erp简介医学影像与分子影像学

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1、医学影像与分子影像学田田捷捷中科院自动化所医学影像研究室中科院自动化所医学影像研究室http://www.3dmed.nethttp://www.mitk.netEmail：tian@doctor.com2004年9月第八讲：功能成像方法与设备第一部分：ERP简介ERP简介¢ERP原理及提取技术¢主要ERP成分及经典研究¢刺激呈现与数据处理¢正向问题及逆向问题发展历史¢1929年，HansBerger首先发表脑的自发电位（即脑电图electroencephalogram，简称EEG）论文，报告心算可引起EEG的α节律减少。发展历史－FirstEEG发展历史－Berger’sMachine发

2、展历史¢此后三十年间，关于EEG与心理活动关系的研究，以及从中提取心理活动信息的研究一直没有中断。¢20世纪50年代末，随着计算机在生物学中的应用，特别是用于EEG分析而产生了事件相关电位（event-relatedpotentials，简称ERP）方法，才使脑波与心理因素关系的研究重新焕发了生机。ERP原理及提取技术活的人脑总会不断放电，称为脑电（EEG），但成分复杂而不规则。正常的自发脑电一般处于几微伏到75微伏之间。而由心理活动所引起的脑电比自发脑电更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在自发电位中。所以ERP需要从EEG中提取。开放电场¢脑电（EEG）是由于皮质大量神经组织的突触后电

3、位同步总和而成，而单个神经元电活动非常微小，不能在头皮记录到，只有神经元群的同步放电才能记录到。¢这种脑组织神经元排列方向一致的情况，构成所谓的开放电场（openfield），反之则是方向不一致相互抵消的封闭电场（closedfield）。开放电场与封闭电场图示ERP原理及提取技术¢因此，ERP只能反映某些脑部的激活情况，而有些脑部即使处于激活状态，但由于其神经元没有能够形成开放电场，ERP上也是反映不出来的。影响ERP信号记录的其它因素¢除神经元的排列方式外，记录点与神经元活动的距离也会影响ERP信号的采集。这样就区分出了近场源与远场源，初级体感诱发电位位于中央后回，是典型的近场源，而脑

4、干听觉诱发电位是典型的远场源。离头皮越远则电位衰减越厉害，记录到的脑电波幅也很小。ERP的两个重要特征¢事件相关脑电有两个重要特性：潜伏期恒定、波形恒定；与此相对，自发脑电则是随机变化的。所以，可以将同一事实多次引起的多段脑电记录下来，但每一段脑电都是各种成分的综合，包括自发脑电（噪音）。叠加技术¢将由相同刺激引起的多段脑电进行多次叠加，由于自发脑电或噪音是随机变化，有高有低，相互叠加时就出现正负抵消的情况，而ERP信号则有两个恒定，所以不会被抵消，反而其波幅会不断增加，当叠加到一定次数时，ERP信号就显现出来了。ERPERP分段叠加显示图分段叠加显示图ERP是平均诱发电位¢叠加n次后的E

5、RP波幅增大了n倍，因而需要再除以n，使ERP恢复原形，即还原为一次刺激的ERP数值。所以ERP也称为平均诱发电位，平均指的是叠加后的平均。这样就获得了所希望的事件相关电位波形图。¢因此，对于ERP研究来说，为了提取事件相关脑电位变化，传统上不得不进行多次重复刺激（次数记为n）。现在，可以通过计算机叠加技术轻松实现上述过程。ERP信号的优势¢ERP是刺激事件引起的实时脑电波，在时间精度可达到微秒级。极高的时间分辨率是ERP的主要优势，ERP也可以和行为数据，特别是反应时间（RT）很好地配合，以研究认知加工过程的规律。¢通过叠加技术获得的与事件发生进程有锁时（time-lock）关系的脑电就

6、称为事件相关电位（ERP）。ERP信号的缺点¢ERP的主要弱点在于低的空间分辨率，ERP在空间上只能达到厘米级，主要的影响因素是容积导体效应与封闭电场问题。另外，ERP只能采用数学推导来实现脑电的源定位，比如偶极子，这种方法的可靠性也是有限的。头部定位系统¢ERP记录装置是一个电极帽，上面有多个记录或吸收头皮放电情况的电极，这些电极在帽子上的位置是根据国际脑电图学会1958制定的10－20系统（Jesper,1958）确定的。¢每一个电极记录到的脑电变化代表的是特定位置头皮上的放电情况，掌握10－20系统是进行ERP学术交流的条件之一。头部定位系统¢10－20系统的原则是头皮电极点之间的相

7、对距离以10%与20%来确定，并采用两条件标志线。¢一条称为矢状线，是从鼻根到枕外隆凸的连线，从前向后标出5个点：Fpz、Fz、Cz、Pz、Oz，Fpz之前与Oz之后线段长度占全长10%，其余各点间距离均占全长的20%。导联方法Pg1Pg2FpzFp1Fp2F7F8F3FzF4矢状线A1A2T3C3CzC4T4C5C6冠状线P3PzP4T5T6Cb1Cb2O1O2Oz国际10—20脑电记录系统头部定位系统¢另一条称为冠状