.5 FCz 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 自愿诚实结果评价阶段 欺骗组与简单组比较结果评价阶段 欺骗组与简单组比较 -2 +3 差异波-100100300500700-5-10-15510152025FCz-100100300500700-5-10-15510152025msµV290 ms300 ms欺骗组简单反应组二、刺激序列的问题二、刺激序列的问题刺激呈现时间 刺激间隔 消除重叠成分1 刺激呈现时间1 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2 刺激间隔2 刺激间隔SOA stimulus onset asynchrony ISI interstimulus interval Onset Offsetnull① 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。 3 消除相邻刺激的重叠成分3 消除相邻刺激的重叠成分1） 高通滤波（high-pass filtering）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-pass filter) 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。null130-190 ms125-275 ms120-320 msERP数据处理ERP数据处理(一) 脑电数据的采集与 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 (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)2 记录参数 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，注意对EOG的放大倍数应减小1半或2/3。 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 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0.01～0.1 Hz ，低通为40～100Hz。 皮肤阻抗应使其低于 5 k。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/D Rate）与时间分辨率成正比。例如250Hz的采样频率, 时间分辨率为4ms。 (二) 波形平均与叠加(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 (baseline correct) 排除伪迹 平均 (average) 保存 1 波形识别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 2 波峰测量 2 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null-200200400600800 ms-2.0-4.02.04.06.0潜伏期基线——峰峰——峰nullFzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2- 5 m v +600 ms3 平均波幅测量 3 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。 4 相减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ERP成分具有重要意义。 1、统计分析的设计1、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（Repeated measures ANOVA） (四) 统计分析nullOddball实验，记录32导脑电 概率（2：大、小概率） 记录点（32） Cross-Modal Delayed Response Cross-Modal Delayed ResponseTask 1：Attending Picture, Ignoring Tone Picture Tone Tone Red CrossDiscriminate wait and capture react the imperative signalTask 2：Attending Tone, Ignoring Picture Tone Picture ClickDiscriminate wait and capture react the imperative signal(0-2 trial) (0-2 trial) null可以得到哪些ERP成分？怎样设计统计分析？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）null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1 定性分析1 定性分析① 设置条件1与条件2，分别产生A峰B峰。 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2 脑地形图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、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null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）nullnull根据维度： 二维地形图 三维地形图null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3 源分析——极性翻转 3 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, 1995)。在动物实验中也多次证实。 Näätänen（1992）用鼻尖作为参考点，发现在头颅外侧裂以上的头皮MMN与外侧裂以下的乳突与之极性翻转。 极性翻转的机制可用偶极子原理解释。3 源分析——电流密度图 (Current Density Reconstruction)3 源分析——电流密度图 (Current Density Reconstruction)3 源分析——偶极子定位 3 源分析——偶极子定位 偶极子(Dipole)是一对数值相等、符号相反的电荷，彼此相隔一定距离时形成的体系。 神经传导递质作用于突触后神经元受体的过程中所产生的突触后电位导致了ERP的产生。 源定位可根据偶极子的数目、偶极子的时间特征、偶极子的位置和偶极子量等因素进行。 偶极子模型 单个偶极子模型与(single dipole models) 多个偶极子模型(multiple dipole models) nullnullCortical Activity and DipolesCortical Activity and DipolesA Multimodal ApproachA Multimodal ApproachDipole Confidence EllipsoidsDipole Confidence EllipsoidsnullnullInverse CalculationHead ModelSensors ModelSource ModelData (measured)nullnull