基本原理及其在认知神经科学中的应用

会计学1基本原理及其在认知神经科学中的应用基本原理及其在认知神经科学中的应用第1页/共35页（1）诱发电位（）诱发电位（EP）的广义定义：凡是外加一种特定的刺激作）的广义定义：凡是外加一种特定的刺激作用于机体，在给予刺激或撤消刺激时，在神经系统任何部位引起用于机体，在给予刺激或撤消刺激时，在神经系统任何部位引起的电位变化。的电位变化。（2）诱发电位（）诱发电位（EP）的狭义定义：凡是外加一种特定的刺激，）的狭义定义：凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，在作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，在脑区所引起的电位变化。脑区所引起的电位变化。（3）事件相关电位（）事件相关电位（ERP）的定义：当外加一种特定的刺激，）的定义：当外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，或作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，或/和当某种心理因素出现时在脑区所产生的电位变化。和当某种心理因素出现时在脑区所产生的电位变化。需要注意撤反应。需要注意撤反应。2、ERP的定义的定义第1页/共34页第2页/共35页3、特性：、特性：（1）淹没，约）淹没，约2微伏微伏 10微伏。微伏。（2）两个恒定：潜伏期、波形。）两个恒定：潜伏期、波形。4、简史：、简史：1935-1936 Pauline and Hallowell Davis首先在清醒人记录到感觉首先在清醒人记录到感觉ERP。1939 Davis等首次发表等首次发表ERP论文，单次刺激诱发，论文，单次刺激诱发，EEG平静时记平静时记录。录。1947 Dawson 首次报道用照相叠加技术记录人体首次报道用照相叠加技术记录人体EP。1951 Dawson 首次发明机械驱动首次发明机械驱动-电子存储式电子存储式EP叠加与平均方法叠加与平均方法（张明岛等，（张明岛等，1995），开创了神经电生理学的新时代。），开创了神经电生理学的新时代。1962 Galambos and Sheatz首次发表计算机平均叠加首次发表计算机平均叠加ERP论文。论文。1964 Grey Walter等发表第一个认知等发表第一个认知ERP成分（成分（CNV），标志着），标志着ERP研究新时代的开始。研究新时代的开始。第2页/共34页第3页/共35页5、EEG对对ERP的淹没与的淹没与叠加基本原理叠加基本原理第3页/共34页第4页/共35页l 计算机不设置负值，只有正值，波的低谷也为正值，故噪计算机不设置负值，只有正值，波的低谷也为正值，故噪声叠加也增大，而不是互相抵消。声叠加也增大，而不是互相抵消。l 信噪比的提高值与叠加次数信噪比的提高值与叠加次数:。例：原例：原信号信号2微伏微伏/噪音噪音10微伏微伏=0.2，叠加，叠加100次后次后 （2微伏微伏100）/（10微伏微伏 ）=200微伏微伏/100微伏微伏 =2 第4页/共34页第5页/共35页6 6、A/DA/D转换速度（采样速度）转换速度（采样速度）ERPERP的时间分辨率的时间分辨率 ERPERP时间分辨率高的根本原因是由于它是对神经元自身活动时间分辨率高的根本原因是由于它是对神经元自身活动的测量，而不是像的测量，而不是像PETPET、fMRIfMRI、光成像那样只是对神经元代谢产、光成像那样只是对神经元代谢产物的测量。其次，电子技术的发展使采样率大为提高，也为物的测量。其次，电子技术的发展使采样率大为提高，也为ERPERP的高时间分辨率提供了保障。目前的高时间分辨率提供了保障。目前ERPERP的时间分辨率在理论上已的时间分辨率在理论上已可达到微秒级。可达到微秒级。实际上，在记录早成分时，由于它在实际上，在记录早成分时，由于它在10ms10ms内有七、八个波，内有七、八个波，记录由记录由256256点以上组成，因此点间距即时间分辨率小于点以上组成，因此点间距即时间分辨率小于40s40s。一般的一般的ERPERP仪器采样频率也大于仪器采样频率也大于2000Hz/2000Hz/导，即时间分辨率导，即时间分辨率0.5ms0.5ms。总采样频率。总采样频率=（频率（频率/导）导）*导数。减少导数则时间分导数。减少导数则时间分辨率相应提高。设置时间分辨率的一般原则是，组成辨率相应提高。设置时间分辨率的一般原则是，组成EpochEpoch的点的点数应等于或大于数应等于或大于128128点。点。第5页/共34页第6页/共35页7、ERP的研究分类的研究分类（1）按感觉通路：AEP、VEP、SEP（2）按潜伏期：早、中、晚成分、慢波。例AEP。a第6页/共34页第7页/共35页（3）命名法：）命名法：正P负N潜伏期。如P300,N400,N170。（4）向上为负。）向上为负。（5）成分、外源性成分、内源性成分和纯心理波的概念。）成分、外源性成分、内源性成分和纯心理波的概念。纯心理波：纯心理波：运动前电位、刺激遗漏成分、解脱波。第7页/共34页第8页/共35页8、ERP的优势的优势:（1）无创性、时间分辨率高）无创性、时间分辨率高 便于与便于与RT 配合进行认知过程配合进行认知过程研究、空间分辨率研究、空间分辨率128导约为导约为3mm，达到了现代水平。是，达到了现代水平。是心理学工作者进行认知神经科学研究的最得力的方法。心理学工作者进行认知神经科学研究的最得力的方法。（2）认知可分为认知过程和认知状态，）认知可分为认知过程和认知状态，过程指的就是时间过过程指的就是时间过程。程。（3）设备相对简单，对环境的要求不高。）设备相对简单，对环境的要求不高。第8页/共34页第9页/共35页9、妨碍妨碍ERP提高空间分辨率的原因：提高空间分辨率的原因：（1）颅骨不匀且有个体差异）颅骨不匀且有个体差异（2）容积导体效应）容积导体效应（3）电场封闭（主要来自锥体细胞层，失真：该层）电场封闭（主要来自锥体细胞层，失真：该层ERP大，其他大，其他层小）层小）第9页/共34页第10页/共35页第10页/共34页第11页/共35页1966:1771967-68:15011969-70:19711971-72:20631973-74:22161975-76:2538 1977-78:2624 1979-80:34451981-82:42081983-84:44161985-86:45381987-88:46101989-90:48041991-92:54791993-94:53861995-96:54611997-98:58881999-00:62052001-02:62992003-04:699610、ERP的发展趋势的发展趋势第11页/共34页第12页/共35页二、二、ERP在认知神经科学中的应用在认知神经科学中的应用1、ERP的学术位置的学术位置属于心理生理学（属于心理生理学（psychophysiology）范畴。）范畴。心理生理学以心理因素为自变量，以生理指标为应变量，一般心理生理学以心理因素为自变量，以生理指标为应变量，一般以人为被试。以人为被试。生理心理学（生理心理学（physiological psychology）以生理变化为自变量，）以生理变化为自变量，以心理因素为应变量，一般以动物为被试。以心理因素为应变量，一般以动物为被试。心理生理学是从生理心理学中分离出来的。同属认知神经科学。心理生理学是从生理心理学中分离出来的。同属认知神经科学。认知神经科学是在近十余年才兴起的一门交叉学科，是脑科学认知神经科学是在近十余年才兴起的一门交叉学科，是脑科学界颇受关注的领域，是心理学的新时代，界颇受关注的领域，是心理学的新时代，ERP是其中的重要组是其中的重要组成部分。成部分。第12页/共34页第13页/共35页 个性心理特征 心理学 情绪 意志 心理过程 认知心理学 心理语言学 认知科学 人工智能 人工神经网络 神经脑科学 生理学 .认知神经科学的学科位置第13页/共34页第14页/共35页二、认知神经科学方法之比较二、认知神经科学方法之比较第14页/共34页第15页/共35页三、作用举例三、作用举例（一）关于注意选择性发生时程的（一）关于注意选择性发生时程的ERP证据证据1、两耳纯音各一不同。快速（约、两耳纯音各一不同。快速（约6次次/秒）随秒）随机呈现。机呈现。2、两项实验，每项只记一只耳的纯音数。、两项实验，每项只记一只耳的纯音数。3、图、图1、2 的早成分不受注意影响。的早成分不受注意影响。4、图、图3、4 的中成分（涂黑）受注意影响。的中成分（涂黑）受注意影响。5、图、图5为差异波为差异波P20-50（涂黑），相当早。（涂黑），相当早。6、ERP与与MEG（脑磁图）联合记录结果发现（脑磁图）联合记录结果发现P25-50发生在听皮质，很可能在初级听皮发生在听皮质，很可能在初级听皮质。质。7、结论：注意选择性发生在听觉加工的早期、结论：注意选择性发生在听觉加工的早期阶段。阶段。第15页/共34页第16页/共35页1 1、实验方法、实验方法 实验采用的刺激呈现模式可图示如下实验采用的刺激呈现模式可图示如下,其中数字单位为其中数字单位为ms:ms:纯音纯音 -提示字提示字 -目标字目标字 -被试述词被试述词 -下次纯音下次纯音 .220 1210 200 1300 200 4400220 1210 200 1300 200 4400 头皮记录头皮记录 FzFz、CzCz、PzPz、左脑、左脑P3-T5 P3-T5 及右脑及右脑P4-T6 P4-T6 共五点之共五点之ERP.ERP.每名被试皆接受二项实验每名被试皆接受二项实验.（1）具体字联想实验。主要目的：突出目标字义的加工，减弱形音加工。）具体字联想实验。主要目的：突出目标字义的加工，减弱形音加工。纯音预告汉字即将出现,引起注意.提示字皆认识字,要识记其发音与字形.目标字与提示字音同形似,如,提示字“丁”,目标字“钉”;“防”房.目标字分为认识与不认识.对认识的目标字要根据其义联想出另一个字,组成双字词并口头报告.对不认识的字根据提示字音、形尽量猜测其义,仍不认识,述不认识.（二）语言加工的脑机制（二）语言加工的脑机制 半视野汉字研究（半视野汉字研究（Wei,et al.,NeuroReport,2001）第16页/共34页第17页/共35页（2）非提示对照实验）非提示对照实验:“提示提示”字为无关字字为无关字,即与目标字形音义皆异即与目标字形音义皆异,目标字联想前缺少音目标字联想前缺少音与形的予加工与形的予加工,余同具体字联想实验余同具体字联想实验.第17页/共34页第18页/共35页 2、主要实验结果与讨论、主要实验结果与讨论:（1）汉字认知的起始时程）汉字认知的起始时程具体字联想实验具体字联想实验图为左视野图为左视野ERP横排横排5个记录点个记录点左半球左半球P3-T5，左视野为同侧，右半，左视野为同侧，右半球球P4-T6，左视野为对侧，左视野为对侧红线为目标字认识时的红线为目标字认识时的ERP,绿线为目绿线为目标字不认识时的标字不认识时的ERP 在每帧图中在每帧图中,纯音、提示字和目标字纯音、提示字和目标字各引起一组各引起一组ERP。左视野左视野左半球左半球（同侧）（同侧）右半球右半球（对侧）（对侧）第18页/共34页第19页/共35页在生理上在生理上,半视野刺激应首先投射于对半视野刺激应首先投射于对侧脑侧脑,然后传导到同侧脑然后传导到同侧脑.P1潜伏期潜伏期(约约100ms)附合这一规律附合这一规律:对对侧投射比同侧传导出现得早侧投射比同侧传导出现得早.N1潜伏期潜伏期(约约160ms)已不附合这一规律已不附合这一规律:对侧投射与同侧传导基本同时出现对侧投射与同侧传导基本同时出现.提示字引起的提示字引起的N1仍为对侧投射早于同仍为对侧投射早于同侧传导侧传导.目标字与提示字的区别主要在于突出了目标字与提示字的区别主要在于突出了词义加工词义加工.所以所以N1受到了目标字词义加工的调节受到了目标字词义加工的调节.它始于它始于 100ms 至至 160ms之间，亦即汉字之间，亦即汉字认知的起始时程约为认知的起始时程约为100ms 至至 160ms.左右视野目标字在左右半球（对侧、同侧）引起的P1与N1第19页/共34页第20页/共35页（2）左右脑在汉字加工中的关系：）左右脑在汉字加工中的关系：左脑左脑N1迟于右脑出现，迟于右脑出现，左脑左脑N1波幅波幅大于右脑。大于右脑。所以有理由假设，左脑可能需等待右所以有理由假设，左脑可能需等待右脑传来必要的信息后才开始加工，脑传来必要的信息后才开始加工，但但其加工一旦开始就在一定时期内占优其加工一旦开始就在一定时期内占优势势。这就是说，在起始时间与加工强。这就是说，在起始时间与加工强度两个维度上两个半球各占优势。度两个维度上两个半球各占优势。汉汉字加工中的字加工中的“优势半球优势半球”概念已难以概念已难以概括上述二维差异，需要修正。概括上述二维差异，需要修正。第20页/共34页第21页/共35页左视野，不认识左视野，不认识 认识认识（3）汉字认识否引起的）汉字认识否引起的ERP差异：差异：不认识的目标字的不认识的目标字的PSW波幅大于认识的目波幅大于认识的目标字标字PSW,前者的潜伏期也显著长于后者前者的潜伏期也显著长于后者.不认识的目标字不认识的目标字ERP 认识的目标字认识的目标字ERP=P800.该差值只与汉字认识与否及联想该差值只与汉字认识与否及联想/猜想相猜想相关关,物理因素皆被减掉物理因素皆被减掉;为纯心理性成分为纯心理性成分.二项实验全部记录点均于目标字后约二项实验全部记录点均于目标字后约800ms出现了一个相似的正成分出现了一个相似的正成分,说明是一说明是一种规律种规律.在此实验条件下可作为判断被试是否认识在此实验条件下可作为判断被试是否认识所用汉字的客观标志所用汉字的客观标志.在此将该差异成分标在此将该差异成分标记为记为P800.第21页/共34页第22页/共35页2024/2/2523（4）形音加工）形音加工ERP成分的获得，成分的获得，形音加工的反复性形音加工的反复性对照组认识的目标字需形音义全面加工.具体组认识的目标字主要进行义的加工.对照组对照组-具体组具体组=形音加工成分形音加工成分.结果：结果：160ms正成分,450ms负成分,800ms另一个正成分.所以形音加工不是一次完成的，而是存在着反复所以形音加工不是一次完成的，而是存在着反复.第22页/共34页第23页/共35页2024/2/2524（5）形音义的加工顺序，形音义加工的反复、交错与重叠：）形音义的加工顺序，形音义加工的反复、交错与重叠：由（由（1）已知，在）已知，在100ms至至160ms左右已开始了词义加工左右已开始了词义加工.由（由（3）已知，）已知，800ms后仍在进行词义加工后仍在进行词义加工.由（由（4）已知，形音加工在）已知，形音加工在160ms、450ms和和800ms附近也均有表现附近也均有表现.由（由（1）、（）、（3）可知，义在可知，义在100160ms后又在后又在800ms出现加工，可见出现加工，可见义存在加工与再加工的反复过程义存在加工与再加工的反复过程由（由（1）、（）、（4）可知，在）可知，在160ms形音义三者加工近似重叠形音义三者加工近似重叠由（由（3）、（）、（4）可知，在）可知，在800ms形音义三者加工近似重叠形音义三者加工近似重叠 所以，形音义在认知中均存在加工与再加工的反复过程所以，形音义在认知中均存在加工与再加工的反复过程,形音义三者形音义三者的加工是交错进的加工是交错进 行的，并发生重叠。行的，并发生重叠。第23页/共34页第24页/共35页使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！第24页/共34页第25页/共35页使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！第25页/共34页第26页/共35页使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！第26页/共34页第27页/共35页2024/2/25283、主要结论：、主要结论：（1）在本实验条件下，汉字认知始于约在本实验条件下，汉字认知始于约100 ms至至160 ms之间。之间。（2）有理由假设，左脑可能需等待右脑传来必要的信息后才开始加工，）有理由假设，左脑可能需等待右脑传来必要的信息后才开始加工，但其加工一旦开始就在一定时期内占优势但其加工一旦开始就在一定时期内占优势。这就是说，在起始时间与加。这就是说，在起始时间与加工强度两个维度上两个半球各占优势。工强度两个维度上两个半球各占优势。汉字加工中的汉字加工中的“优势半球优势半球”概念概念已难以概括上述二维差异，需要修正。已难以概括上述二维差异，需要修正。（3）汉字形音义的加工关系错综复杂，存在着反复、交错与重叠，难）汉字形音义的加工关系错综复杂，存在着反复、交错与重叠，难以用语义通达是否通过语音来概括。以用语义通达是否通过语音来概括。（4）在本实验条件下，在本实验条件下，P800有可能成为鉴别被试是否认识汉字的指标。有可能成为鉴别被试是否认识汉字的指标。第27页/共34页第28页/共35页感谢您的观赏！感谢您的观赏！第34页/共34页第35页/共35页