Olaya ilişkin potansiyel

N100 (N1 etiketli) ve P300 (P3 etiketli) dahil olmak üzere birçok ERP bileşenini gösteren bir dalga formu. ERP'nin, ERP araştırmasında yaygın ancak evrensel olmayan bir uygulama olan yukarı doğru negatif gerilimlerle çizildiğine dikkat edin.

Olayla ilişkili bir potansiyel (Event-related potentials veya ERP), belirli bir duyusal, bilişsel veya motor olayın doğrudan sonucu olan ölçülen beyin tepkisidir. Daha resmi olarak, bir uyarana herhangi bir klişeleştirilmiş elektrofizyolojik yanıttır. Beynin bu şekilde incelenmesi, beyin işlevlerini değerlendirmek için invaziv olmayan bir yol sağlar.

ERP'ler elektroensefalografi (EEG) ile ölçülür. ERP'nin manyetoensefalografi (MEG) eşdeğeri ERF (olayla ilgili alan)'dir. Uyarndırılmış potansiyeller ve uyarılmış potansiyeller ERP'lerin alt tipleridir.

Tarihçe

1924 yılında elektroensefalogramın (EEG) keşfiyle Hans Berger, kafa derisine elektrot yerleştirerek ve sinyali yükselterek insan beyninin elektriksel aktivitesini ölçebileceğini ortaya koydu. Voltajdaki değişiklikler daha sonra belirli bir süre boyunca çizilebilir. Gerilimlerin, duyuları uyaran dış olaylardan etkilenebileceğini gözlemledi. EEG, önümüzdeki on yıllar boyunca beyin aktivitesini kaydetmede yararlı bir kaynak olduğunu kanıtladı. Bununla birlikte, bilişsel sinirbilimin odağı olan oldukça spesifik sinirsel süreci değerlendirmek çok zordur çünkü saf EEG verilerinin kullanılması bireysel nörobilişsel süreçlerin izole edilmesini zorlaştırmıştır. Olaya ilişkin potansiyeller (ERP'ler), basit ortalama teknikleri kullanarak daha spesifik duyusal, bilişsel ve motor olayları elde etmek için daha sofistike bir yöntem sundu. 1935-1936'da Pauline ve Hallowell Davis uyanık insanlar hakkında bilinen ilk ERP'leri kaydettiler ve bulguları birkaç yıl sonra 1939'da yayınlandı. II . Dünya Savaşı nedeniyle 1940'larda çok fazla araştırma yapılmadı, ancak duyusal konulara odaklanan araştırmalar 1950'lerde tekrar ortaya çıktı. 1964'te Gray Walter ve meslektaşları tarafından yapılan araştırma, koşullu negatif varyasyon (CNV) adı verilen ilk bilişsel ERP bileşenini bildirdiklerinde 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 piyasaya sürülmesiyle, bilişsel sinirbilim araştırmalarına yeni bir kapı açtı. Halen ERP, bilgi işlemeyle ilişkili duyusal, algısal ve bilişsel aktivitenin fizyolojik korelasyonlarını incelemek için bilişsel sinirbilim araştırmalarında en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir.

Hesaplama

ERP'ler, kafa derisine yerleştirilen elektrotlar kullanılarak beynin zaman içindeki elektriksel aktivitesini 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 genellikle tek bir denemenin EEG kaydında görünmediği anlamına gelir. Beynin bir uyarana tepkisini görmek için, deneyci ERP adı verilen rastgele beyin aktivitesinin ortalanmasına ve ilgili dalga formunun kalmasına neden olarak birçok denemeyi yürütmeli ve sonuçları ortalama hale getirmelidir.

Rastgele (arka plan) beyin aktivitesi diğer biyo-sinyallerle (örn., EOG, EMG, EKG) ve elektromanyetik parazitle (örn. Hat gürültüsü, floresan lambalar) kaydedilen ERP'ye gürültü (noise) katkısını oluşturur. Bu gürültü, incelenen ERP'lerin dizisi olan ilgi sinyalini gizler. Mühendislik açısından, kaydedilen ERP'lerin sinyal / gürültü oranını (SNR) tanımlamak mümkündür. Ortalama alma, kaydedilen ERP'lerin SNR'lerini arttırarak fark edilir hale getirir ve yorumlanmasına izin verir. Bazı basitleştirici varsayımların yapılması şartıyla, bunun basit bir matematiksel açıklaması vardır. Bu varsayımlar:

1. İlgilenilen sinyal, değişmeyen gecikme ve şekle sahip bir dizi olay kilitli ERP'den yapılır.
2. gürültü denemeler arasında korelasyonu bulunmayan ve etkinliğe zamana bağlı olmayan ${\displaystyle \sigma ^{2}}$varyans sıfır ortalama Gauss rastgele süreci ile yaklaşık olarak tahmin edilebilir (bu varsayım, örneğin bir deneydeki hedefleri zihinsel olarak sayarken küçük dil hareketleri yapan bir öznede kolayca ihlal edilebilir).

${\displaystyle k}$, deneme numarası ve ${\displaystyle t}$, ${\displaystyle k}$ 'inci olaydan sonra geçen zaman olmak üzere, kaydedilmiş her deneme şu şekilde yazılabilir: ${\displaystyle x(t,k)=s(t)+n(t,k)}$. Denklemde ${\displaystyle s(t)}$ sinyal ve ${\displaystyle n(t,k)}$ gürültüdir. (Yukarıdaki varsayımlar altında, gürültü spesifik denemeye bağlıyken sinyal değildir).

${\displaystyle N}$ denemenin ortalaması:

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

${\displaystyle {\bar {x}}(t)}$'nin beklenen değeri (umulduğu gibi) sinyalin kendisidir, ${\displaystyle \operatorname {E} [{\bar {x}}(t)]=s(t)}$ .

Varyansı ise:

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

Bu nedenle ortalamanın gürültü genliği ${\displaystyle N}$ denemelerin ortalamadan (yani ${\displaystyle s(t)}$ ) daha az veya eşit ${\displaystyle \sigma /{\sqrt {N}}}$ % 68 oranında. Özellikle, gürültü genliklerinin% 68'inin yattığı sapma ${\displaystyle 1/{\sqrt {N}}}$ tek bir denemenin katı. Daha büyük bir sapma ${\displaystyle 2\sigma /{\sqrt {N}}}$ zaten tüm gürültü genliklerinin% 95'ini kapsaması beklenebilir.

Geniş genlik gürültüsü (göz yanıp sönmeleri veya hareket artefaktları gibi ) genellikle altta yatan ERP'lerden birkaç büyüklükte daha büyüktür. Bu nedenle, bu tür eserler içeren denemeler ortalamadan önce çıkarılmalıdır. Artefakt reddetme, manuel olarak görsel inceleme ile veya önceden tanımlanmış sabit eşiklere (maksimum EEG genliğini veya eğimini sınırlayan) dayalı otomatik bir prosedür kullanılarak veya deneme grubunun istatistiklerinden türetilen zamanla değişen eşiklerle yapılabilir.  

ERP bileşenlerinin adlandırılması

ERP dalga formları, bir dizi temel bileşenle ilişkili bir dizi pozitif ve negatif voltaj sapmasından oluşur . Bazı ERP bileşenlerine kısaltmalarla atıfta bulunulmasına rağmen (örneğin, koşullu negatif varyasyon)   - CNV, hataya bağlı olumsuzluk   - ERN), çoğu bileşene polariteyi (negatif / pozitif) gösteren bir harf (N / P), ardından milisaniye cinsinden gecikmeyi veya bileşenin dalga formundaki sıra konumunu gösteren bir sayı gelir. Örneğin, dalga formundaki ilk önemli zirve olan ve genellikle bir uyaran sunulduktan yaklaşık 100 milisaniye sonra oluşan bir negatif giden tepe noktası genellikle N100 olarak adlandırılır (uyaranın ardından gecikmesinin 100 ms olduğunu ve negatif olduğunu gösterir) veya N1 (birinci zirve ve negatif olduğunu gösterir); bunu genellikle P200 veya P2 olarak adlandırılan pozitif bir tepe izler. ERP bileşenleri için belirtilen gecikmeler genellikle oldukça değişkendir, özellikle de uyaranın bilişsel işlenmesi ile ilgili sonraki bileşenler için. Örneğin, P300 bileşeni 250 ms arasında herhangi bir yerde bir pik sergileyebilir   - 700 ms.

Avantajlar ve dezavantajlar

Davranışsal ölçümlere göre

Davranışsal prosedürlerle karşılaştırıldığında, ERP'ler bir uyarıcı ve bir yanıt arasında sürekli bir işlem ölçüsü sağlar, bu da hangi aşamaların belirli bir deneysel manipülasyondan etkilendiğini belirlemeyi mümkün kılar. Davranışsal önlemlere göre bir diğer avantaj, davranışsal bir değişiklik olmasa bile uyaranların işlenmesine yönelik bir ölçü sağlayabilmeleridir. Bununla birlikte, bir ERP'nin önemli ölçüde küçük boyutu nedeniyle, doğru bir şekilde doğru bir şekilde ölçülmesi için genellikle çok sayıda deneme yapılır.

Diğer nörofizyolojik ölçümlere göre

İnvazivlik

Beyne bir elektrot yerleştirilmesini gerektiren mikroelektrotlardan ve insanları radyasyona maruz bırakan PET taramalarından farklı olarak, ERP'ler invaziv 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 tepki. Bununla birlikte, bir ERP'nin uzamsal çözünürlüğü hemodinamik yöntemlerden çok daha zayıftır - aslında, ERP kaynaklarının yeri tam olarak çözülemeyen, sadece tahmin edilen ters bir sorundur . Bu nedenle, ERP'ler nöral aktivitenin hızı ile ilgili soruları araştırmak için çok uygundur ve bu aktivitenin yeri hakkında araştırma soruları için daha az uygundur.

Maliyet

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

Klinik ERP

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, oksipital lobda, beynin arkasında bulunan birincil görsel kortekste güçlü bir tepki uyandıracaktır.

Klinik araştırmalardaki ERP bileşeni anormallikleri aşağıdakiler gibi nörolojik koşullarda gösterilmiştir:

• Dikkat eksikliği ve hiperaktivite bozukluğu
• Bunama
• Parkinson hastalığı
• Multipl skleroz
• Kafa yaralanmaları
• İnme
• Obsesif kompulsif bozukluk

Araştırma aracı olarak ERP

ERP'ler sinirbilim, bilişsel psikoloji, bilişsel bilim ve psiko-fizyolojik araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Deneysel psikologlar ve sinirbilimciler, katılımcılardan güvenilir ERP'ler sağlayan birçok farklı uyaran keşfettiler. Bu yanıtların zamanlamasının, beynin iletişim zamanlaması veya bilgi işlem zamanlaması ölçüsü sağladığı düşünülmektedir. Örneğin, yukarıda açıklanan dama tahtası paradigmasında, sağlıklı katılımcıların görsel kortekse ilk tepkisi yaklaşık 50-70 ms'dir. Bu, transdüksiyonlu görsel uyaranın, ışığın göze ilk girmesinden sonra kortekse ulaşması için geçen sürenin olduğunu gösterir. Alternatif olarak, P300 yanıtı, örneğin sunulan uyaran türüne bakılmaksızın, oddball paradigmasında yaklaşık 300 ms'de gerçekleşir: görsel, dokunsal, işitsel, koku alma, tat alma, vb. Uyarıcı tipine ilişkin bu genel değişmezlik nedeniyle, P300 bileşeninin beklenmedik ve / veya bilişsel olarak göze çarpan uyaranlara daha yüksek bir bilişsel yanıtı yansıttığı anlaşılmaktadır. P300 yanıtı ayrıca bilgi ve bellek algılama bağlamında da incelenmiştir.

P300'ün yeni uyaranlara verdiği yanıtın tutarlılığı nedeniyle, buna dayanan bir beyin-bilgisayar arayüzü oluşturulabilir. Bir ızgaradaki birçok sinyali düzenleyerek, önceki paradigmada olduğu gibi ızgara sıralarını rastgele yanıp sönerek ve ızgaraya bakan bir konunun P300 yanıtlarını gözlemleyerek, konu hangi uyarana ve dolayısıyla yavaşça "baktığını bildirebilir " kelimeler.

Araştırmalarda, özellikle de nörodilbilimsel araştırmalarda sıklıkla kullanılan diğer ERP'ler ELAN, N400 ve P600 / SPS'dir

• Bereitschaftspotential
• C1 and P1
• Contingent negative variation
• Difference due to memory
• Early left anterior negativity
• Erich Schröger
• Error-related negativity
• Evoked potential
• Induced activity
• Lateralized readiness potential
• Mismatch negativity
• Negativity: N100 • Visual N1 • N170 • N200 • N2pc • N400
• Positivity: P200 • P300 • P3a • P3b • Late positive component • P600
• Somatosensory evoked potential

Konuyla ilgili yayınlar

• Steven J. Luck: Olaya İlişkin Potansiyel Tekniğe Giriş, İkinci baskı . Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 2014. 9780262525855 ISBN   9780262525855 .
• Todd C. Handy: Olayla İlgili Potansiyeller  : Bir Yöntem El Kitabı . Cambridge, Massachusetts: MIT Press (B&T), 2004. 0-262-08333-7 ISBN   0-262-08333-7
• Luck, SJ ve Kappenman, ES, ed. (2012). Olayla İlgili Potansiyel Bileşenlerinin Oxford El Kitabı7 Eylül 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. . Oxford Üniversitesi Yayınları. s.   664. 9780195374148 ISBN   9780195374148 .
• Polich (1 Aralık 2005). "Alzheimers Disease and P300: Review and Evaluation of Task and Modality". Current Alzheimer Research. 2 (5). ss. 515-25. 
• Zani A. ve Proverbio AM (2003) Zihin ve Beynin Bilişsel Elektrofizyolojisi . Academic Press / Elsvier.
• Kropotov J. (2009) "Nicel EEG, Olayla İlgili Potansiyeller ve Nöroterapi" Academic Press / Elsvier.

Dış bağlantılar

• [1]24 Şubat 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. - ERP Yaz Okulu 2017, 25-30 Haziran 2017 tarihleri arasında Bangor Üniversitesi Psikoloji Okulu'nda yapıldı
• EEGLAB Toolbox29 Nisan 2017 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. - EEG verilerinin işlenmesi ve analizi için serbestçe kullanılabilir, açık kaynaklı bir Matlab araç kutusu
• ERPLAB Toolbox5 Mayıs 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. - ERP verilerinin işlenmesi ve analizi için serbestçe kullanılabilir, açık kaynaklı bir Matlab araç kutusu
• ERP Eğitim Kampı - Steve Luck ve Emily Kappenman liderliğindeki ERP araştırmacıları için bir dizi eğitim atölyesi
• Sanal ERP Eğitim Kampı8 Mayıs 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. - ERP metodolojisi hakkında bilgi, duyuru ve ipuçları içeren bir blog