Functional neuroimaging: ERPs.
¿Qué es un ERP?
Cuando exponemos a una persona a un estímulo su cerebro produce una señal en respuesta que podemos registrar con electrodos (bien en la superficie del cráneo -con el EEG-, o dentro de él -intracraneal-). Los ERPs se obtienen mediante el promediado de múltiples respuesta de EEG (epochs) que están sincronizados con la presentación repetida de un estímulo específico -un evento-. Este proceso permite separar la señal relacionada con el evento de interés del “ruido” de fondo de la actividad cerebral continua.
Características principales de los ERPs:
- Componentes: Los ERPs se caracterizan por una serie de “picos” o “valles” (componentes) que tradicionalmente se asocian con diferentes procesos neurocognitivos.
- Latencia: Tiempo que transcurre desde la presentación del estímulo hasta la aparición de un componente específico.
- Amplitud: Magnitud de la respuesta, que refleja la fuerza o intensidad del proceso neural.
- Topografía: Distribución espacial de la actividad en el cuero cabelludo.
Interpretación Cognitiva de Componentes de ERPs:
La aproximación más común al uso de ERPs en Neurociencia Cognitiva consiste en buscar modulaciones de los componentes de un ERP a través de alguna variable con relevancia cognitiva. Por ejemplo, imagínate que en una pantalla de ordenador mostramos sucesivamente una secuencia de letras con una duración muy breve. Además, pedimos a nuestros participantes que para cada letra presentada, nos digan su nombren si la han percibido. En esta situación, podemos calcular los ERPs promediando todas las respuestas cerebrales a cada letra; esto nos permitirá caracterizar ese ERP a partir de sus componentes. Si encontramos que alguno de estos componentes (p. ej., la amplitud) es diferente cuando los participantes consiguen nombrar la letra comparado con cuando no lo consiguen, podíamos concluir que ese componente se ve modulado por el proceso cognitivo que corresponda a esa situación (p. ej., selección atencional).
Los componentes se suelen nombrar con una letra indicando si son positivos (P) o negativos (N) y la ventana temporal (en milisegundos) en la que se encuentran. Aquí tenéis algunos componentes comunes y la interpretación cognitiva más habitual: 1. N100: Respuesta sensorial temprana (~100ms) 2. P300: Asociado con la atención y actualización del contexto (~300ms) 3. N400: Relacionado con el procesamiento semántico 4. P600: Vinculado al procesamiento sintáctico
Los ERPs son particularmente valiosos en neurociencia cognitiva por su excelente resolución temporal, permitiendo estudiar procesos cognitivos que ocurren en milisegundos.
Preguntas de discusión
- ¿Se te ocurre algún problema con la interpretación de “selección atencional” que hemos hecho arriba?
- Piensa en alguna pregunta que se pudiera responder con ERPs.
Descripción del dataset
El conjunto de datos simula señales EEG de 64 electrodos recogidas de dos grupos: controles y pacientes, en respuesta a tres tipos de estímulos visuales: caras en posición normal, caras invertidas, y casas. Se han generado 150 ensayos por sujeto (50 por condición), y la respuesta cerebral se ha simulado en un intervalo temporal de -100 a 500 ms, centrado en un componente N170.
Estructura:
Grupos:
controls/ypatients/(cada uno con varios sujetos)Formato por sujeto:
data.npy: matriz(150 ensayos, 64 electrodos, 300 tiempos)conditions.csv: condición de cada ensayo (face_upright,face_inverted,house)
Electrodos relevantes: 44 y 52 (simulan el N170, típico de procesamiento de caras)
Sampling rate: ~500 Hz
Challenge de la sesión
Debes analizar si el componente N170 está presente y modulado por el tipo de estímulo, y si estas modulaciones difieren entre controles y pacientes.
Objetivos:
Extraer los ERPs promediando los ensayos por condición y sujeto.
Visualizar el N170 en los electrodos 44 y 52.
Comparar:
- Caras vs. casas
- Caras normales vs. invertidas
- Diferencias entre controles y pacientes
Preguntas clave:
- ¿Dónde y cuándo aparece el N170?
- ¿Cómo se modula por la inversión de caras?
- ¿Qué diferencias hay entre grupos?