【实验心理学电子课件】脑认知成像技术下载

ERP分段叠加显示图
1.4 ERP是平均诱发电位
叠加n次后的ERP波幅增大了n倍，因而需 要再除以n，使ERP恢复原形，即还原为一次 刺激的ERP数值。所以ERP也称为平均诱发 电位，平均指的是叠加后的平均。这样就获 得了所希望的事件相关电位波形图。
因此，对于ERP研究来说，为了提取事件 相关脑电位变化，传统上不得不进行多次重 复刺激（次数记为n）。现在，可以通过计算 机叠加技术轻松实现上述过程。
1.2 ERP的两个重要特征
事件相关脑电有两个重要特 性：潜伏期恒定、波形恒定；与 此相对，自发脑电则是随机变化 的。所以，可以将同一事实多次 引起的多段脑电记录下来，但每 一段脑电都是各种成分的综合， 包括自发脑电（噪音）。
1.3 叠加技术
将由相同刺激引起的多段脑电进 行多次叠加，由于自发脑电或噪音 是随机变化，有高有低，相互叠加 时 就 出 现 正 负 抵 消 的 情 况 ， 而 ERP 信号则有两个恒定，所以不会被抵 消，反而其波幅会不断增加，当叠 加 到 一 定 次 数 时 ， ERP 信 号 就 显 现 出来了。
（四）导联方法
Pg1
Pg2
Fpz
Fp1
Fp2
矢状线
F7
F3
Fz
F8 F4
冠状线
A1
T3
C5
C3
Cz
A2
C4
T4
C6
P3
Pz
T5
Cb1 O1 Oz
P4 O2
T6 Cb2
国际10—20脑电记录系统
另一条称为冠状线，是两外耳道之间的连 线，从左到右也标出5个点：T3、C3、Cz、 C4、T4。T3和T4外侧各占10%，其余各 点间距离均占全长20%。
叠加12次，Cz点。 A:短声, B:闪光, C:短声+
闪光。 前三种情况都不出现CNV. 第四种情况下，令被试在
闪光出现时尽快按键， 按键即将闪光终止，只 有这时才出现CNV.
这个结果是1964年由Walter等发现 来自百度文库，当年发表在Nature（203，380－ 384）上。
Walter等发现CNV在Cz点最大。但由 于早期的头皮记录点较少，一般只有几 个，所以无法解决CNV的源定位问题。
2.1 CNV
CNV（Contingent Negative Variation） 关联负变。实验中，告知被试，他将得到两个 信号（声音或闪光等），他的任务是在第一个 信号出现后开始准备反应，但并不反应，当出 现第二个信号之后则要尽快做出反应；两个信 号之间的时间并不固定。
结果发现，在两个信号之间，被试的脑电出现 了负向偏转（或负向变化，负变），这个脑电 负向变化形成的类似高原的波形就是CNV，在 被试完成按键反应后CNV就消失了。
为57db, 70db, 77db。
两种刺激以随机顺序出现，这样，对于被试来 说，小概率刺激的出现具有偶然性，因为它很 少才出现一次，感觉有点怪（Odd）。但实验 任务却要求被试关注小概率刺激，只要小概率 刺激一出现就尽快做出反应。可见这里的靶刺 激是小概率刺激。
Oddball范式示意图
在这种条件下，实验记录到在小概率 刺激出现之后300ms时观察到一个正波， 称为P300，这个波在Pz点附近最高。研 究发现P300的波幅与所投入的心理资源 量成正相关，其潜伏期随任务难度增加 而变长。
1.5 ERP信号的优势与缺点
ERP是刺激事件引起的实时脑电波，在时 间精度可达到微秒级。极高的时间分辨率是 ERP的主要优势，ERP也可以和行为数据， 特别是反应时间（RT）很好地配合，以研 究认知加工过程的规律。
通过叠加技术获得的与事件发生进程有锁 时（time-lock）关系的脑电就称为事件相 关电位（ERP）。
近年来精确脑定位手段，如fMRI，发现P300的 脑内源不只一个，因而P300不是一个单纯的成分， 与多种认知加工有关。现在，P300的概念发生了 变化，许多潜伏期很不相同的波形也称为P300， 这 样 就 成 了 一 个 家 族 ， 称 为 晚 正 复 合 体 （ late positive complex）。
2.3 MMN
MMN（mismatch negativity）译为失匹配负波， 它的也是采用Oddball范式得到的。经典实验是这样 的做的，在Oddball范式下，大概率刺激为1000Hz 纯音，小概率刺激为800Hz纯音，分别在两只耳朵 中出现，让被试进行双耳分听，只注意一只耳的声 音，并对小概率刺激做出反应，不注意另一耳的声 音。
开放电场与封闭电场图示
因此，ERP只能反映某些脑部的 激活情况，而有些脑部即使处于激 活状态，但由于其神经元没有能够 形成开放电场，ERP上也是反映不 出来的。
影响ERP信号记录的其它因素
除神经元的排列方式外，记录点与神 经元活动的距离也会影响ERP信号的采 集。这样就区分出了近场源与远场源， 初级体感诱发电位位于中央后回，是典 型的近场源，而脑干听觉诱发电位是典 型的远场源。离头皮越远则电位衰减越 厉害，记录到的脑电波幅也很小。
理由
对不同脑结构功能的详细成像可以为我 们提供关于基本心理过程的可靠证据。
使用功能脑成像技术的另一个原因是它 可以分离心理过程。
例子
研究者曾假定工作记忆可能至少由两个子系统组成， 一个用来处理空间信息，另一个用来处理言语信息。
这个假设后来在对正常和脑损伤被试的行为研究中得 到了证实（Jonides，etal．，1996）。
任务 ●造价较低
缺点
（1）空间局限性 （2）人为激活 （3）时间分辨率 （4）负载循环
三、ERP
（一）ERP原理及提取技术 （二）主要ERP成分及经典研究 （三）刺激呈现与数据处理 （四）波形的识别与结果解释
（一）ERP原理及提取技术
活的人脑总会不断放电，称为脑 电（EEG），但成分复杂而不规则。 正常的自发脑电一般处于几微伏到 75微伏之间。而由心理活动所引起 的脑电比自发脑电更弱，一般只有2 到10微伏，通常淹埋在自发电位中。 所以ERP需要从EEG中提取。
PET和fMRI可检测到的多种参数
成像内容
脑结构 局域脑激活
解剖联系 受体结合与局域 化学分布 基因表达
PET
血流量（15O） 葡萄糖代谢（18FDG） 氧消耗
苯（并）二氮、多巴胺、乙酰胆碱等 动力学建模 多种同位素示踪化合物
fMRI
Tl和T2扫描 BOLD（T2） 动脉自旋标记（AST） FAIR 扩散张量成像 核磁共振光谱学
注意，Cz点是两条线的交汇点，常作为确 定电极帽是否戴正的基准点。
（二）主要ERP成分及经典研究
ERP的先驱研究者经过四十多年的积 累，发现了一些经典的ERP成分，在发 现这些成分时所使用的一些研究方法对 于后来者有启发。
其中与心理学研究密切相关的成分主 要包括CNV、P300、MMN、和N400 等。
但一个关键性的发现却是通过对空间和言语工作记忆 任务的不同脑区激活的比较得来的。
研究者通过脑功能成像技术发现，在完成空间工作记忆任务 时，大脑右半球新皮层的作用占主要地位，而言语空间记忆 任务主要是左半球新皮层的机制，
二、PET和fMRI
这两种技术的主要优势是：
（1）可以应用于人体实验； （2）能够在空间分辨率与时间分辨率之间
寻找一个平衡点； （3）可用来绘制全脑的图像。
1．测量内容
PET和fMRI的测量内容包括：
结构像扫描（structural scan）、 局域脑激活（regional brain activation）、 解剖联系（anatomical connectivity）、受
体结合（receptor binding） 基因表达（gene expression）。
而Donchin（1981）认为，P300的潜伏期反映 的是对刺激物的评价或分类所需的时间，而P300 波幅反映的是工作记忆中表征的更新。后一种观点 得到支持更多，这意味着P300也许可成为研究高 级认知过程，比如工作记忆的脑机制，特别是过程 机制问题。
另外，P300也普遍存在于哺乳动物中，如老鼠、 猫、猴等，这说明P300可能代表着神经系统的某 种基本活动。
CNV被认为主要与心理因素有关。比 如期待、意动、朝向反应、觉醒、注意、 动机等，可以认为它基本上是一个综合 的心理准备状态的反映，处于紧张或应 急状态的反映。
2.2 P300及Oddball范式
P300是Sutton于1965年发现，发表在当 年的Science（150，1187－1188）上。
结果发现，无论注意与否，在约250ms内，小概率 刺激均比大概率刺激引起更高的负波。以小概率刺 激引起的ERP减去大概率刺激引起的ERP，会得到 一个差异波，是一个存在100－250ms之间的明显 的负波。
MMN图示
MMN与标准刺激/偏差刺激差异的关系：随偏差增 大而增大。声强MMN，标准刺激为80db，偏差刺激分别
每一个电极记录到的脑电变化代表的是特定 位置头皮上的放电情况，掌握10－20系统 是进行ERP学术交流的条件之一。
10－20系统的原则是头皮电极点之间的相 对距离以10%与20%来确定，并采用两条 件标志线。
一条称为矢状线，是从鼻根到枕外隆凸的 连线，从前向后标出5个点：Fpz、Fz、Cz、 Pz、Oz，Fpz之前与Oz之后线段长度占全长 10%，其余各点间距离均占全长的20%。
P300与任务难度
P300潜伏期随任 务难度的增加而 延长
实线：具体人名 虚线：人名性别 断线：出现的词中挑
出“刺”的反义词
P300反映的认知过程，一种解释认为，P300代 表知觉任务的结束，即对所期盼的靶刺激或目标刺 激做出有意识加工时，相关顶叶或内侧颞叶部位受 到激活，产生负电位，当加工结束时这些部位又受 到抑制，于是出现了P300。
动力学建模中的核磁共振光 谱学
2.评价
PET
fMRI
●成像受体和其他刺激神经组织的 作用物
●对葡萄糖代谢进行直接测量 ●没有核磁感受性的人为现象 ●可为听觉任务创造安静的环境 ●在靠近流动性空间处成像 ●因不存在磁场而易与ERP及其他
测量设备结合
●可重复扫描 ●可进行单被试分析 ●更高的空间分辨率 ●更高的时间分辨率 ●单一试验设计 ●评估血动力反应，分离刺激与
ERP的主要弱点在于低的空间 分辨率，ERP在空间上只能达到 厘米级，主要的影响因素是容积 导体效应与封闭电场问题。另外，
ERP只能采用数学推导来实现脑 电的源定位，比如偶极子，这种
方法的可靠性也是有限的。
1.6 头部定位系统
ERP记录装置是一个电极帽，上面有多个 记录或吸收头皮放电情况的电极，这些电极 在帽子上的位置是根据国际脑电图学会 1958制定的10－20系统（Jesper, 1958） 确定的。
1.1 开放电场
脑电（EEG）是由于皮质大量神经组织 的突触后电位同步总和而成，而单个神 经元电活动非常微小，不能在头皮记录 到，只有神经元群的同步放电才能记录 到。
这种脑组织神经元排列方向一致的情况， 构成所谓的开放电场（open field）， 反之则是方向不一致相互抵消的封闭电 场（closed field）。
按照ERP的成分划分方法，根据潜伏期的 差异，10ms内为早成分，10－50ms为中 成分，50－500ms为晚成分，500ms以后 则称为慢波。P300显然属于晚成分。
Sutton等首先报告P300 （ Science , 1965 ）
Oddball范式
在发现P300时使用了一个称为Oddball的 经典ERP实验范式。Oddball实验范式的要点 是，对同一感觉通道施加两种刺激，一种刺激 出现概率很大，如85%，另一种刺激出现的 概率很小，如15%。
第11章 脑认知成像技术
主要内容
一、使用脑功能成像技术的理由 二、PET和fMRI 三、ERP
一、使用脑功能成像技术的理由
我们已经知道，脑的许多功能都是定位于大脑 的神经组织结构之中的，
基于此，研究者们开始试图成像出那些参与到 不同脑结构激活中的基本过程。
现代神经成像技术假定，我们可以根据组成复 杂心理过程的一些基本操作的结合来对其进行 最好的描述，这些基本过程并不是定位于大脑 中的某个单一部位，而通常是神经元网络共同 作用的结果。