参考电极的选择

«ERPs 实 验 教 程» 重 要 补 遗 ( 二 ) 参 考 电 极 的 选 择 和 转 换 撰 写 : 党 丽 洁, 孟 伟, 张 典 审 校 : 赵 仑

一 参 考 电 极 的 选 择 什 么 样 的 参 考 位 置 才 能 获 得 最 真 实 的 基 线 ( 近 似 于 0 的 ) 信 号 呢? 不 同 的 主 张 产 生 了 不 同 的 参 考 选 择 和 使 用, 包 括 最 普 遍 的 标 准 平 均 ( 所 有 头 皮 电 极 位 置 的 平 均 ) 双 侧 乳 突 连 线 平 均 耳 垂 连 线 平 均 前 额 中 心 电 极 鼻 尖 非 头 部 的 胸 椎 踝 关 节 下 颚 和 膝 盖 虽 然 对 参 考 电 极 位 置 的 争 论 是 纯 方 法 学 的, 但 它 也 具 有 非 常 重 要 的 理 论 意 义 研 究 显 示, 在 同 一 实 验 程 序 采 用 不 同 的 参 考 位 置 将 产 生 不 同 的 结 果, 其 原 因 是 不 同 的 参 考 位 置 会 对 数 据 记 录 产 生 不 同 的 影 响 鉴 于 对 参 考 电 极 位 置 方 向 与 偶 极 子 发 生 器 位 置 之 间 的 复 杂 关 系 及 电 信 号 通 过 头 骨 的 传 播 特 性 的 考 虑,Katznelson (1981) 认 为 最 好 的 解 决 方 式 就 是 所 报 告 的 每 一 组 数 据 使 用 两 种 或 两 种 以 上 不 同 的 参 考 电 极 模 式, 并 从 中 确 定 结 果 上 的 相 同 点 最 常 用 的 头 部 参 考 是 耳 垂 或 乳 突 的 连 线 或 平 均, 及 全 头 平 均 参 考 相 对 较 少 使 用 的 有 鼻 尖 和 下 颚 参 考 耳 垂 或 乳 突 的 连 线 或 平 均 作 为 参 考 是 将 两 个 电 极 的 连 线 或 平 均 作 为 一 个 参 考 信 号, 这 种 方 法 在 EEG/ERP 的 研 究 中 ( 尤 其 是 视 觉 和 听 觉 诱 发 电 位 的 研 究 ) 被 广 泛 地 使 用 在 这 一 方 法 中, 耳 垂 或 乳 突 电 极 的 放 置 位 置 相 同, 即 每 个 参 考 电 极 都 放 置 于 一 侧 耳 垂 或 耳 后 的 乳 突 上 然 而, 在 信 号 放 大 之 前 将 连 个 电 极 连 线 在 一 起, 理 论 上 是 强 行 将 两 个 信 号 相 等 对 待 这 一 缺 陷 将 会 产 生 一 个 低 电 阻 通 道, 使 得 整 个 头 皮 的 电 压 分 布 得 到 改 变 因 为 如 果 两 个 电 极 的 电 阻 不 相 同, 电 流 将 更 易 流 向 其 中 一 方, 并 将 有 效 的 参 考 位 置 转 移 向 电 阻 更 低 的 位 置, 因 此 影 响 有 效 的 分 布 并 改 变 了 对 称 性 实 际 上, 因 为 皮 肤 阻 抗 明 显 高 于 大 脑 阻 抗, 这 种 影 响 并 不 严 重 相 比 较 而 言, 选 取 两 个 电 极 信 号 的 平 均 数, 被 认 为 是 比 连 线 法 更 好 的 方 法, 它 可 避 免 分 布 失 真 但 是, 耳 垂 / 乳 突 平 均 参 考 也 有 其 自 身 缺 陷 Goldman (1950) and Katznelson (1981) 研 究 发 现, 耳 垂 / 乳 突 平 均 参 考 将 临 近 脑 区 的 活 动 作 为 了 基 线 由 于 耳 垂 / 乳 突 参 考 临 近 颞 枕 部 发 生 器, 所 以 会 对 以 研 究 该 部 位 临 近 区 域 为 目 的 的 某 些 特 定 实 验 产 生 影 响, 如 对 高 级 视 觉 加 工 的 研 究 中, 大 量 的 发 生 器 被 定 位 于 颞 枕 皮 层 当 然, 在 不 同 的 实 验 设 计 中, 耳 垂 / 乳 突 参 考 是 积 极 有 效 的 耳 垂 参 考 在 视 觉 任 务 中 在 视 觉 诱 发 电 位 听 觉 诱 发 电 位 体 觉 诱 发 电 位 上 显 示 出 重 要 的 意 义 同 样, 乳 突 参 考 在 听 觉 诱 发 电 位 和 体 觉 诱 发 电 位 上 也 是 积 极 有 效 的 但 是, 乳 突 / 耳 垂 平 均 并 不 是 评 估 半 球 形 差 异 的 最 好 选 择, 因 为 它 可 能 降 低 半 球 形 差 异 标 准 平 均 参 考 近 年 来 被 推 荐 作 为 进 行 头 皮 电 生 理 研 究 的 指 导 方 针 它 是 将 头 皮 记 录 的 所 有 脑 电 电 极 信 号 进 行 平 均 作 为 参 考 电 极, 其 理 论 依 据 是 头 皮 平 均 数 是 一 个 恒 常 数 零 但 是, 无 论 多 精 确 的 平 均 参 考 也 只 是 一 个 理 论 上 接 近 的 零 点, 且 依 赖 于 传 感 器 的 数 量 和 位 置 从 前 额 或 前 部 信 号 取 得 精 确 的 采 样 是 相 对 困 难 的, 因 为 大 脑 并 不 是 一 个 真 正 的 球 体, 所 以 在 大 脑 上 的 电 极 排 列 也 并 不 能 像 在 球 体 上 一 样 完 全 合 适 因 此, 任 何 平 均 都 必 然 更 有 利 于 中 央 和 后 部 侧 部 和 背 部 位 置 此 外, 相 对 较 少 的 电 极 信 号 参 与 平 均 将 对 平 均 后 的 电 信 号 产 生 更 大 影 响, 同 时 也 影 响 了 参 考 电 极 与 头 皮 其 他 电 极 之 间 的 相 位 和 振 幅 关 系, 使 得 对 已 记 录 数 据 的 空 间 特 性 的 解 释 变 得 困 难 该 影 响 可 通 过 增 加 足 够 大 的 电 极 采 样 来 改 善, 如 至 少 20 个 电 极 另 有 研 究 者 对 平 均 参 考 提 出 批 评, 因 为 平 均 参 考 法 可 能 会 产 生 ghost potentials (Desmedt et al., 1990) 事 实 上, 真 正 意 义 上 的 中 性 电 位 点 的 缺 乏 同 样 表 现 在 其 他 参 考 电 极 中, 但 这 对 平 均 参 考 的 影 响 在 电 极 排 列 疏 松 并 集 中 在 某 些 孤 立 区 域 时 尤 其 显 著 其 他 头 部 参 考 的 使 用 相 对 较 少, 且 实 验 环 境 需 要 得 到 一 定 的 控 制, 如 鼻 尖 记 录 可 以 更 好 1

地 显 示 AEP 活 动 以 及 MMN 的 研 究, 而 下 额 参 考 在 视 觉 任 务 中 被 认 为 是 可 行 的 然 而, 这 些 参 考 类 型 都 是 邻 近 颅 骨 通 路 的 ( 口 喉 咙 眼 窝 鼻 窦 ), 在 使 用 时 需 要 注 意, 因 为 所 产 生 的 低 阻 抗 通 路 将 对 电 信 号 的 分 布 特 征 产 生 潜 在 影 响 总 之, 没 有 对 所 有 实 验 环 境 都 适 用 的 完 美 的 参 考 电 极 位 置 因 为 不 同 的 实 验 室 偏 爱 不 同 的 参 考 电 极 位 置, 且 相 关 的 神 经 系 统 发 生 器 的 位 置 也 仍 旧 未 知, 所 以 了 解 如 何 选 择 参 考 电 极 位 置 及 不 同 的 参 考 会 对 数 据 产 生 何 种 影 响 是 非 常 重 要 的, 其 核 心 在 于 了 解 如 何 根 据 所 选 的 不 同 的 参 考 位 置 来 解 释 数 据 结 果 二 参 考 电 极 的 转 换 ( 一 ) 以 鼻 尖 头 顶 作 为 参 考 电 极 采 集 数 据 时, 如 何 转 换 为 双 侧 乳 突 做 参 考? 1 用 SCAN 打 开 需 要 转 换 的 原 始 数 据 (EEG 或 AVG 文 件 ), 点 击 主 菜 单 中 的 Transform 选 择 其 中 的 GFP/Reference 功 能 项 ( 图 1); 2 在 Average transform channel 栏 中 选 择 需 要 转 换 的 参 考 电 极 ( 选 择 All, 即 以 所 有 电 极 的 平 均 作 为 参 考 电 极 ; 选 择 specified, 点 击 进 入 Select 窗 口, 即 可 手 动 选 择 需 要 转 换 的 电 极, 例 如 将 鼻 尖 参 考 转 换 为 双 侧 乳 突 参 考, 可 选 择 M1 M2 电 极 ), 如 图 2 确 定 电 极 后 点 击 OK 关 闭 该 对 话 窗 3 在 Option 中 : Include the Reference Electrode 当 进 行 DFP 运 算 时, 系 统 有 两 种 可 选 择 方 式, 一 种 是 只 选 择 作 用 电 极 (N, 包 括 设 为 坏 电 极 的 和 设 伟 忽 略 的 电 极 ); 另 一 种 是 同 时 选 择 作 用 电 极 和 被 假 设 为 不 活 动 的 参 考 电 极 (N+1) 如 选 择 该 项, 系 统 运 算 将 以 N+1 的 方 式 执 行 运 算 如 不 选 择, 则 系 统 默 认 为 以 N 为 总 数 进 行 运 算 Add GFP Channel 选 择 该 项 将 显 示 GFP (Global field power) 结 果 ( 当 选 择 电 极 的 数 量 小 于 2 时, 无 法 进 行 GFP 的 运 算 一 般 情 况 下, 转 换 为 乳 突 参 考, 不 需 要 计 算 GFP, 即 可 以 不 选 择 该 选 项 ) Calculate As Field Z-scores 该 选 项 是 用 地 形 学 上 每 个 时 间 点 的 标 准 偏 差 来 标 准 化 GFP 的 数 据 将 它 们 作 为 空 间 Z 分 数 这 在 制 作 动 画 时 是 非 常 有 用 的 本 质 上, 数 据 在 每 个 时 间 点 是 自 动 刻 度, 因 此, 地 图 的 颜 色 刻 度 依 据 标 准 偏 差 来 设 置 4 在 Output File 输 入 新 的 文 件 名 称 及 路 径, 点 击 Save, 然 后 点 击 OK, 如 图 3 新 的 文 件 即 为 参 考 电 极 转 换 后 的 结 果 ( 包 括 REF 和 GFP 导 联 ), 如 图 4 2

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( 二 ) 以 单 侧 乳 突 作 为 参 考 电 极 采 集 数 据 时, 如 何 转 换 为 双 侧 乳 突 作 为 参 考 电 极? Montage Editor 是 一 项 重 要 的 功 能, 对 CNT 文 件 EEG 文 件 和 AVG 文 件 均 可 进 行 不 同 导 联 之 间 的 转 换 或 换 算 在 单 侧 乳 突 参 考 电 极 转 换 中 的 使 用 如 下 1 用 SCAN 打 开 单 侧 乳 突 参 考 电 极 的 原 始 脑 电 数 据 文 件 (CNT EEG AVG 均 可 ) 下 面 用 AVG 文 件 作 说 明, 如 图 5, 图 中 可 以 看 到 左 侧 乳 突 M1 作 为 参 考 电 极 ( 不 显 示 ), 右 侧 乳 突 M2 作 为 记 录 电 极 2 点 击 Launch Montage Editor 出 现 界 面 如 图 6: 左 侧 是 电 极 排 列 距 阵, 右 侧 是 电 极 排 列 位 置 矩 阵 中 电 极 对 应 的 数 字 可 作 为 乘 数 (multipiers), 原 始 数 据 的 每 个 导 联 的 每 个 记 录 点 上 的 数 据 乘 上 该 导 联 相 对 应 的 乘 数, 即 可 得 到 该 导 联 的 新 的 数 据 为 了 将 单 侧 乳 突 参 考 (M2) 转 换 为 双 侧 乳 突 参 考 (M1 和 M2), 即 可 以 将 M2 除 以 2, 所 得 的 数 据 即 为 M1 与 M2 和 的 平 均 数 [(M1+M2)/2)] 详 细 步 骤 如 下 ; 4

在 NS Montage Editor 界 面 下, 在 左 边 电 极 排 列 矩 阵 中, 将 M2 自 身 所 对 应 的 乘 数 改 为 0.5, 其 他 导 联 乘 数 均 设 为 1( 也 可 以 用 鼠 标 点 击 连 线, 即 为 1), 如 图 7 和 图 8 所 示 ; 3 保 存 生 成 LDR 文 件, 关 闭 Montage Editor 在 当 前 的 AVG 文 件 下 ( 或 重 新 打 开 AVG 文 件 ), 点 击 Transforms 下 的 Linear Derivation 选 项, 得 到 如 图 9 所 示 的 界 面 调 用 已 经 生 成 的 LDR File, 输 出 新 的 AVG 文 件, 即 可 得 到 如 图 10 的 结 果 4 打 开 Montage Editor 后 的 文 件, 选 择 Transform 下 的 GFP/Reference 功 能, 选 择 M2 5

作 为 参 考 电 极, 步 骤 同 ( 一 ), 最 终 完 成 单 侧 乳 突 参 考 转 双 侧 乳 突 参 考 ( 三 ) 转 换 为 平 均 参 考 ( 以 双 侧 乳 突 转 换 为 平 均 参 考 举 例 说 明 ) 1 用 SCAN 打 开 需 要 转 换 的 原 始 数 据 (CNT,EEG 或 AVG 文 件 ); 2 点 击 主 菜 单 中 的 Transform 选 择 其 中 的 GFP/Reference 功 能 项, 在 Average transform channel 栏 中 选 择 Specified, 选 择 所 有 的 脑 电 电 极 ( 不 包 括 已 经 设 置 为 漏 过 或 坏 的 电 极 以 及 6

眼 电 ) 的 平 均 作 为 参 考, 如 图 11 确 定 电 极 后 点 击 OK 关 闭 该 对 话 窗 Note: 当 一 侧 电 极 的 数 据 ( 如 C3) 为 坏 电 极, 对 侧 相 应 位 置 的 电 极 ( 即 C4) 最 好 也 不 要 包 括 在 平 均 参 考 的 计 算 中 图 11 平 均 参 考 转 换 示 意 图 3 在 Option 中, 选 择 Add GFP Channel ( 也 可 以 不 选 ) 4 在 Output File 输 入 新 的 文 件 名 称 及 路 径, 点 击 Save, 然 后 点 击 OK, 新 的 文 件 即 为 平 均 参 考 结 果 7