Potencial relacionado con evento

Véase también: Potencial evocado

Un potencial relacionado con evento (ERP) es la medida de la respuesta cerebral que es resultado directo de un evento específico sensorial, cognitivo o motriz.^[1]​ De manera más formal, es cualquier respuesta electrofisiológica estereotipada a un estímulo. El estudio del cerebro en esta forma provee medios no invasivos de evaluar el funcionamiento del cerebro en pacientes con enfermedades cognitivas.

A waveform showing several ERP components, including the N100 and P300. Note that the ERP is plotted with negative voltages upward, a common, but not universal, practice in ERP research

Los ERPs se miden con electroencefalografía (EEG). La magnetoencelografía (MEG) equivalente al ERP es de ERF o campo de evento relacionado.^[2]​

Historia

Con el descubrimiento de el electroencefalograma (EEG) en 1929, Hank Berger reveló que uno podría medir la actividad eléctrica del cerebro humano mediante la colocación de electrodos en la superficie de la cabeza y la intensificación de la señal. Los cambios en voltaje se pueden después representar en un periodo de tiempo. Él observó que los voltajes pueden ser influenciados por eventos externos que estimulan los sentidos. Sin embargo, tiende a ser muy difícil evaluar el proceso neural específico enfocado a la neurociencia cognitiva por que el uso de data EEG hace difícil de aislar los procesos individuales neurocognitivos. Los potenciales relacionados con evento (ERP) ofrecen un método más sofisticado de extraer eventos sensoriales, cognitivos y motores más específicos usando una simple técnica de promediar. En 1935-1936 Pauline y Hallowell Davis registraron el primer ERPs en humanos despiertos y sus hallazgos fueron publicados unos cuantos años después, en 1939. Debido a la segunda guerra mundial no mucha investigación se llevó a cabo en la década de 1940, pero la investigación sensorial volvió a retomar fuerza en 1950. En 1964, investigaciones hechas por Grey Walter y sus colegas empezaron a modernizar los descubrimientos de los componentes de ERP cuando se presentó el primer ERP, llamada la variación contingente negativa (CNV).^[3]​ Sutton, Braren, and Zubin (1965) hicieron otro avance con el descubrimiento de el componente P3.^[4]​ Durante los siguientes quince años, los componentes de los ERPs se hicieron muy populares. Sobre todo en la década de los 80s con la introducción de computadoras económicas, esto dio pie a la neurociencia cognitiva. Actualmente, el ERP es uno de los métodos más estudiados en neurociencia cognitiva de investigación para estudiar los correlatos fisiológicos de la actividad asociada con el procesamiento de información sensorial, de percepción y de cognición.^[5]​

Cálculo

Los ERP pueden ser medidos confiable usando electroencefalografía (EEG), un procedimiento que mide la actividad eléctrica del cerebro durante un periodo de tiempo usando electrodos posicionados sobre el cuero cabelludo. Los EEGs reflejan simultáneamente miles de procesos cerebrales. Esto significa que el cerebro responde a un solo estímulo o el evento de interés generalmente no es visible en el registro de EEG en un solo ensayo. Para ver la respuesta del cerebro a un estímulo, el experimentador debe conducir muchas pruebas (100 o más) y promediar el resultado de ellas, causando que las actividades aleatorias cerebrales se eliminen y dejen solamente la onda conocida como ERP.^[6]​

La actividad al azar del cerebro junto con otras señales biológicas (por ejemplo: EOG, EMG, EKG) e interferencia electromagnética constituyen el ruido de el registro de los ERP. Este ruido obscurece la señal de interés, que es la secuencia de ERPs subyacentes en estudio. Desde el punto de vista de ingeniería, es posible definir la relación de señal-a-ruido (SNR) de los ERP registrados. La razón por la cual el promedio incrementa el SNR de los ERPs (haciéndolos confusos y permitiendo su interpretación) tiene una simple explicación matemática siempre y cuando algunas suposiciones sean cumplidas. Estas suposiciones son:

1. La señal de interés es producida por una secuencia de ERPs bloqueados con latencia de invariable latencia y forma.
2. El ruido puede ser aproximado por el proceso de Gauss, la cual no tiene relación entre pruebas y tampoco está bloqueado al tiempo del evento (esta suposición pueden ser fácilmente violados, por ejemplo, en el caso de un sujeto haciendo pequeños movimientos con su lengua mientras contando mentalmente los objetivos en un paradigma odd-ball.

Habiendo definido ${\displaystyle k}$ , el número de eventos, y ${\displaystyle t}$ , el tiempo recorrido después del evento ${\displaystyle k}$ ^th, cada evento grabado puede ser escrito como ${\displaystyle x(t,k)=s(t)+n(t,k)}$  donde ${\displaystyle s(t)}$  es la señal y ${\displaystyle n(t,k)}$  es el ruido (nótese que dentro de la suposición mencionada anteriormente, la señal no depende en el evento específico, mientras el ruido si).

El promedio de eventos ${\displaystyle N}$  es

${\displaystyle {\bar {x}}(t)={\frac {1}{N}}\sum _{k=1}^{N}x(t,k)=s(t)+{\frac {1}{N}}\sum _{k=1}^{N}n(t,k)}$  .

La esperanza matemática de ${\displaystyle {\bar {x}}(t)}$  es (como se espera) la señal en si, ${\displaystyle \operatorname {E} [{\bar {x}}(t)]=s(t)}$ .

Su varianza es

${\displaystyle \operatorname {Var} [{\bar {x}}(t)]=\operatorname {E} \left[\left({\bar {x}}(t)-\operatorname {E} [{\bar {x}}(t)]\right)^{2}\right]={\frac {1}{N^{2}}}\operatorname {E} \left[\left(\sum _{k=1}^{N}n(t,k)\right)^{2}\right]={\frac {1}{N^{2}}}\sum _{k=1}^{N}\operatorname {E} \left[n(t,k)^{2}\right]={\frac {\sigma ^{2}}{N}}}$ .

Por esta razón la amplitud del ruido del promedio de los eventos ${\displaystyle N}$  es ${\displaystyle 1/{\sqrt {N}}}$  más que un solo evento.

Amplitudes de ruido anchas (como las que ocurren cuando se parpadea o en movimientos artefactos) son generalmente varios órdenes de magnitud mayor que los ERPs subyacentes. Por lo tanto, los eventos que contienen estos artefactos deben ser removidos antes de promediar. El rechazo de artefactos se puede realizar manualmente por inspección visual o por medio de un procedimiento automatizado basado en umbrales fijos predefinidos ( limitando la amplitud máxima de los EEG) o en umbrales de tiempos variantes derivadas de las estadísticas de la serie de ensayos.^[7]​

Ventajas y desventajas relativas

ERP versus medidas del comportamiento

Comparado con los procedimientos del comportamiento, los ERPs proporcionan una medida continua de procesamiento entre un estímulo y una respuesta, haciendo posible la determinación de los estados que están siendo afectados por una manipulación experimental específica. Otra ventaja sobre las medidas del comportamiento es que pueden proporcionar una media de procesamiento de estímulos aun cuando no hay cambio en el comportamiento. Sin embargo, debido a la significativamente pequeño tamaño de un ERP, generalmente se necesita un tamaño de muestra grande para medirla correctamente.

ERP versus Otras Medidas Fisiológicas

Invasividad

A diferencia de los micro electrodos los cuales requieren que un electrodo sea insertado en el cerebro y escaneos PET que exponen a los humanos a la radiación, los ERPs usan EEG, un procedimiento no-invasivo.

Resolución temporal y espacial

Los ERPs proporcionan una excelente resolución temporal de 1 ms o mejor. La resolución espacial de un ERP; sin embargo, es actualmente indefinida siendo imposible la localización definitiva de ERPs. Esto genera una importante desventaja para el ERP con relación a las medidas hemodinámicas (fMRI y PET) las cuales tienen una resolución espacial de rango de un milímetro. El hecho de que los ERPs no puedan ser localizados fácilmente hace extremadamente difícil el aislamiento de un componente ERP sencillo del componente ERP general.

Costo

La investigación en ERP es mucho económica de hacer que otras técnicas de imagen tales como fMRI y PET. Esto es debido a que la compra y mantenimiento de un sistema EEG es menos cara que los otros sistemas.

ERP Clínico

Médicos y neurólogos algunas veces utilizan un estímulo de percepción visual tipo ajedrez para encontrar cualquier daño o trauma en el sistema visual. En una persona sana, este estímulo produce una fuerte respuesta en la corteza visual primaria localizada en el lóbulo occipital, en la parte posterior del cerebro. Anormalidades del componente ERP en la investigación clínica han sido encontradas en condiciones neurológicas tales como:

1. demencia^[8]​
2. enfermedad de Parkinson’s^[9]​
3. esclerosis múltiple^[10]​
4. lesiones en la cabeza^[11]​
5. infarto^[12]​
6. trastorno Obsesivo Compulsivo^[13]​

Investigación en ERP

Los ERPs son utilizados ampliamente en neurociencia, psicología cognitiva, ciencia cognitiva, e investigación psicofisiológica. Psicólogos experimentales y científicos en neurociencia han descubierto muchos estímulos diferentes que inducen ERPs confiables en participantes. La sincronía de estas respuestas se piensa que proporciona una medida de la sincronía de la comunicación del cerebro o de la sincronía del procesamiento de la información. Por ejemplo, en el paradigma del tablero de ajedrez descrito arriba, la primera respuesta de los participantes sanos de la corteza visual es alrededor de 50 a 70 ms. Esto pudiera indicar que esta es la cantidad de tiempo que toma para que los estímulos visuales transducidos alcancen la corteza después de que la luz entra al ojo. Alternativamente, la respuesta P300 ocurre alrededor de los 300 ms en el paradigma odd-ball, por ejemplo, sin considerar el tipo de estímulo presentado: visual, táctil, auditorio, olfatorio, gustativo, etc. Debido a esta invariancia general con respecto al tipo de estímulo, el componente P300 se entiende que refleja una alta respuesta cognitiva a estímulos inesperados y/o estímulos cognitivamente sobresalientes.

Debido a la consistencia de la respuesta P300 a los estímulos nuevos, un interface cerebro-computador (BCI) puede ser construida, el cual se basa en la respuesta P300. Al acomodar varias señales en un tablero, con los renglones del tablero destellando aleatoriamente, como en el paradigma previo, y observando las respuestas P300 de un sujeto mirando el tablero de ajedrez, el sujeto puede comunicar cual estímulo está observando, y así lentamente “escribir” palabras.^[14]​

Otros ERPs utilizados frecuentemente en la investigación, especialmente en la investigación neurolingüística, incluyen el ELAN, N400, y el P600/SPS.

Véase también

• http://erpinfo.org
• Erich Schröger
• Potencial evocado
• Potencial evocado visual
• Actividad inducida
• Potencial evocado somatosensorial
• C1 and P1
• Mismatch negativity
• Negativity: N100 - Visual N1 - N170 - N200 - N2pc - N400
• Positivity: P200 - P300 - P3a - P3b - Late Positive Component - P600
• Difference due to Memory
• Contingent negative variation
• Error-related negativity
• Bereitschaftspotential
• Lateralized readiness potential
• Early left anterior negativity

Lecturas a seguir

• Steven J. Luck: An Introduction to the Event-Related Potential Technique. Cambridge, Mass.: The MIT Press, 2005. ISBN 0-262-62196-7
• Todd C. Handy: Event-Related Potentials : A Methods Handbook. Cambridge, Mass.: The MIT Press (B&T), 2004. ISBN 0-262-08333-7
• Luck, S.J., and Kappenman, E.S., ed. (2012). . Oxford University Press. pp. 664. ISBN 978-0-19-537414-8.
• Monica Fabiani, Gabriele Gratton, and Kara D. Federmeier: "Event-Related Brain Potentials: Methods, Theory, and Applications". In Handbook of Psychophysiology, ed. by John T. Cacioppo, Louis G. Tassinary, and Gary G. Berntson. 3rd. ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2007. ISBN 978-0-521-84471-0. pp. 85–119
• John Polich and Jody Corey-Bloom, Alzheimer's Disease and P300: Review and evaluation of Task and Modality. Current Alzheimer Research, 2005, 2, 515-525
• Zani A. & Proverbio A.M. (2003) Cognitive Electrophysiology of Mind and Brain. Academic Press/Elsvier.

Referencias

1. Luck, Steven J. (2005). An Introduction to the Event-Related Potential Technique. The MIT Press. ISBN 0-262-12277-4. 
2. Brown, Colin M; Peter Hagoort (1999). «The cognitive neuroscience of language». En Colin M. Brown and Peter Hagoort, ed. The Neurocognition of Language. Nueva York: Oxford University Press. p. 6. 
3. Walter, W.G; Cooper, R.; Aldridge, V.J.; McCallum, W.C.; Winter, A.L. (1964). "Contingent Negative Variation: an electric sign of sensorimotor association and expectancy in the human brain". Nature 203 (4943): 380–384.
4. Sutton, S., Braren, M., Zubin, J., & John, E.R. (1965). Evoked-Potential Correlates of Stimulus Uncertainty. Science, 150, 1187-1188
5. Handy, T. C. (2005). Event Related Potentials: A Methods Handbook. Cambridge, MA: Bradford/MIT Press.
6. Coles, Michael G.H.; Michael D. Rugg (1996). . Electrophysiology of Mind. Oxford Scholarship Online Monographs. pp. 1-27. Archivado desde el original el 3 de marzo de 2016. Consultado el 11 de enero de 2013.  La referencia utiliza el parámetro obsoleto |coautores= (ayuda)
7. «ERP_REJECT, rejection of outlier trials from ERP studies». Matlab File Exchange. Consultado el 30 de diciembre de 2011. 
8. Boutros, N., et al. (1995). Evoked potentials in subjects at risk for Alzheimer's disease. Psychiatry Res, 57, (1), 57-63.
9. Prabhakar, S., Syal, P. and Srivastava, T. (2000). P300 in newly diagnosed nondementing Parkinson's disease: effect of dopaminergic drugs. Neurol India, 48, (3), 239- 242.
10. Boose, M. A. and Cranford, J. L. (1996). Auditory event-related potentials in multiple sclerosis. Am J Otol, 17, (1), 165-170.
11. Duncan, C. C., Kosmidis, M. H. and Mirsky, A. F. (2003). Event-related potential assessment of information processing after closed head injury. Psychophysiology, 40, (1), 45-59.
12. D'Arcy, R. C., et al. (2003). Electrophysiological assessment of language function following stroke. Clin Neurophysiol, 114, (4), 662-672.
13. Hanna, G.L., Carrasco, M., Harbin, S.M., Nienhuis, J.K., LaRosa, C.E., Chen, P., Fitzgerald, K.D., Gehring, W.J. (2012). Error-Related Negativity and Tic History in Pediatric Obsessive-Compulsive Disorder. Child Adolescent Psychiatry, 51, (9), 902-910.
14. Farwell, L.A.; Donchin E. (1988). «Talking off the top of your head: toward a mental prosthesis utilizing event-related brain potentials». Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 70 (6): 510-23. PMID 2461285. doi:10.1016/0013-4694(88)90149-6. Consultado el 5 de diciembre de 2011.  La referencia utiliza el parámetro obsoleto |coautores= (ayuda)

Plantilla:EEG

•   Datos: Q14026181
•   Multimedia: Event-related potential