erp设备杜博琪北师大课程.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/3/10,#,ERP,设备,&,实验流程,杜博琪,现在,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,(electroencephalogram),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,electro,electrical,电的；,encephalo,brain,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,现在,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,例如：,49 trials=7,2,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 time 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/Noise,EEG combined with TMS,EEG 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：,2,n,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 ms,Peak Duration 1-1.5 ms,5-7 peaks to resolve,Sample 1/5-1/10 ms,Middle Latency Response 15-65 ms,Peak Duration 3-5 ms,Sample 1/2-1 ms,Cognitive components 65-1000 ms,Peak Duration 20-100 ms,Sample 4-5 ms,CNV-Contingent Negative Variation 2 S-10 S,Peak 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,EEG,信号,核磁环境下的,EEG,信号,幅度,50,微伏左右,5000,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),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：,0.3-30Hz,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,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 system,10-20 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 impedance,Long-lasting,Cons:,Messy,Subject discomfort,Uneven quality/shelf life,“Quik-Cel”(sponges+electrolyte),Pros:,Pain-free,fast prep,Tidy,Cons:,Higher impedance,Longer setup,Salt bridging more likely,Sponges dry out,Results 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 Consent,）,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 research;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），再打开实验材料；,4.,确认被试准备好且明白下一个任务后，先开始记录，再运行实验程序；,5.,每一部分实验结束后迅速停止脑电记录，下一部分实验开始重复步骤,4,；,6.,监控被试按键正误、大致看看波形，标记坏电极或者使用外接电极替换；,7.,实验休息中间看看电阻；,主试须知,5,ERP,实验结束,：,1.,摘电极帽；从被试头上取帽子时，贴在皮肤上的,6,个电极，请注意拿住胶布处取下，而不是导线，因为导线非常脆弱；,2.,被试洗头。,3.,清洁电极帽。洗帽子注意别把接头处沾水。湿帽子用电风扇吹干，不能用吹风机或者暖气等热风；帽子晾干后及时挂在柜子里；,被试进行行为实验（后测，可选）；,记录被试在实验期间的主观感受，以及潜在的可能影响实验结果的事件、因素等；,实验结束,关放大器，关电脑，反应盒，关灯；,被试签字（报酬等）；,数据备份；,填写实验记录表：坏电极、仪器问题；,清洗电极、针管、毛巾并晾干，整理实验室、洗头房；,清理垃圾桶的垃圾，把用过的毛巾、吹风机、梳子等放在该放的位置；,离开实验室时，注意关灯、窗户、锁门，并把钥匙给下一个用实验室的同学。,消除被试的误解和紧张,正面屏幕,别睡着了,预祝实验成功,Let the imagination go,guiding it by judgment and principle,but holding it in and directing it by,experiment.,Faraday,，,1859,