erp设备-北师大课程.pptx
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1、ERP设备&实验流程杜博琪脑电的缘起1875年:英国利物浦的生理学教授李察卡(Richad Caton)在兔子的大脑皮质表面记录到一种电波,此电波与呼吸或心跳无关,是一种脑部的生理变化,随着动物受麻醉或缺氧而破坏,且动物在死亡后消失。后来他又发现刺激动物的身体能使脑波发生变化他利用这种变化来研究身体之部位与大脑皮质区的关系,并探讨大脑皮质区的功能,成为后来神经诊断学中诱发电位(evoked potential)发展的基础。Richard Caton,1842-1926脑电图1929年,德国精神柯医师汉斯伯格(Hans Berger),首次发表人类的脑波记录,并命名为脑电波图(electroen
2、cephalogram)简称EEG,此后脑电开始被应用在医学的领域。从字面意义上来看electroelectrical电的;encephalobrain大脑的;gram(ma)picture图像。所指的就是记录大脑活动时的电波变化。Hans Berger(1873-1941)现代脑电设备诞生纸质媒介记录的终结放大器的基本构成提纲一.ERP设备1.放大器2.滤波器3.电极4.刺激呈现二.实验流程1.实验申请2.伦理审查3.主试须知为什么要了解设备?1.干净的数据无可替代2.数据的解释3.方法的创新干净数据的无可替代性ERP 噪声水平和叠加trial数的关系噪声水平约等于trial数的平方根的倒数
3、例如:49 trials=72 or 14.29%of signal could be noise肌电、50周、出汗、电极移动等。增加叠加次数?事先检查设备状态,减少可能的噪声,最终节省的是自己的时间干净数据的无可替代性同一个block内的trial,前后的效果也是不同的连续记录100个听觉诱发电位分别将前25个trial和后25个trial叠加效果见右图并不一定是trial数越多越好如果你是研究者或者审稿人你在发表自己的ERP研究报告时,要说明哪些记录参数?记录参数的变化是如何影响到分析的结果的?一篇ERP研究报告,在方法部分,你应该关注哪些参数?将脑电与其他方法联合应用于研究 Good t
4、ime resolution,ms compared to s with fMRI Portable and affordable More tolerant to subject movement than fMRI EEG is silent and so useful for studying auditory processing Low spatial resolution Artifacts/NoiseEEG combined with TMSEEG combined with fMRI工欲善其事,必先利其器模数转换器(A/D convertor)关系到ERP设备的采样能力:2n
5、is the full range of values:8 bit A/D=28=256(range=0-255)10 bit A/D=210=1024(range=0-1023)12 bit A/D=212=4096(range=0-4095)16 bit A/D=216=65536(range=0-65535)目前设备的转换位数:A/D Resolution:24 bit采样率(Sample Rate)Brain Stem Evoked Response(BSER)1-15 msPeak Duration 1-1.5 ms 5-7 peaks to resolve Sample 1/5-1
6、/10 ms Middle Latency Response 15-65 msPeak Duration 3-5 msSample 1/2-1 msCognitive components 65-1000 msPeak Duration 20-100 msSample 4-5 msCNV-Contingent Negative Variation 2 S-10 SPeak Duration 5-10 S听觉诱发电位采样率:10000Hz低通滤波:3000Hz以上高通滤波:100-150Hz核磁环境下采集 传统条件下的条件下的EEG信号信号 核磁核磁环境下的境下的EEG信号信号幅度50微伏左右5
7、000微伏频率低频成分比较多,基本上在100hz以下频率非常高,而且能量很大采样率:20000Hz或以上放大范围:10mv以上电极的选择:防止灼伤差分放大电路EEG信号放大是通过差分放大器放大“记录电极-接地电极”和“参考电极-接地电极”之差来实现的。如果输入阻抗很高,差分放大器共模抑制能力的被削弱,导致电路的底噪声难以去除。这种噪声难以通过算法在后处理中去除。直流采集(DC)/交流采集(AC)直流放大器/交流放大器交流放大器有电容的隔直作用,可降低漂移噪声电路复杂,放大级数有限,不够灵活 直流放大器的优点是失真小,可以接成级数无限的多级放大电路,放大倍数可以很高,能够放大直流信号或变化极其缓
8、慢的交流信号。漂移参考点的选择鼻尖、鼻根头顶(Vertex)乳突(mastoid)耳垂(Ear lobe)头部以外的部位(Back、Leg 等)平均参考(Average,如果电极很多的话,建议使用)选择一个点作为参考,越靠近参考的记录电极,波幅越小。参考点的选择对数据的“影响”Joyce&Rossion,2005滤波器高通滤波High Pass Filter-attenuates LOW frequency while“saving”or passing through the HIGH frequencies(low frequency filter,low band pass filter
9、)低通滤波Low Pass Filter-attenuates HIGH frequency while“saving”or passing through the LOW frequencies(high frequency filter,high band pass filter)截止频率、时间常数滤波器的参数会影响到ERP的波幅和潜伏期滤波对ERP的影响低通滤波:阻止高于所设参数的频率成分进入低通越小会导致ERP成分的峰潜伏期增加高通滤波:阻止低于所设参数的频率成分进入高通增加会导致ERP成分峰潜伏期的减少,波幅减小反之亦然滤波参数:0.3-100Hz低通滤波的影响滤波参数:0.3-30
10、Hz低通滤波的影响滤波参数:0.3-10Hz低通滤波的影响滤波参数:0.3-5Hz低通越小会导致ERP成分的峰潜伏期增加低通滤波的影响滤波参数:2-10Hz低通滤波的影响滤波参数:2-20Hz低通滤波的影响滤波参数:2-30Hz低通滤波的影响滤波参数:2-100Hz(60Hz陷波)低通越高,潜伏期提前低通滤波的影响滤波参数:0.3-100Hz高通滤波的影响滤波参数:2-100Hz(60Hz陷波)高通滤波的影响滤波参数:3-100Hz(60Hz陷波)高通滤波的影响滤波参数:5-100Hz(60Hz陷波)高通滤波的影响记录电极制作材料:金、银、氯化银、碳、锡等形状多样与皮肤接触的方式电极膏、盐水等
11、针电极采用导电膏的电极(帽)采用盐水导电的电极帽皮肤电阻高(允许40-60K)佩戴快速(10min)持续时间短(30min)电极放置位置和数量取决于实验的目的、实验效应以及被是的年龄等多种因素。没有绝对正确或者普适的标准;文章中需要报告电极的放置方式以及参考点的选择(事实上到目前为止,曾经使用过的电极放置方式多达50多种)另,对于特殊被试,例如儿童,电极(帽)准备时间最好少一些,例如10分钟10-20 system10-20 system实际上10-20系统给出的也只是电极之间的相对位置个体差异是存在的例如:帽子的弹性,头部的形状等(新生儿头的形状与出生方式有关)空间分辨率并不是ERP优势顺产
12、新生儿剖腹产新生儿电极阻抗通常电极阻抗的建议值是5K如果电极阻抗过高会导致:1.降低放大器的共模抑制能力;2.提高皮肤电位高输入阻抗的放大器,允许40-60K的电阻例如:EGI/Biosemi 等导电膏(paste)vs 盐水(KCL Solution)“Quik-Gel”(Gloopy off-white paste)Pros:Can achieve very low impedanceLong-lastingCons:MessySubject discomfortUneven quality/shelf life“Quik-Cel”(sponges+electrolyte)Pros:Pai
13、n-free,fast prepTidyCons:Higher impedanceLonger setupSalt bridging more likelySponges dry outResults depend on subjects hair type实验室环境需要考虑的因素:电源:电压、电涌、断电保护地线:良好接地、去静电地板噪声(环境噪声和电噪声)温湿度控制特殊被试的要求安全性UPS设备电源要求:电压:AC220V(3%);电流:25A;频率50Hz;地线良好;零线与地线之间交流电压100dB成本?MEG什么情况下需要?引入设备的电磁干扰怎么做?法拉第笼(富兰克林笼)温湿度控制出汗伪
14、迹导电介质的持续时间被试的舒适性新风系统/空调/加湿器刺激呈现系统电脑和软件E-prime/Presentation/Psychotoolbox/Stim刺激传输系统(分频)声音反应系统(功放/话筒等)视觉刺激呈现系统刺激的marker(trigger)刺激参数的控制界限(设备的最大的能力,失真/延迟等)设备的放置理想情况:2间隔音的屋子被试间和设备间(主试间)单向玻璃摄像头特殊情况下:至少:设备和主试都在被试的身后或者视线之外控制被试视线内的分心刺激No Threaten,No Messy实验申请填写实验申请特殊政策递交评审委员会审查实验的基本合理性伦理审查知情同意书(Informed Co
15、nsent)成人被试儿童被试老年被试病人人体试验审议委员会Institutional Review Board(IRB)IRB review:a)Research involving human subjects conducted or supported by the Department of Health and Human Services,or other federal departments or agencies that apply the Federal Policy for the Protection of Human Subjects to such researc
16、h;and/or b)Clinical investigations regulated by the Food and Drug Administration(FDA)of the Department of Health and Human Services成员主试须知1(以Neuroscan设备为例)准备阶段:准备导电膏;可按照5:1的比例加入纯净水,搅拌均匀后加热(解冻至常温即可);用针管吸好备用;提前确认仪器设备、电极帽正常开放大器、电脑(注意先后顺序);刺激呈现电脑准备好程序;确认采集数据主机有足够的硬盘空间;数据采集主机设置参数load setup,(notch取50Hz,非必要
17、步骤);Acquire acquisition-impendance进入调电阻状态;用前用棉签擦拭每个电极(建议步骤);主试须知2被试准备:签订知情同意书;介绍ERP无害,用于研究,自愿参加;被试视力、听力正常(确认被试没有戴隐形眼镜);请勿给被试饮用带有咖啡因等成分的提神饮料(包括茶、咖啡、红牛等);建议饮用常温纯净水;若实验时间较长,请建议被试提前去洗手间;被试洗头(请勿使用具有养护头皮作用的洗发液);并用磨砂膏擦洗眼眶周围和耳后皮肤;说明实验指导语,并提醒被试注意事项;通常建议被试完成每一个实验任务过程中不要眨眼,按键后可以眨;每一个部分完成后闭目休息;主试须知3戴电极帽,打导电膏:准备
18、好胶带,剪刀,纸巾(主试自备),针管,酒精棉;量好被试头围,确定所使用帽子的大小;从前面戴帽子,FPZ在中间,撑开,拉紧;电极帽的线放在椅背上或固定在椅侧;给被试披上毛巾;贴上参考和眼电电极,保证电阻调到5K以下;打导电膏,主试分区域负责,先周围后顶上;打完一遍后再检查是否有需要补打的,阻抗小于5K;为防止被试的焦虑或疲惫,可与被试适当交谈;主试须知4开始实验:1.按照指导语重申实验任务和要求,进行练习实验,观察被试眼动、头动、手动等并加以提醒说明;眨眼控制在两个trail之间,头不动,结束后闭眼休息;2.确认记录结果的文件名与被试id一致;3.先选择好脑电数据存放目录和文件名(与实验材料同名
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