[EEG&ERP] Virtual ERP Boot Camp: ERP Basics 2- Averaged ERPs

0) Intro

• 신호 평균화를 사용하여 원시 EEG에서 ERP를 추출할 수 있습니다.
• EEG는 기본적으로뇌가 하는 모든 일의 합입니다.
• 그것은 누군가의 일반적인 상태(수면 상태, 졸음 상태 또는 완전히 깨어 있음)를 나타낼 수 있지만, 원시 EEG는 생각과 감정의 기초가 되는 상세한 신경인지 프로세스를 밝힐 수 없습니다.
• 이를 위해 자극이나 반응과 같은 특정 이벤트와 관련된 전압인 이벤트 관련 전위를 살펴보아야 합니다.

1) Event-Related Potentials (ERP)

• ERP를 보려면 각 이벤트가 언제 발생했는지 정확히 알아야 합니다.
• 따라서 대부분의 실험실에서는 자극을 제 하고 반응을 기록하는 컴퓨터와 EEG를 기록하는 컴퓨터 두 대를 사용합니다.

• 자극은 일반적으로 청각 또는 시각이지만 일부 연구에서는 체감각, 후각 또는 심지어 미각 자극을 사용합니다.
• 자극이 제시되거나 반응이 발생할 때마다 자극 제시 컴퓨터에서 녹화 컴퓨터로 이벤트 코드가 전송됩니다. 이것은 이벤트가 무엇이고 정확히 언제 발생했는지 나타냅니다.

• 원시 EEG를 보면 각 자극에 따른 매우 일관된 반응이 없습니다. 그것은 우리의 작은 자극을 처리하는 것 외에도 뇌가 백만 가지 다른 일을 하기 때문입니다.
• 자극에 대한 뇌의 반응을 끌어내기 위해 신호 평균화(signal averaging)라는 매우 간단한 절차를 사용합니다.

 

2) 신호 평균화(signal averaging)

 

First, 각 자극에 따른 EEG 기간을 파악합니다. 이를 EEG 분할이라고 합니다 (segmenting the EEG)

• Each segment를 EEG epoch이라고 합니다.

Second, 모든 EEG epoch를 가져와서 시간에 따라 정렬합니다.이 예에서 각 에포크는 자극 시작 후 600ms 까지의 EEG를 포함합니다.

• Epoch 길이는 특정 실험의 특성에 따라 다르지만 일반적으로 10밀리초에서 2000밀리초 사이입니다.
• 어떤 유형의 이벤트에 대한 뇌의 구성 응답을 추출하기 위해 해당 이벤트 유형에 대한 epoch 전체에 걸쳐 간단히 평균을 낼 수 있습니다.

정렬한 Epoch들을 사용하여 Avaraged ERP를 만듭니다.

• 충분한 에포크에 걸쳐 평균을 구하면 trial to trial마다 일관된 모든 활동이 평균에 유지되고 임의의 노이즈가 평균화되어 제거됩니다.
• 평균화된 파형의 각 시점은 단순히 해당 시점에서 에포크 전체의 평균입니다.

• 일반적인 ERP 실험에서 우리는 자극의 시작에 시간을 고정합니다. 즉, 시간 0은 자극 시작(onset of a stimulus)입니다.
• 이렇게 하면 수백 밀리초 동안 뇌를 통해 자극에 대한 정보의 흐름을 추적할 수 있습니다.
• 시각적 자극을 위해 우리는 처음에 일차 시각 피질에서 오는 C1 파동을 봅니다.
• 그런 다음 더 높은 수준의 시각 영역에서 오는 P1 파동을 봅니다.
• 그런 다음 자극 분류, 응답 선택 및 작업기억 인코딩과 관련된 활동을 봅니다.
• 다른 비디오에서 논의하겠지만 뇌 활동이 일어나는 시점과 두피 전극에 의해 전압이 포착되는 시점 사이에는 지연이 없습니다. 따라서 293ms의 전압은 293ms에서 발생한 뇌 활동을 반영합니다.
• 따라서 ERP를 사용하면 뇌를 통해 밀리초 단위로 정보의 흐름을 볼 수 있습니다 = ERP 기술은 시간적 해상도가 큽니다(High Temporal Resolution).
• 그리고 뇌가 얼마나 빨리 작동하는지를 고려할 때, 이 놀라운 시간 해상도를 통해 느린 혈류역학적 반응에 의존하는 fMRI와 같은 기술로는 분리할 수 없는 뇌 기능의 중요한 측면을 연구할 수 있습니다.
• 그러나 ERP 기술은 공간적 해상도가 좋지 않습니다(Poor Spatial resolution)
• 뇌의 어디에서 무슨 일이 일어났는지 알고 싶다면 fMRI가 일반적으로 훨씬 낫습니다.

• 대부분의 연구자는 시간 0이 자극 시작인 자극 고정 평균(Stimulus-locked Average)에 초점을 맞추지만, 대신 응답에 시간을 고정할 수 있습니다. 이는 응답 잠금 평균(Response-locked Average)이라 불립니다.
• 그러나 응답 시간에는 trial마다 많은 변동성이 있습니다. 이 변동성은 자극 고정 평균에서 반응 관련 활동을 흐리게 하고 반응 고정 평균에서 자극 관련 활동을 흐리게 합니다.
• 따라서 자극 고정 평균과 응답 고정 평균을 모두 살펴보는 것이 유용할 수 있습니다.

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Quiz for Chapter 2, Video 2

The image below (from the Oxford Handbook of ERP Components) shows the stimulus-locked ERP at occipital electrode sites elicited when subjects view a faces with a neutral expression (Neutral) and faces expressing fear (Afraid). The P1 is larger for the Afraid faces. We can be pretty certain that this effect reflects a difference in sensory processing rather than a difference in higher-level processing. Why?

 

Choose only ONE best answer.

A The effect is observed over the occipital lobe, which is visual cortex.

B The effect occurs shortly approximately 100 ms after stimulus onset, shortly after the onset of the ERP.

C The effect represents a difference in processing between two physically different stimuli.

D This can't actually be a difference in sensory processing because sensory systems can't detect emotion.

A stimulus-locked ERP waveform reflects the sequence of processes that occur over time following the onset of the stimulus, beginning with sensory processing and then continuing to higher-level processes. Consequently, an effect this early must almost certainly be a sensory effect. More time would be required for higher-level to begin. The fact that it occurs at occipital electrode sites does NOT mean that it's a sensory effect, because a given electrode can pick up activity from many different brain areas.

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위 내용은 본인 참조용이며, 잘못된 정보가 있을 수 있습니다.

ref) https://www.youtube.com/watch?v=knXmJrCDEh8 

by Steven J. Luck, https://erpinfo.org/