ERP实验设计和数据分析.pptx

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1、ERP实验设计和数据分析实验设计和数据分析 李晓庆李晓庆中国科学院心理研究所中国科学院心理研究所2011-07-01 ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题 如何从如何从ERP数据中得出结论数据中得出结论 ERP成分成分(component)与与ERP波形波形(waveform)ERP实验设计中的无关变量及应对策略实验设计中的无关变量及应对策略 刺激材料数量和呈现策略刺激材料数量和呈现策略 数据分析时的基线问题数据分析时的基线问题 ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项 ERP叠加平均的原理、及伪迹叠加平均的原理、及伪迹 用用ICA排除伪迹排除伪迹 ERP的的PCA分析法及适用

2、范围分析法及适用范围 F.C.Donders Centre for Cognitive NeuroimagingERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题好数据是无可替代的好数据是无可替代的 好数据是无可替代的。相信伪迹提出可以将坏数据变成好数据是愚蠢的。伪迹排除只能偶尔去掉那些偶尔发生的含有伪迹的试次，使好数据变得更好。如果被试在对待特定事件进行反应时总是眨眼，或者有连续的高振幅活动，伪迹排除方法并不能给予补偿，也就是说，那些具有系统噪声和系统伪迹的数据，并不能通过伪迹排除的方法得到更大改善。(Hansen.J.C.,未发表的软件文档)ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(一一

3、)如何从如何从ERP数据中得出结论数据中得出结论1.不基于特定ERP成分的推论时间特点地形图（头皮分部）波幅时间认知加工过程的功能异同同一认知加工过程的参与程度(Li,Yang,Hagoort,2008)ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题例子，重读重读(合适合适 vs.不合适不合适)声声调(合适合适 vs.不合适不合适)现在正是玫瑰盛开的季节。明天小明去买什么把房间装饰一下？a 明天小秦去买花装饰房间（AB）b 明天小秦去买花装饰房间（AB）c 明天小秦去买画装饰房间（AB）d 明天小秦去买画装饰房间（AB）3 -3abcdLi et al.,2008(d-a)=(c-a)+(b-

4、a):线性相加性说明accent和tone的语义加工存在一定的对应之处ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(一一)如何从如何从ERP数据中得出结论数据中得出结论2.基于特定ERP成分的推论ERP成分(Component):a part of waveform with a circumscribed scalp distribution(alluding to the underlying neural configuration)and a circumscribed relationship to experimental variables(alluding to the co

5、gnitive function served by the activity of this configuration)(Donchin et al.,1978).N400:central-parietal;semantic integration 信息结构如何影响语义加工的深度 (Wang et al.,2009)焦点(焦点 vs.非焦点)语义合适(合适 vs.不合适)ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(二二)ERP成分成分(component)与与ERP波形波形(waveform)1.ERP波峰波峰ERP成分成分2.不能从单一的不能从单一的ERP波形估计波形估计 ERP成分

6、的时间过程和峰潜成分的时间过程和峰潜伏期伏期3.不要把实验效应与波形的变不要把实验效应与波形的变化进行简单对应化进行简单对应4.波峰振幅的差异波峰振幅的差异成分大小成分大小的差异的差异 波峰潜伏期的差异波峰潜伏期的差异成分时成分时程的变化程的变化ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(二二)ERP成分成分(component)与与ERP波形波形(waveform)1.聚焦于特定的成分聚焦于特定的成分2.使用已成熟的实验操作使用已成熟的实验操作3.聚焦于大的成分聚焦于大的成分4.用差异波来分离成分用差异波来分离成分5.使用成分独立的实验设计使用成分独立的实验设计实验设计实验设计 减少减少

7、ERP成分和成分和ERP波形之间的关系不确定性波形之间的关系不确定性可数名词,语义相关 (plate.cup)可数名词,语义不相关(sock.cup)不可数名词,语义相关(rain.water)不可数名词,语义不相关(garbage.water)(Vogel,Luck,Shapiro,1998)有动物的照片无动物的照片150 ms(Thorpe,1996)ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(三三)ERP实验设计中的无关变量及应对策略实验设计中的无关变量及应对策略例子,实验目的：刺激可辨性(discriminability)对P3的影响 材料：字母表（10%“Q”;90%随即选择的非

8、“Q”;“Q”从不连续出现）任务：字母“Q”时按键 条件:容易辨别(亮条件)vs.难于辨别(暗条件)无关无关变量量：刺激的物理属性：“Q”与非“Q”的形状不同;与非“Q”相比,“Q”出现的频率高 被试的反应方式：对靶“Q”反应，而对非靶不反应 (受与运动有关的ERP的污染)刺激的呈现方式：“Q”从不连续出现 (P3后效只影响非“Q”)刺激材料的数量：10%“Q”;90%非“Q”(峰振幅)刺激条件的操作：亮条件 vs.暗条件-二次反应(早期成分；加工难度差异)ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(三三)ERP实验设计中的无关变量及应对策略实验设计中的无关变量及应对策略应对策略策略：刺激

9、的物理属性：使用不同的靶字母，在全体被试间进行平衡；10个字母，1个为靶-每个字母的出现概率都是10%被试的反应方式：对靶“Q”和非靶做不同的反应 刺激的呈现方式：分析数据时，去除有靶领先的非靶刺激 刺激材料的数量：平均波幅代替峰波幅；随机选择同等数量的非靶刺激 刺激条件的操作：增加控制条件；亮刺激与暗刺激在同一区组内随机呈现；额外的数据分析(RTs 快 vs.RTs 慢)ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(三三)ERP实验设计中的无关变量及应对策略实验设计中的无关变量及应对策略 1.刺激的物理属性：不同不同实验条件下，尽量使用物理属性相同的刺激材料条件下，尽量使用物理属性相同的刺

10、激材料；增加控制实验 例子，重读重读(合适合适 vs.不合适不合适)韵律韵律边界界(合适合适 vs.不合适不合适)他撞倒谁的车子之后逃跑了？撞倒/肖明的车子（AB）撞倒/肖明的车子（AB）撞倒肖明的/车子（AB）撞倒肖明的/车子（AB）他撞倒谁的车子之后逃跑了？（AB）他撞倒肖明的什么物品之后逃跑了？（AB）警察把撞倒谁的车子没收了？（AB）警察把撞倒肖明的什么物品没收了？（AB）撞倒/肖明的车子 (Li et al.,2011)下划线:表示锁时的关键词;红色表示重读的位置;左侧:物理属性不一样;右侧:物理属性一样 Audiovisual situation Standard 随后随后(红色红

11、色)的方形出现了的方形出现了(75%)Deviant1 随后随后(红色红色)的的方形方形出现了出现了(12.5%)Deviant2 随后(红色红色)的方形出现了(12.5%)Auditory situation Standard 随后随后红色红色的方形出现了的方形出现了 Deviant 随后随后红色红色的的方形方形出现了出现了 (Li et al.,2009)(三三)ERP实验设计中的无关变量及应对策略实验设计中的无关变量及应对策略 1.刺激的物理属性：不同实验条件下，尽量使用物理属性相同的刺激材料；增加控制实验增加控制实验 例子，重读语义与视觉背景整合的时间特点重读语义与视觉背景整合的时间特

12、点 下划线:表示锁时的关键词;红色表示重读的位置;上:正式实验;下:控制实验重读与视觉背景一致重读与视觉背景不一致重读与视觉背景不一致ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(三三)ERP实验设计中的无关变量及应对策略实验设计中的无关变量及应对策略 2.刺激材料的重复 3.不同实验条件下，刺激材料的数量不同 4.不同实验条件下，被试反应的有无不同；反应的难度不同 5.尽量在同一区组内变化实验条件；而不是在不同区组间变化实验条件 ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(四四)刺激材料数量和呈现策略刺激材料数量和呈现策略 1.刺激材料的数量刺激材料的数量 效应的大小(ERP成分;实验

13、条件操纵)；数据的噪声水平 30-60-large component(P3,N400)150-200-medium-sized component(N2)400-800-small component(P1)(Luck,2004)2.2.刺激材料的数量和信噪比刺激材料的数量和信噪比 ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(四四)刺激材料数量和呈现策略刺激材料数量和呈现策略3.3.刺激材料刺激材料-ERP成分重叠成分重叠4.应对ERP成分重叠的策略成分重叠的策略 a 运用运用ISI jitter(抖抖动)jitter的范的范围尽量尽量宽；b 不呈不呈现刺激的小概率事件刺激的小概率事件

14、(Picton et al.,1974)c 估估计已采集数据的重叠已采集数据的重叠 从平均波形中减去估从平均波形中减去估计的重叠的重叠 ADJAR(adjacent response)(Woldorff,1993)ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题(五五)数据分析时的基线问题数据分析时的基线问题-实验设计实验设计 1.尽量使尽量使锁时点之前的刺激材料在不同点之前的刺激材料在不同实验条件中相同条件中相同 (Li,Chen,and Yang.,2011)2.2.选择恰当的恰当的时间段作段作为基基线，并在，并在实验设计时使其在使其在 不同不同实验条件中相同条件中相同 (Nan,Knsch

15、e,Friederici,2009)3.利用差异波（把效利用差异波（把效应进行比行比较）(Li et al.,minor revision)ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题例子，重读重读(合适合适 vs.不合适不合适)韵律韵律边界界(合适合适 vs.不合适不合适)他撞倒谁的车子之后逃跑了？撞倒/肖明的车子（AB）撞倒/肖明的车子（AB）撞倒肖明的/车子（AB）撞倒肖明的/车子（AB）他撞倒谁的车子之后逃跑了？（AB）他撞倒肖明的什么物品之后逃跑了？（AB）警察把撞倒谁的车子没收了？（AB）警察把撞倒肖明的什么物品没收了？（AB）撞倒/肖明的车子(Li,Chen,and Yang,

16、2011)下划线:表示锁时的关键词;红色表示重读的位置;左侧:基线不一样;右侧:基线一样 ERP实验设计中的若干问题实验设计中的若干问题例，非音乐家对音乐小结边界的感知，及文化差异对其的影响非音乐家对音乐小结边界的感知，及文化差异对其的影响 Baseline:-200 0 ms -800-300 ms (Nan,Knsche,Friederici,2009)Research designActive sentences(low working memory load)high semantic related low semantic related萌萌把“新娘”浅色的婚纱弄脏后感到很抱歉。萌

17、萌把“队长”浅色的婚纱弄脏后感到很抱歉。萌萌把“新娘”浅色的婚纱弄脏后感到很抱歉。萌萌把“队长”浅色的婚纱弄脏后感到很抱歉。Passive sentences(high working memory load)high semantic related low semantic related萌萌说“新娘”被弄脏浅色的婚纱后叹了口气。萌萌说“队长”被弄脏浅色的婚纱后叹了口气。萌萌说“新娘”被弄脏浅色的婚纱后叹了口气。萌萌说“队长”被弄脏浅色的婚纱后叹了口气。Memory Load (high vs.low)Accentuation(accented vs.de-accented)Semanti

18、c Relatedness(high vs.low)(Li et al.,minor revision)下划线:表示锁时的关键词;红色表示重读的位置;右侧减左侧得到差异波ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（一）（一）ERP叠加的平均的原理、及伪迹叠加的平均的原理、及伪迹1 1.ERP.ERP的平均的原理的平均的原理信号信号噪声噪声(background EEG)伪迹伪迹ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（一）（一）ERP叠加平均的原理、及伪迹叠加平均的原理、及伪迹2 2.EEG.EEG数据中的数据中的伪迹迹 眨眼 眼动(阅读,视觉搜索)波 肌电 jaw,neck,and

19、 face muscles squinting,eyebrow movements smiling,laughter 出声阅读 心电(e.g.,参考位于血管上)电极接触不良 剔除含有伪迹的刺激剔除含有伪迹的刺激 信噪比降低 矫正矫正 较好的信噪比；剔出不正确反而更歪曲数据ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（一）（一）ERP叠加平均的原理、及伪迹叠加平均的原理、及伪迹2 2.EEG.EEG数据中的数据中的伪迹迹 -波波 10 Hz,100 ms 一个周期，parietal-occipital 很难平均掉：波幅高 与刺激材料同步 影响数据的解释；特别是始潜时的分析 控制策略：ISI j

20、itter，100 ms ms-1001002003004005006007008009001000uV-6.06.0PZERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（一）（一）ERP叠加平均的原理、及伪迹叠加平均的原理、及伪迹2 2.EEG.EEG数据中的数据中的伪迹迹 -慢慢电位漂移位漂移 皮肤电位变化；电极接触不良 剔除：计算EEG在所有trials上的斜率，并将那些斜率超出一定 阈值 的trial排除 ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（一）（一）ERP叠加平均的原理、及伪迹叠加平均的原理、及伪迹3 3.EEG.EEG数据中的数据中的伪迹迹 -眼眼动 固定的电压梯度(正极

21、指向眼球正面)；眼动指向的方面，头皮电压变得更正 剔除眼动污染的刺激 优点：数据更干净 缺点：信噪比降低；不可避免会产生眼动；有的眼动难以侦查到；剔除方法错误 眼动矫正 回归分析；偶极子定位；ICA ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项3 3.EEG.EEG数据中的数据中的伪迹迹 -眼眼动ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（二）用（二）用ICA排除伪迹排除伪迹(Jung et al.,2000,2001)数据驱动 data-driving 利用数据的相关结构，线形方法和非线性方法相结合；N电极 -N个独立的成分 与特定伪迹有关的成分具有独特的特点 利用逆运算(invers

22、e computation)-减去有伪迹有关的成分眼动眼动肌电肌电波波坏电极坏电极ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（二）用（二）用ICA排除伪迹排除伪迹-具体程序具体程序（1）Neuroscan 数据预处理数据预处理 Ocular artifact reduction、re-Reference、filter、epoch、baseline correction、Artfact rejection（-75+75）、Delete rejectred sweeps用用matlab打开打开eeglab file-set path(包含eeglab程序所在的路径、eeg数据所在的路径)；直接

23、在matlab中输入eeglab 把把.eeg数据转换为数据转换为eeglab的数据的数据(.set)file-import-from Neuroscan.eegfile file-save current dataset as(保存为.set数据)ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（二）用（二）用ICA排除伪迹排除伪迹-具体程序（具体程序（2）Run ICA file-load existing dataset edit-channel location(一路点击ok)tools-run ICA file-save current dataset as(保存包含ica信息的数据)

24、用用ICA去伪迹去伪迹 tools-reject data using ICA-reject component by maps tools-romove compoments file-save current dataset as(保存包含去除伪迹后的数据)把把.set数据转换为数据转换为Neuroscan能读取的能读取的.avg数据数据 1.files-export-Data and ICA activity to text files 对话窗的以下处划勾 Export ERP average instead of trials Transpose matrix(ele-rows)Exp

25、ort channel labes/component numbers Export time values 2.把导出的数据转换为.xls数据-去除第一行（电极点名称）和第一列（时间点名称）；把.xls数据转换为.dat数据 把.dat数据转换为.avg数据 .dat数据的打开方式选择Neuroscan channel 62(电极数)acquisition rate 500(采样率)X Mimum -100（epoch时的时间最小值）point 551（采样点数）（二）用（二）用ICA排除伪迹排除伪迹-具体程序（具体程序（3）ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（三）（三）ERP的

26、的PCA分析法及适用范围分析法及适用范围-具体程序具体程序 数据驱动 data-driving 利用数据的相关结构 M个连续变量-N个成分，NM 很难从ERP波形中确定每个ERP成分的代表性时间窗口(Li et al.,2010)例子，重读重读(合适合适 vs.不合适不合适)韵律韵律边界界(合适合适 vs.不合适不合适)(Li et al.,2011)ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（三）（三）ERP的的PCA分析法及适用范围分析法及适用范围-基本原理基本原理.avg 数据的预处理数据的预处理 打开.avg文件，然后另存为.dat文件；把.dat文件的扩展名改为.xls文件，删除

27、基线上的数据、及电极名称；把.xls文件的扩展名改为.txt文件ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（三）（三）ERP的的PCA分析法及适用范围分析法及适用范围-基本原理基本原理 用用matlab 运行运行rawdata_to_pca.m来合并数据来合并数据 1.输入是你的数据矩阵，列是电极，行是各个时间点、被试、实验条件等。例如，你有62个电极，3个被试，2个条件，500个时间点，这个矩阵就是 3000行（50032），62列的矩阵。2.程序的作用是对每个被试的每个实验条件数据（500行，62列）进行旋转，并downsample(如2），这样函数输出就是一个372行（6232），2

28、50列的矩阵，3.把数据输入 rawdata_to_pca.m的inputmatrix=括号内；在matlab中打开rawdata_to_pca.m（注意当前路径的对应）；点击DeBug-RunERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（三）（三）ERP的的PCA分析法及适用范围分析法及适用范围-基本原理基本原理 把把整理好的数据整理好的数据，放入放入spss中作中作PCA -Factor Analysis ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（三）（三）ERP的的PCA分析法及适用范围分析法及适用范围-基本原理基本原理 把把整理好的数据整理好的数据，放入放入spss中作中作PC

29、A -Factor Analysis ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（三）（三）ERP的的PCA分析法及适用范围分析法及适用范围-基本原理基本原理 把把整理好的数据整理好的数据，放入放入spss中作中作PCA -Factor Analysis ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（三）（三）ERP的的PCA分析法及适用范围分析法及适用范围-基本原理基本原理 把把整理好的数据整理好的数据，放入放入spss中作中作PCA -Factor Analysis ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（三）（三）ERP的的PCA分析法及适用范围分析法及适用范围-基本原理基

30、本原理 把把整理好的数据整理好的数据，放入放入spss中作中作PCA -Factor Analysis ERP数据分析中的注意事项数据分析中的注意事项（三）（三）ERP的的PCA分析法及适用范围分析法及适用范围-基本原理基本原理 把把整理好的数据整理好的数据，放入放入spss中作中作PCA -Factor Analysis 谢谢！谢谢！演讲完毕，谢谢观看！ERP软件系统的实现4.1 自行开发还是购买商品软件4.2 商品软件的选择4.3 控制对软件的修改4.1 自行开发还是购买商品软件F自行开发软件的缺点F购买商品软件的比例日益增加F购买商品软件存在的问题自行开发软件的缺点l 耗时过长l 未必成

31、功l 起点较低购买商品软件的比例日益增加F据国外统计，购买商品软件的比例，在1970年代还不到50，进入1980年代则超过80。F近年来，几乎所有实现ERP的企业都是购买商品软件。购买商品软件存在的问题F由于商品软件的通用性，系统可能过于复杂F可能需要二次开发F可能难于连接已有的程序F可能存在故障隐患4.2 商品软件的选择F选择商品软件的原则F选择商品软件的方法F签订合同选择商品软件的原则F选择一个实用的和适用的软件F选择有成功用户先例的软件F不要操之过急首先接受关于ERP的先行教育F不要拖延太久选择商品软件的原则F确定要对软件作那些修改或扩充，以及如何实现WhatCostScheduleF要

32、保留原有系统中好的部分选择商品软件的原则F根据性能价格比来评价软件系统 软件初始成本 软件价格 软件修改成本 接口成本 推迟实施的机会成本选择商品软件的原则F软件选择队伍的组织要包括可以作决策的人软件选择队伍和实施队伍的统一IT部门应参与软件选择与评价F要有预算并得到批准选择商品软件的方法F考察软件的功能功能需求问题单参照MRPII/ERP标准F考察软件技术FGartner Group的评价选择商品软件的方法F考察软件文档F考察供应商实力财政技术支持和服务F考察供应商的用户签订合同F要有准备F一般不要签标准的合同F要包括处理故障隐患的条款F文字表达要清楚准确签订合同F所有生意内容均以书面形式表

33、达清楚F合理的付款日程表，控制财务杠杆F如有惩罚条款，则应和付款日程表相结合F关于软件维护，一般只签一年的合同4.3 控制对软件的修改F教育和培训F标准软件F有效的管理教育和培训F使用户了解ERP 逻辑F使用户能在ERP 的总体框架内考虑问题，而不仅仅是基于业已习惯的工作方式来考虑问题。标准软件F用户对ERP 的了解和要求都能在软件中得到反映F从而减少修改软件的请求有效的管理F控制软件修改的原则F控制软件修改的方法控制软件修改的原则F对于修改软件的请求，项目小组和指导委员会应当坚持两条原则：抵制区分软件系统的两类功能控制软件修改的原则F抵制如果一项修改软件的请求对于企业的运营和ERP 的实施都

34、不是本质的，则应予以抵制。因为任何修改都会推迟ERP 项目的实施、提高成本并减少成功的机会。控制软件修改的原则F区分软件系统的两类功能必须由计算机来做用计算机代替手工工作方式控制软件修改的方法F对于在软件选择阶段已估计到、已有预算的修改请求，照计划做。控制软件修改的方法F对于新出现的修改软件的请求，首先由IT部门估算工作量，确定是较大的修改或较小的修改。控制软件修改的方法F对较小的修改，项目小组可以决定是否接受、拒绝或推迟。F对于一项较大的修改，由项目小组进行审查并向指导委员会提出建议，由后者作出决定。控制软件修改的方法F项目小组的建议：立即或尽快做：对企业的运营和ERP的运行是必须的，且必须由计算机来做推迟：如果所请求的修改是好的，但不是本质的