P300 (Neurowissenschaften) – Wikipedia

Die P300-Reaktion verschiedener gesunder Probanden in einem zweifarbigen auditorischen Oddball-Paradigma. Die Diagramme zeigen die durchschnittliche Reaktion auf Oddball- (rot) und Standard- (blau) Versuche und deren Unterschied (schwarz). Von Überraschungsantwort als Test für komprimierte Speicherzustände.^[2] Diese Beispiele zeigen die signifikante individuelle Variabilität in Amplitude, Latenz und Wellenformform über verschiedene Subjekte hinweg.

Das P300 (P3) Welle ist eine ereignisbezogene Potenzialkomponente (ERP), die im Entscheidungsprozess hervorgerufen wird. Es wird als endogenes Potential angesehen, da sein Auftreten nicht mit den physikalischen Eigenschaften eines Reizes zusammenhängt, sondern mit der Reaktion einer Person darauf. Insbesondere wird angenommen, dass der P300 Prozesse widerspiegelt, die an der Bewertung oder Kategorisierung von Reizen beteiligt sind.

Es wird normalerweise unter Verwendung des Oddball-Paradigmas ausgelöst, bei dem Zielelemente mit niedriger Wahrscheinlichkeit mit Nichtzielelementen mit hoher Wahrscheinlichkeit (oder “Standard”) gemischt werden. Bei elektroenzephalographischer Aufzeichnung (EEG) tritt eine positive Spannungsablenkung mit einer Latenz (Verzögerung zwischen Stimulus und Reaktion) von etwa 250 bis 500 ms auf.^[3]

Das Signal wird typischerweise am stärksten von den Elektroden gemessen, die den Parietallappen bedecken. Das Vorhandensein, die Größe, die Topographie und das Timing dieses Signals werden häufig als Metriken der kognitiven Funktion in Entscheidungsprozessen verwendet. Während die neuronalen Substrate dieser ERP-Komponente immer noch verschwommen bleiben, macht die Reproduzierbarkeit und Allgegenwart dieses Signals es zu einer häufigen Wahl für psychologische Tests sowohl in der Klinik als auch im Labor.

Geschichte[edit]

Frühe Beobachtungen des P300 (genauer gesagt der Komponente, die später als P3b bezeichnet wurde) wurden Mitte der 1960er Jahre gemeldet. Im Jahr 1964 Forscher Chapman und Bragdon^[4] fanden heraus, dass die ERP-Reaktionen auf visuelle Reize unterschiedlich waren, je nachdem, ob die Reize eine Bedeutung hatten oder nicht. Sie zeigten den Probanden zwei Arten von visuellen Reizen: Zahlen und Lichtblitze. Die Probanden betrachteten diese Reize einzeln in einer Sequenz. Für jeweils zwei Zahlen mussten die Probanden einfache Entscheidungen treffen, z. B. angeben, welche der beiden Zahlen numerisch kleiner oder größer war, welche in der Sequenz an erster oder zweiter Stelle stand oder ob sie gleich waren. Bei der Untersuchung der evozierten Potentiale für diese Stimuli (dh ERPs) stellten Chapman und Bragdon fest, dass sowohl die Zahlen als auch die Blitze die erwarteten sensorischen Reaktionen (z. B. visuelle N1-Komponenten) hervorriefen und dass die Amplitude dieser Reaktionen in erwarteter Weise mit variierte die Intensität der Reize. Sie fanden auch heraus, dass die ERP-Antworten auf die Zahlen, aber nicht auf die Lichtblitze, eine große Positivität enthielten, die etwa 300 ms nach dem Auftreten des Stimulus ihren Höhepunkt erreichte. Chapman und Bragdon spekulierten, dass diese unterschiedliche Reaktion auf die Zahlen, die als P300-Reaktion bekannt wurde, auf der Tatsache beruhte, dass die Zahlen für die Teilnehmer bedeutsam waren, basierend auf der Aufgabe, die sie ausführen sollten.

1965 veröffentlichten Sutton und Kollegen Ergebnisse aus zwei Experimenten, die diese späte Positivität weiter untersuchten. Sie präsentierten den Probanden entweder einen Hinweis, der angibt, ob der folgende Stimulus ein Klick oder ein Blitz ist, oder einen Hinweis, bei dem die Probanden erraten müssen, ob der folgende Stimulus ein Klick oder ein Blitz ist. Sie fanden heraus, dass, wenn die Probanden erraten mussten, was der folgende Reiz sein würde, die Amplitude des “späten positiven Komplexes”^[5] war größer als wenn sie wussten, was der Reiz sein würde. In einem zweiten Experiment präsentierten sie zwei Cue-Typen. Für einen Cue gab es eine 2: 3-Chance, dass der folgende Stimulus ein Klick sein würde, und eine 1: 3-Chance, dass der folgende Stimulus ein Blitz sein würde. Der zweite Cue-Typ hatte Wahrscheinlichkeiten, die die Umkehrung des ersten waren. Sie fanden heraus, dass die Amplitude des positiven Komplexes als Reaktion auf die weniger wahrscheinlichen Reize oder diejenige, die nur eine 1: 3-Chance hatte, größer zu sein, größer war. Ein weiteres wichtiges Ergebnis dieser Studien ist, dass dieser späte positive Komplex sowohl für Klicks als auch für Blitze beobachtet wurde, was darauf hinweist, dass der physische Typ des Stimulus (auditorisch oder visuell) keine Rolle spielte.

In späteren Studien, die 1967 veröffentlicht wurden, ließen Sutton und Kollegen die Probanden erraten, ob sie einen Klick oder zwei Klicks hören würden.^[6] Sie beobachteten erneut eine Positivität etwa 300 ms nach dem zweiten Klicken – oder wären im Fall des einzelnen Klicks aufgetreten. Sie ließen die Probanden auch erraten, wie lang das Intervall zwischen den Klicks sein könnte, und in diesem Fall trat die späte Positivität 300 ms nach dem zweiten Klick auf. Dies zeigt zwei wichtige Ergebnisse: Erstens, dass diese späte Positivität auftrat, als die Unsicherheit über die Art des Klicks behoben wurde, und zweitens, dass selbst das Fehlen eines Stimulus den späten positiven Komplex hervorrufen würde, wenn dieser Stimulus für die Aufgabe relevant wäre. Diese frühen Studien förderten den Einsatz von ERP-Methoden zur Untersuchung der Kognition und bildeten eine Grundlage für die umfangreichen Arbeiten am P300 in den folgenden Jahrzehnten.

P3a und P3b[edit]

Die P300-Antwort als Funktion der Oddball-Wahrscheinlichkeit. Von Überraschungsantwort als Test für komprimierte Speicherzustände.^[2] Das ERP zeigt eine größere P300-Antwortgröße auf Oddball-Stimuli und eine geringere P300-Antwort auf Standardstimuli, wenn die Oddball-Wahrscheinlichkeit abnimmt.

Die P3a oder Neuheit P3,^[7] hat eine positiv verlaufende Amplitude, die die maximale Amplitude über den Frontal- / Zentralelektrodenstellen anzeigt, und eine Spitzenlatenz im Bereich von 250–280 ms. Das P3a wurde mit Gehirnaktivität in Verbindung gebracht, die mit dem Engagement der Aufmerksamkeit (insbesondere der Orientierung, unwillkürlichen Verschiebung zu Veränderungen in der Umgebung) und der Verarbeitung von Neuheiten zusammenhängt.^[8]

Der P3b hat eine positiv verlaufende Amplitude (normalerweise relativ zu einer Referenz hinter dem Ohr oder dem Durchschnitt von zwei solchen Referenzen), die einen Spitzenwert bei etwa 300 ms aufweist, und der Spitzenwert variiert in der Latenz von 250 bis 500 ms oder mehr, abhängig von der Aufgabe und die individuelle Betreffantwort.^[3] Die Amplituden sind typischerweise auf der Kopfhaut über den parietalen Gehirnbereichen am höchsten.^[3] Das P3b war ein herausragendes Instrument zur Untersuchung kognitiver Prozesse, insbesondere der psychologischen Forschung zur Informationsverarbeitung. Im Allgemeinen lösen unwahrscheinliche Ereignisse einen P3b aus, und je weniger wahrscheinlich das Ereignis ist, desto größer ist die P3b-Amplitude.^[9] Es wurde gezeigt, dass dies sowohl für die Gesamtwahrscheinlichkeit als auch für die lokale Wahrscheinlichkeit gilt.^[2] Um jedoch ein P3b auszulösen, muss das unwahrscheinliche Ereignis in irgendeiner Weise mit der vorliegenden Aufgabe in Beziehung stehen (zum Beispiel könnte das unwahrscheinliche Ereignis ein seltener Zielbuchstabe in einem Strom von Buchstaben sein, auf den ein Betreff mit einem antworten könnte Tastendruck). Mit dem P3b kann auch gemessen werden, wie anspruchsvoll eine Aufgabe für die kognitive Arbeitsbelastung ist.^[9]

Seit der ersten Entdeckung des P300 hat die Forschung gezeigt, dass der P300 zwei Unterkomponenten hat. Die Unterkomponenten sind die Neuheit P3 oder P3a und der Klassiker P300, der inzwischen in P3b umbenannt wurde.^[10]

Anwendungen[edit]

Seit Mitte der 1980er Jahre ist eine der am meisten diskutierten Anwendungen von ERPs wie dem P300 die Lügenerkennung. In einem vorgeschlagenen “Schuld-Wissenstest”^[11] Ein Subjekt wird über das Oddball-Paradigma abgefragt, ähnlich wie es in einer typischen Lügendetektorsituation der Fall wäre. Diese Praxis hat in letzter Zeit eine erhöhte rechtliche Zulässigkeit erfahren^{[citation needed]} Während die konventionelle Polygraphie ihre Verwendung zum Teil aufgrund der unbewussten und unkontrollierbaren Aspekte des P300 verringert hat. Die Technik beruht auf einer reproduzierbaren Auslösung der P300-Welle, die für die Idee einer von Dr. Lawrence Farwell entwickelten multifacettierten elektroenzephalographischen Reaktion (MERMER) im Zusammenhang mit Gedächtnis und Codierung von zentraler Bedeutung ist.

Anwendungen in der Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) wurden ebenfalls vorgeschlagen.^[12][13][14] Der P300 verfügt über eine Reihe wünschenswerter Eigenschaften, die bei der Implementierung solcher Systeme hilfreich sind. Erstens ist die Wellenform konsistent nachweisbar und wird als Reaktion auf präzise Reize ausgelöst. Die P300-Wellenform kann auch bei fast allen Probanden mit geringen Abweichungen in den Messtechniken hervorgerufen werden, was zur Vereinfachung des Schnittstellendesigns und zur Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit beitragen kann. Die Geschwindigkeit, mit der eine Schnittstelle arbeiten kann, hängt davon ab, wie erkennbar das Signal trotz “Rauschen” ist. Eine negative Eigenschaft des P300 ist, dass die Amplitude der Wellenform eine Mittelung mehrerer Aufzeichnungen erfordert, um das Signal zu isolieren. Dieser und andere Verarbeitungsschritte nach der Aufzeichnung bestimmen die Gesamtgeschwindigkeit einer Schnittstelle.^[13] Der von Farwell und Donchin vorgeschlagene Algorithmus^[15] bietet ein Beispiel für ein einfaches BCI, das sich auf die unbewussten Entscheidungsprozesse des P300 stützt, um einen Computer anzutreiben. Dem Betreff wird ein 6 × 6-Zeichenraster angezeigt, und verschiedene Spalten oder Zeilen werden hervorgehoben. Wenn eine Spalte oder Zeile das Zeichen enthält, das ein Subjekt kommunizieren möchte, wird die P300-Antwort ausgelöst (da dieses Zeichen “speziell” ist, ist es der Zielreiz, der im typischen Oddball-Paradigma beschrieben wird). Die Kombination aus Zeile und Spalte, die die Antwort hervorgerufen hat, lokalisiert das gewünschte Zeichen. Eine Reihe solcher Versuche muss gemittelt werden, um das EEG-Rauschen zu beseitigen. Die Geschwindigkeit der Hervorhebung bestimmt die Anzahl der pro Minute verarbeiteten Zeichen. Ergebnisse von Studien mit diesem Setup zeigen, dass normale Probanden eine Erfolgsrate von 95% bei 3,4–4,3 Zeichen / min erreichen konnten. Solche Erfolgsraten sind nicht auf nicht behinderte Benutzer beschränkt. Eine im Jahr 2000 durchgeführte Studie ergab, dass 4 gelähmte Teilnehmer (einer mit vollständiger Querschnittslähmung, drei mit unvollständiger Querschnittslähmung) genauso erfolgreich abschnitten wie 10 normale Teilnehmer.^[13]

Wissenschaftliche Forschung stützt sich häufig auf die Messung des P300, um ereignisbezogene Potenziale zu untersuchen, insbesondere im Hinblick auf die Entscheidungsfindung. Da kognitive Beeinträchtigungen häufig mit Modifikationen des P300 korrelieren, kann die Wellenform als Maß für die Wirksamkeit verschiedener Behandlungen auf die kognitive Funktion verwendet werden. Einige haben aus genau diesen Gründen die Verwendung als klinischer Marker vorgeschlagen. In der klinischen Forschung gibt es ein breites Anwendungsspektrum für den P300.^[16]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]