Als ereigniskorrelierte Potentiale oder ereignisbezogene Potentiale (EKP, : event-related potentials, ERP) werden Wellenformen im Elektroenzephalogramm (EEG) bezeichnet, die mit einem beobachtbaren Ereignis zusammenhängen. Ein solches Ereignis kann ein Sinnesreiz sein, der auf die Versuchsperson einwirkt, oder eine Bewegung der Versuchsperson. Daher kann man zwischen reiz- und bewegungsbezogenen EKPs unterscheiden. Um den Zusammenhang zwischen Ereignis und Potential zu erkennen, muss das Ereignis viele Male wiederholt werden und das EEG bei jeder Wiederholung mit dem gleichen Zeitbezug zum Ereignis gemessen werden.

Ist das Ereignis der immer gleiche Reiz ohne weitere Instruktion an die Testperson, dann haben ihre EKPs nur wahrnehmungsbezogene Komponenten und man spricht von evozierten Potentialen. Man kann jedoch verschiedene Ereignisse verwenden und von diesen nur manche beachten lassen oder auf nur manche reagieren lassen, sodass sich die Verarbeitung dieser Ereignisse in Prozessen der Aufmerksamkeitszuwendung, Entdeckung von Irregularitäten, Bewusstheit der Wahrnehmung, Entscheidung, Erwartung, Bewegungsvorbereitung unterscheiden kann. Mit den EKPs lassen sich neurophysiologische Korrelate dieser kognitiven Prozesse messen. Erforschung von EKPs ist daher Teil der kognitiven Neurowissenschaft.

EKPs geben präzise Auskunft darüber, wann Gebiete der Hirnrinde aktiviert werden, aber nur unpräzise darüber, welche Gebiete dies sind. Insofern sind sie komplementär zur funktionellen Kernspintomografie, welche die Aktivierung von Hirnarealen sehr gut räumlich, aber nur unpräzise zeitlich messen kann. Vorteile der EKP-Methodik sind die relativ niedrigen Kosten und die Nicht-Invasivität der Messung, da lediglich Mess-Elektroden an die Kopfhaut geklebt werden.

mini|350px|Schematische Darstellung des Verlaufs ereigniskorrelierter Potentiale bei Aufnahme und Verarbeitung eines visuellen oder auditiven Reizes (vgl. Birbaumer & Schmidt, 2006, S. 481)

Methodik Um die EKPs, die häufig klein relativ zum Spontan-EEG sind, überhaupt sichtbar zu machen, muss das Ereignis viele Male wiederholt werden und das EEG bei jeder Wiederholung mit gleichem Zeitbezug zum Ereignis gemessen werden. Das EEG wird dann üblicherweise über diese Wiederholungen gemittelt. Die ereignisunabhängigen Anteile des EEG (das Spontan-EEG, Rauschen) mitteln sich dabei heraus und die ereignisabhängige Wellenform zeigt sich. Darüber hinaus werden komplexere Methoden der Signalanalyse entwickelt, mit denen sich z. B. Veränderungen in den Schwingungsstärken (Zeit-Frequenz-Analyse, Wavelet-Analyse), in der Synchronisation oder in der Kohärenz über die Einzelmessungen nachweisen lassen.

EKPs werden üblicherweise mit vielen Elektroden, häufig 32 oder 64, gleichzeitig gemessen, die über die Kopfhaut verteilt aufgesetzt werden. Aus physiologischen und physikalischen Gründen kann fast nur Aktivität der Hirnrinde direkt gemessen werden, nur in Ausnahmefällen von tiefergelegenen Zentren wie Thalamus, Hippocampus, Basalganglien oder vom Kleinhirn. Auch dieser messbare Anteil aus der Hirnrinde wird auf seinem Übertragungsweg an die äußere Kopfhaut abgeschwächt und räumlich unscharf. Elektrische Spannung kann nur zwischen zwei Punkten gemessen werden; daher benötigt die Messung von den Kopfhautelektroden einen Bezugspunkt. Dieser wird häufig durch Elektroden an den Ohren oder an der Nase gebildet, oder wird zu jedem Zeitpunkt neu als der Mittelwert aller Elektroden zu diesem Zeitpunkt definiert. Die so an der Kopfhaut gemessenen Spannungen betragen wenige Mikrovolt und müssen daher stets auf störende, nicht im Hirn entstandene Spannungen geprüft werden; die wichtigste Quelle solcher Störspannungen bei ansonsten ruhig sitzenden Versuchsteilnehmern sind Blinzeln und Augenbewegungen. Beschränkung auf Aktivität der Hirnrinde, räumliche Unschärfe, Abhängigkeit von der Wahl der Referenz und generell die Messung von außen (anstatt invasiv direkt aus dem Gehirn, wie bei Tierversuchen oder bei Patienten mit aus medizinischen Gründen implantierten Elektroden möglich) sind die methodischen Gründe, warum EKPs zwar präzise Auskunft darüber geben, wann Gebiete der Hirnrinde aktiviert werden, aber nur unpräzise darüber, welche Gebiete dies sind.

EKPs lassen sich nicht nur über das EEG, sondern auch über die Magnetoenzephalographie (MEG) gewinnen (da gemäß der Daumenregel jedes elektrische Feld ein Magnetfeld hat); die Messung ist wesentlich aufwendiger, hat aber nicht das Problem der räumlichen Unschärfe der Übertragung von Hirnrinde zu Kopfhaut.

Anwendung Anwendungen von EKPs finden sich in der Psychophysik und in den Kognitionswissenschaften. In die öffentliche Diskussion ist insbesondere die Bedeutung des Bereitschaftspotentials beim Libet-Experiment gelangt, unter der Fragestellung, ob unser Gehirn unseren freien Willen determiniert. In der Psycholinguistik untersucht man EKPs, die von Schwierigkeiten beim Verständnis von Sätzen begleitet werden: So tritt die N400 (eine Spannungsschwankung negativer Polarität 0,4 Sekunden nach einem kritischen Wort) bei semantischen Verarbeitungsproblemen auf, z. B. wenn man das Wort „Beton“ in dem Satz „Hanna trinkt ein Glas Beton“ hört oder liest. Die P600 ist eine Positivierung im EEG, die 0,6 Sekunden nach einem kritischen Wort auftritt und von syntaktischen Verarbeitungsschwierigkeiten zeugt, wie sie z. B. der Satz „Hans glaubt, dass der Entdecker von Amerika erzählte“ hervorruft, wenn wir „der Entdecker von Amerika“ mit „Kolumbus“ gleichsetzen und dessen Erzählung erwarten.

In der Klinischen Psychologie, der Psychiatrie und Neurologie wird Forschung mit EKPs zum Verständnis der krankheitsbedingten Fehlfunktionen angewendet. Beispielsweise wurde bei schizophren erkrankten Menschen eine Abweichung der N400 festgestellt, welche die Hypothese der erleichterten Bahnung im semantischen Netzwerk bei schizophren Erkrankten stützt.

EKP-Komponenten

EKPs bestehen aus mehreren Komponenten, beschreibbar durch ihre Polarität (negative oder positive Spannung), den Ort ihrer maximalen Amplitude auf der Kopfhaut und den Zeitpunkt dieser Gipfelamplitude relativ zum Ereignis (entweder in Millisekunden oder in zeitlicher Rangposition). Beispielsweise bezeichnet okzipitale N130 einen negativen Gipfel mit Maximum am Hinterkopf bei 130 ms nach Reizbeginn. Dies ist die zu erwartende erste negative Komponente auf einen visuellen Reiz (der visuelle Cortex liegt am Hinterkopf) und wird daher (als „erste negative“ Komponente) auch N1 oder visuelle N1 genannt.

Entstehung Zur Erklärung der Entstehung von EEG-Komponenten gibt es verschiedene konkurrierende Ansätze. Beim Phase-Reset-Model wird davon ausgegangen, dass ein EKP dann messbar ist, wenn sich die fortlaufenden neuronalen Oszillationen durch eine externe Stimulation desynchronisieren. Demnach wird zum Zeitpunkt der Stimulation die Phase der Schwingung zurückgesetzt. Die Reorganisation der vorliegenden Schwingungsmuster wird als EKP sichtbar gemacht. Diesem Konzept entgegen steht das Additive-Power-Model. Hierbei wird von neuralen Aktivitätsmustern ausgegangen, welche unabhängig vom fortlaufenden EEG, durch eine externe Stimulation hervorgerufen werden. Das entstehende Signal überlagert das Hintergrund-EEG und wird als Komponente im EKP sichtbar. Es scheint wahrscheinlich, dass es sich bei der Generation von EKPs um eine Kombination beider Entstehungsmechanismen handelt. Frühe EKPs (< 300 ms) sind eher einem Phasen-Reset zuzuschreiben und bei späten Komponenten spiegeln vom Hintergrund-EEG unabhängige Prozesse wider.

Übersicht

Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich die Zeitfenster-Werte in Millisekunden jeweils auf den Zeitpunkt der Präsentation des Stimulus. Name Zeitfenster (ms) Maximum auf Kopfhaut BeschreibungPositive PolaritätP5040–75zentralTritt bei der Wahrnehmung akustischer Stimuli auf. Repräsentiert sensorisches Gating.Vertex Positive Potential (VPP)130–200zentralTritt spezifisch bei der Betrachtung von Gesichtern auf. Mit hoher Wahrscheinlichkeit ist dies der positive Pol der wohl im Gyrus fusiformis und anderen temporalen Gyri generierten N170.P200 / P2150–250zentro-frontal und parieto-okkzipitalTritt bei der Verarbeitung visueller Stimuli auf (moduliert durch Aufmerksamkeit) P3a 250–400 fronto-zentral Mitte Wird von unerwarteten, neuen, aufmerksamkeitsbindenden Reizen ausgelöst und könnte mit der Orientierungsreaktion zusammenhängen.P300 / P3b / P3 300–600 zentro-parietal Mitte Tritt bei aufgabenrelevanten Reizen auf – je größer, desto seltener treten die Reize auf. P600 400–800 zentro-parietal Mitte Sprachbezogene Komponente beim Lesen oder Hören von Wörtern, die grammatikalisch fehlerhaft oder sonst wie schwer verständlich sind. Error Positivity / Pe 200–500 ms nach Bewegung zentro-parietal Mitte Tritt nach bewusst bemerkten Fehlhandlungen auf.Negative Polarität N100 / N130 / N1 80–150 auditiv: zentral und temporal; visuell: okzipital; somatosensorisch: zentral Die N1 tritt bei zeitlich klar abgegrenzten Reizen auf. Ihre Auftretenszeit und Kopfhautverteilung ist spezifisch für die Sinnesmodalität. Sie wird z. B. durch die Stärke und das Interstimulus-Intervall eines Reizes moduliert.N170 130–200 temporo-okzipital rechts Tritt bei der Verarbeitung von Gesichtern auf.Early Left Anterior Negativity (ELAN)< 200frontal linksTritt bei der Verarbeitung eines Bruches in der Satzstruktur oder Wortkategorie auf. N200 / N2 / MMN 100–350 i. a. fronto-zentral Mitte Ausdruck der Wahrnehmung eines abweichenden Reizes und u. U. von Verhaltenshemmung. Eine spezielle Subkomponente ist die Mismatch Negativity. N2pc 200–300 temporo-okzipital kontralateral zum Reiz Zeigt Zeitpunkt und Ausmaß der Selektion eines von mehreren visuellen Reizen an (pc = posterior contralateral).N250250–500inferio-temporalVerarbeitung der Identität eines Gesichtes. N400 250–500 fronto-zentral Mitte oder zentro-parietal Mitte Wird durch bedeutungsvolle Reize (wie z. B. Wörter, Symbole etc.) ausgelöst. Stellt ein Maß der semantischen Integration in zuvor wahrgenommene kontextuelle Informationen. Heartbeat Evoked Potential (HEP) 250–400 fronto-zentral Mitte Tritt nach der R-Zacke im Elektrokardiogramm unabhängig vom Herzschlagartefakt auf. Repräsentiert Interozeption des eigenen Herzschlages.Reorienting Negativity (RON)400–600fronto-zentral MitteSpiegelt die Rückwendung der Aufmerksamkeit zur Aufgabe nach Ablenkung in einem Oddball-Experiment wider.Contingent Negative Variation (CNV) langsam ansteigend zentral Mitte, mit Betonung kontralateral zur Hand Tritt in Erwartung eines Zielreizes nach einem Hinweisreiz auf. Stimulus-Preceding Negativity (SPN) langsam ansteigend fronto-zentral Mitte, rechtshemisphärisch betont Tritt in Erwartung eines informationshaltigen Stimulus auf.Bereitschaftspotential langsam ansteigend, > 1 s vor Bewegung zentral Mitte, mit Betonung kontralateral zur Hand Tritt in Vorbereitung einer willkürlichen Aktion auf. Lateralized Readiness Potential (LRP) ab 200 ms vor Bewegung zentral kontralateral zur Hand Zeigt in Aufgaben, bei denen auf einen Reiz rechts, auf den anderen links reagiert werden soll, den Zeitpunkt der Entscheidung für die rechte oder linke Hand an. Die LRP hat mit dem Bereitschaftspotential die motorische Asymmetrie gemeinsam, nicht jedoch dessen vorherrschende langsame Komponente. Error Negativity / ERN / Ne 0–100 ms nach Bewegung fronto-zentral Mitte Tritt bei Fehlhandlungen auf und spiegelt den Konflikt zwischen Handlung und Handlungsplan wider.Contralateral Delay Activity (CDA)während des Aufrechterhaltens eines Gedächtnisinhaltes im visuellen Arbeitsgedächtnisparieto-okkzipital (PO7/PO8)Eine negative Verschiebung des EEG während ein Inhalt im visuellen Arbeitsgedächtnis aktiv gehalten wird. Abhängig von der Präsentationsseite des Stimulus wird das CDA als Unterschied der Signale von contralateraler minus ipsilateraler Seite dargestellt.

MMN