Negatywność związana z błędami

Negatywność związana z błędem ( ERN ), czasami określana jako Ne , jest składnikiem potencjału związanego ze zdarzeniami (ERP). ERP to aktywność elektryczna w mózgu mierzona za pomocą elektroencefalografii (EEG) i powiązana czasowo ze zdarzeniem zewnętrznym (np. prezentacją bodźca wzrokowego) lub odpowiedzią (np. pomyłką). Solidny komponent ERN obserwuje się po popełnieniu błędów podczas różnych zadań związanych z wyborem, nawet jeśli uczestnik nie jest wyraźnie świadomy popełnienia błędu; jednak w przypadku nieświadomych błędów ERN jest zmniejszana. ERN obserwuje się również, gdy naczelne popełniają błędy.

Historia

ERN została po raz pierwszy odkryta w 1968 roku przez rosyjską neurobiolog i psycholog Natalię Petrovną Bekhterevą i została nazwana „detektorem błędów” ^{[ potrzebne źródło ]} . Później, w 1990 roku, ERN została stworzona przez dwa niezależne zespoły badawcze; Michael Falkenstein, J. Hohnsbein, J. Hoormann i L. Blanke (1990) w Instytucie Fizjologii Pracy i Neurofizjologii w Dortmundzie w Niemczech (który nazwał to „Ne”) oraz WJ „Bill” Gehring, MGH Coles, DE Meyer & E. Donchin (1990) na Uniwersytecie Michigan, USA. Zaobserwowano, że ERN odpowiada na błędy popełniane przez uczestników badania podczas prostych zadań typu „odpowiedź”.

Charakterystyka komponentów

ERN jest ostrym ujemnym sygnałem biegnącym, który zaczyna się mniej więcej w tym samym czasie, gdy zaczyna się nieprawidłowa reakcja motoryczna ( potencjał związany ze zdarzeniem związanym z zablokowaniem odpowiedzi) i zwykle osiąga wartość szczytową od 80 do 150 milisekund (ms) po rozpoczęciu błędnej odpowiedzi (lub 40-80 ms po rozpoczęciu aktywności elektromiograficznej). ERN jest największa w miejscach z elektrodami czołowymi i centralnymi. Typowa metoda określania średniej amplitudy ERN dla danej osoby polega na obliczeniu międzyszczytowej różnicy napięcia między średnią najbardziej ujemnych pików 1-150 ms po rozpoczęciu odpowiedzi a średnią amplitudą dodatnich pików 100-0 ms przed wystąpieniem reakcji. Aby uzyskać optymalną rozdzielczość sygnału, elektrody odniesienia są zwykle umieszczane za obojgiem uszu za pomocą sprzętu lub arytmetycznie połączonych wyrostka sutkowatego .

Główne paradygmaty

Każdy paradygmat, w którym popełniane są błędy podczas reakcji motorycznych, może być użyty do pomiaru ERN. Naturalne pisanie na klawiaturze jest jednym z takich przykładów, w których pokazane są błędy podczas pisania, aby wywołać ERN. Najważniejszą cechą każdego paradygmatu ERN jest uzyskanie wystarczającej liczby błędów w odpowiedziach uczestników, a liczba prób potrzebnych do uzyskania wiarygodnych wyników może się znacznie różnić. Wczesne eksperymenty identyfikujące składnik wykorzystywały różnorodne techniki, w tym identyfikację słów i tonów oraz dyskryminację kategoryczną (np. czy podąża za zwierzęciem?). Jednak większość paradygmatów eksperymentalnych, które wywołują odchylenia ERN, była wariantem Eriksena „Flanker” i „Go / NoGo”. Oprócz odpowiedzi rękami, ERN można również mierzyć w paradygmatach, w których zadanie jest wykonywane stopami lub reakcjami głosowymi, jak w paradygmacie Stroopa .

Standardowe zadanie Flankera polega na odróżnieniu centralnej „docelowej” litery od ciągu rozpraszających ją liter „flankerowych”, które ją otaczają. Na przykład spójne ciągi liter, takie jak „SSSSS” lub „HHHHH” i niespójne ciągi liter, takie jak „HHSHH” lub „SSHSS”, mogą być prezentowane na ekranie komputera. Każdej literze docelowej zostanie przypisana reakcja na naciśnięcie klawisza na klawiaturze, na przykład „S” = prawy klawisz Shift i „H” = lewy klawisz Shift. Prezentacja każdego ciągu liter jest krótka, na ogół krótsza niż 100 ms i centralna na ekranie. Uczestnicy mają około 2000 ms na udzielenie odpowiedzi przed następną prezentacją. Najprostsze zadania Go/NoGo obejmują przypisanie właściwości rozeznania odpowiedzi „Go” lub braku odpowiedzi „NoGo”. Na przykład, ponownie spójne ciągi liter, takie jak „SSSSS” lub „HHHHH” i niespójne ciągi liter, takie jak „HHSHH” lub „SSHSS”, mogą być prezentowane na ekranie komputera. Uczestnika można poinstruować, aby odpowiadał, naciskając spację, tylko w przypadku zgodnych ciągów i nie odpowiadał, gdy przedstawiono niespójne ciągi liter. Bardziej skomplikowane zadania Go/NoGo są zwykle tworzone, gdy przedmiotem zainteresowania jest ERN, ponieważ aby zaobserwować solidne błędy ujemne, należy popełnić błędy. Klasyczny Stroopa polega na zadaniu dotyczącym kolorów. Kolorowe słowa, takie jak „czerwony, żółty, pomarańczowy, zielony”, są prezentowane centralnie na ekranie komputera albo w kolorze zgodnym ze słowem („czerwony” w kolorze czerwonym), albo w kolorze niezgodnym ze słowem („czerwony” w kolorze żółtym). Uczestnicy mogą zostać poproszeni o zwerbalizowanie koloru, w jakim napisane jest każde słowo. Niespójne i zgodne prezentacje słów można manipulować w celu uzyskania różnych wskaźników, takich jak 25/75, 50/50, 30/70 itp.

Czułość funkcjonalna

Amplituda ERN jest wrażliwa na intencje i motywację uczestników. Kiedy uczestnik jest poinstruowany, aby dążyć do dokładności odpowiedzi, obserwowane amplitudy są zazwyczaj większe niż wtedy, gdy uczestnicy są poinstruowani, aby dążyć do szybkości. Zachęty pieniężne zwykle powodują również większe amplitudy. Opóźnienie szczytowej amplitudy ERN może również różnić się w zależności od badanego i robi to niezawodnie w specjalnych populacjach, takich jak te, u których zdiagnozowano ADHD, które wykazują krótsze opóźnienia. Uczestnicy z klinicznie zdiagnozowanym zaburzeniem obsesyjno-kompulsyjnym wykazywali odchylenia ERN ze zwiększoną amplitudą, wydłużonym opóźnieniem i bardziej tylną topografią w porównaniu z klinicznie normalnymi uczestnikami. Opóźnienie ERN zostało zmanipulowane poprzez szybką informację zwrotną, w której uczestnicy, którzy otrzymali szybką informację zwrotną dotyczącą nieprawidłowej odpowiedzi, wykazywali następnie krótsze opóźnienia szczytowe ERN. Ponadto podwyższona amplituda ERN podczas sytuacji społecznych została powiązana z objawami lękowymi zarówno w dzieciństwie, jak iw wieku dorosłym.

Badania rozwojowe wykazały, że ERN pojawia się w dzieciństwie i okresie dojrzewania, przybierając coraz bardziej ujemną amplitudę i bardziej wyraźny szczyt. Wydaje się, że ERN jest modulowana przez środowisko w dzieciństwie, a dzieci, które doświadczają wczesnych przeciwności losu, wykazują mniej ujemne amplitudy ERN.

Teoria/źródło

Chociaż trudno jest zlokalizować pochodzenie sygnału ERP, szeroko zakrojone badania empiryczne wskazują, że ERN jest najprawdopodobniej generowana w obszarze przedniej części kory zakrętu obręczy (ACC) mózgu. Wniosek ten jest poparty fMRI i badaniami uszkodzeń mózgu, a także modelowaniem źródeł dipolowych. Grzbietowo -boczna kora przedczołowa (DLPFC) może być również do pewnego stopnia zaangażowana w generowanie ERN i stwierdzono, że osoby z wyższym poziomem „roztargnienia” mają swoje ERN bardziej pochodzące z tego regionu.

W tej dziedzinie toczy się debata na temat tego, co odzwierciedla ERN (patrz zwłaszcza Burle i in.). Niektórzy badacze utrzymują, że ERN jest generowana podczas wykrywania błędów lub reagowania na nie. Inni twierdzą, że ERN jest generowana przez proces porównywania lub system monitorowania konfliktów i nie jest specyficzna dla błędów. W przeciwieństwie do powyższych teorii poznawczych, nowe modele sugerują, że ERN może odzwierciedlać motywacyjne znaczenie zadania lub być może emocjonalną reakcję na popełnienie błędu. Ten późniejszy pogląd jest zgodny z ustaleniami łączącymi błędy i ERN z pobudzeniem autonomicznym i stanami motywacji obronnej, a także z ustaleniami sugerującymi, że ERN można oddzielić od czynników poznawczych, ale nie afektywnych. Niestety nadal nie jest jasne, jak interpretować różnice w wielkości ERN, ponieważ zarówno mniejsza, jak i większa ERN były interpretowane jako „lepsze”.

Negatywne opinie związane z błędami

Potencjał związany ze zdarzeniem zablokowanym bodźcem obserwuje się również po prezentacji negatywnych bodźców sprzężenia zwrotnego w zadaniu poznawczym wskazującym na wynik odpowiedzi, często określanej jako sprzężenie zwrotne ERN (fERN). Doprowadziło to niektórych badaczy do rozszerzenia konta wykrywania błędów odpowiedzi ERN (rERN) na ogólny system wykrywania błędów. Stanowisko to zostało rozwinięte w opisie uczenia się przez wzmacnianie ERN, argumentując, że zarówno rERN, jak i fern są produktami sygnałów błędów przewidywania przenoszonych przez układ dopaminowy docierających do przedniej kory zakrętu obręczy, co wskazuje, że zdarzenia potoczyły się gorzej niż oczekiwano . W tych ramach często mierzy się zarówno rERN, jak i fern jako różnicę napięcia odpowiednio między poprawnymi i nieprawidłowymi odpowiedziami i sprzężeniem zwrotnym.

Zastosowania kliniczne

Debaty na temat zaburzeń psychicznych często stają się zagadkami typu „jajko i kura”. Jako potencjalnego arbitra w tym sporze zaproponowano ERN. Zbiór badań empirycznych wykazał, że ERN odzwierciedla różnicę poziomu „cechy” w indywidualnym przetwarzaniu błędów; zwłaszcza dotyczące niepokoju, a nie różnicy poziomów „stanu”. Na przykład; większość ludzi, którzy doświadczają depresji, nie czuje się przygnębiona przez cały czas. Zamiast tego mają okresy „stanów” depresyjnych, które mogą być niewielkie i charakterystyczne dla ekstremalnych sytuacji, takich jak śmierć bliskiej osoby, utrata pracy lub poważne obrażenia. Jednak osoba, która ma „cechę” depresyjną, doświadczyła więcej niż jednego „stanu” małej depresji i zwykle co najmniej jednego dużego stanu depresyjnego, z których żaden nie może być unikalny dla wyraźnie skrajnej sytuacji. W rzeczywistości istnieją pewne dowody, choć słabe, na to, że osoby z depresją mają małe ERN. Naukowcy badają wykorzystanie ERN i innych sygnałów ERP w identyfikowaniu osób zagrożonych zaburzeniami psychicznymi w nadziei na wdrożenie wczesnych interwencji. Osoby z zachowaniami uzależniającymi, takimi jak palenie, alkoholizm i nadużywanie substancji, również wykazały zróżnicowane odpowiedzi ERN w porównaniu z osobami bez takich samych zachowań uzależniających.

Pozytywność przed ruchem

ERN jest często poprzedzone niewielkim dodatnim odchyleniem napięcia z opóźnieniem w przedziale od -200 do -50 milisekund w ERP z zablokowaną odpowiedzią w kanałach nad wierzchołkiem skóry głowy, co jest czasami określane jako „dodatni szczyt poprzedzający Ne ” lub „PNe”, ale bardziej ogólnie uważa się, że odzwierciedla pozytywność przed ruchem (PMP) opisaną przez Deecke i in. (1969). Uważa się, że PMP odzwierciedla „sygnał startu”, za pomocą którego pre-SMA i SMA umożliwiają przeprowadzenie reakcji motorycznej. PMP jest mniejsze przed błędnymi reakcjami motorycznymi niż przed prawidłowymi reakcjami motorycznymi, co sugeruje, że może to być ważny sygnał do rozróżniania działań błędnych od prawidłowych. Dodatkowo PMP jest mniejsze u osób, które popełniają więcej błędów podczas zadania Flankers i może mieć użyteczność kliniczną w populacjach podatnych na wypadki, takich jak młodzież z ADHD.

Pozytywność związana z błędami

Po ERN często następuje pozytywność, znana jako pozytywność związana z błędami lub Pe. Pe jest dodatnim ugięciem z rozkładem środkowo-ciemieniowym. Po wywołaniu Pe może wystąpić 200-500 ms po udzieleniu nieprawidłowej odpowiedzi, po negatywnym błędzie (Ne, ERN), ale nie jest widoczny we wszystkich próbach błędu. W szczególności WW zależy od świadomości lub zdolności wykrywania błędów. Pe jest w zasadzie tym samym, co P300 związana ze świadomymi odczuciami. Ponadto Vocat i in. (2008) ustalili, że Ne i Pe mają nie tylko różne rozkłady topograficzne, ale także różne generatory. Lokalizacja źródła wskazuje, że Ne ma dipol w przedniej korze zakrętu obręczy , a Pe ma dipol w tylnej korze zakrętu obręczy . Amplituda Pe odzwierciedla postrzeganie błędu, co oznacza, że przy większej świadomości błędu amplituda Pe jest większa. Falkenstein i współpracownicy (2000) wykazali, że Pe jest wywoływana w nieskorygowanych próbach i próbach fałszywych alarmów, co sugeruje, że nie jest bezpośrednio związana z korekcją błędów. Wydaje się zatem, że jest to związane z monitorowaniem błędów, chociaż ma inne korzenie neuronowe i poznawcze niż przetwarzanie związane z błędami odzwierciedlone w Ne.

Jeśli WP odzwierciedla świadome przetwarzanie błędów, można oczekiwać, że będzie inaczej w przypadku osób z deficytami w monitorowaniu konfliktów, takich jak ADHD i OCD . Czy to prawda, pozostaje kontrowersyjne. Niektóre badania wskazują, że te stany są związane z różnymi reakcjami Pe, podczas gdy inne badania nie powtórzyły tych wyników. Pe był również używany do oceny przetwarzania błędów u pacjentów z ciężkim urazem mózgu. W badaniu wykorzystującym odmianę zadania Stroopa wykazano, że pacjenci z ciężkim urazowym uszkodzeniem mózgu związanym z deficytami przetwarzania błędów wykazywali znacznie mniejsze Pe w próbach błędów w porównaniu ze zdrowymi kontrolami.

Niektórzy badacze twierdzą, że negatywność związana z błędem lub pozytywność związana z błędem jest w rzeczywistości pozytywnością związaną z nagrodą. Pozytywność związana z nagrodą jest również określana jako pozytywność nagrody lub RewP. Sugerowano, że dane ERP przedstawiają neuronalną pozytywność wobec nagród (znaną również jako pozytywność nagrody), a nie neuronalną negatywność wobec straty (inaczej negatywność związaną z błędami). Tak więc ta zmiana sposobu, w jaki konceptualizujemy reakcje neuronalne na zyski/straty, pozwala nam lepiej zrozumieć leżące u ich podstaw procesy neuronalne.

Zobacz też