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

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間隔對P1效應(yīng)的影響(Grorge&Mangun,1998)①注意左側(cè)，多多靶（16%）；②注意右右側(cè)，多靶（（16%）；③注意左左側(cè)，少靶（（2%）；④注意右右側(cè)，少靶（（2%）；⑤被動(dòng)（（2%無關(guān)刺激）（（Woldorffetal.,1997）靶刺激在下視野對側(cè)的背側(cè)枕枕區(qū)、18/19區(qū)（Martinez…Hillyard,1999，2001）刺激為白色直直立的T（占86％）和倒置的的T（靶刺激14％），被9個(gè)十字所包圍圍，并疊加在在灰色的棋盤盤格上以等概率隨機(jī)機(jī)出現(xiàn)在左側(cè)側(cè)視野（LVF）或右側(cè)視野野（RVF）。任務(wù)是持續(xù)注注視中央箭頭頭并按鍵報(bào)告告箭頭所指注注意側(cè)的靶刺刺激，并忽視視注意側(cè)對面面的刺激物。。C1無注意效應(yīng)注意效應(yīng)發(fā)生生在早期P1、晚期P1和N1—注意時(shí)其波幅幅增大300ms1500msTimeCUESIZESmallMediumLargeSOA(ms)230-350(Short)500-650(Medium)800-950(Long)FixationPrecueSearchArray不同范圍等級級提示的空間間注意實(shí)驗(yàn)范范式(Luoetal,CognBrainRes,2001)ERPinShortSOASmallMedianLargeP1(80ms)LargeMedianSmallN1(160ms)CueSearchArrayP1(100ms)N1(160ms)Pressthekey，discriminatethedirectionoftheverticalcrescentISI:Short400-600msLong600-800ms固定區(qū)域提示示下的注意效效應(yīng)其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)干擾刺激位置置對視覺空間間注意影響干擾位于小圈圈干干擾擾位于中圈 干擾位位于大圈該范試試的特特點(diǎn)為為干擾擾刺激激均位位于同同一個(gè)個(gè)圈。。與靶靶刺激激特征征相同同內(nèi)部干干擾外部干干擾內(nèi)部/外部干干擾可以檢檢測被被試在在分心心物存存在條條件下下注意意力的的集中中程度度記憶的的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)范式式經(jīng)典范范式:學(xué)習(xí)-再認(rèn)運(yùn)動(dòng)知知覺的的啟動(dòng)動(dòng)元記憶憶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)驗(yàn)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞疽鈭D圖（a）與單次運(yùn)動(dòng)產(chǎn)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)的實(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞疽庖鈭D（a）雙次運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生生的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)組與對照照組相減的差差異波地形圖圖（a）和fMRI結(jié)果(b),jiangLuoetal,2002RT(ms)%SameDirectionJudgements2004001000msPrimingReversalPrimingReversalinYounginYounginOldinOld2004001000msBehavioralDataTheperceivedrateinthesamedirectionintheyoungwashigherthanintheoldsubjects,F1,22=4.727,p<.05.TheRTprolongedwithintervalincreasedonlyforprimingconditioninbothyoungandoldsubjects,F2,44=5.711,p<.012、無意識啟動(dòng)動(dòng)運(yùn)動(dòng)知覺的的老年化無啟動(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首次確定視運(yùn)運(yùn)動(dòng)知覺的啟啟動(dòng)效應(yīng)在刺刺激后98ms首先激活視覺覺初級皮層后續(xù)活動(dòng)（400ms左右）發(fā)生在在內(nèi)側(cè)顳葉、、顳上回、頂頂葉等更廣泛泛的腦區(qū)運(yùn)動(dòng)知覺啟動(dòng)動(dòng)與工作記憶憶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)現(xiàn)前前面面的的線線索索詞詞(項(xiàng)目目—？)，讓讓被被試試回回憶憶后后面面的的靶靶子子詞詞(“大臣臣”)在他他們們回回憶憶不不出出來來的的情情況況下下，，令令他他們們判判斷斷自自己己是是否否對對那那個(gè)個(gè)不不能能成成功功回回憶憶的的詞詞有有一一種種“知道道感感”通過過一一項(xiàng)項(xiàng)再再認(rèn)認(rèn)測測驗(yàn)驗(yàn)來來檢檢驗(yàn)驗(yàn)其其“知道道感感”是否否準(zhǔn)準(zhǔn)確確元記記憶憶的的腦腦機(jī)機(jī)制制“知道道感感”記憶憶導(dǎo)導(dǎo)致致大大量量的的腦腦活活動(dòng)動(dòng)（（額額葉葉區(qū)區(qū)）），，而而“不知知道道感感”項(xiàng)目目則則只只伴伴隨隨有有少少量量腦腦活活動(dòng)動(dòng)。。知道道感感可可能能是是基基于于一一個(gè)個(gè)部分分信信息息提取取和和元元記記憶憶判判斷斷過過程程；；而而不不知知道道感感則則可可能能基基于于一一個(gè)個(gè)線索索熟熟悉悉性性的的腦活活動(dòng)動(dòng)狀狀態(tài)態(tài)，，即即一一無無所所獲獲而而獲獲得得不不知知道道感感。。對“知道道感感”的認(rèn)認(rèn)知知與與大大腦腦機(jī)機(jī)制制的的探探索索，，可可為為人人工工智智能能研研究究提提供供有有益益啟啟示示。。Luoetal,2003,ChinSciBull社會(huì)會(huì)認(rèn)認(rèn)知知的的研研究究情緒緒與與注注意意情緒緒與與記記憶憶欺騙騙的的心心理理過過程程情緒緒對對注注意意的的影影響響1500ms(Probe)延遲遲樣樣本本匹匹配配：由“目標(biāo)（target）-延遲(delay)-探測（probe）”三個(gè)階階段構(gòu)構(gòu)成的的試驗(yàn)驗(yàn)單元元。實(shí)驗(yàn)范范式(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)程程序?qū)嶒?yàn)分分2sessions；一個(gè)個(gè)只呈呈現(xiàn)負(fù)負(fù)性圖圖片以以誘發(fā)發(fā)負(fù)性性情緒緒，另另一個(gè)個(gè)只呈呈現(xiàn)中中性情情緒作作為對對照。。5blocks/session，32trails/block32個(gè)trails里16個(gè)空間間任務(wù)務(wù)16個(gè)詞語語任務(wù)務(wù)，隨隨機(jī)出出現(xiàn)。。(即每種種條件件80個(gè)trails)欺騙意意圖的的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)范式式將欺騙騙過程程分成成三個(gè)個(gè)階段段：欺騙動(dòng)動(dòng)機(jī)形形成、、做出出欺騙騙反應(yīng)應(yīng)、欺欺騙結(jié)結(jié)果的的評價(jià)價(jià)(買曉琴琴，博博士論論文，2005)動(dòng)機(jī)形形成階階段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)迫欺欺騙強(qiáng)迫誠誠實(shí)強(qiáng)迫自愿自愿欺欺騙自愿誠誠實(shí)結(jié)果評評價(jià)階階段欺欺騙騙組與與簡單單組比比較-2+3差異波波-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)據(jù)的的采集與記記錄1步驟設(shè)置或修改改腦電記錄錄文件（SETUP文件），根根據(jù)下述記記錄參數(shù)。。電極安放——戴電極帽。。記錄（record）。保存記錄文文件(save)2記錄參數(shù)放大倍數(shù)對腦電的放放大倍數(shù)至至少在5萬倍以上，，注意對EOG的放大倍數(shù)數(shù)應(yīng)減小1半或2/3。分析時(shí)間(epoch)與基線(baseline)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)ＤＪ胶脱芯烤磕康脑O(shè)定定分析時(shí)間間，多在1000ms左右，刺激激發(fā)生前的的基線常為為100～200ms。頻帶寬度(bandpass)使其僅夠放放大擬研究究的ERP信號，則落落在頻帶外外的噪音與與干擾信號號不被放大大，達(dá)到排排除目的。。頻帶寬度度的高通一一般為0.01～0.1Hz，低通為40～100Hz。皮膚阻抗應(yīng)使其低于于5k。每個(gè)記錄錄點(diǎn)的腦電電位均需與與參考點(diǎn)的的電位進(jìn)行行比較而得得到電位差差，因而此此處的皮膚膚阻抗尤需需降到盡可可能低的程程度。采樣頻率（A/DRate）與時(shí)間分分辨率成正正比。例如如250Hz的采樣頻率率,時(shí)間分辨率率為4ms。(二)波形平均與與疊加提取并打開開連續(xù)腦電電文件合并任務(wù)數(shù)數(shù)據(jù)消除眼電偽偽跡對腦電分段段(Epoch)濾波(filter)基線校正(baselinecorrect)排除偽跡平均(average)保存1波形識別波形判斷：：從一系列列波形中判判斷有關(guān)成成分，是ERP研究的一個(gè)個(gè)技術(shù)難關(guān)關(guān)?？筛鶕?jù)峰潛潛伏期、波波形、及其其頭皮分布布，參照總總平均圖與與文獻(xiàn)進(jìn)行行判斷，豐豐富的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)也是一個(gè)個(gè)重要的因因素。(三)波形識別與與測量2波峰測量波幅測量峰——峰，基線——峰峰潛伏期測測量起始時(shí)間(始潛時(shí))的測量-200200400600800ms-2.0-4.02.04.06.0潛伏期基線——峰峰——峰FzC3C4CzT5T6P3P4OROLPzOzO1O2-5mv+600ms3平均波幅測測量適用：信噪噪比不太好好的波形，，如差異波波固定法或連連續(xù)測量法法：如間隔隔20、50、100和150ms。較客觀、、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一一，便于測測量及比較較；但在個(gè)個(gè)體差異大大時(shí)，數(shù)據(jù)據(jù)可靠性較較差。具體法或間間斷法根根據(jù)總平均均圖確定某某一成分的的時(shí)間窗口口。根據(jù)總總平均圖而而定，針對對性較強(qiáng)，，但主觀性性較大，不不利于比較較。4相減相減技術(shù)的的運(yùn)用，對對于提取更更為純粹的的、與心理理機(jī)制相關(guān)關(guān)的ERP成分具有重重要意義。。1、統(tǒng)計(jì)分析析的設(shè)計(jì)描述性統(tǒng)計(jì)計(jì)均值±標(biāo)準(zhǔn)差、均均值±標(biāo)準(zhǔn)誤T檢驗(yàn)方差分析重復(fù)測量的的多因素方方差分析（（RepeatedmeasuresANOVA）(四)統(tǒng)計(jì)分析Oddball實(shí)驗(yàn)，記錄錄32導(dǎo)腦電概率（2：大、小概概率）記錄點(diǎn)（32）Cross-ModalDelayedResponseTask1：AttendingPicture,IgnoringTonePictureToneToneRedCrossDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPictureTonePictureClickDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal(0-2trial)(0-2trial)可以得到哪哪些ERP成分？怎樣設(shè)計(jì)統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析？？2×2××2×12聽覺通道與與視覺通道道（2）注意與非注注意（2）標(biāo)準(zhǔn)刺激與與偏差刺激激（2）記錄點(diǎn)（選選取12個(gè)點(diǎn)）聽覺視覺注意非非注意記憶痕跡的的失匹配機(jī)機(jī)制—通路特異性性，而形成痕痕跡的機(jī)制制—通路上機(jī)制制據(jù)此提出注注意早晚選選擇因條件件而異的注意過濾器器可塑性假假說1定性分析①設(shè)置條件1與條件2，分別產(chǎn)生生A峰B峰。②測量并并比較峰A與峰B的潛伏期、、始潛時(shí)、、波幅等指指標(biāo)。③比較條條件1與條件2的波形在頭頭皮的分布布。④ 定位分分析。(五)結(jié)果分析2腦地形圖腦電地形圖圖是指將放放大的腦電電信號轉(zhuǎn)換換成一種既既能定量、、又能定性性的腦波圖圖形，可使使大腦在某某一時(shí)間的的功能變化化與形態(tài)定定位有機(jī)地地結(jié)合。腦地形圖需需要至少12導(dǎo)記錄電極極，理論上上導(dǎo)數(shù)越多多越好，目目前已達(dá)到到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