脑电基本原理和成分
一、脑电基本概念和原理
EEG: Electroencephalography **
记录大脑活动时**的电波变化，是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。ERP: Event-Related Potential
认知过程中脑电活动的时间锁定变化，称为事件相关电位（ERP），也被称为认知电位，也就是指当人们对某课题进行认知加工时，从头颅表面记录到的脑电位。动作电位 action potential (AP) 和突触后电位 postsynaptic potential (PSP)
动作电位
- 放电频率高
- 传递过程连续放电，持续1ms
- 幅值大，单位mV毫伏
突触后电位
- 放电频率低
- 传递过程不连续，可以叠加，持续几十到几百ms
- 幅值小，单位μV微伏
脑电记录的一般是突触后电位（PSP），因为它们在时间上更长且更容易被检测到。记录到的脑电信号是大量神经元群体的突触后电位的总和（local field potential, LFP），这些神经元在同一时间内同步活动。
脑电产生要求：1.距离近；2.大量细胞同步放电
容积传导（Volume Conduction）：电活动衰减、空间分辨率低（Space smearing effect）.
表现：相邻电极点记录到的脑电活动相似。
- 不同深度的脑电记录：
EEG: 头皮表面记录➡️突触后电位postsynaptic potential
ECoG: 大脑皮层/硬脑膜表面记录
LFP（局部场电位）:大脑皮层内部记录
MUR/MUA（多单元记录）：大脑皮层内部单个或少数神经元的活动➡️动作电位action potential
脑电实验
放大器和模数转换器是脑电设备的核心！
脑电放大
- 活动电极（Active Electrodes） 放在指定头皮位置；
- 参考电极（Reference Electrodes） 放在头皮上某个位置，作为电位的参考点；
- 接地电极（Ground Electrodes） 放在被试头部或身体上某个适宜位置，作为电路的接地.
- 活动电极和接地电极的电压:A-G
- 参考电极和接地电极的电压:R-G
- 这些电压的差异:[A-G]-[R-G]=A-R
- 差动放大器，放大AG>RG
- 脑电：活动电极-参考电极
- 共模抑制比（CMRR）: 放大器抑制共模信号的能力，CMRR越高，抑制共模信号的能力越强。大于70dB，通常在80-100dB之间.
脑电电极
电极=导=通道
- 电极成分:（1）银-氯化银（Ag-AgCl）电极，但较难维护；（2）锡电极，容易维护的。
- 电极数量：建议16-32个活动电极.
二、脑电经典成分
EEG是不断发生/自发的电位变化，
ERP是特定事件引起的电位变化.
- 按ERP成分性质划分:
1外源性成分:与刺激的物理属性相关的成分。
2内源性成分:主要与心理因素相关的成分。
3运动相关成分:伴随着运动反应的准备与执行。
命名规则:最常见以P或N开头.
2.1 视觉感知成分 C1
潜伏期: 开始于刺激呈现后的40~60ms，峰值潜伏期约为80~100ms最早出现的视觉成分。
特 点: 1.通常在头皮后部中线或者偏侧电极位置幅度最大。
2.C1的极性会随着视觉刺激呈现的位置而发生变化。
脑区: V1区(初级视觉皮层)
2.2 视觉感知成分 P1和N1
P1
潜伏期: 开始“60-90ms”100-130ms达到峰值;
电极点: 侧向枕叶电极。
脑区: 背侧纹外皮层=枕中回(早期)，梭状回的腹侧部分(晚期)
影响因素: P1对刺激的变化十分敏感;
P1也会受到选择性注意和*被试觉醒状态的调节作用.
N1
头皮前部: 100-150ms会出现N1的第一个子成分
头皮后部: 150-200ms会出现至少两个N1子成分，涉及顶叶皮层和 外侧枕叶皮层:
特点: 不应性，容易受到前一个刺激的影响
2.3 视觉感知成分 N170, VPP
面孔特异性成分？ 面孔与非面孔刺激
N170发现
外侧枕部电极:面孔相对非面孔引起一个负性成分 (右半球)；时间:170ms左右VPP发现
中央区分布Cz:面孔刺激与非面孔刺激引起一个正性成分；时间:150-200ms新的发现
对人脸的识别与狗专家对狗的识别是类似的，均会引起N170.
2.4 听觉感知成分
时间段划分:
听觉脑干响应: 前10ms
中期潜伏期响应: 10–50ms 注意
长期潜伏期响应: 50ms-之后注意+觉醒程度听觉N1成分:
75ms: 背侧颞叶听觉皮层，额叶中央区
100ms: 顶叶
150ms: 颞上回，侧向分布
N1波本身对注意很敏感
2.5 视觉认知成分 P2, N2, P3
认知成分：与刺激的物理属性无关，主要反映认知加工过程的成分。
P2
潜伏期: 200ms达到峰值
电极点: 额中央区
解释： 可能与刺激分类有关前部N2
潜伏期: 200-350ms达到峰值
电极点: 额中央（前部）区
解释： 新奇或不匹配刺激检测P3a+P3b
潜伏期: 400ms达到峰值
电极点: 头皮中央区和顶叶区
解释： P3a:环境中意外或重要事件的注意导向；P3b:反映工作记忆更新
2.6 听觉异常刺激成分 失匹配负波（mismatch negative, MMN）
- N2a（失匹配负波）
与任务无关的听觉异常刺激引起的负性成分，更多被称为MMN效应。
潜伏期: 160-220ms达到峰值，在头皮额中部中线波幅达到最大。
2.7 视觉N2家族
前N2:200-350ms，头皮前部。Fz、FCz、Cz.
后N2:180 ms,头皮后部颞枕区。PO7、PO8、P7、P8.
视觉模式
- 额中央(前)区:新奇或不匹配刺激检测。
- 额中央区:抑制控制相关，响应抑制、响应冲突和错误监控
- 头皮后部:视觉注意。
Go/No-go
Go/No-go任务中，No-go刺激引起的N2成分被称为No-go N2，反映了抑制控制过程。
后N2:
视觉注意，180ms，头皮后部颞枕区。PO7、PO8、P7、P8.
2.8 语言相关的ERP成分 N400 P600
产生位置： 顶叶中央区
诱发条件：
- 违反语义期望。而且不管是听觉还是视觉呈现都能观察到相同的效应。以及在一串单词中，第二个单词与第一个单词的语义不相关。
- 非语言刺激引发，只要他们是有意义的。例如:一幅素描和之前语音情景不匹配。
2.9 错误相关的ERP成分
错误相关负波（Error-Related Negativity, ERN）
错误正电位（Error Positivity, Pe）
反应锁时：
按键完毕orEMG开始（手指肌电信号）
- ERN时间:峰值150ms，是否有意识均有
- Pe时间:峰值400ms，意识到错误
- 差异波:错误-正确
2.10 反应相关的ERP成分
准备电位RP： 反应了运动的准备。左右半球会差异。
侧向化准备电位LRP： 反映了运动准备的侧向化程度。左右半球差异更明显。对侧半球比同侧半球幅值更大（相对于反应手而言）。
差异波： 对侧-同侧
