P300（神経科学）

P300 ( P3 ) 波は、意思決定の過程で誘発される事象関連電位(ERP) 成分です。その発生は刺激の物理的特性ではなく、刺激に対する人の反応に関係するため、内因性電位であると考えられています。より具体的には、P300 は刺激の評価や分類に関わるプロセスを反映していると考えられています。

これは通常、低確率のターゲット項目と高確率の非ターゲット（または「標準」）項目を混ぜたオドボールパラダイムを使用して誘発されます。脳波（EEG）で記録すると、約250〜500ミリ秒の潜時（刺激と反応の間の遅延）を伴う電圧の正の偏向として現れます。^[3]科学文献では、P3は時間によって区別されることが多く、早期P3ウィンドウ（300〜400ミリ秒）と後期P3ウィンドウ（380〜440ミリ秒）に分けられます。^[4]

この信号は、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、地形、タイミングは、意思決定プロセスにおける認知機能の指標としてよく使用されます。この ERP 成分の神経基盤はまだ不明瞭ですが、この信号の再現性と普遍性により、クリニックと研究室の両方で心理テストの一般的な選択肢となっています。

P300（より具体的には、後にP3bと名付けられる成分）の初期の観察は、1960年代半ばに報告されました。1964年、研究者のチャップマンとブラッグドン^[5]は、視覚刺激に対するERP応答は、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、数字と光の点滅を示しました。被験者はこれらの刺激を1つずつ順番に見ました。2つの数字ごとに、被験者は、どちらの数字が数値的に小さいか大きいか、どちらが順番に最初で2番目に来るか、またはそれらが等しいかどうかなど、簡単な決定を下す必要がありました。これらの刺激に対する誘発電位（ERP）を調べたところ、チャップマンとブラッグドンは、数字と点滅の両方が予想された感覚応答（視覚N1成分など）を引き起こし、これらの応答の振幅は刺激の強度に応じて予想どおりに変化することを発見しました。また、数字に対する ERP 反応には、光の点滅に対する反応とは異なり、刺激が現れてから約 300 ミリ秒後にピークに達する大きな陽性反応が含まれていることも発見しました。チャップマンとブラグドンは、P300 反応として知られるようになった数字に対するこの異なる反応は、参加者に求められたタスクに基づいて、参加者にとって数字が意味のあるものであるという事実から生じたと推測しました。

1965 年、サットンとその同僚は、この遅れた陽性反応をさらに調査した 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手がかり、または被験者に次の刺激がクリックかフラッシュかを推測させる手がかりのいずれかを提示しました。彼らは、被験者に次の刺激が何であるかを推測させると、「遅れた陽性反応複合体」^[6]の振幅が、刺激が何であるか分かっているときよりも大きくなることを発見しました。2 番目の実験では、2 種類の手がかりを提示しました。1 つの手がかりでは、次の刺激がクリックである確率は 3 分の 2、フラッシュである確率は 3 分の 1 でした。2 番目の手がかりの種類の確率は、最初のものと逆でした。彼らは、より可能性の低い刺激、つまり出現する確率が 3 分の 1 しかない刺激に対しては、陽性反応複合体の振幅が大きいことを発見しました。これらの研究から得られたもう 1 つの重要な発見は、この遅い陽性複合体がクリック音とフラッシュ音の両方で観察されたことです。これは、刺激の物理的タイプ (聴覚または視覚) は重要ではないことを示しています。

1967年に発表された後の研究で、サットンと同僚は被験者に1回のクリックか2回のクリックのどちらを聞くかを推測させました。^[7]彼らは再び、2回目のクリックが発生してから（1回のクリックの場合は発生したはずの時間）約300ミリ秒後に陽性反応を観察しました。彼らはまた、被験者にクリック間の間隔がどのくらい長いかを推測させましたが、この場合は、後期陽性反応は2回目のクリックから300ミリ秒後に発生しました。これは2つの重要な発見を示しています。1つは、この後期陽性反応はクリックの種類に関する不確実性が解消されたときに発生したこと、2つ目は、刺激がなくても、その刺激がタスクに関連していれば、後期陽性複合体が誘発されることです。これらの初期の研究は、認知を研究するためのERP法の使用を奨励し、その後の数十年間のP300に関する広範な研究の基礎を提供しました。

P3a、または新奇性P3 ^{[8] は}、前頭/中心電極部位で最大振幅を示す正方向の振幅を持ち、ピーク潜時は250～280ミリ秒の範囲にあります。P3aは、注意の関与（特に環境の変化に対する方向付け、不随意な変化）と新奇性の処理に関連する脳活動に関連付けられています。^[9]

P3b は、正方向の振幅（通常は耳の後ろの基準点または 2 つの基準点の平均を基準とする）が約 300 ミリ秒でピークに達し、そのピークの潜時は、課題と個々の被験者の反応に応じて 250 ～ 500 ミリ秒以上と変化する。^[3]振幅は通常、頭頂部の脳領域の頭皮で最も高くなる。^[3] P3b は、認知プロセス、特に情報処理に関する心理学研究に使用される主要なツールである。一般的に言えば、起こりそうにないイベントが P3b を引き起こし、イベントの可能性が低いほど、P3b の振幅は大きくなる。^[10]これは、全体の確率と局所的な確率の両方に当てはまることが示された。^[2]ただし、P3b を引き起こすには、起こりそうにないイベントが何らかの形で現在の課題に関連している必要がある（たとえば、起こりそうにないイベントは、被験者がボタンを押して応答する可能性のある、一連の文字の中にあるまれなターゲット文字である可能性がある）。 P3bは、タスクが認知作業負荷にどの程度負担をかけるかを測定するためにも使用できます。^[10]

P300が最初に発見されて以来、研究によりP300には2つのサブコンポーネントがあることがわかっています。サブコンポーネントは、新しいP3（P3a ）と古典的なP300（その後P3bと改名されました）です。^[11]

1980 年代半ば以来、P300 などの ERP の最もよく議論されている用途の 1 つは、嘘発見器に関連しています。提案されている「有罪知識テスト」^[12]では、被験者は典型的な嘘発見器の状況とまったく同じように、オッドボール パラダイムを介して尋問されます。この方法は最近、法的に認められることが多くなりましたが、従来のポリグラフでは、P300 の無意識的で制御不能な側面もあって、その使用が減少しています。この技術は、ローレンス ファーウェル博士が開発した記憶および符号化に関連する多面的な脳波応答 (MERMER) の概念の中心となる、P300 波の再現可能な誘発に依存しています。

脳コンピュータインターフェース（BCI）への応用も提案されている。^{[13] [14] [15]} P300には、このようなシステムの実装に役立つ多くの望ましい特性がある。まず、波形は一貫して検出可能であり、正確な刺激に反応して誘発される。P300波形は、測定技術にほとんど変化がなく、ほぼすべての被験者で誘発できるため、インターフェースの設計を簡素化し、使いやすさを向上させるのに役立つ可能性がある。インターフェースが動作できる速度は、「ノイズ」にもかかわらず信号がどれだけ検出可能であるかによって決まる。P300のマイナス特性の1つは、波形の振幅が信号を分離するために複数の記録を平均化する必要があることである。これと他の記録後の処理手順によって、インターフェースの全体的な速度が決まる。^[14] FarwellとDonchinによって提案されたアルゴリズム^[16]は、 P300の無意識の意思決定プロセスを利用してコンピューターを駆動する単純なBCIの例を示している。 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ハイライト表示されます。列または行に被験者が伝えたい文字が含まれている場合、P300 応答が誘発されます (この文字は「特別」であるため、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 からノイズを除去するには、このような試行を平均化する必要があります。ハイライトの速度によって、1 分間に処理される文字数が決定されます。この設定を使用した研究の結果、正常な被験者は 3.4～4.3 文字/分で 95% の成功率を達成できることが示されています。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、4 人の麻痺した参加者 (1 人は完全な下半身麻痺、3 人は不完全な下半身麻痺) が 10 人の正常な参加者と同等の成功を収めたことが明らかになりました。^[14]

科学研究では、特に意思決定に関して、事象関連電位を調べるために P300 の測定に頼ることが多い。認知障害は P300 の変化と相関関係にあることが多いため、波形は認知機能に対するさまざまな治療法の有効性の尺度として使用できる。まさにこれらの理由から、臨床マーカーとしての使用を提案する人もいる。臨床研究における P300 の用途は多岐にわたる。^[17]

いくつかの研究グループは、内声のディクテーションと内声の認識のアプローチを実現するために、fMRIとEEGを組み合わせて実施しました。^{[18] [19] [20]}

視覚刺激によって得られるP300波は人間の認知プロセスを評価するのに使用され、P300波の潜時と振幅の値は認知症プロセスの重症度を測る指標となり得る。^[21] P300波潜時の分析は、軽度認知障害（MCI）の診断に特に有用であると思われる。^[22]

• エラー関連のネガティブ
• 左右差のある準備電位

• 米国国立医学図書館医学件名標目(MeSH)の P300+イベント関連+電位