חקירת קוגניציה חברתית תינוקות ומבוגרים שימוש Electroencephalography מערך דחוס ( _ד EEG)

Summary

Electroencephalography מערך צפוף נמצא בשימוש יותר ויותר ללמוד תפקודים קוגניטיביים חברתיים אצל תינוקות ומבוגרים. כאן אנו מציגים מתודולוגיה נקבע כי מהווה שיפור משמעותי על שיטות קונבנציונליות ללימוד EEG אצל תינוקות ומבוגרים.

Abstract

Electroencephalography מערך צפוף _(ד EEG), אשר מספק חלון פולשני למדידת פעילות המוח החלטה הזמני מתחרות על ידי כל ^1,2 אחרים הנוכחי הדמיה מוחית הטכנולוגיה, נמצא בשימוש יותר ויותר בחקר התפקוד הקוגניטיבי החברתי תינוקות ומבוגרים . בעוד _d-EEG הוא מאפשר לחוקרים לבחון דפוסי פעילות המוח עם רמות חסרות תקדים של רגישות, קונבנציונאלי מערכות הקלטה EEG ממשיכים להתמודד עם הגבלות מסוימות, כולל 1) עניים מרחבי ברזולוציה מקור לוקליזציה ^3,4, 2) אי נוחות גופנית של הנבדקים מבחן מתמשך היישום היחיד של אלקטרודות רבים אל פני השטח של הקרקפת, ו 3) את המורכבות לחוקרים ללמוד להשתמש חבילות תוכנה רבות כדי לאסוף ולעבד נתונים. כאן אנו מציגים סקירה של המתודולוגיה מבוססת המייצג שיפור משמעותי על שיטות קונבנציונליות ללימוד EEG אצל תינוקות ומבוגרים. למרות מספר טכניקות תוכנה אנליטיות ניתן להשתמש להקים מדדי עקיפה של לוקליזציה מקור כדי לשפר את הרזולוציה המרחבית של _d-EEG, הגיאודזית HydroCel נטו חיישן (HCGSN) על ידי Geodesics חשמל, Inc (EGI), מערך חושי צפופה שומרת מרחקים שווים בין אלקטרודות סמוכות הקלטה על כל המשטחים של הקרקפת, משפר עוד יותר ברזולוציה מרחבית ^4,5,6 לעומת מערכות סטנדרטיות _d-EEG. HCGSN ספוג מבוססי ניתן ליישם במהירות וללא שחיקה הקרקפת, מה שהופך אותו אידיאלי לשימוש עם מבוגרים ^7,8, ילדים ^9,10,11, ו - ¹² תינוקות, הן במחקר והן קליניים ^{4,5,6,13,14 , 15} הגדרות. תכונה זו מאפשרת חיסכון ניכר בעלויות הזמן על ידי הפחתת הזמן הממוצע יישום נטו לעומת מערכות אחרות EEG _ד. יתר על כן, HCGSN כוללת אחידה, חלקה של יישומי תוכנה עבור כל שלבי של נתונים, מפשטת מאוד את איסוף, עיבוד וניתוח של נתונים EEG _ד.

HCGSN כולל הדום פרופיל נמוך אלקטרודה, אשר, כאשר מלא תמיסת אלקטרוליט, יוצר microenvironment אטום ממשק אלקטרודה-הקרקפת. בכל מערכות הגיאודזית _d-EEG, חיישני EEG לזהות שינויים מתח שמקורו הקרקפת של המשתתף, יחד עם כמות קטנה של רעש חשמלי שמקורו בסביבת החדר. אותות חשמליים מכל החיישנים של הרשת חיישן הגיאודזית מתקבלות בו זמנית על ידי המגבר, שם הם מעובדים באופן אוטומטי, ארוז ושלח למחשב נתונים הרכישה (DAC). לאחר שהתקבלו על ידי ה-DAC, פעילות הקרקפת חשמלי יכול להיות מבודד חפצים לניתוח באמצעות סינון וכלים לאיתור חפץ הכלולים בתוכנה EGI. בדרך כלל, HCGSN ניתן להשתמש ברציפות רק עד שעתיים כי תמיסת אלקטרוליט מתייבש לאורך זמן, להקטין בהדרגה את איכות ממשק הקרקפת-האלקטרודה.

במעבדה הורים תינוקות מחקר באוניברסיטת טורונטו, אנחנו באמצעות _d-EEG ללמוד חברתי תהליכים קוגניטיביים כולל זיכרון, רגש, מטרות, התכוונות, ציפייה, ותפקוד המבצעת למבוגרים והן המשתתפים התינוק.

Protocol

1. הכנת תוכנית ההתקנה ניסויית

1. לפני הגעתו של המשתתף במעבדה, להבטיח כי הגיאודזית EEG (GES) מערכת רכיבים שליטה הניסוי מחשב ותוכנות (תחנת נטו) ופועלים כשורה.
2. הסר את כל הפריטים מיותרת ו להסיח את פוטנציאל מחדר הניסוי.
3. הגדר את חדר הניסוי בהתאם לפרדיגמה הניסוי בפרט מיושם. כאן אנו משתמשים פרדיגמות החל מבוססות מחשב משימות מנוהל באמצעות תוכנת E-הממשלה מצגת התינוק הורים שונים הנסיין-תינוק פרדיגמות אינטראקציה.
4. ודא מצלמות וידאו מחויבים ולסדר את המצלמות בזווית אידיאלית להתקנה הניסוי הנוכחי.

2. חילופי מידע

1. עם הגעתו של המשתתף במעבדה, לתאר את חיישן הגיאודזית נטו פרוטוקול יישום להסביר את הניסוי.
2. לאחר שווידאת כי המשתתף יש הבנה טובה של פרוטוקול הניסוי, לוודא שהוא או היא (או האפוטרופוס שלו או שלה) סימנים על טופס הסכמה לפני שתמשיך עם הניסוי.
3. עבור מחקרים EEG, היא לעתים קרובות מועיל להשיג מהמידע משתתף מסוימים עשוי להיות צפוי להשפיע על פעילות המוח רשמה החשמל. לדוגמה, מידע על ישנוניות, הארוחה האחרונה, שינה האחרון עשוי להיות עניין. במעבדה היילי, מידע כזה מתקבל על ידי מתן שאלונים סטנדרטיים. כדי לעזור להמשיך את הניסוי מבעוד מועד, רצוי שני הנסיינים הנוכחי: אחד לנהל את השאלונים, ואחד לבצע את ההכנות HCGSN כמפורט להלן.

3. הכנות לקראת יישום הגיאודזית חיישן HydroCel נטו

1. הכן את הפתרון HydroCel אלקטרוליט מלוחים של מים מזוקקים, אשלגן כלורי, ואת שמפו לתינוק, והקפד ומערבבים היטב עד שכל אשלגן כלוריד מומס הפתרון.
2. באמצעות קלטת מדידה, למדוד את היקף הראש של המשתתף, ההקלטה מדידה בסנטימטרים.
3. אחזר את HCGSN בגודל מתאים, כלומר, זו מקיפה את מגוון circumferences הראש שבו היקף הראש של המשתתף נופל.
4. לצלול חיישן סוף HCGSN בפתרון אלקטרוליט ולאפשר לו לספוג במשך 5 דקות, להיות בטוח כדי לשמור את קצה המחבר הרחק נוזלים כל. מומלץ להשתמש טיימר או סטופר כדי להבטיח עיתוי מדויק.
5. פתח את תוכנת תחנת נטו במחשב מלאה להתחיל בהפעלת בקרה ניסיוני לאפשר מדידות אפס ולהשיג להילקח לפני חיבור מחבר HCGSN ואיסוף נתונים.

4. יישום נטו HydroCel חיישן הגיאודזית

על מנת לאפשר לניתוח תקף עקבי של נתונים שנאספו EEG, הליך הבקשה נטו חייב להיות סטנדרטית מאוד. סטנדרטיזציה כזו מושגת על ידי במדידות הראש של המשתתף (כמתואר לעיל) על מנת להבטיח את מיקום מדויק ועקבי של אלקטרודות ממשתתף למשתתף. אם המיקום האופטימלי נטו אינה מושגת בתחילה, להסיר את רשת ולהחיל מחדש.

1. בזמן ההמתנה נטו החיישן לסיים השריה בתמיסת אלקטרוליט, להנחות את המשתתפים לחדר הניסוי להורות לו או לה לשבת על כיסא. הכיסא צריך להיות ללא גלגלים, כדי למנוע תנועה לא רצויה במהלך היישום נטו החיישן. במקרה של משתתף תינוק, יש אפוטרופוס של התינוק לשבת על הכיסא עם התינוק יושב זקוף על הברכיים שלו או שלה, מחזיקה את התינוק במותניו, כך שהראש של התינוק כולו נגיש התינוק נשאר עדיין.
2. באמצעות סרט מדידה ועפרון סמן בסין, לאתר ולסמן את קודקוד ידי לקיחת המידות הבאות:
   1. לאוזן מעל הראש
   2. Nasion inion אל מעל הראש
   קודקוד ניתן לזהות בשלב שבו שתי מדידות לחצות.
3. הסר את הרשת חיישן מדלי אלקטרוליט ומניחים אותו על מגבת נקייה ויבשה. בעדינות ללטף את נטו חיישן במגבת להסרת עודפי תמיסת אלקטרוליט.
4. תן את קצה המחבר של HCGSN למשתתף או הנסיין השני לקיים במהלך יישום נטו.
5. תרימי את HCGSN, לשים את שתי הידיים בפנים של הרשת. החזק את כזה נקי כי האגודלים שלך נדחפים בתוקף (אך בעדינות) בכל צד של האלקטרודה, מרכזי חזיתית ביותר אצבעות הזרת שלך נדחפים בתקיפות נגד הלהקה חיבור שורה האחורי ביותר של אלקטרודות. היזהרו שלא להתמתח יתר על המידה נטו. בשש הנותרות האצבעות שלך צריך להיות משוחרר בתוך הרשת, כדי לאפשר את החלק במרכז ליפול צולע.
6. קראוץ' או לכרוע ברך, כך שאתה בעיןרמה עם המשתתף.
7. מאחור קדימה, למשוך את נטו החיישן מעל לראשו של משתתף. לעיתים קרובות שימושי יש להציג הנסיין השני כאשר יישום נטו החיישן על משתתף תינוק, כדי להסיח את דעתו של התינוק ולמזער תנועת הראש.
8. בעזרת קצות האצבעות, למשוך בעדינות על הלהקה של הרשת ולהתאים אותה כך אלקטרודה קודקוד יושב על נקודת הקודקוד המסומן קודם בעיפרון את הסמן בסין. הדקו את האוזן רצועות הסנטר. בדוק מקומות ציון דרך אנטומיים וסימטריה נטו כדי לראות אם הוא נקי בצורה נכונה, ולבצע את ההתאמות הנדרשות.

5. מדידת עכבות אלקטרודה

EEG נמדד כהפרש פוטנציאל (מתח) בין האתר בהפניה אתר נמדד. עכבה גבוהה על הממשק הקרקפת-האלקטרודה גורם לירידה במתח הנמדד, הנחתה של משרעת האות, ועלייה בנוכחות רעש. בעוד שלאחר הרכישה סינון במחקרים מסוימים (למשל, מחקרים קונבנציונליים ERP) יכול להיפטר הרעש הזה, עכבה גבוהה בדרך כלל פשרות אמינות הנתונים EEG רכשה. לכן חשוב לעשות עכבות בטוח הם בתוך מפרטים נסבלת לפני תחילת להקליט נתונים EEG.

1. חבר את קצה המחבר של HCGSN לתוך כבל ממשק ולהפוך את הידית כדי לנעול אותו במקומו. הפעל את המצלמה.
2. בחדר הבקרה, לפתוח הפעלה חדשה בתחנת נטו, להזין מידע של המשתתף, ולחץ בגין מושב. מכיוון וידאו אותות EEG _ד הם synched, הזנה וידאו חי מחדר הניסוי אמור להופיע על המסך.
3. בחר את התפריט הנפתח פאנלים, אימפדנס פתוח, לחץ על לחצן מדוד. מונטאז' של המערך חיישן HCGSN יופיעו על המסך. גרור את החלון עד לקצה המסך, כך שהוא נפתח על המסך בחדר הניסוי.
4. באמצעות מגרפה חד פעמיות, פיפטה הצידה שיער של המשתתף, כך שכל אלקטרודה יושב ישירות על הקרקפת של המשתתף.
5. עיין בחלון מדידה אימפדנס הצגת מונטאז' HCGSN על המסך. חיישנים שאינם ביצירת קשר טוב עם הקרקפת יופיעו באדום. שים לב את המספרים חיישן אלקטרודה. השתמש פיפטה ואת כמות קטנה של אלקטרוליטים הפתרון כבר מוכנה לשפר את העכבה של חיישנים אלה. אלקטרודות על מונטאז' יהפוך ירוק עכבה שלהם משתפרת.
6. עכבות כאשר הם משביעי רצון (כלומר, כאשר כל האלקטרודות על מונטאז' ירוקים), לחץ על שמור לחצן סגור בחלון מדידת התנגדות בחדר הבקרה.
7. בכל תחנה נטו, לפתוח את הצגת Waveform צפופה. גלול לאורך גל ושים לב כל הערוצים מציגים רעש משרעת גבוהה בשל מגע בקרקפת עניים.

6. נטילת הקלטות Baseline

לפני תחילת פרדיגמה ניסויית, לקחת כמה הבסיס הקלטות _d-EEG של הפעילות החשמלית במוח מנוחה של המשתתף. הקלטות הבסיס מנוחה חשובים רציף מחקרים EEG _ד כי יש רמה גבוהה של השתנות הפעילות החשמלית במוח ממשתתף למשתתף. כתוצאה מכך, רוב המחקרים EEG רציפה _ד ליישם עיצוב במסגרת הניסוי, הנבדקים, ניתוח ההבדלים בין כל תנאי הניסוי ושלב טרום הניסוי הבסיס. לאירוע הקשורות מחקרים EEG, שלב המחקר ייתכן שלא יהיה צורך.

1. השאירו את המשתתף לבד בחדר הניסוי להורות לו או לה לשבת בשקט למזער התנועה. עבור המשתתפים התינוק, ההורה / אפוטרופוס צריך להישאר בחדר עם התינוק יושב בשקט על הברכיים שלו או שלה. במעבדה היילי, סרט שכותרתו בייבי מוצרט, שילוב קולי של מוסיקה קלאסית עיצובים נעים וצבעוני, הוא שיחק על מנת להבטיח כי תינוקות להישאר רגוע ושקט. בעוד שלב הבסיס אינטראקטיבי לא תמיד אידיאלי, זה יכול לשמש שלב טרום הבסיס כדי להרגיע את התינוק לפני נטילת הקלטות הבסיס.
2. בכל תחנה נטו, לחץ על כפתור ההקלטה כדי להתחיל הקלטת וידאו ונתונים waveform. ביום הצגת Waveform צפופה, סמנים האירוע יכול להיות מוכנס לקשר אירועים התנהגותיים הפעילות החשמלית לאורך הניסוי. הכנס "הבסיס" אירוע סמן על צג waveform.
3. שיא המחקר לתקופת זמן סטנדרטית. במעבדה היילי, את השלב הבסיסי סטנדרטי נמשך 2 דקות.

7. הפעלת הניסוי

במחקרים EEG _ד, חיוני לקיים לפחות שני הנסיינים נוכח לאורך כל תקופת המחקר. אחת הניסוי יהיה אחראי על אינטראקציה עם המשתתף ויישום פרדיגמה התנהגותית, ואילו הניסוי השני יהיה לפקח על הצגת Waveform צפופה.

1. ליישם את סעיף ניסיוניdigm.
2. צג תצוגה Waveform צפופה לאורך הניסוי כדי לקבוע אם כל ערוצי מציגים רמות הרעש הגובר. רעש הגדלת יכול להיות רעיוני של עכבות גוברת. רמות עכבה קביל תוכל לקבל בחזרה באמצעות תמיסת אלקטרוליט יותר. זה צריך להיעשות בהפסקה בפרוטוקול הניסוי.

8. התחקיר משתתף

1. כאשר הניסוי הושלם, בזהירות לשחרר ולהסיר את HCGSN מראשו של המשתתף. לשטוף, לחטא, ויבש נטו.
2. תן את המשתתף עם מגבת כדי לנגב בה את כל עודפי תמיסת אלקטרוליט.
3. תן את כל משתתף השאלונים הנותרים שצריכים להסתיים.

9. אנליזה

התוכנה זהה EGI בשימוש לרכוש נתונים dEEG משמש גם כדי לנתח את הנתונים, המאפשר מעבר קל וחלק מאוסף נתונים וניתוח נתונים. מכיוון HCGSN גם מרימה רעש חשמלי שמקורו הסביבה, הנתונים חייב להיות הראשון מסוננים וניקה לפני שניתן יהיה לנתח. כל הכלים הדרושים כלולים תחנת נטו.

1. בכל תחנה נטו, לחץ על ולפתוח את הפאנל כלי Waveform. הפעל את קובץ הנתונים רכשה באמצעות סינון וכלים לאיתור חפץ לאחר הגדרת הפרמטרים הרצויים. כלי זיהוי חפץ מזהה קוצים הנובע ממצמץ בעיניים או תנועות עיניים ומזהה ערוצי רע. במקרים רבים, הסרת נוספים יד עריכה חפץ עשוי להיות נחוץ (במיוחד כאשר עובדים עם אוכלוסיות התינוק, שבו אתה לא יכול לשלוט ממצמץ בעיניים ותנועות).
2. במגזר נתונים כדי להפריד בין תנאי הניסוי השונים על בסיס סמנים האירוע מוכנס.
3. החלת כל ניתוח הרצוי. במעבדה היילי, ניתוח תדירות משמש לנתח כיצד תדרים אופייני של פעילות המוח משתנה בין תנאי הניסוי בין אזורי מוח שונים. ירידה כוח גל הוא רעיוני פוטנציאל של פעילות מוגברת של נוירונים באזור זה.

10. נציג נתונים

באיור 1. גל ה-EEG גלם מראה את תנודות מתח נרשם (μv) לאורך זמן (ים), בשעה אלקטרודה בודדת (אלקטרודה 30). גל מייצגים נתונים שנאספו במהלך 1000ms הראשון של כל 3 שלבי הניסוי: הבסיס, הפגנה, ולהיזכר מיידית.

איור 2. נתונים גולמיים שנאספו הקרקפת כולה (128-אלקטרודה מונטאז') במהלך שלושה שלבים ניסיוניים (הבסיס הפגנה, זוכר מיידית) של תינוק המשתתפות. נתונים מוצגת מפה טופוגרפית ומדגים הבדלים ברמת השטח פעילות מוחית חשמלית (μv) על פני אזורים במוח בשלב ניסיוני של המשימה בובות.

Discussion

The Net Hydrocel חיישן הגיאודזית של EGI מהווה שיטה לא פולשנית ו קל ליישם קבלת נתונים EEG _ד מ הבוגרת וגם משתתפים התינוק. טכנולוגיה זו משלבת רזולוציה של זמן ומרחב גבוהה הזדמנות מוגברת לניידות, מה שהופך אותו אידיאלי לשימוש פרדיגמות ההתנהגות מורכב לחקור פעילויות קוגניטיביות שעשוי להשתקף רק שינויים עדינים הפעילות החשמלית. לאור עניין גובר חוקרת את התפתחות הקוגניציה תינוקות המחסור היחסי של טכניקות ההדמיה במוח מתאים לשימוש אוכלוסיית תינוקות, השימוש HCGSN צפוי לעלות, מובילים אותנו להבנה עמוקה יותר של ההכרה התינוק.