微状态Ⅰ-原理

微状态是一种对脑电数据的处理分析方法。传统地，对脑电数据的分析更加注重时域，这样的分析策略也集中体现了脑电数据时间分辨率高的特点。但是以往这样的方法忽略对脑电数据在拓扑层面上的分析，微状态分析应运而生。

GFP（Global Field Power）：某个时间点地形图所有电极电压值的标准差，用于描述某个地形图电场的强度。

补充说明

关于不同地形图的比较：

-比较模式之间是否有差异

-比较强度之间是否有差异（有时会用地形图除以GFP以进行归一化处理）

相似性的比较：①计算相关；②计算GMD（不相似性）：取值范围（0，2）0-相同，2-不相同；

比较地形图可以使用 RAGU software

可以用于resting EEG 和 ERP 脑电数据的分析，但是目前对resting EEG （下面简称 EEG）的应用比较多，较少文章涉及到ERP；

EEG 和 ERP 两者之间是有些不同的：

由前所述，因为以往的脑电研究中，较少分析脑电数据在地形上的特点，所以，提出了这样一种关注地形图信息的分析方法。

微观状态分析起源于1987年Dietrich Lehmann及其同事的研究(Lehmann et al 1987)。他们发现，自发EEG信号的头皮电位maps的时间序列，不是不规则变化的无组织序列，而是有规律变化的地图形态的有组织的连续序列。也就是说，它在一段时间内保持稳定，通常在80到120毫秒之间，然后突然改变到一个新的结构，并再次恢复稳定。注意，在稳定结构的时间内，头皮电位场强度可能增加或减少，但其地形图保持稳定；

ERP 中的微状态分析

ERP 的微状态分析关注的是在一个成分潜伏期内比较稳定，因此有几个ERP成分就有几个微状态。

微状态的分析方法是聚类分析，常用的方法有：

下面将逐一进行介绍。

首先，会随即选择m个地形图，分别将m个地形图和剩下的地形图做相关，最后选出分别与这m个地形图最相似的一些地形图。将这些相似的地形图进行计算，更新得到新的m个地形图，并计算GEV。

然后按照上述的步骤将更新之后的m个地形图再和剩下的地形图做相关，继续选出最相似的一些地形图，再次更新得到新的m个地形图，并计算GEV

这样不断地进行迭代后，GEV会逐渐趋向平稳，得到最终的结果。

K-means的不足：

-对初始值敏感，受最初选定的m的影响很大；

-run时间长才能取到GEV比较大的结果；

补充说明--GEV的取值

一般来说有两种取值形式，一种是直接跑到GEV的最大值；另一种是手动选择一个比较大的迭代次数，eg1w

这两种方法都是基于垂直聚类形成的，AAHC和T-AAHC的区别是AAHC考虑到了地形图的强度，T-AAHC则没有考虑这一点。

这两种方法都是首先找到GEV最低的地形图，然后和其他所有的地形图计算相关，取最相关的进行合并。然后再次进行相关，再取此次得到的最相关的地形图进行合并，以此类推进行迭代。最终这种方法会得到一个结果，如果要设定计算结果的类别数目，则需要选择最终结果前几个步骤即可。

AAHC & T-AAHC 和 K-means的对比：

运行速度比K-means快

在使用 K-means / AAHC / T-AAHC 得到每个被试的4种微状态（以resting EEG 为例）之后，按照条件再进行聚类就可以得到不同条件下的微状态了（ie组水平）。

补充说明--某一被试在某一时刻点上属于哪一种微状态？（就像上图‘EEG 四种微状态’ 展示的一样）

有两种方法，一种是根据每个被试的四种微状态的结果进行判断，优点是最直接准确，缺点是SNR大；另外一种是根据求得的组水平上的四种微状态的结果进行判断，优缺点和上一种方法相反。

如何判断时间点？

一种常用的方法是取峰值，用GFP的峰值上的微状态代表这一段时间内的微状态类型；

这种方法需要考虑相邻峰值上的微状态类型是否相同，如果不同，则取两个峰之间二分之一处区分两种成分；若是相同，则两峰之间的类型为同一种。这种方法无法判断开始到第一个峰，以及最后一个峰到最后的时间点上的微状态的类型。

一般来说，resting EEG 数据经过微状态分析可以得到四种不同的微状态，它们有跨研究的一致性，可以解释70%以上。

尽管这四种微状态图彼此之间有很大区别，但它们在不同的研究中都具有很高的可重复性。不过，同一类标记的地形图的相似性并不总是明显的，特别是对于C类和D类。

不同的微状态类型对应不同的功能：

从不同的微状态中提取以下时间参数并计算：

统计方法

对提取出来的每个微状态的不同参数指标数据进行统计分析。

统计分析依照实验设计进行，如果分别对 duration、occurrence、contribution 指标进行分析，则是N(条件)x4（4种微状态）方差分析；如果是转化概率进行分析，转化概率一共有12种，因此要做 12个t检验。

延伸说明--关于4种微状态的地形图检验

在进行具体的指标参数的统计检验之前，可以先对4种不同的微状态的地形图进行检验。

目前，ERPs的研究已经深入到心理学、生理学、医学、神经科学、人工智能等多个领域，发现了许多与认知活动过程密切相关的成分。例如：英国神经生理学家Walter等首次报道的慢电位成分CNV（contigent negative variation），与人脑对时间的期待、动作准备、定向、注意等心理活动密切相关；Sutton等在识别不同声调时记录到一个潜伏期约300ms的正波（P300），大量研究结果表明P300是与注意、辨认、决策、记忆等认知功能有关的ERP成分，现在己广泛应用于心理学、医学、测谎、神经经济学等领域；Näätänen等采用相减的方法首先提取出失匹配负波（mismatchnegativity，MMN），并提出了注意的脑机制模型和记忆痕迹理论，成为注意研究的前沿问题；Kutas & Hillyard首先观察到反映语义认知加工过程的N400，围绕N400的一系列研究，促进了对人脑语言加工脑机制的认识，而且，N400的发现不仅在于使ERP增加了一个具有特定意义的成分，重要的是将ERP成功地运用到了语言心理学，给语言心理学注入了新的活力，使探讨语言加工的脑机制成为可能。

一、ERP原理及提取技术

活的人脑总会不断放电，称为脑电（EEG），但成分复杂而不规则。正常的自发脑电一般处于几微伏到75微伏之间。而由心理活动所引起的脑电比自发脑电更弱，一般只有2到10微伏，通常淹埋在自发电位中。

所以ERP需要从EEG中提取。

11 开放电场 脑电（EEG）是由于皮质大量神经组织的突触后电位同步总和而成，而单个神经元电活动非常微小，不能在头皮记录到，只有神经元群的同步放电才能记录到。

这种脑组织神经元排列方向一致的情况，构成所谓的开放电场（open field），反之则是方向不一致相互抵消的封闭电场（closed field）。

　因此，ERP只能反映某些脑部的激活情况，而有些脑部即使处于激活状态，但由于其神经元没有能够形成开放电场，ERP上也是反映不出来的。

影响ERP信号记录的其它因素除神经元的排列方式外，记录点与神经元活动的距离也会影响ERP信号的采集。这样就区分出了近场源与远场源，初级体感诱发电位位于中央后回，是典型的近场源，而脑干听觉诱发电位是典型的远场源。离头皮越远则电位衰减越厉害，记录到的脑电波幅也很小。

12 ERP的两个重要特征 事件相关脑电有两个重要特性：潜伏期恒定、波形恒定；与此相对，自发脑电则是随机变化的。所以，可以将同一事实多次引起的多段脑电记录下来，但每一段脑电都是各种成分的综合，包括自发脑电（噪音）。

13 叠加技术 将由相同刺激引起的多段脑电进行多次叠加，由于自发脑电或噪音是随机变化，有高有低，相互叠加时就出现正负抵消的情况，而ERP信号则有两个恒定，所以不会被抵消，反而其波幅会不断增加，当叠加到一定次数时，ERP信号就显现出来了。

14 ERP是平均诱发电位叠加n次后的ER

S 主语 V 谓语 O宾语 P 表语 C 宾语补足语

基本句型 一：S+ V （主＋谓）

这里谓语由动词构成，不及物动词（vi），没有宾语，形成主谓结构，如：We come

基本句型 二： S+ V+ P （主＋系＋表）

这里句子的谓语动词都不能表达一个完整的意思，必须加上一个表明主语身份或状态的表语构成复合谓语，才能表达完整的意思。这类动词叫做连系动词。系动词分两类：be, look, keep, seem等属一类，表示情况；get, grow, become, turn等属另一类，表示变化。

基本句型 三： S+ V+ O （主＋谓＋宾）

这里谓语动词都具有实义，都是主语产生的动作，但不能表达完整的意思，必须跟有一个宾语，即动作的承受者，才能使意思完整。这类动词叫做及物动词。宾语位于及物动词之后，一般同主语构成一样，不同的是构成宾语的代词必须是“代词宾格”，如me，him，them等。

基本句型 四： S+ V + o + O （主＋谓＋间宾＋直宾）

有些及物动词可以有两个宾语，如give给，pass递，bring带，show显示。这两个宾语通常人为间接宾语，物为直接宾语。间接宾语一般位于直接宾语之前。

一般的顺序为：动词 + 间接宾语 + 直接宾语。如：Give me a cup of tea,please

当强调间接宾语时顺序为：动词 + 直接宾语 +介词+ 间接宾语。如： Show this house to MrSmith

再有当直接宾语为人称代词时顺序为：动词+ 代词直接宾语 +介词+ 间接宾语。如：Bring it to me, please

基本句型 五： S+ V+ O+ C （主＋谓＋宾＋宾补）

这里的谓语动词虽然是及物动词，但是只跟一个宾语还不能表达完整的意思，必须加上一个补充成分来补足宾语，才能使意思完整。 宾语补足语位于宾语之后对宾语作出说明的成分。宾语与其补足语有逻辑上的主谓关系，它们一起构成复合宾语。

名词/代词宾格 + 名词The war made him a soldier

名词/代词宾格 + 形容词New methods make the job easy

名词/代词宾格 + 介词短语I often find him at work

名词/代词宾格 + 动词不定式The teacher ask the students to close the windows