مقالة منهجية

دمج مراحل دورة القلب في تحليل الإمكانات المرتبطة بالأحداث: بروتوكول لبيئات الواقع ثنائي الأبعاد والواقع الافتراضي

69 مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/69752

⸱

مايو 5, 2026

 ,  ,  ,  , 
1Research Center for Genetics and Life Sciences, Sirius University of Science and Technology, 2Samara State Medical University, 3National Research University Higher School of Economics

في هذه المقالة

ملخص

يصف هذا البروتوكول نهجا لدراسة التضمين المعتمد على طور القلب للإمكانات البصرية المرتبطة بالأحداث، باستخدام تسجيلات تخطيط كهربائية الدماغ وتخطيط القلب المتزامن. يوضح البروتوكول تزامن المنبهات، وتقسيم المرحلة القلبية، وتحليل الإمكانات المرتبطة بالحدث أثناء الانقباض والانبساط، وهو قابل للتطبيق في بيئات الواقع الافتراضي التقليدية ثنائية الأبعاد والغامرة.

الملخص

نبض القلب هو إيقاع فسيولوجي أساسي لا يدعم الحياة فحسب، بل ينظم أيضا العمليات الإدراكية والعصبية، مما يؤثر على قابلية تكرار الإمكانيات المرتبطة بالأحداث (ERPs). بينما يقدم الواقع الافتراضي (VR) بيئات غامرة للغاية مقارنة بالشاشات ثنائية الأبعاد التقليدية (2D)، فإنه يقدم أيضا تحديات فريدة في التسجيل الكهربائي، بما في ذلك تشوهات الحركة، وكمون العرض، وتعديل القلب الأقوى المحتمل. يمكن أن تقلل هذه العوامل من كفاءة المعالجة المسبقة لتخطيط كهربائي الدماغ (EEG) القياسي (EEG)، مما يؤدي إلى فقدان كبير للبيانات. تقدم هذه الدراسة بروتوكولا مفصلا يجمع بين تخطيط الدماغ الكهربائي وتخطيط القلب (ECG) في نفس الوقت لدراسة التفاعلات بين القلب والدماغ في كل من الواقع الافتراضي والظروف ثنائية الأبعاد. يتضمن هذا النهج محاذاة دقيقة للمحفزات مع إشارات القلب، وتصحيح التأخير الناتج عن الواقع الافتراضي، وإدارة ممتدة للعوائق. كشف تقسيم فترات تخطيط الدماغ الكهربائي بناء على ما إذا كانت المحفزات حدثت أثناء الانقباض القلبي أو الانبساط عن كبت قوي لسعة ERP البصرية أثناء الانقباض. والأهم من ذلك، أن هذا التأثير القمعي كان متطابقا تقريبا في كل من الواقع الافتراضي والبيئات ثنائية الأبعاد، مما أظهر فعالية البروتوكول وأكد أن هذا التفاعل الأساسي بين القلب والدماغ مقاوم لتغيرات مستوى الانغماس. لذا، يقدم هذا البروتوكول إطارا موحدا للتحقيق في تأثير القلب على الإدراك، وقابل للتكيف مع طرق العرض البصري المتنوعة.

المقدمة

يتم التعرف بشكل متزايد على النشاط الإيقاعي للقلب ليس فقط كعملية تجانبية حيوية، بل كعامل أساسي لوظيفة الدماغ والإدراك1. تظهر مجموعة متزايدة من الأدلة أن الإشارات القلبية تؤثر باستمرار على طيف واسع من العمليات العصبية الإدراكية، بما في ذلك الإدراك، والانتباه، وتنظيم المشاعر، والوعي 2,3. يتم التوسط في هذا المحور بين القلب والدماغ إشارات إدراكية داخلية من مستقبلات الضغط القلبية والمستشعرات الميكانيكية، التي تسقط عبر جذع الدماغ إلى المناطق القشرية حيث تتكامل مع المعلومات الحسية الخارجية 4,5. وبالتالي، لا يعالج الدماغ المنبهات الخارجية بشكل سلبي، بل يفعل ذلك ضمن سياق الحالة الداخلية للجسم، وهو مؤشر رئيسي على ذلك هو مرحلة الدورة القلبية.

التحدي المنهجي المركزي هو كشف كيف يؤثر النشاط العصبي القلبي على معالجة المنبهات الخارجية، كما يقاس بواسطة التفاعلات البصرية المبكرة. أبرز مظاهر كهربائية فيزيولوجية لهذا التفاعل هو الجهد المستحث من نبض القلب (HEP)، وهو نمط محدد من نشاط تخطيط الدماغ الكهربائي الكهربائي مرتبط بالوقت مع انقباض القلب6. يعتبر التهاب القلب السريع علامة عصبية للانتباه الحسي الداخلي، حيث يعكس الترميز التنبؤي للدماغ لنبض القلب الوشيك وتبعاته على المعالجة الحسية7،8. وفقا للنماذج المعاصرة، يستخدم الدماغ هذه الإشارات القلبية لإنشاء تمثيل موحد للحالة الداخلية للجسم ضمن سياقه الخارجي 9,10. تشير الأدلة التجريبية إلى أن معالجة المحفزات الخارجية، بما في ذلك بروزها الإدراكي وارتباطاتها العصبية الأساسية، تختلف بشكل كبير اعتمادا على ما إذا كانت تظهر أثناء الانقباض القلبي أو الانبساط11، 12، 13. المحفزات المقدمة أثناء مرحلة الانقباض (مرحلة الانقباض) ترتبط باستمرار بقبع المعالجة العصبية، ويتضح من انخفاض سعات ERP وتغير الاستجابات السلوكية، مقارنة بتلك التي تظهر أثناء الانبساط (مرحلة الاسترخاء) 14,15,16. يفسر هذا التأثير بفرضية "التداخل الحسي الجسدي"، التي تفترض أن الدماغ يكبح معالجة الإشارات الحسية الخارجية لإعطاء الأولوية مؤقتا للإشارات الحسية القلبية أثناء الانقباض15,17.

على الرغم من الاهتمام المتزايد بمحور القلب والدماغ، تركز بروتوكولات تحليل ERP القياسية حصريا على المنبهات الخارجية، حيث تقسم الفترات بالنسبة لبداية المنبهات وبالتالي متجاهلة التباين العميق بين التجارب الذي تسببه الدورة القلبية المستمرة. لالتقاط تعديل دورة القلب لبرامج ERP البصرية بدقة، هناك حاجة إلى نهج مختلف جذريا. وهذا يتطلب محاذاة دقيقة لعرض المنبهات مع مراحل قلبية محددة، تم التحقق من ذلك بواسطة تخطيط القلب المتزامن18. الأدبيات الحالية تفتقر إلى بروتوكولات موحدة ومفصلة وسهلة التكرار تصف بشكل شامل جميع مراحل المعالجة، من جمع البيانات الخام إلى التحليل الإحصائي، مع احتساب مراحل القلب.

ينشأ تحد منهجي إضافي مع التبني السريع لتقنيات غامرة مثل الواقع الافتراضي في علوم الأعصاب. توفر بيئات الواقع الافتراضي سياقات غامرة وجذابة للغاية، مما يتيح إنشاء بيئات تجريبية محكمة وواقعية19,20. ومع ذلك، فإن الحصول المتزامن على بيانات تخطيط الدماغ الكهربائية وتخطيط القلب عالية الجودة داخل بيئة الواقع الافتراضي مرتبط بعدة صعوبات تقنية. تشمل هذه التشويشات المحتملة للحركة، والتداخل الكهرومغناطيسي من سماعة الرأس، والحاجة الملحة لمزامنة زمنية دقيقة بين عرض المنبهات (غالبا مع زمن تأخير متأصل)، وجمع البيانات، وأنظمة تتبع الحركة21. ساهمت هذه التحديات التقنية في ندرة بروتوكولات التحليل المتينة المصممة خصيصا للمقارنة المباشرة بين التعديل العصبي المعتمد على القلب بين نماذج الواقع الافتراضي الكلاسيكي ثنائي الأبعاد والغامر. هذا النقص في إطار موحد يعيق في النهاية البحث حول كيفية تعديل الانغماس والحضور لآليات التفاعل الأساسية بين الدماغ والجسم.

لمعالجة هذه التحديات، يقدم هذا العمل بروتوكولا منهجية شاملة خطوة بخطوة للتحقيق في تعديل دورة القلب لتخطيط الدماغ البصري من خلال دمج تسجيلات تخطيط الدماغ وتخطيط القلب المتزامنة. الركيزة الأساسية لهذا النهج هي تقسيم البيانات العصبية بالنسبة لقمة R القلبية، مما يسمح بتصنيف المنبهات بناء على حدوثها أثناء الانقباض أو الانبساط. والأهم من ذلك، يستخدم تحليل قائم على البيانات لكامل فترة ما بعد التحفيز لتحديد النوافذ الزمنية المحددة التي يكون فيها للطور القلبي تأثير تعديلي كبير على الاستجابة العصبية. المساهمات الأساسية لهذا العمل ثلاثية: (1) يتم توفير بروتوكول كامل مرئي مصمم للتكرار المباشر، (2) يتم تعديل البروتوكول والتحقق منه لمقارنة البيانات التي يتم الحصول عليها باستخدام شاشة ثنائية الأبعاد قياسية ونظارة واقع افتراضي غامرة، و(3) يتم إثبات فائدة البروتوكول من خلال كشف كيف أن محفزات الوجه للتكافؤ العاطفي تنظم تأثيرات القلب بشكل مختلف على المعالجة العصبية اعتمادا على مدى انغماسية البيئة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات الحيوية في جامعة سامارا الطبية الحكومية (رمز البروتوكول 195، بتاريخ 10 أكتوبر 2018). قدم جميع المشاركين موافقة طوعية مستنيرة قبل الدراسة. تكونت العينة النهائية من 27 متطوعا ذكرا أصحاء تتراوح أعمارهم بين 19 و21 عاما. خلال جلسات الاختبار، أكمل كل مشارك سلسلة من التقييمات الموحدة التي أجريت بشكل فردي. المواد المستخدمة والمواد المستخدمة مدرجة في جدول المواد.

1. المواد والمعدات

ملاحظة: استخدم أجهزة وبرمجيات متكافئة وظيفيا عند الاقتضاء. راجع الشكل 1 لنظرة عامة على إعداد التجربة، بما في ذلك تخطيط النظام والتوصيلات. جهز المعدات والبرمجيات التالية قبل التجربة. المتطلبات العامة موضحة أدناه، ويتم سرد التكوينات المحددة في جدول المواد.

  1. نظام اكتساب EEG/ECG
    1. استخدم نظام مضخم يمكن من تسجيل تخطيط الدماغ وتخطيط القلب بشكل متزامن.
    2. استخدم أقطاب تخطيط الدماغ الكهربائية التي يمكن إعادة تعيينها من فروة الرأس لتسجيل تخطيط القلب.
  2. خيارات إدخال تخطيط القلب (نظام تخطيط الدماغ يدعم قنوات ثنائية القطب)
    1. استخدم قنوات إدخال ثنائية القطب مخصصة لتسجيل تخطيط القلب (ECG)، عند توفرها.
    2. أعد تعيين قطبين تخطيط كهربائيين غير حرجين لتشكيل زوج تخطيط القلب ثنائي القطب إذا لم تتوفر قنوات ثنائية القطب المخصصة.
  3. خيارات إدخال تخطيط القلب (نظام تخطيط الدماغ يدعم القنوات الأحادية القطبية فقط)
    1. استخدم محول تفاضلي لتوجيه إشارات تخطيط القلب إلى مدخل مساعد (AUX) أو تفاضلي.
    2. استخدم أقطاب كهربائية سلبية وأقطاب لاصقة قابلة للتخلص متوافقة مع تكوين الإدخال المختار.
  4. عرض المحفز
    1. استخدم حاسوبا بشاشة عالية التحديث (≥120 هرتز) للعرض ثنائي الأبعاد.
    2. استخدم شاشة مثبتة على الرأس مع شاشة ثانوية لعكس الإشارات لعرض الواقع الافتراضي.
  5. المزامنة وأجهزة الاستشعار
    1. استخدم فوتوديود أو مستشعر ضوئي مع ملحقات تثبيت وقم بتوصيله بنظام اكتساب EEG.
  6. البرمجيات
    1. استخدم بيئة تشغيل VR وبرامج تحكم في المحفزات قادرة على توقيت دقيق، وتسلسل محدد، وإخراج المحفزات بدقة.
    2. استخدم برنامج تحليل تخطيط الدماغ وتخطيط القلب الذي يدعم التعامل مع الأحداث، والمعالجة المسبقة، وتحليل ERP؛ استخدم سكريبتات مخصصة اختيارية إذا لزم الأمر.
  7. بيئة المختبر والملحقات
    1. استخدم غرفة محمية ومعزولة بشكل صحيح لتسجيل تخطيط الدماغ الكهربائي.
    2. وفر كرسيا مريحا، وحلول إدارة الكابلات، ومستلزمات تحضير الجلد، وجل موصل، ومواد نظافة لشاشات العرض المثبتة على الرأس.

2. إعداد النظام واكتشاف التأخير

  1. قم بتثبيت وتكوين برنامج عرض التحفيز.
    1. حالة الواقع الافتراضي
      1. قم بتثبيت وقت تشغيل الواقع الافتراضي الخاص بالبائع المطلوب للشاشة المثبتة على الرأس.
      2. نشر تطبيق التحفيز التجريبي على سماعة الواقع الافتراضي وفقا لتوثيق وقت التشغيل.
      3. قم بإعداد نظام الواقع الافتراضي الأولي عن طريق معايرة نظام التتبع (إذا كان ذلك ضروريا) وتحديد حدود مناطق اللعب وفقا لتعليمات الشركة المصنعة لضمان تتبع مستقر وتقليل التشوهات المرتبطة بالحركة.
    2. الحالة ثنائية الأبعاد
      1. تحسين محطة العمل التي تقدم التحفيز من خلال تعطيل التطبيقات والعمليات الخلفية غير الضرورية لتقليل الانقطاعات وتأخيرات التوقيت أثناء جمع البيانات.
  2. أنشئ مونتاج التسجيل في برنامج اقتناء تخطيط الدماغ (EEG).
    1. أنشئ مساحة عمل جديدة أو تكوين تسجيل وسم ذلك وفقا لمعرف الدراسة.
    2. تعيين قنوات EEG وحجز قنوات إدخال AUX وفقا لتوثيق أجهزة المضخم.
    3. أضف قناتين إضافيتين لإشارات الفوتوديود وتخطيط القلب الكهربائي. قم بتكوين أسماء القنوات وأنواعها والوحدات حسب الحاجة، وتضمين هذه القنوات في نفس ملف التسجيل مع تخطيط الدماغ (EEG). ضع علامة مستمرة على قناة تخطيط القلب (مثلا "تخطيط القلب").
  3. قياس زمن استجابة عرض المنبه باستخدام صمام ضوئي.
    1. قم بتوصيل الفوتوديود بمدخل AUX متاح لمضخم EEG.
    2. شرط الواقع الافتراضي: تركيب الفوتوديود على عدسة سماعة الرأس في موقع يتوافق مع رقعة إضاءة مقفلة بمحفز. قدم ما لا يقل عن 100 حدث منبه وسجل إشارة الفوتوديود لقياس زمن الاستجابة للعرض والاهتزاز من التجربة إلى التجربة بالنسبة للمحفز المقصود. بعد إكمال قياسات الواقع الافتراضي، نقل الفوتوديود إلى الشاشة ثنائية الأبعاد.
    3. شرط ثنائي الأبعاد: وضع الفوتوديود فوق منطقة بكسل مخصصة مقفلة بالمنبه على الشاشة. قدم ما لا يقل عن 100 حدث منبه وسجل إشارة الفوتوديود لقياس زمن الاستجابة والاهتزاز في العرض بالنسبة للمحفز المقصود.
    4. اختياري: إذا كان هناك فوتوديودان متوفران، قم بتوصيل كل حساس بقناة AUX منفصلة وعرض فلاشات متزامنة لقياس زمن الاستجابة ثنائية الأبعاد والواقع الافتراضي في نفس الوقت.
    5. قم بإزالة الفوتوديود من الشاشة ثنائية الأبعاد بعد إكمال قياسات التأخير لتجنب إعاقة رؤية المشارك.
    6. احسب متوسط زمن استجابة العرض والانحراف المعياري (التذبذب) لكل بيئة عرض.
    7. قم بتوثيق زمن الاستجابة وقيم التذبذب بشكل منفصل لظروف ثنائية الأبعاد والواقع الافتراضي.
    8. تحقق من أن اهتزاز التأخير لا يزال ثابتا طوال الجلسة. إذا تم تعديل إعدادات الأجهزة أو البرمجيات، كرر قياسات التأخير.
  4. قم بتكوين قناة تسجيل تخطيط القلب (ECG).
    1. حدد تكوين إدخال تخطيط القلب بناء على قدرات المضخم المتاحة (القنوات ثنائية القطب مدعومة مقابل القنوات أحادية القطب فقط؛ انظر الخطوات 1.2 و1.3).
    2. إذا كان تسجيل تخطيط القلب ثنائي القطب مدعوما، قم بتفعيل إدخال تخطيط القلب ثنائي القطب المخصص في برنامج التسجيل وحجز تسمية القناة "ECG".
    3. إذا كانت القنوات أحادية القطب متوفرة فقط، قم بتوصيل محول تفاضلي بمدخل AUX أو تفاضلي وربط هذا المدخل كقناة تخطيط القلب في برنامج التسجيل. احجز تسمية القناة "تخطيط قلب القلب".
    4. لا تضع أقطاب تخطيط القلب الكهربائية في هذه المرحلة. قم بإجراء فحوصات وضع الأقطاب الكهربائية والمقاومة أثناء تحضير المشاركين.

3. تحضير المشاركين

  1. وضع غطاء تخطيط الدماغ
    1. تركيب غطاء EEG وفقا للنظام الدولي 10–10 أو 10–20 عن طريق محاذاة قطب Cz وضبط حجم الغطاء مع محيط رأس المشارك22.
    2. يتم تقسيم الشعر عند كل موقع قطب كهربائي باستخدام مسحة قطنية أو كانيولا ذات طرف غير حاد (قطرها تقريبا 2–3 مم). ضع محلول كاشط خفيف أو محلول تحضير الجلد لتقليل المقاومة.
    3. ضع كل قطب كهربائي، وضع جل موصل، وتأكد من التلامس القوي مع فروة الرأس عن طريق تدوير حامل القطب بلطف. تجنب إنشاء جسور هلامية موصلة بين الأقطاب الكهربائية المجاورة.
    4. قس ممانعات الأقطاب الكهربائية وقللها إلى أقل من 8 كيلو أوم (أو المعيار المختبري) عن طريق تكرار فصل الشعر، أو إضافة تحضير جلدي إضافي، أو إضافة جل موصل حسب الحاجة.
    5. قم بتثبيت كابلات تخطيط الدماغ لتقليل الحركة والتأكد من أن المشارك يشعر بالراحة قبل المتابعة.
  2. وضع أقطاب تخطيط القلب
    1. نظف الجلد من الجانب الداخلي (المواجه لراحة اليد) من كلا المعصمين باستخدام مناديل كحولية ودع الجلد يجف تماما.
    2. ضع أقطاب لاصقة قابلة للاستخدام مرة واحدة على المعصمين لتسجيل الرصاص القياسي للطرف I، مع وضع القطب السالب على المعصم الأيمن والقطب الموجب على المعصم الأيسر. تأكد من تلامس الأقطاب بشكل جيد وتجنب وضعها فوق البروز العظمي.
    3. تأمين كابلات تخطيط القلب باستخدام شريط طبي، مع ترك حلقات صغيرة مرتخية لتقليل التشوهات المرتبطة بالحركة.
    4. تحقق من إشارة تخطيط القلب أثناء الراحة. تأكد من أن القمم R مرئية بوضوح ومنتصبة. إذا بدت قمم R مقلوبة، قم بتبديل قطبية الأقطاب. تأكد من أن إشارة تخطيط القلب تظل مستقرة مع مرور الوقت.
    5. إذا كنت تستخدم مضخما واحدا لتسجيل تخطيط الدماغ وتخطيط القلب، قم بتوصيل أقطاب EEG وECG الأرضية حسب متطلبات النظام. عندما تتوفر عدة جهات اتصال أرضية، ضع أقطاب أرضية منفصلة لتخطيط الدماغ الكهربائي وتخطيط القلب لتحسين استقرار الإشارة، مع ضمان توصيل جميع أقطاب الأرض داخليا داخل المضخم.

4. تركيب سماعة الواقع الافتراضي (حالة الواقع الافتراضي فقط)

  1. لا تزيل غطاء تخطيط الدماغ أو تفصل أي أقطاب EEG أو ECG قبل تركيب سماعة الرأس.
  2. قم بفك الحزام العلوي وآلية الشد الخلفية لسماعة الواقع الافتراضي لتناسب وضعها فوق غطاء تخطيط الدماغ الكهربائي.
  3. أمر المشارك بوضع الجزء الأمامي من سماعة الواقع الافتراضي على وجهه. اخفض الجزء الخلفي فوق غطاء تخطيط الدماغ وشد الأحزمة تدريجيا حتى يتم تثبيت السماعة بإحكام.
    1. تأكد من أن السماعة لا تمارس ضغطا زائدا على أقطاب تخطيط الدماغ الكهربائية. قم بضبط التركيب لمنع انزلاق السماعة مع الحفاظ على راحة المشاركين أثناء الاستخدام المطول. افحص إشارة EEG بحثا عن ضوضاء الخط أو التشوهات الناتجة عن الضغط وأعد ضبط السماعة إذا لزم الأمر23.
  4. قم بعكس مخرجات عرض الواقع الافتراضي إلى شاشة ثانوية للسماح بالإشراف في الوقت الحقيقي على عرض المنبهات وسلوك المشاركين.
  5. أعد فحص مقاومة أقطاب EEG بعد تركيب السماعة. أعد تطبيق الهلام الموصل على أي قناة تتجاوز 8 كيلو أوم (أو المعيار المختبري). كرر فحوصات الممانعة بشكل دوري طوال حالة الواقع الافتراضي.

5. التسجيل

  1. عرض المحفز
    1. قدم المحفزات البصرية بتوقيت دقيق وقابل للتكرار. أرسل وسجل محفزات الأحداث لكل بداية منبهة داخل تسجيل تخطيط الدماغ الكهربائي. استخدم معايير توقيت المحفزات المتطابقة (مثل مدة المنبه، وفترات التحفيز بين المحفزات) عبر بيئات ثنائية الأبعاد والواقع الافتراضي.
  2. مراقبة المشاركين
    1. وجه المشارك لتقليل حركة الرأس والرمش أثناء عرض التحفيز. راقب إشارات تخطيط الدماغ وتخطيط القلب باستمرار أثناء التسجيل. أوقف التجربة مؤقتا إذا لزم الأمر لتصحيح ممانعات الأقطاب أو تعديل الكابلات.
  3. كتل التسجيل
    1. سجل البيانات في كل من بيئات العرض (ثنائية الأبعاد والواقع الافتراضي). وازن ترتيب البيئات بين المشاركين عندما يكون ذلك مناسبا للتحكم في تأثيرات الترتيب.

6. معالجة تخطيط الدماغ المسبق

  1. استيراد البيانات والتحقق من القناة
    1. استيراد بيانات EEG وECG وفوتوديود المستمرة إلى برنامج تحليل تخطيط الدماغ الكهربائي. تحقق من أن جميع تسميات القنوات وأنواعها ووحداتها تم تعيينها بشكل صحيح.
  2. تصفية الإشارات
    1. قم بتطبيق مرشح نتش عند تردد خط الطاقة المحلي (50 هرتز أو 60 هرتز). تضمين الترددات التوافقية إذا كان مطلوبا وفقا لمعيار المختبر.
    2. تطبيق مرشح تمرير النطاق على بيانات تخطيط الدماغ وفقا لمعيار المختبر (مثلا، 0.1–40 هرتز).
  3. تصحيح وإعادة تسمية علامات الأحداث
    1. صحيح علامات الأحداث المنبهة عن طريق طرح زمن استجابة العرض الخاص بالبيئة المقاس في الخطوة 2.3. توليد مؤشرات تحفيز مصححة للزمن للتحليلات اللاحقة.
    2. أعد تسمية علامات التحفيز حسب بيئة العرض (مثل تسميات الأحداث التي تحمل "2D_" أو "VR_").
  4. اكتشاف وتصحيح القطع الأثرية
    1. افحص البيانات المستمرة بصريا بحثا عن القطع الأثرية. حدد وحدد المقاطع التي تحتوي على ضوضاء مفرطة أو تشوهات حركية. قم باستيفاء القنوات التالفة عند الحاجة، باتباع الإجراءات المخبرية القياسية.
    2. إجراء تحليل المكونات المستقلة (ICA)24 لتحديد التشوهات العينية والعضلية. افحص مسارات الزمن، وتضاريس فروة الرأس، والخصائص الطيفية. قم بإزالة المكونات المتعلقة بالقطع الأثرية بناء على معايير موضوعية أو حكم خبير. عند الاقتضاء، قم بتوسيع الأساليب القائمة على ICA أو الانحدار لتشمل نماذج التشويهات المرتبطة بالقلب.
    3. يحسب ERPs وهي مقفلة زمنيا على ذروة R باستخدام نفس معلمات المعالجة المسبقة كما في ERPs المحجوزة بالمحفز. افحص الموجات الناتجة وتضاريس فروة الرأس لتقييم احتمال تلوث الحقول القلبية (CFA)25. حدد المجمعات البارزة الشبيهة ب QRS أو انحرافات أخرى مرتبطة بتخطيط القلب في إشارات تخطيط الدماغ (الشكل 2)، والتي تشير إلى حجم النشاط القلبي المتبقي المنقول إلى فروة الرأس.
      1. إذا لوحظ نشاط كبير مرتبط بالقلب، فطبق إجراءات تصحيح إضافية، مثل الانحدار الخطي العام القائم على النموذج باستخدام تخطيط القلب كمتنبئ مستمر26، أو طرق معتمدة على ICA موسعة، أو نهج قائم على تعلم الآلة27.
    4. ضع في الاعتبار التداخل بين ERPs المعتمدة على المحفزات وHEP. استخدم طرقا تنمذج بشكل صريح للاستجابات العصبية المتداخلة، مثل طرق الانحدار أو فك الالتفاف26. عند الاقتضاء، تطبيق إجراءات أو تحليلات تحكم قائمة على الأم البديلة لتقييم متانة التأثيرات العصبية المرتبطة بالقلب.28,29.

7. تقسيم المرحلة القلبية (بدون اتصال)

  1. اكتشاف قمم R
    1. اكتشاف قمم R تلقائيا في إشارة تخطيط القلب باستخدام برنامج التحليل. راجع يدويا جميع الأحداث المكتشفة وتصحيح قمم R المفقودة أو الخاطئة لضمان توقيت دقات القلب بدقة.
  2. تعريف المراحل القلبية
    1. عرف الانقباض والانبساط مع مراعاة الفروق بين الأفراد في معدل ضربات القلب والتباين من نبضة إلى أخرى. يفضل التعريفات الخاصة بالدورات على النوافذ الزمنية الثابتة عندما يكون ذلك ممكنا.
      ملاحظة: استخدم أحد الطرق التالية: (1) تعريف الانقباض والانبساط كنسب لكل فترة R-R الفردية، بما يتوافق مع العلاقة غير الخطية بين مدة معدل ضربات القلب وفترات القلب؛ (2) عندما تسمح جودة إشارة تخطيط القلب بذلك، حدد نهاية الانقباض باستخدام نهاية موجة T كمؤشر مؤرض فسيولوجيا؛ (3) إذا لم يكن الكشف الموثوق عن موجة T ممكنا، فتعريف الاستقامة باستخدام نافذة زمنية ثابتة (مثل أول 300 مللي ثانية بعد ذروة R). اعترف صراحة بهذا التقريب وأخذ في الاعتبار اختلافات معدل ضربات القلب الفردية في التحليلات اللاحقة.
  3. تعيين تسميات المرحلة القلبية للمحفزات
    1. استخدم علامات التحفيز المصححة للتأخير لتعيين كل منبه للمرحلة القلبية الموجودة عند بداية المنبه (الانقباض أو الانبساط). قم بتعيين تسميات المراحل بشكل منفصل لكل بيئة عرض (ثنائية الأبعاد أو واقع واقعي) وإعادة تسمية الأحداث وفقا لذلك (مثل 2D_systole، VR_diastole).
  4. استبعاد المحاكمات الغامضة
    1. حدد وأزل التجارب التي تمتد نافذة تحليل ERP المخطط لها على كلا المرحلتين القلبية بناء على معدل ضربات القلب اللحظي للمشارك.
  5. مثال على تنفيذ البرمجيات
    ملاحظة: توضح الخطوات التالية تطبيقا محتملا باستخدام حزمة برنامج تحليل EEG التي تدعم اكتشاف أحداث تخطيط القلب وإعادة تصنيف الأحداث.
    1. الكشف الآلي عن ذروة R: افتح قائمة اكتشاف الأحداث واختر وظيفة كشف نبضات القلب. اختر قناة تخطيط القلب ذات أعلى جودة إشارة، وحدد تسمية للأحداث المكتشفة (مثل "R-peak"), وتشغيل خوارزمية الكشف لتوليد علامات أحداث R-peak.
    2. مراجعة يدوية لاكتشاف ذروة R: افحص إشارة تخطيط القلب بصريا باستخدام علامات R-peak المكشوفة. أضف علامات مفقودة وقم بإزالة الاكتشافات غير الصحيحة باستخدام أدوات تحرير الأحداث التي يوفرها البرنامج.
    3. إعادة تصنيف الأحداث القائمة على مرحلة القلب: استخدم تركيبة الأحداث أو وظيفة الاختيار لتصنيف المنبهات وفقا للطور القلبي عند البداية.
      ملاحظة: بالنسبة للتجارب الانقباضية، اختر المنبهات التي تحدث ضمن الفترة الانقباضية المحددة مسبقا بعد كل ذروة R. بالنسبة للتجارب الانبساطية، يتم اختيار المنبهات التي تحدث ضمن الفترة الانبساطية المحددة مسبقا التي تسبق ذروة R التالية. أنشئ فئات أحداث جديدة للانقباضات والانبساط. قم بإجراء هذا الإجراء بشكل منفصل لكل مرحلة قلبية وبيئة العرض.

8. التصنيف والمتوسط

  1. العصر التصحيح وتصحيح الأساس
    1. خصص تصنيفات المرحلة القلبية حصريا بناء على المرحلة القلبية الموجودة عند بداية المحفز (أي الانقباض أو الانبساط). حدد فترة ERP بالنسبة لبداية المحفز. السماح للفترة بالامتداد إلى مراحل القلب التالية دون التأثير على تصنيف المرحلة.
    2. استخدم طول فترة زمنية يقارب 400 مللي ثانية. إذا كانت فترة زمنية أطول (مثل 600 مللي ثانية) مطلوبة، استبعد التجارب التي تمتد نافذة التحليل بشكل كبير إلى المرحلة القلبية اللاحقة. تطبيق تصحيح الأساس باستخدام فترة قصيرة قبل التحفيز (مثلا، -50 إلى 0 مللي ثانية، أو -50 إلى -2 مللي ثانية).
  2. المتوسط
    1. احسب ERPs بشكل منفصل للشروط التجريبية الأربعة: 2D_systole، 2D_diastole، VR_systole، و VR_diastole. أبلغ عن عدد التجارب التي تم الاحتفاظ بها لكل حالة.
  3. اعتبارات اختيار الأقطاب الكهربائية
    1. اختر الأقطاب الكهربائية للتحليل بناء على سؤال البحث وطبيعة مكونات ERP محل الاهتمام. استخدم الأقطاب القذالية (O1، oz، O2) للنماذج البصرية لأنها تلتقط ERPs بصرية نموذجية بنسبة إشارة إلى ضوضاء عالية.

9. مراقبة الجودة واستكشاف الأخطاء

  1. تذبذب زمن الاستجابة للمحفز
    1. تقييم تذبذب الكمون من تجربة إلى أخرى بين الطوابع الزمنية للمحفز وبداية المنبه المقاس بواسطة الفوتوديود. اعتبر أن التذبذب الذي يتجاوز حوالي 10 مللي ثانية عبر التجارب هو إشكالية، خاصة لمكونات ERP المبكرة. إذا لوحظ تذبذب مفرط، أعد تقييم توقيت المنبه، ومزامنة الأجهزة، وطبق تصحيحات زمن الاستجابة الخاصة بالتشغيل حسب الحاجة.
  2. تشبع تخطيط القلب أو الضوضاء
    1. افحص تخطيط القلب (ECG) تلامس أقطاب القطب والمقاومة (ممانعة). تبديل قطبية الأقطاب إذا كانت قمم R معكوسة. انقل أقطاب تخطيط القلب إلى الساعدين إذا استمرت تسجيلات المعصم بالضوضاء.
  3. تشوهات ضغط في سماعة الواقع الافتراضي
    1. إعادة تركيب أحزمة الرأس لتقليل الضغط على أقطاب تخطيط الدماغ الكهربائية. أضف حشوة إذا لزم الأمر وأعد تطبيق الجل الموصل على الأقطاب المتأثرة.
  4. عدد التجارب غير المتساوية عبر مراحل القلب
    1. اضبط نافذة فترة ERP أو توقيت التحفيز لضمان أخذ عينات متوازنة عبر المراحل الانقباضية والانبساطية.
  5. تجارب المرحلة الغامضة
    1. حدد التجارب التي يبدأ فيها المنبه بالقرب من حدود المرحلة القلبية (مثل حول ذروة R أو بالقرب من الانتقال بين الانقباض والانبساط) وحيث قد تمتد نافذة التحليل المخططة عبر كلا المرحلتين. ضع علامة على هذه المحاكمات على أنها غامضة. افحص إشارة تخطيط القلب وفترة R-R اللحظية واستبعد التجارب الغامضة من التحليل الإضافي.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

استخدمت الدراسة الحالية بروتوكول تحليل لدراسة تعديل ERP بواسطة الإشارات الحسية الوارثة خلال مرحلة الدورة القلبية (الانقباض مقابل الانبساط) عبر بيئتين تجريبيين: شاشة ثنائية الأبعاد قياسية وإعداد واقع افتراضي غامر. تم استخراج وتحليل فترات تخطيط الدماغ بالنسبة لذروة R في تخطيط القلب المسجل في نفس الوقت.

كشف اختبار التبديل العنقودي غير المعلمي المطبق على ERPs البصرية المسجلة عند الأقطاب القذالية (O1، Oz، O2) عبر الحقبة بأكملها عن فرق مستمر وذو دلالة إحصائية في موج...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

خطوات حاسمة ضمن البروتوكول
تعد عدة خطوات من البروتوكول المقترح ضرورية للحصول على تأثيرات ERP معتمدة على طور القلب صحيحة. أولا، التزامن الدقيق بين عرض المنبه وتسجيل تخطيط الدماغ أمر ضروري، ويجب قياس زمن استجابة العرض الخاص بالبيئة باستخدام ثنائيات ضوئية وتصحيحه على مستوى علامة الحدث، حيث يمكن أن تؤدي التأخيرات غير المصححة أو التذبذب المفرط إلى تشويش زمني لمكونات ERP. ثانيا، الكشف الدقيق عن قمم R تخطيط القلب وتعريف الطور القلبي الموثوق أمر حاسم، حيث أن التصنيف الخاطئ لب...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

يعلن المؤلفون أنهم لا يواجهون تضارب مصالح.

شكر وتقدير

وقد دعم هذا العمل من خلال منح البرنامج الحكومي لإقليم «سيريوس» الفيدرالي «التطوير العلمي والتكنولوجي لإقليم «سيريوس» الفيدرالي» (الاتفاقية رقم 28-03، تاريخ 27.09.2024).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
ActiCAP slim / snapمنتجات برين GmbHBP-185-2200غطاء قطب نشط مع 64 قناة.
مضخم مختبر متعدد الاستخدامات actiCHamp Plusمنتجات برين GmbHاسم الاسم ACBM17120955نظام جمع بيانات EEG الأساسي.
إلكتودات Ag/AgCl قابلة للتخلص مرة واحدة بطول 26 ممنيكا-ميديكال المحدودةلا يوجدالأقطاب الكهربائية ذات الاستخدام الواحد لتخطيط القلب ثلاثي الأطراف
محول BIP2AUXمنتجات برين GmbHلا يوجديربط مخرج تخطيط القلب بمدخل EEG AUX.
روج سطح المكتب Srtix شركة ASUSTeK للكمبيوترG835LR-SA117محطة عمل عالية الأداء. يستخدم لتشغيل نظام الواقع الافتراضي (HTC Vive) في نفس الوقت، وبرنامج عرض التحفيز، ومنصة تسجيل EEG (مسجل BrainVision).
HTC Vive  برو آيشركة HTC  اسم/الاسم FA1142100443نظام الواقع الافتراضي للعرض المحفز الغامر.
حساس الصورمنتجات برين GmbHلا يوجدللكشف البصري لبداية المنبه.
سامسونج 27" ViewFinity S8 شركة سامسونج للإلكترونيات المحدودةاختصار 0UYMHNBXB00044Dالعرض الأساسي للحالة ثنائية الأبعاد.
سامسونج 27" ViewFinity S8 شركة سامسونج للإلكترونيات المحدودةملاحظة الاسم 0UYMHNBXB00030Eعرض المجرب. يستخدم لتشغيل برامج تسجيل تخطيط الدماغ ومراقبة البيانات أثناء التجارب.
خبيرة الغرفة المحمية نيرويكونيكاشركة نيرويكونيكا المساعد المحدودةS/N figure-materials-1K20210119011حجرة محمية كهرومغناطيسيا.
كابل الرصاص السريعنيوروسوفت المحدودةلا يوجديربط أقطاب تخطيط القلب بالمحول
تريجر بوكس بلسمنتجات برين GmbHالرقم الطبي TB-A100009-0624واجهة التزامن لمشغلات TTL.

المراجع

  1. Barrett, L. F., Simmons, W. K. Interoceptive predictions in the brain. Nat Rev Neurosci. 16 (7), 419-429 (2015).
  2. Critchley, H. D., Garfinkel, S. N. Interoception and emotion. Curr Opin Psychol. 17, 7-14 (2017).
  3. Quigley, K. S., Kanoski, S., Grill, W. M., Barrett, L. F., Tsakiris, M. Functions of interoception: from energy regulation to experience of the self. Trends Neurosci. 44 (1), 29-38 (2021).
  4. Cechetto, D. F. Cortical control of the autonomic nervous system. Exp Physiol. 99 (2), 326-331 (2014).
  5. Gianaros, P. J., Wager, T. D. Brain-body pathways linking psychological stress and physical health. Curr Dir Psychol Sci. 24 (4), 313-321 (2015).
  6. Schandry, R., Sparrer, B., Weitkunat, R. From the heart to the brain: a study of heartbeat-contingent scalp potentials. Int J Neurosci. 30 (4), 261-275 (1986).
  7. Azzalini, D., Rebollo, I., Tallon-Baudry, C. Visceral signals shape brain dynamics and cognition. Trends Cogn Sci. 23 (6), 488-509 (2019).
  8. Park, H. D., Blanke, O. Heartbeat-evoked cortical responses: underlying mechanisms, functional roles, and methodological considerations. Neuroimage. 197, 502-511 (2019).
  9. Saltafossi, M., Zaccaro, A., Perrucci, M. G., Ferri, F., Costantini, M. The impact of cardiac phases on multisensory integration. Biol Psychol. 182, 108642(2023).
  10. Seth, A. K., Friston, K. J. Active interoceptive inference and the emotional brain. Philos Trans R Soc B Biol Sci. 371 (1708), 20160007(2016).
  11. Kirasirova, L. A., Pyatin, V. F. Face-related ERP is influenced by cardiac afferent information. Opera Med Physiol. 9 (1), 54-59 (2022).
  12. Martins, A. Q., Ring, C., McIntyre, D., Edwards, L., Martin, U. Effects of unpredictable stimulation on pain and nociception across the cardiac cycle. Pain. 147 (1-3), 84-90 (2009).
  13. Motyka, P., et al. Interactions between cardiac activity and conscious somatosensory perception. Psychophysiology. 56 (3), e13424(2019).
  14. Edwards, L., Inui, K., Ring, C., Wang, X., Kakigi, R. Pain-related evoked potentials are modulated across the cardiac cycle. Pain. 137 (3), 488-494 (2008).
  15. Garfinkel, S. N., et al. Fear from the heart: sensitivity to fear stimuli depends on individual heartbeats. J Neurosci. 34 (19), 6573-6582 (2014).
  16. Rau, H., Elbert, T. Psychophysiology of arterial baroreceptors and the etiology of hypertension. Biol Psychol. 57, 179-201 (2001).
  17. Gray, M. A., Rylander, K., Harrison, N. A., Wallin, B. G., Critchley, H. D. Following one’s heart: cardiac rhythms gate central initiation of sympathetic reflexes. J Neurosci. 29, 1817-1825 (2009).
  18. Pollatos, O., Schandry, R. Accuracy of heartbeat perception is reflected in the amplitude of the heartbeat-evoked brain potential. Psychophysiology. 41 (3), 476-482 (2004).
  19. Parsons, T. D. Virtual reality for enhanced ecological validity and experimental control in clinical, affective and social neurosciences. Front Hum Neurosci. 9, 520(2015).
  20. Slobounov, S. M., Ray, W., Johnson, B., Slobounov, E., Newell, K. M. Modulation of cortical activity in 2D versus 3D virtual reality environments: an EEG study. Int J Psychophysiol. 95 (3), 254-260 (2015).
  21. Pavlov, Y. G., et al. EEGManyLabs: Investigating the replicability of influential EEG experiments. Cortex. 144, 213-229 (2021).
  22. Klem, G., Lüders, H., Jasper, H., Elger, C. The ten-twenty electrode system of the International Federation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol Suppl. 52, 3-6 (1999).
  23. Larsen, O. F. P., et al. A method for synchronized use of EEG and eye tracking in fully immersive VR. Front Hum Neurosci. 18, 1347974(2024).
  24. Vigário, R., Särelä, J., Jousmäki, V., Hämäläinen, M., Oja, E. Independent component approach to the analysis of EEG and MEG recordings. IEEE Trans Biomed Eng. 47 (5), 589-593 (2000).
  25. Al, E., et al. Heart-brain interactions shape somatosensory perception and evoked potentials. Proc Natl Acad Sci USA. 117 (19), 10575-10584 (2020).
  26. Ehinger, B. V., Dimigen, O. Unfold: An integrated toolbox for overlap correction, non-linear modeling, and regression-based EEG analysis. PeerJ. 7, e7838(2019).
  27. Arnau, S., Sharifian, F., Wascher, E., Larra, M. F. Removing the cardiac field artifact from EEG using neural network regression. Psychophysiology. 60 (4), e14323(2023).
  28. Aprile, F., et al. The heartbeat-evoked potential in young and older adults during attention orienting. Psychophysiology. 62 (1), e70057(2025).
  29. Steinfath, P., et al. Validating genuine changes in heartbeat-evoked potentials using pseudotrials and surrogate procedures. Imaging Neurosci. 3, IMAG.a.30(2025).
  30. Walker, B. B., Sandman, C. A. Visual evoked potentials change as heart rate and carotid pressure change. Psychophysiology. 19 (5), 520-527 (1982).
  31. Maris, E., Oostenveld, R. Nonparametric statistical testing of EEG and MEG data. J Neurosci Methods. 164 (1), 177-190 (2007).
  32. Coll, M. P., Hobson, H., Bird, G., Murphy, J. Systematic review and meta-analysis of the relationship between the heartbeat-evoked potential and interoception. Neurosci Biobehav Rev. 122, 190-200 (2021).
  33. Kirasirova, L., Tugin, S., Pyatin, V., Kabir, M. S., Sagalajev, B. Modality-specific ERP dynamics in virtual and non-immersive environments. Proc Int Conf Neurotechnologies Neurointerfaces, , 36-39 (2025).
  34. Sagehorn, M., et al. Real-life relevant face perception is not captured by the N170 but reflected in later potentials: a comparison of 2D and virtual reality stimuli. Front Psychol. 14, 1050892(2023).
  35. Kirasirova, L., Maslova, O., Pyatin, V. Impact of virtual agent facial emotions and attention on N170 ERP amplitude: comparative study. Front Behav Neurosci. 19, 1523705(2025).
  36. Marín-Morales, J., et al. Affective computing in virtual reality: Emotion recognition from brain and heartbeat dynamics using wearable sensors. Sci Rep. 8, 13657(2018).
  37. Kirasirova, L., et al. Standardized EEG protocol for comparing cortical responses to mechanical and electrical tactile stimuli. J Vis Exp. (229), e69817(2026).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

الفيديو قريباً

مقالات ذات صلة