P300 (neurověda)

P300 (P3) vlna je potenciální událost (ERP) vyvolaná řídkými podněty souvisejícími s úkolem. Je považována za endogenní potenciál, protože její výskyt nespojuje fyzické atributy podnětu, ale reakci člověka na podnět. Konkrétněji se má za to, že P300 odráží procesy zapojené do vyhodnocení podnětu nebo jeho kategorizace. Obvykle je vyvolána pomocí podivného paradigmatu, ve kterém jsou cílové položky s nízkou pravděpodobností smíchány s necílovými (nebo „standardními“) položkami s vysokou pravděpodobností.

Je-li zaznamenán elektroencefalografií (EEG), vynoří se jako pozitivní průhyb napětí s latencí (prodleva mezi podnětem a odezvou) zhruba 300 až 600 ms. Signál se obvykle měří nejsilněji elektrodami pokrývajícími parietální lalok. Přítomnost, velikost, topografie a načasování tohoto signálu se často používají jako metrika kognitivních funkcí v rozhodovacích procesech. Nervové substráty tohoto ERP sice stále zůstávají zamlžené, reprodukovatelnost tohoto signálu však z něj činí běžnou volbu pro psychologické testy na klinice i v laboratoři.

První pozorování P3b byla zaznamenána v polovině 60. let. V roce 1964 výzkumníci Chapman a Bragdon zjistili, že ERP reakce na vizuální podněty se liší podle toho, zda podněty mají význam či nikoli. Ukázali subjektům dva druhy vizuálních podnětů: čísla a záblesky světla. Subjekty sledovaly tyto podněty jeden po druhém v sekvenci. U každých dvou čísel museli subjekty činit jednoduchá rozhodnutí, například určit, které z těchto dvou čísel je číselně menší nebo větší, které je první nebo druhé v sekvenci, nebo zda jsou si rovny. Při zkoumání evokovaných potenciálů těchto podnětů (tj. ERP) Chapman a Bragdon zjistili, že jak čísla, tak záblesky vyvolávají očekávané senzorické reakce (např. vizuální složky N1) a že amplituda těchto reakcí se mění očekávaným způsobem s intenzitou podnětů. Zjistili také, že ERP reakce na čísla, ale ne na světelné záblesky, obsahují velké pozitivum, které dosáhlo vrcholu kolem 300 ms poté, co se podnět objevil. Chapman a Bragdon spekulovali, že tato diferenciální odpověď na čísla, která se stala známou jako P300 odpověď, vyplývá ze skutečnosti, že čísla byla pro účastníky smysluplná na základě úkolu, který měli splnit.

Doporučujeme:  Skinner Box

V roce 1965 Sutton a jeho kolegové zveřejnili výsledky dvou experimentů, které dále zkoumaly tuto pozdní pozitivitu. Předložili subjektům buď pokyn, který naznačoval, zda následující podnět bude cvaknutí nebo záblesk, nebo pokyn, který vyžadoval, aby subjekty odhadly, zda následující podnět bude cvaknutí nebo záblesk. Zjistili, že když se od subjektů vyžadovalo, aby odhadly, jaký bude následující podnět, amplituda „pozdního pozitivního komplexu“ byla větší, než když věděly, jaký bude podnět. Ve druhém experimentu představily dva typy pokynů. U jednoho pokynu byla šance 2 ku 3, že následující podnět bude cvaknutí a šance 1 ku 3, že následující podnět bude záblesk. Druhý typ pokynu měl pravděpodobnosti, které byly obrácené k prvnímu. Zjistily, že amplituda pozitivního komplexu byla větší v reakci na méně pravděpodobné podněty, nebo na ten, který měl pouze šanci 1 ku 3, že se objeví. Dalším důležitým zjištěním z těchto studií je, že tento pozdní pozitivní komplex byl pozorován jak u cvaknutí, tak u blesků, což naznačuje, že fyzický typ podnětu (sluchový nebo zrakový) nehrál roli.

V pozdějších studiích publikovaných v roce 1967 měli Sutton a jeho kolegové u subjektů odhad, zda uslyší jedno cvaknutí nebo dvě cvaknutí. Pozorovali pozitivitu kolem 300 ms poté, co došlo k druhému cvaknutí nebo by k němu došlo v případě jediného cvaknutí. Měli také subjekty, které odhadovaly, jak dlouhý může být interval mezi cvaknutím, a pozdní pozitivita nastala 300 ms po druhém cvaknutí. To ukazuje dvě důležitá zjištění: zaprvé, že tato pozdní pozitivita nastala, když se vyřešila nejistota ohledně typu cvaknutí, a zadruhé, že i absence stimulu, když byl relevantní pro daný úkol, by vyvolala pozdní pozitivní komplex. Tyto rané studie podporovaly využití ERP metod ke studiu poznávání a poskytly základ pro rozsáhlou práci na P3b v následujících desetiletích.

Od prvotního objevu této ERP komponenty výzkum ukázal, že P300 není unitární jev. Spíše můžeme rozlišovat mezi dvěma subkomponentami P300: novinkou P3, nebo P3a, a klasickou P3, nebo P3b. P3a, nebo novinka P3, je komponentou časově uzamčených (EEG) signálů známých jako Event-related potentials (ERP). P3a je pozitivně probíhajícím skalpem zaznamenaným mozkovým potenciálem, který má maximální amplitudu nad frontálními/centrálními elektrodovými místy s vrcholovou latencí klesající v rozmezí 250-280 ms. P3a je spojována s mozkovou aktivitou související se zapojením pozornosti (zejména orientování a nedobrovolné posuny ke změnám prostředí) a zpracováním novinky. P3b je pozitivně probíhající ERP amplituda (obvykle vztažená k referenci za uchem nebo k průměru dvou takových referencí) vrcholící kolem 300 ms, ačkoliv vrchol se bude lišit v latenci od 250-500 ms nebo později v závislosti na úkolu. Amplitudy jsou obvykle nejvyšší na pokožce hlavy nad parietálními oblastmi mozku. P3b byl prominentním nástrojem používaným ke studiu kognitivních procesů, zejména psychologického výzkumu zpracování informací. Obecně řečeno, nepravděpodobné události vyvolají P3b, a čím méně pravděpodobná událost, tím větší P3b. Nicméně, aby vznikla P3b, nepravděpodobná událost musí nějakým způsobem souviset s daným úkolem (například nepravděpodobná událost může být málo časté cílové písmeno v proudu písmen, na které může subjekt reagovat stiskem tlačítka). P3b může být také použit k měření toho, jak náročný úkol je na kognitivní pracovní zátěž.

Doporučujeme:  Hodnocení klinických dovedností

Od poloviny 80. let se jedno z nejdiskutovanějších využití ERP, jako je P300, vztahuje k detekci lži. V navrhovaném „testu znalostí o vině“ je subjekt vyslýchán prostřednictvím podivného paradigmatu podobně, jako by tomu bylo v typické situaci s detektorem lži. Tato praxe se v poslední době těší zvýšené zákonné přípustnosti, zatímco konvenční polygrafie zaznamenala její využití menší, částečně kvůli nevědomým a nekontrolovatelným aspektům P300. Technika se opírá o reprodukovatelnou elicitaci vlny P300, která je ústředním prvkem myšlenky Memory and Encoding Related Multifaceted Electroencephalographic Response (MERMER) vyvinuté Dr. Lawrencem Farwellem.

Byly také navrženy aplikace v rozhraní mozek-počítač. P300 má řadu žádoucích vlastností, které pomáhají při implementaci takových systémů. Za prvé, křivka je konzistentně detekovatelná a je vyvolána v reakci na přesné podněty. Vlnová křivka P300 může být vyvolána také téměř u všech subjektů s malými odchylkami v měřicích technikách, což může pomoci zjednodušit návrh rozhraní a umožnit větší použitelnost. Rychlost, s jakou je rozhraní schopno pracovat, závisí na tom, jak je signál detekovatelný navzdory „šumu“. Jednou z negativních vlastností P300 je, že amplituda křivky vyžaduje zprůměrování více záznamů, aby byl signál izolován. Tento a další kroky zpracování po záznamu určují celkovou rychlost rozhraní. Algoritmus navržený Farwellem a Donchinem poskytuje příklad jednoduchého BCI, který se spoléhá na nevědomé rozhodovací procesy P300, aby řídil počítač. Předmětu je předložena mřížka znaků 6×6 a jsou zvýrazněny různé sloupce nebo řádky. Když sloupec nebo řádek obsahuje znak, který si subjekt přeje sdělit, je vyvolána odpověď P300 (protože tento znak je „zvláštní“, je to cílový stimul popsaný v typickém podivínském paradigmatu). Kombinace řádku a sloupce, která vyvolala odpověď, vyhledá požadovaný znak. Řada takových pokusů musí být zprůměrována, aby se odstranil šum z EEG. Rychlost zvýraznění určuje počet zpracovaných znaků za minutu. Výsledky studií používajících toto nastavení ukazují, že normální subjekty by mohly dosáhnout 95% úspěšnosti při 3,4-4,3 znaků/min. Zbývá ukázat, zda takové systémy poskytují podobné výsledky u pacientů trpících syndromem uzamčení, hlavní cílové populace pro taková zařízení řízená mozkem.

Doporučujeme:  John Edward Mack

Vědecký výzkum se při zkoumání potenciálů souvisejících s událostmi často opírá o měření P300, zejména s ohledem na rozhodování. Vzhledem k tomu, že kognitivní porucha je často korelována s modifikacemi v P300, může být křivka použita jako měřítko účinnosti různých léčebných postupů na kognitivní funkce. Někteří navrhli její použití jako klinického markeru právě z těchto důvodů. Pro P300 existuje široká škála použití v klinickém výzkumu.