事件相關電位（ERP）研究的經典實驗范式

田柳青

摘要|ERP技術是理解心理及其相應的腦活動的一個十分便利的工具。本文對文獻中使用ERP 技術的常用實驗范式如Go/Nogo范式，Oddball范式，Flanker范式，Stroop范式等進行介紹、舉例、分析和總結，以厘清它

們之間的異同，避免在研究中的誤用或錯用。

關鍵詞|事件相關電位;Go/Nogo范式;Oddball范式;Flanker范式;Stroop范式

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1??? 引言

ERP的發(fā)展經歷了一個較長的階段。在1929年，漢斯·伯格證明將電極放在人的頭皮上，可以測量人的腦電活動，通過技術的處理，可以放大這個信號，以及觀測其具體的變化。這就是腦電圖（EEG）。隨后，經歷了幾位科學家的努力，最終才使人們相信，這種信號并不是偽跡，而是真正存在的人腦的神經電活動。隨后的幾十年里，科學家的研究不斷證明，EEG無論是在科學領域還是在臨床上都非常有用，但是也發(fā)現了一些不足，比如對EEG的測量只是對大腦神經電活動的一種粗糙的整體性的測量，而很難觀測到某一個具體的認知過程是什么樣的。后來，研究者使用簡單平均的技術，把某些認知和運動事件相關的神經反應提取出來，于1939年發(fā)表了清醒的人類感覺ERP記錄，這就是事件相關電位的獲得。

現代的ERP研究開始于1964年，沃爾特發(fā)現了“關聯性負變化”，這是人類發(fā)現的第一個認知性的ERP 成分。他在實驗中，先給被試一個警告的信號，然后再呈現靶刺激，讓被試對靶刺激做按鍵反應，這時，在警告信號和靶刺激之間的一小段空暇時間里，能夠觀察到額部的一個巨大的負電壓，這顯然是被試對即將出現的靶刺激的一種準備，它就是關聯性負變化（CNV）。在同期，研究者們還有另外一個重要的發(fā)現，即發(fā)現了P300成分，它的峰值在刺激后的300ms左右，主要發(fā)生在被試不能預測下一個刺激是視覺刺激還是聽覺刺激時。當他能預測時，那么這個成分就會大大地減小。此后研究者們對于P300以及其他的ERP成分的識別、實驗中ERP信息的記錄與分析上進行了大量的研究，這大大加深了人們對于ERP的認識，為以后探索那些有科學意義的認知問題提供了強有力的技術手段。

后來，隨著時間的推移，具有廣泛科學意義的研究逐步增加，這使得ERP技術的聲望不斷提高，并且與PET和fMRI一道，為認知神經科學的研究做出了重要的貢獻。

總而言之，人們對于ERP的特性和成分的認識正在逐漸加深，應用ERP技術對認知過程進行探討的研究層出不窮。ERP技術具有顯著的優(yōu)點。首先，ERP能夠測量從刺激呈現之前到個體做出反應之后的連續(xù)時間段里腦電的變化情況，這就能夠精確的判斷受到實驗操作影響的是哪個認知過程。而行為實驗的反應時和正確率測量則無法確定究竟是哪個認知過程的變化而導致反應時或正確率變化。比如，在經典stroop任務中，使用ERP 技術能精確的確定辭色不一致的沖突條件下，到底是因為知覺過程的變慢，還是反應過程受到影響。其次，ERP能夠在沒有行為反應的情況之下，提供一種關于刺激處理的實時測量。比如，在Go/Nogo實驗范式中，我們可以對注意刺激和忽略刺激的反應進行比較，這時使用ERP對腦電進行記錄，就很可能對不要求反應的忽略刺激進行內隱的監(jiān)測，這種實時信息處理的內隱監(jiān)測能力是ERP的最大的優(yōu)點。除此之外，ERP還具有無創(chuàng)傷性，時間分辨率高，費用不太昂貴等等優(yōu)點，這些優(yōu)點讓ERP技術能夠經久不衰，在認知神經科學的研究中能夠持續(xù)的發(fā)光發(fā)熱。

盡管有行為研究和其他技術無法比擬的優(yōu)勢，ERP技術仍然免不了許多局限。首先，最明顯的缺點是，ERP成分的功能和意義實際上遠沒有行為反應的功能和意義這樣清楚。比如，兩種條件下反應時差異為120ms，那么這個120ms的含義是比較清楚的，即二者在信息的編碼，處理和做出反應的時間差距。但是如果兩個ERP成分的潛伏期存在一定差異時，如果沒有精確的假設和推理，就基本上得不到結論，因而相較于其他的測量手段，ERP測量所得到的結果是更難解釋的。其次，由于ERP 比較小，所以必須通過大量的實驗試次來彌補。ERP實驗中，通常都需要在每種條件每個被試下進行50，100甚至更多的試次才能獲得比較好的結果，這就帶來了很大的限制。除此之外，ERP的空間辨別力較差，空間定位基本上是不準確的，且無法估計ERP定位的誤差，除非在特殊的條件之下。

使用ERP技術，就必須使用合適的實驗范式。何謂“合適”，或許也不見得有十分準確的劃定范圍。但是，從文獻和相關著作中進行總結概括，就能發(fā)現將常被使用到的有Go/Nogo 實驗范式，Stroop 范式，Oddball范式和Flanker范式及其相關的變式。下面對各種實驗范式和變式進行介紹，并舉例說明。

2??? 相關實驗范式

2.1 Go/Nogo實驗范式

Go/Nogo聯想測驗是由諾塞克和巴納吉（2001）為了彌補內隱聯想測驗（IAT）的不足而提出的實驗范式，它保留了經典IAT中的兩個關鍵任務，同時又采用信號檢測論中的辨別力指數為指標。

該范式要求被試對一些刺激做出反應而忽略另外的一個刺激。例如，要測量被試對狗熊的態(tài)度，那么就呈現狗熊、褒義詞和貶義詞三類刺激，然后將“狗熊 + 褒義詞”和“狗熊 + 貶義詞”作結合，制作成實驗材料，讓被試對“狗熊 + 褒義詞”組合而忽略“狗熊 + 貶義詞”，在接下來的實驗中，讓被試做相反的反應，然后記錄反應時，正確率等指標，利用信號檢測論的方法進行數據分析。

對于Go/Nogo范式來說，它可以結合ERP技術來測量被試的抑制控制能力，讓被試根據實驗的目的，抑制不必要的優(yōu)勢反應或者習慣化反應，即反應抑制。研究發(fā)現，與測驗反應抑制相關的ERP成分是N200。N200反映了沖突監(jiān)控及抑制的過程與強度，在非沖突的條件下（即Go反應），N200的波幅比沖突條件下（Nogo反應）要更小。

2.2 Flanker范式

該實驗范式又稱側抑制任務，是由艾瑞克森（Eriksen）（1974）等人在探究干擾字母對目標字母識別的影響中最先使用的研究范式。當被試判斷屏幕中居中的目標刺激時，如果目標刺激兩側的干擾刺激與目標刺激相反，那么對于目標刺激的反應就要慢于目標刺激和干擾刺激相同的情況下，正確率也要更低。

Flanker范式同樣可以結合ERP 技術來測量被試的干擾抑制控制。

在近期的一項研究中（陳晨等，2020），研究者使用Go/Nogo范式、Flanker范式分別研究反應抑制活動和干擾抑制活動的心理和神經電生理機制。在實驗中，Go/Nogo范式首先呈現注視點1.5s，隨后是刺激圖片呈現1.5s，要求被試對刺激X不做反應，而對其他的字母刺激做出反應，一共進行150次，同時記錄腦電信號。在Flanker范式中，首先給被試呈現注視點1.5s，然后呈現刺激圖片1.5s，要求被試判斷刺激圖片中央箭頭的方向，箭頭向左就點左鍵，向右點右鍵。

實驗的結果發(fā)現，在沖突條件下，被試的錯誤率比非沖突條件下更高，且誘發(fā)了更大的N200波幅。其中Go/Nogo范式誘發(fā)的波幅比Flanker波幅更大，潛伏期更長，二者都激活了額區(qū)。這些研究結果表明，反應抑制和干擾抑制都有效的反映了抑制控制過程，且兩種抑制控制誘發(fā)的N200主要位于額區(qū)。額區(qū)是與計劃、執(zhí)行等高級認知功能相關聯，這是使活動服從于目的、動機和意圖，對生存有重要意義。與此同時，兩種抑制過程也存在差異，即反應抑制的腦電激活強度高于干擾抑制，這說明反應抑制更加困難，需要消耗更多的認知資源。研究還發(fā)現，干擾抑制主要涉及早期的認知加工階段，反應抑制主要涉及后期加工階段對運動反應的調整和抑制。研究揭示了兩種實驗范式的異同，這對于未來進行相關研究提供了一些有益的指導。

2.3 Stroop范式

經典Stroop范式是呈現不同顏色書寫的單詞，要求被試報告單詞的顏色，而忽略詞義。當詞的顏色和意義一致時，被試報告的速度最快，而當單詞顏色和詞義不一致時，報告的速度就很慢。后來馬塞爾對之進行改進，形成了Stroop啟動實驗，即先呈現一個啟動詞（如紅），然后呈現一個色塊（如綠色色塊），要求被試報告色塊的顏色。如果這種啟動效應存在，那么在啟動詞和色塊顏色一致的情況下，被試報告的速度要比不一致條件下快。更進一步的，采用掩蔽技術對啟動詞進行掩蔽，從而研究不同的知覺條件下，啟動效應是否都存在。如果知覺可以在無意識條件下存在，那么掩蔽就不能消除啟動效應。

研究者（陳瓊等，2020）使用Stroop范式，結合ERP 技術考察了聽障兒童的認知抑制控制的行為特點和腦內時程特點。與Stroop沖突效應相關的腦電成分是N450和SP。其中N450 是在認知抑制控制過程中監(jiān)測沖突的，持續(xù)電位SP 在認知抑制控制過程中主要起到沖突解決和沖突適應的作用，但是這一成分有個明顯的缺陷，即存在不穩(wěn)定性。該研究在情緒圖片庫中選擇了10張男性10張女性的中性情緒面孔圖，圖片上寫男或者女，要求被試判斷圖片的性別，而忽略上邊的字。這里，面孔與字的含義相同為非沖突條件，不同則為沖突條件。在實驗過程中，首先呈現注視點500ms，然后是空屏，緊接著是

刺激圖片呈現1000ms，隨后又有一個空白，進入下一個試次。結果發(fā)現一致條件下反應快于不一致條件，且在不一致條件下，N450和SP的激活程度都比較高。對于聽障兒童來說，枕區(qū)N450負激活程度顯著高于正常兒童，任務完成正確率也顯著的低。這些結果說明，在不一致的條件下，個體都需要投入更多的認知資源，聽障兒童盡管投入了較多的努力，但是任務正確率依然很低，表明他們在認知抑制控制的過程中，監(jiān)測沖突的信息和抑制無關信息的認知資源都是十分有限的，而沖突解決機制可能是沒有問題的，SP在沖突條件下的顯著正激活表明Stroop 任務中出現了沖突解決效應，但是這里需要慎重下結論，因為無法排除SP的不穩(wěn)定性。

2.4 Oddball范式

Oddball范式是指采用兩種或以上的視覺或者聽覺刺激進行持續(xù)的交替呈現，且不同刺激呈現頻率相差較大，根據刺激頻率的差異來研究被試的腦活動。它有較多種操作模式，如，有兩種刺激，標準刺激的呈現概率為70%，偏差刺激為30%，要求被試對偏差刺激做反應;或者在這些刺激中插入缺失刺激，要求被試對缺失刺激做出反應等。它可以引發(fā)ERP的P300等成分。

近些年使用較多的是雙選擇Oddball范式，這是經典范式的修訂版，即要求被試對大概率的標準刺激和小概率的偏差刺激做出兩類不同的按鍵反應。由于標準刺激的頻率較大，因而被試對標準刺激的反應就成為優(yōu)勢反應。當偏差刺激出現時，被試需要抑制優(yōu)勢反應，而確保對偏差刺激做出正確的反應。

研究者采用雙選擇Oddball范式對負性情緒干擾行為抑制控制進行研究（辛勇、李紅、袁加錦，2010）。選用的標準刺激是一張凳子的自然景物圖，而偏差刺激是不同效價的情緒圖片，首先呈現注視點300ms，然后是一個隨機空屏，緊接著是刺激圖片。被試對標準刺激和偏差刺激進行不同的反應。結果發(fā)現，負性條件下的反應時顯著長于中性和正性，偏差刺激引起的顯著行為抑制效應，集中表現為P300的活動偏差。除此之外，負性條件下N200的潛伏期也顯著的更長。這些結果表明，負性條件下，人腦抑制加工會增強，導致反應時增加。由于N200是沖突監(jiān)控中注意分配的直接指標，其潛伏期代表反應沖突覺察的速度，所以在負性條件下，被試消耗了更多的認知資源，且覺察反應沖突的速度也比較慢。人類對負性情緒事件存在加工偏向，容易導致任務相關維度加工的不足，所以個體需要克服對情緒維度的加工偏向，從而有效的監(jiān)控反應沖突并完成行為抑制控制。

3??? 總結

ERP技術經過了較長的時間才發(fā)展的比較完備，盡管仍存在很多缺陷，但是在認知神經科學的研究中仍然有不可替代的地位。在使用ERP技術研究認知機制的文獻中，遠遠不止上述這4種實驗范式被使用，還有更多的實驗范式可以選用，但是這幾種是十分經典又廣泛運用的。因而在本文中對之進行了回顧，梳理和舉例，以求加深對其的優(yōu)缺點和適用性的理解，便于在未來的研究中，能夠選用最合理的實驗范式，得到最科學的結果。

參考文獻

[1]陳晨，王宇，鐘閏清，等.基于ERP的抑制控制實驗范式對比分析[J].中國臨床心理學雜志，2020，28（5）：867-871.

[2]陳瓊，趙俊峰，谷璜，等.聽障兒童認知抑制控制的腦電特點[J].心理發(fā)展與教育，2020，36（3）：275-282.

[3]郭秀艷.實驗心理學[M].北京：人民教育出版社，2004.

[4]賈麗萍，盧國華，宋玉萍，等.負性情緒啟動對特質焦慮個體行為抑制的影響機制[J].心理與行為研究，2019，17（5）：604-612.

[5]拉克，S-J.事件相關電位基礎[M].范思陸，等譯.上海：華東師范大學出版社，2009.

[6]辛勇，李紅，袁加錦.負性情緒干擾行為抑制控制：一項事件相關電位研究[J].心理學報，2010，42（3）：334-341.

[7]朱瀅.實驗心理學：第二版[M].北京：北京大學出版社，2009.

ClassicalExperimentalParadigmfortheEvent-RelatedPotentials（ERP）

TianLiuqing

SchoolofPsychology，NanjingNormalUniversity，Nanjing

Abstract：Event-RelatedPotentials（ERP）technologyisaveryconvenienttoolforunderstandingpsychologyanditscorrespondingbrainactivity.ThispaperintroducesthecommonexperimentalparadigmsusingERPtechnologyintheliterature，suchasGo/Nogoparadigm，Oddballparadigm，Flanker paradigm， Stroop paradigm， in order to clarify their similarities and differences and avoid misuseintheresearch.

Key words： Event-Related; Potentials （ERP）; Go/Nogo paradigm; Oddball paradigm; Flanker paradigm;Stroopparadigm