Evoked Response Potentials

Transkrypt

1 Evoked Response Potentials

2

3

4 słuchowy ERP Pomiar z elektrody Fz - uśredniony dla 35 ekspozycji.

5 ERPs mają amplitudę daleko mniejszą niż szum (rzędu pojedynczych μv) - szum biologiczny pozostała aktywność mózgu - szum pomiarowy amplituda szumu μV uśrednianie S/N (signal-to-noise) jest funkcją liczby triali N S/N ~ N np. dwukrotny wzrost liczby triali 1.41 x S/N

6

7

8 Komponenty egzogenne vs endogenne

9

10

11 przykładowy problem exp: na jakim etapie przetwarzana jest valencja bodźców? Schupp 2008

12 kiedy technika ERPów nie sprawdza się: pewność i precyzja lokalizacji (do pewnego stopnia można lokalizować źródła) brak możliwości powtórzenia triali brak odniesienia do konkretnego, powtarzalnego punktu czasowego adaptacja? - potrzeba badania bodźców nowych ruchy głowy, mowa silne zakłócenia od mięśni języka

13 visual C1 (65-90 ms) powstaje w 1-rzędowej korze wzrokowej (striate cortex BA17 V1 - calcarine sulcus (V1) polaryzacja różna w zależności od lokalizacji bodźca (dolna/górna połowa pola widzenia zauważalny przy stosunkowo intensywnych bodźcach komponent egzogenny (przeduwagowy) Rossi et al. 2012

14 visual C1 (65-90 ms) powstaje w 1-rzędowej korze wzrokowej (striate cortex BA17) polaryzacja różna w zależności od lokalizacji bodźca (dolna/górna połowa pola widzenia zauważalny przy stosunkowo intensywnych bodźcach komponent egzogenny (przeduwagowy) Rossi et al. 2012

15 visual P1 (ok ms) powstaje w korze wzrokowej wyższego rzędu analizowana z elektrod PO, O maximum kontralateralnie do strony prezentacji bodźca komponent mezogenny (czuły zarówno na charakterystykę fizyczną bodźca jak i na uwagę) koszt uwagowy (Luck) dekrement P1 proporcjonalny do kosztu przeniesienia uwagi Fellinger et al. 2011

16 visual P1 (ok ms) powstaje w korze wzrokowej wyższego rzędu analizowana z elektrod PO, O maximum kontralateralnie do strony prezentacji bodźca komponent mezogenny (czuły zarówno na charakterystykę fizyczną bodźca jak i na uwagę) koszt uwagowy (Luck) dekrement P1 proporcjonalny do kosztu przeniesienia uwagi Rossion et al. 2011

17 visual P1 (ok ms) powstaje w korze wzrokowej wyższego rzędu analizowana z elektrod PO, O maximum kontralateralnie do strony prezentacji bodźca komponent mezogenny tj. zarówno endo jak i egzogenny (czuły zarówno na charakterystykę fizyczną bodźca jak i na czynniki top-down) koszt uwagowy (Luck) Michałowski et al. 2010

18 visual N1 ( ms) każdy bodziec wzrokowy manipulacja uwagą zmienia wielkość N1 widoczny również (słabsza amplituda), kiedy uwaga jest odwrócona analiza percepcyjną związany z selektywną uwagą latencja i amplituda - processing effort (zadania związane z większą uwagą lub wysiłkiem dyskryminacji/kategoryzacji) intensywność bodźca benefit uwagowy - inkrement wskazuje zysk z poprawnie zaalokowanej uwagi nastawienie percepcyjne / uważność wpływa na N1 (uwaga) analizowana z elektrod PO, O

19 potencjał N1

20 Cobretta & Schulman, 2003 dorsal stream uwaga top-down (zlokalizowana bilateralnie): - IPs intraparietal sulcus - kora potyliczna, - FEF frontal eye-field) ventral stream uwaga bottom-up (zlokalizowana prawostronnie) rtpj right temporoparietal junction styk skroniowo-ciemieniowy rstg right superior temporal gyrus górny zakręt skroniowy, rvfc right ventral frontal cortex brzuszna kora frontalna

21 N170 Bentin et al analog N1 widoczny przy przetwarzaniu twarzy słabszy - inne złożone obiekty wymagające precyzyjnej analizy percepcyjnej nieczuły na cechy twarzy (np. expresja emocjonalna) Kuefner et al Rossion & Caharel 2011

22 auditory N100 ( ms) FC słuchowy zakręt Heschla częściowo przeduwagowy (pre-attentive) każdy nieoczekiwany stimulus, nie musi mieć znaczenia (task-irrelevant) nie pojawia się na dźwięki oczekiwane amplituda spada wraz z przewidywalnością czuły na parametry fizyczne bodźca wykazuje pewne zmiany związane z zaangażowaniem uwagi komponent mezogenny

23 MMN (Mismatch Negativity) reakcja na deviant (rzadko występujący bodziec) również na ominięcie bodźca (inaczej niż N100) latencja dłuższa niż N100

24 P200 / P2 VEP, AEP, latencja ms fronto-central oraz parieto-occipital PAMIĘĆ: porównywanie bodźca z wzorcem w pamięci (operacyjnej) amplituda większa na poprzednio widziane. P2 spada gdy wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia bodźca JĘZYK: niższa amplituda frontalnie dla słów gorzej później odpamiętanych, JĘZYK: prezentacja prawostronna (LH) amplituda zależna od P słów w zdaniu (kontext) P2 większe dla zakończeń zdań o niskiej zawartości informacyjnej (strongly constrained endings), UWAGA: odzwierciedla procesy selektywnej uwagi (supresja nieistotnych elementów, zawężanie pola przeszukiwania) - większe P2 gdy przeszukiwanie jest bardziej efektywne (selective attention), brak wpływu na latencję. UWAGA: detekcja cech (np.. kolor, orientacja, kształt etc.)

25 komponent P2

26 N200 / N2 rodzina negatywnych komponentów N2a, N2b, N2c związany jest z detekcją bodźca różniącego się od wcześniej wytworzonego wzorca lokalizacja może różnić się: wizualne max na e. occipitalnych słuchowe max na e. frontalnych i centralnych latencja N2 jest skorelowana z ew. RT na bodziec

27 N200 / N2b związany z inhibicją reakcji, próbami konfliktowymi, monitoringiem błędów, niezgodnością z oczekiwaniami może wyrażać koszt wstrzymania/zmiany przygotowywanej już reakcji behavioralnej np. Eriksen flanker task, Go/No-Go - N2b rośnie dla triali niekompatybilanych / związanych ze wstrzymaniem reakcji potencjalne źródło: kora obręczy ACC

28

29

30 P300 / P3 P3a ('novelty P3') 'orienting attention' kategoryzacja i evaluacja bodźców nowość (rare non-target) P3b procesy decyzyjne i generowanie reakcji prawdopodobieństwo wystąpienia bodźca (target)

31 P3a ('novelty P3') max e. frontalne i centralne latencja ms reakcja orientacyjna na nowy stimulus (uwaga orientacyjna albo mimowolny bottom-up przyciągnięcie uwagi wskutek zmiany w otoczeniu) A stopnia trudności w dyskryminacji bodźców podlega habituacji P3b max e. parietalne latencja ok 300ms ( ms) amplituda odwr. proporcj. do prawdop. pojawienia się bodźca czuły na cognitive workload związany ze znaczeniem bodźca związany z wymaganą reakcją

32 komponent P3b

33 P300

34 P300

35 N400 'cloze probabilty' słowa o wysokiej frekwencji komponent 'semantyczny' kontext indykator łatwości dostępu do pamięci semantycznej [?] wiązanie WM z SemMem proces przypisywania znaczenia kontext. [?] procesy pre-sematyczne [?] (Kutas & Hillyard 1980)

36 N400

37 P600 (Syntactic Positive Shift) obserwowany w exp z czytaniem lub słuchaniem zdań komponent 'syntaktyczny' błędy gramatyczne niezgodności gramatyczne źródło prawdop. w pobliżu kory Wernickego (Chun Yu et al. 2007)

38 LPP (Late Positive Potential) LPC (Late Positive Complex) latencja od ok ms może się utrzymywać do kilku sek wyższa amplituda dla bodźców emocjonalnych (POS, NEG) niż neutralnych (Horan et al. 2010)

39 UWAGA! do tej pory mówiliśmy o ERPach uśrednionych wzgledem bodźców (stimulus onset) teraz przechodzimy do ERPów uśrednionych do reakcji o.b. (response onset)

40 ERN Error Related Negativity FRN Feedback Related Negativity związany jest z popełnionym błędem (np. błedna reakcja) świadoma konstatacja błędu Nieuwenhuis, 2002

41 RP (Readiness Potential / Bereitschaftspotential) (Kornhuber 1965) LRP (Lateralized Readiness Potential) związany z ruchami dowolnymi rejestrowany ponad korą motoryczną zlateralizowany maximum kontralateralnie do uruchamianej kończyny widoczny kilkaset ms (nawet 1.2 sek) przed wykonaniem ruchu

42 Functional Generator P1 - sensory cortical response N1 - detection of stimulus P2 - elaboration of stimulus N2a (MMN) - sensory classification N2 - automatic stimulus evaluation P3a - orientation to a novel stimulus P3b - evaluation of stimulus/ allocation of attention to salient stimulus P600 - detection of grammatical errors/reprocessing N4 - recognition of semantic anomaly CNV - orienting to a warning & readiness to respond ERN - internal signal of error being committed Physiological Generator near primary sensory cortex near primary sensory cortex secondary sensory cortex secondary sensory areas? posterior cortex? prefrontal cortex parietal-temporal junction posterior cortex parieto-temporal cortex? prefrontal lobe (DLPFC) Anterior cingulate

43 Co z lokalizacją efektów?

44 Co z lokalizacją efektów?

45 Co z lokalizacją efektów? Laplacian Transform przestrzenny filtr pozwalający na wyostrzenie lokalizacji założenie, ze źródło jest na dorsalnej powierzchni kory (superficial)

46

47 Inverse problem dipol elektryczny w korze: Equivalent Current Dipole (ECD) równoważny dipol dla obserwowanego rozkładu potencjału na powierzchni

48 Inverse problem + -

49 Inverse problem + -

50 + + - Które z rozwiązań jest poprawne? nieskończona ilość kombinacji dająca na powierzchni taki sam rozkład potencjałów. -

51 modelowanie parametrów elektrycznych tkanek głowy BEM standardowy 4-warstwowy Boundary Element Model oparty o atlas MNI (Hamalainen & Sarvas, IEEE-TBME, 1989)

52 Inverse Solution metoda iteracyjna (Slotnick 2005) Yes Specify initial dipole parameters in head model Generate scalp potentials/fields using forward solution (Vmodel) Calculate SSE Σ (Vmodel Vdata) ΔSSE< 2 Accept dipole parameters ε No Adjust Parameters dopasowywanie modelu procedura iteracyjna minimalizacja sum kwadratów błędów miedzy danymi i modelem poprzez dopasowanie parametrów modelu (loaklizacja dipola, orientacja, wielkość, czas). Slotnick, 2005

53 Inverse Solution

54 Equivalent Source Modelling koordynaty Talairacha

55 Co z lokalizacją efektów? 2. dipole fitting (DIPFIT, BESA) VMPFC R Parietal R posterior Temporal area R DLPFC OFC

56 LORETA (Low Resolution EEG Tomography) Distributed Source Modelling zamiast rownoważnego, punktowego dipola mamy rozproszoną aktywację Pasqual-Marqui

57 L2 means norm (distribute solution)

58 przykładowe rozwiązania: czucie somatyczne bilateralne słyszenie