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大话脑成像之十七:三国风云之ERP的基础成分争雄(上)
发布者:admin 发布时间:2018/7/13

大话脑成像之十七:三国风云之ERP的基础成分争雄(上)

    在开始之前,告诉大家一个喜闻乐见的消息,和往期不同,本期大话没有公式!!请放心食用(你很可能会转发并收藏本文并反复阅读,因为这可能是银河系你所能看到的最全面的ERP成分的整合说明)。

     所谓“天下大势,分久必合,合久必分,分分合合,合合分分”。

     这一日,阿瞒与谋士小许,随至小亭,已设樽俎:盘置青梅,一樽煮酒。二人对坐,开怀畅饮。酒至半酣,忽阴云漠漠,聚雨将至。从人遥指天外龙挂,瞒与许凭栏观之。瞒曰:

使君知ERP之变化否?小许曰:未知其详“。

操开始言道:

       相信有阅读过一些ERP文献、对脑电实验有所了解的同学,对脑电成分这个名字并不陌生。《事件相关电位原理与技术》(脑电学习中的地位不亚于少林易筋经)一书中对其进行了如下定义:ERP的基本成分是出现条件比较明确、与心理因素的关系比较清楚且可以作为工具使用的成分。

       这里,笔者对此概念进行适当的补充:我们以特定类型的刺激出现的时刻为时间起点,把EEG数据进行分段和叠加平均后,可以发现,在特定的电极区域出现了在特定的时间点前后达到峰值的波形,且该波形常常与特定的神经活动或者心理因素有关。这就是ERP的基础成分。本期大话将围绕以上几个特点,给大家介绍一下脑电的一些常见成分。

       ERP在不同领域有不同的分类方法,在介绍常用脑电成分前,我们先看看主要的三种分类方法。在认知神经科学基础研究中,一般有以下三种分类方式:

1)按感觉通路分类

基于不同感觉通路的刺激材料类型,可以把ERP主要划分为听觉诱发电位(audiroty evoked potential,AEP)、视觉诱发电位(visual evoked potential,VEP)、体感诱发电位(somatosensorty evoked potential,SEP)。由于嗅觉与味觉的的感觉通道比较特殊,难以精确地确定刺激的时间起点,但也有有一些研究使用特定的刺激设备记录到这些电位。

2)按内外源分类

如果把大脑比作计算机,那大脑的运作大概可以分为信息输入、信息处理和输出。其中的信息输入部分,取决于外在的物理刺激,由此引发的脑电成分,我们称之为外源性脑电成分,比较经典的视觉P1、N1、P2(此处的P和N代表正(positive)负(negative,注意不是naive,下同),都是外源性的脑电成分;而信息处理和输出的过程,主要与认知功能有关,因此被称为内源性脑电成分,比如N2、P3(P300)都是内源性脑电成分。神经科学一般着重于内源性脑电成分的研究,因为它更能反映认知相关的脑电成分。

3)按潜伏期分类

作为锁时锁相的电生理信号,ERP成分的一个重要特征就是其相对于刺激发生时间具有相对固定的时间间隔。以刺激发生的时间点为零点,到脑电成分的波形达到峰值时的时间间隔,被称为ERP的潜伏期。按潜伏期的长短,可以将脑电分为早成分、中成分、晚成分和慢波。一般认为脑电的早、中期成分与物理刺激引发的神经通路的激活有关(外源性成分),而晚期成分、慢波与心理因素关系比较密切(内源性成分)。

下面我们将主要介绍ERP的一些经典内源性成分,包括它们的时间、位置以及与之相关联的心理成分和研究范式,以及一些影响因素和临床应用的简单介绍:

CNV(天下大乱,始于董卓)



关联性负变化(contigent negativevaration,CNV)是最早发现脑电成分之一。WilliamGrey Walter等人通过在靶刺激前一定时间设置一个警告刺激,并要求被试在靶刺激出现后尽快做出反应。在警告刺激发生之后260-470ms可以观测到一个负向偏转的波形,该波形在Cz达到最大。后续研究认为,CNV其实是一个复合波,主要由一个朝向波(orientation wave,O波)和一个期待波(expectence,E波)组成。一般,认为CNV由朝向反应和期待引发,并与动机、注意和觉醒密切相关。MEG研究认为CNV主要由前运动皮层引发。

在脑损伤研究中,一些针对癫痫病人的研究发现,某些情况下,癫痫放电会影响E波导致CNV振幅降低;针对实施了额叶区域切除术的患者的研究也发现了CNV的振幅降低或者消失。


P3(P300)(战斗力爆表,研究最多,所谓人中吕布,脑中P3,已经被我斩了)


P300是一个可重复性很高,被最广泛研究和应用的脑电成分,几乎可以成为脑电研究的代名词。P300可以在Oddball范式中被观测到。该范式主要由两类刺激构成,第一种刺激出现的概率很大(标准刺激)(如90%),另一种刺激出现的概率很小(偏差刺激)(如10%),要求被试针对不同的刺激做出不同的反应。此时在新异刺激出现后约300ms将出现一个正波,即P300,且偏差刺激所占比例越小(越新异),P300振幅越大。且P300一般在顶叶的Pz附近达到振幅最大。此时如果只提取第一次偏差刺激进行叠加,或者在Oddball中再加入一个更小概率的新异刺激,就会在新异刺激的试次观测到一个潜伏期更短的(250ms~280ms左右),更偏向于额叶的正波,我们称之为P3a;在此时,针对相对出现次数较多的P300也被称为P3b。

P300虽然由刺激的新异性引发,而我们对它具体的神经机制却还是没有很好的解释。但我们可以利用其波幅和潜伏期的敏感性对认知负荷进行研究。如在老年人和额叶受损的病人中,不论是针对首次偏差刺激还是新异刺激,还是出现次数相对较多的偏差刺激,都只能观测到P3a。研究认为这是因为P3a成分由没有记忆模块的刺激引起,老年人和额叶受损的病人认知负荷能力比较差,并不能很快速地对新异刺激产生记忆。因此相对包含记忆模块的P3b被广泛运用于很多决策和认知相关的研究。


MMN(应用广泛,乃治事能臣,乱世枭雄,没错,小许,是你哥我无疑)



失匹配负波(mismatched negativity,MMN)同样可以在Oddball的听觉范式中观测到。当偏差刺激减去标准刺激时,在160ms~220ms可以观测到一个负走向波,潜伏期与偏差刺激相对于标准刺激的差异有关,差异越大,潜伏期越短。该波在中央区域的中线位置达到最大。

它与P300的不同不但在于时间位置,MMN即使在刺激与任务不相关(如看书的时候听纯音刺激)也能检测到;但若让被试注意另一只耳的竞争性刺激,那么对于这只耳上的失匹配刺激,MNN也会消失(即很认真听一只耳的声音,忽略另一只耳的声音,另一只耳的偏差刺激也不能产生MNN)。

综上,MMN反应了一种相对的自动化信息处理过程。MMN在临床上运用也很广泛,包括失语症患者的听觉感知评估、AD病人的研究、酒精成瘾的研究、精神疾病的预测等。


N2(五子良将张辽,先事吕布,后归顺于我,现在正在帮我清洗座驾)


很多范式诸如前文提到的oddball范式、stroop范式、stopsignal范式和Go/No go范式都可以检测到N2成分。N2被分为N2a、N2b和N2c,其中N2b和N2c常常与P3一起出现;而N2a被认为是上文的听觉MMN,但不同的是MMN是一个差异波,而N2a可以直接观测。下表列出了三者的异同:

成分名

N2a或听觉MMN

N2b

N2c

一般位置:

额-中央区/前部

额-中央区/后部

额-中央区/后部

共同组成:

----

与额叶P3a组分一起观察

与P3b组分一起观察

注意:

在重复刺激呈现中,不需要注意

需要有意识的刺激注意力

需要有意识的刺激注意力

头皮分布:

听觉刺激的前头皮分布

中央头皮分布用于听觉和视觉刺激

后部头皮分布为视觉刺激。听觉刺激的前中心分布

神经发生器:

听觉皮层区域,额叶,海马

前扣带皮层,额叶和颞上皮质

----

范式:

听觉Oddball和不反应的Go-Nogo范式

Oddball,Go-Nogo,stop signal,stroop

Oddball,Go-Nogo,stop signal

潜伏期:

随着偏差刺激的增加而增加;与听觉处理持续时间有关

与刺激属性有关

延迟与反应时间有关。

振幅:

与听觉记忆痕迹有关

没有行为反应的新异刺激中振幅更大

靶刺激中的N2c更大

认知表征:

负责检测刺激的新颖性或与靶刺激的不匹配性、反映偏差刺激与标准刺激的感觉记忆表现之间的差异、负责分析感觉记忆中听觉刺激的特征,是一种自动化的新异刺激感应过程。

与响应抑制,响应冲突和错误检测相关。对感知新异刺激和注意偏差敏感。

代表处理大脑视觉皮层内的刺激背景和特征所需的视觉注意力或注意力程度。

    小许听完阿瞒的介绍吃了一惊,手中所执匙箸,不觉落于地下。纳头便拜,言道“陛下上知天文下知地理,微臣学一万年,学不到丞相的万分之一”

    “不足挂齿!”曹丞相谦虚的说道,胸前的红领巾更加鲜艳了。


    ERP界三国风云人物层出不穷,本期大话将分为上下部分,下一部分我们将继续介绍比如关二爷,诸葛孔明,陆逊,周瑜,张辽,卢俊义,花荣,令狐冲,小李飞刀,萨尔,阿尔萨斯,N170、N400、P600、ERN、RP/LRP、EPN、LPP等成分,期待下半部的小伙伴们,快快关注并转发思影科技公众号。

     我是梅西,我回家了,你们慢慢看。


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