高密度事件相关电位数据采集在认知神经科学中的应用

高密度事件相关电位（ERPs）可用于追踪人脑功能的快速时间动态。为了获取高密度ERP数据，首先将电极帽佩戴在受试者头部，并对电极位置进行数字化，以适应不同受试者的个体差异和头型变化。随后通过向每个电极注入导电膏来降低电极阻抗。

在向受试者呈现视觉刺激的同时采集数据。记录结束后，电极帽将被彻底清洗。所采集的数据用于研究与特定认知过程相关的脑活动的空间和时间动态特征。

大家好，我是来自波士顿学院心理学系记忆与知觉实验室的 Scott Slotnik。今天我们将向您展示一种高密度事件相关电位数据采集的实验方案。在我们的实验室中，该方法被用于研究视觉项目记忆过程中大脑活动的时空动态特征。

那么，让我们开始吧。事件相关电位（ERPs）提供了一种以优异时间分辨率捕捉人类大脑功能时空动态的方法。数据通常在屏蔽室内采集，以最大程度减少电极所接收神经信号的干扰。

每个电极连接到一个放大器，放大器再连接到位于屏蔽室外的数据采集计算机。由于可能对神经信号产生干扰，刺激呈现使用单独的计算机。屏蔽室内应仅放置必要的带电组件，例如刺激显示设备和反应键盘。

实验过程中，受试者应坐在带有扶手的舒适椅子上，椅背高度需能提供肩部支撑，以尽量减少颈部肌肉伪迹。首先，我们来看如何佩戴电极帽。受试者的电极嵌入在氨纶材质的帽中，这显著缩短了安放时间，可按照国际十-二十电极系统准确定位电极位置。佩戴电极帽时，应确保其左右对称，并将中线电极置于头部正中线上。

此外，确保最靠后下方的电极位于颅骨颈部边界的上方，以避免颈部肌肉伪迹。电极帽就位后，使用下颌带或腰部定制腰带固定侧边绑带，以改善电极与头部侧面的接触。在眼睛附近放置电极，以便后续去除眼动或眨眼伪迹。为解决不同受试者之间电极位置和头型的差异，每位参与者的电极位置均使用Polhemus Fast Trak数字化仪进行测量。

数字化仪包含一个发射器、三个接收器（安装在帽上）以及一支触笔，用于在帽佩戴就位且电极数字化完成后记录每个电极的位置。接下来我们开始降低电极阻抗。让受试者舒适地坐在记录用椅子上。部分受试者在肩部与椅背之间轻轻塞入一条折叠的毛巾时会感觉更舒适。

现在，将多电极帽连接到放大器上。接下来，必须降低每个电极的阻抗，使其低于约五千欧姆。在本实验室中，我们通过使用无菌注射器和钝头针向每个电极孔内注入导电凝胶，同时利用NeuroScan Scan软件实时监测阻抗来实现这一目标。

有多种技术可以加快阻抗降低过程，这是多通道记录中最耗时的环节。从接地电极或参考电极开始，用你的惯用手握住注射器，在头部表面轻轻打几个圈，同时保持注射器轻触头部。为移动电极之间的毛发，请注意不要将注射器用力压在受试者头部。

凝胶涂抹过程绝不能引起受试者的不适。接下来，用非优势手轻轻按压电极，同时在头皮处注入少量凝胶，然后在持续注射的同时将注射器抽出。此时，应使用纸巾擦去并丢弃电极开口处突出的、连接头皮与电极凝胶之间的凝胶桥。

如果第一组电极的阻抗仍然全部较高，应重新向接地电极和参考电极涂抹导电膏，因为导电膏通常会随着时间推移而导电性增强。一种策略是在某一头皮象限（例如右侧后部头皮）内的电极中注入导电膏，直至所有阻抗开始下降；然后在下一个象限的电极中注入导电膏，直至阻抗开始下降，依此顺序循环处理各个象限。

将凝胶重新注入阻抗最高的电极中。在某些情况下，导电凝胶会连接到相邻的电极，导致阻抗相互关联。这会降低空间分辨率，但由于存在大量阻抗降低的电极，通常影响较小。

在开始记录之前，先了解如何记录数据。让受试者采取舒适、放松的姿势，并保持静止不动，以尽量减少肌肉和运动伪迹。

当受试者感到舒适后，递给他们一个反应键盘，并移除或关闭受试者附近所有非必需的设备（如照明设备），以便进行后续的事件相关分析。每个刺激事件的起始必须由刺激计算机发出信号或触发，并与电生理数据一同存储。我们通过ePrime程序在每次刺激开始时经由并行端口发送触发脉冲，这些程序包含自定义的端口初始化设置以及可自由获取的触发脚本。

这些触发信号由扫描软件接收并存储。在记录电生理数据时，应使用标准的高通滤波器，以去除与瞬态神经反应无关的极低频成分（如直流信号）。在干扰极小的环境中，可采用截止频率非常高的低通滤波器；而在环境电磁干扰较高的情况下，可使用截止频率为 200 赫兹的低通滤波器。

可使用截止频率约为 80 赫兹的低通滤波器和 60 赫兹的陷波滤波器，以使神经信号成为主导。现在让我们看看如何清洁电极帽。每次实验结束后，必须在记录完成后立即对多电极帽进行彻底清洁和消毒。

首先将帽套在温水中浸泡5到10分钟，然后用流动的水冲洗每个电极。为彻底清除所有导电凝胶，使用木棒的钝端或棉签清理电极上的孔洞。接着，将帽套浸泡在含有4夸脱水和1至2盎司Dial肥皂的温热肥皂水中30分钟，以确保完全去除凝胶，之后用清水彻底冲洗帽套。

为避免受试者之间的交叉污染，帽套在使用后必须最后一次浸泡在水和消毒剂的混合液中15至30分钟，例如四份水与一份碘伏的混合液，然后在悬挂晾干前再次用清水彻底冲洗。帽套应被对称地放置，且无张力，因为它可能会保留一定程度的干燥时的位置形态，这会降低后续降低阻抗的便利性。最后，让我们通过查看一些代表性结果来总结一下。

现在我们将展示在事件相关电位（ERP）数据采集与分析后的一些代表性结果。左侧和右侧的头皮电压地形图分别反映了在准确记忆先前呈现在右视野和左视野的项目时，视觉皮层区域快速的视网膜拓扑再激活。我刚刚向您展示了在此实验流程中如何采集高密度ERP数据。

需要始终牢记，参与者的舒适度永远是第一位的。以上就是全部内容。感谢观看，祝您的实验顺利成功。