Variación contingente negativa

La variación contingente negativa ( CNV ) es un potencial superficial lento negativo, medido mediante electroencefalografía (EEG), que ocurre durante el período entre un estímulo o señal de advertencia y un estímulo imperativo ("adelante"). ^[1] El CNV fue uno de los primeros componentes del potencial relacionado con eventos (ERP) en ser descrito. El componente CNV fue descrito por primera vez por W. Grey Walter y colegas en un artículo publicado en Nature en 1964. ^[2] La importancia de este hallazgo fue que fue uno de los primeros estudios que mostró que se podían obtener patrones consistentes de la amplitud de las respuestas eléctricas a partir del gran ruido de fondo que se produce en los registros de EEG y que esta actividad podría estar relacionada con un proceso cognitivo como la expectativa.

En su estudio, Grey Walter et al. (1964) ^[2] presentaron un "estímulo de advertencia" (por ejemplo, un solo clic o destello de luz) a un sujeto humano. El estímulo de advertencia fue seguido aleatoriamente (o no) por un "estímulo imperativo" (clics o destellos repetitivos) 0,5-1 segundo después. En algunas situaciones, el sujeto simplemente experimentó la advertencia y los estímulos imperativos de forma pasiva; en otras, el sujeto podía evitar el estímulo imperativo, si se producía, mediante una respuesta conductual, por ejemplo, pulsando un botón, pero el botón funcionaba solo si se pulsaba después de que se hubiera producido el estímulo imperativo (es decir, las pulsaciones prematuras del botón eran ineficaces). El proceso de estímulo de advertencia seguido opcionalmente por estímulo imperativo se repitió a intervalos variables entre 3 y 10 segundos.

Los investigadores descubrieron que las respuestas del EEG al estímulo de advertencia parecían tener tres fases: un componente positivo breve, un componente negativo breve y un componente negativo sostenido. Los componentes breves variaban con la modalidad sensorial (por ejemplo, visual o auditiva), mientras que el componente sostenido variaba con el intervalo de tiempo entre la advertencia y el estímulo imperativo (y si el estímulo imperativo se producía o no) y la atención/vigilancia del sujeto. Walter et al. denominaron al componente sostenido "variación negativa contingente" porque la variación de la onda negativa dependía de la relación estadística entre la advertencia y el estímulo imperativo. Observaron que:

• la amplitud de la respuesta EEG se atenuó o se habituó cuando el estímulo de advertencia se repitió sin un estímulo imperativo posterior;
• la amplitud regresó cuando el estímulo imperativo siguió al estímulo de advertencia;
• La amplitud fue más prominente en situaciones en las que el sujeto podía ejercer control al evitar el estímulo imperativo.

En 1990, Bozinovska et al. idearon una interfaz cerebro-computadora basada en CNV para controlar un timbre de computadora. ^{[3] [4]} En 2009, Bozinovski y Bozinovska diseñaron un experimento de interfaz cerebro-computadora basado en CNV, donde la CNV controlaba un objeto físico, un robot. ^[5]

Walter et al. (1964) demostraron que un solo clic provoca un pico positivo breve y un pico negativo breve. Los destellos repetitivos provocan picos positivos y negativos breves. Si estos estímulos están separados por 1 segundo, resultan los mismos patrones individuales. Después de unas 50 presentaciones, estos picos son indistinguibles del ruido. Por otro lado, cuando un solo clic es seguido por destellos repetitivos que terminan con la presión de un botón, hay un gran pico negativo gradual que termina bruscamente con la presión del botón. Esta es la variación negativa contingente. Otro estudio clásico fue descrito por Joseph Tecce en el Psychological Bulletin en 1972. ^[6] En esta revisión, Tecce resume el desarrollo, la morfología y el lugar de aparición de la CNV.

Los estudios han demostrado que la CNV aparece después de unos 30 ensayos de estímulos emparejados, aunque este número puede reducirse cuando el sujeto entiende la tarea de antemano. Se han utilizado destellos de luz, clics y tonos para provocar la CNV. Es necesaria una respuesta al estímulo imperativo para provocar una CNV clara. Esta respuesta puede ser física o mental. ^[6] La CNV se provoca cuando se presentan dos estímulos vinculados. Cuando el estímulo imperativo se elimina inesperadamente, la CNV se atenúa hasta que se suprime por completo después de unos 20 a 50 ensayos. La CNV se restablece inmediatamente si se combina nuevamente con el estímulo imperativo.

El pico negativo de CNV se eleva alrededor de 260–470 ms después del estímulo de advertencia. Aumentará rápidamente si el sujeto no está seguro de cuándo se producirá el estímulo imperativo, y aumentará gradualmente si el sujeto está seguro de cuándo se producirá el estímulo imperativo. La amplitud máxima suele rondar los 20 microvoltios. ^[6]

La CNV aparece más prominentemente en el vértice y es simétrica bilateralmente. ^[6]

Existen muchas investigaciones que describen qué características de los estímulos pueden afectar las características de la CNV. Por ejemplo, la intensidad, la modalidad, la duración, la frecuencia del estímulo, la probabilidad, la relevancia del estímulo y la discriminación del tono pueden afectar el componente de la CNV. ^[7]

La atención también afecta la amplitud de la CNV. Los siguientes ejemplos de varias condiciones de tarea y estudios muestran que la CNV cambia cuando el protocolo experimental cambia la atención necesaria para realizar las tareas. ^{[2] [6]} En primer lugar, cuando se les dijo a los sujetos que se eliminaría el estímulo imperativo, la CNV se redujo. En segundo lugar, en una condición, se permitió a los sujetos elegir si iban a presionar el botón o no. En los ensayos en los que el sujeto eligió no responder, no hubo CNV. En tercer lugar, cuando se le dijo específicamente al sujeto que no habría destellos repetitivos, no se provocó ninguna CNV. En cuarto lugar, otra condición mostró que se provocó una CNV en sujetos a los que se les dijo que estimaran cuándo vendrían los destellos repetitivos incluso cuando no se presentaban destellos. En quinto lugar, cuando se pidió a los sujetos que prestaran atención y respondieran rápidamente, se aumentó la amplitud de la CNV. Los resultados de estas condiciones sugieren que la CNV está relacionada con la atención y la expectativa.

Cuando la probabilidad de destellos repetitivos es aleatoria y los destellos repetitivos se eliminan en aproximadamente el 50% de los ensayos, la amplitud de la CNV es aproximadamente la mitad de la normal.

Algunos investigadores han demostrado que la intensidad del estímulo puede afectar la amplitud de la CNV. Parece que el componente CNV tiene una mayor amplitud para los estímulos que tienen baja intensidad, es decir, que son difíciles de ver u oír, en contraposición a los estímulos que tienen alta intensidad. Esto podría deberse a que el sujeto debe prestar más atención para percibir el estímulo de baja intensidad. Si la detección de la tarea imperativa se vuelve demasiado difícil, entonces la amplitud de la CNV se reduce. En otras palabras, la atención al estímulo imperativo es importante para el desarrollo de la CNV y el aumento de las dificultades de la tarea distrae la atención.

En estudios relacionados, los investigadores también han demostrado que cuanto mayor es la respuesta motora necesaria, mayor es la CNV. Los estudios con sujetos que tienen falta de sueño tienden a mostrar una CNV reducida. Esto proporciona más evidencia de que la falta de atención podría disminuir la amplitud de la CNV. ^[6]

La amplitud de la CNV cambia cuando se modifica el período previo o intervalo entre estímulos (ISI). El ISI más utilizado es el comprendido entre 1,0 y 1,5 segundos. Los ensayos con un ISI entre 0,5 y 1,5 segundos generan una onda CNV robusta. Cuando el ISI se reduce a 0,125 o 0,25 segundos, la CNV se suprime. Por otro lado, los ensayos con un ISI de 4,8 segundos muestran una amplitud de CNV reducida.

La mayoría de los investigadores coinciden en que el componente CNV se ha asociado con el procesamiento de la información y la preparación de la respuesta. La principal controversia es si el CNV está compuesto por más de un componente. Después del descubrimiento del CNV, los investigadores pudieron distinguir entre dos componentes principales del CNV. Loveless y Sanford (1975) y Weerts y Lang (1973) aumentaron el intervalo entre estímulos a más de 3 segundos y demostraron que se pueden distinguir visualmente dos componentes del CNV. La primera onda siguió al estímulo de advertencia y se denominó onda O u onda de orientación . ^{[8] [9]} Esta onda mostró una amplitud mejorada en las regiones frontales. La segunda onda precedió al estímulo imperativo y se denominó onda E u onda de expectativa. Un estudio realizado por Gaillard (1976) proporcionó más evidencia de que la onda O se distribuía frontalmente y se veía más afectada por los estímulos auditivos que por los estímulos visuales. ^[10]

Un tema relacionado e importante ha sido la cuestión de si la totalidad o parte de la CNV corresponde al potencial de preparación . El potencial de preparación es la preparación neuronal para las respuestas motoras. Ambos componentes tienen una distribución similar en el cuero cabelludo con una amplitud negativa y están asociados con una respuesta motora. De hecho, muchos investigadores afirmaron que la CNV terminal, u onda E, era de hecho el potencial de preparación, o Bereitschaftspotential . Este fue el consenso general hasta que otros trabajos proporcionaron evidencia de que la CNV puede distinguirse de la RP. ^{[7] [11]} Primero, la RP generalmente está lateralizada al lado contralateral de la respuesta motora, mientras que la CNV suele ser bilateral. Segundo, la CNV puede ocurrir incluso cuando no se requiere una respuesta motora. Tercero, una RP ocurre sin ningún estímulo externo. Esto muestra que la RP ocurre para las respuestas motoras mientras que la CNV ocurre cuando dos estímulos son contingentes entre sí. ^[6]

Otro tema importante en el estudio del componente CNV es la localización de la fuente general de la CNV. Por ejemplo, Hultin, Rossini, Romani, Högstedt, Tecchio y Pizzella (1996) utilizaron la magnetoencefalografía (MEG) para determinar la ubicación de la fuente electromagnética de la onda CNV. Su experimento sugiere que la CNV terminal está ubicada dentro del área 6 de Brodmann y corresponde a la corteza premotora . ^[12]

El trabajo realizado por Zappoli y sus colegas es otro ejemplo de investigación realizada para determinar los generadores del componente CNV. Zappoli (2003) estudió los patrones ERP, incluyendo el CNV, de sujetos con trastornos cerebrales o daño cerebral. ^[13] Zappoli revisa la evidencia que muestra que en ciertos casos las descargas epilépticas afectan las ondas de expectación y por lo tanto disminuyen la amplitud del CNV. Zappoli también describió una investigación que investigó las características del CNV en pacientes que tenían lobotomías de regiones frontales. Las amplitudes del CNV estaban disminuidas o ausentes en estos pacientes.

Se han propuesto muchas teorías para explicar los procesos cognitivos subyacentes al componente CNV. Walter y sus colegas sugirieron que la amplitud de la CNV varía directamente con la probabilidad subjetiva o la expectativa de los estímulos imperativos. Otros investigadores sugirieron que la amplitud de la CNV varía con la intención de realizar un acto. Otra teoría es que la CNV varía con la motivación del sujeto para completar la tarea. Tecce sugiere que la CNV está relacionada tanto con la atención como con el nivel de excitación.