Olayla ilgili potansiyel - Event-related potential

N100 (N1 etiketli) ve P300 (P3 etiketli ) dahil olmak üzere çeşitli ERP bileşenlerini gösteren bir dalga formu . ERP'nin, ERP araştırmalarında yaygın, ancak evrensel olmayan bir uygulama olan yukarı doğru negatif voltajlarla çizildiğini unutmayın.

Bir olay ilgili potansiyel ( ERP ) ölçülmesi , beyin , belirli bir sonucudur yanıt duyusal , bilişsel ya da motorlu bir olay. Daha resmi olarak, bir uyarana verilen herhangi bir basmakalıp elektrofizyolojik tepkidir. Beynin bu şekilde incelenmesi, beyin işleyişini değerlendirmenin invaziv olmayan bir yolunu sağlar .

ERP'ler elektroensefalografi (EEG) aracılığıyla ölçülür . Manyetoensefalografi ERP (MEG) eşdeğer EAF ya da olay ile ilgili bir alandır. Uyarılmış potansiyeller ve indüklenmiş potansiyeller , ERP'lerin alt türleridir.

Tarih

1924'te elektroensefalogramın (EEG) keşfiyle , Hans Berger , kafa derisine elektrotlar yerleştirerek ve sinyali yükselterek insan beyninin elektriksel aktivitesinin ölçülebileceğini ortaya koydu . Voltajdaki değişiklikler daha sonra belirli bir süre boyunca çizilebilir. Voltajların, duyuları uyaran dış olaylardan etkilenebileceğini gözlemledi. EEG'nin takip eden on yıllar boyunca beyin aktivitesini kaydetmede yararlı bir kaynak olduğu kanıtlandı. Bununla birlikte, saf EEG verilerinin kullanılması bireysel nörobilişsel süreçleri izole etmeyi zorlaştırdığından , bilişsel sinirbilimin odak noktası olan oldukça spesifik nöral süreci değerlendirmek çok zor olma eğilimindeydi . Olayla ilgili potansiyeller (ERP'ler), basit ortalama alma tekniklerini kullanarak daha spesifik duyusal, bilişsel ve motor olayları çıkarmak için daha karmaşık bir yöntem sundu. 1935–1936'da Pauline ve Hallowell Davis , uyanık insanlar üzerinde bilinen ilk ERP'leri kaydettiler ve bulguları birkaç yıl sonra, 1939'da yayınlandı. İkinci Dünya Savaşı nedeniyle 1940'larda çok fazla araştırma yapılmadı, ancak araştırmalar duyusal sorunlara odaklandı. 1950'lerde yeniden gündeme geldi. 1964'te Gray Walter ve meslektaşları tarafından yapılan araştırma , koşullu negatif varyasyon (CNV) olarak adlandırılan ilk bilişsel ERP bileşenini rapor ettiklerinde, ERP bileşeni keşiflerinin modern çağını başlattı . Sutton, Braren ve Zubin (1965), P3 bileşeninin keşfiyle başka bir ilerleme kaydetti. Önümüzdeki on beş yıl içinde, ERP bileşen araştırması giderek daha popüler hale geldi. 1980'ler, ucuz bilgisayarların tanıtılmasıyla, bilişsel sinirbilim araştırmaları için yeni bir kapı açtı. Halihazırda, ERP, bilgi işleme ile ilişkili duyusal , algısal ve bilişsel aktivitenin fizyolojik bağıntılarını incelemek için bilişsel sinirbilim araştırmalarında en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir .

Hesaplama

ERP'ler , kafa derisine yerleştirilen elektrotlar kullanılarak beynin elektriksel aktivitesini zaman içinde ölçen bir prosedür olan elektroensefalografi (EEG) kullanılarak güvenilir bir şekilde ölçülebilir . EEG aynı anda devam eden binlerce beyin sürecini yansıtır . Bu, tek bir uyarana veya ilgilenilen olaya verilen beyin tepkisinin, tek bir denemenin EEG kaydında genellikle görünmediği anlamına gelir. Beynin bir uyarana tepkisini görmek için, deneycinin birçok deneme yapması ve sonuçların ortalamasını birlikte alması gerekir, bu da rastgele beyin aktivitesinin ortalamasının alınmasına ve ERP adı verilen ilgili dalga biçiminin kalmasına neden olur.

Diğer biyo-sinyaller (örn., EOG , EMG , EKG ) ve elektromanyetik girişim (örn., hat gürültüsü , floresan lambalar) ile birlikte rastgele ( arka plan ) beyin aktivitesi , kaydedilen ERP'ye gürültü katkısını oluşturur. Bu gürültü, incelenen temel ERP'lerin sırası olan ilgili sinyali gizler. Mühendislik bakış açısından, kaydedilen ERP'lerin sinyal-gürültü oranını (SNR) tanımlamak mümkündür . Ortalama alma, kaydedilen ERP'lerin SNR'sini artırır ve onları fark edilebilir hale getirir ve yorumlanmasına olanak tanır. Bu, bazı basitleştirici varsayımların yapılması şartıyla basit bir matematiksel açıklamaya sahiptir. Bu varsayımlar şunlardır:

1. İlgilenilen sinyal, değişmez gecikme süresi ve şekli olan bir dizi olay kilitli ERP'den oluşur.
2. Gürültü, denemeler arasında korelasyonsuz ve olaya zamana bağlı olmayan sıfır ortalamalı bir Gauss rastgele varyans süreci ile yaklaşık olarak tahmin edilebilir (bu varsayım, örneğin bir öznenin zihinsel olarak küçük dil hareketleri yapması durumunda, kolayca ihlal edilebilir). bir deneyde hedefleri saymak).${\displaystyle \sigma ^{2}}$

Deneme numarası ve ^inci olaydan sonra geçen süre tanımlandıktan sonra, kaydedilen her deneme , sinyal nerede ve gürültüdür şeklinde yazılabilir (Yukarıdaki varsayımlar altında, sinyalin belirli denemeye bağlı olmadığını unutmayın). gürültü yaparken). ${\görüntüleme stili k}$${\görüntüleme stili t}$${\görüntüleme stili k}$${\görüntüleme stili x(t,k)=s(t)+n(t,k)}$${\görüntüleme stili s(t)}$${\görüntüleme stili n(t,k)}$

Denemelerin ortalaması${\görüntüleme stili N}$

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

Beklenen değer arasında IS (ümit) sinyali kendisi . ${\görüntüleme stili {\bar {x}}(t)}$${\displaystyle \operatöradı {E} [{\bar {x}}(t)]=s(t)}$

Onun varyans ise

${\displaystyle \operatöradı {Var} [{\bar {x}}(t)]=\operatöradı {E} \left[\left({\bar {x}}(t)-\operatöradı {E} [{ \bar {x}}(t)]\sağ)^{2}\sağ]={\frac {1}{N^{2}}}\operatöradı {E} \left[\left(\sum _{ k=1}^{N}n(t,k)\sağ)^{2}\sağ]={\frac {1}{N^{2}}}\sum _{k=1}^{N }\operatöradı {E} \left[n(t,k)^{2}\sağ]={\frac {\sigma ^{2}}{N}}}$.

Bu nedenle, denemelerin ortalamasının gürültü genliğinin , vakaların %68'inde ortalamadan (yani ) daha az veya buna eşit sapma göstermesi beklenmektedir . Özellikle, gürültü genliklerinin %68'inin bulunduğu sapma, tek bir denemeninkinin katıdır. Daha büyük bir sapmanın , tüm gürültü genliklerinin %95'ini kapsaması beklenebilir. ${\görüntüleme stili N}$${\görüntüleme stili s(t)}$${\displaystyle \sigma /{\sqrt {N}}}$${\displaystyle 1/{\sqrt {N}}}$${\displaystyle 2\sigma /{\sqrt {N}}}$

Geniş genlikli gürültü (göz kırpma veya hareket artefaktları gibi ) genellikle temel ERP'lerden birkaç kat daha büyüktür. Bu nedenle, bu tür artefaktları içeren denemeler, ortalama alınmadan önce kaldırılmalıdır. Artefakt reddi, görsel inceleme yoluyla veya önceden tanımlanmış sabit eşiklere (maksimum EEG genliğini veya eğimini sınırlayarak) veya deneme setinin istatistiklerinden elde edilen zamanla değişen eşiklere dayalı otomatik bir prosedür kullanılarak manuel olarak gerçekleştirilebilir.

isimlendirme

ERP dalga biçimleri, bir dizi temel bileşenle ilgili olan bir dizi pozitif ve negatif voltaj sapmalarından oluşur . Bazı ERP bileşenlerine kısaltmalarla atıfta bulunulmasına rağmen (örneğin, koşullu negatif varyasyon  – CNV, hatayla ilgili olumsuzluk  – ERN), çoğu bileşen, polariteyi (negatif/pozitif) belirten bir harf (N/P) ve ardından bir harf (N/P) ile anılır. milisaniye cinsinden gecikmeyi veya bileşenin dalga biçimindeki sıralı konumunu gösteren sayı . Örneğin, dalga biçimindeki ilk önemli tepe noktası olan ve genellikle bir uyarıcı sunulduktan yaklaşık 100 milisaniye sonra meydana gelen negatif giden bir tepe noktasına genellikle N100 denir (gecikme süresinin uyarıcıdan 100 ms sonra olduğunu ve bunun negatif olduğunu gösterir) veya N1 (ilk pik olduğunu ve negatif olduğunu belirtir); genellikle, genellikle P200 veya P2 olarak adlandırılan pozitif bir tepe noktası izler . ERP bileşenleri için belirtilen gecikme süreleri genellikle oldukça değişkendir, özellikle de uyarıcının bilişsel işlenmesiyle ilgili olan sonraki bileşenler için. Örneğin, P300 bileşeni 250 ms – 700 ms arasında herhangi bir yerde bir tepe noktası sergileyebilir.

Avantajlar ve dezavantajlar

Davranışsal önlemlerle ilgili

Davranışsal prosedürlerle karşılaştırıldığında, ERP'ler, belirli bir deneysel manipülasyondan hangi aşamaların etkilendiğini belirlemeyi mümkün kılarak, bir uyaran ve bir yanıt arasındaki sürekli bir işleme ölçümü sağlar. Davranışsal ölçümlere göre bir başka avantajı da, davranış değişikliği olmadığında bile uyaranların işlenmesinin bir ölçüsünü sağlayabilmeleridir. Bununla birlikte, bir ERP'nin önemli ölçüde küçük boyutu nedeniyle, onu doğru bir şekilde ölçmek için genellikle çok sayıda deneme gerekir.

Diğer nörofizyolojik önlemlere göre

istilacılık

Beyne bir elektrot yerleştirilmesini gerektiren mikroelektrotların ve insanları radyasyona maruz bırakan PET taramalarının aksine , ERP'ler invazif olmayan bir prosedür olan EEG'yi kullanır.

Mekansal ve zamansal çözünürlük

ERP mükemmel sağlayan zamansal çözünürlüğü ERP kayıt hızı sadece, oysa kayıt cihazları fizibil destekleyebilir örnekleme hızı tarafından kısıtlandığı gibi- hemodinamik (örneğin önlemler fMRI , PET ve fNIRS ) doğal olarak yavaş bir hızda ile sınırlıdır KALIN cevap. Uzamsal çözünürlük bir ERP Ancak hemodinamik çok daha fakir olan yöntemlerin aslında, ERP kaynaklarının yeri bir olan ters sorun tam olarak sadece tahmin, çözülemez. Bu nedenle, ERP'ler nöral aktivitenin hızı ile ilgili soruları araştırmak için çok uygundur ve bu tür aktivitenin yeri ile ilgili soruları araştırmak için daha az uygundur.

Maliyet

ERP araştırması yapmak fMRI , PET ve MEG gibi diğer görüntüleme tekniklerinden çok daha ucuzdur . Bunun nedeni, bir EEG sisteminin satın alınması ve bakımının diğer sistemlere göre daha ucuz olmasıdır.

Klinik

Doktorlar ve nörologlar bazen görsel sistemdeki herhangi bir hasarı veya travmayı test etmek için yanıp sönen bir görsel dama tahtası uyaranı kullanırlar. Sağlıklı bir insanda, bu uyaran , beynin arkasında , oksipital lobda bulunan birincil görsel korteks üzerinde güçlü bir tepki ortaya çıkaracaktır .

Klinik araştırmalardaki ERP bileşeni anormallikleri, aşağıdakiler gibi nörolojik durumlarda gösterilmiştir:

• AD/HD
• bunama
• Parkinson hastalığı
• Çoklu skleroz
• Kafa yaralanmaları
• Felç
• Obsesif kompulsif bozukluk
• Şizofreni
• Depresyon
• Otizm spektrum bozukluğu

Araştırma

ERP'ler sinirbilim , bilişsel psikoloji , bilişsel bilim ve psiko-fizyolojik araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır . Deneysel psikologlar ve sinirbilimciler , katılımcılardan güvenilir ERP'ler ortaya çıkaran birçok farklı uyaran keşfettiler. Bu yanıtların zamanlamasının, beynin iletişiminin zamanlamasının veya bilgi işleme zamanlamasının bir ölçüsünü sağladığı düşünülmektedir. Örneğin, yukarıda açıklanan dama tahtası paradigmasında, sağlıklı katılımcıların görsel kortekse ilk tepkisi 50-70 ms civarındadır. Bu, ışık göze ilk kez girdikten sonra , iletilen görsel uyaranın kortekse ulaşması için geçen sürenin bu olduğunu gösteriyor gibi görünmektedir . Alternatif olarak, P300 yanıtı , örneğin sunulan uyaranın türü ne olursa olsun, tek top paradigmasında yaklaşık 300 ms'de gerçekleşir : görsel , dokunsal , işitsel , koku alma , tat alma vb. Uyaran türüne göre bu genel değişmezlik nedeniyle, P300 bileşeninin beklenmedik ve/veya bilişsel olarak göze çarpan uyaranlara karşı daha yüksek bir bilişsel tepkiyi yansıttığı anlaşılmaktadır . P300 yanıtı, bilgi ve bellek algılama bağlamında da incelenmiştir. Ayrıca depresyonda P300 anormallikleri üzerine çalışmalar mevcuttur. Depresif hastalarda P200 ve P300 amplitüdü azalmış ve P300 latansı uzamıştır.

P300'ün yeni uyaranlara verdiği yanıtın tutarlılığı nedeniyle , buna dayanan bir beyin-bilgisayar arayüzü oluşturulabilir. Bir ızgarada birçok sinyali düzenleyerek, önceki paradigmada olduğu gibi ızgara satırlarını rastgele yanıp sönerek ve ızgaraya bakan bir öznenin P300 yanıtlarını gözlemleyerek, özne hangi uyarana baktığını iletebilir ve böylece yavaşça "yazıp" yazabilir. " kelimeler.

ERP alanındaki bir başka araştırma alanı da eference kopyasıdır . Bu öngörücü mekanizma, örneğin insan sözelleştirmesinde merkezi bir rol oynar. Etki kopyaları ise sadece konuşulan kelimelerle değil, aynı zamanda olayla ilgili potansiyeller tarafından da kanıtlanmış olan iç dille - yani kelimelerin sessiz üretimiyle - meydana gelir.

Araştırmada, özellikle nörolinguistik araştırmalarda sıklıkla kullanılan diğer ERP'ler arasında ELAN , N400 ve P600/SPS bulunur . ERP verilerinin analizi, makine öğrenimi algoritmaları tarafından da giderek daha fazla desteklenmektedir.

Deneme sayısı

ERP çalışmalarında ortak bir konu, gözlemlenen verilerin istatistiksel analizi desteklemek için yeterli sayıda denemeye sahip olup olmadığıdır. Herhangi bir kişi için herhangi bir ERP'deki arka plan gürültüsü değişebilir. Bu nedenle, sağlam bir bileşen yanıtı için gereken ERP denemelerinin sayısını basitçe karakterize etmek yetersizdir. Bu nedenle, ERP araştırmacıları, koşullar arası veya gruplar arası farklılıkların incelenmesini doğrulamak için standartlaştırılmış ölçüm hatası (SME) gibi metrikleri veya bireysel farklılıkların incelenmesini doğrulamak için iç tutarlılık tahminlerini kullanabilir.

Ayrıca bakınız

• Bereitschaftspotential
• C1 ve P1
• Koşullu negatif varyasyon
• Hafızadan kaynaklanan fark
• Erken sol ön olumsuzluk
• Erich Schröger
• Hata ile ilgili olumsuzluk
• uyarılmış potansiyel
• uyarılmış aktivite
• Yanallaştırılmış hazır olma potansiyeli
• uyumsuzluk olumsuzluğu
• Olumsuzluk: N100 • Görsel N1 • N170 • N200 • N2pc • N400
• Pozitiflik: P200 • P300 • P3a • P3b • Geç pozitif bileşen • P600
• Somatosensoriyel uyarılmış potansiyel

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar

• [1] – ERP Yaz Okulu 2017, 25-30 Haziran 2017 tarihleri ​​arasında Bangor Üniversitesi, The School of Psychology'de gerçekleştirildi.
• EEGLAB Araç Kutusu – EEG verilerini işlemek ve analiz etmek için ücretsiz olarak kullanılabilen, açık kaynaklı bir Matlab araç kutusu
• ERPLAB Toolbox – ERP verilerini işlemek ve analiz etmek için ücretsiz olarak kullanılabilen, açık kaynaklı bir Matlab araç kutusu
• ERP Eğitim Kampı – Steve Luck ve Emily Kappenman tarafından yönetilen ERP araştırmacıları için bir dizi eğitim atölyesi
• Sanal ERP Eğitim Kampı – ERP metodolojisi hakkında bilgi, duyuru ve ipuçları içeren bir blog