Eventrelaterad potential

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 23 februari 2020; kontroller kräver 29 redigeringar .

Event -relaterad potential ( ERP ) är en uppmätt hjärnrespons som är ett direkt resultat av en viss känsla , kognitiv eller motorisk händelse. [1] Mer formellt är detta vilket typiskt elektrofysiologiskt svar som helst på en stimulans. Således ger hjärnstudier ett icke-invasivt sätt att bedöma hjärnans funktion.

PSS mäts med hjälp av elektroencefalografi (EEG). Den magnetoencefalografiska (MEG) motsvarigheten till MSS är MSS, eller händelserelaterade fält (ERF). [2] Framkallad potential och inducerad potential är varianter av PSS.

Historik

I och med upptäckten av elektroencefalografi (EEG) 1924 upptäckte Hans Berger att det var möjligt att mäta den elektriska aktiviteten i den mänskliga hjärnan genom att placera elektroder på hårbotten och förstärka signalen. Spänningsförändringar över en tidsperiod kan plottas. Han märkte att spänningar kunde påverkas av yttre händelser som stimulerade sinnena.

EEG visade sig vara ett användbart sätt att registrera hjärnaktivitet under efterföljande decennier. Men som regel var det mycket svårt att utvärdera en mycket specifik neural process som är av intresse för kognitiv neurovetenskap , eftersom det är svårt att isolera signalerna från individuella neurokognitiva processer i de initiala EEG-data. För händelserelaterade potentialer (EPP) har en mer sofistikerad metod föreslagits för att extrahera svar på specifika sensoriska, kognitiva och motoriska händelser baserat på konventionella medelvärdesmetoder.

Åren 1935-1936. Paulina och Hallowell Davisspelade in den första kända PSS av vakna människor, vars resultat publicerades några år senare, 1939.

Forskning om sensoriska problem utfördes inte under andra världskriget och återupptogs på 1950-talet. År 1964 började forskning av Gray Walter och kollegor den moderna eran av upptäckten av komponenterna i PSS när de rapporterade den första kognitiva komponenten i PSS, kallad kontingent CNV [3] Sutton, Braren och Zubin (1965) gjorde ytterligare ett framsteg genom att upptäcka P3-komponenten. [4] Under de kommande femton åren blev forskning om komponenterna i PSS allt mer populär.

1980-talet, med tillkomsten av billiga datorer, öppnade nya möjligheter för forskning inom kognitiv neurovetenskap. För närvarande är PSS en av de mest använda metoderna inom kognitiv neurovetenskap , tillämpad för att studera de fysiologiska korrelaten associerade med sensorisk informationsbehandling , perceptuell och kognitiv aktivitet. [5]

Beräkningar

PVR kan mätas tillförlitligt med hjälp av elektroencefalografi (EEG), en procedur som mäter hjärnans elektriska aktivitet med hjälp av elektroder placerade på hårbotten . EEG speglar aktiviteten av tusentals samtidiga hjärnprocesser . Detta innebär att hjärnans svar på en stimulus eller händelse av intresse vanligtvis inte syns i EEG-registreringen av ett test. För att se hjärnans reaktion på en stimulans måste försöksledaren utföra många tester och, genom att beräkna ett genomsnitt av resultaten, ta bort slumpmässig hjärnaktivitet och därigenom isolera den önskade signalen, kallad PSS. [6]

Slumpmässig ( bakgrunds ) hjärnaktivitet, tillsammans med andra biosignaler (t.ex. EOG , EMG , EKG ) och elektromagnetisk interferens (t.ex. linjebrus , fluorescerande ljus) utgör brusbidraget till den registrerade PSS. Detta brus döljer signalen av intresse, vilket är sekvensen av baslinje-PSS som undersöks. Ur en matematisk synvinkel är det möjligt att bestämma signal-brusförhållandet (SNR) för den inspelade PSS. Genomsnittsbildning ökar SNR för den inspelade PSS, vilket gör dem särskiljbara, vilket gör att de kan tolkas. Detta faktum har en enkel matematisk förklaring, förutsatt att följande förenklade antaganden görs.

Signalen av intresse består av en sekvens av MSS:er associerade med händelser som har en konstant fördröjning och en form
Brus kan approximeras med hjälp av en Gaussisk slumpmässig process med noll medelvärde och varians lika med , inte korrelerad med andra tester och inte kopplad till tidpunkten för händelsen (detta antagande kan lätt kränkas, till exempel i fallet när försökspersonen gör små tungans rörelser, mentalt räknande av målen i experimentet). $\sigma ^{2}$

Efter att ha fastställt genom , testnummer och , tiden som förflutit efter den e händelsen, kan var och en av försöken skrivas som slumpmässigt brus). $k$ $t$ $k$ $x(t,k)=s(t)+n(t,k)$ $s(t)$ $n(t,k)$

Genomsnittet av testerna är $N$

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

Det förväntade värdet är (som det borde vara) själva signalen, . ${\bar {x}}(t)$ $\operatorname {E} [{\bar {x}}(t)]=s(t)$

Dess varians

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

På grundval av detta förväntas brusamplituden för testmedelvärdet att avvika från medelvärdet (vilket är ) med en mängd mindre än eller lika med 68 % av tiden. I synnerhet överstiger avvikelsen, i vilken 68 % av brusamplituderna finns, avvikelsen från ett test. Redan nu kan man förvänta sig att en större avvikelse täcker 95 % av alla brusamplituder. $N$ $s(t)$ $\sigma /{\sqrt {N))$ $1/{\sqrt {N))$ $2\sigma /{\sqrt {N}}$

Brus med stor amplitud (till exempel artefakterassocierade med ögonblinkande eller rörelse) är ofta flera storleksordningar högre än baslinjens PSS. Därför måste försök som innehåller sådana artefakter tas bort innan medelvärdet beräknas. Borttagning av stora fel kan göras manuellt genom visuell inspektion eller med hjälp av en automatiserad procedur baserad på fördefinierade fasta trösklar (maximal EEG-amplitud eller lutningsbegränsning) eller på tidsvarierande trösklar härledda från testuppsättningsstatistik. [7][ självpublicerad källa? ]

Nomenklatur för PSS-komponenter

PSS-signaler består av en serie positiva och negativa spänningsavvikelser som är associerade med en uppsättning grundläggande "komponenter". [8] Även om vissa komponenter i PSS indikeras med förkortningar (till exempel villkorlig negativ avvikelse (engelska, kontingent negativ variation - CNV), felrelaterad negativitet (engelska, felrelaterad negativitet - ERN) , börjar de flesta komponentnamn med en bokstav (N/P) som anger polaritet (negativ/positiv) följt av en siffra som anger antingen fördröjningen i millisekunder eller dess serienummer i signalen. Till exempel den negativa toppen, som är den första signifikanta topp i vågformens vågform och inträffar ofta ungefär 100 millisekunder efter presentationen av stimulansen, ofta kallad N100 vilket indikerar att dess fördröjning är 100 ms efter stimulansen och dess negativa) eller N1 (indikerar att det är den första topp och är negativ); Den följs ofta av en positiv topp, vanligen kallad P200 eller P2. Påstådda förseningar för ERP-komponenter är ofta helt annorlunda, särskilt för de senare komponenterna som är associerade med kognitiv bearbetning av stimulansen. Till exempel är toppen för P300-komponenten mellan ms - 700 ms

Fördelar och nackdelar

Relation till mätbeteende

Jämfört med beteendeprocedurer ger PSS en kontinuerlig mätning av processen mellan en stimulans och ett svar på det, vilket gör att du kan avgöra vilka stadier som påverkas av specifika experimentella åtgärder. En annan fördel jämfört med beteendemätningar är att de kan ge ett mått på stimulusbearbetning även när det inte finns några beteendesvar. Men på grund av det mycket lilla värdet av PSS krävs vanligtvis ett stort antal tester för att mäta det tillräckligt exakt. [9]

Jämförelser med andra neurofysiologiska mätningar

Invasivitet

Till skillnad från mikroelektroder, som kräver att en elektrod sätts in i hjärnan, och PET , som utsätter människor för strålning, använder PSS EEG, som är en icke-invasiv procedur.

Rumslig och tidsmässig upplösning

PSS ger utmärkt tidsupplösning - inspelningshastigheten för PSS begränsas endast av samplingshastigheten som inspelningsutrustningen realistiskt kan stödja, medan hemodynamiska mätningar (som fMRI , PET och Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) i sig begränsas av långsam reaktionshastighet för blodsyrenivån (FET) Den rumsliga upplösningen för PSS är dock mycket svagare än den för hemodynamiska metoder - i själva verket är bestämning av platsen för PSS-källor ett omvänt problem som inte kan lösas exakt, utan bara uppskattas Sålunda är PSS väl lämpade för att undersöka frågor om hastigheten på neuronaktivitet och värre för att undersöka frågor om platsen för sådan aktivitet. [1]

Kostnad

PSS-undersökning är mycket billigare än andra bildbehandlingsmetoder som fMRI , PET och MEG , eftersom inköp och underhåll av ett EEG-system är billigare än andra system.

Användning av PSS i klinisk forskning

Läkare och neurologer använder ibland en blinkande schackbräda som en visuell stimulans för att upptäcka skada eller skada på synsystemet. Hos en frisk individ framkallar denna stimulans ett starkt svar i den primära visuella cortexen , belägen i hjärnans occipitallob .

Brott mot PSS-komponenten i kliniska studier manifesteras i neurologiska tillstånd, såsom:

PSS i forskning

PSS används ofta inom neurovetenskap , kognitiv psykologi , kognitiv vetenskap och psykofysiologisk forskning. Experimentella psykologer och neuroforskare har hittat många olika stimuli som inducerar deltagarnas tillförlitliga PSS. Man tror att svarstiden på dessa stimuli är ett mått på den tid det tar för information att överföras eller bearbetas i hjärnan. Till exempel, i schackbrädeparadigmet som beskrivs ovan, är det första svaret från den visuella cortex hos friska deltagare cirka 50-70 ms. Detta tycks indikera att detta är den tid det tar för en stimulans att nå efter att ljus först har kommit in i ögonen . Alternativt inträffar P300-svaret efter cirka 300 ms i det ovanliga stimulusparadigmet till exempel, oavsett vilken typ av stimulans som presenteras: visuell , taktil , auditiv , olfaktorisk , gustatorisk , etc. På grund av denna allmänna typinvarians Stimulansen komponent P300 förstås reflektera en högre kognitiv funktion, ett svar på oväntade och/eller kognitivt signifikanta stimuli. P300-svaret har också studerats i samband med information och minnesupptäckt. [arton]

Genom att matcha P300 med nya stimuli kan ett hjärn-dator-gränssnitt skapas som förlitar sig på det. Genom att ordna flera ledtrådar i ett rutnät, slumpmässigt blinka rutnätslinjerna som i det föregående paradigmet och observera P300-svaren från individen som tittar på rutnätet, kan individen "rapportera" vilken stimulans de tittar på och därmed långsamt "skriva" ord. [19]

Andra PSS:er som ofta används i forskning , neurolingvistisk som använder ELAN N400 P600

Anteckningar

↑ 1 2 Luck, Steven J. En introduktion till den händelserelaterade potentiella tekniken . - The MIT Press , 2005. - ISBN 978-0-262-12277-1 .
↑ Brown, Colin M; Peter Hagoort. Språkets kognitiva neurovetenskap // The Neurocognition of Language (engelska) / Colin M. Brown och 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 ( vol. 203 , nr 4943 ). - s. 380-384 . - doi : 10.1038/203380a0 . — . — PMID 14197376 .
↑ Sutton, S.; Braren, M.; Zubin, J.; John, ER Framkallade-potentialkorrelat av stimulusosäkerhet (engelska) // Science : journal. - 1965. - 26 november ( vol. 150 , nr 3700 ). - P. 1187-1188 . - doi : 10.1126/science.150.3700.1187 . - . — PMID 5852977 .
↑ Handy, T.C. (2005). Event-relaterade möjligheter: En metodhandbok. Cambridge, Massachusetts: Bradford/ MIT Press
↑ Coles, MGH; Rugg, MD Event-related brain potentials: An introduction // Electrophysiology of mind: Event-related brain potentials and cognition (engelska) / Rugg, MD; Coles, MGH. - New York: Oxford University Press , 1995. - S. 1-26 . — (Oxford psychology series, nr 25).
↑ ERP_REJECT, förkastande av extremförsök från ERP-studier . matlab filutbyte. Hämtad: 30 december 2011. (obestämd)
↑ Oxford Handbook of Event-Related Potential Components / Luck, SJ; Kappenman, ES. - Oxford University Press , 2012. - P. 664. - ISBN 9780195374148 .
↑ Lycka till, Steven. Jämförelse med beteendeåtgärder // En introduktion till den händelserelaterade potentiella tekniken . - MIT Press , 2005. - P. 21-23 .
↑ Johnstone, Stuart J.; Barry, Robert J.; Clarke, Adam R. Tio år senare: En uppföljande granskning av ERP-forskning inom uppmärksamhetsbrist/hyperaktivitetsstörning (engelska) // Clinical Neurophysiology : journal. - 2013. - April ( vol. 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 översikt av elektrofysiologi vid uppmärksamhetsbrist/hyperaktivitetsstörning: II. Event-related potentials (engelska) // Clinical Neurophysiology : journal. - 2003. - Februari ( vol. 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. Framkallade potentialer hos personer med risk för Alzheimers sjukdom // Psykiatriforskning : journal. - 1995. - Juni ( vol. 57 , nr 1 ). - S. 57-63 . - doi : 10.1016/0165-1781(95)02597-P . — PMID 7568559 .
↑ S, Prabhakar; Syal, P; Srivastava, T. P300 i nyligen icke-dementerande Parkinsons sjukdom: effekt av dopaminerga läkemedel // Neurology India : journal. - 2000. - 1 juli ( vol. 48 , nr 3 ). - s. 239-242 . — PMID 11025627 .
↑ Boose, Martha A.; Cranford, Jerry L. Auditory Event-Related Potentials in multipel skleros // Otology & Neurotology: journal. - 1996. - Vol. 17 , nr. 1 . - S. 165-170 . — PMID 8694124 .
↑ Duncan, Connie C.; Kosmidis, Mary H.; Mirsky, Allan F. Event-related potential assessment of information processing after closed head injury (engelska) // Psychophysiology : journal. - 2008. - 28 juni ( vol. 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 bedömning av språkfunktion efter stroke // Clinical Neurophysiology : journal. - 2003. - April ( vol. 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. Felrelaterad negativitet och Tic History in Pediatric Obsessive-Compulsive Disorder // Journal of the American Academy of Child & Adolescent Psychiatry : journal. - 2012. - September ( vol. 51 , nr 9 ). - P. 902-910 . - doi : 10.1016/j.jaac.2012.06.019 . — PMID 22917203 .
↑ McCormick, Brian. Dina tankar kan vilseleda dig: De konstitutionella konsekvenserna av hjärnfingeravtrycksteknik och hur den kan användas för att säkra vår himmel // Law & Psychology Review : tidskrift. - 2006. - Vol. 30 . - S. 171-184 .
↑ Farwell, L.A.; Donchin, E. Talar off the top of your head: toward a mental prothesis using event-related brain potentials // Elektroencefalografi och klinisk neurofysiologi : journal. - 1988. - December ( vol. 70 , nr 6 ). - s. 510-523 . - doi : 10.1016/0013-4694(88)90149-6 . — PMID 2461285 .

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)