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现代生理心理学实验教程 [:1701461786]
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现代生理心理学实验教程 第九章 高级心理过程的脑基础
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现代生理心理学实验教程 [:1701461787]
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实验28 人体大脑诱发电位的描记与分析
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【实验目的】
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使用视觉刺激诱发大脑电活动，通过对脑电的记录与分析，了解脑电实验和事件相关电位技术的基本知识，以及视诱发电位的特点。
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本实验为演示实验，主要由教师完成，学生通过现场观看演示形成初步认识。
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【理论基础】
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在神经系统进行信息加工时，大脑有关区域会出现大量神经元同步放电的现象，从而产生在头皮表面能够观察到的脑电（electroencephalogram,EEG）活动。诱发电位（evoked potential,EP）是指神经系统由刺激引起的电活动，与引起诱发电位的刺激具有时间锁定关系。所以，通过刺激锁定（stimulus-locked）的叠加平均方法可以提高信噪比（signal-to-noise ratio,SNR），将刺激引起的脑诱发电位提取出来。通过N次叠加，信噪比将提高N的平方根倍。这种通过叠加平均得到的与某些外部刺激或心理过程（即“事件”，event）相关的脑电位称为事件相关电位（event-related potential,ERP）。
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脑电的记录系统采用差分放大器（differential amplifier），每个放大器均有两个输入端。放大器可以将两个输入的电压值之差放大进行输出，输出值经过数模转换（analog-to-digital conversion）后由计算机记录下来以备分析。在脑电记录与分析系统中，每一个这样的输入-输出单元称为一个导联（channel）。在目前常用的脑电记录系统中，通常头皮表面大部分位置的电位记录均使用单极（monopolar）导联的记录方式，即在这些导联中，差分放大器的一个输入端均来自同一个电极，另一端则来自头皮表面需要记录脑电的特定位置。这个对大量差分放大器提供同一个输入电位值的电极称为参考电极（reference electrode），应该选择在脑电、肌电、心电等电活动较弱的部位，以免给大量的导联带来影响。理论上的参考电极应该在距离头部无限远处，显然这是不可能做到的。实践中，常用的参考电极位置有乳突（mastoid，耳后的骨骼突起）、耳垂、鼻尖等。
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除了单极导联，有时还需要使用双极（bipolar）导联的记录方式，这种方式与单极导联的唯一差别是差分放大器的两个输入来自两个在空间上相距不远的电极，这种方式可以记录下这两个电极间的差异。最常见的例子是眼电（electro-oculograph,EOG）导联，输入到同一个差分放大器两个输入端的两个电极分别固定在眼眶的上下（垂直眼电，vertical EOG）或左右（水平眼电horizontal EOG），可以用于检测眼睛的运动。
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对于多导联脑电记录时电极的位置，有国际标准可循，目前最通行的标准是10～20系统（10～20 system）。该标准取鼻根（nasion，即鼻梁上端的最凹处）到枕骨隆突（inion，即枕部的骨骼隆起）沿头皮表面测量的距离为前后距离的100%，左右耳前点（preauricular point，即耳廓前面的最凹点）沿头皮表面测量的距离为左右距离的100%。在此基础上，电极相距20%的距离放置，且最边上的电极距测量边缘10%的距离，10～20系统由此得名。10～20系统定义了19个头表电极，在使用更多导联的脑电记录系统中，可以使用该系统的扩展版本10～10系统或10～5系统。
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在视觉刺激条件下，通常会产生颞枕区分布的P1（潜伏期100ms左右的正波）、后部N1（潜伏期150ms左右的负波）成分，额中央区分布的前部N1成分（潜伏期130ms左右的负波），以及在顶区最大的P3成分（潜伏期300ms以上的正波）等视诱发成分（如右图）。大脑后部的P1、N1成分产生于外纹状皮层（extrastriate cortex），反映了视觉信息通道中早期的感官阶段处理过程。在P1之前，有时还可以观察到C1成分（潜伏期80ms左右的正波或负波）。C1成分产生于纹状皮层（striate cortex），分布于顶枕区中央。由于视觉通道的视野对侧投射关系，并且纹状皮层折叠于矩状裂（calcarine fissure）中，上视野刺激产生负电位的C1成分，下视野刺激产生正电位的C1成分（图9-1）。
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图9-1
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【实验用品】
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脑电记录与分析系统，电极帽及电极，刺激呈现系统；毛巾，热水，电吹风机；70%酒精，医用棉球，导电糊，注射器，平头针头，一次性针头。
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实验材料：使用刺激生成软件在实验前制作实验刺激图形序列。屏幕中央始终有一个十字形注视点（视角约0.4°×0.4°），在屏幕的4个位置上随机快速呈现黑白对比度的圆形棋盘格刺激，这四个位置分别在注视点的左上、右上、左下和右下，距注视点4°视角，并处一个正方形的4个顶点上。棋盘格直径为2°视角，呈现时间100ms，刺激间隔时间在800～1200ms间随机变化。刺激程序在呈现刺激的同时向脑电记录系统发送触发信号。
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【实验内容】
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（1）戴电极帽。让被试洗头，吹干头发，并用棉球蘸酒精清洁眼眶以下及乳突等需要粘贴电极处的皮肤。随后将电极帽戴在被试头上，电极帽要佩戴端正，并使最中央的Cz电极左右位于头的正中，前后位于鼻根和枕骨隆突连线的中点。用注射器及平头针头在电极和头皮间灌入导电糊，并将记录眼电的电极及乳突处的参考电极贴好。然后接入脑电记录系统（以两侧乳突电极为参考电极，前额接地），使用一次性针头轻拨头皮表面，以将阻抗调低到系统容许的范围以内。
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（2）被试就位。被试坐在隔音、控光的房间中，视线正对屏幕中央并保持眼睛到屏幕的距离为90cm。告知被试实验内容，叮嘱被试实验中始终看着注视点并尽量少眨眼。
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（3）数据记录。屏幕上快速闪现刺激图形，同时向脑电记录系统发送触发信号，以标记出刺激出现的精确时刻。实验进行的同时，记录脑电数据（采样率250Hz，0.1～70Hz滤波）。此时被试应注视屏幕中央，视线不要移动，并尽量少眨眼。刺激图形在每个位置上各记录大约200次刺激的数据。记录中每隔1min时间让被试休息片刻。
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（4）收尾工作。实验完毕后，让被试将头发及粘贴过电极的部位洗净。
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【结果处理】
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（1）数据截取与剔除。使用脑电分析软件，对记录的原始数据进行分段截取（数据分段前可用数字滤波方法去除50Hz的交流电噪声），截取范围为刺激出现前200ms至刺激出现后600ms。取出的数据段（epoch）使用刺激前的部分进行基线校正（baseline correction），随后将活动强度超过±50μV的数据段剔除（artifact rejection）。