WikiDer > Условное отрицательное изменение

Contingent negative variation

В условное отрицательное изменение (CNV) был одним из первых событийный потенциал (ERP) компоненты, подлежащие описанию. Компонент CNV был впервые описан В. Грей Уолтер и его коллеги в статье, опубликованной в Nature в 1964 году.[1] Важность этого открытия заключалась в том, что это было одно из первых исследований, которое показало, что согласованные модели амплитуды электрических откликов могут быть получены из большого фонового шума, который возникает в электроэнцефалография (ЭЭГ) и что эта активность может быть связана с когнитивным процессом, например, ожиданием.

Основные парадигмы

Грей Уолтер и его коллеги провели эксперимент в хронометрической парадигме. Они заметили, что электрический отклик ослабел или приученный когда повторяется единственный стимул. Они также заметили, что амплитуда электрического ответа вернулась, когда второй стимул был связан с первым стимулом. Эти эффекты усиливались, когда на второй стимул требовалась поведенческая реакция. В хронометрической парадигме первый стимул называется предупреждающим стимулом, а второй стимул, часто тот, который побуждает субъекта к поведенческой реакции, называется императивным стимулом. Промежуточный период - это время между предупреждающими и императивными стимулами. Время между императивным стимулом и поведенческой реакцией называется временем реакции. Таким образом, CNV наблюдается в предшествующий период, между предупреждением и императивным стимулом.

Уолтер и его коллеги также заметили, что электрические реакции на предупреждающие стимулы, по-видимому, делятся на три фазы: краткий положительный компонент, краткий отрицательный компонент и устойчивый отрицательный компонент. Они заметили, что краткие компоненты варьировались из-за сенсорной модальности, в то время как устойчивый компонент варьировался в зависимости от случайности между предупреждающими и императивными стимулами и вниманием испытуемого. Они назвали этот компонент «условной отрицательной вариацией», поскольку вариация отрицательной волны зависела от статистической взаимосвязи между предупреждающими и императивными стимулами.

В своем исследовании Walter et al. (1964) представили щелчки или вспышки, по отдельности или парами, с интервалом от 3 до 10 секунд. Предупреждающими стимулами были одиночные щелчки или вспышки, а императивными стимулами были повторяющиеся щелчки или вспышки. Модальность императивных стимулов была противоположной модальности предупреждающих стимулов. Поведенческий ответ представлял собой нажатие кнопки, прекращающее повторяющиеся стимулы.[1]

В 1990 году парадигма двунаправленного CNV была использована Лиляной Божиновской и ее командой для получения основанного на CNV интерфейс мозг-компьютер для управления зуммером компьютера.[2][3]

В 2009 году парадигма CNV-триггера была использована Адрианом Божиновским и Лиляной Божиновской в ​​эксперименте с интерфейсом мозг-компьютер на основе CNV для управления физическим объектом, роботом.[4]

Характеристики компонентов

Walter et al. (1964) показали, что один щелчок вызывает короткий положительный пик и короткий отрицательный пик. Повторяющиеся вспышки вызывают кратковременные положительные и отрицательные пики. Если эти стимулы разделены на 1 секунду, результат будет одинаковым. После 50 презентаций эти пики неотличимы от шума. С другой стороны, когда за одиночным щелчком следуют повторяющиеся вспышки, которые заканчиваются нажатием кнопки, появляется большой постепенный отрицательный пик, который резко заканчивается при нажатии кнопки. Это условная отрицательная вариация. Другое классическое исследование было описано Джозефом Текче в Психологическом бюллетене в 1972 году.[5] В этом обзоре Текче резюмирует развитие, морфологию и место появления CNV.

Разработка

Исследования показали, что CNV появляется примерно после 30 попыток парных стимулов, хотя это количество может быть уменьшено, если испытуемый заранее понимает задачу. Световые вспышки, щелчки и звуковые сигналы использовались для выявления CNV. Ответ на императивный стимул необходим, чтобы вызвать четкую CNV. Этот ответ может быть физическим или психологическим.[5] CNV вызывается, когда предъявляются два связанных стимула. Когда императивный стимул неожиданно удаляется, CNV ослабляется до тех пор, пока не будет полностью подавлен примерно после 20-50 попыток. CNV немедленно восстанавливается, если снова сочетаться с императивным стимулом.

Морфология

Отрицательный пик CNV возрастает примерно через 260–470 мс после предупреждающего стимула. Он будет быстро расти, если испытуемый не уверен в том, когда будет императивный стимул, и он будет расти постепенно, если он уверен в том, когда будет императивный стимул. Максимальная амплитуда обычно составляет около 20 микровольт.[5]

Топография

CNV наиболее отчетливо проявляется в макушке и является двусторонне симметричным.[5]

Функциональная чувствительность

Существует множество исследований, в которых описывается, какие характеристики стимула могут влиять на характеристики CNV. Например, интенсивность, модальность, продолжительность, скорость стимула, вероятность, релевантность стимула и различение высоты тона могут влиять на компонент CNV.[6]

Внимание и ожидание

Внимание также влияет на амплитуду CNV. Следующие ниже примеры из различных условий задачи и исследований показывают, что CNV изменяется, когда экспериментальный протокол меняет внимание, необходимое для выполнения задач.[1][5] Во-первых, когда испытуемым сказали, что императивный стимул будет удален, CNV уменьшилась. Во-вторых, в одном из условий испытуемым разрешалось выбирать, будут ли они нажимать кнопку или нет. В испытаниях, где субъект предпочел не отвечать, CNV не было. В-третьих, когда испытуемому специально сказали, что повторных вспышек не будет, CNV не вызвали. В-четвертых, другое условие показало, что CNV вызывался у субъектов, которым было сказано оценить, когда появятся повторяющиеся вспышки, даже если вспышки не были представлены. В-пятых, когда испытуемых просили обратить внимание и быстро ответить, амплитуда CNV увеличивалась. Результаты этих условий показывают, что CNV связана с вниманием и ожиданием.

Вероятность

Когда вероятность повторяющихся вспышек случайна и повторяющиеся вспышки удаляются примерно в 50% испытаний, амплитуда CNV составляет примерно половину от нормальной.

Интенсивность

Некоторые исследователи показали, что интенсивность стимула может влиять на амплитуду CNV. Кажется, что компонент CNV имеет более высокую амплитуду для стимулов, которые имеют низкую интенсивность, то есть его трудно увидеть или услышать, в отличие от стимулов с высокой интенсивностью. Это может быть связано с тем, что испытуемый должен уделять больше внимания, чтобы воспринимать раздражитель низкой интенсивности. Если обнаружение императивной задачи становится слишком трудным, то амплитуда CNV уменьшается. Другими словами, внимание к императивному стимулу важно для развития CNV, а повышенные трудности выполнения задания отвлекают внимание.

В связанных исследованиях исследователи также показали, что чем больше необходим моторный ответ, тем больше CNV. Исследования с испытуемыми, у которых не хватает сна, как правило, показывают снижение CNV. Это является дополнительным доказательством того, что недостаток внимания может снизить амплитуду CNV.[5]

Межстимульный интервал

Амплитуда CNV изменяется при изменении переднего периода или межстимульный интервал (ISI). Наиболее часто используемый ISI составляет 1,0–1,5 секунды. Испытания с ISI между 0,5–1,5 вызывают устойчивую волну CNV. Когда ISI снижается до 0,125 или 0,25 секунды, CNV подавляется. С другой стороны, испытания с ISI 4,8 секунды показали снижение амплитуды CNV.

O-волна и E-волна

Большинство исследователей согласны с тем, что компонент CNV был связан с обработкой информации и подготовкой ответа. Главный спор заключается в том, состоит ли CNV более чем из одного компонента. После открытия CNV исследователи смогли различить два основных компонента CNV. Лавлесс и Сэнфорд (1975) и Вертс и Лэнг (1973) увеличили межстимульный интервал до более чем 3 секунд и показали, что два компонента можно визуально отличить от CNV. Первая волна следовала за предупреждающим стимулом и была названа волной O, или ориентирование волна.[7][8] Эта волна имела повышенную амплитуду во фронтальных областях. Вторая волна предшествовала императивному стимулу и называлась E-волной или волной ожидания. Исследование, проведенное Гайярдом (1976), предоставило дополнительные доказательства того, что волна О была распределена по фронту и на нее сильнее влияли слуховые, а не зрительные стимулы.[9]

Связанный с этим важный вопрос заключался в том, соответствует ли CNV полностью или частично потенциал готовности. Потенциал готовности - это нервная подготовка к двигательным реакциям. Оба компонента имеют одинаковое распределение волосистой части головы с отрицательной амплитудой и связаны с двигательной реакцией. Фактически, многие исследователи утверждали, что конечная CNV, или волна E, на самом деле была потенциалом готовности, или Bereitschaftspotential. Это был общий консенсус, пока другие работы не предоставили доказательства того, что CNV можно отличить от RP.[6][10] Во-первых, RP обычно латерализован к противоположной стороне двигательной реакции, тогда как CNV обычно двусторонний. Во-вторых, CNV может возникать даже тогда, когда двигательная реакция не требуется. В-третьих, RP происходит без каких-либо внешних стимулов. Это показывает, что RP возникает для двигательных реакций, тогда как CNV возникает, когда два стимула связаны друг с другом.[5]

Локализация

Еще одна важная тема в изучении компонента CNV - это локализация общего источника CNV. Например, Hultin, Rossini, Romani, Högstedt, Tecchio и Pizzella (1996) использовали магнитоэнцефалография (MEG) для определения местоположения электромагнитного источника волны CNV. Их эксперимент предполагает, что конечный CNV расположен в зоне 6 Бродмана и соответствует премоторная кора.[11]

Работа, проделанная Запполи и его коллегами, - еще один пример исследования, проведенного для определения генераторов компонента CNV. Запполи (2003) изучал паттерны ERP, включая CNV, у субъектов с нарушениями или повреждениями головного мозга.[12] Zappoli рассматривает доказательства, которые показывают, что в определенных случаях эпилептический разряды влияют на волны ожидания и, следовательно, уменьшают амплитуду CNV. Запполи также описал исследование, в котором изучались характеристики CNV у пациентов с лоботомией лобных областей. У этих пациентов амплитуды CNV были уменьшены или отсутствовали.

Теория

Было выдвинуто множество теорий для объяснения когнитивных процессов, лежащих в основе компонента CNV. Уолтер и его коллеги предположили, что амплитуда CNV напрямую зависит от субъективной вероятности или ожидания императивных стимулов. Другие исследователи предположили, что амплитуда CNV меняется в зависимости от намерения совершить действие. Другая теория заключается в том, что CNV зависит от мотивации испытуемого выполнить задание. Текче предполагает, что CNV связана как с уровнем внимания, так и с уровнем возбуждения.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Уолтер, W.G; Cooper, R .; Aldridge, V.J .; McCallum, W.C .; Уинтер, А.Л. (1964). «Условное отрицательное изменение: электрический знак сенсомоторной ассоциации и ожидания в человеческом мозге». Природа. 203 (4943): 380–384. Дои:10.1038 / 203380a0. PMID 14197376.
  2. ^ Л. Божиновская, Г. Стоянов, М. Сестаков, С. Божиновский. Распознавание образов CNV - шаг к когнитивному наблюдению за волнами. В: Л. Торрес, Э. Масграу, М. Лагунас, редакторы. Обработка сигналов: теории и приложения. Труды Пятой Европейской конференции по обработке сигналов (EUSIPCO 90); 1990 год, Барселона. 1990 г., издательство Elsevier Science Publishers; 1990. стр. 1659–1662
  3. ^ Л. Божиновская, С. Божиновски, Г. Стоянов. Электроэкспектограмма: экспериментальный план и алгоритмы. Труды IEEE International. Биомедицинские. Инженерные дни; 1992. Стамбул. п. 58–60
  4. ^ А. Божиновский, Л. Божиновская. Опережающие возможности мозга в парадигме интерфейса мозг-робот. Труды 4-й Международной конференции IEEE EMBS по нейронной инженерии, Анталия, Турция, стр. 451-454, 2009 г.
  5. ^ а б c d е ж грамм Текче, Дж. Дж. (1972). «Условные отрицательные вариации (CNV) и психологические процессы в человеке». Психологический бюллетень. 77 (2): 73–108. Дои:10,1037 / ч0032177. PMID 4621420.
  6. ^ а б Frost, B.G .; Neill, R.A .; Фенелон Б. (1988). «Детерминанты немоторной CNV в сложной, изменчивой парадигме обработки информации». Биологическая психология. 27 (1): 1–21. Дои:10.1016/0301-0511(88)90002-6. PMID 3251557.
  7. ^ Loveless, N.E; Сэнфорд, А.Дж. (1975). «Влияние интенсивности предупреждающего сигнала на время реакции и составляющие условной отрицательной вариации». Биологическая психология. 2 (3): 217–226. Дои:10.1016/0301-0511(75)90021-6. PMID 1139019.
  8. ^ Weerts, T.C .; Ланг, П.Дж. (1973). «Влияние фиксации взгляда и места стимула и ответа на условную отрицательную вариацию (CNV)». Биологическая психология. 1 (1): 1–19. Дои:10.1016/0301-0511(73)90010-0. PMID 4804295.
  9. ^ Гайяр, AW (1976). «Влияние модальности предупредительного сигнала на условное отрицательное изменение (CNV)». Биологическая психология. 4 (2): 139–154. Дои:10.1016/0301-0511(76)90013-2. PMID 1276304.
  10. ^ Ручкин, Д.С .; Sutton, S .; Mahaffey, D .; Глейзер, Дж. (1986). «Терминальный CNV при отсутствии двигательной реакции». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология. 63 (5): 445–463. Дои:10.1016/0013-4694(86)90127-6. PMID 2420561.
  11. ^ Hultin, L .; Россини, П .; Romani, G.L .; Högstedt, P .; Tecchio, F .; Пиццелла, В. (1996). «Нейромагнитная локализация поздней компоненты условной отрицательной вариации». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология. 98: 425–448.
  12. ^ Запполи, Р. (2003). «Постоянные или временные эффекты на нейрокогнитивные компоненты комплекса CNV, вызванные дисфункциями, повреждениями и абляциями головного мозга у людей». Международный журнал психофизиологии. 48 (2): 189–220. Дои:10.1016 / S0167-8760 (03) 00054-0. PMID 12763574.