Условное отрицательное изменение
Условная отрицательная вариация ( CNV ) представляет собой отрицательный медленный поверхностный потенциал, измеряемый с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), который возникает в период между предупреждающим стимулом или сигналом и императивным («идти») стимулом. [1] CNV был одним из первых потенциала, связанного с событиями описанных компонентов (ERP). Компонент CNV был впервые описан У. Греем Уолтером и его коллегами в статье, опубликованной в журнале Nature в 1964 году. [2] Важность этого открытия заключалась в том, что это было одно из первых исследований, которое показало, что последовательные закономерности амплитуды электрических ответов могут быть получены из большого фонового шума, который возникает в записях ЭЭГ, и что эта активность может быть связана с когнитивным процессом, таким как как ожидание.
Основные парадигмы
[ редактировать ]В своем исследовании Грей Уолтер и др. (1964) [2] представлял «предупреждающий стимул» (например, одиночный щелчок или вспышку света) человеку. За предупреждающим стимулом случайно следовал (или не сопровождался) «императивный стимул» (повторяющиеся щелчки или вспышки) через 0,5–1 секунду. В некоторых ситуациях субъект просто пассивно воспринимал предупреждающие и повелительные стимулы; в других случаях испытуемый мог предотвратить императивный стимул, если он возник, с помощью поведенческой реакции, например, нажатия кнопки, но кнопка работала только в том случае, если она была нажата после того, как императивный стимул возник (т. е. преждевременные нажатия кнопок были неэффективны). . Процесс предупреждающего стимула, за которым опционально следовал императивный стимул, повторялся с переменными интервалами от 3 до 10 секунд.
Экспериментаторы обнаружили, что ответы ЭЭГ на предупреждающий стимул, по-видимому, имели три фазы: краткий положительный компонент, краткий отрицательный компонент и устойчивый отрицательный компонент. Кратковременные компоненты варьировались в зависимости от сенсорной модальности (например, зрительная или слуховая), тогда как продолжительный компонент варьировался в зависимости от временного разрыва между предупреждающим и императивным стимулами (а также от того, возник ли императивный стимул) и вниманием/бдительностью субъекта. Уолтер и др. назвали устойчивый компонент «условным отрицательным изменением», поскольку изменение отрицательной волны зависело от статистической взаимосвязи между предупреждающими и императивными стимулами. Они заметили, что:
- амплитуда ответа ЭЭГ уменьшалась или привыкала , когда предупреждающий стимул повторялся без последующего императивного стимула;
- амплитуда возвращалась, когда императивный стимул следовал за предупреждающим стимулом;
- Амплитуда была более заметной в ситуациях, когда испытуемый мог осуществлять контроль, предотвращая императивный стимул.
на основе CNV В 1990 году Божиновска и др. разработали интерфейс «мозг-компьютер» для управления компьютерным зуммером. [3] [4] В 2009 году Божиновский и Божиновска разработали эксперимент по интерфейсу мозг-компьютер на основе CNV, в котором CNV управлял физическим объектом, роботом. [5]
Характеристики компонента
[ редактировать ]Уолтер и др. (1964) показали, что одиночный щелчок вызывает короткий положительный пик и короткий отрицательный пик. Повторяющиеся вспышки вызывают короткие положительные и отрицательные пики. Если эти стимулы разделены промежутком в 1 секунду, в результате возникают одни и те же отдельные паттерны. Примерно после 50 презентаций эти пики неотличимы от шума. С другой стороны, когда за одиночным щелчком следуют повторяющиеся вспышки, прекращающиеся нажатием кнопки, возникает большой постепенный отрицательный пик, который резко заканчивается при нажатии кнопки. Это условное отрицательное изменение. Другое классическое исследование было описано Джозефом Течче в «Психологическом бюллетене» в 1972 году. [6] В этом обзоре Течче суммирует развитие, морфологию и локус появления CNV.
Разработка
[ редактировать ]Исследования показали, что CNV появляется примерно после 30 попыток парных стимулов, хотя это число может быть уменьшено, если испытуемый заранее понимает задачу. Вспышки света, щелчки и звуковые сигналы использовались для того, чтобы вызвать CNV. Реакция на императивный стимул необходима для того, чтобы вызвать четкую CNV. Эта реакция может быть физической или психической реакцией. [6] CNV возникает при предъявлении двух связанных стимулов. Когда императивный стимул неожиданно удаляется, CNV ослабевает до полного подавления примерно после 20–50 попыток. CNV немедленно восстанавливается при повторном сочетании с императивным стимулом.
Морфология
[ редактировать ]Отрицательный пик CNV возникает примерно через 260–470 мс после предупреждающего стимула. Оно будет расти быстро, если субъект не уверен в том, когда будет императивный стимул, и будет повышаться постепенно, если испытуемый уверен в том, когда будет императивный стимул. Максимальная амплитуда обычно составляет около 20 микровольт. [6]
Топография
[ редактировать ]CNV наиболее заметно проявляется в макушке и является двусторонне-симметричным. [6]
Функциональная чувствительность
[ редактировать ]Существует множество исследований, описывающих, какие характеристики стимула могут влиять на характеристики CNV. Например, на компонент CNV могут влиять интенсивность, модальность, продолжительность, частота стимулов, вероятность, релевантность стимулов и распознавание высоты тона. [7]
Внимание и ожидание
[ редактировать ]Внимание также влияет на амплитуду CNV. Следующие примеры из различных условий выполнения задач и исследований показывают, что CNV изменяется, когда протокол эксперимента меняет внимание, необходимое для выполнения задач. [2] [6] Во-первых, когда испытуемым сказали, что императивный стимул будет удален, CNV снизилась. Во-вторых, в одном из условий испытуемым разрешили выбрать, будут ли они нажимать кнопку или нет. В испытаниях, в которых испытуемые предпочитали не отвечать, CNV не было. В-третьих, когда испытуемому специально сказали, что повторяющихся вспышек не будет, CNV не было выявлено. В-четвертых, еще одно условие показало, что CNV была вызвана у испытуемых, которым было предложено оценить, когда появятся повторяющиеся вспышки, даже если вспышек не было. В-пятых, когда испытуемых просили быть внимательными и быстро реагировать, амплитуда CNV увеличивалась. Результаты этих условий позволяют предположить, что CNV связана с вниманием и ожиданием.
Вероятность
[ редактировать ]Когда вероятность повторных вспышек случайна и повторяющиеся вспышки устраняются примерно в 50% проб, амплитуда CNV составляет примерно половину нормальной.
Интенсивность
[ редактировать ]Некоторые исследователи показали, что интенсивность стимула может влиять на амплитуду CNV. Кажется, что компонент CNV имеет более высокую амплитуду для стимулов низкой интенсивности, т. е. их трудно увидеть или услышать, в отличие от стимулов высокой интенсивности. Это может быть связано с тем, что субъекту необходимо уделять больше внимания, чтобы воспринимать стимул низкой интенсивности. Если обнаружение императивной задачи становится слишком трудным, то амплитуда CNV снижается. Другими словами, внимание к императивному стимулу важно для развития CNV, а увеличение сложности выполнения задач отвлекает внимание.
В соответствующих исследованиях исследователи также показали, что чем сильнее необходима двигательная реакция, тем больше CNV. Исследования с участием субъектов, страдающих недостатком сна, как правило, показывают снижение CNV. Это является дополнительным доказательством того, что недостаток внимания может уменьшить амплитуду CNV. [6]
Межстимульный интервал
[ редактировать ]Амплитуда CNV меняется при изменении предпериода или межстимульного интервала (ISI). Наиболее часто используемый ISI составляет 1,0–1,5 секунды. Пробы с ISI между 0,5–1,5 вызывают устойчивую волну CNV. Когда ISI снижается до 0,125 или 0,25 секунды, CNV подавляется. С другой стороны, испытания с ISI 4,8 секунды показывают снижение амплитуды CNV.
O-волна и E-волна
[ редактировать ]Большинство исследователей сходятся во мнении, что компонент CNV связан с обработкой информации и подготовкой ответов. Основное противоречие заключается в том, состоит ли CNV из более чем одного компонента. После открытия CNV исследователи смогли различить два основных компонента CNV. Loveless и Sanford (1975), а также Weerts и Lang (1973) увеличили межстимульный интервал до более чем 3 секунд и показали, что два компонента можно визуально отличить от CNV. Первая волна следовала за предупреждающим стимулом и называлась волной О, или ориентирующей волной. [8] [9] Эта волна показала увеличенную амплитуду в лобных областях. Вторая волна предшествовала императивному стимулу и называлась волной Е, или волной ожидания. Исследование, проведенное Гайяром (1976), предоставило дополнительные доказательства того, что волна О распределяется фронтально и на нее сильнее влияют слуховые стимулы, чем зрительные. [10]
Связанным с этим важным вопросом является вопрос о том, соответствует ли вся или часть CNV потенциалу готовности . Потенциал готовности – это подготовка нейронов к двигательным реакциям. Оба компонента имеют одинаковое распределение на коже головы с отрицательной амплитудой и связаны с двигательной реакцией. Фактически, многие исследователи утверждали, что терминальная CNV, или волна E, на самом деле является потенциалом готовности, или потенциалом Bereitschafts . Таково было общее мнение, пока другие работы не предоставили доказательства того, что CNV можно отличить от RP. [7] [11] Во-первых, RP обычно латерализован на контралатеральную сторону двигательного ответа, тогда как CNV обычно двусторонний. Во-вторых, CNV может возникать даже тогда, когда двигательная реакция не требуется. В-третьих, РП происходит без каких-либо внешних раздражителей. Это показывает, что RP возникает при двигательных реакциях, тогда как CNV возникает, когда два стимула зависят друг от друга. [6]
Локализация
[ редактировать ]Еще одной важной темой изучения компонента CNV является локализация общего источника CNV. Например, Халтин, Россини, Романи, Хёгстедт, Теккио и Пиццелла (1996) использовали магнитоэнцефалографию (МЭГ) для определения местоположения электромагнитного источника волны CNV. Их эксперимент предполагает, что терминальная часть CNV расположена в зоне Бродмана 6 и соответствует премоторной коре . [12]
Работа, проделанная Запполи и его коллегами, является еще одним примером исследования, проведенного с целью определения генераторов компонента CNV. Запполи (2003) изучал модели ERP, включая CNV, у субъектов с нарушениями или повреждениями головного мозга. [13] Запполи рассматривает данные, которые показывают, что в некоторых случаях эпилептические разряды влияют на волны ожидания и, следовательно, уменьшают амплитуду CNV. Запполи также описал исследование, в котором изучались характеристики CNV у пациентов, перенесших лоботомию лобных областей. У этих пациентов амплитуды CNV были снижены или отсутствовали.
Теория
[ редактировать ]Было выдвинуто множество теорий, объясняющих когнитивные процессы, лежащие в основе компонента CNV. Уолтер и его коллеги предположили, что амплитуда CNV напрямую зависит от субъективной вероятности или ожидания императивных стимулов. Другие исследователи предположили, что амплитуда CNV меняется в зависимости от намерения совершить действие. Другая теория состоит в том, что CNV варьируется в зависимости от мотивации субъекта выполнить задачу. Течче предполагает, что CNV связана как с вниманием, так и с уровнем возбуждения.
См. также
[ редактировать ]- Потенциал готовности
- С1 и Р1
- Разница из-за памяти
- Ранняя левая передняя негативность
- Негатив, связанный с ошибками
- Поздний положительный компонент
- Латеральный потенциал готовности
- Несоответствие негатива
- Н2пк
- Н100
- N170
- Н200
- Н400
- P3a
- P3b
- Р200
- P300 (неврология)
- Р600
- Соматосенсорный вызванный потенциал
- Визуальный №1
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хилмар Гудзиол, Орландо Гунтинас-Личиус. Глава 16 - Электрофизиологическая оценка обонятельной и вкусовой функции. В: Справочник по клинической неврологии, том 164, 2019 г., страницы 247–262. Эльзевир.
- ^ Jump up to: а б с Уолтер, В.Г.; Купер, Р.; Олдридж, виджей; МакКаллум, WC; Зима, Алабама (1964). «Условная отрицательная вариация: электрический признак сенсомоторной ассоциации и ожидания в человеческом мозге». Природа . 203 (4943): 380–384. дои : 10.1038/203380a0 . ПМИД 14197376 .
- ^ Л. Божиновска, Г. Стоянов, М. Сестаков, С. Божиновский. Распознавание образов CNV – шаг к наблюдению когнитивных волн. В: Л. Торрес, Э. Масграу, М. Лагунас, редакторы. Обработка сигналов: теории и приложения. Материалы Пятой Европейской конференции по обработке сигналов (EUSIPCO 90); 1990 год, Барселона. 1990, Научное издательство Elsevier; 1990. с. 1659–1662 гг.
- ^ Л. Божиновска, С. Божиновски, Г. Стоянов. Электроэксктограмма: схема эксперимента и алгоритмы. Труды IEEE International. Биомедицинский. Дни инженерии; 1992. Стамбул. п. 58–60
- ^ А. Божиновский, Л. Божиновская. Упреждающие потенциалы мозга в парадигме интерфейса «мозг-робот». Материалы 4-й Международной конференции IEEE EMBS по нейронной инженерии, Анталья, Турция, с. 451-454, 2009 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Течче, Джей-Джей (1972). «Условная негативная вариация (CNV) и психологические процессы в человеке». Психологический вестник . 77 (2): 73–108. дои : 10.1037/h0032177 . ПМИД 4621420 .
- ^ Jump up to: а б Фрост, Б.Г.; Нил, РА; Фенелон, Б. (1988). «Детерминанты немоторной CNV в сложном, переменном переднем периоде, парадигме обработки информации». Биологическая психология . 27 (1): 1–21. дои : 10.1016/0301-0511(88)90002-6 . ПМИД 3251557 .
- ^ Лавлесс, Северная Каролина; Сэнфорд, Эй Джей (1975). «Влияние интенсивности предупреждающего сигнала на время реакции и компоненты условного негативного изменения». Биологическая психология . 2 (3): 217–226. дои : 10.1016/0301-0511(75)90021-6 . ПМИД 1139019 .
- ^ Вертс, ТК; Ланг, П.Дж. (1973). «Влияние фиксации глаз, расположения стимулов и реакций на условные отрицательные вариации (CNV)». Биологическая психология . 1 (1): 1–19. дои : 10.1016/0301-0511(73)90010-0 . ПМИД 4804295 .
- ^ Гайяр, AW (1976). «Влияние модальности предупреждающего сигнала на условную отрицательную вариацию (CNV)». Биологическая психология . 4 (2): 139–154. дои : 10.1016/0301-0511(76)90013-2 . ПМИД 1276304 .
- ^ Ручкин, Д.С.; Саттон, С.; Махаффи, Д.; Глейзер, Дж. (1986). «Терминал CNV при отсутствии двигательного ответа». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология . 63 (5): 445–463. дои : 10.1016/0013-4694(86)90127-6 . ПМИД 2420561 .
- ^ Халтин, Л.; Россини, П.; Романи, ГЛ; Хёгштедт, П.; Теккио, Ф.; Пиццелла, В. (1996). «Нейромагнитная локализация позднего компонента условной отрицательной вариации». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология . 98 : 425–448.
- ^ Запполи, Р. (2003). «Постоянные или временные эффекты на нейрокогнитивные компоненты комплекса CNV, вызванные дисфункциями, повреждениями и абляциями головного мозга у людей». Международный журнал психофизиологии . 48 (2): 189–220. дои : 10.1016/S0167-8760(03)00054-0 . ПМИД 12763574 .