针对BCI初学者的全面解析。

1. 引言 欢迎！在第二个教程中，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，是大脑对事件或刺激（例如听到响亮的音调）的反应。具体来说，它是EEG中因感官或认知事件而产生的电压幅度变化。我们可以观察到“ERP成分”，它们是在刺激出现后发生的稳定峰值。ERP可以有多个正峰或负峰，但并非所有都是良好表征的ERP成分，例如N100或P300成分。请记住，当您在时间域中看到EEG时，要查看轴的方向。有时您会看到轴的顶部是-，底部是+，特别是在临床EEG中。注意：ERP可以由单一事件表示或通过对该事件的多个试次幅度进行平均来表示。通常，只有通过对数百次试验进行平均才能获得如图像中所示的具有明显成分的平滑ERP。图1-典型的听觉ERP成分典型成分通过其极性（即，正（P）或负（N））以及它们发生的时间（例如，第一个负成分N1）来表征。同样的N1成分也可以通过其发生的时间来标识（例如，音调出现后的100毫秒）- N100 3. 获取ERP的步骤实验阶段：我们设计实验以获取特定的感兴趣的ERP。例如，我们可能在参与者听音频音调时收集EEG。为了理清EEG数据，我们必须在EEG中标记参与者听到音调的时间。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）准确对齐事件标记的时间与音调开始的时刻对于我们能够看到ERP是非常重要的！因此，选择合适的硬件和软件来帮助我们获取准确的时间戳非常重要。选择参考点 记住电活动始终是测量两个点之间的。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）来测量的。在Emotiv EPOC设备中，有两个参考传感器选项图3-Emotiv EPOC类型设备中的参考选项 EPOC类型耳机有两个参考选项：乳突参考-要使用乳突作为参考传感器，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毛毡。P3/P4参考-要使用P3/P4作为参考传感器，我们在M1/M2乳突传感器上放置橡胶塞，并在P3/P4传感器上放置湿毛毡。通常，在ERP实验中使用乳突参考，但您可以使用P3/P4参考，因为您始终可以在分析前对数据进行在线重新引用。通常，在分析数据之前，可以将数据重新引用为所有传感器的平均值。对于我们的实验，我们将使用乳突参考收集数据。这里通常好的假设是乳突过程不会像头部其他地方一样传递EEG数据，因此它是一个好的参考点。预处理：我们无法立即在原始EEG中看到ERP，因为它与我们大脑中发生的其他一切相比是非常小的效应（〜±5uV）！因此，为了看到特定于我们音调的大脑效应，我们需要清理数据以去除任何噪声或伪影。然后我们会对数据进行“分段”-这是一种将大脑反应分块到我们定义的时间窗口（例如，从音调前50毫秒到后400毫秒开始的大脑反应）的术语。然后我们平均所有单独的分段EEG数据（即，所有音调的大脑反应）以获得一个明显的ERP。以下是在典型ERP流程中的基本步骤。研究人员将根据他们的数据和目标选择步骤。图4-典型的ERP处理流程 4. 让我们获得自己的ERP 首先设置软件 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应用程序以记录和查看EEG。将PsychoPy与您的Emotiv软件连接，以便它们可以相互通信。按照视频中的步骤：使用PsychoPy构建EMOTIV EEG实验 可以通过多次重复任何刺激（例如图像、音调）获得平滑的ERP。在这里，我们将每4秒向参与者呈现相同的50毫秒音调，大约150次！按照视频中的步骤构建一个简单的单音调听觉实验：让我们获取一些数据 现在您已选择参考，您可以观看视频以了解如何设置耳机以获得最佳质量的EEG：使用EmotivPRO分析器的ERP流程观看视频并按照步骤生成自己的ERP：理解分析器输出的ERP 对于每个通道，您将看到平均波形。可以在下面看到一个典型的平滑ERP，其负峰值出现在100毫秒处。实线表示平均幅度，而较浅的阴影表示均值的标准误差：以下是一个没有明显ERP成分的杂音波形。这可能是由于试次数量较少造成的：考虑事项 在比较参与者之间的ERP时，通常最好比较差异效应。例如。我们可以观察到频率较高的音调（标准）与较少发生的音调（偏差/奇异）在模式上发生的平均ERP。我们可以通过简单地从一个波形中减去另一个波形的幅度来获得差异波形。如图5所示，我们可以观察到一个通常称为失配负性（MMN）的ERP成分，MMN在ERP研究中常被研究。图5-当环境中存在模式的违反时，可以在ERP中观察到失配负性成分 5. ERP的应用 生物标志的识别：ERP的最常见应用之一是在临床研究中寻找更好的方法来诊断精神疾病，如精神分裂症。生活在精神分裂症中的人可以根据其失配负性反应与健康对照组区分开。图6-失配负性幅度显著高于慢性精神分裂症、近期发病以及那些有发展该障碍风险的患者（Jashan 2012） ERP - BCI（脑机接口） ERP 对不同的心理指令或视觉刺激（如键盘上的字母）可用于移动轮椅或驱动BCI拼写器 6. 资源 Emotiv手册 EmotivPRO Builder手册 EmotivPRO手册 EmotivPRO分析器手册 推荐阅读 Luck, S.J., 2005. 设计和解释ERP实验的十个简单规则。事件相关电位：方法手册，第4版。