利用多媒体微机实现诱发电位仪视听复合模式刺激的同步触发
作者：邹海强 杨文俊
单位：邹海强(广州军区广州总医院神经内科，广东 广州，510010)；杨文俊(第一军医大学南方医院神经内科，广东 广州，510515)
关键词：多媒体；触发；复合模式；诱发电位；事件相关电位；认知
第一军医大学学报000114 摘要：目的和方法 复合模式事件相关电位(CERP)是人在处理两种或两种以上感觉刺激时，由头皮记录到的电位变化。与单一模式事件相关电位(SERP)相比，CERP更准确地反映了真实情况下人的认知加工，便于利用更复杂的知觉模型进行ERP研究，具有重要的理论意义和应用价值。本研究分两部分，第一部分：利用多媒体技术开发、实现了SERP和CERP的记录。第二部分： 在此基础上完成了视听觉多模式刺激事件相关电位的初步实验研究。结果 解决了刺激呈现时间的精确控制和外接诱发电位仪的同步触发等关键性问题；记录出了经典的视、听觉SERP和CERP，且SERP的结果与既往文献报告相符，达到了设计要求。
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中图分类号：R3.318.6 文献标识码：A 文章编号：1000-2588(2000)01-0041-03
Synchronizd visual and auditory stimuli triggering evoked potential equipment using multimedia PC
ZOU Hai-qiang
(Department of Neurology, Guangzhou General Hospital of PLA, Guangzhou, 510010)
YANG Wen-jun
(Department of Neurology, Nanfang Hospital, First Military Medical University, Guangzhou, 510515)
, 百拇医药
Abstract：Objective and methods Crossmodal event-related potential (CERP) is the potentials recorded from the scalp of the subjects when a or more different sensory stimuli were given, compared with single-modal ERP (SERP), which uses the same sensory stimuli. CERP is able to reflect the cognitive processing ability of the subjects more accurately, and therefore can facilitate the ERP research, while more complicated cognitive processing events are encountered. In this research, two sessions are included: Session I: The SERP and CERP was recorded using multimedia technology. Session II: On the basis of Part I, further research experiments of CERP using visual and auditory stimuli are accomplished. Results Using synchronous triggering extension EP workstation with high time precision, the recording of the typical visual or auditory SERP and CERP were successfully accomplished. The results of visual and auditory SERP were recorded with printed sheets. In brief, this system fulfilled the desired goal.
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Key words: multimedia; trigger; crossmodal; EP; ERP; cognition
经典事件相关电位(ERP)研究多采用同感觉模式刺激，如听觉刺激中不同频率的纯音或视觉刺激中不同颜色的闪光等，编成一定的刺激序列(或心理学范型，paradigm)呈现给受试者，并记录其特定刺激序列下的ERP。但人类所处的环境是复杂多变的，与之相适应，人能接受视、触、嗅、听等多种感觉刺激。因此，单一感觉刺激模式的ERP，对于研究较复杂的知觉模型，对于更准确地分析人真实情况下的认知心理过程就显得有些力不从心了。
复合模式(crossmodal)是指不同刺激物理性质的两个或两个以上感觉刺激模式。与常规的单一模式(singlemodal)相比，能更逼真地模拟我们所处的现实环境。复合模式事件相关电位(Crossmodal ERP, CERP)是人对视、听觉等复合模式刺激进行综合认知加工时，由头皮记录到的电位变化。CERP在注意的早期选择机制、非匹配负波、选择性注意的加工部位 、注意加工资源的分配 、短期记忆及语义认知加工机制的研究等方面已取得了一些很有意义的结果[1～4]。随着现代信号分析技术的发展，自20世纪80年代后期起， CERP的研究已逐渐成为认知心理学，心理生理学和神经电生理学等学科研究中最活跃的领域之一，但利用同时呈现的视听觉复合模式刺激进行CERP的综合研究，目前尚未见有关报道。
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多媒体技术是使计算机具有对声音、文字、图象等进行输入、识别、存储、处理、管理、输出等能力，其应用极大地改变了人机间信息交流的状况，使我们能以更加拟真的方式处理信息。
利用多媒体技术在微机上实现复合模式刺激发生系统，充分发挥了多媒体系统的特点，按一定的刺激序列，将多维化的媒体刺激集成在一起, 呈现给受试者，并同步记录受试者相应的CERP，其综合效应便十分明显了。其中，刺激呈现时间的精确控制和外接诱发电位仪的同步触发是系统成功的关键。
1 系统的实现
日本光电(NIHON KOHDEN)公司的5100/4200系列均是20世纪90年代初期的机型，具有较完善的功能和良好的可靠性，能够解决临床诱发电位检查的大部分要求，目前在我国各级医院仍被广泛使用。但听觉一般只限于“Click”或纯音，视觉也只限于闪光或棋盘格模式翻转，而涉及高级认知活动的N2、P3、N4、CNV等研究，这些简单的刺激范型未能做到。为了在充分利用现有设备的基础上实现刺激的多样化，作者利用MPC(多媒体个人计算机)实现了这一功能[5～8]。
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光电KOHDEN 5100/4100系列均有标准的外部触发端口(如4200型为BNC同轴电缆单向端口)，产品说明书提示予4.5V的TTL直流脉冲信号(脉宽 50 ms± )即可触发诱发电位仪进行记录。主要问题是：(1)究竟利用MPC的哪一个端口进行触发且又能保证较高的时间精度？(2)如何获取MPC的端口地址？(3)因多媒体应用主要在Windows环境下，而Windows本身对硬件外设又实行全面控制，那么，如何绕过Windows而直接对硬件端口发送消息呢？作者根据任务要求认为：
(1)相对于串口而言，并口传送信号快，符合高时间精度的要求；并口编程简单，可通过编程在并口数据位产生TTL信号，因此是较为理想的选择。在并口数据位产生TTL信号的方法：先向并口数据位送0×00(0×为十六进制数前缀，下同)，初始化所有数据位处于低电位；再向并口送0×FF，可将并行口的8个数据位置为高电位(据笔者测量，一般均保持在5V左右)，也可根据需要送1至255之间的一个数，置8个数据位中的某个或几个为高电位。这一过程中将在数据位产生一个上跳的脉冲。经过适当延时(应不小于诱发电位仪外部触发端口对脉宽的要求)，会在数据端产生一个电平信号和一个下跳脉冲，可以满足三种触发条件中的任何一种。
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(2)微机开机后首先会扫描其硬件外设，并将一些重要地址存入内存的特定区域。PC机最多可有3个并行口，其中并口1的首地址存在地址“0×004 0008”(0×0040：首址；0008：偏移量/unsignedlong,无符号长整数)，并行口2、3的首地址放在0×0040：000A和0×0040：000C，编程时可根据所用并口序号，从对应地址取得端口地址，问题即可解决。
(3)汇编语言因其对硬件操作的灵活性和直接性，一直是解决这类问题的首选，但汇编本身语句相对繁琐，并受不同硬件平台(如不同微机机型)的限制。作为Windows应用软件并非最佳方案。C语言作为高级语言基本没有硬件特异性，与Windows API函数和汇编语言均有良好的软件接口，是解决此问题的上佳之选。具体做法是利用VC 6.0作为外壳，编写一Windows的动态链接库(DLL)，其中的函数使用嵌入式汇编向并口发送数据。内部动态链接库完成以后，可象调用Windows内部函数一样调用库中的函数。作者在Visual Basic 4.0、5.0、6.0中调用了上述库函数，并用高精度记时器API进行延时，最终较好地解决了这一问题。本程序在Windows3.1，Win95，Win98上均已顺利通过。
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2 系统在实验中的验证
2.1 材料和方法
志愿受试者为第一军医大学护校的12名青年女性，平均年龄(17.50±1.72)岁，均为右利手，听觉、视力及智力正常，实验时无月经来潮。图象刺激采用玩具狗和兔的左侧位彩色照片，声音刺激采用两种玩具的叫声。
实验分三个阶段：每阶段刺激数100个，靶刺激概率25%，非靶刺激概率75%，两种刺激随机编排组成Oddball序列。视觉刺激显示时间: 700 ms，声音刺激呈现时间1 000 ms，各组刺激间隔1 700 ms。实验时要求受试者注意观看屏幕上闪现的照片，倾听耳机发出的声音，根据任务要求，对靶刺激(狗/兔)实行按键反应。MPC自动记录反应时间，同步触发诱发电位仪，叠加ERP。
2.2 结果2.2 结果
, http://www.100md.com 我们曾间隔一周，对3名受试者用相同刺激序列及测试条件记录其视觉或听觉SERP，以同既往的大量文献进行对照[9～11]。实验发现不同时间记录的N2、P3等在波形、潜伏期、波幅等方面无明显区别，表明SERP结果与既往文献报告相符，提示本系统所记录的ERP波形是稳定的，达到了预期结果(SERP及CERP波形图略)，也为进一步的CERP研究打下了良好的基础。
参考文献
[1]Woods DL, Alhok K, Algazi A. Intermodal selective attention. I. Effects on event-related potentials to lateralized auditory and visual stimuli[J]. Electroencephalology Clinical Neurophysiology, 1992, 82(5): 341～55.
, 百拇医药
[2]Hackley SA, Woldorff M, Hillyard SA. Cross-modal selective attention effects on retinal, myogenic, brainstem, and cerebral evoked potentials[J]. Psychophysiology, 1990, 27(2):195～208.
[3]Connolly JF, Byrne JM, Dywan CA. Assessing adult receptive vocabulary with event-related potentials: an investigation of cross-modal and cross-form priming[J]. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology, 1995, 17 (4):548～65.
[4]Rugg MD. Event-related potentials dissociate repetition effects of high- and low- frequency words[J]. Memory and cognition, 1990, 18(4): 367～79.
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[5]Microsoft Corporation著，吴新瞻译. Microsoft Windows Multimedia Programmer’s Reference(多媒体程序员参考手册)[M]. 北京：海洋出版社，1993. 93～4.
[6]戴建鹏. Windows编程与使用[M]. 北京：电子工业出版社，1992. 23～8.
[7]曾志民，张秀茂. Visual Basic for Windows程序员Windows API参考手册[M]. 北京：科学出版社，1995. 91～327.
[8]李 霞，沈精虎. Visual Basic 数据库应用程序开发指南[M]. 北京：人民邮电出版社，1997. 68～104.
[9]赵宗彦，崔淑芳，刘 晖. 老年人视觉、听觉及体感诱发的ERP比较[J]. 临床脑电学杂志，1995，4(2):67～9.
[10]赵向东，张美莲，周水玲等. 正常青年人视觉、听觉诱发的ERP的比较[J]. 临床脑电学杂志，1996, 5(2):97～100.
[11]罗跃嘉，吴宗耀，刘 燧. 事件相关电位中的P300成分. 国外医学·物理医学与康复学分册[J]，1990, 3:101～6.
1998-01-22, 百拇医药
单位：邹海强(广州军区广州总医院神经内科，广东 广州，510010)；杨文俊(第一军医大学南方医院神经内科，广东 广州，510515)
关键词：多媒体；触发；复合模式；诱发电位；事件相关电位；认知
第一军医大学学报000114 摘要：目的和方法 复合模式事件相关电位(CERP)是人在处理两种或两种以上感觉刺激时，由头皮记录到的电位变化。与单一模式事件相关电位(SERP)相比，CERP更准确地反映了真实情况下人的认知加工，便于利用更复杂的知觉模型进行ERP研究，具有重要的理论意义和应用价值。本研究分两部分，第一部分：利用多媒体技术开发、实现了SERP和CERP的记录。第二部分： 在此基础上完成了视听觉多模式刺激事件相关电位的初步实验研究。结果 解决了刺激呈现时间的精确控制和外接诱发电位仪的同步触发等关键性问题；记录出了经典的视、听觉SERP和CERP，且SERP的结果与既往文献报告相符，达到了设计要求。
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中图分类号：R3.318.6 文献标识码：A 文章编号：1000-2588(2000)01-0041-03
Synchronizd visual and auditory stimuli triggering evoked potential equipment using multimedia PC
ZOU Hai-qiang
(Department of Neurology, Guangzhou General Hospital of PLA, Guangzhou, 510010)
YANG Wen-jun
(Department of Neurology, Nanfang Hospital, First Military Medical University, Guangzhou, 510515)
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Abstract：Objective and methods Crossmodal event-related potential (CERP) is the potentials recorded from the scalp of the subjects when a or more different sensory stimuli were given, compared with single-modal ERP (SERP), which uses the same sensory stimuli. CERP is able to reflect the cognitive processing ability of the subjects more accurately, and therefore can facilitate the ERP research, while more complicated cognitive processing events are encountered. In this research, two sessions are included: Session I: The SERP and CERP was recorded using multimedia technology. Session II: On the basis of Part I, further research experiments of CERP using visual and auditory stimuli are accomplished. Results Using synchronous triggering extension EP workstation with high time precision, the recording of the typical visual or auditory SERP and CERP were successfully accomplished. The results of visual and auditory SERP were recorded with printed sheets. In brief, this system fulfilled the desired goal.
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Key words: multimedia; trigger; crossmodal; EP; ERP; cognition
经典事件相关电位(ERP)研究多采用同感觉模式刺激，如听觉刺激中不同频率的纯音或视觉刺激中不同颜色的闪光等，编成一定的刺激序列(或心理学范型，paradigm)呈现给受试者，并记录其特定刺激序列下的ERP。但人类所处的环境是复杂多变的，与之相适应，人能接受视、触、嗅、听等多种感觉刺激。因此，单一感觉刺激模式的ERP，对于研究较复杂的知觉模型，对于更准确地分析人真实情况下的认知心理过程就显得有些力不从心了。
复合模式(crossmodal)是指不同刺激物理性质的两个或两个以上感觉刺激模式。与常规的单一模式(singlemodal)相比，能更逼真地模拟我们所处的现实环境。复合模式事件相关电位(Crossmodal ERP, CERP)是人对视、听觉等复合模式刺激进行综合认知加工时，由头皮记录到的电位变化。CERP在注意的早期选择机制、非匹配负波、选择性注意的加工部位 、注意加工资源的分配 、短期记忆及语义认知加工机制的研究等方面已取得了一些很有意义的结果[1～4]。随着现代信号分析技术的发展，自20世纪80年代后期起， CERP的研究已逐渐成为认知心理学，心理生理学和神经电生理学等学科研究中最活跃的领域之一，但利用同时呈现的视听觉复合模式刺激进行CERP的综合研究，目前尚未见有关报道。
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多媒体技术是使计算机具有对声音、文字、图象等进行输入、识别、存储、处理、管理、输出等能力，其应用极大地改变了人机间信息交流的状况，使我们能以更加拟真的方式处理信息。
利用多媒体技术在微机上实现复合模式刺激发生系统，充分发挥了多媒体系统的特点，按一定的刺激序列，将多维化的媒体刺激集成在一起, 呈现给受试者，并同步记录受试者相应的CERP，其综合效应便十分明显了。其中，刺激呈现时间的精确控制和外接诱发电位仪的同步触发是系统成功的关键。
1 系统的实现
日本光电(NIHON KOHDEN)公司的5100/4200系列均是20世纪90年代初期的机型，具有较完善的功能和良好的可靠性，能够解决临床诱发电位检查的大部分要求，目前在我国各级医院仍被广泛使用。但听觉一般只限于“Click”或纯音，视觉也只限于闪光或棋盘格模式翻转，而涉及高级认知活动的N2、P3、N4、CNV等研究，这些简单的刺激范型未能做到。为了在充分利用现有设备的基础上实现刺激的多样化，作者利用MPC(多媒体个人计算机)实现了这一功能[5～8]。
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光电KOHDEN 5100/4100系列均有标准的外部触发端口(如4200型为BNC同轴电缆单向端口)，产品说明书提示予4.5V的TTL直流脉冲信号(脉宽 50 ms± )即可触发诱发电位仪进行记录。主要问题是：(1)究竟利用MPC的哪一个端口进行触发且又能保证较高的时间精度？(2)如何获取MPC的端口地址？(3)因多媒体应用主要在Windows环境下，而Windows本身对硬件外设又实行全面控制，那么，如何绕过Windows而直接对硬件端口发送消息呢？作者根据任务要求认为：
(1)相对于串口而言，并口传送信号快，符合高时间精度的要求；并口编程简单，可通过编程在并口数据位产生TTL信号，因此是较为理想的选择。在并口数据位产生TTL信号的方法：先向并口数据位送0×00(0×为十六进制数前缀，下同)，初始化所有数据位处于低电位；再向并口送0×FF，可将并行口的8个数据位置为高电位(据笔者测量，一般均保持在5V左右)，也可根据需要送1至255之间的一个数，置8个数据位中的某个或几个为高电位。这一过程中将在数据位产生一个上跳的脉冲。经过适当延时(应不小于诱发电位仪外部触发端口对脉宽的要求)，会在数据端产生一个电平信号和一个下跳脉冲，可以满足三种触发条件中的任何一种。
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(2)微机开机后首先会扫描其硬件外设，并将一些重要地址存入内存的特定区域。PC机最多可有3个并行口，其中并口1的首地址存在地址“0×004 0008”(0×0040：首址；0008：偏移量/unsignedlong,无符号长整数)，并行口2、3的首地址放在0×0040：000A和0×0040：000C，编程时可根据所用并口序号，从对应地址取得端口地址，问题即可解决。
(3)汇编语言因其对硬件操作的灵活性和直接性，一直是解决这类问题的首选，但汇编本身语句相对繁琐，并受不同硬件平台(如不同微机机型)的限制。作为Windows应用软件并非最佳方案。C语言作为高级语言基本没有硬件特异性，与Windows API函数和汇编语言均有良好的软件接口，是解决此问题的上佳之选。具体做法是利用VC 6.0作为外壳，编写一Windows的动态链接库(DLL)，其中的函数使用嵌入式汇编向并口发送数据。内部动态链接库完成以后，可象调用Windows内部函数一样调用库中的函数。作者在Visual Basic 4.0、5.0、6.0中调用了上述库函数，并用高精度记时器API进行延时，最终较好地解决了这一问题。本程序在Windows3.1，Win95，Win98上均已顺利通过。
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2 系统在实验中的验证
2.1 材料和方法
志愿受试者为第一军医大学护校的12名青年女性，平均年龄(17.50±1.72)岁，均为右利手，听觉、视力及智力正常，实验时无月经来潮。图象刺激采用玩具狗和兔的左侧位彩色照片，声音刺激采用两种玩具的叫声。
实验分三个阶段：每阶段刺激数100个，靶刺激概率25%，非靶刺激概率75%，两种刺激随机编排组成Oddball序列。视觉刺激显示时间: 700 ms，声音刺激呈现时间1 000 ms，各组刺激间隔1 700 ms。实验时要求受试者注意观看屏幕上闪现的照片，倾听耳机发出的声音，根据任务要求，对靶刺激(狗/兔)实行按键反应。MPC自动记录反应时间，同步触发诱发电位仪，叠加ERP。
2.2 结果2.2 结果
, http://www.100md.com 我们曾间隔一周，对3名受试者用相同刺激序列及测试条件记录其视觉或听觉SERP，以同既往的大量文献进行对照[9～11]。实验发现不同时间记录的N2、P3等在波形、潜伏期、波幅等方面无明显区别，表明SERP结果与既往文献报告相符，提示本系统所记录的ERP波形是稳定的，达到了预期结果(SERP及CERP波形图略)，也为进一步的CERP研究打下了良好的基础。
参考文献
[1]Woods DL, Alhok K, Algazi A. Intermodal selective attention. I. Effects on event-related potentials to lateralized auditory and visual stimuli[J]. Electroencephalology Clinical Neurophysiology, 1992, 82(5): 341～55.
, 百拇医药
[2]Hackley SA, Woldorff M, Hillyard SA. Cross-modal selective attention effects on retinal, myogenic, brainstem, and cerebral evoked potentials[J]. Psychophysiology, 1990, 27(2):195～208.
[3]Connolly JF, Byrne JM, Dywan CA. Assessing adult receptive vocabulary with event-related potentials: an investigation of cross-modal and cross-form priming[J]. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology, 1995, 17 (4):548～65.
[4]Rugg MD. Event-related potentials dissociate repetition effects of high- and low- frequency words[J]. Memory and cognition, 1990, 18(4): 367～79.
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[5]Microsoft Corporation著，吴新瞻译. Microsoft Windows Multimedia Programmer’s Reference(多媒体程序员参考手册)[M]. 北京：海洋出版社，1993. 93～4.
[6]戴建鹏. Windows编程与使用[M]. 北京：电子工业出版社，1992. 23～8.
[7]曾志民，张秀茂. Visual Basic for Windows程序员Windows API参考手册[M]. 北京：科学出版社，1995. 91～327.
[8]李 霞，沈精虎. Visual Basic 数据库应用程序开发指南[M]. 北京：人民邮电出版社，1997. 68～104.
[9]赵宗彦，崔淑芳，刘 晖. 老年人视觉、听觉及体感诱发的ERP比较[J]. 临床脑电学杂志，1995，4(2):67～9.
[10]赵向东，张美莲，周水玲等. 正常青年人视觉、听觉诱发的ERP的比较[J]. 临床脑电学杂志，1996, 5(2):97～100.
[11]罗跃嘉，吴宗耀，刘 燧. 事件相关电位中的P300成分. 国外医学·物理医学与康复学分册[J]，1990, 3:101～6.
1998-01-22, 百拇医药