Волна P300 ( P3 ) — это компонент потенциала, связанного с событием (ERP), выявляемый в процессе принятия решения. Она считается эндогенным потенциалом, поскольку ее возникновение связано не с физическими характеристиками стимула, а с реакцией человека на него. Более конкретно, считается, что P300 отражает процессы, вовлеченные в оценку или категоризацию стимула.
Обычно он вызывается с помощью парадигмы oddball , в которой маловероятные целевые элементы смешиваются с высоковероятными нецелевыми (или «стандартными») элементами. При регистрации с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) он проявляется как положительное отклонение напряжения с латентностью (задержкой между стимулом и реакцией) примерно от 250 до 500 мс. [3] В научной литературе часто проводится дифференциация в P3, которая делится по времени: раннее окно P3 (300-400 мс) и позднее окно P3 (380-440 мс). [4]
Сигнал обычно измеряется наиболее сильно электродами, покрывающими теменную долю . Наличие, величина, топография и время этого сигнала часто используются в качестве показателей когнитивной функции в процессах принятия решений. Хотя нейронные субстраты этого компонента ERP все еще остаются неясными, воспроизводимость и повсеместность этого сигнала делают его обычным выбором для психологических тестов как в клинике, так и в лаборатории.
Ранние наблюдения P300 (точнее, компонента, который позже будет назван P3b) были опубликованы в середине 1960-х годов. В 1964 году исследователи Чепмен и Брэгдон [5] обнаружили, что реакции ERP на визуальные стимулы различались в зависимости от того, имели ли стимулы смысл или нет. Они показывали испытуемым два вида визуальных стимулов: числа и вспышки света. Испытуемые видели эти стимулы по одному в последовательности. Для каждых двух чисел испытуемые должны были принять простые решения, например, сказать, какое из двух чисел было численно меньше или больше, какое из них было первым или вторым в последовательности или были ли они равны. При исследовании вызванных потенциалов на эти стимулы (т. е. ERP), Чепмен и Брэгдон обнаружили, что и числа, и вспышки вызывали ожидаемые сенсорные реакции (например, визуальные компоненты N1), и что амплитуда этих реакций ожидаемым образом изменялась в зависимости от интенсивности стимулов. Они также обнаружили, что реакции ERP на числа, но не на вспышки света, содержали большую позитивность, которая достигала пика примерно через 300 мс после появления стимула. Чепмен и Брэгдон предположили, что эта дифференциальная реакция на числа, которая стала известна как реакция P300, возникла из-за того, что числа были значимы для участников, исходя из задачи, которую их просили выполнить.
В 1965 году Саттон и его коллеги опубликовали результаты двух экспериментов, которые более подробно исследовали эту позднюю позитивность. Они предъявляли испытуемым либо подсказку, которая указывала, будет ли следующим стимулом щелчок или вспышка, либо подсказку, которая требовала от испытуемых угадать, будет ли следующим стимулом щелчок или вспышка. Они обнаружили, что когда испытуемым требовалось угадать, каким будет следующий стимул, амплитуда «позднего положительного комплекса» [6] была больше, чем когда они знали, каким будет стимул. Во втором эксперименте они предъявляли два типа подсказок. Для одной подсказки был шанс 2 из 3, что следующим стимулом будет щелчок, и шанс 1 из 3, что следующим стимулом будет вспышка. Второй тип подсказок имел вероятности, обратные первому. Они обнаружили, что амплитуда положительного комплекса была больше в ответ на менее вероятные стимулы или тот, который имел только 1 из 3 шансов появления. Другим важным выводом этих исследований является то, что этот поздний положительный комплекс наблюдался как для щелчков, так и для вспышек, что указывает на то, что физический тип стимула (слуховой или визуальный) не имеет значения.
В более поздних исследованиях, опубликованных в 1967 году, Саттон и его коллеги предложили испытуемым угадать, услышат ли они один щелчок или два щелчка. [7] Они снова наблюдали позитивность примерно через 300 мс после того, как произошел второй щелчок — или должен был произойти, в случае одиночного щелчка. Они также предложили испытуемым угадать, каким может быть интервал между щелчками, и в этом случае поздняя позитивность произошла через 300 мс после второго щелчка. Это показывает два важных вывода: во-первых, что эта поздняя позитивность произошла, когда была разрешена неопределенность относительно типа щелчка, и, во-вторых, что даже отсутствие стимула вызвало бы поздний положительный комплекс, если указанный стимул был релевантным задаче. Эти ранние исследования поощряли использование методов ERP для изучения познания и обеспечили основу для обширной работы над P300 в последующие десятилетия.
P3a, или новизна P3, [8] имеет положительную амплитуду, которая показывает максимальную амплитуду над фронтальными/центральными электродными участками и имеет пиковую латентность в диапазоне 250–280 мс. P3a был связан с активностью мозга , связанной с вовлечением внимания (особенно ориентацией , непроизвольными переключениями на изменения в окружающей среде), и обработкой новизны. [9]
P3b имеет положительную амплитуду (обычно относительно референта за ухом или среднего значения двух таких референтов), которая достигает пика примерно в 300 мс, а задержка пика будет варьироваться от 250 до 500 мс или более в зависимости от задачи и индивидуальной реакции субъекта. [3] Амплитуды обычно самые высокие на коже головы над теменными областями мозга. [3] P3b был выдающимся инструментом, используемым для изучения когнитивных процессов, особенно психологических исследований по обработке информации. Вообще говоря, маловероятные события вызовут P3b, и чем менее вероятно событие, тем больше амплитуда P3b. [10] Было показано, что это верно как для общей вероятности, так и для локальной вероятности. [2] Однако для того, чтобы вызвать P3b, маловероятное событие должно быть каким-то образом связано с поставленной задачей (например, маловероятным событием может быть редкая целевая буква в потоке букв, на которую субъект может ответить нажатием кнопки). P3b также можно использовать для измерения того, насколько сложна задача с точки зрения когнитивной нагрузки . [10]
С момента первоначального открытия P300 исследования показали, что P300 имеет два подкомпонента. Подкомпоненты — это новинка P3, или P3a , и классический P300, который с тех пор был переименован в P3b . [11]
С середины 1980-х годов одно из наиболее обсуждаемых применений ERP, таких как P300, связано с детектированием лжи . В предлагаемом «тесте на знание вины» [12] субъект допрашивается с помощью странной парадигмы, во многом подобной той, которая была бы в типичной ситуации с детектором лжи. Эта практика недавно получила большую юридическую допустимость, в то время как традиционная полиграфия увидела свое сокращение, отчасти из-за бессознательных и неконтролируемых аспектов P300. Метод основан на воспроизводимом выявлении волны P300, центральной для идеи многогранного электроэнцефалографического ответа, связанного с памятью и кодированием (MERMER), разработанной доктором Лоуренсом Фарвеллом .
Также были предложены приложения в интерфейсе мозг-компьютер (BCI). [13] [14] [15] P300 обладает рядом желательных качеств, которые помогают в реализации таких систем. Во-первых, форма волны постоянно обнаруживается и вызывается в ответ на точные стимулы. Форма волны P300 также может быть вызвана почти у всех субъектов с небольшими вариациями в методах измерения, что может помочь упростить дизайн интерфейса и обеспечить большую удобство использования. Скорость, с которой интерфейс может работать, зависит от того, насколько обнаруживаем сигнал, несмотря на «шум». Одной из отрицательных характеристик P300 является то, что амплитуда формы волны требует усреднения нескольких записей для изоляции сигнала. Этот и другие этапы обработки после записи определяют общую скорость интерфейса. [14] Алгоритм, предложенный Фарвеллом и Дончином [16], представляет собой пример простого BCI, который полагается на бессознательные процессы принятия решений P300 для управления компьютером. Сетка символов 6×6 предъявляется субъекту, и различные столбцы или строки выделяются. Когда столбец или строка содержит символ, который субъект желает сообщить, вызывается реакция P300 (поскольку этот символ «особенный», он является целевым стимулом, описанным в типичной парадигме oddball). Сочетание строки и столбца, вызвавшее реакцию, определяет нужный символ. Количество таких попыток должно быть усреднено, чтобы очистить ЭЭГ от шума. Скорость выделения определяет количество символов, обрабатываемых в минуту. Результаты исследований с использованием этой установки показывают, что нормальные испытуемые могут достичь 95% успеха при 3,4–4,3 символа/мин. Такие показатели успеха не ограничиваются пользователями без инвалидности; исследование, проведенное в 2000 году, показало, что 4 парализованных участника (один с полной параплегией, трое с неполной параплегией) выступили так же успешно, как 10 нормальных участников. [14]
Научные исследования часто опираются на измерение P300 для изучения потенциалов, связанных с событиями, особенно в отношении принятия решений. Поскольку когнитивные нарушения часто коррелируют с изменениями в P300, форма волны может использоваться в качестве меры эффективности различных методов лечения когнитивных функций. Некоторые предлагают использовать ее в качестве клинического маркера именно по этим причинам. Существует широкий спектр использования P300 в клинических исследованиях. [17]
Некоторые исследовательские группы использовали фМРТ в сочетании с ЭЭГ для достижения диктовки внутренней речи и подхода к распознаванию внутренней речи. [18] [19] [20]
Волна P300, полученная путем визуальной стимуляции, используется для оценки когнитивных процессов у людей, а значение задержки и амплитуды волны P300 может быть мерой тяжести процессов деменции. [21] Анализ задержки волны P300 представляется особенно полезным при диагностике легких когнитивных нарушений (ЛКР). [22]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )