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大脑能够细化和执行信息处理的不同阶段。然而，这些阶段在大脑中究竟是如何处理的尚不清楚。P300事件相关电位(ERP)的发现刺激了使用大脑记录方法来评估人类认知。P300波被认为反映了与注意力和记忆机制相关的信息处理级联。P300波是人类事件相关势能中的正波偏转。P300波通常在奇球范式中被激发，当受试者在常规的标准刺激序列中检测到偶然的目标刺激时。P300波仅在受试者积极参与检测目标刺激时才会发生。它的振幅随目标的非概率而变化。其潜伏期随标准刺激鉴别目标的难度而变化。在认知能力下降的患者中，振幅比年龄匹配的对照组更小，潜伏期更长。 The P300 is comprised of P3a that results from an early attention related process stemming from a working memory representational change, and P3b occurs when the attention-driven stimulus signal is transmitted to temporal and parietal structures. The exact neural origin of P300 wave is not known and its role in cognition is not clearly understood. The P300 wave may have multiple intracerebral generators including hippocampus and various association areas of neocortex. As the relationship between neurotransmitter function and the concomitant neuro electric signals recorded at the scalp are clarified, articulating how these variables interact will fulfil the cognitive promise that the P300 inspired when it was discovered over 40 years ago
关键字 |
| P300波，事件相关电位，奇球范式，认知 |
简介 |
| 事件相关电位(ERP)是大脑表面电活动的时间锁定测量，代表皮层处理[1]的不同阶段。ERPs提供了与一系列认知任务相关的神经生理过程的在线信息。erp表现出出色的时间分辨率，它们反映了信息处理的毫秒[3]。一种方法的融合开始揭示与P300产生相关的基本电路和传输系统，并从理论上研究了这种脑电波如何与精神事件[4]相关。 |
| P300波是一种顶中央正性，当受试者检测到与任务相关的信息刺激时发生。P300的名字来源于这样一个事实:当一个年轻的成年人做一个简单的感官辨别[5]时，它的峰值潜伏期约为300ms。 |
| 它也被称为P3波，因为它是晚期感觉诱发电位和晚期阳性成分(LPC)[6]的第三个主要阳性峰值。 |
| 通常，P300反应分为2个子部分:P3a和P3b。P3a成分主要分布在额叶区，通常潜伏期为220 ~ 280毫秒。P3a振幅表现出快速的习惯化，这取决于刺激的新颖性。P3a反映了自动认知加工和定向反应。这款新颖性P300有时被称为P3a[2]。 |
| 相比之下，P3b组分呈现中心顶叶地形，潜伏期较长，通常在280 - 600毫秒之间。为了激发P3b成分，这里的受试者必须通过按按钮或沉默计数来产生主动辨别。P3b与开始运动反应前认知过程的关闭有关，并最大限度地分布在顶叶[7]。P3a的功能意义并不像P3b那样被很好地理解。事实上，前者可能反映了注意力不自觉地从主要任务[8]转移(或注意力重新分配)。另一种解释是，P3a可能反映了通常在检测到目标刺激[9]后的反应过程的抑制。P3b被认为反映了当刺激环境的心理模型或图式被刷新和更新时触发的即时记忆机制。在erp的研究中，P300的测量通常以P3b为中心，并通过听觉或视觉奇异范式(基于在一组常规刺激中检测到不频繁刺激)[11]引起。 |
古怪的范式 |
| 在一个非常简单但广泛使用的实验任务中——所谓的古怪范式——参与者面对两种感官特征不同的刺激(音调的音高，几何形状的轮廓等)。其中一种刺激(罕见、目标、重要)相对于另一种刺激(频繁、非目标、不重要)出现的频率较低。参与者应该对一个罕见的目标刺激做出一些反应——隐蔽的(比如无声的计数)或公开的(比如按下一个按钮)。另一种刺激不需要回应。 |
| 在这种情况下，干扰正在进行的古怪任务的非目标异常刺激会产生一个大的额中央P3a或Novelty P3[12]，以及后来的顶叶P3b[13,14,15]。 |
P300波幅 |
| 振幅(μV)通常定义为刺激前平均基线电压与由刺激方式、任务条件、受试者年龄等决定的时间窗内ERP波形最大正走峰之间的差值。 |
| P300头皮分布的特征是中线电极(Fz, Cz, Pz)在目标刺激[16]时从额电极到顶电极位点的振幅变化。 |
语境更新理论 |
| P300指数的大脑活动潜在的修正心理表征引起的刺激[17]。在最初的感官输入之后，注意力驱动比较评估工作记忆中先前事件的表现。如果没有检测到刺激属性的变化，则刺激上下文的当前心理模型或“图式”将保持不变，只会诱发感觉电位。当检测到新的刺激时，工作记忆中的神经刺激表征发生“更新”，产生P300[4]。 |
| 语境更新假设是P300的主要理论解释，尽管也出现了其他观点[18,19]。然而，由于P300可以反映习惯化和去习惯化，因此该ERP组件可以清晰地反映与注意和记忆相关的基本操作[20,21]。 |
资源分配和P3OO |
| P300情境更新离子假说在很大程度上来自于在奇怪的任务中操纵目标刺激的概率。从标准刺激中辨别目标会产生一个稳健的P300，随着目标刺激的全局和局部序列概率的降低，P300的振幅会增加[22,23]。这些发现表明P300至少部分来源于工作记忆比较，意识意识可能与刺激序列效应有关[24,25]。P300振幅反映刺激情境更新时与记忆相关的神经活动。 |
| 因此，P300振幅反映了在编码和存储过程中形成的记忆强度，在识别任务[4]中的串行位置不同。 |
目标到目标间隔 |
| TTI决定了资源可以多快地重定向到处理目标刺激[27]。 |
| P300事件相关电位(ERP)指标受目标刺激概率、刺激序列结构中目标之前的非目标数量和刺激间间隔(ISI)的影响。这些因素都会影响靶间间隔(TTI)，而TTI也会影响P300。在听觉和视觉刺激条件下，振幅随着TTI的增加而增加，潜伏期随着TTI的增加而减少[28]。 |
P300潜伏期 |
| 潜伏期(ms)通常定义为在同一时间窗口[4]内，从刺激开始到最大正振幅点的时间。 |
| P300潜伏期被认为是分类速度的指标，分类速度与检测和处理目标项目所需的时间成正比[29,30]。P300峰值潜伏期在头皮上发生变化，额叶区域较短，顶叶区域较长[31,32]。与空间兼容任务相比，基于语义的兼容性任务产生更大的P300延迟/响应时间差异。此外，P300延迟被用作产生其他ERP组件的心理事件时序的度量[33,34]。P300可能起源于连接刺激知觉和事件反应的神经事件[35]。 |
| P300潜伏期的个体差异与精神速度相关，例如较短的潜伏期与优越的认知能力[36]相关。在P300潜伏期和认知能力之间产生最强相关性的神经心理学测试评估了受试者分配注意力资源的速度[37,38]。P300潜伏期随着儿童的发育而降低[39,40]，并随着正常年龄的增长而增加。[41,42]随着痴呆症水平的增加，成分潜伏期也会变长[43,44]，尽管脑损伤或疾病如何延长ERP时间尚不清楚[45,46]。 |
P300波生理变异 |
| 1.性别-女性和男性在ERP参数[47]上没有统计学上的显著差异。 |
| 2.年龄-随着年龄的增长，P300波振幅下降，潜伏期线性增加，这是因为信息处理速度变慢，短期记忆[45]下降。 |
| 3.昼夜节律——尽管有一些变化，但P300振幅或潜伏期没有发现统计上可靠的结果，但一些变化是由于唤醒水平[48]的变化。 |
| 4.食物摄入-当最近没有进食食物时，P300振幅降低，而当进食食物时，P300振幅增加。P300潜伏期相对不受近期进食的影响。这可能与食物摄入时唤醒水平的一般变化有关。 |
| 5.季节变化——这取决于随着季节变化而变化的日照量。光线充足的季节可能有助于增加活动和整体唤醒。 |
| 6.月经周期- P300振幅在排卵期间比其他时间[51]更大。当诱发刺激是情绪中性时，刺激项目的情感或唤醒质量可以与激素变化相互作用，并有助于P300变异性。 |
| 7.锻炼——锻炼有助于智力表现，并意味着精力充沛的活动会影响中枢神经系统，从而影响认知功能。频繁的体育锻炼也可能对智力表现有促进作用。 |
| 8.睡眠剥夺-随着睡眠的开始，P300振幅趋于下降，潜伏期增加，而产生疲劳的睡眠障碍也显示出类似的结果[53]。因此，由睡眠及其中断引起的唤醒水平的变化会影响P300的振幅和潜伏期。 |
| 9.药物:咖啡因影响P300振幅和较小程度的峰潜伏期取决于精神疲劳的水平。这些结果表明咖啡因对P300波的影响受唤醒水平[54]的影响。 |
| 烟草可以影响潜伏期和振幅测量。初步推测，尼古丁最可能通过影响唤醒水平来促进皮层电活动，这些变化影响P300的振幅和潜伏期，取决于剂量水平和执行的任务[55,56]。 |
P3a和P3b的神经心理学 |
| 一些ERPs似乎与P3a有关，这是由插入目标/标准序列的干扰刺激引起的。当感知上新颖的干扰物(狗叫、颜色形式等)出现在一系列更典型的刺激中(音调、字母表中的字母等)时，前额/中枢P300可以以相对较短的峰值潜伏期被诱导，并迅速习惯[57,58]。这种潜能被称为“新奇P300”，被解释为反映了额叶和海马的活动[59]。 |
| 由于新颖性P300振幅随着刺激的重复呈现而降低，它与定向反应的关系可能比P3b更直接[60,61]。如果非新奇的重复刺激(音调、字母等)被用作不需要三刺激古怪反应的干扰物，则会引发“no-go”P300[62,63]。来自这类干扰物的P300在中央/顶叶区域具有最大振幅[64,65]。拒走P300的头皮分布比目标P300更集中，这将拒走与反应抑制机制联系起来[66]。复制原始视觉新奇性P300任务，比较新颖的非重复抽象颜色刺激和非新颖的重复33蓝色方块干扰[8]。简单的任务产生了新刺激的中心最大分布和非新刺激的中心/顶叶最大P300电位，即与不去P300相同的地形。这项艰巨的任务产生了新颖和非新颖干扰物的中央最大地形。P3a有一个中心最大值，而P3b有一个顶叶最大值。两种电位的峰潜伏期在额部较短，而在顶部电极部位较长。P3a和P3b具有明显的地形振幅分布。 |
| 新颖性加工受语境效应和熟悉度效应的调节。非重复刺激事件定义了新事物，而重复刺激事件则进行自上而下的处理，因此新奇性P300和P3a可能在注意力过程如何参与分心刺激方面有所不同。[67]刺激评估通过集中注意(P3a)来促进情境表征性维持(P3b)，而情境表征性维持与记忆操作有关[4,60]。 |
P3a和P3b的神经起源 |
| P300神经发生器的描述并不精确，尽管在过去25年里已经取得了显著的进展[68]。额叶病变的患者表现出P3a振幅的减小，而同样的患者表现出P3b的顶叶最大值。因此，额叶和海马的完整性对于P3a代是必要的[69]。部分P300 (P3b)产生于内侧颞叶。P3b振幅与海马相对于颞叶的大小呈正相关。颞顶叶交界处的完整性与海马活动后的传递或生成过程有关，并有助于头皮的成分记录[70]。这些发现表明P3a和P3b是由额叶和颞/顶叶大脑区域之间的神经回路通路产生的在一个奇怪的范式中区分目标和标准刺激被假设为启动额叶活动，该活动对任务表现引起的注意需求敏感[71]。 |
| 当这些刺激被处理时，如果有足够的注意集中，就会产生P3a。当随后的注意资源激活促进颞顶叶区域的记忆操作时，P3b似乎就发生了[72]。在匹配样本任务期间，由额叶激活变化引起的信息被分流到下颞结构，该结构为刺激呈现的任务上下文更新提供索引。[73]因此，有理由认为P3a和P3b的产生分别源于额叶和颞叶/顶叶的激活[74]。 |
| 前额注意机制控制着神经对新奇事物的反应，从而进行自上而下的控制[75]。总而言之，刺激特征和任务要求是干扰评估的决定因素，并有助于在头皮上观察到不同的地形和时间结果。 |
P300的神经药理学 |
双发射器假说 |
| P300生成的确切神经递质系统尚不清楚，尽管涉及各种机制[76]。现有数据表明，由于P3a与额叶注意力和工作记忆有关，它可能是由多巴胺能活动介导的。由于P3b与颞顶突有关，因此与去甲肾上腺素活性有关[77]。蓝斑-去甲肾上腺素(LC-NE)系统是顶叶P300 (P3b)产生的基础，用于目标检测任务。LC-NE有助于P300生成的观点与人类注意资源分配和觉醒相关效应一致[78]。颞顶区LCNE的地形图激活也与P300的整体特征一致。 |
临床意义 |
| 1.阿尔茨海默病——与未受影响的对照组相比，阿尔茨海默病患者的P300振幅通常更小，潜伏期更长[79,80]。无论任务或模式如何，阿尔茨海默病的P300测量方法都相对稳定，并且可以在[46]组水平上区分阿尔茨海默病和对照组。 |
| 2.酒精中毒- P300振幅降低，P300潜伏期延长[81]。通常给出的解释是，酗酒患者表现出兴奋、注意力和记忆障碍。P300振幅降低可能与家族酗酒史有关。与低风险受试者相比，酗酒高风险受试者的P300振幅降低[82]。 |
| 3.精神分裂症——早期研究表明，与对照组相比，P300振幅较低，因为该任务需要认知能力受损[83]。最近的研究表明，在精神分裂症患者中，左颞区P300振幅特别低，而这一发现不受患者用药的影响[84]。这一发现可能是由于左侧海马-杏仁核前区和左侧颞上回灰质体积减少以及左侧sylvian裂隙增大[85]。 |
| 4.抑郁——早期的研究发现抑郁时P300振幅降低。在凹陷中发现的信息处理改变可能局限于准备、选择和运动过程，延长了反应时间，而不是在正常P300潜伏期所证明的信息处理的后期阶段。P300振幅与自杀风险量表之间存在显著相关[86]。 |
| 5.创伤后应激障碍——许多研究发现，与暴露于创伤事件而未发展为该障碍的对照组相比，患者的P300振幅较低[87]。 |
| 6.恐慌障碍-恐慌障碍的临床特征是丧失将传入信息与认知环境整合的能力。恐慌症患者P300振幅不可预测[88]。P300潜伏期延长[89]。 |
脑指纹 |
| 脑指纹技术是一种有争议的法医科学技术，它使用脑电图来确定特定信息是否存储在受试者的大脑中。它通过测量对显示在电脑屏幕上的单词、短语或图片的脑电波反应来做到这一点。 |
历史 |
| 法威尔的大脑指纹最初使用了众所周知的P300大脑反应来检测大脑对已知信息的识别。后来，Farwell发现了P300- mermer“记忆和编码相关的多面脑电图反应”，它包括P300和其他特征，据报道，它比P300单独提供了更高水平的准确性和统计可信度。Farwell及其同事报告说，在实验室研究和实际现场应用中错误率低于1%[90]。 |
技术 |
| 在大脑指纹识别中的应用是检测P300对与犯罪或其他调查情况相关的刺激的反应，例如，谋杀武器，受害者的脸，或对恐怖分子小组内部工作的了解。[91]由于该系统基于脑电图信号，因此不需要受试者对问题或刺激做出口头回应。接受测试的人戴着一个带有脑电图记录电极的电极帽，这些电极从头皮上的几个位置测量脑电图。受试者观看电脑屏幕上显示的由单词、短语或图片组成的刺激。刺激有三种类型: |
| •“无关”刺激与被调查情境和测试对象无关。 |
| •“目标”刺激是与被调查情境相关且被受试者所知的刺激，以及 |
| •“探查”与被调查情境相关且受试者否认知道的刺激。 |
| 调查所包含的信息只有肇事者和调查人员知道，一般公众或不在犯罪现场的无辜嫌疑人不知道。在测试之前，科学家向受试者确定目标，并确保他/她知道这些相关的刺激。科学家还确保受试者不知道与犯罪无关的任何原因的探针，并且受试者否认知道探针。被试被告知为什么探针是重要的(例如，“你会看到几件物品，其中一件是凶器”)，但不被告知哪些是探针，哪些是无关紧要的[91]。 |
| 由于大脑指纹识别使用认知大脑反应，因此大脑指纹识别不依赖于被测者的情绪，也不受情绪反应的影响。大脑指纹与测谎仪(测谎仪)有本质上的不同，测谎仪测量的是心率、出汗和血压等基于情绪的生理信号。此外，与测谎仪不同的是，它并不试图确定被测者是在说谎还是在说实话。相反，它测量受试者大脑对相关单词、短语或图片的反应，以检测相关信息是否存储在受试者的大脑中[92]。 |
| 通过比较对不同类型刺激的反应，大脑指纹系统用数学方法计算出“存在的信息”(被试知道探针刺激中包含的与犯罪相关的信息)或“不存在的信息”(被试不知道这些信息)的确定，以及确定的统计置信度。这种确定是通过数学计算得出的，不涉及科学家的主观判断。 |
数字一览 |
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