P300 (неврология)
Волна P300 ( P3 ) представляет собой компонент событийного потенциала (ERP), возникающий в процессе принятия решений. Его считают эндогенным потенциалом, поскольку его возникновение связано не с физическими свойствами раздражителя, а с реакцией человека на него. Более конкретно, считается, что P300 отражает процессы, связанные с оценкой или категоризацией стимулов.
Обычно это достигается с использованием странной парадигмы , в которой целевые элементы с низкой вероятностью смешиваются с нецелевыми (или «стандартными») элементами с высокой вероятностью. При регистрации электроэнцефалографии (ЭЭГ) это проявляется как положительное отклонение напряжения с латентностью (задержкой между стимулом и реакцией) примерно от 250 до 500 мс. [3] В научной литературе часто проводится дифференциация окна Р3, которое по времени подразделяется на раннее окно Р3 (300-400 мс) и позднее окно Р3 (380-440 мс). [4]
Сигнал обычно наиболее сильно измеряется электродами, закрывающими теменную долю . Наличие, величина, топография и время этого сигнала часто используются в качестве показателей когнитивной функции в процессах принятия решений. Хотя нейронные основы этого компонента ERP все еще остаются неясными, воспроизводимость и повсеместность этого сигнала делают его распространенным выбором для психологических тестов как в клинике, так и в лаборатории.
История
[ редактировать ]О первых наблюдениях P300 (точнее, компонента, который позже будет назван P3b) сообщалось в середине 1960-х годов. В 1964 году исследователи Чепмен и Брэгдон [5] обнаружили, что реакции ERP на визуальные стимулы различались в зависимости от того, имели ли стимулы значение или нет. Они показывали испытуемым два вида визуальных стимулов: числа и вспышки света. Испытуемые рассматривали эти стимулы по одному в определенной последовательности. Для каждых двух чисел испытуемые должны были принять простые решения, например сказать, какое из двух чисел было меньше или больше, какое было первым или вторым в последовательности, или были ли они равны. Изучая вызванные потенциалы на эти стимулы (т. е. ССП), Чепмен и Брэгдон обнаружили, что и числа, и вспышки вызывали ожидаемые сенсорные реакции (например, зрительные компоненты N1), и что амплитуда этих реакций ожидаемым образом менялась в зависимости от интенсивность раздражителей. Они также обнаружили, что реакции ERP на цифры, но не на световые вспышки, содержали большую позитивность, достигающую максимума примерно через 300 мс после появления стимула. Чепмен и Брэгдон предположили, что эта дифференциальная реакция на числа, которая стала известна как реакция P300, возникла в результате того факта, что числа были значимы для участников в зависимости от задачи, которую их попросили выполнить.
В 1965 году Саттон и его коллеги опубликовали результаты двух экспериментов, которые дополнительно исследовали эту позднюю позитивность. Они давали испытуемым либо сигнал, указывающий, будет ли следующий стимул щелчком или вспышкой, либо сигнал, который требовал от испытуемых угадать, будет ли следующий стимул щелчком или вспышкой. Они обнаружили, что, когда испытуемым требовалось угадать, каким будет следующий стимул, амплитуда «позднего положительного комплекса» [6] было больше, чем когда они знали, каким будет стимул. Во втором эксперименте они представили два типа сигналов. Для одного сигнала вероятность того, что следующим стимулом будет щелчок, составляла 2 из 3, а вероятность того, что следующим стимулом будет вспышка, составляла 1 из 3. Второй тип сигнала имел вероятности, обратные первому. Они обнаружили, что амплитуда положительного комплекса была больше в ответ на менее вероятные стимулы или на тот, вероятность появления которого составляла только 1 из 3. Еще один важный вывод этих исследований заключается в том, что этот поздний положительный комплекс наблюдался как для щелчков, так и для вспышек, что указывает на то, что физический тип стимула (слуховой или зрительный) не имел значения.
В более поздних исследованиях, опубликованных в 1967 году, Саттон и его коллеги предлагали испытуемым угадать, услышат ли они один щелчок или два щелчка. [7] Они снова наблюдали положительный результат примерно через 300 мс после того, как произошел второй щелчок – или произошел бы, в случае одиночного щелчка. Испытуемым также предлагалось угадать, насколько продолжительным может быть интервал между щелчками, и в этом случае поздний положительный результат возникал через 300 мс после второго щелчка. Это свидетельствует о двух важных выводах: во-первых, поздняя позитивность возникает, когда разрешается неопределенность относительно типа щелчка, и, во-вторых, даже отсутствие стимула вызывает поздний позитивный комплекс, если указанный стимул имеет отношение к задаче. Эти ранние исследования способствовали использованию методов ERP для изучения когнитивных функций и заложили основу для обширной работы над P300 в последующие десятилетия.
P3a и P3b
[ редактировать ]
P3a, или новинка P3, [8] имеет положительную амплитуду, которая отображает максимальную амплитуду над участками лобных/центральных электродов, и имеет пиковую задержку в диапазоне 250–280 мс. P3a связан с активностью мозга , связанной с привлечением внимания (особенно с ориентацией , непроизвольными изменениями в окружающей среде) и обработкой новизны. [9]
P3b имеет положительную амплитуду (обычно относительно эталона за ухом или среднего значения двух таких эталонов), пик которой составляет около 300 мс, а задержка пика варьируется от 250 до 500 мс или более, в зависимости от задание и индивидуальный ответ испытуемого. [3] Амплитуда обычно наиболее высока на волосистой части головы над теменными областями мозга. [3] P3b был известным инструментом, используемым для изучения когнитивных процессов, особенно психологических исследований обработки информации. Вообще говоря, маловероятные события вызывают P3b, и чем менее вероятно событие, тем больше амплитуда P3b. [10] Было показано, что это верно как для общей вероятности, так и для локальной вероятности. [2] Однако для того, чтобы вызвать P3b, маловероятное событие должно быть каким-то образом связано с поставленной задачей (например, маловероятное событие может представлять собой нечастую целевую букву в потоке писем, на которую субъект может ответить нажатие кнопки). P3b также можно использовать для измерения того, насколько требовательна задача к когнитивной нагрузке . [10]
С момента первого открытия P300 исследования показали, что P300 состоит из двух подкомпонентов. Подкомпонентами являются новинка P3, или P3a , и классический P300, который с тех пор был переименован в P3b . [11]
Приложения
[ редактировать ]С середины 1980-х годов одно из наиболее обсуждаемых применений ERP, таких как P300, связано с обнаружением лжи . В предлагаемом «тесте на виновность» [12] субъекта допрашивают с использованием странной парадигмы, как и в типичной ситуации с детектором лжи. В последнее время эта практика стала более легальной, в то время как использование традиционной полиграфии сократилось, отчасти из-за бессознательных и неконтролируемых аспектов P300. Этот метод основан на воспроизводимом выявлении волны P300, что является центральным элементом идеи многогранного электроэнцефалографического ответа, связанного с памятью и кодированием (MERMER), разработанного доктором Лоуренсом Фарвеллом .
приложения для интерфейса «мозг-компьютер» (BCI). Также были предложены [13] [14] [15] P300 обладает рядом желательных качеств, которые помогают при внедрении таких систем. Во-первых, форма волны постоянно обнаруживается и возникает в ответ на точные стимулы. Форма сигнала P300 также может быть использована практически у всех субъектов с небольшими вариациями в методах измерения, что может помочь упростить конструкцию интерфейса и повысить удобство использования. Скорость, с которой может работать интерфейс, зависит от того, насколько можно обнаружить сигнал, несмотря на «шум». Одной из отрицательных характеристик P300 является то, что амплитуда сигнала требует усреднения нескольких записей для выделения сигнала. Этот и другие этапы обработки после записи определяют общую скорость интерфейса. [14] Алгоритм, предложенный Фарвеллом и Дончином [16] представляет собой пример простого BCI, который опирается на бессознательные процессы принятия решений P300 для управления компьютером. Испытуемому предоставляется сетка символов 6×6, при этом выделяются различные столбцы или строки. Когда столбец или строка содержит символ, который субъект желает сообщить, вызывается реакция P300 (поскольку этот символ является «особым», он является целевым стимулом, описанным в типичной странной парадигме). Комбинация строки и столбца, вызвавшая ответ, определяет местонахождение нужного символа. Число таких испытаний необходимо усреднить, чтобы исключить шум из ЭЭГ. Скорость выделения определяет количество символов, обрабатываемых в минуту. Результаты исследований с использованием этой установки показывают, что нормальные испытуемые могут достичь 95% успеха при скорости 3,4–4,3 символа в минуту. Такие показатели успеха не ограничиваются пользователями, не имеющими инвалидности; исследование, проведенное в 2000 году, показало, что 4 парализованных участника (один с полной параплегией, трое с неполной параплегией) выступили так же успешно, как 10 нормальных участников. [14]
Научные исследования часто опираются на измерения P300 для изучения потенциала, связанного с событиями, особенно в отношении принятия решений. Поскольку когнитивные нарушения часто коррелируют с модификациями P300, форму волны можно использовать в качестве меры эффективности различных методов лечения когнитивных функций. Некоторые предложили использовать его в качестве клинического маркера именно по этим причинам. Существует широкий спектр применений P300 в клинических исследованиях. [17]
Некоторые исследовательские группы использовали фМРТ в сочетании с ЭЭГ, чтобы добиться внутренней речевой диктовки и метода распознавания внутренней речи. [18] [19] [20]
Волна Р300, полученная при зрительной стимуляции, используется для оценки когнитивных процессов у человека, а величина латентности и амплитуды волны Р300 может служить мерой тяжести процессов деменции. [21] Анализ латентности волны P300 представляется особенно полезным при диагностике легких когнитивных нарушений (MCI). [22]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Рик ван Динтерен; Мартин Арнс; Марийтье Л.А. Йонгсма; Рой ПК Кессельс (2014). «Развитие P300 на протяжении всей жизни: систематический обзор и метаанализ» . ПЛОС ОДИН . 9 (2): e87347. дои : 10.1371/journal.pone.0087347 . ПМЦ 3923761 . ПМИД 24551055 .
- ^ Jump up to: а б с Леви-Ахарони, Хадар; Шрики, Орен; Тишби, Нафтали (03.02.2020). «Неожиданный ответ как проверка состояний сжатой памяти» . PLOS Вычислительная биология . 16 (2): e1007065. дои : 10.1371/journal.pcbi.1007065 . ISSN 1553-7358 . ПМК 7018098 . ПМИД 32012146 .
- ^ Jump up to: а б с Полич, Дж. (2007). «Обновление P300: интегративная теория P3a и P3b» . Клиническая нейрофизиология . 118 (10): 2128–2148. дои : 10.1016/j.clinph.2007.04.019 . ПМК 2715154 . ПМИД 17573239 .
- ^ Кейл, А.; Брэдли, ММ; Хаук, О.; Рокстро, Б.; Элберт Т. и Ланг П.Дж. (2002). «Крупномасштабные нейронные корреляты аффективной обработки изображений» . Психофизиология . 39 (5): 641–649. дои : 10.1017/S0048577202394162 . ПМИД 12236331 .
- ^ Чепмен, Р.М. и Брэгдон, HR (1964). «Вызванные реакции на числовые и нечисловые визуальные стимулы при решении задач». Природа . 203 (4950): 1155–1157. Бибкод : 1964Natur.203.1155C . дои : 10.1038/2031155a0 . ПМИД 14213667 . S2CID 4156804 .
- ^ Саттон, С.; Брарен, М.; Зубин, Дж. и Джон, ER (1965). «Вызванные потенциальные корреляты неопределенности стимула». Наука . 150 (3700): 1187–1188. Бибкод : 1965Sci...150.1187S . дои : 10.1126/science.150.3700.1187 . ПМИД 5852977 . S2CID 39822117 .
- ^ Саттон, С.; Туетинг, П.; Зубин, Дж. и Джон, ER (1967). «Доставка информации и сенсорный вызванный потенциал». Наука . 155 (3768): 1436–1439. Бибкод : 1967Sci...155.1436S . дои : 10.1126/science.155.3768.1436 . ПМИД 6018511 . S2CID 36787865 .
- ^ Комерчеро, доктор медицины; Полич, Дж. (1999). «P3a и P3b от типичных слуховых и зрительных стимулов» (PDF) . Клиническая нейрофизиология . 110 (1): 24–30. CiteSeerX 10.1.1.576.880 . дои : 10.1016/S0168-5597(98)00033-1 . ПМИД 10348317 . S2CID 17357823 .
- ^ Полич, Дж. (2003). «Обзор P3a и P3b». В Дж. Полихе (ред.). Обнаружение изменений: потенциал, связанный с событием, и результаты фМРТ . Бостон: Kluwer Academic Press. стр. 83–98.
- ^ Jump up to: а б Дончин, Э. (1981). «Президентское обращение, 1980 год: Сюрприз!… Сюрприз?» (PDF) . Психофизиология . 18 (5): 493–513. дои : 10.1111/j.1469-8986.1981.tb01815.x . ПМИД 7280146 .
- ^ Сквайрс, Северная Каролина; Сквайрс, К.К. и Хиллард, Ю.А. (1975). «Две разновидности долголатентных положительных волн, вызываемых у человека непредсказуемыми слуховыми стимулами». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология . 38 (4): 387–401. CiteSeerX 10.1.1.326.332 . дои : 10.1016/0013-4694(75)90263-1 . ПМИД 46819 . S2CID 4614708 .
- ^ Фарвелл Л.А., Смит С.С. (январь 2001 г.). «Использование мозгового тестирования MERMER для обнаружения знаний, несмотря на попытки их сокрытия» (PDF) . J Судебная медицина . 46 (1): 135–143. дои : 10.1520/JFS14925J . ПМИД 11210899 . Архивировано из оригинала (PDF) 17 марта 2016 г. Проверено 22 июля 2016 г.
- ^ Пиччоне Ф., Джорджи Ф., Тонин П. и др. (март 2006 г.). «Интерфейс нейрокомпьютера на базе P300: надежность и производительность у здоровых и парализованных участников». Клин Нейрофизиол . 117 (3): 531–537. дои : 10.1016/j.clinph.2005.07.024 . ПМИД 16458069 . S2CID 24199528 .
- ^ Jump up to: а б с Дончин Э., Спенсер К.М., Виджесингхе Р. (июнь 2000 г.). «Ментальный протез: оценка скорости интерфейса мозг-компьютер на базе P300». Транзакции IEEE по реабилитационной технике . 8 (2): 174–179. CiteSeerX 10.1.1.133.8980 . дои : 10.1109/86.847808 . ПМИД 10896179 . S2CID 84043 .
- ^ Ниджбоер Ф., Селлерс Э.В., Меллингер Дж. и др. (2008). «Интерфейс мозг-компьютер на базе P300 для людей с боковым амиотрофическим склерозом» . Клин Нейрофизиол . 119 (8): 1909–1916. дои : 10.1016/j.clinph.2008.03.034 . ПМЦ 2853977 . ПМИД 18571984 .
- ^ Л.А. Фарвелл и Э. Дончин (1988). «Говорят в уме: ментальный протез, использующий потенциалы мозга, связанные с событиями» (PDF) . Электроэнцефалограф. Клин. Нейрофизиол . 70 (6): 510–523. дои : 10.1016/0013-4694(88)90149-6 . ПМИД 2461285 . S2CID 4547500 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 февраля 2017 г.
- ^ Хансенн М. (август 2000 г.). «Когнитивный вызванный потенциал Р300 (II): межиндивидуальная изменчивость и клиническое применение в психопатологии» [Событийный потенциал Р300. II. Межиндивидуальная изменчивость и клиническое применение в психопатологии. Клин Нейрофизиол (на французском языке). 30 (4): 211–231. дои : 10.1016/S0987-7053(00)00224-0 . ПМИД 11013895 . S2CID 53176706 .
- ^ Бледовски, Кристоф; Првулович, Дэвид; Хёхстеттер, Карстен; Шерг, Майкл; Вибрал, Майкл; Гебель, Райнер; Линден, Дэвид Э.Дж. (20 октября 2004 г.). «Локализация генераторов P300 при обработке визуальных целей и отвлекающих устройств: комбинированное исследование потенциала, связанного с событиями, и функциональной магнитно-резонансной томографии» . Журнал неврологии . 24 (42): 9353–9360. doi : 10.1523/jneurosci.1897-04.2004 . ISSN 0270-6474 . ПМК 6730097 . ПМИД 15496671 .
- ^ Ньето, Николас; Петерсон, Виктория; Руфинер, Уго Леонардо; Камененкоски, Хуан; Шпионы, Рубен (20 апреля 2021 г.). « Мысли вслух»: набор данных BCI на основе ЭЭГ с открытым доступом для распознавания внутренней речи» . дои : 10.1101/2021.04.19.440473 . S2CID 233414714 . Проверено 20 апреля 2023 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Ливицкий, Фотеини Симистира; Гупта, Вибха; Шайни, Раджкумар; Де, Канджар; Абид, Ношин; Ракеш, Сумит; Веллингтон, Скотт; Уилсон, Холли; Ливицкий, Маркус; Эрикссон, Йохан (30 ноября 2022 г.). «Набор данных бимодальной электроэнцефалографии и функциональной магнитно-резонансной томографии для распознавания внутренней речи» : 2022.05.24.492109. дои : 10.1101/2022.05.24.492109 . S2CID 254126820 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Дерковский, Войцех; Кендзия, Алисия; Дерковский, Петр (2016). «КЛИНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВОЛНЫ Р300 В ИЗУЧЕНИИ СРЕДНЕКОМПЬЮТЕРНЫХ КОГНИТИВНЫХ ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ». Компьютерные научные исследования : 11–17. дои : 10.5281/zenodo.10614201 .
- ^ Дерковский, Войцех; Дерковский, Петр (апрель 2018 г.). «Клиническое значение волны P300 для диагностики и оценки лечения болезни Альцгеймера и легких когнитивных нарушений». Неврологический обзор . 174 (Эльзевир Массон): S12–S13. дои : 10.1016/j.neurol.2018.01.027 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- P300 + События + Потенциалы в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)