P300（神経科学）

P300 （ P3 ）波は、意思決定のプロセスで誘発されるイベント関連電位（ERP）コンポーネントです。その発生は刺激の物理的属性ではなく、それに対する人の反応に関連するため、内在性の可能性であると考えられています。より具体的には、P300は刺激の評価または分類に関与するプロセスを反映すると考えられています。通常、確率の低いターゲットアイテムと確率の高い非ターゲット（または「標準」）アイテムが混在するオッドボールパラダイムを使用して誘発されます。

脳波計（EEG）で記録した場合、約250〜500ミリ秒のレイテンシ（刺激と応答の間の遅延）のある電圧の正の偏向として現れます。信号は通常、頭頂葉を覆う電極によって最も強く測定されます。この信号の存在、大きさ、トポグラフィー、およびタイミングは、多くの場合、意思決定プロセスの認知機能の指標として使用されます。このERPコンポーネントの神経基質はまだぼやけていますが、この信号の再現性と遍在性により、クリニックと実験室の両方で心理テストを行う一般的な選択肢となっています。

歴史

P300（より具体的には、後にP3bと命名されるコンポーネント）の初期の観測は、1960年代半ばに報告されました。 1964年、ChapmanとBragdonの研究者は、視覚刺激に対するERP応答が、刺激に意味があるかどうかによって異なることを発見しました。彼らは、被験者に2種類の視覚刺激を示しました：光の数と閃光。被験者は、これらの刺激を順番に1つずつ見ました。 2つの数字ごとに、被験者は、2つの数字のどちらが数値的に小さいか大きいか、シーケンスの1番目または2番目であるか、または等しいかを伝えるなど、簡単な決定を行う必要がありました。これらの刺激（すなわちERP）に対する誘発電位を調べると、ChapmanとBragdonは、数字とフラッシュの両方が予想される感覚反応（視覚N1成分など）を誘発し、これらの反応の振幅が刺激の強さ。また、閃光ではなく数値に対するERPの応答には、刺激が現れてから約300 ms後にピークに達する大きな陽性が含まれることがわかった。 ChapmanとBragdonは、P300応答として知られるようになった数字に対するこの差異的な反応は、実行するように求められたタスクに基づいて、数字が参加者にとって意味があるという事実に起因すると推測しました。

1965年、サットンと同僚は、この後期陽性をさらに調査した2つの実験の結果を発表しました。彼らは、被験者に次の刺激がクリックかフラッシュかを示すキュー、または被験者が次の刺激がクリックかフラッシュかを推測する必要があるキューのいずれかを提示しました。彼らは、被験者が次の刺激が何であるかを推測する必要があるとき、「後期陽性複合体」の振幅は刺激が何であるかを知っているときよりも大きいことを発見した。 2番目の実験では、2つのキュータイプを提示しました。 1つのキューでは、次の刺激がクリックになる可能性が3分の2で、次の刺激がフラッシュになる可能性が3分の1でした。 2番目のキュータイプには、最初のキュータイプとは逆の確率がありました。彼らは、正の複合体の振幅が、より確率の低い刺激、または出現する可能性が3分の1の刺激に応じて大きいことを発見しました。これらの研究から得られた別の重要な発見は、この後期陽性複合体がクリックとフラッシュの両方で観察されたことであり、刺激の物理的タイプ（聴覚または視覚）は問題ではないことを示しています。

1967年に公開された後の研究で、サットンと同僚は、被験者に1回クリックするか2回クリックするかを推測させました。彼らは、2回目のクリックが発生した後、またはシングルクリックの場合は発生するはずだった約300ミリ秒後に再び陽性を観察しました。また、被験者はクリックの間隔がどれくらい長くなる可能性があるかを推測しました。この場合、2回目のクリックから300ミリ秒後に陽性が生じました。これは、2つの重要な発見を示しています.1つ目は、クリックのタイプに関する不確実性が解決されたときにこの遅延陽性が発生したこと、2つ目は、刺激がタスクに関連している場合、刺激がない場合でも後期陽性複合体を誘発することです。これらの初期の研究は、認知を研究するためのERP手法の使用を奨励し、その後の数十年間でP300に関する広範な研究の基礎を提供しました。

P3aおよびP3b

P300の最初の発見以来、調査により、P300には2つのサブコンポーネントがあることが示されています。サブコンポーネントは、ノベルティP3またはP3a、およびP3bに名前が変更されたクラシックP300です。

P3a、またはノベルティP3には、前向き/中央電極部位で最大振幅を示す正の振幅があり、250〜280ミリ秒の範囲のピーク遅延があります。 P3aは、注意の関与（特に、環境の変化への方向付け、不随意の変化）、および新規性の処理に関連する脳活動に関連付けられています。

P3bの振幅は正であり（通常、耳の後ろの基準または2つの基準の平均に対して）、ピークは約300ミリ秒で、ピークはレイテンシに応じて250から500ミリ秒以上まで変化します仕事。振幅は通常、頭頂部の頭頂部で最も高くなります。 P3bは、認知プロセス、特に情報処理に関する心理学研究の研究に使用される卓越したツールです。一般的に、ありそうもないイベントはP3bを誘発し、イベントの可能性が低いほど、P3bの振幅は大きくなります。ただし、P3bを引き出すためには、ありそうもないイベントが何らかの方法で手元のタスクに関連付けられている必要があります（たとえば、ありそうもないイベントは、対象が応答する可能性のある文字のストリーム内のまれなターゲット文字である可能性があります）ボタンを押す）。 P3bは、認知作業負荷に対するタスクの要求度を測定するためにも使用できます。

用途

1980年代半ば以降、P300などの最も議論されているERPの使用法の1つは、嘘発見に関連しています。提案された「有罪知識テスト」では、典型的な嘘発見器の状況と同じように、被験者はオッドボールパラダイムを介して尋問されます。 P300の無意識的で制御不能な側面により、従来のポリグラフの使用が減少している一方で、この慣行は法的許容度を高めてきました。この技術は、ローレンス・ファーウェル博士によって開発された記憶および符号化関連多面脳波応答（MERMER）のアイデアの中心である、P300波の再現可能な引き出しに依存しています。

脳とコンピューターのインターフェース（BCI）のアプリケーションも提案されています。 P300には、このようなシステムの実装を支援する多くの望ましい品質があります。第一に、波形は常に検出可能であり、正確な刺激に応答して誘発されます。 P300の波形は、測定技術のばらつきがほとんどないほぼすべての被験者で誘発することもできます。これにより、インターフェース設計が簡素化され、使いやすさが向上します。インターフェイスが動作できる速度は、「ノイズ」にもかかわらず信号がどの程度検出可能かによって異なります。 P300のマイナスの特徴の1つは、波形の振幅が信号を分離するために複数の記録の平均化を必要とすることです。この処理およびその他の記録後処理ステップにより、インターフェースの全体的な速度が決まります。 FarwellとDonchinによって提案されたアルゴリズムは、P300の無意識の意思決定プロセスに依存してコンピューターを駆動する単純なBCIの例を提供します。 6×6の文字のグリッドが被験者に提示され、さまざまな列または行が強調表示されます。被験者がコミュニケーションを希望するキャラクターが列または行に含まれている場合、P300応答が誘発されます（このキャラクターは「特殊」であるため、これは典型的なオッドボールパラダイムで説明されているターゲット刺激です）。応答を引き起こした行と列の組み合わせにより、目的の文字が特定されます。 EEGからノイズを取り除くには、このような試行の多くを平均化する必要があります。強調表示の速度により、1分間に処理される文字数が決まります。このセットアップを使用した研究の結果は、通常の被験者が3.4〜4.3文字/分で95％の成功率を達成できることを示しています。このような成功率は、障害のないユーザーに限定されません。 2000年に実施された研究では、麻痺した4人の参加者（1人が完全対麻痺、3人が不完全対麻痺）が正常な参加者10人と同じくらいうまくいったことが明らかになりました。

科学研究では、特に意思決定に関して、イベント関連の可能性を調べるためにP300の測定に依存することがよくあります。認知機能障害はP300の変化と相関することが多いため、波形は認知機能に対するさまざまな治療の有効性の尺度として使用できます。正確にこれらの理由から、臨床マーカーとしての使用を提案している人もいます。臨床研究におけるP300の幅広い用途があります。