Кіріспе
Белгілі бір сенсорлық, когнитивтік немесе моторлық оқиғаның тікелей нәтижесі болып табылатын мидың жауабы – оқиғаға байланысты потенциал (ERP). Оқиғаға байланысты потенциал (ERP) – бұл белгілі бір сенсорлық, когнитивтік немесе моторлық оқиғаның тікелей нәтижесі болып табылатын өлшенген мидың жауабы. Формальдырақ айтқанда, бұл стимулға жауап ретінде болатын кез келген стереотипті электрофизиологиялық реакция. Миды осылай зерттеу мидың жұмысын бағалаудың инвазивті емес тәсілін ұсынады. ЭРП электроэнцефалография (ЭЭГ) арқылы өлшенеді. Магнитоэнцефалография (MEG) құралының ЭРП-ге баламасы – ERF, яғни оқиғаға байланысты өріс. Эвокациялық потенциалдар және индукцияланған потенциалдар – ЭРП-нің кіші түрлері болып табылады.
An event related potential (ERP) is the measured brain response that is the direct result of a specific sensory, cognitive, or motor event. More formally, it is any stereotyped electrophysiological response to a stimulus. The study of the brain in this way provides a noninvasive means of evaluating brain functioning. ERPs are measured by means of electroencephalography (EEG). The magnetoencephalography (MEG) equivalent of ERP is the ERF, or event related field. Evoked potentials and induced potentials are subtypes of ERPs.
Тарих
1924 жылы электроэнцефалограмманы (ЭЭГ) ашқан Ханс Бергер адам миының электрлік белсенділігін бас терісіне электродтар қойып, сигналды күшейте отырып өлшеуге болатынын көрсетті. Кернеудің өзгеруін белгілі бір уақыт аралығында тіркеуге болады. Ол кернеудің сезімдерді стимулдайтын сыртқы оқиғалардың әсеріне түсетінін байқады. ЭЭГ келесі онжылдықтарда ми белсенділігін жазу үшін пайдалы құрал болды. Дегенмен, когнитивтік нейробиологияның негізгі назарындағы аса нақты нейрондық процестерді бағалау қиын болды, себебі таза ЭЭГ деректерін қолдану жеке нейрокогнитивтік процестерді бөліп қарастыруды қиындатты. Оқиғаға байланысты потенциалдар (ERP) қарапайым орташалау әдістерін пайдалану арқылы нақты сезімдік, когнитивтік және моторлық оқиғаларды анықтаудың күрделі әдісін ұсынды. 1935–1936 жылдары Паулин және Хэллоуэлл Дэвис ояу адамдарда алғашқы ERP-ні тіркеді, ал олардың нәтижелері бірнеше жыл өткен соң, 1939 жылы жарияланды. Екінші дүниежүзілік соғыс салдарынан 1940 жылдары көп зерттеу жүргізілмеді, бірақ 1950 жылдары сезімдік мәселелерге қатысты зерттеулер қайта жанданды. 1964 жылы Грей Уолтер және оның әріптестерінің зерттеулері ERP компоненттерінің қазіргі заманға дейінгі дамуының бастамасы болды, олар контингенттік теріс өзгеру (CNV) деп аталатын алғашқы когнитивтік ERP компонентін анықтады. Саттон, Брарен және Зубин (1965) P3 компонентін ашу арқылы маңызды жаңалық жасады. Келесі он бес жыл ішінде ERP компоненттерін зерттеу кеңінен танымал болды. 1980-ші жылдары қолжетімді компьютерлердің енгізілуі когнитивтік нейробиологиялық зерттеулерге жаңа мүмкіндіктер ашты. Қазіргі уақытта ERP когнитивтік нейробиологиялық зерттеулерде ақпаратты өңдеумен байланысты сезімдік, қабылдау және когнитивтік белсенділіктің физиологиялық корреляттарын зерттеу үшін ең көп қолданылатын әдістердің бірі болып табылады.
Номенклатура
ERP толқын пішіндері негізгі компоненттер жиынтығымен байланысты оң және теріс кернеудің өзгерулерінің тізбегінен тұрады. Кейбір ERP компоненттері аббревиатуралармен белгіленсе де (мысалы, шартты теріс өзгерісі – CNV, қатеге байланысты теріс – ERN), көптеген компоненттер полярлығын (теріс/оң) көрсететін әріппен (N/P) таңбаланады, одан кейін сан келеді, ол миллисекундтармен өлшенген кешігуді немесе толқын пішініндегі компоненттің реттік нөмірін көрсетеді. Мысалы, толқын пішініндегі алғашқы маңызды өрбу және көбінесе стимул ұсынылғаннан кейін 100 миллисекундта пайда болатын теріс өрбу N100 (стимулдан кейін 100 мс кешігуді және теріс екенін көрсетеді) немесе N1 (бірінші өрбу екенін және теріс екенін көрсетеді) деп аталады; одан кейін көбінесе оң өрбу келеді, ол әдетте P200 немесе P2 деп аталады. ERP компоненттерінің көрсетілген кешігу уақыты көбінесе өзгереді, әсіресе стимулдың танымдық өңдеуімен байланысты кейінгі компоненттерде. Мысалы, P300 компоненті 250 мс – 700 мс аралығында кез келген уақытта өрбуді көрсетуі мүмкін.
Жүріс-тұрысты өлшеуге қатысты
Мінез-құлық процедураларымен салыстырғанда, ERP (оқиғалармен байланысты потенциалдар) ынталандыру мен жауап арасындағы өңдеудің үздіксіз өлшемін ұсынады, бұл нақты эксперименттік манипуляцияның қай кезеңге(лер)ге әсер ететінін анықтауға мүмкіндік береді. Мінез-құлық өлшемдеріне қарағанда тағы бір артықшылығы – мінез-құлықта өзгеріс болмаған кезде де ынталандырулардың өңделуін өлшеуге болады. Дегенмен, ERP-нің өте кішкентай амплитудасы болғандықтан, оны дұрыс өлшеу үшін көбінесе көптеген тәжірибелер қажет.
Инвазивтілігі
Микроэлектродтардан айырмасы, олар миға электрод енгізуді қажет етеді, ал ПЭТ-сканерлері адамдарды радиацияға ұшыратады, ЭРП болса инвазивті емес ЭЭГ әдісін қолданады.
Зерттеу
ЭРП нейробиология, когнитивтік психология, когнитивтік ғылым және психофизиологиялық зерттеулерде кеңінен қолданылады. Эксперименталды психологтар мен нейробиологтар қатысушылардан сенімді ЭРП-лерді тудыратын көптеген түрлі стимулдарды анықтады. Осы жауаптардың уақыты мидың байланыс уақытын немесе ақпаратты өңдеу уақытын өлшеуге мүмкіндік береді деп саналады. Мысалы, жоғарыда сипатталған шахмат үлгісінде сау қатысушылардың көру қабығының алғашқы жауабы шамамен 50–70 мс құрайды. Бұл көру стимулы көзге алғаш түскеннен кейін қабыққа жетуіне кететін уақытты көрсетеді. Сонымен қатар, P300 жауабы, мысалы, таңғажайып үлгіде 300 мс шамасында, ұсынылған стимулдың түріне қарамастан пайда болады: визуалды, тактильді, аудиторлық, иіс, дәм және т.б. Стимул түріне қатысты осы жалпы өзгермейтіндік қасиетінің арқасында P300 компоненті күтпеген және/немесе когнитивті тұрғыдан маңызды стимулдарға жоғары когнитивтік жауапты көрсетеді. P300 жауабы ақпаратты және есте сақтауды анықтау контекстінде де зерттелді. Сонымен қатар, депрессияда P300-дің бұзылулары туралы зерттеулер бар. Депрессияға шалдыққан науқастарда P200 және P300 амплитудасының төмендеуі және P300 латенттілігінің ұзаруы байқалады. ЭРП саласындағы тағы бір зерттеу саласы – эфференциялық көшірме. Бұл болжау механизмі, мысалы, адамның ауызша сөйлеуінде маңызды рөл атқарады. Дегенмен, эфференциялық көшірмелер тек айтылған сөздерде ғана емес, сонымен қатар ішкі тілде де кездеседі, яғни сөздердің іштен айтылуы, бұл оқиғаға байланысты потенциалдармен де дәлелденген. Ғылыми зерттеулерде, әсіресе нейролингвистикалық зерттеулерде жиі қолданылатын басқа ЭРП-лерге ELAN, N400 және P600/SPS кіреді. ЭРП деректерін талдау машиналық оқыту алгоритмдерімен де қолдау көрсетіледі.
Сынақтар саны
ERP зерттеулерінде жиі кездесетін мәселе – алынған деректердің статистикалық талдау жүргізуге жеткілікті мөлшерде сынақтан тұратынына қатысты. Кез келген адам үшін кез келген ERP-дегі фондық шу өзгеруі мүмкін. Сондықтан, компоненттің тұрақты жауабын қамтамасыз ету үшін қажетті ERP сынақтарының санын анықтау жеткіліксіз. ERP зерттеушілері жағдайлар немесе топтар арасындағы айырмашылықтарды зерттеуді негіздеу үшін, немесе жеке ерекшеліктерді зерттеуді негіздеу үшін стандартталған өлшеу қатесі (SME) сияқты көрсеткіштерді, сондай-ақ ішкі сәйкестілікті бағалауды пайдалана алады.