Vlnová křivka zobrazující několik ERP komponent, včetně N100 a P300. Všimněte si, že ERP je vykreslen se zápornými napětími směrem nahoru, což je běžná, ale ne univerzální praxe ve výzkumu ERP
Potenciál spojený s událostí (ERP) je měřená mozková odpověď, která je přímým výsledkem specifické smyslové, kognitivní nebo motorické události. Formálně se jedná o jakoukoli stereotypní elektrofyziologickou odpověď na podnět. Studium mozku tímto způsobem poskytuje neinvazivní prostředek hodnocení fungování mozku u pacientů s kognitivními onemocněními.
ERP se měří pomocí elektroencefalografie (EEG). Magnetoencefalografie (MEG) ekvivalentem ERP je ERF, neboli pole související s událostmi.
ERP lze spolehlivě měřit pomocí elektroencefalografie (EEG), což je postup, který měří elektrickou aktivitu mozku v čase pomocí elektrod umístěných na pokožce hlavy. EEG odráží tisíce současně probíhajících mozkových procesů. To znamená, že mozková reakce na jediný podnět nebo zajímavou událost není obvykle viditelná v záznamu EEG jednoho pokusu. Aby experimentátor viděl mozkovou reakci na podnět, musí provést mnoho pokusů (100 nebo více: reference?) a výsledky zprůměrovat dohromady, což způsobí, že náhodná mozková aktivita bude zprůměrována a příslušná křivka zůstane zachována, tzv. ERP.
Náhodná (pozadí) mozková aktivita spolu s dalšími biosignály (např. EOG, EMG, EKG) a elektromagnetické rušení (např. šum linky, zářivky) tvoří příspěvek šumu k zaznamenanému ERP. Tento šum zastírá sledovaný signál, což je sled podkladových ERP, které jsou předmětem studie.
Z inženýrského hlediska je možné definovat poměr signálu a šumu (SNR) zaznamenaných ERP. Důvod, proč průměrování zvyšuje SNR zaznamenaných ERP (činí je rozeznatelnými a umožňuje jejich interpretaci), má jednoduché matematické vysvětlení za předpokladu, že jsou vytvořeny některé zjednodušující předpoklady. Tyto předpoklady jsou:
Po definování , zkušební číslo, a , Čas uplynulý po té události, každý zaznamenaný zkušební lze zapsat jako kde je signál a je hluk (Všimněte si, že za výše uvedených předpokladů, signál nezávisí na konkrétní zkušební dobu, zatímco hluk dělá).
Průměr hodnocení je
Očekávaná hodnota je (jak doufal) signál sám, .
Z tohoto důvodu je amplituda hluku průměru pokusů násobkem amplitudy jediného pokusu.
Široký amplitudový šum (například oční mrkání nebo pohybové artefakty) je často o několik řádů větší než základní ERP. Proto by měly být zkoušky obsahující takové artefakty před zprůměrováním odstraněny. Odmítnutí artefaktu může být provedeno manuálně vizuální kontrolou nebo pomocí automatizovaného postupu založeného na předem definovaných pevných prahových hodnotách (omezujících maximální amplitudu nebo sklon EEG) nebo na časově proměnlivých prahových hodnotách odvozených ze statistik souboru zkoušek.
Nomenklatura ERP komponent
ERP křivky se skládají z řady kladných a záporných průhybů napětí, které se vztahují k souboru podkladových komponent. Ačkoli se na některé ERP komponenty odkazuje zkratkami (např. podmíněná záporná odchylka – CNV, chybová negativita – ERN, předčasná levá přední negativita – ELAN, uzavírací kladný posuv – CPS), na většinu komponent se odkazuje písmenem (N/P) označujícím polaritu (záporná/kladná), následovaným číslem označujícím buď latenci v milisekundách nebo ordinální polohu komponenty ve křivce. Například záporný vrchol, který je prvním podstatným vrcholem ve křivce a často nastává asi 100 milisekund poté, co je prezentován podnět, se často nazývá N100 (označující jeho latenci je 100 ms po podnětu a že je záporný) nebo N1 (označující, že je prvním vrcholem a je záporný); často za ním následuje kladný vrchol, obvykle nazývaný P200 nebo P2. Uvedené latence pro ERP komponenty jsou často dost proměnlivé. Například komponenta P300 může vykazovat vrchol někde mezi 250ms – 700ms.
Zatímco evokované potenciály odrážejí zpracování fyzického stimulu, potenciály související s událostmi jsou způsobeny „vyššími“ procesy, které mohou mimo jiné zahrnovat paměť, očekávání, pozornost nebo změny duševního stavu.
Relativní výhody a nevýhody
ERP vs Behavioral Measures
Ve srovnání s behaviorálními postupy poskytují ERP kontinuální míru zpracování mezi podnětem a odezvou, což umožňuje určit, která fáze je ovlivněna specifickou experimentální manipulací. Další výhodou oproti behaviorálním opatřením je, že mohou poskytnout míru zpracování podnětů i v případě, že nedochází k žádné změně chování. Vzhledem k výrazně malé velikosti ERP je však obvykle potřeba velká velikost vzorku, aby byl správně změřen.
ERP vs jiná fyziologická opatření
Na rozdíl od mikroelektrod, které vyžadují vložení elektrody do mozku a PET skenů, které vystavují člověka záření, ERP používají EEG, neinvazivní postup.
Prostorové a časové řešení
ERP poskytují vynikající časové rozlišení 1 ms nebo lepší. Prostorové rozlišení ERP však není v současné době definováno, což znemožňuje definitivní lokalizaci ERP. To poskytuje ERP velkou nevýhodu oproti hemodynamickým opatřením (fMRI a PET), která mají prostorové rozlišení v milimetrovém rozsahu. Skutečnost, že ERP nelze snadno lokalizovat, extrémně ztěžuje izolaci jediné ERP komponenty od celkové ERP komponenty.
Výzkum ERP je mnohem levnější než jiné zobrazovací techniky jako fMRI a PET. Je to proto, že nákup a údržba EEG systému je méně nákladná než ostatní systémy.
Lékaři a neurologové někdy používají blikající vizuální šachovnicový stimul k testování jakéhokoli poškození nebo traumatu ve vizuálním systému. U zdravého člověka tento stimul vyvolá silnou odezvu přes primární zrakovou kůru umístěnou v týlním laloku, v zadní části mozku.
Abnormality ERP komponent v klinickém výzkumu byly prokázány u neurologických stavů, jako jsou:
ERP se hojně používají v neurovědě, kognitivní psychologii, kognitivních vědách a psychofyziologickém výzkumu. Experimentální psychologové a neurovědci objevili mnoho různých podnětů, které od účastníků vyvolávají spolehlivé ERP. Předpokládá se, že načasování těchto odpovědí poskytuje měřítko načasování komunikace mozku nebo načasování zpracování informací. Například ve výše popsaném šachovnicovém paradigmatu je první reakce zdravých účastníků na zrakovou kůru kolem 50-70 ms. To by zřejmě naznačovalo, že to je doba, za kterou se přenesený zrakový podnět dostane do kůry poté, co světlo poprvé vstoupí do oka. Alternativně se odezva P300 vyskytuje kolem 300 ms v oddballovém paradigmatu, například bez ohledu na typ prezentovaného podnětu: zrakový, hmatový, sluchový, čichový, chuťový atd. Vzhledem k této obecné invarianci s ohledem na typ podnětu je složka P300 chápána tak, že odráží vyšší kognitivní odezvu na neočekávané a/nebo kognitivně výrazné podněty.
Vzhledem k konzistenci reakce P300 na nové podněty lze zkonstruovat rozhraní mozek-počítač, které na něj spoléhá. Uspořádáním mnoha signálů v mřížce, náhodným blikáním řádků mřížky jako v předchozím paradigmatu a pozorováním reakcí P300 subjektu zírajícího na mřížku může subjekt sdělit, na který podnět se dívá, a tak pomalu „psát“ slova.
Mezi další ERP často používané ve výzkumu, zejména v neurolingvistickém výzkumu, patří ELAN, N400 a P600/SPS.