Event-related potential

ประวัติ

ในปี 1924 จิตแพทย์ชาวเยอรมัน นพ.ฮานส์ เบอร์เกอร์ แสดงว่า สามารถบันทึกการทำงานทางไฟฟ้าของสมองมนุษย์โดยติดอิเล็กโทรดที่หนังศีรษะแล้วขยายสัญญาณ เป็นวิธีที่เรียกว่า การบันทึกคลื่นไฟฟ้าสมอง (electroencephalogram ตัวย่อ EEG)
คือความเปลี่ยนแปลงทางศักย์ไฟฟ้าสามารถแสดงเป็นกราฟตามเวลา
หมอให้ข้อสังเกตว่า ศักย์ไฟฟ้าได้รับอิทธิพลภายนอกเช่นการกระตุ้นประสาทสัมผัส
EEG ในทศวรรษต่อ ๆ จึงใช้บันทึกคลื่นไฟฟ้าของสมอง
แต่การบันทึกคลื่นสมองที่สัมพันธ์กับกระบวนการทางประสาทโดยเฉพาะ ๆ ซึ่งเป็นประเด็นของการศึกษาทางประสาทวิทยาศาสตร์ประชาน (cognitive neuroscience) ก็ยังเป็นเรื่องยาก เพราะข้อมูล EEG อย่างเดียวไม่สามารถแยกแยะกระบวนการทางประสาทโดยเฉพาะ ๆ 
ERP จึงเป็นวิธีที่ดีกว่าเพื่อดึงข้อมูลทางความรู้สึก ทางประชาน และทางระบบประสาทสั่งการโดยเฉพาะ ๆ ด้วยเทคนิคการเฉลี่ยที่ทำง่าย ๆ 
ในระหว่างปี 1935-1936 คู่นักสรีรวิทยาชาวอเมริกัน (Hallowell Davis และภรรยาคือ Pauline Davis) เป็นพวกแรกที่ได้บันทึก ERP ในมนุษย์ที่ตื่นอยู่แล้วตีพิมพ์ผลงานในปี 1939
แต่เพราะสงครามโลกครั้งที่สอง จึงไม่มีงานทดลองต่อจากนั้นในช่วงคริสต์ทศวรรษ์ 1940 แต่งานวิจัยเกี่ยวกับการรับรู้ความรู้สึกก็กลับเพิ่มขึ้นอีกในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1950
ในปี 1964 นักประสาทสรีรวิทยาชาวอังกฤษเกรย์ วอลเตอร์ และผู้ร่วมงานได้เริ่มงานศึกษาที่แสดงองค์ประกอบ (component) ของ ERP เมื่อรายงานองค์ประกอบ ERP ทางประชานเป็นอย่างแรก ที่เรียกว่า contingent negative variation (CNV)
งานศึกษาในปี 1965 สร้างความก้าวหน้าเมื่อค้นพบองค์ประกอบ P3 ที่เกิดเมื่อตัดสินใจ
ต่อมาอีก 15 ปี งานวิจัยเกี่ยวกับองค์ประกอบ ERP ก็เป็นเรื่องนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ 
ในคริสต์ทศวรรษ 1980 การมีคอมพิวเตอร์ที่ราคาไม่แพง ก็ได้เปิดประตูใหม่ให้แก่งานวิจัยทางประสาทวิทยาศาสตร์ปริชาน
ปัจจุบัน ERP เป็นวิธีที่ใช้มากที่สุดในสาขาประสาทวิทยาศาสตร์ปริชานเพื่อศึกษาสหสัมพันธ์ทางสรีรวิทยา (physiological correlate) ของการรับความรู้สึก การรับรู้ และปริชาน กับการแปลผลข้อมูล

การตั้งชื่อองค์ประกอบ

รูปคลื่น ERP ประกอบด้วยคลื่นศักย์ไฟฟ้าในทางบวกและทางลบ โดยมีชุด "องค์ประกอบ" (component) เป็นมูลฐาน
แม้องค์ประกอบ ERP บางอย่างจะเรียกเป็นอักษรย่อ (เช่น CNV, ERN) โดยมากก็เรียกด้วยอักษรตัวเดียว (N/P) ซึ่งระบุขั้ว (ลบ/บวก) ตามด้วยตัวเลขซึ่งระบุเวลาที่ล่วงไปหลังการแสดงตัวกระตุ้น (latency) มีหน่วยเป็นมิลลิวินาที หรือตามด้วยตัวเลขระบุอันดับในรูปคลื่น
ยกตัวอย่างเช่น ยอดในทางลบซึ่งเป็นยอดสำคัญแรกในรูปคลื่นและเกิดที่ 100 มิลลิวินาทีหลังจากแสดงตัวกระตุ้น บ่อยครั้งเรียกว่า N100 (ซึ่งระบุว่าเกิด 100 มิลลิวินาทีหลังตัวกระตุ้นและมีค่าลบ) หรือ N1 (ระบุว่ามันเป็นยอดแรกและมีค่าลบ)
ยอดแรกนี้มักตามด้วยยอดบวกซึ่งปกติเรียกว่า P200 หรือ P2
เวลาหลังจากตัวกระตุ้นขององค์ประกอบ ERP มักจะต่าง ๆ กัน โดยเฉพาะองค์ประกอบหลัง ๆ ที่สัมพันธ์กับการแปลทางประชาน
ยกตัวอย่างเช่น องค์ประกอบ P300 อาจมียอดในพิสัย 250-700 มิลลิวินาที

เทียบกับการวัดพฤติกรรม

เทียบกับวิธีการวัดทางพฤติกรรม ERP ให้ข้อมูลการแปลผลของระบบประสาทอย่างต่อเนื่องระหว่างเวลาที่แสดงสิ่งเร้ากับการตอบสนอง ทำให้สามารถระบุได้ว่า 
การเปลี่ยนปัจจัยต่าง ๆ ทางการทดลองมีผลต่อการแปลผลระยะไหน
ข้อดีอีกอย่างเหนือวิธีการวัดทางพฤติกรรมก็คือ อาจให้ข้อมูลการแปลผลตัวกระตุ้นแม้พฤติกรรมจะไม่ได้เปลี่ยนไป
แต่เพราะ ERP มีขนาดเล็กมาก จึงต้องทำการทดลองเป็นจำนวนมากเพื่อให้วัดมันได้อย่างถูกต้อง

การต้องเจาะต้องผ่า

ไม่เหมือนกับการวัดด้วยไมโครอิเล็กโทรดซึ่งต้องสอดเข้าไปในสมอง และการถ่ายภาพรังสีระนาบด้วยการปล่อยโพซิตรอน (PET) ที่ต้องฉายรังสี ERP ใช้การบันทึกคลื่นไฟฟ้าสมองซึ่งเป็นหัตถการที่ไม่ต้องตัดต้องผ่า (non-invasive)

รายละเอียดเชิงพื้นที่และเวลา

ERP ให้รายละเอียดเชิงเวลาได้ดี เพราะความเร็วการบันทึกจำกัดด้วยอัตราการชักตัวอย่างที่อุปกรณ์บันทึกสามารถทำได้ เทียบกับการวัดอาศัยเลือด (เช่น fMRI, PET และ fNIRS) ที่จำกัดเพราะการเปลี่ยนแปลงของออกซิเจนในเลือดเนื่องกับการทำงานของเซลล์ประสาทคือ Blood-oxygen-level dependent (BOLD) เป็นไปช้ากว่า
ถึงกระนั้น รายละเอียดเชิงพื้นที่จะแย่กว่าวิธีการวัดอาศัยเลือด เพราะจริง ๆ แล้วการระบุต้นกำเนิดของสัญญาณ ERP เป็นการหาเหตุจากรายละเอียดที่สังเกตเห็น (inverse problem) ที่ทำไม่ได้อย่างแน่นอนเพียงแต่ประมาณได้
ดังนั้น ERP จึงให้คำตอบได้ดีถ้าเป็นคำถามเกี่ยวกับความเร็วของประสาท แต่ไม่ค่อยเหมาะเพื่อระบุตำแหน่งประสาทที่ทำงาน

ค่าใช้จ่าย

งานวิจัยที่ใช้ ERP มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่างานที่ต้องใช้การสร้างภาพวิธีอื่น ๆ เช่น fMRI, PET และ MEG
เพราะการซื้อและการบำรุงรักษาเครื่อง EEG มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า

ERP ในงานวิจัย

ERP ใช้อย่างกว้างขวางในสาขาประสาทวิทยาศาสตร์ จิตวิทยาปริชาน (cognitive psychology) ประชานศาสตร์ และจิตสรีรวิทยา (psychophysiology)
นักจิตวิทยาเชิงทดลอง (experimental psychology) และนักประสาทวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบสิ่งเร้าหลายอย่างที่ก่อการตอบสนองของ ERP ที่เชื่อถือได้จากผู้ร่วมการทดลอง
เวลาการตอบสนองเช่นนี้เชื่อว่า เป็นค่าวัดระยะการสื่อสารหรือระยะแปลผลในสมอง
ในตัวอย่างกระดานหมากรุกที่กล่าวด้านบนในบุคคลปกติ การตอบสนองของเปลือกสมองส่วนการเห็นปฐมภูมิอยู่ที่ราว ๆ 50-70 มิลลิวินาที
นี่ดูเหมือนจะบ่งเวลาที่ใช้เพื่อถ่ายโอนตัวกระตุ้นทางตาคือแสงที่เข้ามาในตาให้เป็นกระแสประสาทแล้วส่งไปถึงเปลือกสมอง
อีกอย่างหนึ่ง การตอบสนองที่เรียกว่า P300 จะเกิดราว ๆ 300 วินาทีในการทดลองที่ให้ตัวกระตุ้นซ้ำ ๆ 
โดยขัดไม่ค่อยบ่อยด้วยตัวกระตุ้นที่ผิดไป (ซึ่งเรียกว่า oddball paradigm) ไม่ว่าตัวกระตุ้นจะเป็นทางไหน เช่น ทางตา ทางสัมผัส ทางหู ทางจมูก ทางการรู้รส เป็นต้น
เพราะนี่เป็นความไม่แปรเปลี่ยนโดยทั่วไปไม่ว่าจะมีตัวกระตุ้นเช่นไร จึงเข้าใจว่า องค์ประกอบ P300 สะท้อนการตอบสนองทางประชานในระดับการแปลผลที่สูงขึ้นต่อตัวกระตุ้นที่ไม่คาดหวังหรือที่เด่น (salient)
การตอบสนอง P300 ยังได้ศึกษาในเรื่องการตรวจหาข้อมูลและความจำในสมอง
เพราะ P300 คงเส้นคงวามากต่อตัวกระตุ้นใหม่ ๆ จึงสามารถสร้างตัวต่อประสานระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์อาศัยมันได้ 
เช่น เมื่อบุคคลมองที่ตัวอักษรที่ต้องการเป็นลำดับต่อ ๆ กันในเมทริกซ์ แล้วจัดให้แถวและสดมภ์ของเมทริกซ์กะพริบโดยสุ่ม การตอบสนองแบบ P300 จะเกิดเมื่อแถวหรือสดมภ์ซึ่งมีอักษรที่กำลังมองกะพริบ ซึ่งในที่สุดทำให้คอมพิวเตอร์ระบุอักษรที่ต้องการได้ 
องค์ประกอบ ERP อื่น ๆ ที่ใช้บ่อย ๆ ในงานวิจัยโดยเฉพาะในสาขาภาษาศาสตร์ประสาทวิทยารวมทั้ง ELAN, N400 และ P600/SPS