조건부 음의 변동

Contingent negative variation

우발적 음변동(CNV)은 뇌파(EEG)에 의해 측정된 경고와 진행 신호 사이의 반응 시간이다. CNV는 기술된 첫 번째 ERP 구성 요소 중 하나이다. CNV 구성요소는 W에 의해 처음 설명되었다. 그레이 월터와 동료들은 1964년 네이처지에 기고한 글에 출연했다.[1] 이 발견의 중요성은 EEG 기록에서 발생하는 큰 배경 잡음에서 전기 반응의 진폭의 일관된 패턴을 얻을 수 있고 이 활동이 기대와 같은 인지 과정과 관련될 수 있다는 것을 보여주는 최초의 연구 중 하나라는 것이다.

주요 패러다임

그레이 월터와 동료들은 연대기 패러다임에서 실험을 실시했다. 그들은 전기 반응이 한 번의 자극이 반복될 때 감쇠되거나 습관화된다는 것을 알아차렸었다. 그들은 또한 두 번째 자극이 첫 번째 자극과 연관되었을 때 전기 반응의 진폭이 되돌아온다는 것을 알아챘다. 이러한 효과는 두 번째 자극에 대한 행동 대응이 요구되었을 때 강화되었다. 연대기적 패러다임에서 첫 번째 자극은 경고 자극이라고 하고, 두 번째 자극은 종종 피험자가 행동 반응을 하도록 지시하는 것을 명령적 자극이라고 한다. 전기는 경고와 명령적 자극 사이의 시간이다. 명령적 자극과 행동 반응 사이의 시간을 반응 시간이라고 한다. 그렇다면 CNV는 경고와 명령적 자극 사이에 전기에 나타난다.

월터와 동료들은 또한 경고 자극에 대한 전기적 반응은 짧은 양의 성분, 짧은 음의 성분, 그리고 지속적인 음성의 세 가지 단계를 가지고 있는 것처럼 보인다는 것을 알아챘다. 그들은 감각적 모달리티로 인해 짧은 구성요소가 변화한 반면, 지속적 구성요소는 경고와 명령적 자극 사이의 우발성과 피험자의 주의 사이의 우발성에 따라 변화한다는 것을 알아냈다. 그들은 음파의 변화가 경고 자극과 명령적 자극 사이의 통계적 관계에 따라 결정되기 때문에 이 성분을 "반환적 음의 변화"라고 명명했다.

그들의 연구에서 Walter 외 연구진(1964)은 클릭이나 섬광을 3-10초 간격으로 단독 또는 쌍으로 표시했다. 경고 자극은 클릭 한 번 또는 섬광이었고, 필수적인 자극은 반복적인 클릭이나 섬광이었다. 명령적 자극의 형식성은 경고 자극의 형식과는 정반대였다. 행동 반응은 반복적인 자극을 종료하는 버튼 누르기였다.[1]

1990년에 양방향 CNV 패러다임은 컴퓨터 버저를 제어하기 위한 CNV 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스를 얻기 위해 Liljana Bozinovska와 그녀의 팀에 의해 사용되었다.[2][3]

2009년, CNV 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 실험에서 물리적인 물체인 로봇의 제어를 위한 CNV 플립-플롭 패러다임이 Adrijan Bozinovski와 Liljana Bozinovska에 의해 사용되었다.[4]

구성요소 특성

월터 외 연구진(1964)은 클릭 한 번으로 짧은 양의 피크와 짧은 음의 피크가 도출된다는 것을 보여주었다. 반복적인 섬광은 짧은 양의 피크와 음의 피크를 유도한다. 이러한 자극이 1초씩 분리되면 동일한 개별 패턴이 발생한다. 약 50개의 프리젠테이션이 끝나면 이 최고점들은 소음과 구별할 수 없다. 반면 클릭 한 번으로 버튼을 누르면 종료되는 반복적인 플래시가 이어지면 버튼 누름과 함께 급격히 끝나는 큰 점진적인 음극 피크가 나타난다. 이것은 조건부 음의 변동이다. 또 다른 고전적인 연구는 1972년 심리학 회보에 조셉 테체(Joseph Tecce)에 의해 설명되었다.[5] 이 리뷰에서 Tecce는 CNV의 발전, 형태학 및 외관 위치를 요약한다.

개발

연구 결과, 대상자가 과제를 미리 이해했을 때 이 숫자는 줄일 수 있지만, 쌍체 자극의 약 30회 실험 후에 CNV가 나타난다는 것이 밝혀졌다. 광선 깜박임, 클릭 및 음색은 모두 CNV를 유도하는 데 사용되어 왔다. 분명한 CNV를 이끌어내기 위해서는 명령적 자극에 대한 대응이 필요하다. 이 반응은 신체적 또는 정신적 반응일 수 있다.[5] CNV는 두 개의 연계된 자극이 제시될 때 도출된다. 명령 자극이 예기치 않게 제거되면 CNV는 약 20–50 시험 후 완전히 억제될 때까지 감쇠한다. CNV는 명령적 자극과 다시 짝을 이루면 즉시 복구된다.

형태학

음의 CNV 피크는 경고 자극 후 약 260–470ms 상승한다. 주체가 명령적 자극이 언제 일어날지 확실치 않으면 빠르게 상승하고, 주체가 명령적 자극이 언제 일어날지 확신한다면 점차 상승할 것이다. 최대 진폭은 보통 20마이크로볼트 정도다.[5]

지형

CNV는 정점에서 가장 두드러지게 나타나며 쌍방향 대칭이다.[5]

기능 민감도

어떤 자극 특성이 CNV 특성에 영향을 미칠 수 있는지 설명하는 많은 연구가 있다. 예를 들어 강도, 촬영장비, 지속시간, 자극률, 확률, 자극 관련성 및 피치 구별은 CNV 구성요소에 영향을 미칠 수 있다.[6]

관심 및 기대

주의는 CNV의 진폭에도 영향을 미친다. 다양한 작업 조건과 연구에서 나온 다음의 예는 실험 프로토콜이 작업을 수행하는 데 필요한 주의를 변경할 때 CNV가 변경된다는 것을 보여준다.[1][5] 우선, 피실험자들에게 명령적 자극이 제거될 것이라는 말을 들었을 때 CNV는 줄어들었다. 둘째, 한 조건에서는 피험자가 버튼을 누를지 여부를 선택할 수 있도록 했다. 피실험자가 불응을 선택한 재판에서는 CNV가 없었다. 셋째, 피험자가 반복적인 섬광은 없을 것이라고 구체적으로 말했을 때 CNV는 도출되지 않았다. 넷째, 다른 조건은 섬광이 나타나지 않을 때에도 반복적인 섬광이 언제 올지 추정하라는 지시를 받은 대상에게 CNV가 유도되었다는 것을 보여주었다. 다섯째, 피실험자에게 주의를 기울이고 신속하게 대응하도록 요구했을 때 CNV 진폭이 증가하였다. 이러한 조건의 결과는 CNV가 주의력 및 기대와 관련이 있음을 시사한다.

확률

시험의 약 50%에서 반복적인 점멸의 확률이 무작위이고 반복 점멸이 제거될 때 CNV의 진폭은 정상의 약 절반이다.

강도

일부 연구자들은 자극의 강도가 CNV 진폭에 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여주었다. CNV 성분은 강도가 낮은 자극에 대한 진폭이 높은 것 같다. 즉, 강도가 높은 자극에 비해 보거나 듣기가 어렵다. 이것은 피험자가 저강도 자극을 인지하는데 더 많은 주의를 기울여야 하기 때문일 수 있다. 긴급 작업의 탐지가 너무 어려워지면 CNV 진폭이 감소한다. 즉, CNV의 발전을 위해서는 반드시 필요한 자극에 대한 관심이 중요하며, 늘어난 과제 어려움은 주의를 산만하게 한다.

관련 연구에서, 연구자들은 또한 모터 반응이 클수록 CNV가 더 크다는 것을 보여주었다. 수면 부족이 있는 대상자를 대상으로 한 연구에서는 CNV가 감소하는 경향이 있다. 이는 주의 부족이 CNV 진폭을 감소시킬 수 있다는 추가적인 증거를 제공한다.[5]

적외선간격

CNV의 진폭은 전주기 또는 ISI(stimulus interstimulus interval)를 변경할 때 변경된다. ISI를 가장 많이 사용하는 시간은 1.0~1.5초 사이. 0.5–1.5 사이의 ISI를 사용한 실험은 강력한 CNV 파형을 유도한다. ISI를 0.125초 또는 0.25초로 줄이면 CNV가 억제된다. 반면 ISI가 4.8초인 시험에서는 CNV 진폭이 감소하는 것으로 나타났다.

오파 및 전자파

대부분의 연구자들은 CNV 구성요소가 정보 처리 및 대응 준비와 연관되어 있다는 데 동의한다. 가장 큰 논란은 CNV가 둘 이상의 구성요소로 구성돼 있느냐다. CNV 발견 후, 연구원들은 CNV. Loveless와 Sanford(1975)의 두 주요 성분을 구별할 수 있었고, Weerts와 Lang(1973)은 시간격 간격을 3초 이상으로 증가시켰으며, 두 성분이 CNV와 시각적으로 구별할 수 있다는 것을 보여주었다. 제1파는 경고 자극에 따라 오파, 즉 방향파라고 불렸다.[7][8] 이 파장은 전두엽에서 진폭이 강화된 것을 보여주었다. 제2의 물결은 명령적 자극에 앞서서 E파, 즉 기대파라고 불렸다. Gaillard(1976년)에 의해 수행된 연구는 O파가 전방으로 분포하고 시각 자극보다는 청각 자극의 영향을 더 강하게 받는다는 추가적인 증거를 제공했다.[9]

관련되고 중요한 문제는 CNV의 전체 또는 일부가 준비 잠재력과 일치하는지 여부에 대한 질문이었다. 준비 전위는 운동 반응을 위한 신경 준비다. 두 구성 요소 모두 음의 진폭을 가진 유사한 두피 분포를 가지며 모터 반응과 관련이 있다. 실제로 많은 연구자들은 단자 CNV, 즉 E파가 사실 준비 잠재력, 즉 Beeritschaftspotential이라고 주장했다. 이는 다른 작업이 CNV를 RP와 구별할 수 있다는 증거를 제공하기 전까지는 일반적인 합의였다.[6][10] 첫째, RP는 보통 운동 반응의 횡방향으로 편중되는 반면 CNV는 보통 양방향이다. 둘째, 모터 반응이 필요하지 않은 경우에도 CNV가 발생할 수 있다. 셋째, 외부 자극 없이 RP가 발생한다. 이는 RP가 모터 반응에 대해 발생하는 반면 CNV는 두 자극이 서로 우발적일 때 발생한다는 것을 보여준다.[5]

현지화

CNV 컴포넌트를 연구할 때 또 다른 중요한 주제는 CNV의 일반 소스를 현지화하는 것이다. 예를 들어 훌틴, 로시니, 로마니, 헉스테트, 테키오, 피젤라(1996)는 CNV 파동의 전자기 소스 위치를 결정하기 위해 자기 뇌파(MEG)를 사용했다. 그들의 실험은 단자 CNV가 브로드만의 영역 6 내에 위치하며 전위 피질에 해당한다는 것을 시사한다.[11]

자폴리와 동료들이 수행한 작업은 CNV 요소의 발전기를 결정하기 위해 완료된 또 다른 연구의 예다. Zappoli(2003)는 뇌질환이나 뇌손상이 있는 대상자의 CNV를 포함한 ERP 패턴을 연구했다.[12] Zappoli는 특정한 경우에 간질 방전이 기대 파동에 영향을 미치고 따라서 CNV 진폭을 감소시킨다는 증거를 검토한다. Zappoli는 또한 전두엽이 있는 환자의 CNV 특성을 조사한 연구를 설명했다. CNV 진폭은 이 환자들에서 감소하거나 없었다.

이론

CNV 요소의 기초가 되는 인지 과정을 설명하기 위해 많은 이론이 제시되었다. Walter와 동료들은 CNV 진폭이 명령 자극의 주관적 확률이나 기대치에 따라 직접 다르다고 제안했다. 다른 연구자들은 CNV 진폭은 행동을 수행할 의도에 따라 다양하다고 제안했다. 또 다른 이론은 CNV는 과제를 완료하려는 주체의 동기에 따라 다르다는 것이다. Tecce는 CNV가 주의력과 흥분 수준 둘 다와 관련이 있다고 제안한다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Walter, W.G; Cooper, R.; Aldridge, V.J.; McCallum, W.C.; Winter, A.L. (1964). "Contingent Negative Variation: an electric sign of sensorimotor association and expectancy in the human brain". Nature. 203 (4943): 380–384. doi:10.1038/203380a0. PMID 14197376.
  2. ^ L. Bozinovska, G. Stojanov, M. Sestakov, S. Bozinovski. CNV 패턴 인식 – 인지파 관찰을 위한 단계 인: L. 토레스, E. 매스그라우, M. 라구나스, 편집자. 신호 처리: 이론과 응용. 제5차 유럽 신호 처리 회의(EUSIPCO 90), 1990년 바르셀로나. 1990, 엘스비에 과학 출판사; 1990. 페이지 1659–1662
  3. ^ L. Bozinovska, S. Bozinovski, G. Stojanov. Electroexpectogram: 실험 설계 및 알고리즘. IEEE International의 진행. 바이오메디컬 엔지니어링 데이즈, 1992. 이스탄불 페이지 58-60
  4. ^ A. Bozinovski, L. Bozinovska. 뇌-로봇 인터페이스 패러다임의 예상 뇌 잠재력. 2009년 제4회 터키 안탈리아 신경공학 국제 IEEE EMS 회의 개최 절차 451-454, 페이지
  5. ^ a b c d e f g Tecce, J.J. (1972). "Contingent negative variation (CNV) and psychological processes in man". Psychological Bulletin. 77 (2): 73–108. doi:10.1037/h0032177. PMID 4621420.
  6. ^ a b Frost, B.G.; Neill, R.A.; Fenelon, B. (1988). "The determinants of the non-motoric CNV in a complex, variable foreperiod, information processing paradigm". Biological Psychology. 27 (1): 1–21. doi:10.1016/0301-0511(88)90002-6. PMID 3251557.
  7. ^ Loveless, N.E; Sanford, A.J. (1975). "The impact of warning signal intensity on reaction time and components of the contingent negative variation". Biological Psychology. 2 (3): 217–226. doi:10.1016/0301-0511(75)90021-6. PMID 1139019.
  8. ^ Weerts, T.C.; Lang, P.J. (1973). "The effects of eye fixation and stimulus and response location on the contingent negative variation (CNV)". Biological Psychology. 1 (1): 1–19. doi:10.1016/0301-0511(73)90010-0. PMID 4804295.
  9. ^ Gaillard, AW (1976). "Effects of warning-signal modality on the contingent negative variation (CNV)". Biological Psychology. 4 (2): 139–154. doi:10.1016/0301-0511(76)90013-2. PMID 1276304.
  10. ^ Ruchkin, D.S.; Sutton, S.; Mahaffey, D.; Glaser, J. (1986). "Terminal CNV in the absence of motor response". Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 63 (5): 445–463. doi:10.1016/0013-4694(86)90127-6. PMID 2420561.
  11. ^ Hultin, L.; Rossini, P.; Romani, G. L.; Högstedt, P.; Tecchio, F.; Pizzella, V. (1996). "Neuromagnetic localization of the late component of the contingent negative variation". Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 98: 425–448.
  12. ^ Zappoli, R. (2003). "Permanent or transitory effects on neurocognitive components of the CNV complex induced by brain dysfunctions, lesions, and ablations in humans". International Journal of Psychophysiology. 48 (2): 189–220. doi:10.1016/S0167-8760(03)00054-0. PMID 12763574.