Potenţial legat de eveniment

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 23 februarie 2020; verificările necesită 29 de modificări .

Potențialul legat de evenimente ( ERP ) este un răspuns măsurat al creierului care este un rezultat direct al unei anumite senzații , eveniment cognitiv sau motor . [1] Mai formal, acesta este orice răspuns electrofiziologic tipic la un stimul. Astfel, studiile asupra creierului oferă o modalitate non-invazivă de a evalua funcția creierului.

PSS sunt măsurate folosind electroencefalografie (EEG). Echivalentul magnetoencefalografic (MEG) al MSS este MSS, sau câmpul legat de evenimente (ERF). [2] Potențialul evocat și potențialul indus sunt varietăți de PSS.

Istorie

Odată cu descoperirea electroencefalografiei (EEG) în 1924, Hans Berger a descoperit că este posibil să se măsoare activitatea electrică a creierului uman prin plasarea electrozilor pe scalp și amplificarea semnalului. Modificările de tensiune pe o perioadă de timp pot fi reprezentate grafic. El a observat că tensiunea poate fi influențată de evenimente externe care stimulau simțurile.

EEG s-a dovedit a fi un mijloc util de înregistrare a activității creierului în deceniile următoare. Cu toate acestea, de regulă, a fost foarte dificil să se evalueze un proces neuronal foarte specific care este de interes pentru neuroștiința cognitivă , deoarece este dificil să izolați semnalele proceselor neurocognitive individuale în datele EEG inițiale. Pentru potențialele legate de evenimente (EPP), a fost propusă o metodă mai sofisticată pentru extragerea răspunsurilor la evenimente senzoriale, cognitive și motorii specifice, pe baza metodelor convenționale de mediere.

În 1935-1936. Paulina și Hallowell Davisa înregistrat primul PSS cunoscut de oameni treji, ale cărui rezultate au fost publicate câțiva ani mai târziu, în 1939.

Cercetările asupra problemelor senzoriale nu au fost efectuate în timpul celui de-al Doilea Război Mondial și au fost reluate în anii 1950. În 1964, cercetările lui Gray Walter și colegii săi au început epoca modernă a descoperirii componentelor PSS, când au raportat prima componentă cognitivă a PSS, numită variație negativă contingentă CNV [3] Sutton, Braren și Zubin (1965) au făcut un alt progres prin descoperirea componentei P3. [4] În următorii cincisprezece ani, cercetările asupra componentelor PSS au devenit din ce în ce mai populare.

Anii 1980, odată cu apariția computerelor ieftine, au deschis noi oportunități de cercetare în neuroștiința cognitivă. În prezent, PSS este una dintre cele mai utilizate metode în neuroștiința cognitivă , aplicată pentru studiul corelațiilor fiziologice asociate procesării informațiilor senzoriale , activității perceptive și cognitive . [5]

Calcule

PVR poate fi măsurat în mod fiabil folosind electroencefalografie (EEG), o procedură care măsoară activitatea electrică a creierului folosind electrozi plasați pe scalp . EEG reflectă activitatea a mii de procese cerebrale simultane . Aceasta înseamnă că răspunsul creierului la un stimul sau eveniment de interes nu este de obicei vizibil în înregistrarea EEG a unui test. Pentru a vedea reacția creierului la un stimul, experimentatorul trebuie să efectueze multe teste și, făcând o medie a rezultatelor, să elimine activitatea aleatorie a creierului și, prin urmare, să izoleze semnalul dorit, numit PSS. [6]

Activitatea aleatorie ( de fundal ) a creierului, împreună cu alte biosemnale (de exemplu , EOG , EMG , ECG ) și interferența electromagnetică (de exemplu , zgomot de linie , lumini fluorescente) formează contribuția de zgomot la PSS înregistrat. Acest zgomot ascunde semnalul de interes, care este secvența PSS-urilor de bază aflate în investigație. Din punct de vedere matematic, este posibil să se determine raportul semnal-zgomot (SNR) al PSS înregistrat. Medierea crește SNR-ul PSS înregistrat, făcându-le distinse, permițând interpretarea lor. Acest fapt are o explicație matematică simplă, cu condiția să se facă următoarele ipoteze simplificatoare.

Semnalul de interes constă dintr-o secvență de MSS-uri asociate cu evenimente care au o întârziere constantă și o formă
Zgomotul poate fi aproximat folosind un proces aleatoriu gaussian cu medie zero și varianță egală cu , necorelat cu alte teste și nelegat de momentul evenimentului (această ipoteză poate fi ușor încălcată, de exemplu, în cazul în care subiectul face mici mișcări ale limbii, numărând mental țintele din experiment). $\sigma ^{2}$

După ce s-a determinat prin , numărul testului și , timpul scurs după al- lea eveniment, fiecare dintre încercări poate fi scrisă ca $k$ $t$ $k$ $x(t,k)=s(t)+n(t,k)$ $Sf)$ $n(t,k)$

Media testelor este $N$

{\bar {x}}(t)={\frac {1}{N}}\sum _{k=1}^{N}x(t,k)=s(t)+{\ frac {1}{N}}\sum _{k=1}^{N}n(t,k)

Valoarea așteptată este (cum ar trebui să fie) semnalul în sine, . ${\bar {x}}(t)$ $\operatorname {E} [{\bar {x}}(t)]=s(t)$

Varianta sa

\operatorname {Var} [{\bar {x}}(t)]=\operatorname {E} \left[\left({\bar {x}}(t)-\operatorname {E} [{ \bar {x}}(t)]\right)^{2}\right]={\frac {1}{N^{2}}}\operatorname {E} \left[\left(\sum _{ k=1}^{N}n(t,k)\right)^{2}\right]={\frac {1}{N^{2))}\sum _{k=1}^{N }\operatorname {E} \left[n(t,k)^{2}\right]={\frac {\sigma ^{2}}{N}}

Pe această bază, se așteaptă ca amplitudinea zgomotului a mediei testului să se abate de la medie (care este ) cu o sumă mai mică sau egală cu 68% din timp. În special, abaterea, în care se află 68% din amplitudinile zgomotului, depășește abaterea de la un test. Deja se poate aștepta ca o abatere mai mare să acopere 95% din toate amplitudinile zgomotului. $N$ $Sf)$ $\sigma /{\sqrt {N}}$ $1/{\sqrt {N}}$ $2\sigma /{\sqrt {N}}$

Zgomot cu amplitudine mare (de exemplu, artefacteasociate cu clipirea sau mișcarea ochilor) sunt adesea cu câteva ordine de mărime mai mari decât PSS de bază. Prin urmare, încercările care conțin astfel de artefacte trebuie eliminate înainte de a face medie. Înlăturarea erorilor mari se poate face manual prin inspecție vizuală sau folosind o procedură automată bazată pe praguri fixe predefinite (amplitudine EEG maximă sau limitare a pantei) sau pe praguri variabile în timp derivate din statisticile setului de testare. [7][ sursa autopublicata? ]

Nomenclatura componentelor PSS

Semnalele PSS constau dintr-o serie de abateri de tensiune pozitive și negative care sunt asociate cu un set de „componente” de bază. [8] Deși unele componente ale PSS sunt indicate prin abrevieri (de exemplu, abatere negativă condiționată (engleză, variație negativă contingentă - CNV), negativitate (engleză, negativitate legată de eroare - ERN) , cele mai multe nume de componente încep cu o literă (N / P) care indică polaritatea (negativ/pozitiv) urmată de un număr care indică fie întârzierea în milisecunde, fie numărul său de serie în semnal. De exemplu, vârful negativ, care este primul semnificativ vârful formei de undă a formei de undă și apare adesea la aproximativ 100 de milisecunde după prezentarea stimulului, adesea denumit N100 care indică faptul că întârzierea acestuia este de 100 ms după stimul și negativ) sau N1 (indicând că este primul vârf și este negativ); Este adesea urmată de un vârf pozitiv, denumit în mod obișnuit P200 sau P2. Întârzierile revendicate pentru componentele ERP sunt adesea destul de diferite, în special pentru componentele ulterioare care sunt asociate cu procesarea cognitivă a stimulului. De exemplu, vârful componentei P300 undeva 250 ms - 700 ms

Avantaje și dezavantaje

Relația cu măsurarea comportamentului

În comparație cu procedurile comportamentale, PSS oferă o măsurare continuă a procesului dintre un stimul și un răspuns la acesta, permițându-vă să determinați ce etape sunt afectate de acțiuni experimentale specifice. Un alt avantaj față de măsurătorile comportamentale este că pot oferi o măsurare a procesării stimulului chiar și atunci când nu există răspunsuri comportamentale. Cu toate acestea, din cauza valorii foarte mici a PSS, este de obicei necesar un număr mare de teste pentru a-l măsura suficient de precis. [9]

Comparații cu alte măsurători neurofiziologice

Invazivitatea

Spre deosebire de microelectrozi, care necesită inserarea unui electrod în creier, și PET , care expune oamenii la radiații, PSS utilizează EEG, care este o procedură neinvazivă.

Rezoluție spațială și temporală

PSS oferă o rezoluție temporală excelentă - viteza de înregistrare a PSS este limitată doar de rata de eșantionare pe care echipamentul de înregistrare o poate suporta în mod realist, în timp ce măsurătorile hemodinamice (cum ar fi fMRI , PET și spectroscopia funcțională în infraroșu apropiat (fNIRS) sunt limitate în mod inerent de rata de reacție lentă a nivelului de oxigen din sânge (BOLD) Rezoluția spațială a PSS este însă mult mai slabă decât cea a metodelor hemodinamice - de fapt, determinarea locației surselor PSS este o problemă inversă care nu poate fi rezolvată exact, ci doar estimată Astfel, PSS-urile sunt potrivite pentru investigarea întrebărilor despre viteza activității neuronale și, mai rău, pentru investigarea întrebărilor despre locația unei astfel de activități .

Cost

Examinarea PSS este mult mai puțin costisitoare decât alte modalități de imagistică, cum ar fi fMRI , PET și MEG , deoarece achiziționarea și întreținerea unui sistem EEG este mai puțin costisitoare decât alte sisteme.

Utilizarea PSS în cercetarea clinică

Medicii și neurologii folosesc uneori o tablă de șah intermitent ca stimul vizual pentru a detecta deteriorarea sau vătămarea sistemului vizual. La un individ sănătos, acest stimul provoacă un răspuns puternic în cortexul vizual primar , situat în lobul occipital al creierului.

Încălcările componentei PSS în studiile clinice se manifestă în condiții neurologice, cum ar fi:

PSS în cercetare

PSS-urile sunt utilizate pe scară largă în neuroștiințe , psihologie cognitivă , științe cognitive și cercetare psihofiziologică . Psihologii experimentați și oamenii de știință în neuroștiință au găsit mulți stimuli diferiți care induc PSS fiabil al participanților. Se crede că timpul de răspuns la acești stimuli este o măsură a timpului necesar pentru ca informațiile să fie transmise sau procesate în creier. De exemplu, în paradigma tablei de șah descrisă mai sus, primul răspuns al cortexului vizual al participanților sănătoși este de aproximativ 50-70 ms. Acest lucru pare să indice că acesta este timpul necesar pentru ca un stimul să ajungă la după ce lumina intră pentru prima dată în ochi . Alternativ, răspunsul P300 apare după aproximativ 300 ms în paradigma stimulului neobișnuit , de exemplu, indiferent de tipul de stimul prezentat: vizual , tactil , auditiv , olfactiv , gustativ etc. Datorită acestei invarianțe generale de tip Stimulul componenta P300 este înțeleasă ca reflectă o funcție cognitivă superioară, un răspuns la stimuli neaștepți și/sau semnificativi . Răspunsul P300 a fost, de asemenea, studiat în contextul descoperirii informațiilor și memoriei. [optsprezece]

Prin potrivirea P300 la noi stimuli, poate fi creată o interfață creier-calculator care se bazează pe ea. Prin aranjarea mai multor indicii într-o grilă, prin aprinderea aleatorie a liniilor grilei ca în paradigma anterioară și observând răspunsurile P300 ale subiectului care se uită la grilă, subiectul poate „raporta” ce stimul se uită și, astfel, încet „introduce” cuvinte. [19]

Alte PSS utilizate frecvent în cercetare în neurolingvistică care utilizează ELANN400 / SPS

Note

↑ 1 2 Luck, Steven J. O introducere în tehnica potențialului legat de evenimente . - The MIT Press , 2005. - ISBN 978-0-262-12277-1 .
↑ Brown, Colin M; Peter Hagoort. Neuroștiința cognitivă a limbajului // The Neurocognition of Language (engleză) / Colin M. Brown și Peter Hagoort. - New York: Oxford University Press , 1999. - P. 6.
↑ Walter, W. Grey; Cooper, R.; Aldridge, VJ; McCallum, W. C.; Winter, A.L. Contingent Negative Variation: An Electric Sign of Sensori-Motor Association and Expectancy in the Human Brain // Nature: journal. - 1964. - iulie ( vol. 203 , nr. 4943 ). - P. 380-384 . - doi : 10.1038/203380a0 . — Cod . — PMID 14197376 .
↑ Sutton, S.; Braren, M.; Zubin, J.; John, ER Evocat-Potential Corelates of Stimulus Uncertainty (engleză) // Science : journal. - 1965. - 26 noiembrie ( vol. 150 , nr. 3700 ). - P. 1187-1188 . - doi : 10.1126/science.150.3700.1187 . - Cod biblic . — PMID 5852977 .
↑ Handy, T.C. (2005). Potenţiale legate de evenimente: un manual de metode. Cambridge, Massachusetts: Bradford/ MIT Press
↑ Coles, MGH; Rugg, MD Potențialele creierului legate de evenimente: o introducere // Electrofiziologia minții: potențialele și cunoașterea creierului legate de evenimente (engleză) / Rugg, MD; Coles, MGH. - New York: Oxford University Press , 1995. - P. 1-26 . — (Seria de psihologie Oxford, nr. 25).
↑ ERP_REJECT, respingerea studiilor outlier din studiile ERP . schimb de fișiere matlab. Preluat: 30 decembrie 2011. (nedefinit)
↑ The Oxford Handbook of Event-Related Potential Components / Luck, SJ; Kappenman, ES. - Oxford University Press , 2012. - P. 664. - ISBN 9780195374148 .
↑ Noroc, Steven. Comparație cu măsurile comportamentale // O introducere în tehnica potențialului legat de evenimente . - MIT Press , 2005. - P. 21-23 .
↑ Johnstone, Stuart J.; Barry, Robert J.; Clarke, Adam R. Zece ani după: O revizuire ulterioară a cercetării ERP în tulburarea cu deficit de atenție/hiperactivitate (engleză) // Clinical Neurophysiology: journal. - 2013. - Aprilie ( vol. 124 , nr. 4 ). - P. 644-657 . doi : 10.1016 / j.clinph.2012.09.006 . — PMID 23063669 .
↑ Barry, Robert J; Johnstone, Stuart J; Clarke, Adam R. O revizuire a electrofiziologiei în tulburarea de deficit de atenție/hiperactivitate: II. Potențiale legate de evenimente (engleză) // Clinical Neurophysiology : journal. - 2003. - Februarie ( vol. 114 , nr. 2 ). - P. 184-198 . - doi : 10.1016/S1388-2457(02)00363-2 . — PMID 12559225 .
↑ Boutros, Nashaat; Torello, Michael W.; Burns, Elizabeth M.; Wu, Shu-Shieh; Nasrallah, Henry A. Potențialele evocate la subiecții cu risc pentru boala Alzheimer // Cercetare în psihiatrie : jurnal. - 1995. - iunie ( vol. 57 , nr. 1 ). - P. 57-63 . - doi : 10.1016/0165-1781(95)02597-P . — PMID 7568559 .
↑ S, Prabhakar; Syal, P; Srivastava, T. P300 în boala Parkinson recent nedementantă: efectul medicamentelor dopaminergice // Neurologie India : jurnal. - 2000. - 1 iulie ( vol. 48 , nr. 3 ). - P. 239-242 . — PMID 11025627 .
↑ Boose, Martha A.; Cranford, Jerry L. Potenţiale auditive legate de evenimente în scleroza multiplă // Otologie şi neurotologie: jurnal. - 1996. - Vol. 17 , nr. 1 . - P. 165-170 . — PMID 8694124 .
↑ Duncan, Connie C.; Kosmidis, Mary H.; Mirsky, Allan F. Evaluare potențială legată de evenimente a prelucrării informațiilor după un traumatism la cap închis (engleză) // Psychophysiology: journal. - 2008. - 28 iunie ( vol. 40 , nr. 1 ). - P. 45-59 . - doi : 10.1111/1469-8986.00006 . — PMID 12751803 .
↑ D'Arcy, Ryan CN; Marchand, Yannick; Eskes, Gail A; Harrison, Edmund R; Phillips, Stephen J; maior, Alma; Connolly, John F. Evaluarea electrofiziologică a funcției limbajului după accident vascular cerebral // Clinical Neurophysiology : journal. - 2003. - Aprilie ( vol. 114 , nr. 4 ). - P. 662-672 . - doi : 10.1016/S1388-2457(03)00007-5 . — PMID 12686275 .
↑ Hanna, Gregory L.; Carrasco, Melissa; Harbin, Shannon M.; Nienhuis, Jenna K.; LaRosa, Christina E.; Chen, Poyu; Fitzgerald, Kate D.; Gehring, William J. Negativitatea legată de erori și istoricul ticurilor în tulburarea obsesiv-compulsivă pediatrică // Jurnalul Academiei Americane de Psihiatrie a Copilului și Adolescentului : jurnal. - 2012. - Septembrie ( vol. 51 , nr. 9 ). - P. 902-910 . - doi : 10.1016/j.jaac.2012.06.019 . — PMID 22917203 .
↑ McCormick, Brian. Gândurile tale te pot înșela: Implicațiile constituționale ale tehnologiei de amprentare a creierului și cum poate fi folosită pentru a ne asigura cerul // Law & Psychology Review : jurnal. - 2006. - Vol. 30 . - P. 171-184 .
↑ Farwell, L.A.; Donchin, E. Vorbind din vârful capului: către o proteză mentală care utilizează potențialele cerebrale legate de evenimente // Electroencefalografie și neurofiziologie clinică : jurnal. - 1988. - Decembrie ( vol. 70 , nr. 6 ). - P. 510-523 . - doi : 10.1016/0013-4694(88)90149-6 . — PMID 2461285 .

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)