事象関連電位とオドボール課題

ソース: ジョナス ・ t. カプラン サラ I. ギンベル所-南カリフォルニア大学

圧倒的な感覚的な器官によってキャプチャされた情報量を考えると、脳はある特定の刺激は、何は現在重要ではない可能性がありますに少ない労力を費やすとは何かに出席するための処理を優先することが重要です。脳を使用して 1 つのヒューリスティックは、頻繁にまたはが予期しない、またはユニークな刺激に有利な一定の刺激を無視することです。したがって、稀なでき事は多くの顕著な私たちの注目を集める傾向があります。さらに、現在の行動目標に関連する刺激が関連するものよりも優先します。

注意の神経生理学的相関は、型破りなパラダイムを使用して実験的に検討されています。参加者は、一連の反復的なオーディオまたは視覚刺激の予期しない刺激によって中断される頻度が低いと最初に 1975 年に導入オドボール課題を提案します。¹この中断標的刺激による事象関連電位 (Erp) として知られている頭皮で書き込み可能なある特定の電気イベントを引き出すために示されています。ERP は、特定の感覚、認知、またはモーター イベントから生じる測定した脳の反応です。事象関連電位は脳波 (EEG) 病と正常機能患者の脳機能を評価の非侵襲的手段を使用して測定されます。型破りなイベントへの応答で、P300 と呼ばれる頭皮の頭頂部全体が特定の ERP 成分が向上します。P300 は肯定的行くたわみについて刺激発症後 250 と 500 ms の間に発生する脳波信号に。一般に、初期電位は感覚運動処理後電位 P300 のような認知的処理を反映反映します。

このビデオでは、脳波を用いたオドボール課題を管理する方法を示します。ビデオがカバーのセットアップと脳波の管理とコントロールとターゲットの両方の刺激オドボール課題における事象関連電位の解析関連。このタスクでは脳波電極で参加者が設定し、彼らを表示コントロール刺激、ターゲット刺激が点在しながら、脳の活動が記録されます。手順は、ハビビらに似ています。²時間はターゲット刺激を提示すると、各参加者は、ボタンを押した。Erp をコントロールとターゲット刺激の間で平均したときは、選択した時間帯に各イベントに関わる神経基盤を比較できます。

1. 参加者募集

1. 実験の参加者 20 名を募集します。
2. 参加者研究手順の完全に通知されている、すべての適切な同意書に署名したことを確認します。

2. データの収集

1. 脳波準備 (注: これらの手順は、Synamps 2 のアンプと 64 チャンネル クイック キャップ Neuroscan 4.3 システムで使用します)。
   1. 脳波研究の参加者に参加する前に自分の髪の毛製品 (例えばゲル、マウス、またはリーブインコンディショナー) をなりません。
   2. 導電性電極ゲル (すなわち、クイック ゲル) で 2-4、10 ml 注射器を満たしなさい。それは空気泡を解放するためにそれを使用する前にゲルを攪拌する勧めします。
   3. 髪をブラシし、頭皮を徹底的に (約 5 分)。
   4. アルコールや綿のガーゼできれいな頭は。また電極の配置のための皮膚をきれいに: の下と左上 (それぞれの耳)、背後にある 2 つの突起の眼 VEO (垂直電気眼)、許 (水平電気眼; それぞれの目の遠い側面図 1、左)。
   5. 両面接着ディスクを使用すると、電極を配置します。
   6. (下の後ろの頭のバンプ) イオン (眉毛、半ば目) 間で直接正面からヘッドを測定します。この距離 (小規模、中規模、または大規模な) キャップのサイズを決めます。キャップ額の測定距離の 10% をマークし、半ば前頭葉電極 (FPz) はこのマークがポイントに配置ことを確認してください。
   7. 面電極をキャップに彼らのそれぞれのコードに付着します。
   8. ゲルの電極の充填、鈍針の先端を使用してので、頭皮に直接接触電極は、電極の下に脇毛をこすり開始します。皮膚を傷つけないように留意します。
      1. 電極を少し持ち上げると、ゲルを挿入しやすくなります。ほとんどの場合、電極の下に毛があります。よいインピー ダンスの道を移動することになります。
   9. 防音仕様の部屋に参加者、キャップと個々 の電極に接続します。
   10. それの下で 10 KΩ を維持する電極頭皮接続のインピー ダンスを確認します。インピー ダンスが高い場合は、電極が導電性ゲルとは、頭皮との接触を確認します。
       1. インピー ダンスは交流電流の流れを妨げる傾向です。高インピー ダンス データのノイズを増加させることができるし、研究開始前に最小限に抑える必要があります。
       2. ほとんどの場合、髪は電極の邪魔です。方法のうちに移動はよりよいインピー ダンスを得るべきです。
   11. 一度すべての電極に適したインピー ダンスをノイズの void 脳波トレース、データ収集を開始できます。

図 1: 電極配置します。眼球運動の成果物 (左) を検出する表面電極の配置。直接すぐ下に頭の後ろにバンプに眉毛の間から測定の図。この測定値の 10% は半ば目マークの上測定、キャップの FPZ 電極配置です (右)。

2. 脳波データの収集
   1. 作業を行う参加者を準備します。
      1. (音響および電気的シールド) 音と光減衰の部屋に 16 インチのコンピューターの画面から 75 cm の椅子に参加者を配置します。
      2. 彼/彼女が画面に表示される色の円を見ることを参加者に伝えます。たびに緑色の円を見ると、参加者は、彼/彼女の右手 (図 2) のボタンを押す必要があります。
         1. 1000 ms の刺激間隔の刺激プレゼンテーション間での 1000 ms の各刺激を示します。
         2. 非ターゲットの赤い円の 96 のプレゼンテーションの間でランダムに散在している 64 ターゲット刺激を示します。128 ターゲット刺激試験と 192 の非ターゲット コントロール試験の合計はこのシーケンスを 2 回、繰り返します。
   2. システムを起動し、機能上のタスクのプレゼンテーションで脳波の記録を連続しています。
   3. 脳波、1024 の利得と帯域通過 0.01-100 のアンプによって増幅される Hz。
   4. 瞬目反応によって汚染された試験およびオフライン アーティファクト除去 (試験の約 15%) がエリミネートされます。

図 2: オドボール課題の設計を検討します。参加者には赤い丸や緑色の円のいずれかが表示されます。各刺激は、1 s、1 s の空白の画面が続きます。彼のたびには参加者は、緑色の円を見て右手にボタンを押すように指示が。

3. データ分析

1. 平均突起にデータをオフラインで参照します。
2. 連続脳波データを開始の 200 ms 前と刺激の開始後終了 1000 ms の新紀元に分割します。
3. エポックは、エポック刺激の開始前に 200 ms を使用して訂正基準です。
4. モーションの成果物を修正するに任意の脳波電極を 150 μ v を超える信号の変化の時代は、平均に含まれていません。
5. データはオフライン デジタル フィルター処理 (バンドパス 0.05 20 Hz)。
6. ターゲット コントロールとコントロール刺激の Pz 記録サイトから表示されている ERP の平均値を使用します。
   1. 頭頂のピーク (潜時や振幅) P300 は電極 Pz で自動的に取得されます。
7. 統計解析
   1. 頭頂の Pz 電極から ERP 平均値をプロットします。
   2. ピーク振幅と待ち時間には、ターゲット コントロールとコントロール刺激の違いがあるかどうかを決定するのに各遅延範囲の F テストを使用します。

参加者がボタンを押すたびに彼らは緑色の円を見たで応答するように指示されたオドボール課題、中に参加者がコントロール赤サークルを表示したときと比較して増加頭頂 P300 があった。コントロール トレース(図 3の P300 ピークがあったに対し、このトレース ピーク、刺激の開始に続く約 350 ms)。

図 3:ベースラインと型破りなイメージに P300 頭頂応答します。ベースライン イメージ (赤) と型破りなイメージ (緑) に頭頂部の応答の平均 ERP 時間トレース。応答は、ミリ秒以上ローパワーで測定されます。

これらの結果は、頭頂葉の活動増加、型破りな項目を提示すると、タスクに関連する、顕著な刺激を識別する神経プロセスを反映することを示します。脳は、これらの項目とそれらの処理に資源を集中し、効率を高めます。この方法で注目を集める刺激はより迅速に対応、また後でより良い記憶。

その非常に高い時間分解能により、ERP アプローチにより、非常に高速な心理的なプロセスに対応する電気イベント間の差別です。オドボール課題が 2 つの似たような刺激間差別半分未満の頭頂葉から電気の署名を明らかに、この力を示して 2 番目のプレゼンテーションの後。タスクは、現在の生物学的重要性を持つ環境の機能を識別するための脳のプロセスにウィンドウを提供します。³

型破りなパラダイムは、ボトムアップとトップダウンの注意の側面を兼ね備えています。ボトムアップの注意は、私たち自身の意図的な計画や目標に関係なく私たちの注目をキャプチャする刺激の外因性の能力を指します。これの出番オドボール課題におけるターゲットが珍しいと目立たせる実験で他の刺激とは異なる。トップダウンの注意は、私たちの現在のタスクの目標に基づいて着信情報をフィルター処理する当社の能力を指します。オドボール課題トップダウン注意の側面を含むは、我々 がターゲット刺激にのみ反応するように指示されますので、したがって我々 が意識的にしようそれらに出席するため。研究では、P300 電位場合がある初期および後期のサブコンポーネントの目新しさ、刺激とターゲットとして、刺激のトップダウンの認知分類を反映している (呼ばれる P3b) 後のサブコンポーネントによって駆動されるボトムアップ顕著性を反映した初期のサブコンポーネント (と呼ばれる P3a) を発見しました。オドボール課題は、したがって、注意プロセスの堅牢かつ複雑なプローブです。

脳での情報処理の信頼性の高いマーカーとしてオドボール課題によって誘発される P300 は attentional 機能障害の有用なバイオ マーカーをすることができます。たとえば、ADHD を持つ子供の可能性、小さいと後で P300 を示し⁴これらの違いは増加する傾向を効果的な薬物療法⁵

1. Squires, N.K., Squires, K.C. & Hillyard, S.A. Two varieties of long-latency positive waves evoked by unpredictable auditory stimuli in man. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 38, 387-401 (1975).
2. Habibi, A., Wirantana, V. & Starr, A. Cortical Activity during Perception of Musical Rhythm; Comparing Musicians and Non-musicians. Psychomusicology 24, 125-135 (2014).
3. Halgren, E. & Marinkovic, K. Neurophysiological networks integrating human emotions. in The Cognitive Neurosciences (ed. Gazzaniga, M.S.) 1137-1151 (MIT Press, Cambridge, MA, 1995).
4. Doyle, A.E., et al. Attention-deficit/hyperactivity disorder endophenotypes. Biol Psychiatry 57, 1324-1335 (2005).
5. Winsberg, B.G., Javitt, D.C. & Silipo, G.S. Electrophysiological indices of information processing in methylphenidate responders. Biol Psychiatry 42, 434-445 (1997).