Tapahtumaan liittyvä potentiaali

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23. helmikuuta 2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 29 muokkausta .

Tapahtumaan liittyvä potentiaali ( ERP ) on mitattu aivoreaktio , joka on suora seuraus tietystä aistinvaraisuudesta , kognitiivisesta tai motorisesta tapahtumasta. [1] Muodollisesti tämä on mikä tahansa tyypillinen elektrofysiologinen vaste ärsykkeelle. Siten aivotutkimukset tarjoavat ei-invasiivisen tavan arvioida aivojen toimintaa.

PSS mitataan elektroenkefalografialla (EEG). MSS: n magnetoenkefalografinen (MEG) ekvivalentti on MSS tai tapahtumaan liittyvä kenttä (ERF). [2] Indusoitu potentiaali ja indusoitu potentiaali ovat PSS:n lajikkeita.

Historia

Kun elektroenkefalografia (EEG) löydettiin vuonna 1924, Hans Berger havaitsi, että oli mahdollista mitata ihmisen aivojen sähköistä aktiivisuutta asettamalla elektrodeja päänahan päälle ja vahvistamalla signaalia. Jännitteen muutokset tietyn ajanjakson aikana voidaan piirtää. Hän huomasi, että jännitteeseen voivat vaikuttaa ulkoiset tapahtumat, jotka stimuloivat aisteja.

EEG osoittautui hyödylliseksi välineeksi aivojen toiminnan tallentamisessa seuraavina vuosikymmeninä. Kuitenkin oli yleensä hyvin vaikeaa arvioida erittäin spesifistä hermoprosessia, joka kiinnostaa kognitiivista neurotiedettä , koska yksittäisten neurokognitiivisten prosessien signaaleja on vaikea eristää alkuperäisestä EEG-datasta. Tapahtumiin liittyvien potentiaalien (EPP) osalta on ehdotettu kehittyneempää menetelmää vasteiden poimimiseksi tiettyihin sensorisiin, kognitiivisiin ja motorisiin tapahtumiin perustuen tavanomaisiin keskiarvostusmenetelmiin.

Vuosina 1935-1936. Paulina ja Hallowell Davistallensi ensimmäisen tunnetun valveilla olevien ihmisten PSS:n, jonka tulokset julkaistiin muutamaa vuotta myöhemmin, vuonna 1939.

Aistiongelmien tutkimusta ei tehty toisen maailmansodan aikana, vaan sitä jatkettiin 1950-luvulla. Vuonna 1964 Gray Walterin ja hänen kollegoidensa tutkimus aloitti PSS:n komponenttien löytämisen nykyaikaisen aikakauden, kun he raportoivat PSS:n ensimmäisestä kognitiivisesta komponentista, jota kutsutaan kontingentti CNV [3] Sutton, Braren ja Zubin (1965) saavuttivat toisen edistyksen löytämällä P3-komponentin. [4] Seuraavien viidentoista vuoden aikana PSS:n komponenttien tutkimuksesta tuli yhä suositumpi.

1980-luku halpojen tietokoneiden myötä avasi uusia mahdollisuuksia kognitiivisen neurotieteen tutkimukselle. Tällä hetkellä PSS on yksi kognitiivisen neurotieteen laajimmin käytetyistä menetelmistä , jota käytetään tutkimaan fysiologisia korrelaatioita, jotka liittyvät aistinvaraiseen tiedonkäsittelyyn , havaintokykyyn ja kognitiiviseen toimintaan. [5]

Laskelmat

PVR voidaan mitata luotettavasti käyttämällä elektroenkefalografiaa (EEG), menetelmää, joka mittaa aivojen sähköistä aktiivisuutta käyttämällä päänahan elektrodeja . EEG heijastaa tuhansien samanaikaisten aivoprosessien toimintaa . Tämä tarkoittaa, että aivojen vaste yhteen ärsykkeeseen tai kiinnostavaan tapahtumaan ei yleensä näy yhden testin EEG-tallenteessa. Nähdäkseen aivojen reaktion ärsykkeeseen kokeen suorittajan on suoritettava useita testejä ja tulosten keskiarvoa laskemalla poistettava satunnainen aivotoiminta ja siten eristettävä haluttu signaali, nimeltään PSS. [6]

Satunnainen ( tausta ) aivotoiminta yhdessä muiden biosignaalien (esim. EOG , EMG , EKG ) ja sähkömagneettisten häiriöiden (esim. linjakohina , loistelamput) kanssa muodostavat kohinan osuuden tallennettuun PSS:ään. Tämä kohina piilottaa kiinnostavan signaalin, joka on tutkittavana olevien PSS-perusarvojen sarja. Matemaattisesta näkökulmasta on mahdollista määrittää tallennetun PSS: n signaali-kohinasuhde (SNR). Keskiarvon laskeminen lisää tallennetun PSS:n SNR:ää, jolloin ne voidaan erottaa ja ne voidaan tulkita. Tälle tosiasialle on yksinkertainen matemaattinen selitys edellyttäen, että tehdään seuraavat yksinkertaistavat oletukset.

Kiinnostava signaali koostuu sekvenssistä MSS:iä, jotka liittyvät tapahtumiin, joilla on jatkuva viive ja muoto
Kohina voidaan approksimoida Gaussin satunnaisprosessilla, jonka keskiarvo on nolla ja varianssi on yhtä suuri kuin , ei korreloi muiden testien kanssa eikä ole sidottu tapahtuman aikaan (tämä olettamus voidaan rikkoa helposti esimerkiksi siinä tapauksessa, että kohde tekee pienen kielen liikkeet, kokeen kohteiden laskeminen mielessä). $\sigma ^{2}$

Kun , testinumero ja :nnen tapahtuman jälkeen kulunut aika on määritetty läpi , jokainen koe voidaan kirjoittaa satunnaiseksi kohinaksi). $k$ $t$ $k$ ${\näyttötyyli x(t,k)=s(t)+n(t,k)}$ $s(t)$ ${\näyttötyyli n(t,k)}$

Testien keskiarvo on $N$

{\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)

Odotettu arvo on (kuten sen pitäisi olla) itse signaali, . ${\bar {x}}(t)$ $\operaattorin nimi {E} [{\bar {x}}(t)]=s(t)$

Sen varianssi

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

Tällä perusteella testikeskiarvon kohinan amplitudin odotetaan poikkeavan keskiarvosta (joka on ) määrällä, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 68 % ajasta. Erityisesti poikkeama, jossa 68 % kohinan amplitudeista sijaitsee, ylittää poikkeaman yhdestä testistä. Voidaan jo odottaa, että suurempi poikkeama kattaa 95 % kaikista melun amplitudeista. $N$ $s(t)$ $\sigma /{\sqrt {N))$ $1/{\sqrt {N))$ $2\sigma /{\sqrt {N}}$

Melu suurella amplitudilla (esimerkiksi artefaktitliittyvät silmien räpyttelyyn tai liikkeeseen) ovat usein useita suuruusluokkia korkeampia kuin perusviivan PSS. Siksi tällaisia artefakteja sisältävät kokeet on poistettava ennen keskiarvon laskemista. Suuret virheet voidaan poistaa manuaalisesti silmämääräisellä tarkastuksella tai käyttämällä automatisoitua menettelyä, joka perustuu ennalta määritettyihin kiinteisiin kynnysarvoihin (maksimi EEG-amplitudi tai jyrkkyyden rajoitus) tai testisarjatilastoista johdettuihin ajallisesti vaihteleviin kynnysarvoihin. [7][ itse julkaistu lähde? ]

PSS-komponenttien nimikkeistö

PSS-signaalit koostuvat sarjasta positiivisia ja negatiivisia jännitepoikkeamia, jotka liittyvät perus "komponenttien" joukkoon. [8] Vaikka jotkin PSS:n komponentit on merkitty lyhenteillä (esimerkiksi ehdollinen negatiivinen poikkeama (englanniksi, continggent negative variation - CNV), virheeseen liittyvä negatiivisuus (englanniksi, error-related negativity - ERN) , useimpien komponenttien nimet alkavat kirjaimella (N / P), joka ilmaisee napaisuuden (negatiivinen/positiivinen), jota seuraa numero, joka ilmaisee joko millisekunteina olevan viiveen tai sen sarjanumeron signaalissa.Esimerkiksi negatiivinen huippu, joka on ensimmäinen merkittävä huippu aaltomuodon aaltomuodossa ja esiintyy usein noin 100 millisekuntia ärsykkeen esittämisen jälkeen, jota kutsutaan usein nimellä N100 , mikä osoittaa, että sen viive on 100 ms ärsykkeen jälkeen ja sen negatiivinen) tai N1 (osoittaa, että se on ensimmäinen huippu ja on negatiivinen); Sitä seuraa usein positiivinen huippu, jota kutsutaan yleisesti P200 tai P2:ksi. ERP-komponenttien väitetyt viiveet ovat usein melko erilaisia, erityisesti myöhemmissä komponenteissa, jotka liittyvät ärsykkeen kognitiiviseen käsittelyyn. Esimerkiksi P300-komponentin huippu jossain 250 ms - 700 ms

Edut ja haitat

Suhde käyttäytymisen mittaamiseen

Verrattuna käyttäytymismenetelmiin PSS mittaa jatkuvasti ärsykkeen ja siihen kohdistuvan prosessin välistä prosessia, jolloin voit määrittää, mihin vaiheisiin tietyt kokeelliset toimet vaikuttavat. Toinen etu käyttäytymismittauksiin verrattuna on, että niillä voidaan mitata ärsykkeen käsittelyä, vaikka käyttäytymisvasteita ei ole. PSS:n erittäin pienestä arvosta johtuen sen mittaamiseksi riittävän tarkasti tarvitaan kuitenkin yleensä suuri määrä testejä. [9]

Vertailut muihin neurofysiologisiin mittauksiin

Invasiivisuus

Toisin kuin mikroelektrodit, jotka edellyttävät elektrodin työntämistä aivoihin, ja PET , joka altistaa ihmiset säteilylle, PSS käyttää EEG:tä, joka on ei-invasiivinen toimenpide.

Tila- ja aikaresoluutio

PSS tarjoaa erinomaisen ajallisen resoluution – PSS:n tallennusnopeutta rajoittaa vain näytteenottotaajuus, jota tallennuslaite voi realistisesti tukea, kun taas hemodynaamisia mittauksia (kuten fMRI , PET ja toiminnallinen lähi-infrapunaspektroskopia (fNIRS) rajoittavat luonnostaan veren happitason hidas reaktionopeus (BOLD) PSS:n spatiaalinen resoluutio on kuitenkin paljon heikompi kuin hemodynaamisten menetelmien - itse asiassa PSS-lähteiden sijainnin määrittäminen on käänteinen ongelma , jota ei voida tarkasti ratkaista, vaan vain arvioida. Näin ollen PSS:t soveltuvat hyvin hermosolujen toiminnan nopeutta koskevien kysymysten tutkimiseen ja huonommin tällaisen toiminnan sijaintia koskevien kysymysten tutkimiseen [1]

Hinta

PSS-tutkimus on paljon halvempaa kuin muut kuvantamismenetelmät, kuten fMRI , PET ja MEG , koska EEG-järjestelmän hankinta ja ylläpito on halvempaa kuin muut järjestelmät.

PSS:n käyttö kliinisessä tutkimuksessa

Lääkärit ja neurologit käyttävät joskus vilkkuvaa shakkilautaa visuaalisena ärsykkeenä havaitakseen näköjärjestelmän vaurioita tai vammoja. Terveellä yksilöllä tämä ärsyke saa aikaan voimakkaan vasteen ensisijaisessa näkökuoressa , joka sijaitsee aivojen takaraivolohkossa .

PSS-komponentin rikkomukset kliinisissä tutkimuksissa ilmenevät neurologisissa tiloissa, kuten:

PSS tutkimuksessa

PSS:itä käytetään laajasti neurotieteissä , kognitiivisessa psykologiassa , kognitiivisissa tieteissä ja psykofysiologisessa tutkimuksessa. Kokeelliset psykologit ja neurotieteilijät ovat löytäneet monia erilaisia ärsykkeitä, jotka indusoivat osallistujien luotettavan PSS:n. Uskotaan, että vasteaika näihin ärsykkeisiin on mitta, joka kuluu tiedon siirtämiseen tai käsittelyyn aivoissa. Esimerkiksi yllä kuvatussa shakkilaudan paradigmassa terveiden osallistujien visuaalisen aivokuoren ensimmäinen vaste on noin 50-70 ms. Tämä näyttää osoittavan , että tämä on aika , joka kuluu ärsykkeen saavuttamiseksi kun valo tulee ensimmäisen kerran silmiin . Vaihtoehtoisesti P300-vaste ilmenee noin 300 ms: n kuluttua epätavallisessa ärsykeparadigmassa esimerkiksi riippumatta esitetyn ärsykkeen tyypistä: visuaalinen , tunto , kuulo , haju , makuaisti jne. Tämän yleisen tyypin invarianssin vuoksi ärsyke komponentin P300 ymmärretään heijastavan korkeampaa kognitiivista toimintaa, vastetta odottamattomiin ja/tai kognitiivisesti merkittäviin ärsykkeisiin. P300-vastetta on tutkittu myös tiedon ja muistin löytämisen yhteydessä. [kahdeksantoista]

Sovittamalla P300 uusiin ärsykkeisiin voidaan luoda siihen perustuva aivojen ja tietokoneen välinen käyttöliittymä . Järjestämällä useita vihjeitä ruudukkoon, vilkkumalla satunnaisesti ruudukon viivoja kuten edellisessä paradigmassa ja tarkkailemalla ruudukkoa katsovan kohteen P300-vasteita, koehenkilö voi "raportoida", mitä ärsykettä hän katsoo, ja siten hitaasti "kirjoittaa" sanat. [19]

Muut tutkimuksessa , neurolingvistisessä usein käytetyt PSS:t joissa käytetään ELANiaN400 ja SPS :ää

Muistiinpanot

↑ 1 2 Luck, Steven J. Johdatus tapahtumiin liittyvään mahdolliseen tekniikkaan . - The MIT Press , 2005. - ISBN 978-0-262-12277-1 .
↑ Brown, Colin M; Peter Hagoort. Kielen kognitiivinen neurotiede // The Neurocognition of Language (englanti) / Colin M. Brown ja 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. - heinäkuu ( nide 203 , nro 4943 ). - s. 380-384 . - doi : 10.1038/203380a0 . - . — PMID 14197376 .
↑ Sutton, S.; Braren, M.; Zubin, J.; John, ER Evoked-Potential Correlates of Stimulus Uncertainty (englanniksi) // Science : Journal. - 1965. - 26. marraskuuta ( nide 150 , nro 3700 ). - s. 1187-1188 . - doi : 10.1126/tiede.150.3700.1187 . - . — PMID 5852977 .
↑ Handy, T.C. (2005). Tapahtumaan liittyvät mahdollisuudet: Menetelmien käsikirja. Cambridge, Massachusetts: Bradford/ MIT Press
↑ Coles, MGH; Rugg, MD Tapahtumaan liittyvät aivopotentiaalit: Johdanto // Mielen sähköfysiologia: Tapahtumaan liittyvät aivopotentiaalit ja kognitio (englanniksi) / Rugg, MD; Coles, MGH. - New York: Oxford University Press , 1995. - P. 1-26 . — (Oxfordin psykologiasarja, nro 25).
↑ ERP_REJECT, ERP-tutkimusten poikkeavien kokeiden hylkääminen . matlab-tiedostonvaihto. Haettu: 30. joulukuuta 2011. (määrätön)
↑ The Oxford Handbook of Event-Related Potential Components / Luck, SJ; Kappenman, ES. - Oxford University Press , 2012. - S. 664. - ISBN 9780195374148 .
↑ Onnea, Steven. Vertailu käyttäytymistoimenpiteisiin // Johdatus tapahtumiin liittyvään mahdolliseen tekniikkaan . - MIT Press , 2005. - S. 21-23 .
↑ Johnstone, Stuart J.; Barry, Robert J.; Clarke, Adam R. Kymmenen vuoden kuluttua: ERP-tutkimuksen seurantakatsaus tarkkaavaisuus-/hyperaktiivisuushäiriössä (englanniksi) // Clinical Neurophysiology : Journal. - 2013. - huhtikuu ( nide 124 , nro 4 ). - s. 644-657 . doi : 10.1016 / j.clinph.2012.09.006 . — PMID 23063669 .
↑ Barry, Robert J; Johnstone, Stuart J; Clarke, Adam R. Katsaus elektrofysiologiaan tarkkaavaisuus-/hyperaktiivisuushäiriössä: II. Tapahtumaan liittyvät potentiaalit (englanniksi) // Clinical Neurophysiology : Journal. - 2003. - Helmikuu ( nide 114 , nro 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. Herättänyt potentiaalia henkilöissä, joilla on Alzheimerin taudin riski // Psychiatry Research : päiväkirja. - 1995. - Kesäkuu ( nide 57 , nro 1 ). - s. 57-63 . - doi : 10.1016/0165-1781(95)02597-P . — PMID 7568559 .
↑ S, Prabhakar; Syal, P; Srivastava, T. P300 äskettäin ei-dementoituneessa Parkinsonin taudissa: dopaminergisten lääkkeiden vaikutus // Neurology India : päiväkirja. - 2000. - 1. heinäkuuta ( nide 48 , nro 3 ). - s. 239-242 . — PMID 11025627 .
↑ Boose, Martha A.; Cranford, Jerry L. Auditory Event Related Potentials in Multiple Sclerosis // Otology & Neurotology : Journal. - 1996. - Voi. 17 , ei. 1 . - s. 165-170 . — PMID 8694124 .
↑ Duncan, Connie C.; Kosmidis, Mary H.; Mirsky, Allan F. Tapahtumaan liittyvä tietojenkäsittelyn mahdollinen arviointi suljetun päävamman jälkeen (englanniksi) // Psychophysiology : Journal. - 2008. - 28. kesäkuuta ( osa 40 , nro 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; majuri Alma; Connolly, John F. Aivohalvauksen jälkeisen kielen toiminnan sähköfysiologinen arviointi // Clinical Neurophysiology : Journal. - 2003. - huhtikuu ( osa 114 , nro 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. Virheisiin liittyvä negatiivisuus ja tic-historia lasten pakko-oireisessa häiriössä // Journal of the American Academy of Child & Adolescent Psychiatry : päiväkirja. - 2012. - syyskuu ( osa 51 , nro 9 ). - s. 902-910 . - doi : 10.1016/j.jaac.2012.06.019 . — PMID 22917203 .
↑ McCormick, Brian. Ajatuksesi voivat pettää sinua: Aivojen sormenjälkitekniikan perustuslailliset vaikutukset ja kuinka sitä voidaan käyttää taivaamme turvaamiseen // Law & Psychology Review : Journal. - 2006. - Voi. 30 . - s. 171-184 .
↑ Farwell, L.A.; Donchin, E. Pään yläosasta puhuminen: kohti henkistä proteesia, jossa hyödynnetään tapahtumiin liittyviä aivojen potentiaalia // Elektroenkefalografia ja kliininen neurofysiologia : päiväkirja. - 1988. - joulukuu ( osa 70 , nro 6 ). - s. 510-523 . - doi : 10.1016/0013-4694(88)90149-6 . — PMID 2461285 .

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)