P300 (neurociencia)

En neurociencia , la onda P300 ( P3 ) es un componente del potencial evocado (ERP) que se produce durante la toma de decisiones y que se observa comúnmente en los registros de electroencefalograma (EEG). Se considera un potencial endógeno , ^{[ 3 ]} ya que su aparición no se relaciona con los atributos físicos de un estímulo, sino con la reacción de la persona ante él. Más específicamente, se cree que la P300 refleja procesos involucrados en la evaluación o categorización de estímulos.

Generalmente se obtiene mediante el paradigma oddball , en el que se mezclan elementos objetivo de baja probabilidad con elementos no objetivo (o "estándar") de alta probabilidad. Cuando se registra mediante EEG, aparece como una deflexión positiva en el voltaje con una latencia (retraso entre el estímulo y la respuesta) de aproximadamente 250 a 500 ms . ^{[ 4 ]} La onda P3 a veces se divide en la ventana temprana (300-400 ms) y la ventana tardía (380-440 ms). ^{[ 5 ]} 

La señal se suele medir con mayor intensidad mediante los electrodos que cubren el lóbulo parietal . La presencia, magnitud, topografía y temporalidad de esta señal se utilizan a menudo como indicadores de la función cognitiva en los procesos de toma de decisiones. Si bien los sustratos neuronales de este componente de los potenciales evocados (ERP) aún no se comprenden completamente, la reproducibilidad y ubicuidad de esta señal la convierten en una opción común para las pruebas psicológicas tanto en la clínica como en el laboratorio.

Las primeras observaciones del P300 (más específicamente, el componente que más tarde se denominaría P3b) se reportaron a mediados de la década de 1960. En 1964, los investigadores Chapman y Bragdon ^{[ 6 ]} descubrieron que las respuestas de los ERP a estímulos visuales diferían dependiendo de si los estímulos tenían significado o no. Mostraron a los sujetos dos tipos de estímulos visuales: números y destellos de luz. Los sujetos vieron estos estímulos uno a la vez en una secuencia. Para cada par de números, los sujetos debían tomar decisiones simples, como decir cuál de los dos números era numéricamente menor o mayor, cuál venía primero o segundo en la secuencia, o si eran iguales. Al examinar los potenciales evocados a estos estímulos (es decir, los ERP), Chapman y Bragdon encontraron que tanto los números como los destellos provocaban las respuestas sensoriales esperadas (por ejemplo, componentes visuales N1 ), y que la amplitud de estas respuestas variaba de manera esperada con la intensidad de los estímulos. También observaron que las respuestas de potenciales evocados (ERP) a los números, pero no a los destellos de luz, presentaban una gran positividad que alcanzaba su pico alrededor de los 300  ms después de la aparición del estímulo. Chapman y Bragdon especularon que esta respuesta diferencial a los números, conocida como respuesta P300, se debía a que los números tenían significado para los participantes, en función de la tarea que se les había pedido realizar.

En 1965, Sutton y sus colegas publicaron los resultados de dos experimentos que exploraron más a fondo esta positividad tardía. Presentaron a los sujetos una señal que indicaba si el siguiente estímulo sería un clic o un destello, o una señal que requería que los sujetos adivinaran si el siguiente estímulo sería un clic o un destello. Encontraron que cuando se les pedía a los sujetos que adivinaran cuál sería el siguiente estímulo, la amplitud del "complejo positivo tardío" ^{[ 7 ]} era mayor que cuando sabían cuál sería el estímulo. En un segundo experimento, presentaron dos tipos de señales. Para una señal había una probabilidad de 2 en 3 de que el siguiente estímulo fuera un clic y una probabilidad de 1 en 3 de que el siguiente estímulo fuera un destello. El segundo tipo de señal tenía probabilidades que eran inversas a las del primero. Encontraron que la amplitud del complejo positivo era mayor en respuesta a los estímulos menos probables, o aquel que solo tenía una probabilidad de 1 en 3 de aparecer. Otro hallazgo importante de estos estudios es que este complejo positivo tardío se observó tanto para los clics como para los destellos, lo que indica que el tipo físico del estímulo (auditivo o visual) no importaba.

En estudios posteriores publicados en 1967, Sutton y sus colegas pidieron a los sujetos que adivinaran si escucharían un clic o dos clics. ^{[ 8 ]} Observaron nuevamente una positividad alrededor de 300  ms después de que ocurriera el segundo clic, o hubiera ocurrido, en el caso del clic único. También pidieron a los sujetos que adivinaran cuánto tiempo podría durar el intervalo entre clics, y en este caso, la positividad tardía ocurrió 300  ms después del segundo clic. Esto muestra dos hallazgos importantes: primero, que esta positividad tardía ocurrió cuando se resolvió la incertidumbre sobre el tipo de clic, y segundo, que incluso la ausencia de un estímulo provocaría el complejo positivo tardío, si dicho estímulo era relevante para la tarea. Estos primeros estudios fomentaron el uso de métodos de ERP para estudiar la cognición y proporcionaron una base para el extenso trabajo sobre el P300 en las décadas siguientes.

La P3a, o P3 de novedad, ^{[ 9 ]} tiene una amplitud positiva que muestra una amplitud máxima en los sitios de electrodos frontales/centrales y tiene una latencia pico en el rango de 250–280  ms. La P3a se ha asociado con la actividad cerebral relacionada con la activación de la atención (especialmente la orientación , cambios involuntarios en el entorno) y el procesamiento de la novedad. ^{[ 10 ]}

El P3b tiene una amplitud positiva (generalmente relativa a una referencia detrás de la oreja o al promedio de dos referencias de este tipo) que alcanza su pico alrededor de los 300  ms, y la latencia de este pico varía de 250 a 500  ms o más, dependiendo de la tarea y la respuesta del sujeto individual. ^{[ 4 ]} Las amplitudes suelen ser más altas en el cuero cabelludo sobre las áreas parietales del cerebro. ^{[ 4 ]} El P3b ha sido una herramienta destacada para estudiar los procesos cognitivos, especialmente en la investigación psicológica sobre el procesamiento de la información. En general, los eventos improbables provocan un P3b, y cuanto menos probable sea el evento, mayor será la amplitud del P3b. ^{[ 11 ]} Esto se ha demostrado que es cierto tanto para la probabilidad global como para la probabilidad local. ^{[ 2 ]} Sin embargo, para obtener una P3b, el evento improbable debe estar relacionado de alguna manera con la tarea en cuestión (por ejemplo, el evento improbable podría ser una letra objetivo poco frecuente en una secuencia de letras, a la que un sujeto podría responder presionando un botón). La P3b también se puede utilizar para medir la exigencia cognitiva de una tarea . ^{[ 11 ]}

Desde el descubrimiento inicial del P300, las investigaciones han demostrado que este tiene dos subcomponentes. Los subcomponentes son el novedoso P3, o P3a , y el P300 clásico, que desde entonces ha sido renombrado como P3b . ^{[ 12 ]}

Desde mediados de la década de 1980, uno de los usos más discutidos de los ERP, como el P300, está relacionado con la detección de mentiras . En una propuesta de "prueba de conocimiento culpable" ^{[ 13 ]} , se interroga a un sujeto mediante el paradigma oddball, de forma similar a como se haría en una situación típica de detector de mentiras. Esta práctica ha gozado recientemente de mayor permisibilidad legal , mientras que el uso de la poligrafía convencional ha disminuido, en parte debido a los aspectos inconscientes e incontrolables del P300. La técnica se basa en la obtención reproducible de la onda P300, fundamental para la idea de una Respuesta Electroencefalográfica Multifacética Relacionada con la Memoria y la Codificación (MERMER), desarrollada por el Dr. Lawrence Farwell .

También se han propuesto aplicaciones en interfaces cerebro-computadora (BCI). ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} La onda P300 posee varias cualidades deseables que facilitan la implementación de dichos sistemas. En primer lugar, la forma de onda es consistentemente detectable y se obtiene en respuesta a estímulos precisos. La forma de onda P300 también puede evocarse en casi todos los sujetos con poca variación en las técnicas de medición, lo que puede ayudar a simplificar los diseños de interfaz y permitir una mayor usabilidad. La velocidad a la que una interfaz puede operar depende de cuán detectable sea la señal a pesar del "ruido". Una característica negativa de la P300 es que la amplitud de la forma de onda requiere promediar múltiples grabaciones para aislar la señal. Este y otros pasos de procesamiento posterior a la grabación determinan la velocidad general de una interfaz. ^{[ 15 ]} El algoritmo propuesto por Farwell y Donchin ^{[ 17 ]} proporciona un ejemplo de una BCI simple que se basa en los procesos inconscientes de toma de decisiones de la P300 para controlar una computadora. Se presenta al sujeto una cuadrícula de caracteres de 6×6, y se resaltan varias columnas o filas. Cuando una columna o fila contiene el carácter que el sujeto desea comunicar, se genera la respuesta P300 (dado que este carácter es "especial", es el estímulo objetivo descrito en el paradigma oddball típico). La combinación de la fila y la columna que evocaron la respuesta localiza el carácter deseado. Se debe promediar un número de estos ensayos para eliminar el ruido del EEG. La velocidad de resaltado determina la cantidad de caracteres procesados ​​por minuto. Los resultados de estudios que utilizan esta configuración muestran que los sujetos normales podrían alcanzar una tasa de éxito del 95 % a 3,4–4,3 caracteres/min. Estas tasas de éxito no se limitan a usuarios sin discapacidad; un estudio realizado en 2000 reveló que 4 participantes paralizados (uno con paraplejia completa, tres con paraplejia incompleta) tuvieron un desempeño tan exitoso como 10 participantes normales. ^{[ 15 ]}

La investigación científica a menudo se basa en la medición del P300 para examinar los potenciales relacionados con eventos, especialmente en lo que respecta a la toma de decisiones. Dado que el deterioro cognitivo suele estar correlacionado con modificaciones en el P300, esta onda puede utilizarse como medida de la eficacia de diversos tratamientos sobre la función cognitiva. Algunos han sugerido su uso como marcador clínico precisamente por estas razones. El P300 tiene una amplia gama de aplicaciones en la investigación clínica. ^{[ 18 ]}

Algunos grupos de investigación han realizado fMRI combinado con EEG para lograr el dictado del habla interna y el enfoque del reconocimiento del habla interna. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

La onda P300 obtenida mediante estimulación visual se utiliza para evaluar los procesos cognitivos en humanos, y el valor de la latencia y la amplitud de la onda P300 puede ser una medida de la gravedad de los procesos de demencia. ^{[ 22 ]} El análisis de la latencia de la onda P300 parece ser particularmente útil en el diagnóstico del deterioro cognitivo leve (DCL). ^{[ 23 ]}

• Negatividad relacionada con el error
• Potencial de preparación lateralizado

• P300+Potenciales relacionados con eventos en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.