事件相關電位的基礎知識
Roshini Randeniya
更新於
2024年2月20日
事件相關電位的基礎知識
Roshini Randeniya
更新於
2024年2月20日
事件相關電位的基礎知識
Roshini Randeniya
更新於
2024年2月20日
1. 簡介
歡迎！在這第二個教學中，我們將學習如何標記腦對刺激的反應。
我們將學習：
什麼是事件相關電位（ERP）？
什麼是 ERP 的峰值與成分？
取得 ERP 的典型步驟
使用 Emotiv EPOC 裝置與軟體的實際應用
2. 什麼是事件相關電位（ERP）？
事件相關電位（ERP），亦稱為誘發電位，是大腦對事件或刺激（例如聽到一個大聲的音調）的反應。具體來說，它是感覺或認知事件所造成、在 EEG 中可見的電壓振幅變化。
我們可以觀察到「ERP 成分」，也就是刺激開始後出現的穩定峰值。ERP 可能有許多正峰或負峰，但並非所有峰值都屬於特徵明確的 ERP 成分，例如 N100 或 P300 成分。
當你在時間域中看到 EEG 時，請記得留意座標軸的方向。有時你會看到座標軸上方是 –、下方是 +，尤其是在臨床 EEG 中更是如此
注意：ERP 可以由單次事件表示，或透過對該事件的多次試次振幅取平均來表示。通常，如圖所示具有這些明顯成分的平滑 ERP，只有在對數百次試次取平均後才會得到
圖 1 – 典型聽覺 ERP 成分
典型成分可由其極性（即正向（P）或負向（N））以及出現時間（例如第一個負向成分 N1）來描述。相同的 N1 成分也可以依其出現時間辨識（例如，從音調開始起 100 毫秒）– N100
3. 取得 ERP 的步驟
實驗階段：
我們設計實驗以取得我們關心的特定 ERP。
例如，我們可能在參與者聆聽音調時蒐集 EEG。
為了理解 EEG 資料，我們必須標記參與者在 EEG 中聽到音調的時間點。這些稱為事件標記（圖 2 中的垂直紅線）。
圖 2 – 顯示在原始 EEG 上的事件標記（紅線）
要讓事件標記的時間與音調開始精準對齊，對於我們能否看到 ERP 來說非常重要！因此，選擇適當的硬體與軟體來幫助我們取得準確的時間戳記也很重要。
選擇參考
記住，電活動總是量測於兩個點之間。在 EEG 裝置中，每個感測器上的電位都是相對於參考感測器（DRL + CMS）來量測的。
在 Emotiv EPOC 裝置中，參考感測器有兩種選擇
圖 3 – Emotiv EPOC 類型裝置中的參考選項
EPOC 類型耳機有兩種參考方式：
鐘乳突參考 – 若要將鐘乳突作為參考感測器，我們會在 P3/P4 感測器上放置橡膠塞，並在鐘乳突感測器上放置濕毯墊。
P3/P4 參考 – 若要將 P3/P4 作為參考感測器，我們會在 M1/M2 鐘乳突感測器上放置橡膠塞，並在 P3/P4 感測器上放置濕毯墊
在 ERP 實驗中通常會使用鐘乳突參考，但你也可以使用 P3/P4 參考，因為之後在分析前進行前處理時，隨時都可以在線重新參考資料。通常也會在分析前將資料重新參考到所有感測器的平均值。
在我們的實驗中，我們將使用鐘乳突參考來收集資料。這裡通常合理的假設是，乳突突起傳導 EEG 資料的程度不如頭部其他位置，因此它是個良好的參考點。
前處理：
我們無法直接在原始 EEG 中看到 ERP，因為相較於大腦內外正在發生的其他訊號（~ ±40uV），它是一個非常微小的效應（~ ±5uV）！
因此，若要看見與音調相關的大腦效應，我們需要清理資料以移除任何雜訊或偽影。接著我們會將資料進行「分段（epoch）」—這個術語是指把腦部反應切分到我們所定義的時間窗口中（例如，從音調前 50 毫秒到音調後 400 毫秒的腦反應）。然後我們將所有分段後的 EEG 資料（即對所有音調的腦反應）取平均，以得到明確的 ERP。
以下是典型 ERP 流程的基本步驟。研究人員會依據其資料與目標選擇步驟。
圖 4 – 一個典型的 ERP 處理流程
4. 讓我們取得自己的 ERP
首先讓我們設定軟體
下載最新版本的 PsychoPy – https://www.psychopy.org/ 我們將使用 PsychoPy 來向參與者呈現音調。
取得 Emotiv Launcher 和 EmotivPRO 應用程式以記錄並檢視 EEG。
將 PsychoPy 與你的 Emotiv 軟體連接，讓它們可以彼此溝通。
請依照影片中的步驟：
使用 PsychoPy 建立 Emotiv EEG 實驗
平滑的 ERP 可以透過對任何刺激（例如圖片、音調）重複多次來取得。在這裡，我們將每 4 秒向參與者呈現一次相同的 50 毫秒音調，總共約 150 次！
請跟著影片建立一個包含單一音調的簡單聽覺實驗：
讓我們取得一些資料
現在你已選擇參考方式，可以觀看影片了解如何設定耳機，以取得最佳品質的 EEG：
使用 EmotivPRO Analyzer 的 ERP 流程
觀看影片並按照步驟產生你自己的 ERP：
了解 Analyzer 的 ERP 輸出
對於每個通道，你都會看到平均後的波形。下方可見一個在 100 毫秒處具有負峰值的典型平滑 ERP。實線表示平均振幅，較淡的陰影表示平均值的標準誤：
這是一個雜訊較多、沒有明確 ERP 成分的波形。這可能是由於試次數量太少所致：
需要考慮的事項
在比較不同參與者的 ERPs 時，通常比較差異效應會更好。
例如，我們可以比較對較常出現的音調（標準刺激，standard）與在某種模式中較少出現的音調（偏差刺激／oddball）的平均 ERP。只要將一個波形的振幅減去另一個波形，就能得到差異波形。如圖 5 所示，我們可以觀察到一個通常稱為「不匹配負波（Mismatch Negativity，MMN）」的 ERP 成分，這在 ERP 研究中很常見。
圖 5 – 當環境中的模式受到違反時，可以在 ERP 中觀察到不匹配負波成分
5. ERP 的應用
生物標記的辨識：
ERP 最常見的應用之一是在臨床研究中，尋找更好的方式來診斷精神疾病，例如思覺失調症。根據其不匹配負波反應，思覺失調症患者可與健康對照組區分
圖 6 – 不匹配負波振幅在慢性思覺失調症、近期發病以及有發病風險者中都顯著較高（Jashan 2012）
ERP – BCI（腦機介面）
對不同心理指令或視覺刺激（例如鍵盤上的字母）的 ERP，可用來控制輪椅或驅動 BCI 拼寫器
6. 資源
Emotiv 手冊
推薦閱讀
Luck, S.J., 2005. 設計與解讀 ERP 實驗的十個簡單規則。Event-related potentials: A methods handbook, 4.
1. 簡介
歡迎！在這第二個教學中，我們將學習如何標記腦對刺激的反應。
我們將學習：
什麼是事件相關電位（ERP）？
什麼是 ERP 的峰值與成分？
取得 ERP 的典型步驟
使用 Emotiv EPOC 裝置與軟體的實際應用
2. 什麼是事件相關電位（ERP）？
事件相關電位（ERP），亦稱為誘發電位，是大腦對事件或刺激（例如聽到一個大聲的音調）的反應。具體來說，它是感覺或認知事件所造成、在 EEG 中可見的電壓振幅變化。
我們可以觀察到「ERP 成分」，也就是刺激開始後出現的穩定峰值。ERP 可能有許多正峰或負峰，但並非所有峰值都屬於特徵明確的 ERP 成分，例如 N100 或 P300 成分。
當你在時間域中看到 EEG 時，請記得留意座標軸的方向。有時你會看到座標軸上方是 –、下方是 +，尤其是在臨床 EEG 中更是如此
注意：ERP 可以由單次事件表示，或透過對該事件的多次試次振幅取平均來表示。通常，如圖所示具有這些明顯成分的平滑 ERP，只有在對數百次試次取平均後才會得到
圖 1 – 典型聽覺 ERP 成分
典型成分可由其極性（即正向（P）或負向（N））以及出現時間（例如第一個負向成分 N1）來描述。相同的 N1 成分也可以依其出現時間辨識（例如，從音調開始起 100 毫秒）– N100
3. 取得 ERP 的步驟
實驗階段：
我們設計實驗以取得我們關心的特定 ERP。
例如，我們可能在參與者聆聽音調時蒐集 EEG。
為了理解 EEG 資料，我們必須標記參與者在 EEG 中聽到音調的時間點。這些稱為事件標記（圖 2 中的垂直紅線）。
圖 2 – 顯示在原始 EEG 上的事件標記（紅線）
要讓事件標記的時間與音調開始精準對齊，對於我們能否看到 ERP 來說非常重要！因此，選擇適當的硬體與軟體來幫助我們取得準確的時間戳記也很重要。
選擇參考
記住，電活動總是量測於兩個點之間。在 EEG 裝置中，每個感測器上的電位都是相對於參考感測器（DRL + CMS）來量測的。
在 Emotiv EPOC 裝置中，參考感測器有兩種選擇
圖 3 – Emotiv EPOC 類型裝置中的參考選項
EPOC 類型耳機有兩種參考方式：
鐘乳突參考 – 若要將鐘乳突作為參考感測器，我們會在 P3/P4 感測器上放置橡膠塞，並在鐘乳突感測器上放置濕毯墊。
P3/P4 參考 – 若要將 P3/P4 作為參考感測器，我們會在 M1/M2 鐘乳突感測器上放置橡膠塞，並在 P3/P4 感測器上放置濕毯墊
在 ERP 實驗中通常會使用鐘乳突參考，但你也可以使用 P3/P4 參考，因為之後在分析前進行前處理時，隨時都可以在線重新參考資料。通常也會在分析前將資料重新參考到所有感測器的平均值。
在我們的實驗中，我們將使用鐘乳突參考來收集資料。這裡通常合理的假設是，乳突突起傳導 EEG 資料的程度不如頭部其他位置，因此它是個良好的參考點。
前處理：
我們無法直接在原始 EEG 中看到 ERP，因為相較於大腦內外正在發生的其他訊號（~ ±40uV），它是一個非常微小的效應（~ ±5uV）！
因此，若要看見與音調相關的大腦效應，我們需要清理資料以移除任何雜訊或偽影。接著我們會將資料進行「分段（epoch）」—這個術語是指把腦部反應切分到我們所定義的時間窗口中（例如，從音調前 50 毫秒到音調後 400 毫秒的腦反應）。然後我們將所有分段後的 EEG 資料（即對所有音調的腦反應）取平均，以得到明確的 ERP。
以下是典型 ERP 流程的基本步驟。研究人員會依據其資料與目標選擇步驟。
圖 4 – 一個典型的 ERP 處理流程
4. 讓我們取得自己的 ERP
首先讓我們設定軟體
下載最新版本的 PsychoPy – https://www.psychopy.org/ 我們將使用 PsychoPy 來向參與者呈現音調。
取得 Emotiv Launcher 和 EmotivPRO 應用程式以記錄並檢視 EEG。
將 PsychoPy 與你的 Emotiv 軟體連接，讓它們可以彼此溝通。
請依照影片中的步驟：
使用 PsychoPy 建立 Emotiv EEG 實驗
平滑的 ERP 可以透過對任何刺激（例如圖片、音調）重複多次來取得。在這裡，我們將每 4 秒向參與者呈現一次相同的 50 毫秒音調，總共約 150 次！
請跟著影片建立一個包含單一音調的簡單聽覺實驗：
讓我們取得一些資料
現在你已選擇參考方式，可以觀看影片了解如何設定耳機，以取得最佳品質的 EEG：
使用 EmotivPRO Analyzer 的 ERP 流程
觀看影片並按照步驟產生你自己的 ERP：
了解 Analyzer 的 ERP 輸出
對於每個通道，你都會看到平均後的波形。下方可見一個在 100 毫秒處具有負峰值的典型平滑 ERP。實線表示平均振幅，較淡的陰影表示平均值的標準誤：
這是一個雜訊較多、沒有明確 ERP 成分的波形。這可能是由於試次數量太少所致：
需要考慮的事項
在比較不同參與者的 ERPs 時，通常比較差異效應會更好。
例如，我們可以比較對較常出現的音調（標準刺激，standard）與在某種模式中較少出現的音調（偏差刺激／oddball）的平均 ERP。只要將一個波形的振幅減去另一個波形，就能得到差異波形。如圖 5 所示，我們可以觀察到一個通常稱為「不匹配負波（Mismatch Negativity，MMN）」的 ERP 成分，這在 ERP 研究中很常見。
圖 5 – 當環境中的模式受到違反時，可以在 ERP 中觀察到不匹配負波成分
5. ERP 的應用
生物標記的辨識：
ERP 最常見的應用之一是在臨床研究中，尋找更好的方式來診斷精神疾病，例如思覺失調症。根據其不匹配負波反應，思覺失調症患者可與健康對照組區分
圖 6 – 不匹配負波振幅在慢性思覺失調症、近期發病以及有發病風險者中都顯著較高（Jashan 2012）
ERP – BCI（腦機介面）
對不同心理指令或視覺刺激（例如鍵盤上的字母）的 ERP，可用來控制輪椅或驅動 BCI 拼寫器
6. 資源
Emotiv 手冊
推薦閱讀
Luck, S.J., 2005. 設計與解讀 ERP 實驗的十個簡單規則。Event-related potentials: A methods handbook, 4.
1. 簡介
歡迎！在這第二個教學中，我們將學習如何標記腦對刺激的反應。
我們將學習：
什麼是事件相關電位（ERP）？
什麼是 ERP 的峰值與成分？
取得 ERP 的典型步驟
使用 Emotiv EPOC 裝置與軟體的實際應用
2. 什麼是事件相關電位（ERP）？
事件相關電位（ERP），亦稱為誘發電位，是大腦對事件或刺激（例如聽到一個大聲的音調）的反應。具體來說，它是感覺或認知事件所造成、在 EEG 中可見的電壓振幅變化。
我們可以觀察到「ERP 成分」，也就是刺激開始後出現的穩定峰值。ERP 可能有許多正峰或負峰，但並非所有峰值都屬於特徵明確的 ERP 成分，例如 N100 或 P300 成分。
當你在時間域中看到 EEG 時，請記得留意座標軸的方向。有時你會看到座標軸上方是 –、下方是 +，尤其是在臨床 EEG 中更是如此
注意：ERP 可以由單次事件表示，或透過對該事件的多次試次振幅取平均來表示。通常，如圖所示具有這些明顯成分的平滑 ERP，只有在對數百次試次取平均後才會得到
圖 1 – 典型聽覺 ERP 成分
典型成分可由其極性（即正向（P）或負向（N））以及出現時間（例如第一個負向成分 N1）來描述。相同的 N1 成分也可以依其出現時間辨識（例如，從音調開始起 100 毫秒）– N100
3. 取得 ERP 的步驟
實驗階段：
我們設計實驗以取得我們關心的特定 ERP。
例如，我們可能在參與者聆聽音調時蒐集 EEG。
為了理解 EEG 資料，我們必須標記參與者在 EEG 中聽到音調的時間點。這些稱為事件標記（圖 2 中的垂直紅線）。
圖 2 – 顯示在原始 EEG 上的事件標記（紅線）
要讓事件標記的時間與音調開始精準對齊，對於我們能否看到 ERP 來說非常重要！因此，選擇適當的硬體與軟體來幫助我們取得準確的時間戳記也很重要。
選擇參考
記住，電活動總是量測於兩個點之間。在 EEG 裝置中，每個感測器上的電位都是相對於參考感測器（DRL + CMS）來量測的。
在 Emotiv EPOC 裝置中，參考感測器有兩種選擇
圖 3 – Emotiv EPOC 類型裝置中的參考選項
EPOC 類型耳機有兩種參考方式：
鐘乳突參考 – 若要將鐘乳突作為參考感測器，我們會在 P3/P4 感測器上放置橡膠塞，並在鐘乳突感測器上放置濕毯墊。
P3/P4 參考 – 若要將 P3/P4 作為參考感測器，我們會在 M1/M2 鐘乳突感測器上放置橡膠塞，並在 P3/P4 感測器上放置濕毯墊
在 ERP 實驗中通常會使用鐘乳突參考，但你也可以使用 P3/P4 參考，因為之後在分析前進行前處理時，隨時都可以在線重新參考資料。通常也會在分析前將資料重新參考到所有感測器的平均值。
在我們的實驗中，我們將使用鐘乳突參考來收集資料。這裡通常合理的假設是，乳突突起傳導 EEG 資料的程度不如頭部其他位置，因此它是個良好的參考點。
前處理：
我們無法直接在原始 EEG 中看到 ERP，因為相較於大腦內外正在發生的其他訊號（~ ±40uV），它是一個非常微小的效應（~ ±5uV）！
因此，若要看見與音調相關的大腦效應，我們需要清理資料以移除任何雜訊或偽影。接著我們會將資料進行「分段（epoch）」—這個術語是指把腦部反應切分到我們所定義的時間窗口中（例如，從音調前 50 毫秒到音調後 400 毫秒的腦反應）。然後我們將所有分段後的 EEG 資料（即對所有音調的腦反應）取平均，以得到明確的 ERP。
以下是典型 ERP 流程的基本步驟。研究人員會依據其資料與目標選擇步驟。
圖 4 – 一個典型的 ERP 處理流程
4. 讓我們取得自己的 ERP
首先讓我們設定軟體
下載最新版本的 PsychoPy – https://www.psychopy.org/ 我們將使用 PsychoPy 來向參與者呈現音調。
取得 Emotiv Launcher 和 EmotivPRO 應用程式以記錄並檢視 EEG。
將 PsychoPy 與你的 Emotiv 軟體連接，讓它們可以彼此溝通。
請依照影片中的步驟：
使用 PsychoPy 建立 Emotiv EEG 實驗
平滑的 ERP 可以透過對任何刺激（例如圖片、音調）重複多次來取得。在這裡，我們將每 4 秒向參與者呈現一次相同的 50 毫秒音調，總共約 150 次！
請跟著影片建立一個包含單一音調的簡單聽覺實驗：
讓我們取得一些資料
現在你已選擇參考方式，可以觀看影片了解如何設定耳機，以取得最佳品質的 EEG：
使用 EmotivPRO Analyzer 的 ERP 流程
觀看影片並按照步驟產生你自己的 ERP：
了解 Analyzer 的 ERP 輸出
對於每個通道，你都會看到平均後的波形。下方可見一個在 100 毫秒處具有負峰值的典型平滑 ERP。實線表示平均振幅，較淡的陰影表示平均值的標準誤：
這是一個雜訊較多、沒有明確 ERP 成分的波形。這可能是由於試次數量太少所致：
需要考慮的事項
在比較不同參與者的 ERPs 時，通常比較差異效應會更好。
例如，我們可以比較對較常出現的音調（標準刺激，standard）與在某種模式中較少出現的音調（偏差刺激／oddball）的平均 ERP。只要將一個波形的振幅減去另一個波形，就能得到差異波形。如圖 5 所示，我們可以觀察到一個通常稱為「不匹配負波（Mismatch Negativity，MMN）」的 ERP 成分，這在 ERP 研究中很常見。
圖 5 – 當環境中的模式受到違反時，可以在 ERP 中觀察到不匹配負波成分
5. ERP 的應用
生物標記的辨識：
ERP 最常見的應用之一是在臨床研究中，尋找更好的方式來診斷精神疾病，例如思覺失調症。根據其不匹配負波反應，思覺失調症患者可與健康對照組區分
圖 6 – 不匹配負波振幅在慢性思覺失調症、近期發病以及有發病風險者中都顯著較高（Jashan 2012）
ERP – BCI（腦機介面）
對不同心理指令或視覺刺激（例如鍵盤上的字母）的 ERP，可用來控制輪椅或驅動 BCI 拼寫器
6. 資源
Emotiv 手冊
推薦閱讀
Luck, S.J., 2005. 設計與解讀 ERP 實驗的十個簡單規則。Event-related potentials: A methods handbook, 4.
