Summary
Presentert her er prosedyren for bruk av c-grid (øre-elektroencefalografi, solgt under navnet cEEGrid) for registrering av hjerneaktivitet i og utenfor laboratoriet i lengre varighet. Denne protokollen beskriver hvordan du setter opp disse arrayene og hvordan du registrerer hjerneaktivitet ved hjelp av dem.
Abstract
C-rutenettet (øre-elektroencefalografi, solgt under navnet cEEGrid) er en diskret og komfortabel elektrodegruppe som kan brukes til å undersøke hjernens aktivitet etter påføring rundt øret. C-nettet er egnet for bruk utenfor laboratoriet i lang tid, selv for hele dagen. Ulike kognitive prosesser kan studeres ved hjelp av disse rutenettene, som vist ved tidligere forskning, inkludert forskning utenfor laboratoriet. For å registrere øre-EEG-data av høy kvalitet, er det nødvendig med nøye forberedelse. I denne protokollen forklarer vi trinnene som trengs for vellykket implementering. Først, hvordan du tester funksjonaliteten til rutenettet før et opptak vises. For det andre gis en beskrivelse av hvordan deltakeren skal forberedes og hvordan man tilpasser c-nettet, som er det viktigste trinnet for registrering av data av høy kvalitet. For det tredje er det gitt en oversikt over hvordan du kobler nettene til en forsterker og hvordan du kontrollerer signalkvaliteten. I denne protokollen lister vi opp anbefalinger og tips om beste praksis som gjør c-grid-opptak vellykket. Hvis forskere følger denne protokollen, er de omfattende utstyrt for å eksperimentere med c-rutenettet både i og utenfor laboratoriet.
Introduction
Med mobil øre-elektroencefalografi (EEG) kan hjerneaktivitet registreres i hverdagen, og ny innsikt i nevral prosessering utover laboratoriet kan oppnås1. For å være egnet for hverdagen, bør et mobilt øre-EEG-system være gjennomsiktig, diskret, enkelt å bruke, bevegelsestolerant og behagelig å ha på selv i flere timer2. C-nettet (solgt under navnet cEEGrid), et c-formet øre-EEG-system, tar sikte på å oppfylle disse kravene for å minimere interferens med naturlig oppførsel. Rutenettet består av 10 Ag/AgCl-elektroder trykt på Flexprint-materiale3. Kombinert med en miniatyrisert, mobil forsterker og en smarttelefon for datainnsamling 4,5, kan disse nettene brukes til å samle inn øre-EEG-data i mer enn 8 timer 1,6.
Flere studier utført i laboratoriet har vist potensialet til c-nett for å studere auditive og andre kognitive prosesser. C-nett har blitt brukt til auditiv oppmerksomhetsdekoding med nøyaktigheter over sjansenivå 7,8,9,10,11. Segaert et al.12 brukte disse arrayene til å kvantifisere språkvansker hos pasienter med mild kognitiv svikt. Garrett et al.13 viste at disse arrayene kan fange opp auditive hjernepotensialer som stammer fra hjernestammen. Bortsett fra forskningen som fokuserte på det auditive domenet, brukte Knierim et al.14 rutenettene til å undersøke strømningsopplevelser (dvs. følelsen av total involvering i en oppgave), målt ved endringer i alfakraft. Til slutt brukte Pacharra et al.15 disse rutenettene til en visuell oppgave. Alle disse laboratoriebaserte studiene viser de ulike kognitive prosessene som kan fanges opp med disse nettene.
Disse rutenettene kan også brukes til EEG-opptak utenfor laboratoriet, som illustrert av flere studier. For eksempel har disse arrayene blitt brukt til å evaluere mental belastning i en kjøresimulator 16,17 og for å studere uoppmerksom døvhet, ikke-oppfatningen av kritiske alarmlyder, i en flysimulator18. Rutenettene er spesielt lovende for langtidsregistreringer, som langtidsovervåking av epileptiske anfall2 og søvnhendelse6. Hölle et al.1 brukte disse rutenettene til å måle auditiv oppmerksomhet i løpet av en kontordag i 6 timer. I sum fremhever alle disse studiene deres potensial til å undersøke ulike hjerneprosesser i og utenfor laboratoriet.
Hvert EEG-opptak krever nøye forberedelse for å oppnå gyldige resultater. Dette er spesielt viktig for mobile applikasjoner der flere gjenstander kan forventes enn i laboratoriet på grunn av deltakerens bevegelse. For å sikre optimale resultater er det nødvendig med spesifikke forberedelsestrinn. Vi oppgir de kritiske trinnene i å forberede nettene, forberede deltakeren på datainnsamling og montering og tilkobling av nettene for EEG-registreringer. Vi peker på potensielle feil og viser eksempler på dårlig datakvalitet når vedlegget ikke er riktig. Til slutt vises representative resultater av en piano-spilt oddballoppgave.
Protocol
Den generelle prosedyren som brukes i denne protokollen ble godkjent av etikkstyret ved Universitetet i Oldenburg. Deltakeren ga skriftlig informert samtykke før deltakelsen.
MERK: C-rutenettene skal kun brukes på uskadet hud og hos deltakere som ikke har allergi mot limet som brukes. Den har to sider. Det er svart tekst på utsiden. De ledende overflatene på elektrodene er på innsiden, og de vender mot deltakerens hud under opptaket. Det er viktig å håndtere disse rutenettene med forsiktighet. Ikke berør de ledende overflatene, ikke brett rutenettene, ikke bøy dem for mye, og unngå å trekke på dem.
1. Testing
MERK: Hvis det håndteres med forsiktighet, kan c-nett gjenbrukes flere ganger. For å sikre optimal funksjon, kontroller at alle elektrodene fungerer som de skal før neste opptak. Utfør samme prosedyre for nye nett for å identifisere potensielle problemer (f.eks. på grunn av problemer i produksjonsprosessen) før opptaket starter. Det finnes flere alternativer for raskt å se etter problemer (f.eks. en ødelagt elektrode).
- Alternativ 1: Multimeter.
- Still inn et multimeter for å måle motstand.
- Fest en pinne av multimeteret til elektroden og den andre pinnen til den tilsvarende kontakten på kontaktenden.
- Sjekk om en lav motstand (<10 kΩ) kan måles for hver elektrode.
- Alternativ 2: Elektrodegel
- Bruk elektrodegel til å bygge bro mellom alle elektrodene. Pass på at det ikke er hull mellom elektrodene.
- Fest rutenettet til kontakten til en forsterker. For å se et signal, fest rutenettet til siden med referanse- og jordelektrodene i henhold til kontaktoppsettet som brukes.
- Bruk impedanskontrollen til forsterkeren. Kontroller impedansen til referanseelektroden og alle de åtte opptakselektrodene (10 elektroder totalt minus jord- og referanseelektrodene); de må alle ha lav impedans (<10 kΩ). Etterpå tørker du av gelen.
- Alternativ 3: Vann
MERK: Bruk dette alternativet med forsiktighet for ikke å forårsake vannskader på utstyret.- Senk alle elektrodene i et glass vann, men sørg for å holde halen på rutenettet tørt. Alternativt kan du plassere c-rutenettet i en plate fylt med vann (med elektrodene vendt mot platen).
- Fest rutenettet til forsterkerens kontakt.
- Bruk impedanskontrollen til forsterkeren. Kontroller impedansen til referanseelektroden og alle de åtte opptakselektrodene (10 elektroder totalt minus jord- og referanseelektrodene); de må alle ha lav impedans (<10 kΩ). Etterpå tørker du c-rutenettet med et vev.
2. Forberedelse av deltakeren
MERK: For opptak av høy kvalitet må deltakeren ha rent og tørt hår, ikke ha brukt hårprodukter (f.eks. stylingprodukter) eller hudprodukter, og ikke ha på seg sminke. Hvis det er mulig, bør deltakerne vaske håret rett før opptaket med en mild og nøytral sjampo og også vaske områdene rundt ørene. Be deltakerne om å indikere om noen av de forberedende trinnene er ubehagelige for dem.
- For å forberede deltakeren trenger eksperimentøren tilgang til området bak og rundt øret. For deltakere med lengre hår, bruk hårklipp for enklere tilgang.
- Plasser et c-rutenett rundt deltakerens øre for å se hvordan det passer. I tillegg må du sjekke om den kan plasseres rundt øret uten å berøre øret. Forsikre deg om at den ikke berører baksiden av øret eller øreflippen, da dette kan være ubehagelig etter en tid. Denne forhåndsmonteringen gir også en indikasjon på området som skal dekkes og dermed må rengjøres.
MERK: Disse rutenettene kommer i én størrelse og passer ikke til alle ørestørrelser. For større ører, kutt litt av plasten rundt elektrodene på innsiden av C med en liten saks. Vær spesielt oppmerksom på å ikke kutte inn i elektrodene eller den ledende banen. - Påfør en liten dråpe slipende elektrodegel på et vev. Bruk gelen til å rengjøre huden rundt deltakerens øre med litt trykk, men sørg for at den forblir behagelig for deltakeren. Sørg for å sjenerøst rengjøre hele området som skal dekkes.
- Dypp et vev i litt alkohol, og rengjør området bak øret med dette vevet.
- Tørk det rengjorte området med et rent håndkle.
- For høyere nivåer av komfort, legg eventuelt et lite stykke tape på baksiden av øret.
- Gjenta alle trinnene ovenfor (trinn 2.1-2.5) for det andre øret.
3. Klargjøre og montere gitterene
MERK: Det er forskjellige måter å feste c-rutenettet på med dobbeltsidig tape. Her presenteres to alternativer: c-formede klistremerker (levert av produsenten) som dekker hele overflaten og små sirkulære klistremerker som plasseres individuelt rundt elektrodene (f.eks. ved gjenbruk).
- Fest dobbeltsidige selvklebende klistremerker (enten de c-formede eller individuelle klistremerkene) rundt hver elektrode. Forsikre deg om at klistremerkene ikke dekker elektrodens ledende overflate.
- Sett små dråper (linsestørrelse) elektrodegel på hver elektrode. Unngå å bruke for mye gel, da dette kan søle på limmaterialet og redusere vedheft til huden. For mye gel kan også skape broer mellom elektrodene.
- Fjern dekselet på klebeklistremerket(e). Påfør gelen på nytt i tilfelle den ble fjernet i løpet av dette trinnet. Alternativt kan du fjerne det første dekselet, og påføre gelen deretter; Dette krever imidlertid en veldig stødig hånd, slik at gelen ikke søler ved et uhell på limet.
- Be deltakeren om å holde håret vekk fra øret slik at det ikke hindrer tilpasningen. Flytt håret ut av veien så mye som mulig, slik at klistremerkene berører huden direkte. Avhengig av hårfestet er dette ikke alltid mulig (f.eks. når det er hår rett over øret).
- Plasser rutenettet rundt øret, og trykk det inn i huden når det er på plass. Pass på at du ikke plasserer den for nær øret, da dette kan bli ubehagelig for deltakeren. La det være litt plass (1 mm til 2 mm) mellom rutenettet og baksiden av øret. I tillegg ber du deltakeren om å trykke på elektrodene.
- Gjenta alle trinnene ovenfor (trinn 3.1-3.5) for det andre øret.
- Fjern eventuelle hårklipp. Plasser forsiktig briller eller strimler av ansiktsmasker på ørene om nødvendig.
4. Koble til
- Koble kontakten til forsterkeren. I løpet av dette trinnet, unngå overdreven bøyning eller trekking på c-rutenettet.
- Koble kontaktene til kontakten. Kontroller at kontaktene er koblet til på riktig side. Kontroller at de eksponerte kontaktene på innsiden av c-rutenettet vender mot kontaktene i kontakten.
MERK: Det er viktig å vite utformingen av kontakten som brukes (inkludert posisjonen til bakken og referanseelektrodene). Avhengig av systemet som brukes, kan oppsettet variere. Hvis du vil bygge en kobling, kan du gå til https://uol.de/psychologie/abteilungen/ceegrid. Med riktig kontakt kan c-nett kobles til hvilken som helst forsterker. - For å holde forsterkeren på plass, bruk for eksempel et hodebånd for å feste det på hodet.
MERK: Oldenburg-laboratoriet bruker en forsterker som er innebygd i en nakkehøyttaler kalt nEEGlace. nEEGlace gjør oppsettet mer komfortabelt og raskere.
5. Sjekk impedansen og dataene
- Koble forsterkeren til en smarttelefon (valgfritt: en bærbar PC) via Bluetooth.
- Kontroller elektrodenes impedans med impedanskontrollen til forsterkeren. Impedansen forbedres vanligvis over tid (5 min til 10 min) og trenger ikke å være under 10 kΩ for hver elektrode i begynnelsen. Ikke prøv å legge mer gel under elektroder med høy impedans.
- Sjekk EEG-signalet. Be deltakeren om å knytte kjevene, blunke og lukke øynene (alfaaktivitet). Vær oppmerksom på de tilsvarende artefaktene og alfaaktiviteten i signalet. Sørg for at hver elektrode gir et godt signal. Hvis det resulterende EEG-signalet er dårlig, fjern rutenettet, tørk av eventuell gjenværende gel rundt øret til deltakeren, og sett på en ny.
- Begynn innspillingen.
6. Fjerne og rydde opp
- Når du er ferdig med dataopptaket, kobler du telefonen (eller den bærbare datamaskinen) fra forsterkeren. Koble rutenettene fra forsterkeren, og fjern forsterkeren fra deltakeren. Fjern forsiktig c-rutenettene fra deltakeren. Pass på at du verken bøyer c-rutenettet for mye eller trekker ut håret til deltakeren. La deltakerne rense seg med vev eller et håndkle.
- Bløtlegg rutenettene i vann i noen minutter. De kan være nedsenket helt.
- Ta forsiktig av klistremerkene for å unngå skade. Skyll av eventuell gjenværende gel. Lufttørk nettene. Ikke gni over elektrodens ledende overflate.
- Oppbevar c-ristene trygt på et mørkt og tørt sted.
Representative Results
Når man følger denne protokollen, er impedansen til hver elektrode vanligvis under 10 kΩ eller nærmer seg denne verdien noen få minutter etter plassering av rutenettet (figur 1), noe som indikerer en god elektrodehudkontakt. Merk at impedansen fortsatt kan forbedres innen 2 timer etter montering av den.
Figur 2 illustrerer ulike ubehandlede EEG-signaler. Figur 2A illustrerer hvordan dataene ser ut når det ikke brukes gel. En ledende gel er nødvendig, og rutenettet fungerer ikke ordentlig uten å bruke gel. Hvis for mye gel brukes, kan elektrodene bli brolagt. Dataene for dette scenariet er vist i figur 2B. Broelektroder viser nøyaktig det samme signalet. Når klargjøring og montering utføres nøye, kan man forvente data av høy kvalitet, som vist i figur 2C.
Figur 3 illustrerer prosedyren og data fra et eksemplarisk hendelsesrelatert potensial (ERP) paradigme (oddball oppgave) med en deltaker. Figur 3A illustrerer paradigmet. Spesielt spilte eksperimentøren en forhåndsdefinert sekvens av to forskjellige notater på pianoet (midtre C og midtre G). Midt C ble spilt ofte (328 ganger), og midtre G ble spilt sjelden (78 ganger); Deltakeren måtte telle de sjeldne notatene. AFEx-appen med åpen kildekode registrerte toneutbrudd, lydstyrke (RMS) og spektralinnhold (PSD) for alle tonene. Record-A-appen registrerte samtidig de akustiske funksjonene og EEG4. I analysene ble sjeldne og hyppige toner differensiert basert på effektspektral tetthet (PSD; se Hölle et al.19 for detaljer). EEG-dataene ble høypassfiltrert ved 0,1 Hz og lavpassfiltrert ved 25 Hz. Et romlig filter ble beregnet ved hjelp av generalisert egenvektornedbrytning, som maksimerer signalet av interesse20. I figur 3B, C kan den resulterende ERP med typiske komponenter i auditiv prosessering observeres, for eksempel N1 for begge toner og P3 for den sjeldne tonen som måtte telles. Disse resultatene samsvarer med tidligere oddballstudier både med c-nett 1,3 og med cap-EEG 21,22.
Figur 1: Eksempel på god impedans. Alle verdier er i kiloohm (kΩ). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Illustrasjon av ubehandlede signaler med ulike kvaliteter . (A) Eksempel på 10 s data når ingen elektrodegel brukes i det hele tatt. (B) Eksempel på 10 s data når elektrodene er brolagt. (C) Eksempel på 10 s med gode data samlet inn i laboratoriet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Resultater fra et hendelsesrelatert potensial (ERP) paradigme (oddball oppgave) med en deltaker. (A) Oversikt over paradigmet. Deltakeren lyttet til en sekvens av toner spilt på et piano og måtte telle den sjeldne. Smarttelefonen registrerte samtidig EEG og akustiske funksjoner (B) ERP-er for alle c-gridkanalene. Forkortelser: REF = referanseelektrode; DRL = jordelektrode. (C) ERP basert på det romlige filteret som vises øverst til venstre. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Discussion
Forutsatt her er en protokoll for øre-EEG-opptak med c-nettene. Ved å følge trinnene i denne protokollen sikrer du opptak av høy kvalitet. I de følgende avsnittene gjøres en sammenligning med cap-EEG, de mest kritiske trinnene i protokollen sammen med noen anbefalinger om beste praksis diskuteres, og noen modifikasjoner diskuteres.
Sammenligning av c-nett med cap-EEG og in-ear EEG
C-rutenettet tillater diskret registrering av hjerneaktivitet i hverdagen og er godt egnet for lengre opptak. Det har flere fordeler sammenlignet med cap-EEG. For det første, på grunn av vekt, komfort og lav synlighet, begrenser det knapt deltakerne i deres daglige aktiviteter1. For det andre kan den brukes i lengre perioder - mer enn 11 timer i en studie 6 - uten at elektrodene faller av 1,3,6, siden de er forseglet av limklistremerkene. På ulempen dekker c-nettet bare en brøkdel av overflaten av cap-EEG og kan derfor ikke erstatte cap-EEG for alle formål. Men i tilfeller der en lett, diskret, rask å sette opp, minimalt begrensende løsning er nødvendig (f.eks. på arbeidsplassen), kan c-nett gi relevant nevral informasjon.
Sammenligningen av resultater på tvers av deltakerne er potensielt vanskeligere for c-nett sammenlignet med cap-EEG. For cap-EEG brukes ofte det internasjonale 10-20-systemet for å lette sammenligningen av resultater på tvers av studier og på tvers av deltakere med forskjellige hodestørrelser. I dette systemet er elektrodene plassert i forhold til spesifikke anatomiske landemerker (dvs. nasion og inion for foran til bak og ørene for venstre til høyre). I praksis brukes forskjellige hettestørrelser for å ta hensyn til forskjellige hodestørrelser og dermed tilnærme den optimale elektrodeposisjoneringen. C-nettet kan ikke enkelt integreres i dette systemet av to grunner. For det første er disse for tiden tilgjengelige i en størrelse og dekker dermed mer eller mindre plass avhengig av hodestørrelsen. For det andre påvirker formen på øret plasseringen av rutenettene. Generelt vil de to øverste elektrodene være rett over øret, men avhengig av øreformen, kan de vippes mer foran eller bak. Vi kjenner ikke til noen studie som har undersøkt om disse skiftene i elektrodeposisjoner er store nok til å være relevante.
En annen tilnærming til måling av øre-EEG er å plassere elektrodene inne i øret, for eksempel i den ytre øregangen eller concha23,24,25. En slik tilnærming gir enda lavere synlighet enn c-rutenettet, men fører til opptak av signaler med lavere amplituder på grunn av de små avstandene mellom elektrodene26.
De mest kritiske trinnene
EEG generelt, og spesielt mobilt øre-sentrert EEG, er fortsatt en utfordrende teknologi. Derfor er nøye forberedelse av deltaker og plassering av rutenettene avgjørende for å sikre god datakvalitet over tid. Forberedelsen starter med håret og huden til deltakerne. Håret og huden rundt øret skal vaskes og tørkes. I tillegg til det må eksperimentøren rengjøre området rundt øret forsiktig med slipende gel og alkohol og sørge for at rutenettene er godt festet med limklistremerkene. Disse trinnene er viktige og bør utføres nøye for å sikre god elektrodehudsadhesjon og lav impedans i lengre perioder. Spesielt hudrengjøringen kan utgjøre forskjellen mellom en vellykket og en mislykket innspilling.
Selv med riktig pleie kan imidlertid impedansen for individuelle elektroder fortsatt være dårlig rett etter plasseringen av elektrodene. Generelt stabiliseres elektrode-hudgrensesnittet over tid, og vi ser ofte at impedansen avtar innen 5 minutter til 15 minutter. Hvis signalkvaliteten forblir dårlig, anbefales det å fjerne rutenettene helt, tørke av eventuell gjenværende gel rundt deltakerens øre og passe til en ny. Det er raskere å montere en ny i motsetning til rengjøring og klargjøring av det tidligere fjernede rutenettet. Det anbefales ikke å legge elektrodegel til individuelle elektroder når rutenettet er montert, da dette kan kompromittere vedheftsstyrken til klistremerkene og kan til og med føre til brobygging av naboelektrodene.
Etter at rutenettet er plassert og når impedansen til elektrodene er lav, kan dataregistrering begynne. For lengre opptak (>1 time) bør det gjennomføres en kort datakvalitetskontroll i begynnelsen. For eksempel er en 3 min auditiv oddballoppgave eksemplifisert i denne studien, som kan utføres og analyseres raskt for å sikre en god signalkvalitet.
I noen tilfeller kan det hende at opptak med c-rutenettet ikke er mulig i det hele tatt, for eksempel når rutenettet er for lite for øret (selv etter klipping) eller når hårfestet er for nær øret, noe som betyr at rutenettet ikke fester seg til huden. Hvis rutenettet "svever" over noe hår, kan forskerne ikke forvente data av høy kvalitet.
Feilsøking
Dårlig impedans og/eller signal
For å unngå disse problemene, er det viktig at huden rengjøres nøye før montering. I tillegg bør man sørge for å teste funksjonaliteten til hver elektrode før monteringen. For eksempel bør man sjekke at nettet er riktig koblet til kontakten og at hver elektrode har fast kontakt med huden og deretter vente i noen minutter til impedansen og signalet forbedres. For ytterligere å kontrollere funksjonaliteten etter montering, bør de enkelte elektrodene trykkes, og det resulterende signalet skal kontrolleres. Hvis det tilsvarende signalet til hver elektrode viser et svar, er elektroden i prinsippet funksjonell. Hvis alle trinnene ovenfor ikke hjelper, bør man fjerne rutenettet, tørke av restgelen rundt deltakerens øre og passe til en ny.
Situasjoner uten signal
For det første bør man sørge for at nettet er riktig koblet til forsterkeren, samt sørge for at nettkontakten ikke er opp ned. Det vil bare være et signal hvis jord- og referanseelektrodene er koblet til; Om bakken og referansen vil være til venstre, høyre eller på begge sider, avhenger av kontakten.
Signalet blir verre under innspillingen
Det kan være flere grunner til dette problemet som må tas opp. For det første kan noen av elektrodene ha løsnet fra huden. Dette kan skje når limet kompromitteres av restene av elektrodegelen, av hår under elektrodene, eller på grunn av forstyrrelser fra deltakeren (f.eks. riper rundt øret eller justering av briller). For det andre kan det være problemer med forbindelsen mellom rutenettet og forsterkeren (dvs. rutenettet kan ha blitt trukket ut av forsterkeren, eller posisjonen kan ha skiftet). Endelig kan nettet ha fått skader under bruk. Dette kan skje hvis halen på c-rutenettet bøyes for sterkt.
Kanaler som viser identiske signaler
I dette tilfellet er elektrodene bro. Man bør fjerne gitteret, tørke av restgelen rundt deltakerens øre og montere en ny. Man bør også sørge for å bare bruke linsestore dråper elektrodegel på hver elektrode for å unngå å bygge bro.
Deltakere som rapporterer at plasseringen er ubehagelig
Den vanligste årsaken til redusert komfort er at rutenettet er plassert for nær baksiden av øret. Man bør sørge for å la det være 1 mm til 2 mm mellom c-rutenettet og baksiden av øret. Et lite stykke tape festet bak øret bidrar til å øke komforten.
Modifikasjoner av metoden
C-rutenettet kommer i en størrelse. Det gir imidlertid en viss fleksibilitet med hensyn til størrelsen. Ved å kutte plasten på innsiden, kan størrelsen reduseres for å passe til større ører. Man bør være spesielt oppmerksom for ikke å kutte inn i elektrodene eller de ledende banene.
Avhengig av forsterkeren som brukes og opptaksscenariet, er det forskjellige måter å plassere forsterkeren på kroppen. Den faste lengden på halen på rutenettet og det faktum at den peker horisontalt bort fra øret begrenser de mulige stedene for å plassere forsterkerkontakten. Ulike produsenter tilbyr adapterkabler som kobler nettet til en bestemt forsterker (enten mobil eller labbasert). Det er foreslått ulike løsninger for plassering av forsterkeren; Noen forskere bruker et pannebånd3, mens andre integrerer det i en basecap27. For kortere eksperimenter er et pannebånd egnet. For lengre eksperimenter kan forsterkeren teipes til klærne6 eller kropp2, lagres i skreddersydde stropper, teipes til hodetelefoner som bæres rundt halsen1, eller teipes til en nakkebeskytter som vanligvis brukes til terrengsykling. Vi har utviklet en prototype som kombinerer en nakkehøyttaler (for å presentere auditiv stimuli) med en mobil EEG-forsterker og kontakter til c-nettet (byggeinstruksjoner finner du her: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). Vi har brukt denne tilnærmingen med hell i en nylig studie (under forberedelse) der vi registrerte øre-EEG i 4 timer mens deltakerne jobbet på et kontor.
Fremtidige applikasjoner
C-nettet er et lovende verktøy for langtidsopptak i hverdagen. For eksempel kan man bruke den til å undersøke lydbehandling i hverdagen1. Med langtidsregistreringer kan også døgnvariasjoner i kognisjon og auditiv funksjon undersøkes28,29. For diagnostiske formål kan rutenettet brukes til langsiktig overvåking av epileptiske anfall2, søvn staging6, eller for måling av oppmerksomhet for høreapparater 7,11.
Konklusjon
Denne protokollen utstyrer forskere omfattende for å eksperimentere med disse c-nettene i og utenfor laboratoriet. Hvis forskere følger denne protokollen og nøye utfører trinnene, inkludert de viktigste, for eksempel hudrengjøring og montering av c-nettet, kan de forvente data av høy kvalitet for deres øre-EEG-eksperimenter.
Disclosures
Forfatterne oppgir ingen interessekonflikter.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble finansiert av Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) under Emmy-Noether-programmet, BL 1591/1-1 - Project ID 411333557. Vi takker Suong Nguyen, Manuela Jäger og Maria Stollmann for deres hjelp med å filme videoen. Vi takker Joanna Scanlon for videoen voiceover.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Abrasive gel: Abralyt HiCl | easycap GmbH, Germany | ||
| AFEx app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://zenodo.org/record/5814670#.Y0AavXZByUk | |
| Alcohol | Carl Roth GmbH + Co. KG, Germany | 70% isopropanol, 30% destilled water | |
| c-grid: cEEGrid | TSMI, Oldenzaal, The Netherlands | ||
| cEEGrid connector | University of Oldenburg, Germany | costum build | |
| EEG acquisition app: Smarting | mBrainTrain, Serbia | ||
| Matlab | The MathWorks, Inc., USA | used for data analyses and creating the figures | |
| Medical tape: Leukosilk | BSN medical GmbH, Germany | ||
| mobile EEG amplifier: Smarting MOBI | mBrainTrain, Serbia | ||
| Multimeter | PeakTech Prüf- und Messtechnik GmbH, Germany | optional device to check functionality of electrodes | |
| nEEGlace | University of Oldenburg, Germany | costumized neckspeaker with integrated EEG amplifier (Smarting, mBrainTrain, Serbia) and cEEGrid connectors | |
| Paper wipes | - | ||
| Record-a app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://github.com/NeuropsyOL/Pocketable-Labs | |
| Smartphone: Google Pixel 3a | Google LLC, USA | ||
| Yahama Digital Piano P-35 | Hamamatsu, Japan | for our exemplary data recording |
References
- Hölle, D., Meekes, J., Bleichner, M. G. Mobile ear-EEG to study auditory attention in everyday life. Behavior Research Methods. 53 (5), 2025-2036 (2021).
- Bleichner, M. G., Debener, S. Concealed, unobtrusive ear-centered EEG acquisition: cEEGrids for transparent EEG. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 163 (2017).
- Debener, S., Emkes, R., De Vos, M., Bleichner, M. Unobtrusive ambulatory EEG using a smartphone and flexible printed electrodes around the ear. Scientific Reports. 5, 16743 (2015).
- Blum, S., Hölle, D., Bleichner, M. G., Debener, S. Pocketable labs for everyone: Synchronized multi-sensor data streaming and recording on smartphones with the lab streaming layer. Sensors. 21 (23), 8135 (2021).
- Bleichner, M. G., Emkes, R. Building an ear-EEG system by hacking a commercial neck speaker and a commercial EEG amplifier to record brain activity beyond the lab. Journal of Open Hardware. 4 (1), 5 (2020).
- Sterr, A., et al. Sleep EEG derived from behind-the-ear electrodes (cEEGrid) compared to standard polysomnography: A proof of concept study. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 452 (2018).
- Mirkovic, B., Bleichner, M. G., De Vos, M., Debener, S. Target speaker detection with concealed EEG around the ear. Frontiers in Neuroscience. 10, 349 (2016).
- Bleichner, M. G., Mirkovic, B., Debener, S. Identifying auditory attention with ear-EEG: cEEGrid versus high-density cap-EEG comparison. Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066004 (2016).
- Nogueira, W., et al. Decoding selective attention in normal hearing listeners and bilateral cochlear implant users with concealed ear EEG. Frontiers in Neuroscience. 13, 720 (2019).
- Denk, F., et al. Event-related potentials measured from in and around the ear electrodes integrated in a live hearing device for monitoring sound perception. Trends in Hearing. 22, 2331216518788219 (2018).
- Holtze, B., Rosenkranz, M., Jaeger, M., Debener, S., Mirkovic, B. Ear-EEG measures of auditory attention to continuous speech. Frontiers in Neuroscience. 16, 869426 (2022).
- Segaert, K., et al. Detecting impaired language processing in patients with mild cognitive impairment using around-the-ear cEEgrid electrodes. Psychophysiology. 59 (5), e13964 (2021).
- Garrett, M., Debener, S., Verhulst, S. Acquisition of subcortical auditory potentials with around-the-ear cEEGrid technology in normal and hearing impaired listeners. Frontiers in Neuroscience. 13, 730 (2019).
- Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. Open-source concealed EEG data collection for Brain-computer-interfaces - neural observation through OpenBCI amplifiers with around-the-ear cEEGrid electrodes. Brain-Computer Interfaces. 8 (4), 161-179 (2021).
- Pacharra, M., Debener, S., Wascher, E. Concealed around-the-ear EEG captures cognitive processing in a visual simon task. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 290 (2017).
- Wascher, E., et al. Evaluating mental load during realistic driving simulations by means of round the ear electrodes. Frontiers in Neuroscience. 13, 940 (2019).
- Getzmann, S., Reiser, J. E., Karthaus, M., Rudinger, G., Wascher, E. Measuring correlates of mental workload during simulated driving using cEEGrid electrodes: A test-retest reliability analysis. Frontiers in Neuroergonomics. 2, 729197 (2021).
- Somon, B., Giebeler, Y., Darmet, L., Dehais, F. Benchmarking cEEGrid and solid gel-based electrodes to classify inattentional deafness in a flight simulator. Frontiers in Neuroergonomics. 2, 802486 (2022).
- Hölle, D., Blum, S., Kissner, S., Debener, S., Bleichner, M. G. Real-time audio processing of real-life soundscapes for EEG analysis: ERPs based on natural sound onsets. Frontiers in Neuroergonomics. 3, 793061 (2022).
- Cohen, M. X. A tutorial on generalized eigendecomposition for denoising, contrast enhancement, and dimension reduction in multichannel electrophysiology. NeuroImage. 247, 118809 (2022).
- Meiser, A., Bleichner, M. G. Ear-EEG compares well to cap-EEG in recording auditory ERPs: A quantification of signal loss. Journal of Neural Engineering. 19 (2), (2022).
- Polich, J. Updating P300: An integrative theory of P3a and P3b. Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2128-2148 (2007).
- Kidmose, P., Looney, D., Mandic, D. P. Auditory evoked responses from ear-EEG recordings. Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS. , 586-589 (2012).
- Looney, D., Goverdovsky, V., Rosenzweig, I., Morrell, M. J., Mandic, D. P. Wearable in-ear encephalography sensor for monitoring sleep preliminary observations from nap studies. Annals of the American Thoracic Society. 13 (12), 2229-2233 (2016).
- Kappel, S. L., Makeig, S., Kidmose, P. Ear-EEG forward models: Improved head-models for ear-EEG. Frontiers in Neuroscience. 13, 943 (2019).
- Meiser, A., Tadel, F., Debener, S., Bleichner, M. G. The sensitivity of ear-EEG: Evaluating the source-sensor relationship using forward modeling. Brain Topography. 33 (6), 665-676 (2020).
- Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. Open-source concealed EEG data collection for brain-computer-interfaces. arXiv. , (2021).
- Aseem, A., Hussain, M. E. Circadian variation in cognition: a comparative study between sleep-disturbed and healthy participants. Biological Rhythm Research. 52 (4), 636-644 (2019).
- Basinou, V., Park, J. -S., Cederroth, C. R., Canlon, B.
