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Eventbezogenes Potenzials, oder einfach ERP's, sind die elektrophysiologischen Reaktionen der Gehirn auf Veranstaltungen im Umfeld. Diese Ereignisse können einfache Sinnesreize sein, wie Töne, Lichtblitze oder elektrische Stimulation der Haut. Aber auch motorische Ereignisse wie das Drücken einer Taste können ERPs auslösen.

Messung

ERPs auf Stimuli werden durch kleine Segmente des Elektroenzephalogramm (EEG), die zu einem festen Zeitpunkt nach dem Stimulus auftreten, werden summiert und mit einem Computer gemittelt. Diese Segmente werden auch Versuche genannt. Als Faustregel gilt hier, dass sich das Verhältnis zwischen ERP-Komponenten und Hintergrundgeräuschen (also den spontanen Schwankungen im EEG) um den Faktor √N (N= ist die Anzahl der Versuche) verbessert. ERPs werden beim Menschen typischerweise durch mehrere . gemessen Elektroden die einem festen Zeitplan folgen (die 10-20-System) sind am Schädel befestigt. Dieser misst die elektrische Aktivität des darunter liegenden Hirngewebes. Dazu gehört die Tätigkeit von Pyramidenzellen in Bereichen unterhalb der Elektrode.

Übersicht der Komponenten

ERPs bestehen aus einer Reihe von positiven und negativen Spitzen, auch Komponenten genannt, die zu einem festen Zeitpunkt nach dem Stimulus auftreten. Man kann grob zwischen Frühkomponenten (global: 0 - 150 ms nach Reizbeginn) und Spätkomponenten (später als 150 ms nach Reizbeginn) unterscheiden. Frühe Komponenten werden auch „sensorisch“ genannt evozierte Potenziale' erwähnt. Es gibt auch Komponenten, die vor oder nach einer motorischen Reaktion auftreten; diese werden motorische oder bewegungsbezogene Potenziale genannt.

Frühe Komponenten

Diese scheinen besonders empfindlich auf rein physikalische Eigenschaften der dargebotenen Sinnesreize zu reagieren, wie Intensität, Modalität (zB visuell/auditiv) und Dauer der Darbietung. Die sehr frühen Komponenten (Latenz unter 30 ms) müssen nicht immer aus der Kortex entstehen, sondern entstehen in der afferente Nervenbahnen, oder Nervenkerne im Hirnstamm gelegen. Ein Beispiel dafür sind die auditiven Hirnstammpotentiale (auf Englisch: Potenziale der Gehirnstimme; siehe Abbildung unten). Diese Komponenten sind für den Neurologen von besonderem Interesse, da sie Aufschluss über mögliche Pathologien der afferenten Nerven oder subkortikalen Strukturen wie z Thalamus und Colliculi inferior.

Die auditiv-sensorisch evozierten Potentiale (herausgegeben von Picton et al., 1974). Die Zeitachse ist logarithmisch. Die Komponenten I-VI (Hirnstammpotentiale) entstehen in verschiedenen Stationen der afferenten Hörnerven, die von Schnecke zum Thalamus. Die späteren Komponenten hängen ebenfalls von den physikalischen Eigenschaften der Hörreize ab, entstehen aber in höheren Stationen wie Thalamus (No, Po, Na, Pa, Nb) und die Hörregionen im Kortex (P1, N1, P2, N2)

Schematische Darstellung einiger neuer ERP-Komponenten (P2, N2, P3) in einem passiven (rot) und aktiven (schwarz) Zustand.

Frühe Komponenten, die im Kortex entstehen (wie der P1), die den sehr frühen Komponenten des Hirnstamms folgen, werden als AEP (auditiv evozierte Potenziale), VEP (visuell evozierte Potenziale) bzw. SEP (somatosensorisch evozierte Potenziale) bezeichnet. Diese Komponenten sind in der Regel über dem Bereich des Gehirns am größten, in dem diese Reize verarbeitet werden. Beispielsweise sind bei der visuellen und auditiven Stimulation die VEP- und AEP-Komponenten am deutlichsten über den visuellen bzw. auditiven Projektionsregionen des Gehirns sichtbar.

Späte Komponenten

Späte Komponenten (wie N2 und P3 oder P300, siehe auch Abbildung unten) scheinen weniger abhängig von den physikalischen Eigenschaften der dargebotenen Reize, sondern stärker von den Anweisungen der kognitiven Aufgabe abhängig zu sein. Typischerweise sind diese Komponenten am deutlichsten unter Bedingungen zu beobachten, in denen das Subjekt etwas mit dem Reiz zu tun hat; zum Beispiel muss er angeben, ob das dargestellte Bild oder Wort zuvor präsentiert wurde, sich auf ein Tier oder einen Menschen bezieht oder ob es ein Verb oder ein Substantiv ist.

Motorkomponenten

Neben sensorischen Komponenten gibt es auch motorische (oder: bewegungsbezogene) ERP-Komponenten.

Schematische Darstellung von MRP-Komponenten. N1= Bereitschaftspotential (auch Bereitschaftspotential genannt), P1= prämotorische Positivität, N2= motorisches Potential, P2= reafferentes Potential

Diese werden auch als MRP bezeichnet (motorische Potenziale) erwähnt. Sie spiegeln die Aktivität in den motorischen Bereichen des Gehirns (der primärer motorischer Kortex und je weiter vorne prämotorischer Kortex). Diese Aktivität ist mit der Vorbereitung und Durchführung einer motorischen Handlung wie dem Drücken einer Taste verbunden. Diese Komponenten werden gemessen, indem der Aktionszeitpunkt als Bezugspunkt für die Mittelung von EEG-Segmenten genommen wird. Davon spricht man auch Antwort gesperrt Mittelwertbildung.

Identifikation der ERP-Komponenten

Die Identifizierung oder Definition verschiedener Komponenten bleibt umstritten. Am häufigsten werden die beiden oben genannten physikalischen Kriterien verwendet, nämlich Polarität (positiv oder negativ) und Zeitpunkt des Auftretens (wobei man die Reihenfolge ändert Latenz zeit rausgehen kann). Zum Beispiel ist die Komponente P1 (oder P100) die erste frühe positive Komponente, die im Durchschnitt in der Nähe von 100 ms nach dem Stimulus auftritt. P3 (oder P300) ist die dritte positive Komponente, die im Durchschnitt nach 300 ms auftritt. Das dritte Kriterium ist die Schädeltopographie.

Beispiel für eine topografische Karte einer ERP-Komponente. Die Linien am Kopf verbinden Punkte am Schädel, die das gleiche Potential haben. Gezeigt ist hier eine positive Komponente (P3), die frontal maximal ist

Frühe Komponenten zeigen deutlich ihren Höhepunkt über den primären Kortexbereichen, während späte Komponenten eine diffusere Verteilung über den Schädel zeigen. Dies liegt daran, dass sie entweder mehrere Bereiche des Gehirns oder größere Bereiche widerspiegeln, die weniger scharf lokalisiert sind als frühe Komponenten. Ein viertes Kriterium, das hauptsächlich für die späten Komponenten verwendet wird, betrifft die Funktionsmerkmale, das heißt die Sensibilität für spezifische Aspekte der kognitiven Aufgabe. Beispielsweise scheint P3(00) bei sogenannten Oddball-Aufgaben am deutlichsten beobachtbar zu sein. Dies sind Aufgaben, bei denen auf selten auftretende Zielreize („Targets“) reagiert werden muss. Unter passiven Bedingungen und bei häufig auftretenden Reizen ist die Amplitude von P300 viel kleiner. Ein weiteres Beispiel ist die N400-Komponente, eine negative Komponente mit einer Latenz von etwa 400 ms. Dies ist besonders bei Wörtern sichtbar, die in einen Satz eingebettet sind und die in ihrer Bedeutung von der Bedeutung des Satzes abweichen (wie das letzte Wort im Satz: das Mädchen hat Pommes mit Schuh gegessen). Darüber hinaus unterscheiden sich P300 und N400 auch in der Topographie: So ist beispielsweise der P300 über dem Parietalbereich am größten und der N400 über den zentralen Kortexbereichen am größten.

Quellenschätzungen

ERPs eignen sich besonders gut, um schnelle Prozesse im Gehirn während der Aufgabenausführung abzubilden. Es ist schwieriger zu bestimmen wahr sie haben ihren Ursprung im Gehirn. Dies gilt insbesondere für die oben erwähnten späten Komponenten.

Beispiel für einige ERP-Dipole. Seiten- und Draufsichtkopf

Dennoch ist es möglich, die Quellen von ERPs mit Hilfe spezifischer Analysen aufzuspüren. Das nennt man auch Dipolmodellierung. Oft wird die inverse (rückwärts) Technik verwendet. Es wird versucht, anhand einer Vielzahl von Ableitungen am Schädel die Quelle(n) im Gehirn abzuschätzen, die für eine bestimmte Komponente zutreffen. Dieser Ansatz beruht jedoch auf einer Reihe von stark vereinfachten Annahmen. Eine wichtige Annahme ist beispielsweise, dass sich die Quelle wie ein elektrischer Dipol (eine Art Batterie mit Plus- und Minuspol) verhält. Diese Annahme erscheint nicht immer realistisch, da späte Komponenten oft ausgedehnte Netzwerke im Gehirn beinhalten. Man spricht von einem äquivalenten Dipol: Die ganze Fläche verhält sich gleichsam wie ein Dipol. Da mit dieser Methode viele Lösungen möglich sind, werden oft zusätzliche Annahmen gemacht, die sich auf die (physiologisch oder anatomisch) plausibelste Stelle im Gehirn beziehen.

Kurzer Komponentenkatalog

Siehe weiter:

• Elektroenzephalogramm
• Nichtübereinstimmung mit Negativität (MMN)
• immer noch N2
• N2b
• N400 (EWG)
• Fehlerbezogene Negativität (ERN/NE)
• Selektionsnegativität (SN)
• Bedingte negative Variation (CNV)
• Bereitschaftspotential, Bereitschaftspotential
• P300 (P3b), P3a, Nougat P3

Verweise

• Hillyard, S.A. (1993). Elektrische und magnetische Gehirnaufzeichnungen: Beiträge zur kognitiven Neurowissenschaft. Aktuelle Meinung Neurobiol., 3, 710–717
• Donchin, E. (1981). Überraschung Überraschung? Psychophysiologie, 18, 494-513.
• Scherg, P. & Berg, P. (1995). BESA Analyse der elektrischen Quellen des Gehirns. Benutzerhandbuch Version 2.1. München
• Picton, T. W., Hillyard, S. A., Krausz, H. I. & Galambos, R. (1974). Akustisch evozierte Potenziale des Menschen I: Bewertung von Komponenten. Elektroenzephalohraphy und klinische Neurophysiologie, 36, 179-190.