Ereigniskorrelierte Potentiale

Als ereigniskorrelierte Potentiale (EKP, engl.: event-related potentials, ERP ) werden Wellenformen im Elektroenzephalogramm (EEG) bezeichnet, die entweder von Sinneswahrnehmungen ausgelöst (evoziert) oder mit kognitiven Prozessen (z. B. Aufmerksamkeit und Sprachverarbeitung) korreliert sind.

Schematische Darstellung des Verlaufs ereigniskorrelierter Potentiale bei der Aufnahme und Verarbeitung eines visuellen oder auditiven Reizes (vgl. Birbaumer & Schmidt, 2006, S. 481)

Methodik

Um die niedrigamplitudigen EKPs im höheramplitudigen Spontan-EEG überhaupt sichtbar zu machen, müssen viele stimulusbezogene Datenepochen gemittelt werden. Die ereignisunabhängigen Anteile des EEG (das Spontan-EEG, Rauschen) mitteln sich dabei heraus. Darüber hinaus werden alternative Methoden der Signalanalyse entwickelt, mit denen sich z. B. Veränderungen in den Schwingungsstärken (Zeit-Frequenz-Analyse, Wavelet-Analyse), in der Synchronisation oder in der Kohärenz über die Einzelmessungen nachweisen lassen.

Je nachdem, wie lange nach einem Ereignis eine Komponente (v. a. positive oder negative Latenzen) im EEG auftritt, kann man diese verschiedenen Gehirnbereichen zuordnen. Frühe Komponenten (0–10 ms) werden dem Hirnstamm zugeordnet, mittlere Komponenten (bis 100 ms) dem Thalamus und späte oder langsame Komponenten (bis 200 ms) dem Cortex.

Zur Systematisierung werden einzelne Komponenten der ereigniskorrelierten Potentiale entsprechend ihrer Polarität und ihrer zeitlichen Rangposition oder Latenz bezeichnet. So werden beispielsweise die Begriffe P3 und P300 synonym für ein und dieselbe beschriebene Komponente verwendet, obwohl das zugrunde liegende Prinzip ein völlig anderes ist. P3 bezeichnet das 3. positive Maximum des EKP, während P300 das positive Maximum bezeichnet, das 300 ms nach der Präsentation eines Reizes auftritt.

EKPs lassen sich nicht nur über das EEG, sondern auch über die Magnetoenzephalographie (MEG) gewinnen.

Anwendung

Anwendungen von EKPs finden sich in der Psychophysik und in den Kognitionswissenschaften. Heftig diskutiert wird insbesondere die Bedeutung der EKPs beim Libet-Experiment. In der Psycholinguistik untersucht man EKPs, die von Schwierigkeiten beim Verständnis von Sätzen begleitet werden: So tritt die N400 (eine Spannungsschwankung negativer Polarität 0,4 Sekunden nach einem kritischen Wort) bei semantischen Verarbeitungsproblemen auf, z. B. wenn man den Satz "Hanna trinkt ein Glas Beton" hört oder liest. Die P600 ist eine Positivierung im EEG, die 0,6 Sekunden nach einem kritischen Wort auftritt und von syntaktischen Verarbeitungsschwierigkeiten zeugt, wie sie z. B. der Satz "Hans glaubt, dass der Entdecker von Amerika erzählte" hervorruft, wenn wir "der Entdecker von Amerika" mit "Kolumbus" gleichsetzen und dessen Erzählung erwarten.

In der Klinischen Psychologie und der Psychiatrie unterstützt die Erfassung Ereigniskorrelierter Potenziale die Diagnosestellung für Patienten. Beispielsweise wurde bei schizophren erkrankten Menschen eine messbare Abweichung festgestellt, welche die Hypothese der erleichterten Bahnung im semantischen Netzwerk bei schizophren Erkrankten stützt.^[1][2]

MMN

Die sog. Mismatch Negativity (MMN) oder auch N2a bezeichnet eine negative EKP-Komponente, die ca. 150-250 ms nach einer Stimuluspräsentation nur dann auftritt, wenn ein neuer Stimulus im Vergleich zu zuvor präsentierten, gleichartigen Stimuli bzgl. Frequenz, Dauer, Ort oder Intensität abweicht. Zum Teil wird die MMN auch durch Abweichungen bei komplexen Stimuli, wie bspw. bei kurzen Melodien evoziert. Erstmals beschrieben wurden sie mittels eines passive-oddball-designs von Näätänen, Gaillard und Mäntysalo für auditive Reize im Jahre 1978. Ob die MMN auch bei anderen Modalitäten vorkommt, wird kontrovers diskutiert.

Für die auditorische Modalität tritt die MMN am prominentesten an fronto-zentralen Elektroden auf und weist eine leichte rechtshemisphärische Dominanz auf. Dipolanalysen und konvergierender Forschungsergebnisse mittels bildgebender Verfahren zeigen einen supratemporalen Generator und legen eine zweite präfrontale Quelle nahe.

Im Unterschied zu Komponenten wie der P300 kann die MMN nur bedingt durch die Person selbst beeinflusst werden, weshalb sie als transient exogene Komponente angesehen wird, auch deshalb weil sie nur kontextabhängig auftritt. Es liegt die Vermutung nahe, dass die MMN deshalb Ausdruck eines evolutionär bedeutsamen, prä-attentiven Prozess ist, der fortwährend die invariante akustische Umwelt erfasst und bei abweichenden Stimuli Ressourcen zu Verfügung stellt, damit Aufmerksamkeitsprozesse den betroffenen Stimulus gesondert verarbeiten können. Diese Theorie wurde durch Risto Näätänen als Auditory-Trace Theory bekannt. Alternative Hypothesen, wie die Refraktärhypothese von Erich Schröger, die die MMN als Resultat von refraktären Neuronengruppen erklären wollte, sind experimentell nicht haltbar. Unterstützt wird Näätänens Theorie durch Befunde, dass sowohl die Latenz, als auch die Amplitude der MMN stark mit der individuellen Reizdiskrimationsschwelle und dem physikalischen Reizunterscheid korreliert. Es ist jedoch zu beachten, dass in der Regel die MMN mit anderen Komponenten, wie der N2b oder auch der N1 konfundiert ist.

P300

Zu den häufigsten Modalitäten gehört die gut nachweisbare P300, eine positive Welle ungefähr 300 ms nach dem Reiz, die dadurch ausgelöst wird, dass ein seltener Zielreiz appliziert wird, zum Beispiel bei auditorischer Reizung ein abweichender Ton oder bei visueller Reizung ein abweichendes Bild (sog. Oddball- Paradigma). Die P300 tritt jedoch auch bei der Präsentation aufgabenrelevanter Reize auf, weshalb sie in P3a und P3b unterteilt wird. Die P3b, welche ein Indikator für die Reizbedeutung ist, hat ihre maximale Ausprägung im Gebiet der parietalen Elektroden, während die P3a an den frontozentralen Elektroden am prominentesten ist und hauptsächlich Ausdruck der Reizneuheit ist.

Verschiedene Theorien, wie das integrative, triarchische Modell von Johnson (1986), postulieren eine Abhängigkeit der Latenz und Amplitude der P300 von der

• Informationsübertragung
• Wahrscheinlichkeit des Stimulus
• von der Bedeutung des Stimulus

Im Rahmen der vorherrschenden Theorie, der Context Updating Hypothesis von Sutton und Kollegen wird angenommen, dass die Latenz der P300 eine Aktualisierung der Erwartungen hinsichtlich der Auftretenswahrscheinlichkeit bestimmter Ereignisse im aktuellen Kontext widerspiegelt. Da diese Aktualisierung nur nach einer vorherigen Kategorisierung vonstatten gehen kann, hängt ihre Latenz davon ab, wie viel Zeit diese Kategorisierung/Reizbewertung in Anspruch nimmt. Die P300 wird daher gerne als Maß für die Zeitdauer bzw. Latenz von Evaluationsprozessen genutzt. Gegenüber physiologischen oder motorischen Maßen wie dem Drücken eines Hebels besteht der Vorteil, dass tatsächlich nur der reine Evaluationsprozess, und nicht etwa zusätzlich die Zeit der Übersetzung der Bewertung in eine konkrete Motorreaktion (wie z. B. die Bewegung eines Fingers auf die Taste), ausschlaggebend ist. Die Context Closure Hypothesis hingegen beschreibt die P300 als Komponente, die vor allem dann auftritt, wenn der dargebotene Stimulus sich gut in den Kontext einbettet. Die Konkurrenz zwischen diesen beiden konträren Hypothesen lässt sich auflösen, wenn man sie jeweils der P3a bzw. der P3b zuordnet.

Die P300 wird häufig auch als Aufmerksamkeitsmaß verwendet: Wie oben beschrieben, kann die Amplitude der P300 darüber Aufschluss geben, wie eine Person Stimuli kategorisiert und wie deren Bedeutung subjektiv eingeschätzt wird. Die Komponente taucht aber nur dann auf, wenn die Person aktiv, also attentional, nach Reizen sucht. Farwell & Donchin (1991) haben sich dies zu Nutze gemacht, und die Ableitung der P300 mit Erfolg zur Lügendetektion verwendet. Es wurden keine falsch Positiven diagnostiziert. Außerdem wird sie zur Diagnose verschiedener pathologischer Veränderungen verwendet.

Literatur

• Jan Seifert: Ereigniskorrelierte EEG-Aktivität. Lengerich: Pabst, 2005. ISBN 3-89967-236-4
• Steven J. Luck: An Introduction to the Event-Related Potential Technique. The MIT Press, 2005. ISBN 0262621967
• Todd C. Handy: Event-Related Potentials : A Methods Handbook. Cambridge, Mass.: The MIT Press (B&T), 2004. ISBN 0262083337

Einzelnachweise

1. ↑ Sabine Winkler: Veränderungen der ereigniskorelierten Potenziale P300 und N400 bei schizophrenen Patienten. 1999 (UNI Heidelberg, Promotion: Psychiatrie, [1]).
2. ↑ M. Spitzer, M. Weisbrod, Sabine Winkler, Sabine Maier: Ereigniskorrelierte Potentiale bei semantischen Sprachverarbeitungsprozessen schizophrener Patienten. Nr. 3, Springer, Berlin / Heidelberg 20. März 1997, (Print) 1433-0407 (Online) ISSN 0028-2804 (Print) 1433-0407 (Online), S. 212-225 (Zeitschrift: Der Nervenarzt, Volume 68, springerlink, abgerufen am DOI 10.1007/s001150050116).

Weblinks

• www.erpinfo.org/