Elektroenzephalographie (EEG) ist ein Werkzeug, das einen kostengünstigen und nicht-invasiven Ansatz zur Untersuchung der kortikalen Verarbeitung bietet, insbesondere im Vergleich zu kortikalen Bewertungsmethoden wie funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI), Positronenemission Tomographie (PET) und Diffusionstensorbildgebung (DTI)¹. EEG bietet auch eine hohe zeitliche Auflösung, die bei Deranwendung von Maßnahmen wie fMRI, PET oder DTI²nicht erreicht werden kann. Eine hohe zeitliche Auflösung ist bei der Untersuchung der zentralen zeitlichen Funktion von entscheidender Bedeutung, um eine Millisekunden-Präzision neurophysiologischer Mechanismen im Zusammenhang mit der Verarbeitung spezifischer Eingaben oder Ereignisse zu erhalten.  Im zentralen visuellen System sind kortikale visuelle evozierte Potentiale (CVEPs) ein beliebter Ansatz bei der Untersuchung von zeitgebundenen neuronalen Prozessen in der Großhirnrinde.  CVEP-Antworten werden über eine Reihe von Ereignisversuchen aufgezeichnet und gemittelt, was zu Spitzenkomponenten (z. B. P1, N1, P2) in bestimmten Millisekundenintervallen führt. Das Timing und die Amplitude dieser peak neuronalen Reaktionen können Informationen über kortikale Verarbeitungsgeschwindigkeit und Reifung sowie Defizite in der kortikalen Funktion^3,4,5liefern.

CVEPs sind spezifisch für den Typ der visuellen Eingabe, die dem Betrachter angezeigt wird. Unter Verwendung bestimmter Reize in einem CVEP-Paradigma ist es möglich, die Funktion von verschiedenen visuellen Netzwerken wie dem ventralen Strom, der an der Verarbeitung von Form und Farbe beteiligt ist, oder parvozellulären und magnozellulären ⁸, und der dorsale Strom, der weitgehend Bewegung oder magnozellulären Eingang^9,10verarbeitet. CVEPs, die von diesen Netzwerken generiert wurden, waren nicht nur nützlich, um typische neurophysiologische Mechanismen, die dem Verhalten zugrunde liegen, besser zu verstehen, sondern auch bei der gezielten Behandlung atypischer Verhaltensweisen in klinischen Populationen. Beispielsweise wurden verzögerte CVEP-Komponenten sowohl in dorsalen als auch in ventralen Netzwerken bei Kindern mit Legasthenie berichtet, was darauf hindeutet, dass die visuelle Funktion in diesen beiden Netzwerken bei der Ausarbeitung eines Interventionsplans¹¹ins Visier genommen werden sollte.  So bieten cVEPs, die über EEG aufgezeichnet werden, ein leistungsfähiges klinisches Werkzeug, mit dem sowohl typische als auch atypische visuelle Prozesse bewertet werden können.

In einer aktuellen Studie wurde EEG mit hoher Dichte verwendet, um die scheinbaren Bewegungs-Onset-CVEPs bei typischerweise entwickelnden Kindern zu messen, mit dem Ziel, variable CVEP-Antworten und verwandte visuelle kortikale Generatoren in der gesamten Entwicklung zu untersuchen. Die Teilnehmer betrachteten passiv scheinbare Bewegungsreize^12,13,14,15, die sowohl aus Formwechsel als auch aus Bewegung bestanden, um gleichzeitig dorsale und ventrale Ströme zu stimulieren. Es wurde festgestellt, dass etwa die Hälfte der Kinder mit einer CVEP-Wellenform formte, oder Morphologie, bestehend aus drei Spitzen (P1-N1-P2, Muster A).  Diese Morphologie ist eine klassische CVEP-Antwort, die in der gesamten Literatur beobachtet wird. Im Gegensatz dazu präsentierte sich die andere Hälfte der Kinder mit einem morphologischen Muster, das aus fünf Spitzen bestand (P1-N1a-P2a-N1b-P2b, Muster B). Unseres Wissens wurde das robuste Auftreten und der Vergleich dieser morphologischen Muster bisher in der CVEP-Literatur weder in kinder- als auch in erwachsenen Populationen diskutiert, obwohl eine variable Morphologie sowohl in der Motion-Onset CVEPs^14,16. Darüber hinaus wären diese morphologischen Unterschiede in der Forschung mit anderen kortikalen funktionellen Bewertungsmethoden wie fMRI oder PET aufgrund der geringen zeitlichen Auflösung dieser Maßnahmen nicht erkennbar gewesen.

Um die kortikalen Generatoren der einzelnen Spitzenwerte in den CVEP-Mustern A und B zu bestimmen, wurden Quellenlokalisierungsanalysen durchgeführt, bei denen es sich um einen statistischen Ansatz handelt, der zur Schätzung der wahrscheinlichsten kortikalen Regionen am CVEP-Antwort^12,13 . Für jeden Peak wurden unabhängig vom morphologischen Muster primäre und höherrangige visuelle Kortiken als Quellen des CVEP-Signals identifiziert.  So scheint es, dass der Hauptunterschied, der cvEP-Morphologie durch scheinbare Bewegung entsteht, darin besteht, dass diejenigen mit Muster B visuelle kortikale Regionen während der Verarbeitung zusätzlich aktivieren. Da diese Mustertypen bisher in der Literatur nicht identifiziert wurden, bleibt der Zweck der zusätzlichen visuellen Verarbeitung bei Muster B mit CVEP unklar.  Daher ist das nächste Ziel in dieser Forschungslinie, ein besseres Verständnis der Ursache der differentialen CVEP-Morphologie zu gewinnen und ob solche Muster mit dem visuellen Verhalten sowohl in typischen als auch in klinischen Populationen zusammenhängen können.

Der erste Schritt, um zu verstehen, warum einige Individuen eine CVEP-Morphologie im Vergleich zu einem anderen demonstrieren könnten, besteht darin, festzustellen, ob diese Antworten intrinsischer oder extrinsischer Natur sind.  Mit anderen Worten, wenn eine Person ein Muster als Reaktion auf einen visuellen Reiz zeigt, wird sie dann mit einem ähnlichen Muster wie alle Reize reagieren?  Oder ist diese Reaktion stimulusabhängig, spezifisch für das visuelle Netzwerk oder Netzwerke aktiviert?

Um diese Frage zu beantworten, wurden zwei passive visuelle Paradigmen entwickelt, die bestimmte visuelle Netzwerke separat aktivieren sollen. Der in der ersten Studie vorgestellte Stimulus wurde entwickelt, um sowohl dorsale als auch ventrale Ströme gleichzeitig zu stimulieren; Daher war nicht bekannt, ob eines oder beide Netzwerke an der Erzeugung spezifischer Wellenformmorphologie beteiligt waren. Im aktuellen methodischen Ansatz besteht das Paradigma zur Stimulierung des ventralen Stroms aus stark identifizierbaren Objekten in Grundformen von Quadraten und Kreisen, die Objekt-onset-CVEPs hervorrufen. Das Paradigma, das entwickelt wurde, um den dorsalen Strom zu stimulieren, besteht aus visueller Bewegung über ein radiales Feld von kohärenten zentralen Punktbewegungspunkten mit einer festen Geschwindigkeit in Richtung eines Fixierungspunkts, wodurch Bewegungs-onset CVEPs ausgelöst werden.

Eine zweite Frage, die sich als Ergebnis der ersten Studie ergab, war, ob die differenzielle VEP-Morphologie auf die Vorfreude der Teilnehmer auf bevorstehende Reize zurückzuführen sein könnte¹³. Zum Beispiel hat die Forschung gezeigt, dass top-down kortikale oszillatorische Aktivität, die vor einem Zielreiz auftritt, nachfolgende CVEP und Verhaltensreaktionen bis zu einem gewissen Grad vorhersagen kann^17,18,19. Das scheinbare Bewegungsparadigma in der ersten Studie verwendete nicht-randomisierte Rahmen eines radialen Sterns und Kreises mit konsistenten Interstimulus-Intervallen (ISIs) von 600 ms. Dieses Design könnte die Erwartung und Vorhersage des bevorstehenden Stimulus mit resultierende oszillatole Aktivität, die die nachfolgende CVEP-Morphologie^12,13,19.

Um dieses Problem zu beheben, werden die visuellen Objekt- und Bewegungsparadigmen im aktuellen Protokoll sowohl mit konsistenten ISIs mit demselben zeitlichen Wert als auch mit randomisierten ISIs mit unterschiedlichen zeitlichen Werten (d. h. Jitter) entworfen.  Mit diesem Ansatz kann möglicherweise bestimmt werden, wie sich zeitliche Variationen auf die VEP-Morphologie in unterschiedlichen visuellen Netzwerken auswirken können. Insgesamt soll mit dem beschriebenen Protokoll festgestellt werden, ob das visuelle Objekt und die Bewegungsreize empfindlich auf Variationen in der CVEP-Morphologie reagieren und ob die zeitliche Variation der Reizdarstellung die Merkmale der CVEP-Antwort beeinflussen würde, einschließlich Spitzenlatenz, Amplitude und Morphologie. Für die Zwecke des aktuellen Papiers besteht das Ziel darin, die Durchführbarkeit des methodischen Ansatzes zu ermitteln. Es wird vermutet, dass sowohl visuelle Objekte als auch Bewegung variable Morphologie auslösen können (d. h. Muster A und B werden als Reaktion auf beide Reize über die Probanden hinweg beobachtet) und dass zeitliche Variationen sich auf Objekt-ein- und bewegungseins beeinflussen würden.