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1、醫(yī)學(xué)影像與分子影像學(xué)田田捷捷中科院自動化所醫(yī)學(xué)影像研究室中科院自動化所醫(yī)學(xué)影像研究室http://www.3dmed.nethttp://www.mitk.netEmail：tian@doctor.com2004年9月第八講：功能成像方法與設(shè)備第一部分：ERP簡介ERP簡介￠ERP原理及提取技術(shù)￠主要ERP成分及經(jīng)典研究￠刺激呈現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理￠正向問題及逆向問題發(fā)展歷史￠1929年，HansBerger首先發(fā)表腦的自發(fā)電位（即腦電圖electroencephalogram，簡稱EEG）論文，報告心算可引起EEG的α節(jié)律減少。發(fā)展歷史－FirstEEG發(fā)展歷史－Berger’sMachine發(fā)
2、展歷史￠此后三十年間，關(guān)于EEG與心理活動關(guān)系的研究，以及從中提取心理活動信息的研究一直沒有中斷?！?0世紀(jì)50年代末，隨著計算機(jī)在生物學(xué)中的應(yīng)用，特別是用于EEG分析而產(chǎn)生了事件相關(guān)電位（event-relatedpotentials，簡稱ERP）方法，才使腦波與心理因素關(guān)系的研究重新煥發(fā)了生機(jī)。ERP原理及提取技術(shù)活的人腦總會不斷放電，稱為腦電（EEG），但成分復(fù)雜而不規(guī)則。正常的自發(fā)腦電一般處于幾微伏到75微伏之間。而由心理活動所引起的腦電比自發(fā)腦電更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在自發(fā)電位中。所以ERP需要從EEG中提取。開放電場￠腦電（EEG）是由于皮質(zhì)大量神經(jīng)組織的突觸后電
3、位同步總和而成，而單個神經(jīng)元電活動非常微小，不能在頭皮記錄到，只有神經(jīng)元群的同步放電才能記錄到?！檫@種腦組織神經(jīng)元排列方向一致的情況，構(gòu)成所謂的開放電場（openfield），反之則是方向不一致相互抵消的封閉電場（closedfield）。開放電場與封閉電場圖示ERP原理及提取技術(shù)￠因此，ERP只能反映某些腦部的激活情況，而有些腦部即使處于激活狀態(tài)，但由于其神經(jīng)元沒有能夠形成開放電場，ERP上也是反映不出來的。影響ERP信號記錄的其它因素￠除神經(jīng)元的排列方式外，記錄點(diǎn)與神經(jīng)元活動的距離也會影響ERP信號的采集。這樣就區(qū)分出了近場源與遠(yuǎn)場源，初級體感誘發(fā)電位位于中央后回，是典型的近場源，而腦
4、干聽覺誘發(fā)電位是典型的遠(yuǎn)場源。離頭皮越遠(yuǎn)則電位衰減越厲害，記錄到的腦電波幅也很小。ERP的兩個重要特征￠事件相關(guān)腦電有兩個重要特性：潛伏期恒定、波形恒定；與此相對，自發(fā)腦電則是隨機(jī)變化的。所以，可以將同一事實(shí)多次引起的多段腦電記錄下來，但每一段腦電都是各種成分的綜合，包括自發(fā)腦電（噪音）。疊加技術(shù)￠將由相同刺激引起的多段腦電進(jìn)行多次疊加，由于自發(fā)腦電或噪音是隨機(jī)變化，有高有低，相互疊加時就出現(xiàn)正負(fù)抵消的情況，而ERP信號則有兩個恒定，所以不會被抵消，反而其波幅會不斷增加，當(dāng)疊加到一定次數(shù)時，ERP信號就顯現(xiàn)出來了。ERPERP分段疊加顯示圖分段疊加顯示圖ERP是平均誘發(fā)電位￠疊加n次后的E
5、RP波幅增大了n倍，因而需要再除以n，使ERP恢復(fù)原形，即還原為一次刺激的ERP數(shù)值。所以ERP也稱為平均誘發(fā)電位，平均指的是疊加后的平均。這樣就獲得了所希望的事件相關(guān)電位波形圖?！橐虼?，對于ERP研究來說，為了提取事件相關(guān)腦電位變化，傳統(tǒng)上不得不進(jìn)行多次重復(fù)刺激（次數(shù)記為n）?，F(xiàn)在，可以通過計算機(jī)疊加技術(shù)輕松實(shí)現(xiàn)上述過程。ERP信號的優(yōu)勢￠ERP是刺激事件引起的實(shí)時腦電波，在時間精度可達(dá)到微秒級。極高的時間分辨率是ERP的主要優(yōu)勢，ERP也可以和行為數(shù)據(jù)，特別是反應(yīng)時間（RT）很好地配合，以研究認(rèn)知加工過程的規(guī)律。￠通過疊加技術(shù)獲得的與事件發(fā)生進(jìn)程有鎖時（time-lock）關(guān)系的腦電就
6、稱為事件相關(guān)電位（ERP）。ERP信號的缺點(diǎn)￠ERP的主要弱點(diǎn)在于低的空間分辨率，ERP在空間上只能達(dá)到厘米級，主要的影響因素是容積導(dǎo)體效應(yīng)與封閉電場問題。另外，ERP只能采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)腦電的源定位，比如偶極子，這種方法的可靠性也是有限的。頭部定位系統(tǒng)￠ERP記錄裝置是一個電極帽，上面有多個記錄或吸收頭皮放電情況的電極，這些電極在帽子上的位置是根據(jù)國際腦電圖學(xué)會1958制定的10－20系統(tǒng)（Jesper,1958）確定的?！槊恳粋€電極記錄到的腦電變化代表的是特定位置頭皮上的放電情況，掌握10－20系統(tǒng)是進(jìn)行ERP學(xué)術(shù)交流的條件之一。頭部定位系統(tǒng)￠10－20系統(tǒng)的原則是頭皮電極點(diǎn)之間的相
7、對距離以10%與20%來確定，并采用兩條件標(biāo)志線。￠一條稱為矢狀線，是從鼻根到枕外隆凸的連線，從前向后標(biāo)出5個點(diǎn)：Fpz、Fz、Cz、Pz、Oz，F(xiàn)pz之前與Oz之后線段長度占全長10%，其余各點(diǎn)間距離均占全長的20%。導(dǎo)聯(lián)方法Pg1Pg2FpzFp1Fp2F7F8F3FzF4矢狀線A1A2T3C3CzC4T4C5C6冠狀線P3PzP4T5T6Cb1Cb2O1O2Oz國際10—20腦電記錄系統(tǒng)頭部定位系統(tǒng)￠另一條稱為冠狀
