Event-relateret potentiale

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 23. februar 2020; checks kræver 29 redigeringer .

Event -related potential ( ERP ) er et målt hjernerespons , der er et direkte resultat af en bestemt sansning , kognitiv eller motorisk begivenhed. [1] Mere formelt er dette enhver typisk elektrofysiologisk reaktion på en stimulus. Hjerneundersøgelser giver således en ikke-invasiv måde at vurdere hjernens funktion på.

PSS måles ved hjælp af elektroencefalografi (EEG). Den magnetoencefalografiske (MEG) ækvivalent til MSS er MSS eller hændelsesrelateret felt (ERF). [2] Fremkaldt potentiale og induceret potentiale er varianter af PSS.

Historie

Med opdagelsen af elektroencefalografi (EEG) i 1924 opdagede Hans Berger , at det var muligt at måle den menneskelige hjernes elektriske aktivitet ved at placere elektroder på hovedbunden og forstærke signalet. Spændingsændringer over en periode kan plottes. Han bemærkede, at spændinger kunne påvirkes af ydre begivenheder, der stimulerede sanserne.

EEG viste sig at være et nyttigt middel til at registrere hjerneaktivitet i de efterfølgende årtier. Men som regel var det meget vanskeligt at evaluere en meget specifik neural proces, der er af interesse for kognitiv neurovidenskab , da det er vanskeligt at isolere signalerne fra individuelle neurokognitive processer i de indledende EEG-data. For hændelsesrelaterede potentialer (EPP'er) er en mere sofistikeret metode blevet foreslået til at udtrække reaktioner på specifikke sensoriske, kognitive og motoriske hændelser baseret på konventionelle gennemsnitsmetoder.

I 1935-1936. Paulina og Hallowell Davisregistrerede den første kendte PSS af vågne mennesker, hvis resultater blev offentliggjort et par år senere, i 1939.

Forskning i sensoriske problemer blev ikke udført under Anden Verdenskrig og blev genoptaget i 1950'erne. I 1964 begyndte forskning af Gray Walter og kolleger den moderne æra af opdagelse af komponenterne i PSS, da de rapporterede den første kognitive komponent af PSS, kaldet kontingent CNV [3] Sutton, Braren og Zubin (1965) gjorde endnu et fremskridt ved at opdage P3-komponenten. [4] I løbet af de næste femten år blev forskning i komponenterne i PSS stadig mere populær.

1980'erne, med fremkomsten af billige computere, åbnede nye muligheder for forskning i kognitiv neurovidenskab. I øjeblikket er PSS en af de mest udbredte metoder inden for kognitiv neurovidenskab , anvendt til at studere de fysiologiske korrelater forbundet med sensorisk informationsbehandling , perceptuel og kognitiv aktivitet. [5]

Beregninger

PVR kan måles pålideligt ved hjælp af elektroencefalografi (EEG), en procedure, der måler hjernens elektriske aktivitet ved hjælp af elektroder placeret på hovedbunden . EEG'et afspejler aktiviteten af tusindvis af samtidige hjerneprocesser . Det betyder, at hjernens reaktion på én stimulus eller begivenhed af interesse normalt ikke er synlig i EEG-registreringen af én test. For at se hjernens reaktion på en stimulus skal eksperimentatoren udføre mange tests og ved at beregne et gennemsnit af resultaterne fjerne tilfældig hjerneaktivitet og derved isolere det ønskede signal, kaldet PSS. [6]

Tilfældig ( baggrunds ) hjerneaktivitet udgør sammen med andre biosignaler (f.eks. EOG , EMG , EKG ) og elektromagnetisk interferens (f.eks . linjestøj , fluorescerende lys) støjbidraget til den registrerede PSS. Denne støj skjuler signalet af interesse, som er sekvensen af baseline PSS'er, der undersøges. Fra et matematisk synspunkt er det muligt at bestemme signal-til-støj-forholdet (SNR) for den optagne PSS. Gennemsnitsberegning øger SNR for den registrerede PSS, hvilket gør dem adskilte, hvilket gør det muligt at fortolke dem. Denne kendsgerning har en simpel matematisk forklaring, forudsat at de følgende forenklede antagelser er lavet.

Signalet af interesse består af en sekvens af MSS'er forbundet med hændelser med en konstant forsinkelse og en form
Støj kan tilnærmes ved hjælp af en Gaussisk tilfældig proces med nul middelværdi og varians lig med , ikke korreleret med andre tests og ikke bundet til tidspunktet for hændelsen (denne antagelse kan let overtrædes, for eksempel i det tilfælde, hvor forsøgspersonen laver små bevægelser af tungen, mentalt at tælle målene i eksperimentet). $\sigma ^{2}$

Efter at have bestemt gennem , testnummeret og den forløbne tid efter den th hændelse, kan hver af forsøgene skrives som tilfældig støj). $k$ $t$ $k$ $x(t,k)=s(t)+n(t,k)$ $s(t)$ $n(t,k)$

Gennemsnittet af testene er $N$

{\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)

Den forventede værdi er (som den burde være) selve signalet, . ${\bar {x}}(t)$ $\operatørnavn {E} [{\bar {x}}(t)]=s(t)$

Dens varians

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

På dette grundlag forventes støjamplituden af testmiddelværdien at afvige fra middelværdien (som er ) med en mængde mindre end eller lig med 68 % af tiden. Især afvigelsen, hvori 68 % af støjamplituderne er placeret, overstiger afvigelsen fra én test. Det kan allerede nu forventes, at en større afvigelse vil dække 95 % af alle støjamplituder. $N$ $s(t)$ $\sigma /{\sqrt {N))$ $1/{\sqrt {N))$ $2\sigma /{\sqrt {N}}$

Støj med stor amplitude (for eksempel artefakterforbundet med øjenblink eller bevægelse) er ofte flere størrelsesordener højere end baseline-PSS. Derfor skal forsøg, der indeholder sådanne artefakter, fjernes før gennemsnittet. Fjernelse af store fejl kan ske manuelt ved visuel inspektion eller ved at bruge en automatiseret procedure baseret på foruddefinerede faste tærskler (maksimal EEG-amplitude eller hældningsbegrænsning) eller på tidsvarierende tærskler udledt af testsætstatistikker. [7][ selvudgivet kilde? ]

Nomenklatur for PSS-komponenter

PSS-signaler består af en række positive og negative spændingsafvigelser, der er forbundet med et sæt grundlæggende "komponenter". [8] Selvom nogle komponenter i PSS er angivet med forkortelser (for eksempel betinget negativ afvigelse (engelsk, betinget negativ variation - CNV), fejlrelateret negativitet (engelsk, fejlrelateret negativitet - ERN) , begynder de fleste komponentnavne med et bogstav (N/P), der angiver polaritet (negativ/positiv) efterfulgt af et tal, der angiver enten forsinkelsen i millisekunder eller dets serienummer i signalet. For eksempel den negative top, som er den første signifikante peak i bølgeformens bølgeform og forekommer ofte ca. 100 millisekunder efter præsentationen af stimulus, ofte omtalt som N100 , hvilket indikerer, at dens forsinkelse er 100 ms efter stimulus og dens negative) eller N1 (angiver, at det er den første top og er negativ); Det efterfølges ofte af en positiv top, almindeligvis omtalt som P200 eller P2. Påståede forsinkelser for ERP-komponenter er ofte ret forskellige, især for de senere komponenter, der er forbundet med kognitiv behandling af stimulus. For eksempel er toppen af P300-komponenten sted 250 ms - 700 ms

Fordele og ulemper

Relation til måling af adfærd

Sammenlignet med adfærdsmæssige procedurer giver PSS en kontinuerlig måling af processen mellem en stimulus og en reaktion på den, så du kan bestemme, hvilke stadier der er påvirket af specifikke eksperimentelle handlinger. En anden fordel i forhold til adfærdsmålinger er, at de kan give en måling af stimulusbehandling, selv når der ikke er nogen adfærdsmæssige reaktioner. Men på grund af den meget lille værdi af PSS, kræves der normalt et stort antal tests for at måle det nøjagtigt nok. [9]

Sammenligninger med andre neurofysiologiske målinger

Invasivitet

I modsætning til mikroelektroder, som kræver, at en elektrode indsættes i hjernen, og PET , som udsætter mennesker for stråling, bruger PSS EEG, som er en ikke-invasiv procedure.

Rumlig og tidsmæssig opløsning

PSS giver fremragende tidsmæssig opløsning - optagehastigheden af PSS er kun begrænset af den samplinghastighed, som optageudstyret realistisk kan understøtte, mens hæmodynamiske målinger (såsom fMRI , PET og Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) i sagens natur er begrænset af langsom reaktionshastighed af blodets iltniveau (BOLD) Den rumlige opløsning af PSS er imidlertid meget svagere end for hæmodynamiske metoder - faktisk er bestemmelse af placeringen af PSS-kilder et omvendt problem , der ikke kan løses nøjagtigt, men kun estimeres PSS'er er således velegnede til at undersøge spørgsmål om hastigheden af neuronal aktivitet og værre til at undersøge spørgsmål om placeringen af sådan aktivitet. [1]

Pris

PSS-undersøgelse er meget billigere end andre billeddannelsesmodaliteter såsom fMRI , PET og MEG , da køb og vedligeholdelse af et EEG-system er billigere end andre systemer.

Brug af PSS i klinisk forskning

Læger og neurologer bruger nogle gange et blinkende skakbræt som en visuel stimulus til at opdage skader eller skader på det visuelle system. Hos et sundt individ fremkalder denne stimulus en stærk respons i den primære visuelle cortex , placeret i hjernens occipitallap .

Overtrædelser af PSS-komponenten i kliniske undersøgelser manifesteres i neurologiske tilstande, såsom:

PSS i forskning

PSS'er er meget udbredt inden for neurovidenskab , kognitiv psykologi , kognitiv videnskab og psykofysiologisk forskning. Eksperimentelle psykologer og neurovidenskabsmænd har fundet mange forskellige stimuli, der fremkalder deltagernes pålidelige PSS. Det menes, at responstiden på disse stimuli er et mål for den tid, det tager for information at blive transmitteret eller behandlet i hjernen. For eksempel, i det ovenfor beskrevne skakbrætparadigme, er den første reaktion fra den visuelle cortex hos raske deltagere omkring 50-70 ms. Dette synes at indikere, at det er den tid, det tager for en stimulus at nå efter at lys først trænger ind i øjnene . Alternativt opstår P300-responsen efter ca. 300 ms i det usædvanlige stimulus paradigme , for eksempel, uanset hvilken type stimulus der præsenteres: visuel , taktil , auditiv , olfaktorisk , gustatorisk osv. På grund af denne generelle typeinvarians Stimulusen komponent P300 forstås at afspejle en højere kognitiv funktion, en respons på uventede og/eller kognitivt signifikante stimuli. P300-svaret er også blevet undersøgt i forbindelse med informations- og hukommelsesopdagelse. [atten]

Ved at matche P300 til nye stimuli kan der skabes en hjerne-computer-grænseflade , der er afhængig af den. Ved at arrangere flere stikord i et gitter, blinke gitterlinjerne tilfældigt som i det foregående paradigme og observere P300-svarene fra forsøgspersonen, der kigger på gitteret, kan individet "rapportere", hvilken stimulus de kigger på og dermed langsomt "skrive" ord. [19]

Andre PSS'er, der ofte bruges i , neurolingvistisk som bruger ELANN400 / SPS

Noter

↑ 1 2 Luck, Steven J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique . - The MIT Press , 2005. - ISBN 978-0-262-12277-1 .
↑ Brown, Colin M; Peter Hagoort. Sprogets kognitive neurovidenskab // The Neurocognition of Language (engelsk) / Colin M. Brown og Peter Hagoort. - New York: Oxford University Press , 1999. - S. 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. - Juli ( bd. 203 , nr. 4943 ). - S. 380-384 . - doi : 10.1038/203380a0 . — . — PMID 14197376 .
↑ Sutton, S.; Braren, M.; Zubin, J.; John, ER Fremkaldte-potentielle korrelater af stimulususikkerhed (engelsk) // Videnskab: tidsskrift. - 1965. - 26. november ( bd. 150 , nr. 3700 ). - S. 1187-1188 . - doi : 10.1126/science.150.3700.1187 . - . — PMID 5852977 .
↑ Handy, T.C. (2005). Hændelsesrelaterede potentialer: En metodehåndbog. Cambridge, Massachusetts: Bradford/ MIT Press
↑ Coles, MGH; Rugg, MD Event-related brain potentials: An introduction // Elektrofysiologi af sindet: Event-related brain potentials and cognition (engelsk) / Rugg, MD; Coles, MGH. - New York: Oxford University Press , 1995. - S. 1-26 . — (Oxford psykologiserie, nr. 25).
↑ ERP_REJECT, afvisning af afvigende forsøg fra ERP-studier . matlab filudveksling. Hentet: 30. december 2011. (ubestemt)
↑ Oxford Handbook of Event-Related Potential Components / Luck, SJ; Kappenman, ES. - Oxford University Press , 2012. - S. 664. - ISBN 9780195374148 .
↑ Held og lykke, Steven. Sammenligning med adfærdsmæssige foranstaltninger // En introduktion til den begivenhedsrelaterede potentielle teknik . - MIT Press , 2005. - S. 21-23 .
↑ Johnstone, Stuart J.; Barry, Robert J.; Clarke, Adam R. Ti år efter: En opfølgende gennemgang af ERP-forskning i opmærksomhedsunderskud/hyperaktivitetsforstyrrelse (engelsk) // Clinical Neurophysiology : journal. - 2013. - April ( bd. 124 , nr. 4 ). - S. 644-657 . doi : 10.1016 / j.clinph.2012.09.006 . — PMID 23063669 .
↑ Barry, Robert J; Johnstone, Stuart J; Clarke, Adam R. En gennemgang af elektrofysiologi ved opmærksomhedsunderskud/hyperaktivitetsforstyrrelse: II. Event-related potentials (engelsk) // Clinical Neurophysiology : journal. - 2003. - Februar ( bind 114 , nr. 2 ). - S. 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. Fremkaldte potentialer hos personer med risiko for Alzheimers sygdom // Psykiatriforskning : journal. - 1995. - Juni ( bind 57 , nr. 1 ). - S. 57-63 . - doi : 10.1016/0165-1781(95)02597-P . — PMID 7568559 .
↑ S, Prabhakar; Syal, P; Srivastava, T. P300 i nyligt ikke-dementerende Parkinsons sygdom: virkning af dopaminerge lægemidler // Neurology India : journal. - 2000. - 1. juli ( bind 48 , nr. 3 ). - S. 239-242 . — PMID 11025627 .
↑ Boose, Martha A.; Cranford, Jerry L. Auditory Event-Related Potentials in Multiple Sclerosis // Otology & Neurotology : journal. - 1996. - Bd. 17 , nr. 1 . - S. 165-170 . — PMID 8694124 .
↑ Duncan, Connie C.; Kosmidis, Mary H.; Mirsky, Allan F. Hændelsesrelateret potentiel vurdering af informationsbehandling efter lukket hovedskade (engelsk) // Psychophysiology : journal. - 2008. - 28. juni ( bind 40 , nr. 1 ). - S. 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; Major, Alma; Connolly, John F. Elektrofysiologisk vurdering af sprogfunktion efter slagtilfælde // Clinical Neurophysiology : journal. - 2003. - April ( bd. 114 , nr. 4 ). - s. 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. Error-Related Negativity and Tic History in Pediatric Obsessive-Compulsive Disorder // Journal of the American Academy of Child & Adolescent Psychiatry : journal. - 2012. - September ( bind 51 , nr. 9 ). - S. 902-910 . - doi : 10.1016/j.jaac.2012.06.019 . — PMID 22917203 .
↑ McCormick, Brian. Dine tanker kan bedrage dig: De forfatningsmæssige konsekvenser af hjernefingeraftryksteknologi og hvordan den kan bruges til at sikre vores himmel // Law & Psychology Review: tidsskrift. - 2006. - Bd. 30 . - S. 171-184 .
↑ Farwell, L.A.; Donchin, E. Taling off the top of your head: mod en mental protese, der udnytter begivenhedsrelaterede hjernepotentialer // Elektroencefalografi og klinisk neurofysiologi : journal. - 1988. - December ( bind 70 , nr. 6 ). - S. 510-523 . - doi : 10.1016/0013-4694(88)90149-6 . — PMID 2461285 .

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online)