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干货帖 | 脑电信号锁时和锁相

2017/8/5 20:00:33 人评论次浏览来源：神经科技分类：ERP

问提问：有人能解释一下锁时和锁相的区别吗？

最近看ERP的文献，一直会涉及到这个问题，说ERP是time-locked，可是有的时候又会出来phase-locked，我不清楚这两个locked的具体差别，另外还想请高人指点一下induced.....和evoked......的区别

From——gameover

答From——frankcong锁时和锁相，是产生于对很多次试验进行平均，二者是相关的。ERP是锁时的，这是平均之后能够得到ERP的根本，因为如果不是大脑对刺激出现在同一个时间段内，平均就没有意义了。而相位是反映波形的走势，是跟能否获得好的ERP相关的。如果得到好的ERP波形，那么可以说多次的实验中，大脑对刺激的反应的相位也是很一致的，亦即，波形的走势是很一致的，也就是说相位很好地锁定了，同时可以说不同的试验数据相关性很强。我们可以设想，在锁时的前提下，如果多次的实验中，大脑对刺激的反应的走势各不相同，那么平均之后不会得到好的ERP波形。量化锁时可以通过分析时域的ERP 波形或者时频域内的ERSP(event-related spectral perturbation)来获得，而量化锁相可以通过分析时频域内的ITC(inter trial coherence)来获得。一般来说，ITC越接近于1，越说明不同的实验，大脑对刺激的反应的波形走势越一致，相位就锁定得越好，那么就很可能通过平均获得很好的时域内的ERP波；相反，越接近于0，则很难获得ERP了。Basar et al. (2001)和Yener et al. (2007)讲述了一些关于锁相的问题。答From——sisi同意楼上的观点锁时和锁相并不是和ERP以及频谱分析相对应的锁时一般是按照刺激的onset叠加平均，可以分析ERP也可以分析频谱而传统认为ERP波形的产生就建立的相位一致基础上的，也就是说相位锁定导致在叠加平均后产生了ERP波形。这种一致的相位可以是刺激produce产生的，也可以是由于原本的oscillation进行phase-reset产生。而最近还有其他的机制来解释ERP的产生，比如baseline的oscillation asymmetry对于频谱分析来说，优点在于可以捕捉相位不锁定的信息（而这些在ERP分析中都已经叠加平均为0了）。所以频谱分析不care相位是否锁定，如果想考察相位的信息，可以进行频域的conherence的各种分析。答From——xulei

事件相关脑电的动态分析法，这是由EEGLAB课题组Makeig提出的理解脑电的全新角度[Makeig et al., 2004 Trends in Cognitive Science, 8(5): 204-210]。见图，他们提出了从“频率高低”，“能量大小”和“相位同步性”这三个维度理解脑电，将脑电的特征挖掘得更透彻。

对于一个脑电成份（我们这里把有一定空间分布，具有特定频率的信号统称为脑电成份），它在各次实验中相对于基线不外乎有两种变化：能量的变化和相位的变化。因此，定义了两个技术指标来衡量这两个变化：ERSP(event-related spectral perturbation)：单次实验能量（谱分布）的叠加；ERSP相对于基线有所提高和降低的，就说明能量对于时间锁定得很好，反之，说明能量对于时间没有锁时关系；如：ERP和ERS相对于基线能量都有所提高，而ERD相对于基线能量有所降低，所以ERP ERD/ERS都是time-locked的；而partial phase resetting (PPR)没有能量的变化，就叫not time-locked。ITC(inter trial coherence)：单次实验相位（单位复数）的叠加；ITC取值在0和1间，接近于1，说明这个成分是phase-locked，如果接近于0，说明相位没有锁定关系not phase-locked。如：ERP就是phase-locked，PPR是部分phase-locked；但ERD/ERS就是not phase-locked。注意这里并没有用叠加平均这个指标来体现time-locked或者phase-locked，因为叠加平均能出得来的东西，必须既time-locked又phase-locked，如ERP；time-locked和phase-locked并不是和ERP以及频谱分析相对应的。另外两个容易混淆的概念就是evoked response和induced response，它们都是用来强调相对于stimulate的相位关系的。Evoked response是与刺激phase-locked的，induced是与刺激的not phase-locked；这两种响应对应了不同的EEG编码模式，感兴趣可以参考：[David et al., 2006 NeuroImage 31 1580 – 1591]