Un potencial relacionado con eventos ( ERP ) es la respuesta cerebral medida que es el resultado directo de un evento sensorial , cognitivo o motor específico . [1] Más formalmente, es cualquier respuesta electrofisiológica estereotipada a un estímulo. El estudio del cerebro de esta manera proporciona un medio no invasivo de evaluar el funcionamiento del cerebro.
Los ERP se miden mediante electroencefalografía (EEG). El equivalente de magnetoencefalografía (MEG) de ERP es el ERF, o campo relacionado con eventos. [2] Los potenciales evocados y los potenciales inducidos son subtipos de ERP.
Historia
Con el descubrimiento del electroencefalograma (EEG) en 1924, Hans Berger reveló que se podía medir la actividad eléctrica del cerebro humano colocando electrodos en el cuero cabelludo y amplificando la señal. Luego, los cambios de voltaje se pueden graficar durante un período de tiempo. Observó que los voltajes pueden verse influenciados por eventos externos que estimulan los sentidos. El EEG demostró ser una fuente útil para registrar la actividad cerebral durante las décadas siguientes. Sin embargo, tendía a ser muy difícil evaluar los procesos neuronales altamente específicos que son el foco de la neurociencia cognitiva porque el uso de datos EEG puros dificultaba el aislamiento de los procesos neurocognitivos individuales . Los potenciales relacionados con eventos (ERP) ofrecían un método más sofisticado para extraer eventos sensoriales, cognitivos y motores más específicos mediante el uso de técnicas simples de promediado. En 1935-1936, Pauline y Hallowell Davis registraron los primeros ERP conocidos en humanos despiertos y sus hallazgos se publicaron unos años más tarde, en 1939. Debido a la Segunda Guerra Mundial, no se realizaron muchas investigaciones en la década de 1940, pero se centraron en cuestiones sensoriales. recogido de nuevo en la década de 1950. En 1964, la investigación de Gray Walter y sus colegas inició la era moderna de descubrimientos de componentes de ERP cuando informaron sobre el primer componente cognitivo de ERP, llamado variación contingente negativa (CNV). [3] Sutton, Braren y Zubin (1965) hicieron otro avance con el descubrimiento del componente P3. [4] Durante los siguientes quince años, la investigación de componentes de ERP se hizo cada vez más popular. La década de 1980, con la introducción de computadoras de bajo costo, abrió una nueva puerta para la investigación de la neurociencia cognitiva. Actualmente, ERP es uno de los métodos más utilizados en la investigación de la neurociencia cognitiva para estudiar los correlatos fisiológicos de la actividad sensorial , perceptiva y cognitiva asociada con el procesamiento de información. [5]
Cálculo
Los ERP se pueden medir de manera confiable mediante electroencefalografía (EEG), un procedimiento que mide la actividad eléctrica del cerebro a lo largo del tiempo mediante electrodos colocados en el cuero cabelludo . El EEG refleja miles de procesos cerebrales simultáneos . Esto significa que la respuesta del cerebro a un solo estímulo o evento de interés no suele ser visible en el registro de EEG de una sola prueba. Para ver la respuesta del cerebro a un estímulo, el experimentador debe realizar muchos ensayos y promediar los resultados juntos, lo que hace que se promedie la actividad cerebral aleatoria y que permanezca la forma de onda relevante, llamada ERP. [6]
La actividad cerebral aleatoria (de fondo ) junto con otras bio-señales (por ejemplo, EOG , EMG , EKG ) y la interferencia electromagnética (por ejemplo, ruido de línea , lámparas fluorescentes) constituyen la contribución de ruido al ERP registrado. Este ruido oscurece la señal de interés, que es la secuencia de ERP subyacentes en estudio. Desde el punto de vista de la ingeniería, es posible definir la relación señal / ruido (SNR) de los ERP registrados. El promedio aumenta la SNR de los ERP registrados, haciéndolos discernibles y permitiendo su interpretación. Esto tiene una explicación matemática simple siempre que se hagan algunas suposiciones simplificadoras. Estos supuestos son:
- La señal de interés está formada por una secuencia de ERP bloqueados por eventos con latencia y forma invariables.
- El ruido se puede aproximar mediante un proceso aleatorio de varianza gaussiano de media cero que no está correlacionado entre las pruebas y no está bloqueado en el tiempo para el evento (esta suposición se puede violar fácilmente, por ejemplo, en el caso de un sujeto que hace pequeños movimientos con la lengua mientras cuenta mentalmente los objetivos en un experimento).
Habiendo definido , el número de prueba, y , el tiempo transcurrido después de la Este evento, cada ensayo registrado se puede escribir como dónde es la señal y es el ruido (tenga en cuenta que, bajo los supuestos anteriores, la señal no depende de la prueba específica, mientras que el ruido sí).
El promedio de ensayos es
- .
El valor esperado de es (como se esperaba) la señal en sí, .
Su varianza es
- .
Por esta razón, la amplitud de ruido de la media de Se espera que los ensayos se desvíen de la media (que es ) por menor o igual que en el 68% de los casos. En particular, la desviación en la que se encuentra el 68% de las amplitudes de ruido esveces el de una sola prueba. Una mayor desviación de ya se puede esperar que abarque el 95% de todas las amplitudes de ruido.
El ruido de gran amplitud (como parpadeos o artefactos de movimiento ) suele ser varios órdenes de magnitud mayor que los ERP subyacentes. Por lo tanto, los ensayos que contienen tales artefactos deben eliminarse antes de promediar. El rechazo de artefactos se puede realizar manualmente mediante inspección visual o mediante un procedimiento automatizado basado en umbrales fijos predefinidos (limitando la amplitud o pendiente máxima del EEG) o en umbrales variables en el tiempo derivados de las estadísticas del conjunto de ensayos. [ cita requerida ]
Nomenclatura
Las formas de onda de ERP consisten en una serie de desviaciones de voltaje positivas y negativas, que están relacionadas con un conjunto de componentes subyacentes . [7] Aunque algunos componentes de ERP se denominan acrónimos (por ejemplo, variación negativa contingente - CNV, negatividad relacionada con el error - ERN), la mayoría de los componentes se denominan con una letra (N / P) que indica polaridad (negativa / positiva), seguido de un número que indica la latencia en milisegundos o la posición ordinal del componente en la forma de onda. Por ejemplo, un pico negativo que es el primer pico sustancial en la forma de onda y que a menudo ocurre alrededor de 100 milisegundos después de que se presenta un estímulo a menudo se denomina N100 (lo que indica que su latencia es de 100 ms después del estímulo y que es negativo) o N1 (indica que es el primer pico y es negativo); a menudo es seguido por un pico positivo, generalmente llamado P200 o P2. Las latencias declaradas para los componentes de ERP son a menudo bastante variables, particularmente para los componentes posteriores que están relacionados con el procesamiento cognitivo del estímulo. Por ejemplo, el componente P300 puede presentar un pico entre 250 ms y 700 ms.
Ventajas y desventajas
Relativo a las medidas de comportamiento
En comparación con los procedimientos conductuales, los ERP proporcionan una medida continua de procesamiento entre un estímulo y una respuesta, lo que permite determinar qué etapas se ven afectadas por una manipulación experimental específica. Otra ventaja sobre las medidas de comportamiento es que pueden proporcionar una medida de procesamiento de estímulos incluso cuando no hay ningún cambio de comportamiento. Sin embargo, debido al tamaño significativamente pequeño de un ERP, generalmente se necesita una gran cantidad de pruebas para medirlo correctamente. [8]
Relativo a otras medidas neurofisiológicas
Invasividad
A diferencia de los microelectrodos, que requieren la inserción de un electrodo en el cerebro, y las exploraciones PET que exponen a los seres humanos a la radiación, los ERP utilizan EEG, un procedimiento no invasivo.
Resolución espacial y temporal
Los ERP brindan una excelente resolución temporal , ya que la velocidad de grabación de ERP solo está limitada por la frecuencia de muestreo que el equipo de grabación puede soportar de manera factible, mientras que las medidas hemodinámicas (como fMRI , PET y fNIRS ) están inherentemente limitadas por la baja velocidad del BOLD respuesta. La resolución espacial de un ERP, sin embargo, es mucho más pobre que la de los métodos hemodinámicos, de hecho, la ubicación de las fuentes de ERP es un problema inverso que no puede resolverse exactamente, sólo el estimado. Por lo tanto, los ERP son adecuados para preguntas de investigación sobre la velocidad de la actividad neuronal y son menos adecuados para preguntas de investigación sobre la ubicación de dicha actividad. [1]
Costo
La investigación de ERP es mucho más barata que otras técnicas de imagen como la resonancia magnética funcional , la PET y la MEG . Esto se debe a que comprar y mantener un sistema EEG es menos costoso que los otros sistemas.
Clínico
Los médicos y neurólogos a veces utilizarán un estímulo de tablero de ajedrez visual parpadeante para detectar cualquier daño o trauma en el sistema visual. En una persona sana, este estímulo provocará una fuerte respuesta sobre la corteza visual primaria ubicada en el lóbulo occipital , en la parte posterior del cerebro.
Las anomalías de los componentes de ERP en la investigación clínica se han demostrado en afecciones neurológicas como:
- TDA / H [9] [10]
- Demencia [11]
- Enfermedad de Parkinson [12]
- Esclerosis múltiple [13]
- Lesiones en la cabeza [14]
- Accidente cerebrovascular [15]
- Trastorno obsesivo compulsivo [16]
- Esquizofrenia [17] [18]
- Depresión [19]
- Trastorno del espectro autista [20]
Investigar
ERPs se utilizan ampliamente en la neurociencia , la psicología cognitiva , la ciencia cognitiva , y psico-fisiológica de investigación. Los psicólogos experimentales y los neurocientíficos han descubierto muchos estímulos diferentes que provocan ERP fiables de los participantes. Se cree que el momento de estas respuestas proporciona una medida del momento de la comunicación del cerebro o el momento del procesamiento de la información. Por ejemplo, en el paradigma del tablero de ajedrez descrito anteriormente, la primera respuesta de la corteza visual de los participantes sanos es de alrededor de 50 a 70 ms. Esto parecería indicar que esta es la cantidad de tiempo que tarda el estímulo visual transducido en llegar a la corteza después de que la luz entra por primera vez en el ojo . Alternativamente, la respuesta del P300 ocurre alrededor de los 300ms en el paradigma bicho raro , por ejemplo, independientemente del tipo de estímulo presentado: visual , táctil , auditivo , olfativo , gustativo , etc. Debido a esta invariancia general con respecto al tipo de estímulo, el P300 Se entiende que el componente refleja una respuesta cognitiva superior a estímulos inesperados y / o cognitivamente destacados . La respuesta del P300 también se ha estudiado en el contexto de la detección de información y memoria. [21] Además, hay estudios sobre anomalías de P300 en la depresión. Los pacientes deprimidos tienden a tener una amplitud P200 y P300 reducida y una latencia P300 prolongada. [19]
Debido a la consistencia de la respuesta del P300 a nuevos estímulos, se puede construir una interfaz cerebro-computadora que se base en él. Al organizar muchas señales en una cuadrícula, hacer parpadear aleatoriamente las filas de la cuadrícula como en el paradigma anterior y observar las respuestas P300 de un sujeto que mira fijamente la cuadrícula, el sujeto puede comunicar qué estímulo está mirando y, por lo tanto, lentamente "escribe" " palabras. [22]
Otra área de investigación en el campo de los ERP radica en la copia de referencia . Este mecanismo predictivo juega un papel central en, por ejemplo, la verbalización humana. [23] [24] Sin embargo, las copias de eferencia no solo ocurren con las palabras habladas, sino también con el lenguaje interno, es decir, la producción silenciosa de palabras, lo que también ha sido probado por los potenciales relacionados con eventos. [25]
Otros ERP que se utilizan con frecuencia en la investigación, especialmente en la investigación neurolingüística , incluyen el ELAN , el N400 y el P600 / SPS . El análisis de los datos de ERP también está respaldado cada vez más por algoritmos de aprendizaje automático. [26] [27]
Ver también
- Bereitschaftspotential
- C1 y P1
- Variación negativa contingente
- Diferencia debida a la memoria
- Negatividad anterior izquierda temprana
- Erich Schröger
- Negatividad relacionada con el error
- Potencial evocado
- Actividad inducida
- Potencial de preparación lateralizado
- Desajuste de la negatividad
- Negatividad: N100 • Visual N1 • N170 • N200 • N2pc • N400
- Positividad: P200 • P300 • P3a • P3b • Componente positivo tardío • P600
- Potencial evocado somatosensorial
Referencias
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Otras lecturas
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enlaces externos
- [1] - ERP Summer School 2017 se llevó a cabo en la Facultad de Psicología de la Universidad de Bangor del 25 al 30 de junio de 2017.
- Caja de herramientas EEGLAB : una caja de herramientas Matlab de código abierto y disponible de forma gratuita para procesar y analizar datos de EEG
- Caja de herramientas ERPLAB : una caja de herramientas Matlab de código abierto y disponible de forma gratuita para procesar y analizar datos ERP
- El ERP Boot Camp : una serie de talleres de formación para investigadores de ERP dirigidos por Steve Luck y Emily Kappenman.
- Boot Camp de ERP virtual : un blog con información, anuncios y consejos sobre la metodología de ERP