La investigación de la cognición social en niños y adultos usando electroencefalografía denso conjunto ( _D EEG)

Summary

Electroencefalografía densa red se está utilizando cada vez más a los estudios sociales las funciones cognitivas en niños y adultos. Aquí se presenta una metodología establecida que representa una mejora significativa en las metodologías convencionales para el estudio de EEG en niños y adultos.

Abstract

Electroencefalografía denso conjunto (EEG _d), que proporciona una ventana no invasivo para medir la actividad cerebral y una resolución temporal sin igual por cualquier otra tecnología actual ^1,2 de imagen cerebral, se está utilizando cada vez más en el estudio del funcionamiento social cognitivo en niños y adultos . Mientras EEG _d es permitir a los investigadores para examinar los patrones de actividad cerebral con un nivel sin precedentes de sensibilidad, los sistemas convencionales de EEG siguen enfrentándose a ciertas limitaciones, incluyendo: 1) la localización espacial de los pobres de resolución y la fuente de ^3,4, 2) las molestias físicas de los sujetos de prueba de soportar la aplicación individual de electrodos múltiples a la superficie del cuero cabelludo, y 3) la complejidad de los investigadores de aprender a usar múltiples paquetes de software para recopilar y procesar datos. Aquí presentamos una visión general de una metodología establecida que representa una mejora significativa en las metodologías convencionales para el estudio de EEG en niños y adultos. A pesar de varias técnicas de análisis de software puede ser utilizado para establecer los índices indirectos de la localización de la fuente para mejorar la resolución espacial del EEG _d, de la Red Geodésica HydroCel Sensor (HCGSN) por Geodesia Electrical, Inc. (EGI), una densa red sensorial que mantiene la misma distancia entre los electrodos de registro en todas las superficies adyacentes de la cabeza, mejora aún más la resolución espacial ^4,5,6 en comparación con el estándar de los sistemas _d EEG. El HCGSN de esponja se puede aplicar con rapidez y sin la abrasión del cuero cabelludo, por lo que es ideal para usar con los adultos ^{7,8, 9,10,11} niños, y niños de ^12, tanto en la investigación clínica y ^{4,5,6,13,14 , 15} ajustes. Esta característica permite a un costo considerable ahorro de tiempo y reduciendo el tiempo medio de aplicación de red en comparación con otros sistemas de EEG _d. Por otra parte, el HCGSN incluye aplicaciones unificadas, software perfecta para todas las fases de los datos, simplificando así la recogida, procesamiento y análisis de los datos _d EEG.

El HCGSN cuenta con un pedestal de electrodos de bajo perfil, que, cuando se llena con solución electrolítica, crea un microambiente sellado y una interfase electrodo del cuero cabelludo. En todos los sistemas geodésicos _d EEG, sensores EEG detectar los cambios de voltaje provenientes de cuero cabelludo de los participantes, junto con una pequeña cantidad de ruido eléctrico proveniente del entorno de habitación. Las señales eléctricas de todos los sensores de la red de sensores geodésicas son recibidas simultáneamente por el amplificador, donde se procesan automáticamente envasados, y envió al equipo de adquisición de datos (DAC). Una vez recibida por el CAD, la actividad eléctrica del cuero cabelludo puede ser aislado de artefactos para el análisis utilizando las herramientas de filtrado y la detección de los artefactos incluidos en el software de EGI. Normalmente, la HCGSN se puede utilizar de forma continua durante sólo un máximo de dos horas, porque la solución electrolítica se seca con el tiempo, disminuyendo gradualmente la calidad de la interfaz del cuero cabelludo-electrodo.

En el Laboratorio de Investigación de padre-hijo en la Universidad de Toronto, estamos usando _d EEG para el estudio social de los procesos cognitivos como la memoria, la emoción, los objetivos, la intencionalidad, la anticipación y la función ejecutiva, tanto en los adultos y los participantes infantiles.

Protocol

1. Preparación del montaje experimental

1. Antes de la llegada de los participantes en el laboratorio, asegúrese de que el Sistema Geodésico EEG (GES) y los componentes de la computadora y el software de control del experimento (la estación de red) funcionan correctamente.
2. Eliminar todos los elementos innecesarios y molestos, potencialmente, de la sala de experimento.
3. Establecer la sala de experimentación, de acuerdo con el paradigma experimental en particular poniendo en práctica. Aquí se utiliza paradigmas que van desde equipo basado en tareas administra a través de software de presentación E-Prime a varios padres y el bebé y el niño experimentador paradigmas de interacción.
4. Asegúrese de que las cámaras de vídeo se cargan y organizar las cámaras en ángulo ideal para la configuración experimental actual.

2. El intercambio de información

1. A la llegada de los participantes en el laboratorio, describe el protocolo de sensores geodésicos NET y explicar el experimento.
2. Después de asegurarse de que el participante tiene un buen conocimiento del protocolo experimental, asegúrese de que él o ella (o su tutor legal) firma un formulario de consentimiento antes de proceder con el experimento.
3. Para los estudios de EEG, a menudo es útil para obtener información de los participantes de la certeza de que se puede esperar a tener una influencia en la actividad eléctrica cerebral registrada. Por ejemplo, la información sobre la somnolencia, la última comida, y último sueño podría ser de su interés. En el laboratorio de Haley, dicha información se obtiene mediante la administración de cuestionarios estandarizados. Para ayudar a continuar el experimento de una manera oportuna, es recomendable tener dos experimentadores presente: una para administrar los cuestionarios, y uno para llevar a cabo los preparativos HCGSN se detalla a continuación.

3. Preparación para la aplicación del sensor HydroCel Geodésica Net

1. Prepare la solución salina HydroCel electrolito de agua destilada, cloruro de potasio, y champú para bebé, asegurándose de que revuelva bien hasta que todo el cloruro de potasio se disuelve en la solución.
2. Con una cinta métrica, medir la circunferencia de la cabeza del participante, registrar las mediciones en centímetros.
3. Recuperar el tamaño adecuado HCGSN, es decir, la que abarca toda la gama de circunferencia de la cabeza en el que la circunferencia de la cabeza cae participante.
4. Sumergir el sensor de final de la HCGSN en la solución electrolítica y déjelo en remojo durante 5 minutos, asegurándose de mantener el extremo del conector alejado de cualquier líquido. Es recomendable utilizar un temporizador o un cronómetro para garantizar la sincronización exacta.
5. Abra el software de la estación de red en el ordenador de control y comenzar una sesión de control experimental para permitir mediciones cero y la ganancia que deben tomarse antes de conectar el conector HCGSN y recolección de datos.

4. La aplicación de la Red Geodésica HydroCel Sensor

Con el fin de permitir el análisis válido y consistente de los datos recogidos EEG, el procedimiento de solicitud red debe estar altamente estandarizados. Esta normalización se logra mediante la adopción de medidas de la cabeza del participante (según lo descrito anteriormente) para asegurar la colocación precisa y consistente de los electrodos de un participante a participante. Si la posición neta no es óptima logró inicialmente, quitar la red y volver a aplicar.

1. A la espera de la red de sensores a fin de remojo en la solución electrolítica, orientar al participante en la sala de experimentación e instruir a él o ella se sientan en una silla. La silla debe ser sin ruedas para evitar movimientos no deseados durante la aplicación de red de sensores. En el caso de un participante infantil, han tutor del niño sentado en la silla con el niño sentado en posición vertical sobre su regazo, con el niño por la cintura para que toda la cabeza del bebé es accesible y el bebé permanece todavía.
2. Con una cinta métrica y un lápiz marcador de China, localizar y marcar el vértice, tomando las siguientes medidas:
   1. Oreja a oreja en la parte superior de la cabeza
   2. Nasion al inion en la parte superior de la cabeza
   El vértice puede ser identificado como el punto en el que estas dos medidas cruz.
3. Retire la red de sensores del cubo de electrolitos y colocarlo sobre una toalla limpia y seca. Acaricie suavemente la red de sensores con la toalla para eliminar el exceso de solución de electrolitos.
4. Dar el extremo del conector de la HCGSN del participante o de un segundo experimentador de sostener durante la aplicación de red.
5. Levante el HCGSN, poniendo ambas manos en el interior de la red. Sostenga la red como que los pulgares son empujados con fuerza (pero con cuidado) a cada lado del electrodo central, la mayoría de los frontales y los dedos meñique se descansa firmemente sobre la banda de la conexión de la fila más posterior de los electrodos. Tenga cuidado de no estirar demasiado la red. Sus otros seis dedos deben estar sueltos dentro de la red para permitir que la parte central de caer inerte.
6. Agacharse o arrodillarse para que usted está en el ojonivel con el participante.
7. De atrás hacia adelante, tire de la red de sensores sobre la cabeza del participante. A menudo es útil tener presente un segundo experimentador al aplicar la red de sensores en un participante infantil, para distraer al niño y minimizar el movimiento de la cabeza.
8. Con los dedos, tire suavemente de la banda de la red y ajustar de forma que el electrodo vértice se encuentra en el vértice marcado previamente con el lápiz marcador de China. Apriete el oído y tirantes. Inspeccionar lugares anatómicos de referencia y la simetría red para ver si la red está en la posición correcta, y hacer los ajustes necesarios.

5. La medición de impedancias de electrodos

EEG se mide como la diferencia de potencial (voltaje) entre el sitio de referencia y el sitio de medición. De alta impedancia en la interfase electrodo-cuero cabelludo produce una caída de tensión medida, la atenuación de la amplitud de la señal, y un aumento en la presencia de ruido. Aunque después de la adquisición de filtrado en algunos estudios (por ejemplo, los estudios convencionales ERP) puede deshacerse de este ruido, de alta impedancia por lo general pone en peligro la fidelidad de los datos adquiridos en el EEG. Por tanto, es importante hacer impedancias estén dentro de las especificaciones tolerable antes de comenzar a registrar los datos de EEG.

1. Enchufe el conector de la HCGSN en el cable de interfaz y gire la palanca hasta que encaje en su lugar. Encender la cámara.
2. En la sala de control, abra una nueva sesión en la estación de red, escriba la información del participante, y haga clic en Iniciar sesión. Debido a que el vídeo y las señales de EEG _d están sincronizados, un video en vivo desde la sala de experimento debe aparecer en la pantalla.
3. Seleccione el menú desplegable de paneles, Impedancia abierta, y haga clic en el botón de medición. Un montaje de la matriz de sensores HCGSN aparecerá en la pantalla. Arrastre la ventana hasta el borde de la pantalla de modo que se abre en el monitor en la sala de experimento.
4. Con una pipeta desechable rastrillo, a un lado el cabello de los participantes para que cada electrodo se asienta directamente sobre el cuero cabelludo de los participantes.
5. Se refieren a la ventana de medición de la impedancia que muestra el montaje HCGSN en el monitor. Sensores que no están haciendo un buen contacto con el cuero cabelludo se verá roja. Tome nota del número de electrodos del sensor. Use la pipeta y una pequeña cantidad de la solución electrolítica ya está preparado para mejorar la impedancia de estos sensores. Los electrodos en el montaje se pondrá verde como su impedancia es mejor.
6. Cuando impedancias son satisfactorios (es decir, cuando todos los electrodos en el montaje son de color verde), haga clic en el botón Guardar y Cerrar en la ventana de medición de impedancia en la sala de control.
7. En la estación de red, abra la pantalla de forma de onda densa. Desplazarse a través de las formas de onda y tenga en cuenta los canales que están mostrando el ruido de gran amplitud debido al contacto del cuero cabelludo pobres.

6. Tomando grabaciones de referencia

Antes de comenzar el paradigma experimental, tomar algunas grabaciones de referencia _d EEG de actividad eléctrica cerebral en reposo de los participantes. Grabaciones de descanso de referencia son importantes en estudios de EEG continuo _d debido a que hay un alto grado de variabilidad en la actividad eléctrica del cerebro de los participantes para el participante. Como resultado, la mayoría de los continuos estudios de EEG _d debe implementar un diseño dentro de los sujetos experimentales, el análisis de las diferencias entre cada condición experimental y una fase inicial de pre-experimento. Para el evento de los estudios relacionados con EEG, una fase inicial puede no ser necesario.

1. Deje que el participante solo en el cuarto experimento e instruir a él o ella a sentarse en silencio y minimizar el movimiento. Para los participantes infantiles, los padres / tutores deben permanecer en la habitación con el niño sentado tranquilamente en su regazo. En el laboratorio de Haley, una película titulada Baby Mozart, una combinación de audio-visual de la música clásica y coloridos diseños en movimiento, se juega para asegurar que los niños mantengan la calma y en silencio. Mientras que una fase inicial interactiva no siempre es ideal, que puede ser utilizado como una etapa previa a la línea de base para calmar al bebé antes de las grabaciones de referencia.
2. En la estación de red, haga clic en el botón Grabar para comenzar la grabación de vídeo y los datos de forma de onda. En la pantalla de forma de onda densa, marcadores de eventos se pueden insertar para vincular los eventos de comportamiento de la actividad eléctrica durante todo el experimento. Inserte una "línea de base" marcador de eventos en la pantalla de forma de onda.
3. Registro de base para un período de tiempo estándar. En el laboratorio de Haley, la fase inicial estándar dura 2 minutos.

7. La realización del experimento

En _d estudios de EEG, es esencial tener al menos dos experimentadores presente a lo largo del estudio. Un experimentador será responsable de interactuar con los participantes y la aplicación del paradigma de comportamiento, mientras que el segundo experimentador vigilará la forma de onda densa.

1. Implementar el párrafo experimentalparadigma.
2. Monitor de la pantalla de forma de onda densa durante todo el experimento para determinar si los canales están mostrando cada vez los niveles de ruido. Aumentar el ruido puede ser el reflejo de impedancias en aumento. Niveles aceptables de impedancia puede ser recuperado mediante el uso de más solución electrolítica. Esto se debe hacer en una ruptura del protocolo experimental.

8. Debriefing del Participante

1. Cuando el experimento se ha completado, con cuidado aflojar y remover los HCGSN de la cabeza del participante. Enjuague, desinfecte y seque la red.
2. Darle al participante una toalla con la que para limpiar cualquier exceso de solución de electrolitos.
3. Dar a los participantes los cuestionarios restantes que deben ser completados.

9. Análisis

El mismo software de EGI utilizados para adquirir datos de Deeg también se utiliza para analizar los datos, lo que permite una transición suave y fácil de recolección de datos para el análisis de datos. Debido a que el HCGSN también recoge el ruido eléctrico proveniente del entorno, los primeros datos debe ser filtrada y limpiada antes de que pueda ser analizado. Todas las herramientas necesarias se incluyen en la estación de red.

1. En la estación de red, haga clic en y abra el panel de forma de onda herramientas. Ejecute el archivo de datos adquiridos a través del filtro y las herramientas de detección de artefacto después de ajustar los parámetros deseados. La herramienta de detección de artefactos identifica los picos resultantes de parpadeos o movimientos de los ojos y detecta los canales mal. En muchos casos, más a mano la edición y la eliminación de artefactos puede ser necesario (sobre todo cuando se trabaja con la población infantil, en la que usted no puede controlar parpadeo y los movimientos).
2. Segmento de los datos a fin de separar las diferentes condiciones experimentales sobre la base de los marcadores de evento insertado.
3. Aplicar cualquier análisis deseado. En el laboratorio de Haley, análisis de frecuencia se utiliza para analizar cómo las frecuencias características de la actividad cerebral varía entre las condiciones experimentales y entre diferentes regiones cerebrales. Una disminución de la energía de las olas es potencialmente un reflejo de la creciente actividad de las neuronas de esa región.

10. Los datos representativos

Figura 1. Raw formas de onda del EEG muestra las fluctuaciones de la tensión registrada (mV) a través del tiempo (s), en un solo electrodo (electrodo 30). Las ondas representan los datos recogidos durante el primer día de cada 1000 ms de tres fases experimentales: basal, la demostración y la memoria inmediata.

Figura 2. Datos brutos recogidos en todo el cuero cabelludo (128 electrodos montaje) durante las tres fases experimentales (línea de base, la demostración, la memoria inmediata) de un niño participante. Los datos se presentan como un mapa topográfico e ilustra las diferencias en el nivel de superficie, la actividad eléctrica cerebral (mV) en todas las regiones del cerebro y la fase experimental de la tarea de títeres.

Discussion

La Red Geodésica Hydrocel Sensor de EGI, constituye un método no invasivo y fácil de _aplicar-d de la obtención de datos de EEG de adultos e infantil participantes. Esta tecnología combina la alta resolución temporal y espacial, con una mayor oportunidad para la movilidad, lo que es ideal para su uso en el complejo de los paradigmas de comportamiento para investigar las actividades cognitivas que pueden reflejarse sólo en los cambios sutiles en la actividad eléctrica. Dado el interés creciente en la investigación del desarrollo de la cognición infantil y la escasez relativa de las técnicas de imagen cerebral adecuado para su uso en la población infantil, el uso de la HCGSN es probable que aumente, que nos lleva a una comprensión más profunda de la cognición infantil.