Overview
资料来源： 乔纳斯 · 卡普兰和莎拉一、 贝尔实验室 — — 南加利福尼亚大学
鉴于大量通过感觉器官捕获的信息，至关重要的大脑是能够优先处理某些刺激，少花力气上什么可能不重要，目前，参加的是什么。大脑利用的一个启发式算法是忽略该频繁或常量而出现出乎意料地或独特的刺激刺激。因此，罕见的事件往往是更加突出和吸引我们的注意力。此外，与我们当前的行为目标相关的刺激被优先于那些无关。
古怪范式通过实验考察了神经生理学相关的注意。最初是于 1975 年，古怪任务提出了一系列重复的音频或视觉的刺激，很少受到意想不到的刺激参与者。1此中断由目标刺激了已经显示出特定电的事件是在头皮事件相关电位 (ERPs) 被称为可刻录。ERP 是从某一特定的感觉、 认知、 或运动事件造成的测量的大脑反应。事件相关电位测量使用脑电图 (EEG)，评估疾病患者和正常人的脑功能的无创性手段。发现在头皮上，称为 P300，顶叶区域特定的 ERP 组件被增强响应古怪事件。P300 是关于发生在 250 至 500 ms 刺激发病后 EEG 信号中的正向偏转。一般情况下，早期电位反映感官电机加工而后来像 P300 电位反映认知加工。
在本视频中，我们展示如何管理使用脑电图的古怪任务。视频将覆盖的设置和管理的脑电图，与古怪任务控制和目标刺激的事件相关电位分析。在此任务中，参与者设置了脑电图电极，然后大脑活动录得，而他们查看控制刺激，穿插靶刺激。该过程是相似的哈比比et al。2提出了一种目标刺激，每次参与者按下按钮。当 ERPs 的平均值的控制和目标的刺激时，可以在选定的时间窗口中比较每个事件的神经相关。
Procedure
1.参与者招聘
- 招聘 20 名参与者的实验。
- 请确保与会者被充分告知的研究程序，并签署了所有适当的同意书。
2.数据收集
- 脑电图制备 (注意： 这些步骤都是用 Neuroscan 4.3 系统与 Synamps 2 放大器和 64 通道快速帽.)
- 脑电研究的参与者不应有任何头发产品 （例如，凝胶，鼠标或许可在护发素） 在他们的头发之前，他们的参与。
- 2-4，10 毫升注射器填充导电电极-凝胶 （即快速凝胶）。它被建议使用它释放气泡之前搅拌凝胶。
- 刷头发和头皮彻底 （约 5 分钟）。
- 用酒精和棉花纱布的清洁头。此外清洁皮肤电极放置: （每个耳朵），后面的两个乳突低于和高于左眼威沃 （垂直电-眼） 和远边的每只眼睛 HEO （卧式电-眼;图 1，左)。
- 使用双面粘合的圆盘，安放电极。
- 测量从前面 （之间的眉毛，中旬眼） 直接前往 （下面的头在后面碰撞） 问题。这个距离将确定帽 （小、 中或大） 的大小。要盖，马克的额头上测量距离的 10%，确保中期正面电极 (FPz) 放在这上面标记点。
- 将脸电极连接到他们各自的绳索上帽
- 开始用凝胶填充电极，使用钝针尖端刮头发一边下电极，电极是头皮直接接触。还要小心不要弄伤皮肤。
- 有点举起电极使它容易插入这种凝胶。在大多数情况下，将电极下方的头发。移动它的出路将允许更好的阻抗。
- 把参与者拿到隔音的房间插在帽和个别电极。
- 检查头皮电极连接，以保持其下 10 k ω 的阻抗。如果阻抗很高时确保电极具有导电凝胶和接触头皮。
- 阻抗是倾向阻碍交变电流的流动。高阻抗可能会增加数据中的噪声和研究开始之前应该最小化。
- 在大多数情况下，头发是电极的方式。移动它的出路应该得到更好的阻抗。
- 一旦阻抗是可以接受的所有电极脑电图痕迹，无效的噪声，可以开始收集数据。
图 1： 电极放置。脸上电极来检测 EOG 工件 （左） 的位置。从眉毛略低于后脑勺撞之间直接测量图。上面中眼睛标记，测量这种测量的 10%，这是 FPZ 电极帽的放置 （右图）。
- EEG 数据收集
- 准备去做的任务的参与者。
- 声和光衰减的房间 （声学和电屏蔽） 坐在椅子上 75 厘米 16 英寸电脑屏幕上，从参与者的地方。
- 告诉他/她将会看到屏幕上显示的彩色的圆的参与者。每次见到一个绿色的圆圈，参与者应按下一个按钮，在其右手 (图 2) 举行。
- 显示每个刺激为 1000 毫秒，带刺激的演示文稿之间 1000 ms interstimulus 间隔。
- 显示 64 靶刺激，随机穿插其中的非目标红色圆圈 96 演示文稿。重复此序列两次，共 128 目标刺激试验和 192 非目标控制试验。
- 启动系统，并有脑电图整个演示文稿的功能任务的连续记录。
- 脑电信号放大由放大器增益 1024年与带通 0.01-100 Hz。
- 将离线消除工件拒绝 （大约 15%的审判) 及试验污染眨眼。
- 准备去做的任务的参与者。
图 2： 研究设计古怪任务。参加者提出了一个红色的圆圈或一个绿色的圆圈。每个刺激出现为 1 s，紧接着 1-s 空白屏幕。每次参与者看到一个绿色的圆圈，他被指示按下一个按钮，在他的右手举行。
3.数据分析
- 脱机使用时，引用数据到平均乳突。
- 连续脑电图数据分割成时代，起始 200 毫秒之前和结束 1000 毫秒后发病的刺激。
- 世纪是纠正使用时代来临之前的经济刺激计划的 200 ms 的基线。
- 若要更正为运动伪影，与超过 150 微伏在任何脑电图电极信号变化的世纪不列入平均。
- 数字脱机筛选数据 (通 0.05 20 赫兹)。
- 使用显示的 ERP 平均数从 Pz 记录网站为目标和控制刺激。
- 峰值 （振幅和延迟） 的顶叶 P300 自动索取 Pz 电极。
- 统计分析
- 剧情从顶叶 Pz 电极 ERP 平均值。
- 峰值振幅和延迟，使用 F-检验为每个延迟范围来确定是否存在目标与控制刺激之间的差异。
鉴于我们的环境的感官信息压倒性数量，大脑必须能够优先处理某些刺激，以便它什么可能不是当前重要的是，和参加什么是花费较少的努力。
每一天，一个人暴露对多个景象和声音，人在办公室或在计算机屏幕上的视觉效果中键入一样。
部分，的注意有人支付对这种刺激取决于他们的目标在任何给定的时刻。例如，他们可能有目的地集中在他们要审阅的演示文稿的监视器上。当发生这种情况时，大脑会忽略频繁、 不重要的项目 — — 喜欢打字的同事 — — 而是参与到幻灯片在屏幕上。
这是一个例子这个过程被称为自上而下的注意，其中大脑过滤掉与目标不相关的信息。
与此相反的是，自底向上注意主要是独特的意想不到的刺激，有能力抓住人的注意力，即使他们不与目标相关。
这些罕见的噪声或景点叫古怪的刺激，和 — — 因为他们新奇 — — 的轻重缓急由大脑进行处理，因为它们可能是重要。在厨房里的噪音可能意味着有人受到伤害，或可能有小吃。
在对这种重要的感官事件的反应 — — 在厨房里崩溃 — — 可以激活大脑的同一区域的多个神经元，促进电气信号传播。
这种电反应可以在头皮电极通过脑电图技术来衡量 — — 简称 EEG — — 和由此产生的措施称为事件相关电位或 ERP。
在这个视频中，我们将探讨事件相关电位古怪范式，其中科目显示独特和常见的视觉刺激。我们将演示如何设置脑电实验、 ERP 数据，分析和探讨研究人员如何应用此技术研究等方面的重视。
在这个实验中，参与者查看两种类型的基于形状的刺激的大脑活动 — — 基线和古怪 — — 衡量使用脑电图，为了深入了解大脑如何标识无关重要的感官信息。
为了准备脑电图，研究人员放置电极 — — 已经插入到一顶帽子 — — 对参与者的头皮在特定的解剖位置，所以可以记录在大脑中的电活动。
附加电极周围的眼睛来衡量肌肉活动 — — 能产生运动伪影在脑电数据 — — 和乳突位置作为引用非神经信息聚集在耳朵后面。
与会者介绍了两种类型的刺激，他们会看到。在这里，基线的视觉效果包含一个单一的、 红色的圆圈，而古怪的图像由个别的绿色圆圈组成。
参与者是奉命寻找绿色的形状，并指示按一个按钮，只要其中一个显示屏幕上。
在任务过程中每个圆圈出现 1 s 在计算机监视器上的。圆圈消失后，屏幕仍然是空白为 1 s 和下一个图像，然后提交。
诀窍在于参与者被零星地显示绿色圆圈 — — 和很少 — — 之间的红色的几个连续图像。160 的刺激，只有 64 是绿色的。
这个想法是这些"出的地方"目标图像将捕获两个自底向上的注意 — — 因为他们是罕见 — — 和自上而下的注意 — — 如任务的目标是表明这些形状时显示。
因此，大脑将通过生产鲁棒的电气信号响应这些目标相关，潜在的重要的刺激。
在所有 160 试验不断记录脑电数据。然后在此基础上，重复该序列，显示 160 图像一第二组，确保收集足够的信息，以从噪声区分真正古怪的人引起的活动。
事后，脑电数据进行处理，生成每个解剖的站点，在其中放置电极的 ERP 波形。
先前的研究基础，最关键的数据预计靠近 Pz 电极，位于中心的后部的头，顶叶交界处上方头皮。
具体来说，顶叶 ERPs 的一个组成部分称为 P300 — — 如此命名是因为它是由波形发生大约 300 毫秒后感官的刺激呈现正峰值 — — 预计将增强响应绿色古怪圈。
要开始实验，迎接参与者并确保他们签署所有适当的知情同意书。此外确认，他们没有使用任何护发产品，例如慕斯，可能会干扰脑电信号。
在继续之前，先搅拌导电电极凝胶，释放任何气泡。然后，使用它来填充 10 毫升注射器，这将有助于将这种物质应用到电极安排稍后在议定书 》。
一旦注射器已经准备好了，彻底刷参与者的头发和头皮，和清洁的他们的头顶部用棉花纱布浸泡在酒中。
之后，在每个参与者的耳朵上面和下面的左眼和两只眼睛的远水平位置后面皮肤消毒以类似的方式。
下一步，放置一脸的双面的胶粘剂磁盘对电极。另一边，适用于凝胶上暴露于电极，然后贴上它左眼上方清洁过的区域。重复此过程的其余的消毒位置，脸上。
若要确定脑电图帽要使用的大小，测量从参与者的头前面的距离 — — 眉毛之间直接 — — 问题投射的头骨，位于下方的后脑勺撞。中期的眼点，以上马克的额头上测量距离的 10%。
使用眼睛问题测量，选择一个帽子，适合在标准圆周范围之内，并将其放置以便 FPz 电极 — — 中央，最前面的一个人 — — 放在额头上的标记。然后，将每个脸电极连接到其各自的线上帽。
检索后凝胶填充注射器，告知参与者，会插入到每个电极的钝的尖。现在，每个升降刮底层的头发一边，小心不要弄伤皮肤。
然后在此基础上，继续插入凝胶，重复此过程为剩余的帽电极，以确保正确进行收集在头皮的电信号。
之后，把参与者带到一个安静的房间与声学和电气屏蔽，插在整个帽到录音系统。
使用相关联的计算机程序，检查头皮电极连接的阻抗。如果阻抗大于 10 k ω 为任何电极 — — 这可能会导致在噪声中脑电痕迹 — — 验证，它具有导电凝胶和所有潜在的头发已经被搬走了。
请注意，所有的阻抗值现在应低于 10 k ω。
为行为的任务做准备，有参与者坐以便它们定位从监视器，约 75 厘米，给他们反应的箱子来装。强调的是，他们只应按计时按钮，当他们看到一个绿色的圆圈屏幕上。
参加者了解任务后，开始脑电图系统。允许他们完成 64 目标刺激试验穿插 96 非目标对照试验。160 的审讯后, 启动要重复的序列。
一旦收集了所有数据，将结果导入到分析程序中，开始进行脱机处理。首先，将只有神经信号隔离通过引用到乳突的平均的价值信息。
继续通过划分成世纪连续脑电图录音 — — 开始前 200 ms 和在每个刺激，在这个发病后结束 1000 ms 节实例绿色或红色的圆圈。
进入基线调整使用发生刺激发病前 200 ms 的部分这些时间框架。
然后，若要更正为运动伪影，消除的句点其间超过 ±150 µ V 信号变化录在任何电极 — — 不只是一个采集的数据从解剖部位的兴趣。
之后，每个电极，平均脑电数据收集从所有基线图像试验生产 ERP 波形。同样，平均为古怪的试验数据。
要分析的数据，显示 ERP 平均从 Pz 记录现场为绿色目标和红色控制形状。顶叶的 P300 成分，为评估振幅 — — 以上 0 µ V 的基线值组件的高度 — — 和其滞后时间 — — 多长时间它将显示在 ms 后参与者意见圈子。
然后，这些峰值振幅和延迟，使用 F-检验来确定是否存在基线和古怪的刺激之间的差异。
请注意，对于绿色的古怪形状，跟踪在高峰大约 350 毫秒后发病的刺激，而参与者查看控制红色目标圈时观察到没有 P300 峰。
集体，这些数据表明，顶叶活动增加时给出了古怪的刺激，反映确定任务有关，明显刺激的神经过程。
现在，你知道如何研究人员使用视觉古怪范式的感官信息处理，让我们看看科学家此技术在分析事件相关电位在其他领域的应用。
虽然我们已经集中在事件相关电位由健康的大脑，一些研究者采用的古怪范式，以了解如何脑震荡 — — 创伤，导致头部受伤 — — 影响认知过程。
例如，证据存在脑震荡那些学生 — — 和那些表现出症状，如头晕或混乱 — — 生产大大降低 P300 峰当他们查看罕见古怪形象，相比受伤的控制参与者。
这表明，脑震荡可能产生消极影响大脑如何回应，及处理，潜在的重要感官信息。
其他研究人员利用改变古怪的范例 — — 一个涉及意想不到的声音，而不是图像 — — 更好地理解自顶向下和自底向上的关注之间的差异。
通过研究事件相关电位由古怪的音调，科学家们已经决定，，不仅是 P300 峰也增强由罕见的声音，但此组件可以由两个部分组成： 一个早期的部分称为 P3a及后来的 P3b元素。
有趣的是，观察到了这两座山峰的参与者给出，目的是查明罕见声音刺激事件相关电位。但是，只有 P3a发生在参与者告诉只是被动地听音乐，并不给出目标识别零头的波形。
因此，P3a被认为处理自底向上的注意力 — — 和大脑对新奇的刺激的反应 — — 而 P3b可能反映了自上而下的注意，和如何大脑认知分类目标。
你刚看了朱庇特的视频上使用古怪范式来调查处理感官刺激 — — 特别是在顶叶。到现在为止，你应该知道如何设计不同的刺激，记录脑电图 (Eeg)，以及生成和分析事件相关电位。您还应该了解的事件相关电位如何可以洞察的认知过程，和用来更好地了解一定的损伤。
谢谢观赏 ！
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Results
古怪任务参与者奉命应对他们看到一个绿色的圆圈每次按下一个按钮，在增加的顶叶 P300 相比，当参与者查看控制红圈。此跟踪峰值大约 350 毫秒后发病的刺激，则无 P300 峰控制跟踪的（图 3)。
图 3:P300 顶叶回应基线和古怪的图像。平均 ERP 时间的痕迹的顶叶回应基线图像 （红色） 和古怪的图像 （绿色）。响应在微伏在毫秒。
这些结果表明在顶叶脑活动增加时古怪项目，提出了反映确定任务有关，明显刺激的神经过程。大脑通过确定这些项目和处理这些资源集中用于提高其效率。吸引注意力以这种方式的刺激反应更迅速，，后来还记得更清楚。
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Applications and Summary
ERP 的方法，由于其极高的时间分辨率，允许歧视之间的电的事件对应的极快的心理过程。古怪任务演示这项权力，在揭示从区别两个类似刺激少于一半的顶叶电气签名一秒钟后他们的演示文稿。任务提供一个窗口到大脑的过程用于识别在环境中的功能，有当前的生物重要性。3
古怪范式相结合方面的自底向上和自顶向下的重视。自底向上的注意力是指外源刺激来吸引我们的注意力，不管我们自己任性的计划或目标的能力。这进场古怪任务中的各项指标均罕见和不同于其他的刺激，在实验中，让他们脱颖而出。自上而下的注意是指我们筛选传入的信息基于我们当前的任务目标的能力。古怪任务涉及自上而下的注意，因为我们奉命只对目标刺激的反应，因此我们都自觉地试图给他们参加。研究发现，P300 电位可能有早期和晚期的子组件，早期子组件 (称为 P3a) 反映由新奇刺激，与后来子组件 （称为 P3b），反映了自上而下的刺激作为目标的认知分类的自底向上显著性。因此，古怪任务是注意的过程鲁棒和复杂探针。
作为可靠的注意力过程在大脑中的标记物，P300 诱发古怪任务可以是有用的生物标记物注意力障碍。例如，注意力缺陷多动症患儿显示较小和后来的 P300 潜力，4和这些差异趋于下降有效的药物治疗。5
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References
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