事件相关电位（Event-Related Potential，ERP）
最近看了一些ERP相关的内容，这里再把相关的内容给明确一下，方便以后查阅。
事件相关电位（Event-Related Potential，ERP）
- ERP的基本特点
- ERP的生成机制
- ERP的实验设计
- ERP成分解读
- ERP的典型应用
- 绘制ERP的方法（理论与实践结合）
- 总结
- 参考资料
事件相关电位（ERP, Event-Related Potential） 是指在特定事件（如刺激呈现、按键反应）触发下，记录到的脑电信号（EEG）中与事件相关的时间锁定的电位变化。ERP是认知神经科学的重要研究工具，用于研究大脑在感知、注意、记忆和决策等过程中对特定事件的反应。
ERP的基本特点
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时间锁定性：
ERP是相对于事件发生的时间进行锁定的电位变化，通常通过时间窗口（如事件前200ms到事件后800ms）来观察。 -
成分（Components）：
ERP由多个特定的波形组成，通常用波峰和波谷（正向/负向波）描述，不同的成分反映了特定的认知过程。例如：- P1/N1（正向/负向波，刺激后100ms）：反映早期感知过程。
- P2/N2（正向/负向波，200ms附近）：涉及注意分配和冲突检测。
- P3（300ms附近的正向波）：与注意分配和工作记忆更新有关。
- N400：与语言语义处理相关。
- LRP（准备电位）：与运动准备有关。
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小信号幅度：
- ERP通常隐藏在大幅度的EEG背景噪声中，幅值仅为微伏级（μV）。
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依赖于平均化：
- ERP是通过对多个试验中的信号进行时间对齐和平均化计算得出的，从而去除了随机噪声，保留了事件相关的稳定信号。
ERP的生成机制
ERP信号主要反映了大脑中由突触后电位（Postsynaptic Potential, PSP）产生的电活动。以下是一些关键机制：
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兴奋性和抑制性突触后电位：
神经元在接收刺激后产生的电活动通过同步化的方式形成EEG信号。 -
神经元群体的同步活动：
ERP成分往往反映了大规模神经元活动的时间同步化。 -
与事件相关的认知过程：
ERP成分对应于不同认知过程（如感觉加工、语义分析、决策），这些过程在特定时间点被激活。
ERP的实验设计
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事件类型：
ERP实验通常涉及对特定事件（如视觉、听觉、触觉刺激或认知任务）触发的反应。例如：
- Simon任务（评估反应冲突）
- Oddball任务（注意分配）
- Stroop任务（认知控制）
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数据采集：
使用EEG系统记录脑电信号，采样率通常为500Hz至1000Hz。 -
数据预处理：
典型预处理步骤包括：- 滤波（低频/高频滤波以去除噪声）
- 基线校正（消除全局电位偏移的影响）
- 伪迹（artifact）处理（如眼动、肌电伪迹）
- 分段（Epoching）：根据事件时间提取固定时间窗的信号。
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平均化：
对同类型事件的信号进行时间对齐后求平均，以提取ERP波形。
ERP成分解读
ERP成分通过其潜伏期（latency, ms）和波幅（amplitude, μV）来解读：
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潜伏期：
指特定波峰或波谷相对于事件时间的延迟。
反映了处理该认知事件所需的时间。 -
波幅：
表示特定时间窗口内的电位变化大小。
波幅的大小可以反映认知资源的投入程度。
ERP的典型应用
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感知研究：
研究个体如何处理感官刺激（如视觉P1/N1反映早期视觉加工）。 -
注意力与工作记忆：
Oddball任务中的P300成分用于研究注意力分配。 -
语言研究：
N400成分用于研究语义违背和语言理解。 -
疾病诊断：
P300延迟或波幅变化可用于诊断阿尔茨海默病、帕金森病等。 -
情绪和决策研究：
ERP成分如FRN（反馈相关负波）反映情绪评价和决策中的奖励处理。
绘制ERP的方法（理论与实践结合）
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单通道波形：
显示单个电极在整个时间窗中的电位变化。 -
多通道叠加图：
用不同颜色显示多个电极的ERP波形变化。 -
头皮电位分布（topography）：
在特定时间点显示脑电信号的空间分布。 -
比较图：
对比不同条件（如Congruent vs Incongruent）的ERP波形。
总结
ERP是一种高时间分辨率的工具，用于研究认知过程的时间动态。通过对特定事件的脑电反应进行分析，ERP在感知、注意、语言、决策和疾病诊断等领域具有重要的应用价值。其分析方法主要包括实验设计、信号预处理、成分提取与统计分析，可以通过工具如MNE轻松实现可视化与分析。
参考资料
事件相关电位
事件相关电位