ERPs簡介

本人水平有限，故作此文以求拋磚引玉及鍛鍊文筆，如有不足之處請指正，不勝感激。

本文主要參考《ERPs實驗教程》 趙侖 侵刪

在第三次工業革命即資訊革命的今天，憑藉資訊科技的爆炸式發展，人類對頭頂的燦爛星空，對心中的道德法則，對神奇的微觀世界的探索也達到了一個前所未有的高度。但是有句話說的好，眼睛無法看見眼睛自己，人類是否能夠了解人腦的奧秘還是一個懸而未決的哲學問題。500年前，達芬奇就透過肉眼及蠟對人腦進行探究（下圖是其所繪人腦輪廓圖）。100多前，人類才正式開始從技術層面探究大腦，但是到目前為止，人類對大腦的所有了解才不到百分之一（有興趣的同學可以讀一下2000年諾貝爾生理學或醫學獎得主，著名的神經科學家Eric R。 Kandel著作《追尋記憶的痕跡》）。即使人類對人腦的瞭解如此之少，但眾多科學家還是孜孜不倦的投入到人腦探究中，為什麼？因為人腦，這個迄今為止最複雜的系統，但凡被多瞭解一點，對科學來說都是一個里程碑式的進步。瞭解到一定程度以後，意念控制、心靈感應或許不再是停留在銀幕上的幻想。

大腦是人類一切高階行為的基礎，事件相關腦電位（Event-Related Potentials，ERP）是基於腦電訊號提取的，想要對腦電訊號有所瞭解，有必要對人腦結構尤其是神經解剖學進行科普，因為不是生物專業出生，所以有不足之處請指正。

大腦皮層結構

成人大腦重量在1200g到1500g左右，大概是兩瓶到三瓶500ml礦泉水重量差不多，男性大腦重量相比女性大概重90g（一個雞蛋大概50g）。大腦分為兩個半球，其間分佈著眾多的裂、溝以及回。兩個半腦由一個粗壯的‘繩子’連結起來，我們稱其為胼胝（pián zhī）體。那麼，對於每個半球，又是如何劃分其結構的呢？每個半腦其表面覆蓋著平均厚度為1。5-4。5mm厚的灰色物質，術語叫做

灰質

，其實它主要是由神經細胞胞體組成，我們也稱之為大腦皮層。在灰質之下就是

白質

，白質是由神經細胞的纖維組成的，這些纖維錯綜複雜，不僅連線兩個半腦（前面說的胼胝體其實就是多根神經纖維組成）還連線大腦某些區域。下圖中彩色的既是神經細胞的纖維，灰色部分組成了灰質，在圖中標註為灰色陰影部分。

從外向裡分分別是灰質、白質，對應著神經細胞的胞體與纖維。也有按照區域劃分的，這個很有意思。大腦表面被眾多的溝與裂分成很多錯綜複雜的小山丘，科學家們將有些小山丘合併起來分成一個葉，就好比將眾多的縣與市放在一個省一樣，這個省就是葉。大腦擁有四個葉，分別是

顳（niè）葉、枕葉、額葉與頂葉

。每一個葉都有其對應的功能，顳葉以聽覺為主，位置在耳朵附近。枕葉與視覺有關，在採集與視覺有關的腦電訊號時候通常採集這一部分的訊號。額葉與運動有關。頂葉與軀體感覺有關，頂葉受損會出現認知失調，還有閱讀障礙和頂葉受損有關。

上面簡單的將大腦分為四個葉未免太過簡單，其實每個葉之間也是有聯絡的，我們稱之為聯合區，涉及複雜的知覺、注意、思維等高階腦活動，這個記住就好。

腦電（EEG）的基本特徵及其產生機制

這篇文章主要介紹ERP，怎麼又突然出現EEG了？不要慌張，其實ERP包含在EEG之中，EEG泛指大腦產生的所有電訊號，而ERP可以簡單理解為EEG當中我們想要的、特定的一部分（這麼定義不準確，但容易理解）。首次發現人腦電活動的是德國精神科教授Ham Berger，1924年，他將兩根針刺入患者的顱骨，發現了有規律的電活動。現在如果想要獲取一個人的腦電，並不需要將針插入顱骨內，只需要帶個特製的帽子即可。那麼，腦電是什麼樣子的呢？從何而來？有什麼特徵？下面將一一介紹。

第一個問題，腦電長什麼樣？腦電訊號大概是上圖所示那樣，如果建立一個座標軸再把這些訊號挪上去的話，那麼縱軸表示時間（ms），橫軸表示電位幅度（μV）。

第二個問題，腦電從何而來？腦電訊號是由單個或者多個神經細胞放電引起的，多個神經細胞放電存在同步化現象，也就是說多個神經細胞放電規律基本一致，可以想象為演唱會多個觀眾唱一樣的歌。索性存在同步現象，不然每一個神經元都有其放電規律，那麼現有的技術很難獲取有價值的腦電訊號，可以聯想多名觀眾唱不同的歌，你在場館外獲取的基本是噪音。

第三個問題，有什麼特徵？

腦電訊號的頻率、波幅、位相是腦電訊號的基本特徵

。週期與頻率即是指一個波離開基線到回到基線所花的時間（可以把基線理解為波上下波動所圍繞的一條水平線，這是人為定義的一條線，準確定義是：腦波上下偏移的中心軸線）。基線是人為定義的，且隨著人的生理狀態而發生改變，如精神極度緊張、呼吸不穩等因素會導致基線不穩，在小兒發育過程中，由於腦功能還不完善，也會出現基線不穩的情況。扯的有點遠，關於基線，只需要知道它是一條人為定義的中心軸線即可。下圖中紅色箭頭所指直線即為基線。

波幅

指的是一個波的波峰到波谷的距離。因為腦電的基線會因為環境變換而動盪，所以不能簡單的依據基線定義波幅。如上圖綠色箭頭所指直線所示，將兩個波谷最低點連線起來，然後取波峰對應的點作直線到波谷最低點連成的直線上，線段的長度即為波幅。正常人腦電圖波幅一般為10-100μV，波幅代表了腦電位的強度，波幅大小還與參與同步放電的神經元數目以及同步程度有關。舉個例子來說，音樂會上唱歌的觀眾越多（神經元數目），且唱同一首歌且同一句（同步程度），那麼場外記錄到的聲音越清晰明朗。

位相

即指一個橫軸代表時間，縱軸代表電位的腦電波，在某一時間點其在基線上或者下的位置，反映的是一個瞬時狀態。以基線為標準，

朝上的波稱為負向波（負性波），朝下的波為正向波（正性波），再次注意負向波與正向波的定義，在後面分析腦電波的時候會經常遇到。

如果兩個波在某個瞬間位相一致，我們稱之為同相位，如果相差180°，我們稱之為位相倒置，好比兩個人唱歌完全不在一個調上。

累了，下回再更，估計也沒人看···