事件相关电位（ERP）技术为研究人类心理与大脑研究提供了一项有力工具，那么什么是ERP技术？它是如何发展而来并如何进入大脑研究领域，它又发挥着怎么样的作用？
ERP
事件相关电位技术
简史
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文 | Steven J. Luck
Hans Berger 于1929年报告了一组备受关注却又充满争议的实验。他的实验说明，通过将放置在头皮上的电极所采集到的电信号进行放大，并画出电压随时间的变化，就可以记录到人脑中的电活动。这种电活动被称为脑电图（electroencephalogram， EEG）。
在那个时代，神经生理学家脑中的概念完全被动作电位所占据，因此其中许多人认为 Hans Berger 观察到的这种相对低频且有节律性的脑波信号是某种伪迹。
例如，如果你把电极放到一个装满果冻的平底锅中并且晃动它，会看到类似的信号。然而，几年之后人类脑电活动又被一个备受尊重的生理学家 Adrian 观测到了，而且 Berger 观察到的一些细节也被 Jasper 和Carmichael （1935）以及Gibbs、Davis和Lennox（1935）所证实。这些发现才最终导致脑电图作为一个真实存在的现象被认可。
在接下来的几十年间，脑电图成为了科学研究和临床应用中非常有用的工具。然而，脑电图是一个非常粗略的大脑活动测量方法，而认知神经科学领域中所关注的大部分神经活动都具有高度特异性，这是无法通过原始脑电信号进行测量的。这在一定程度上是因为脑电图反映了许多不同神经活动的混合叠加，很难从中分离出单个神经认知过程。然而，埋藏在脑电图中的是与特定感官、认知以及运动事件相关的神经响应，因此有可能通过简单的迭加平均技术（或者更为复杂的技术，例如时频分析）提取出这些响应。这些特定的响应被称为事件相关电位，表示与特定事件有关联的电位活动。
ERP实验图，图源：《事件相关电位基础》（第二版）
据我所知，首个人类感官ERP成分记录是由 Pauline 和 Hallowell Davis 于1935年至1936年期间完成的，几年之后得以发表。很久之后电子计算机才被用来记录脑电信号，但是当时的研究者已经能从变化不大的EEG中观察到单个试次清晰的ERPs（首个利用电子计算机记录ERP波形的研究由Galambos和Sheatz于1962年发表）。受第二次世界大战的影响，20世纪40年代所开展的ERP研究很少，而到50年代相关研究又多了起来。这时大部分研究都关注感官方面的内容，但是仍然有部分研究探讨了自上而下调控效应对于感官响应的影响。
1964年Grey Walter和同事们报道了首个认知相关的ERP成分，并将其命名为“关联性负变”，这标志着现代ERP研究的正式开始。
在这项研究的每个试次中，首先给受试者呈现一个警告信号（例如一个咔哒声），然后在500或者1000毫秒之后再呈现一个靶刺激（例如一系列的闪光）。在没有任务的情况下，警告信号和靶刺激都会诱发出预料中的感官ERP响应。然而，如果要求受试者在看到靶刺激时点击按键，那么在警告信号和靶刺激之间的时间段，额叶电极上会出现一个大的负向电压。这个负向电压，即CNV，显然不是一个感官响应。恰恰相反，它似乎表征了受试者对于即将到来的靶刺激所进行的准备。这个激动人心的发现促使很多研究者开始探索与认知相关的ERP成分。
下一个重大进展则是1965年由Sutton、 Braren、 Zubin和John发现的P3成分。他们在实验中设计了一个受试者无法预测下一刺激是听觉还是视觉模态的场景，发现刺激之后300毫秒左右会出现一个很大的正向成分。他们将其称为P300成分（尽管现在常称为P3）。如果将这个场景改为受试者可以预测刺激的感官模态，那么这个成分会变小很多。他们从信息论的角度，描述了无法被预测和可以被预测的刺激所诱发的大脑活动差异。
ERP实验图，图源：《事件相关电位基础》（第二版）
这篇论文激发了巨大的研究兴趣，该发现后来成为了认知心理学领域中一个非常热门的话题。为了了解这篇论文的影响力，我在Google Scholar上进行了快速搜索，发现有超过27000篇论文都谈到了“P3”或“P300”，以及“事件相关电位”，说明已有大量与P3相关的研究。此外，Sutton等人在1965年的论文也已经被引用超过1150次。毫无疑问，已经有数以百万计的美元被用在P3研究中（更不用说还有许多欧元、英镑、日元和人民币等等）。
在这篇论文发表之后的15年内，许多研究开始关注多种认知ERP成分，也开发了认知实验中ERPs的记录和分析方法。由于人们对能够记录到与认知相关的大脑活动感到兴奋，这一时期的ERP论文经常发表在《科学》（Science）和《自然》（Nature）上。这些研究中的大部分都关注ERP成分的发现和理解，而不是利用其回答更有广泛兴趣的科学问题。我愿意将这种实验称为“ERP学”，因为它仅仅是研究ERPs的。
虽然ERP学实验无法直接告诉我们与心理和大脑有关的信息，却可以为我们解答感兴趣问题提供非常重要的信息。许多ERP学研究今天仍在继续，使得我们可以不断更新对数十年前所发现成分的理解，以及发现新的成分。几年前Emily Kappenman和我编了一本关于ERP成分的书，其中总结了所有这些ERP学的内容。然而，由于20世纪70年代的ERP研究大都聚焦于ERP学，导致在20世纪70年代晚期和80年代早期时，ERP技术在许多认知心理学家和神经科学家中间的名声很坏。然而随着时间的推移，越来越多的ERP研究致力于回答具有广泛兴趣的科学问题，ERP技术的名声由此才开始好转。
到了20世纪80年代，一定程度上得益于计算机的价格降低和认知神经科学研究的兴起，ERP研究开始变得更加流行。当正电子发射成像（positron emission tomography，PET）和功能核磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，FMRI）出现之后，许多ERP研究者认为ERP研究可能会消亡了，但是完全相反的事情却发生了；许多ERP研究者明白ERPs可以提供关于大脑和心理的高时间分辨率信息，而这是其他方法所无法得到的，ERP研究也因此变得更加繁荣而不是消亡。
《事件相关电位基础》(第二版)
[美] Steven J. Luck 著
洪祥飞 刘岳庐 译
2019年10月
978-7-5675-9326-8
78.00元
事件相关电位（ERP）技术是研究心理及大脑的有力工具，具有无创伤、低成本和高时间分辨率等优点，因此被广大脑科学和心理学研究者所采用。本书可作为ERP技术的教学与实验指南，适用于不同级别的ERP技术使用者。对于初学者，本书介绍了ERP技术的基本原理、实验步骤和常见术语，有助于读者入门并阅读ERP文献；对于具备一定基础的中级使用者，本书在ERP实验设计、数据分析和结果解释等方面介绍的重要原则，可以帮助研究者在开展研究时避免常见错误。
本书用生动又略带诙谐的语言，介绍了ERP领域的许多研究历史和个人轶事，总结了来自该领域顶级研究者50年以上的研究经验。与第一版相比，本书（第二版）在内容上进行了大幅修订，不但加入了近年来ERP领域的重要研究进展，还纳入了原作者在举办ERP训练营过程中积累的许多宝贵经验，形成了一套更为完善的ERP技术体系和使用规范。
专家推荐
自冯特以来，心理学家就利用反应时技术作为自己的研究手段。然而，反应时技术所记录的反应时间，既包含了大脑对外部刺激的内部反应时间，也包括了效应器官的外部反应时间，且不能对内部认知过程的不同成分、不同子过程进行区分。然而，事件相关电位（ERP）技术则完全不同，它既可以记录整体的反应时间，也可以区分大脑对外部刺激不同反应时段，从而能毫秒级地刻画复杂认知过程的不同子过程或者不同子成分。因此，我将ERP技术称为“超级反应时技术”。可以说，ERP技术是认知神经科学时代开展心理学研究的神兵利器！
——李红教育部长江学者特聘教授中国心理学会理事长中国心理学会心理学教学工作委员会主任深圳大学心理与社会学院创院院长
大脑是如何工作的？认知神经科学必须借助大脑的电活动来理解认知加工的时空特性，而Steve Luck教授无疑是当代脑电事件相关电位研究领域的最杰出的领路人，而我国在此领域的先行者在一定程度上都曾受惠于他的影响。新版的《事件相关电位基础》无疑会为我国的脑计划提供新的方法论和技术支持。
——刘嘉北京师范大学心理学部教授国家杰出青年基金获得者 长江学者特聘教授 国家“万人计划”科技创新领军人才
非常高兴看到本书第二版的中译本。事件相关电位（ERP）是最常用的认知神经科学研究手段之一，以高时间分辨率、低成本等优势受到广大研究者的青睐。然而，即使是最熟练的ERP研究者，也可能犯这样那样的错误。本书是非常优秀的ERP研究工具书，著者Steven Luck教授是业内享有盛誉的专家，其行文深入浅出、幽默风趣而不失严谨。中文版翻译流畅、得其精髓。我相信，无论是初学者还是专家，都能从本书中获得启发。
——周晓林北京大学心理与认知科学学院长江学者特聘教授中国心理学会前任理事长教育部高等学校心理学教学指导委员会主任委员
目录
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第一章 事件相关电位技术概述
1. 本书的概述、目的和观点
2. 本章概述
3. 一点历史
4. 例子1：经典Oddball范式
5. 例子2：N170成分和面孔处理
6. ERPs的神经起源概述
7. 例子3：精神分裂症患者的认知衰退
8. 振荡和滤波
9. ERP实验的基本步骤概述
10. ERP技术的优势
11. ERP技术的劣势
12. 与其他的生理测量手段比较
13. 阅读建议
第二章 深入了解事件相关电位及其成分
1. 本章概述
2. 电学的基本概念
3. ERPs的神经起源
4. 正问题和ERP成分在头皮表面的叠加
5. ERP定位问题中的挑战
6. 波峰与潜在的ERP成分
7. 利用差异波分离ERP成分
8. 什么是ERP成分？
9. 如何识别特定的ERP成分？
10. 阅读建议
第三章 常见事件相关电位成分概述
1. 本章概述
2. 命名的传统
3. CNV和刺激前负波
4. 视觉感官响应
5. 听觉感官响应
6. 体感、嗅觉和味觉响应
7. N2家族
8. 失匹配负波
9. N2pc、干扰正波和对侧延迟活动
10. P3家族
11. 与语言相关的ERP成分
12. 与长程记忆相关的ERP成分
13. 与情绪相关的ERP成分
14. 与错误相关的ERP成分
15. 与反应相关的ERP成分
16. 稳态ERPs
17. 基于ERP成分推断认知过程时存在的一般性问题
18. N2pc、 CDA、 N400和ERN成分的发现
19. 阅读建议
第四章 ERP实验设计
1. 本章概述
2. ERP成分解释时避免歧义的策略
3. 常见的设计问题和解决方法
4. 关于时间的建议：持续时间、SOA、 ISI和ITI
5. 来自文献的例子
6. 阅读建议
第五章 ERP记录的基本原则
1. 本章概述
2. 干净数据的重要性
3. 活动电极、参考电极和接地电极
4. 电极和阻抗
5. 信号的放大、滤波和数字化
6. 阅读建议
第六章 伪迹排除与校正
1. 本章概述
2. 伪迹排除的基本过程
3. 特定类型伪迹的最小化与检测
4. 关于伪迹排除的几点实用建议
5. 伪迹校正基础
6. 阅读建议
第七章 傅里叶分析与滤波基础
1. 本章概述
2. 傅里叶分析基础
3. 频域滤波基础
4. 时域滤波基础
5. 由滤波引起的失真
6. 关于滤波的一些建议
第八章 基线校正、迭加平均与时频分析
1. 本章概述
2. 从EEG数据中提取分段
3. 基线校正
4. 迭加平均
5. 迭加平均ERP波形中的个体差异
6. 振幅变异（不）引起的问题
7. 潜伏期变异带来的问题
8. 时频分析基础
9. 阅读建议
第九章 ERP振幅与潜伏期的量化
1. 本章概述
2. 基本测量算法：峰振幅、峰潜伏期以及平均振幅
3. 峰振幅与平均振幅的优缺点
4. 面积测量
5. 使用部分面积估计中点潜伏期
6. 起始潜伏期
7. 比较ERP潜伏期与反应时
8. 阅读建议
第十章 统计分析
1. 本章概述
2. 术语
3. 传统方法
4. 刀切法
5. 选择时间窗和电极点：隐性多重比较问题
6. 阅读建议
附录：线性运算、非线性运算以及处理步骤的顺序
注释
术语表
译者后记
本文转载自：华东师范大学出版社
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