事象関連電位の基礎
ロシニ・ランデニヤ
更新日
2024/02/20
事象関連電位の基礎
ロシニ・ランデニヤ
更新日
2024/02/20
事象関連電位の基礎
ロシニ・ランデニヤ
更新日
2024/02/20
1. はじめに
ようこそ！この第2チュートリアルでは、刺激に対する脳反応をどのようにマークするかを学びます。
学ぶ内容：
事象関連電位（ERP）とは？
ERPのピークと成分とは？
ERPを取得するための典型的な手順
Emotiv EPOCデバイスとソフトウェアを使用した実践的な応用
2. 事象関連電位（ERP）とは？
事象関連電位（ERP）は、誘発電位とも呼ばれ、ある出来事や刺激（大きな音を聞くことなど）に対する脳反応です。具体的には、感覚的または認知的事象の結果としてEEGに見られる電位振幅の変化です。
刺激の開始後に現れる安定したピークである「ERP成分」を観察できます。ERPには多くの正または負のピークがありますが、N100やP300のように十分に特徴づけられたERP成分であるとは限りません。
時間領域のEEGを見るときは軸の向きに注意してください。特に臨床EEGでは、軸の上に−、下に＋が表示されることがあります。
注：ERPは単一の事象から表すことも、その事象の複数試行にわたる振幅を平均化して表すこともできます。通常、画像のようにこのような明確な成分を持つ滑らかなERPは、数百回の試行を平均化して初めて得られます。
図 1 – 典型的な聴覚ERP成分
典型的な成分は、その極性（すなわち陽性（P）または陰性（N））と、いつ出現するか（例：最初の陰性成分N1）によって特徴づけられます。同じN1成分は、出現時刻（例：音の開始から100ms）でも特定でき、N100とも呼ばれます。
3. ERPを取得する手順
実験フェーズ：
目的の特定のERPを得るために実験を設計します。
例えば、参加者が音のトーンを聞いている間にEEGを収集することがあります。
EEGデータを理解するためには、参加者がトーンを聞いた時刻をEEG上でマークする必要があります。これらはイベントマーカー（図2の縦の赤線）と呼ばれます。
図 2 – 生のEEGに表示されたイベントマーカー（赤線）
イベントマーカーのタイミングをトーンの開始と正確に一致させることは、ERPを確認するために非常に重要です。そのため、正確なタイムスタンプを取得できるよう、適切なハードウェアとソフトウェアを選ぶことが大切です。
基準の選択
電気活動は常に2点間で測定されることを忘れないでください。EEGデバイスでは、各センサーの電位は基準センサー（DRL + CMS）に対して測定されます。
Emotiv EPOCデバイスには、基準センサーの選択肢が2つあります。
図 3 – Emotiv EPOCタイプのデバイスにおける基準オプション
EPOCタイプのヘッドセットには、基準設定の方法が2つあります：
乳様突起基準 – Mastoidを基準センサーとして使うには、P3/P4センサーにゴム栓を付け、乳様突起センサーに湿らせたフェルトを置きます。
P3/P4基準 – P3/P4を基準センサーとして使うには、M1/M2の乳様突起センサーにゴム栓を付け、P3/P4センサーに湿らせたフェルトを置きます。
ERP実験ではMastoid基準を使うのが一般的ですが、後でオンラインで再基準化できるためP3/P4基準を使うこともできます。解析前の前処理時にデータを再基準化し、すべてのセンサーの平均に合わせることは一般的です。
今回の実験ではMastoid基準でデータを収集します。ここでの一般的に妥当な仮定は、乳様突起部は頭部の他の部位ほどEEGデータを伝えないため、良い基準点であるということです。
前処理：
生のEEGではERPをすぐに確認することはできません。というのも、これは脳内およびその周辺で起こっている他の要素（約 ±40uV）に比べて非常に小さな効果（約 ±5uV）だからです。
そのため、トーンに特有の脳反応を見るには、ノイズやアーチファクトを除去するためにデータをクリーンアップする必要があります。その後、データを「エポック化」します。これは、脳反応を定義した時間窓に区切るための用語です（例：トーンの50ms前から400ms後までの脳反応）。そして、個別にエポック化したすべてのEEGデータ（つまり、すべてのトーンに対する脳反応）を平均して、明確なERPを得ます。
以下は、典型的なERPパイプラインの基本的な手順です。研究者はデータと目的に応じて手順を選択します。
図 4 – 典型的なERP処理パイプライン
4. 自分のERPを取得しよう
まずソフトウェアを設定しよう
PsychoPyの最新バージョンをダウンロードしてください – https://www.psychopy.org/ 私たちはPsychoPyを使って参加者にトーンを提示します。
EEGの記録と表示のために、Emotiv LauncherとEmotivPROアプリを入手してください。
PsychoPyをEmotivソフトウェアに接続し、相互に通信できるようにします。
動画の手順に従ってください：
PsychoPyでEmotiv EEG実験を構築する
どんな刺激（例：画像、トーン）でも、複数回繰り返すことで滑らかなERPを得ることができます。ここでは、同じ50msのトーンを4秒ごとに約150回、参加者に提示します！
動画に従って、単一トーンを使った簡単な聴覚実験を作成してください：
データを取得しよう
基準を選択したので、最良品質のEEGを得るためにヘッドセットをどのように設定するか、動画で学びましょう：
EmotivPRO AnalyzerによるERPパイプライン
動画を見て、手順に従って自分のERPを生成してください：
AnalyzerのERP出力を理解する
各チャネルでは平均波形が表示されます。100msで負のピークを示す典型的な滑らかなERPを下に示します。実線は平均振幅を示し、薄い陰影は平均の標準誤差を示します：
これは、明確なERP成分がないノイズの多い波形です。これは試行回数が少ないことが原因である場合があります：
考慮すべきこと
参加者間でERPを比較する場合、差分効果を比較する方が一般的に望ましいです。
例えば、パターンの中でより頻繁に現れるトーン（standard）に対する平均ERPを、あまり出現しないトーン（deviant/oddball）と比較できます。ある波の振幅を別の波から単純に差し引くことで、差分波形を得ることができます。図5のように、ERP研究で一般的に調べられるMismatch Negativity（MMN）として知られるERP成分を観察できます。
図 5 – 環境内のパターンに違反があるとき、ERPでMismatch negativity成分を観察できます
5. ERPの応用
バイオマーカーの特定：
ERPの最も一般的な応用の一つは、統合失調症のような精神疾患を診断するより良い方法を見つけるための臨床研究です。統合失調症のある人は、Mismatch Negativity反応に基づいて健常対照群と区別できる場合があります。
図 6 – Mismatch negativityの振幅は、慢性統合失調症、最近発症例、さらにこの障害を発症するリスクのある人々よりも有意に高い（Jashan 2012）
ERP – BCI（ブレイン・コンピュータ・インターフェース）
異なるメンタルコマンドや視覚刺激（キーボード上の文字など）に対するERPは、車椅子の操作やBCIスペラーの駆動に利用できます。
6. リソース
Emotivマニュアル
推奨文献
Luck, S.J., 2005. ERP実験を設計し解釈するための10の簡単なルール。事象関連電位：方法ハンドブック、4。
1. はじめに
ようこそ！この第2チュートリアルでは、刺激に対する脳反応をどのようにマークするかを学びます。
学ぶ内容：
事象関連電位（ERP）とは？
ERPのピークと成分とは？
ERPを取得するための典型的な手順
Emotiv EPOCデバイスとソフトウェアを使用した実践的な応用
2. 事象関連電位（ERP）とは？
事象関連電位（ERP）は、誘発電位とも呼ばれ、ある出来事や刺激（大きな音を聞くことなど）に対する脳反応です。具体的には、感覚的または認知的事象の結果としてEEGに見られる電位振幅の変化です。
刺激の開始後に現れる安定したピークである「ERP成分」を観察できます。ERPには多くの正または負のピークがありますが、N100やP300のように十分に特徴づけられたERP成分であるとは限りません。
時間領域のEEGを見るときは軸の向きに注意してください。特に臨床EEGでは、軸の上に−、下に＋が表示されることがあります。
注：ERPは単一の事象から表すことも、その事象の複数試行にわたる振幅を平均化して表すこともできます。通常、画像のようにこのような明確な成分を持つ滑らかなERPは、数百回の試行を平均化して初めて得られます。
図 1 – 典型的な聴覚ERP成分
典型的な成分は、その極性（すなわち陽性（P）または陰性（N））と、いつ出現するか（例：最初の陰性成分N1）によって特徴づけられます。同じN1成分は、出現時刻（例：音の開始から100ms）でも特定でき、N100とも呼ばれます。
3. ERPを取得する手順
実験フェーズ：
目的の特定のERPを得るために実験を設計します。
例えば、参加者が音のトーンを聞いている間にEEGを収集することがあります。
EEGデータを理解するためには、参加者がトーンを聞いた時刻をEEG上でマークする必要があります。これらはイベントマーカー（図2の縦の赤線）と呼ばれます。
図 2 – 生のEEGに表示されたイベントマーカー（赤線）
イベントマーカーのタイミングをトーンの開始と正確に一致させることは、ERPを確認するために非常に重要です。そのため、正確なタイムスタンプを取得できるよう、適切なハードウェアとソフトウェアを選ぶことが大切です。
基準の選択
電気活動は常に2点間で測定されることを忘れないでください。EEGデバイスでは、各センサーの電位は基準センサー（DRL + CMS）に対して測定されます。
Emotiv EPOCデバイスには、基準センサーの選択肢が2つあります。
図 3 – Emotiv EPOCタイプのデバイスにおける基準オプション
EPOCタイプのヘッドセットには、基準設定の方法が2つあります：
乳様突起基準 – Mastoidを基準センサーとして使うには、P3/P4センサーにゴム栓を付け、乳様突起センサーに湿らせたフェルトを置きます。
P3/P4基準 – P3/P4を基準センサーとして使うには、M1/M2の乳様突起センサーにゴム栓を付け、P3/P4センサーに湿らせたフェルトを置きます。
ERP実験ではMastoid基準を使うのが一般的ですが、後でオンラインで再基準化できるためP3/P4基準を使うこともできます。解析前の前処理時にデータを再基準化し、すべてのセンサーの平均に合わせることは一般的です。
今回の実験ではMastoid基準でデータを収集します。ここでの一般的に妥当な仮定は、乳様突起部は頭部の他の部位ほどEEGデータを伝えないため、良い基準点であるということです。
前処理：
生のEEGではERPをすぐに確認することはできません。というのも、これは脳内およびその周辺で起こっている他の要素（約 ±40uV）に比べて非常に小さな効果（約 ±5uV）だからです。
そのため、トーンに特有の脳反応を見るには、ノイズやアーチファクトを除去するためにデータをクリーンアップする必要があります。その後、データを「エポック化」します。これは、脳反応を定義した時間窓に区切るための用語です（例：トーンの50ms前から400ms後までの脳反応）。そして、個別にエポック化したすべてのEEGデータ（つまり、すべてのトーンに対する脳反応）を平均して、明確なERPを得ます。
以下は、典型的なERPパイプラインの基本的な手順です。研究者はデータと目的に応じて手順を選択します。
図 4 – 典型的なERP処理パイプライン
4. 自分のERPを取得しよう
まずソフトウェアを設定しよう
PsychoPyの最新バージョンをダウンロードしてください – https://www.psychopy.org/ 私たちはPsychoPyを使って参加者にトーンを提示します。
EEGの記録と表示のために、Emotiv LauncherとEmotivPROアプリを入手してください。
PsychoPyをEmotivソフトウェアに接続し、相互に通信できるようにします。
動画の手順に従ってください：
PsychoPyでEmotiv EEG実験を構築する
どんな刺激（例：画像、トーン）でも、複数回繰り返すことで滑らかなERPを得ることができます。ここでは、同じ50msのトーンを4秒ごとに約150回、参加者に提示します！
動画に従って、単一トーンを使った簡単な聴覚実験を作成してください：
データを取得しよう
基準を選択したので、最良品質のEEGを得るためにヘッドセットをどのように設定するか、動画で学びましょう：
EmotivPRO AnalyzerによるERPパイプライン
動画を見て、手順に従って自分のERPを生成してください：
AnalyzerのERP出力を理解する
各チャネルでは平均波形が表示されます。100msで負のピークを示す典型的な滑らかなERPを下に示します。実線は平均振幅を示し、薄い陰影は平均の標準誤差を示します：
これは、明確なERP成分がないノイズの多い波形です。これは試行回数が少ないことが原因である場合があります：
考慮すべきこと
参加者間でERPを比較する場合、差分効果を比較する方が一般的に望ましいです。
例えば、パターンの中でより頻繁に現れるトーン（standard）に対する平均ERPを、あまり出現しないトーン（deviant/oddball）と比較できます。ある波の振幅を別の波から単純に差し引くことで、差分波形を得ることができます。図5のように、ERP研究で一般的に調べられるMismatch Negativity（MMN）として知られるERP成分を観察できます。
図 5 – 環境内のパターンに違反があるとき、ERPでMismatch negativity成分を観察できます
5. ERPの応用
バイオマーカーの特定：
ERPの最も一般的な応用の一つは、統合失調症のような精神疾患を診断するより良い方法を見つけるための臨床研究です。統合失調症のある人は、Mismatch Negativity反応に基づいて健常対照群と区別できる場合があります。
図 6 – Mismatch negativityの振幅は、慢性統合失調症、最近発症例、さらにこの障害を発症するリスクのある人々よりも有意に高い（Jashan 2012）
ERP – BCI（ブレイン・コンピュータ・インターフェース）
異なるメンタルコマンドや視覚刺激（キーボード上の文字など）に対するERPは、車椅子の操作やBCIスペラーの駆動に利用できます。
6. リソース
Emotivマニュアル
推奨文献
Luck, S.J., 2005. ERP実験を設計し解釈するための10の簡単なルール。事象関連電位：方法ハンドブック、4。
1. はじめに
ようこそ！この第2チュートリアルでは、刺激に対する脳反応をどのようにマークするかを学びます。
学ぶ内容：
事象関連電位（ERP）とは？
ERPのピークと成分とは？
ERPを取得するための典型的な手順
Emotiv EPOCデバイスとソフトウェアを使用した実践的な応用
2. 事象関連電位（ERP）とは？
事象関連電位（ERP）は、誘発電位とも呼ばれ、ある出来事や刺激（大きな音を聞くことなど）に対する脳反応です。具体的には、感覚的または認知的事象の結果としてEEGに見られる電位振幅の変化です。
刺激の開始後に現れる安定したピークである「ERP成分」を観察できます。ERPには多くの正または負のピークがありますが、N100やP300のように十分に特徴づけられたERP成分であるとは限りません。
時間領域のEEGを見るときは軸の向きに注意してください。特に臨床EEGでは、軸の上に−、下に＋が表示されることがあります。
注：ERPは単一の事象から表すことも、その事象の複数試行にわたる振幅を平均化して表すこともできます。通常、画像のようにこのような明確な成分を持つ滑らかなERPは、数百回の試行を平均化して初めて得られます。
図 1 – 典型的な聴覚ERP成分
典型的な成分は、その極性（すなわち陽性（P）または陰性（N））と、いつ出現するか（例：最初の陰性成分N1）によって特徴づけられます。同じN1成分は、出現時刻（例：音の開始から100ms）でも特定でき、N100とも呼ばれます。
3. ERPを取得する手順
実験フェーズ：
目的の特定のERPを得るために実験を設計します。
例えば、参加者が音のトーンを聞いている間にEEGを収集することがあります。
EEGデータを理解するためには、参加者がトーンを聞いた時刻をEEG上でマークする必要があります。これらはイベントマーカー（図2の縦の赤線）と呼ばれます。
図 2 – 生のEEGに表示されたイベントマーカー（赤線）
イベントマーカーのタイミングをトーンの開始と正確に一致させることは、ERPを確認するために非常に重要です。そのため、正確なタイムスタンプを取得できるよう、適切なハードウェアとソフトウェアを選ぶことが大切です。
基準の選択
電気活動は常に2点間で測定されることを忘れないでください。EEGデバイスでは、各センサーの電位は基準センサー（DRL + CMS）に対して測定されます。
Emotiv EPOCデバイスには、基準センサーの選択肢が2つあります。
図 3 – Emotiv EPOCタイプのデバイスにおける基準オプション
EPOCタイプのヘッドセットには、基準設定の方法が2つあります：
乳様突起基準 – Mastoidを基準センサーとして使うには、P3/P4センサーにゴム栓を付け、乳様突起センサーに湿らせたフェルトを置きます。
P3/P4基準 – P3/P4を基準センサーとして使うには、M1/M2の乳様突起センサーにゴム栓を付け、P3/P4センサーに湿らせたフェルトを置きます。
ERP実験ではMastoid基準を使うのが一般的ですが、後でオンラインで再基準化できるためP3/P4基準を使うこともできます。解析前の前処理時にデータを再基準化し、すべてのセンサーの平均に合わせることは一般的です。
今回の実験ではMastoid基準でデータを収集します。ここでの一般的に妥当な仮定は、乳様突起部は頭部の他の部位ほどEEGデータを伝えないため、良い基準点であるということです。
前処理：
生のEEGではERPをすぐに確認することはできません。というのも、これは脳内およびその周辺で起こっている他の要素（約 ±40uV）に比べて非常に小さな効果（約 ±5uV）だからです。
そのため、トーンに特有の脳反応を見るには、ノイズやアーチファクトを除去するためにデータをクリーンアップする必要があります。その後、データを「エポック化」します。これは、脳反応を定義した時間窓に区切るための用語です（例：トーンの50ms前から400ms後までの脳反応）。そして、個別にエポック化したすべてのEEGデータ（つまり、すべてのトーンに対する脳反応）を平均して、明確なERPを得ます。
以下は、典型的なERPパイプラインの基本的な手順です。研究者はデータと目的に応じて手順を選択します。
図 4 – 典型的なERP処理パイプライン
4. 自分のERPを取得しよう
まずソフトウェアを設定しよう
PsychoPyの最新バージョンをダウンロードしてください – https://www.psychopy.org/ 私たちはPsychoPyを使って参加者にトーンを提示します。
EEGの記録と表示のために、Emotiv LauncherとEmotivPROアプリを入手してください。
PsychoPyをEmotivソフトウェアに接続し、相互に通信できるようにします。
動画の手順に従ってください：
PsychoPyでEmotiv EEG実験を構築する
どんな刺激（例：画像、トーン）でも、複数回繰り返すことで滑らかなERPを得ることができます。ここでは、同じ50msのトーンを4秒ごとに約150回、参加者に提示します！
動画に従って、単一トーンを使った簡単な聴覚実験を作成してください：
データを取得しよう
基準を選択したので、最良品質のEEGを得るためにヘッドセットをどのように設定するか、動画で学びましょう：
EmotivPRO AnalyzerによるERPパイプライン
動画を見て、手順に従って自分のERPを生成してください：
AnalyzerのERP出力を理解する
各チャネルでは平均波形が表示されます。100msで負のピークを示す典型的な滑らかなERPを下に示します。実線は平均振幅を示し、薄い陰影は平均の標準誤差を示します：
これは、明確なERP成分がないノイズの多い波形です。これは試行回数が少ないことが原因である場合があります：
考慮すべきこと
参加者間でERPを比較する場合、差分効果を比較する方が一般的に望ましいです。
例えば、パターンの中でより頻繁に現れるトーン（standard）に対する平均ERPを、あまり出現しないトーン（deviant/oddball）と比較できます。ある波の振幅を別の波から単純に差し引くことで、差分波形を得ることができます。図5のように、ERP研究で一般的に調べられるMismatch Negativity（MMN）として知られるERP成分を観察できます。
図 5 – 環境内のパターンに違反があるとき、ERPでMismatch negativity成分を観察できます
5. ERPの応用
バイオマーカーの特定：
ERPの最も一般的な応用の一つは、統合失調症のような精神疾患を診断するより良い方法を見つけるための臨床研究です。統合失調症のある人は、Mismatch Negativity反応に基づいて健常対照群と区別できる場合があります。
図 6 – Mismatch negativityの振幅は、慢性統合失調症、最近発症例、さらにこの障害を発症するリスクのある人々よりも有意に高い（Jashan 2012）
ERP – BCI（ブレイン・コンピュータ・インターフェース）
異なるメンタルコマンドや視覚刺激（キーボード上の文字など）に対するERPは、車椅子の操作やBCIスペラーの駆動に利用できます。
6. リソース
Emotivマニュアル
推奨文献
Luck, S.J., 2005. ERP実験を設計し解釈するための10の簡単なルール。事象関連電位：方法ハンドブック、4。
