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事件相关电位的基础
罗希尼·兰德尼亚
更新于
2024年2月20日
事件相关电位的基础
罗希尼·兰德尼亚
更新于
2024年2月20日
事件相关电位的基础
罗希尼·兰德尼亚
更新于
2024年2月20日
1. 简介
欢迎！在这个第二个教程中，我们将学习如何标记大脑对刺激的反应。
我们将学习：
什么是事件相关电位（ERP）？
什么是 ERP 峰值和成分？
获得 ERP 的典型步骤
使用 Emotiv EPOC 设备和软件的实际应用
2. 什么是事件相关电位（ERP）？
事件相关电位（ERP），也称为诱发电位，是大脑对某个事件或刺激（例如听到响亮音调）的反应。具体来说——它是由于感觉或认知事件而在 EEG 中观察到的电压幅度变化。
我们可以观察到“ERP 成分”，它们是在刺激开始后出现的稳定峰值。一个 ERP 可以有许多正峰或负峰，但它们并不都是像 N100 或 P300 这样的、特征明确的 ERP 成分。
当你在时域中看到 EEG 时，要注意坐标轴的方向。有时你会看到坐标轴顶部是 –，底部是 +，尤其是在临床 EEG 中
注意：ERP 可以由单个事件表示，也可以通过对该事件的多个试次的幅度取平均来表示。通常，像图中那样具有这些明显成分的平滑 ERP 只有通过对数百次试次进行平均才能获得
图 1 – 典型的听觉 ERP 成分
典型成分的特征在于其极性（即正波（P）或负波（N））以及它们出现的时间（例如，第一个负成分 N1）。同样的 N1 成分也可以根据其出现时间来识别（例如，音调开始后 100ms）——N100
3. 获得 ERP 的步骤
实验阶段：
我们设计实验以获得特定感兴趣的 ERP。
例如，我们可以在参与者听音调时采集 EEG。
为了理解 EEG 数据，我们必须标记参与者在 EEG 中听到音调的时间点。这些被称为事件标记（图 2 中的垂直红线）。
图 2 – 显示在原始 EEG 上的事件标记（红线）
让事件标记的时间与音调开始准确对齐对我们看到 ERP 非常重要！因此，选择合适的硬件和软件来帮助我们获得准确的时间戳很重要。
选择参考电极
记住，电活动总是在两个点之间测量。在 EEG 设备中，每个传感器的电位都是相对于参考传感器（DRL + CMS）测量的。
在 Emotiv EPOC 设备中，参考传感器有两种选择
图 3 – Emotiv EPOC 类型设备中的参考选项
EPOC 类型头戴设备有两种参考方式可选：
乳突参考 – 要将乳突用作参考传感器，我们在 P3/P4 传感器上放置橡胶塞，并在乳突传感器上放置湿毡垫。
P3/P4 参考 – 要将 P3/P4 用作参考传感器，我们在 M1/M2 乳突传感器上放置橡胶塞，并在 P3/P4 传感器上放置湿毡垫
ERP 实验通常使用乳突参考，但你也可以使用 P3/P4 参考，因为在之后对数据进行预处理、分析之前，你总是可以在线重新参考数据。在分析数据之前，将数据重新参考到所有传感器的平均值是很常见的。
在我们的实验中，我们将使用乳突参考来采集数据。这里通常一个合理的假设是乳突突起不会像头部其他位置那样传导太多 EEG 数据，因此它是一个很好的参考点。
预处理：
我们无法在原始 EEG 中立即看到 ERP，因为与大脑内外正在发生的其他活动（~ ±40uV）相比，它的效应非常小（~ ±5uV）！
因此，为了看到与我们的音调相关的大脑效应，我们需要清理数据以去除任何噪声或伪迹。然后我们会对数据进行“epoch”处理——这是指将大脑反应切分到我们定义的时间窗口中（例如，从音调前 50ms 到音调后 400ms 的大脑反应）。然后我们对所有单独分段的 EEG 数据（即对所有音调的大脑反应）求平均，以获得一个清晰的 ERP。
以下是典型 ERP 流程中的基本步骤。研究人员会根据他们的数据和目标选择相应步骤。
图 4 – 典型的 ERP 处理流程
4. 让我们获取自己的 ERP
首先让我们设置软件
下载最新版本的 PsychoPy – https://www.psychopy.org/ 我们将使用 PsychoPy 向参与者呈现音调。
获取 Emotiv Launcher 和 EmotivPRO 应用程序来记录和查看 EEG。
将 PsychoPy 与你的 Emotiv 软件连接起来，这样它们就可以相互通信。
按照视频中的步骤操作：
使用 PsychoPy 构建一个 Emotiv EEG 实验
使用任何刺激（例如图像、音调）的多次重复都可以获得平滑的 ERP。在这里，我们将向参与者呈现相同的 50ms 音调，每 4 秒一次，共约 150 次！
跟着视频来构建一个仅包含单一音调的简单听觉实验：
让我们获取一些数据
既然你已经选择了参考方式，你可以观看视频，了解如何设置头戴设备以获得最佳质量的 EEG：
使用 EmotivPRO Analyzer 的 ERP 流程
观看视频并按照步骤生成你自己的 ERP：
理解来自 Analyzer 的 ERP 输出
对于每个通道，你都会看到一个平均波形。下方展示了一个典型的平滑 ERP，在 100ms 处有一个负峰。实线表示平均幅度，较浅的阴影表示均值标准误：
这里是一个带有噪声且没有清晰 ERP 成分的波形。这可能是由于试次数量较少造成的：
需要考虑的事项
在比较参与者之间的 ERP 时，通常更好比较差异效应。
例如，我们可以查看对更频繁出现的音调（标准刺激）的平均 ERP，并与模式中较少出现的音调（偏差刺激/oddball）进行比较。我们只需将一个波形的幅度减去另一个波形的幅度，就能得到差异波形。正如图 5 所示，我们随后可以观察到一种 ERP 成分，通常称为失匹配负波（MMN），这是 ERP 研究中常见的研究对象。
图 5 – 当环境中的模式被违背时，可以在 ERP 中观察到失匹配负波成分
5. ERP 的应用
生物标志物识别：
ERP 最常见的应用之一是用于临床研究，以寻找更好的精神疾病诊断方法，例如精神分裂症。根据失匹配负波反应，精神分裂症患者可能与健康对照区分开来
图 6 – 失匹配负波幅度在慢性精神分裂症、近期发病以及有发病风险的人群中显著更高（Jashan 2012）
ERP – BCI（脑机接口）
针对不同心理指令或视觉刺激（例如键盘上的字母）的 ERP 可用于驱动轮椅或为 BCI 拼写器提供支持
6. 资源
Emotiv 手册
推荐阅读
Luck, S.J., 2005. 设计和解读 ERP 实验的十条简单规则。事件相关电位：方法手册，4。
1. 简介
欢迎！在这个第二个教程中，我们将学习如何标记大脑对刺激的反应。
我们将学习：
什么是事件相关电位（ERP）？
什么是 ERP 峰值和成分？
获得 ERP 的典型步骤
使用 Emotiv EPOC 设备和软件的实际应用
2. 什么是事件相关电位（ERP）？
事件相关电位（ERP），也称为诱发电位，是大脑对某个事件或刺激（例如听到响亮音调）的反应。具体来说——它是由于感觉或认知事件而在 EEG 中观察到的电压幅度变化。
我们可以观察到“ERP 成分”，它们是在刺激开始后出现的稳定峰值。一个 ERP 可以有许多正峰或负峰，但它们并不都是像 N100 或 P300 这样的、特征明确的 ERP 成分。
当你在时域中看到 EEG 时，要注意坐标轴的方向。有时你会看到坐标轴顶部是 –，底部是 +，尤其是在临床 EEG 中
注意：ERP 可以由单个事件表示，也可以通过对该事件的多个试次的幅度取平均来表示。通常，像图中那样具有这些明显成分的平滑 ERP 只有通过对数百次试次进行平均才能获得
图 1 – 典型的听觉 ERP 成分
典型成分的特征在于其极性（即正波（P）或负波（N））以及它们出现的时间（例如，第一个负成分 N1）。同样的 N1 成分也可以根据其出现时间来识别（例如，音调开始后 100ms）——N100
3. 获得 ERP 的步骤
实验阶段：
我们设计实验以获得特定感兴趣的 ERP。
例如，我们可以在参与者听音调时采集 EEG。
为了理解 EEG 数据，我们必须标记参与者在 EEG 中听到音调的时间点。这些被称为事件标记（图 2 中的垂直红线）。
图 2 – 显示在原始 EEG 上的事件标记（红线）
让事件标记的时间与音调开始准确对齐对我们看到 ERP 非常重要！因此，选择合适的硬件和软件来帮助我们获得准确的时间戳很重要。
选择参考电极
记住，电活动总是在两个点之间测量。在 EEG 设备中，每个传感器的电位都是相对于参考传感器（DRL + CMS）测量的。
在 Emotiv EPOC 设备中，参考传感器有两种选择
图 3 – Emotiv EPOC 类型设备中的参考选项
EPOC 类型头戴设备有两种参考方式可选：
乳突参考 – 要将乳突用作参考传感器，我们在 P3/P4 传感器上放置橡胶塞，并在乳突传感器上放置湿毡垫。
P3/P4 参考 – 要将 P3/P4 用作参考传感器，我们在 M1/M2 乳突传感器上放置橡胶塞，并在 P3/P4 传感器上放置湿毡垫
ERP 实验通常使用乳突参考，但你也可以使用 P3/P4 参考，因为在之后对数据进行预处理、分析之前，你总是可以在线重新参考数据。在分析数据之前，将数据重新参考到所有传感器的平均值是很常见的。
在我们的实验中，我们将使用乳突参考来采集数据。这里通常一个合理的假设是乳突突起不会像头部其他位置那样传导太多 EEG 数据，因此它是一个很好的参考点。
预处理：
我们无法在原始 EEG 中立即看到 ERP，因为与大脑内外正在发生的其他活动（~ ±40uV）相比，它的效应非常小（~ ±5uV）！
因此，为了看到与我们的音调相关的大脑效应，我们需要清理数据以去除任何噪声或伪迹。然后我们会对数据进行“epoch”处理——这是指将大脑反应切分到我们定义的时间窗口中（例如，从音调前 50ms 到音调后 400ms 的大脑反应）。然后我们对所有单独分段的 EEG 数据（即对所有音调的大脑反应）求平均，以获得一个清晰的 ERP。
以下是典型 ERP 流程中的基本步骤。研究人员会根据他们的数据和目标选择相应步骤。
图 4 – 典型的 ERP 处理流程
4. 让我们获取自己的 ERP
首先让我们设置软件
下载最新版本的 PsychoPy – https://www.psychopy.org/ 我们将使用 PsychoPy 向参与者呈现音调。
获取 Emotiv Launcher 和 EmotivPRO 应用程序来记录和查看 EEG。
将 PsychoPy 与你的 Emotiv 软件连接起来，这样它们就可以相互通信。
按照视频中的步骤操作：
使用 PsychoPy 构建一个 Emotiv EEG 实验
使用任何刺激（例如图像、音调）的多次重复都可以获得平滑的 ERP。在这里，我们将向参与者呈现相同的 50ms 音调，每 4 秒一次，共约 150 次！
跟着视频来构建一个仅包含单一音调的简单听觉实验：
让我们获取一些数据
既然你已经选择了参考方式，你可以观看视频，了解如何设置头戴设备以获得最佳质量的 EEG：
使用 EmotivPRO Analyzer 的 ERP 流程
观看视频并按照步骤生成你自己的 ERP：
理解来自 Analyzer 的 ERP 输出
对于每个通道，你都会看到一个平均波形。下方展示了一个典型的平滑 ERP，在 100ms 处有一个负峰。实线表示平均幅度，较浅的阴影表示均值标准误：
这里是一个带有噪声且没有清晰 ERP 成分的波形。这可能是由于试次数量较少造成的：
需要考虑的事项
在比较参与者之间的 ERP 时，通常更好比较差异效应。
例如，我们可以查看对更频繁出现的音调（标准刺激）的平均 ERP，并与模式中较少出现的音调（偏差刺激/oddball）进行比较。我们只需将一个波形的幅度减去另一个波形的幅度，就能得到差异波形。正如图 5 所示，我们随后可以观察到一种 ERP 成分，通常称为失匹配负波（MMN），这是 ERP 研究中常见的研究对象。
图 5 – 当环境中的模式被违背时，可以在 ERP 中观察到失匹配负波成分
5. ERP 的应用
生物标志物识别：
ERP 最常见的应用之一是用于临床研究，以寻找更好的精神疾病诊断方法，例如精神分裂症。根据失匹配负波反应，精神分裂症患者可能与健康对照区分开来
图 6 – 失匹配负波幅度在慢性精神分裂症、近期发病以及有发病风险的人群中显著更高（Jashan 2012）
ERP – BCI（脑机接口）
针对不同心理指令或视觉刺激（例如键盘上的字母）的 ERP 可用于驱动轮椅或为 BCI 拼写器提供支持
6. 资源
Emotiv 手册
推荐阅读
Luck, S.J., 2005. 设计和解读 ERP 实验的十条简单规则。事件相关电位：方法手册，4。
1. 简介
欢迎！在这个第二个教程中，我们将学习如何标记大脑对刺激的反应。
我们将学习：
什么是事件相关电位（ERP）？
什么是 ERP 峰值和成分？
获得 ERP 的典型步骤
使用 Emotiv EPOC 设备和软件的实际应用
2. 什么是事件相关电位（ERP）？
事件相关电位（ERP），也称为诱发电位，是大脑对某个事件或刺激（例如听到响亮音调）的反应。具体来说——它是由于感觉或认知事件而在 EEG 中观察到的电压幅度变化。
我们可以观察到“ERP 成分”，它们是在刺激开始后出现的稳定峰值。一个 ERP 可以有许多正峰或负峰，但它们并不都是像 N100 或 P300 这样的、特征明确的 ERP 成分。
当你在时域中看到 EEG 时，要注意坐标轴的方向。有时你会看到坐标轴顶部是 –，底部是 +，尤其是在临床 EEG 中
注意：ERP 可以由单个事件表示，也可以通过对该事件的多个试次的幅度取平均来表示。通常，像图中那样具有这些明显成分的平滑 ERP 只有通过对数百次试次进行平均才能获得
图 1 – 典型的听觉 ERP 成分
典型成分的特征在于其极性（即正波（P）或负波（N））以及它们出现的时间（例如，第一个负成分 N1）。同样的 N1 成分也可以根据其出现时间来识别（例如，音调开始后 100ms）——N100
3. 获得 ERP 的步骤
实验阶段：
我们设计实验以获得特定感兴趣的 ERP。
例如，我们可以在参与者听音调时采集 EEG。
为了理解 EEG 数据，我们必须标记参与者在 EEG 中听到音调的时间点。这些被称为事件标记（图 2 中的垂直红线）。
图 2 – 显示在原始 EEG 上的事件标记（红线）
让事件标记的时间与音调开始准确对齐对我们看到 ERP 非常重要！因此，选择合适的硬件和软件来帮助我们获得准确的时间戳很重要。
选择参考电极
记住，电活动总是在两个点之间测量。在 EEG 设备中，每个传感器的电位都是相对于参考传感器（DRL + CMS）测量的。
在 Emotiv EPOC 设备中，参考传感器有两种选择
图 3 – Emotiv EPOC 类型设备中的参考选项
EPOC 类型头戴设备有两种参考方式可选：
乳突参考 – 要将乳突用作参考传感器，我们在 P3/P4 传感器上放置橡胶塞，并在乳突传感器上放置湿毡垫。
P3/P4 参考 – 要将 P3/P4 用作参考传感器，我们在 M1/M2 乳突传感器上放置橡胶塞，并在 P3/P4 传感器上放置湿毡垫
ERP 实验通常使用乳突参考，但你也可以使用 P3/P4 参考，因为在之后对数据进行预处理、分析之前，你总是可以在线重新参考数据。在分析数据之前，将数据重新参考到所有传感器的平均值是很常见的。
在我们的实验中，我们将使用乳突参考来采集数据。这里通常一个合理的假设是乳突突起不会像头部其他位置那样传导太多 EEG 数据，因此它是一个很好的参考点。
预处理：
我们无法在原始 EEG 中立即看到 ERP，因为与大脑内外正在发生的其他活动（~ ±40uV）相比，它的效应非常小（~ ±5uV）！
因此，为了看到与我们的音调相关的大脑效应，我们需要清理数据以去除任何噪声或伪迹。然后我们会对数据进行“epoch”处理——这是指将大脑反应切分到我们定义的时间窗口中（例如，从音调前 50ms 到音调后 400ms 的大脑反应）。然后我们对所有单独分段的 EEG 数据（即对所有音调的大脑反应）求平均，以获得一个清晰的 ERP。
以下是典型 ERP 流程中的基本步骤。研究人员会根据他们的数据和目标选择相应步骤。
图 4 – 典型的 ERP 处理流程
4. 让我们获取自己的 ERP
首先让我们设置软件
下载最新版本的 PsychoPy – https://www.psychopy.org/ 我们将使用 PsychoPy 向参与者呈现音调。
获取 Emotiv Launcher 和 EmotivPRO 应用程序来记录和查看 EEG。
将 PsychoPy 与你的 Emotiv 软件连接起来，这样它们就可以相互通信。
按照视频中的步骤操作：
使用 PsychoPy 构建一个 Emotiv EEG 实验
使用任何刺激（例如图像、音调）的多次重复都可以获得平滑的 ERP。在这里，我们将向参与者呈现相同的 50ms 音调，每 4 秒一次，共约 150 次！
跟着视频来构建一个仅包含单一音调的简单听觉实验：
让我们获取一些数据
既然你已经选择了参考方式，你可以观看视频，了解如何设置头戴设备以获得最佳质量的 EEG：
使用 EmotivPRO Analyzer 的 ERP 流程
观看视频并按照步骤生成你自己的 ERP：
理解来自 Analyzer 的 ERP 输出
对于每个通道，你都会看到一个平均波形。下方展示了一个典型的平滑 ERP，在 100ms 处有一个负峰。实线表示平均幅度，较浅的阴影表示均值标准误：
这里是一个带有噪声且没有清晰 ERP 成分的波形。这可能是由于试次数量较少造成的：
需要考虑的事项
在比较参与者之间的 ERP 时，通常更好比较差异效应。
例如，我们可以查看对更频繁出现的音调（标准刺激）的平均 ERP，并与模式中较少出现的音调（偏差刺激/oddball）进行比较。我们只需将一个波形的幅度减去另一个波形的幅度，就能得到差异波形。正如图 5 所示，我们随后可以观察到一种 ERP 成分，通常称为失匹配负波（MMN），这是 ERP 研究中常见的研究对象。
图 5 – 当环境中的模式被违背时，可以在 ERP 中观察到失匹配负波成分
5. ERP 的应用
生物标志物识别：
ERP 最常见的应用之一是用于临床研究，以寻找更好的精神疾病诊断方法，例如精神分裂症。根据失匹配负波反应，精神分裂症患者可能与健康对照区分开来
图 6 – 失匹配负波幅度在慢性精神分裂症、近期发病以及有发病风险的人群中显著更高（Jashan 2012）
ERP – BCI（脑机接口）
针对不同心理指令或视觉刺激（例如键盘上的字母）的 ERP 可用于驱动轮椅或为 BCI 拼写器提供支持
6. 资源
Emotiv 手册
推荐阅读
Luck, S.J., 2005. 设计和解读 ERP 实验的十条简单规则。事件相关电位：方法手册，4。
