本文综述了在阿尔茨海默病患者执行再认记忆任务时采集高密度事件相关电位数据的方法学。该方案包括受试者准备、质量控制、数据采集和数据分析。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
我们的实验室采用事件相关脑电位（ERPs）来理解并支持对遗忘型轻度认知障碍（aMCI）和阿尔茨海默病（AD）患者的情景记忆进行的行为学研究。行为学数据可反映患者的任务表现，而ERPs则使我们能够记录大脑活动的离散变化。此外，ERPs还能帮助我们了解与记忆提取相关的独立认知过程的起始时间、持续时间和相互作用。在患者群体中，这类研究用于考察与对照人群相比，记忆的哪些方面受损，哪些方面相对保留。本文综述了在易感患者群体执行再认记忆任务时采集ERP数据的方法学，该方案包括受试者准备、质量控制、数据采集和数据分析。除了基本的设备设置和数据采集外，我们还将演示利用高密度（128通道）电极阵列进行定位的技术，以获得更高的空间分辨率并实现脑电源定位。
方案
1. 设置脑电图设备
- 本实验室采用 128 导联的 BioSemi ActiveTwo EEG 采集系统，配合“有源”电极（Amsterdam, The Netherlands；http://www.biosemi.com）和 ActiveTwo 电极帽（Behavioral Brain Sciences Center, Birmingham, UK）获取事件相关电位（ERP）数据。
- 确保电池已完全充电并连接至放大器。
- 准备完成受试者设置所需的所有材料，包括：注射器、导电膏、卷尺、各种尺寸的 EEG 电极帽、酒精棉片、面部电极贴片以及用于固定电极线的尼龙搭扣绑带。
- 在五个面部电极上贴上电极贴片。
2. 设置刺激呈现与数据采集计算机
- 打开刺激呈现计算机和数据采集计算机。
- 本实验室使用 E-Prime 软件（Pittsburgh, PA）来呈现刺激并采集行为数据。
- 检查实验是否向数据采集计算机发送了正确的触发代码。
- 操作步骤如下：
- 打开被试舱内的放大器（注意：此操作无需连接电极或电缆），在数据采集计算机上打开数据采集软件，点击开始（无需保存）。
- 前往刺激呈现计算机，打开实验文件并点击运行。
- 此时，您应在数据采集软件程序中看到您在实验文件中编程设定的相应触发代码。
3. 受试者准备
- 向参与者详细说明所有研究步骤，并解答任何安全方面的疑虑。此外，要求参与者用自己的语言复述实验流程，以确保其充分理解实验方案。
- 让参与者舒适地坐在中等高度的硬背椅子上。
- 参与者就座后，确保其视线与显示设备之间的距离符合实验标准（本实验中为48英寸）。
- 测量参与者头部的头围，以确定应使用的脑电图（EEG）帽型号。
- 要求参与者取下所有首饰或发饰，以确保脑电帽佩戴合适且记录准确。此外，若参与者佩戴眼镜，建议在此阶段暂时取下，直至所有面部电极安放完毕后再戴上。
- 还需向每位受试者说明以下事项：
- 移除口香糖或糖果/薄荷糖，以减少运动干扰
- 建议参与者在实验开始前使用洗手间，避免中断脑电记录
- 请参与者尽量减少身体动作和眨眼次数，但无需过度担忧
- 使用酒精棉片清洁参与者面部皮肤（即面部电极安放位置），包括双侧乳突、双侧太阳穴以及左眼正下方区域，以去除油脂或化妆品。
- 在每个面部电极上涂抹少量导电凝胶，撕去电极贴片背衬后将其贴附于相应位置，并轻压以确保电极固定牢靠。
- 将脑电帽戴在参与者头部，并将其下颌带固定。如果参与者佩戴眼镜，应在戴帽前先戴上眼镜。
- 接下来，测量（以厘米为单位）鼻根（鼻梁）至枕外隆凸（头后下方突起）的距离，将该数值乘以0.5（取中点），即为电极A1前后方向的定位点。然后，测量一侧耳前点至对侧耳前点（耳廓软骨上方凹陷处）的距离，其中点即为电极A1左右方向的定位点。
4. 源定位与电极放置的数字化
- 本实验室使用 Polhemus Patriot 数字化仪/定位器（Colchester, VT）获取每位受试者头部电极位置的三维表征（或头部模型）。这可以控制每位受试者颅骨形状的个体差异，从而实现更精确的源定位。此外，这些头部模型可与结构性磁共振图像进行共配准，结合 MRI 的高空间分辨率与事件相关电位（ERPs）的高时间分辨率。
- 首先，将定位发射器置于左耳后方的帽内，并将多余线缆塞入下巴带下方以固定位置。
- 将接收器固定在一把木椅上，位置位于受试者头部下方，距离发射器约 6 英寸。
- 打开数字化软件，根据软件提示使用触控笔测量各电极位置。
- 使用 MR Locator 软件生成电极位置的三维头部模型，并用于原始脑电图（EEG）数据的定位。
- 一旦计算机屏幕上确认了受试者的三维头部模型，即可在 ActiveTwo 帽上各预定义位置安放电极。
- 在帽上的电极孔中填充导电凝胶，并插入所有电极。将所有导线和面部电极整理至受试者脑后，并连接至放大器。
- 建议为年长的受试者提供休息时间，尤其是阿尔茨海默病患者，他们可能需要频繁休息以维持对实验任务的注意力和持续专注。
- 使用 ActiView 软件确保所有电极无伪迹，且阻抗水平处于可接受范围。在所有电极安放完毕且受试者准备开始实验后，应使用数据采集计算机上的 ActiView 软件检查电极阻抗水平。偏移量应控制在 +/-25μV 以内。
- 当所有电极的阻抗水平均达到可接受标准后，即可开始实验。
5. 脑电数据与实验的数据采集
- 本实验室使用 BioSemi 公司的 ActiView 软件查看和采集原始脑电图（EEG）数据。
- 加载行为数据呈现文件，输入被试编号。实验软件将记录被试的反应，并在实验结束后自动以该编号生成数据文件。
- 进行检查，确保被试距离显示器中心 48 英寸。
- 实验加载完成后，应向被试宣读行为实验指导语，并与其共同确认理解无误。
- 在当前的记忆识别实验设计中，实验首先开始学习阶段，期间被试将看到一系列图片或词语。
- 在数据采集计算机上开始保存原始脑电图（EEG）数据文件。
- 在刺激呈现计算机上启动刺激呈现程序。
- 安排一名研究人员协助老年被试使用按钮盒输入反应，这对认知功能受损的患者尤为重要。
- 在行为任务过程中监控被试状态，包括是否需要休息。
- 当所有行为刺激呈现完毕后，必须保存原始脑电图（EEG）数据。行为数据则由 E-Prime 软件自动保存。
- 保存完学习或编码阶段的数据后，重复前述 9 个步骤进入测试阶段，期间被试将再次看到一系列图片或词语。在测试阶段中，一半项目来自学习阶段，另一半为新项目。被试需口头向研究人员报告每个项目为“旧”或“新”，研究人员随后在按钮盒上输入被试的反应。
6. 数据后处理流程
- 本实验室使用 EMSE Suite 5.3。
- 在进行任何类型的分析之前，必须首先对原始数据进行预处理，并进行数字滤波，以去除信号中的噪声和伪迹。
- 首先，需应用时间滤波器，例如无限冲激响应滤波器和带通滤波器。
- 接下来，数据必须参考头部上的某个点。选择参考方式。在本方案中，我们采用公共平均参考法。
- 然后，必须对数据进行空间滤波，并对坏通道进行插值。通过目视检查数据，并设置适当的滤波器。
- 最后，必须采用眼动伪迹校正方法，以校正眼睑眨动和眼球运动引起的伪迹。
7. 代表性结果
我们的研究显示，早期额部新旧效应（击中 > 正确拒绝），通常与概念加工或记忆熟悉性相关，在轻度阿尔茨海默病患者中对于图片的加工保持完整，与健康老年人相当，但对于词语则不然（Ally, McKeever, Waring, & Budson, 2009）。Ally 等人（2009）发现，通常与回想相关的顶叶新旧效应，在患者中无论是图片还是词语均较同龄健康人受损。换句话说，与识别相关的额叶记忆过程在阿尔茨海默病患者与健康老年人之间对图片的加工似乎是相似的。相比之下，当我们考察两组之间的差异时，患者在词语加工中的这些过程存在损伤。在后部记忆加工过程中，无论是图片还是词语，两组之间的这种显著差异均很明显。尽管关于早期额部效应所对应的认知过程尚存较大争议，但我们假设，轻度阿尔茨海默病患者能够成功利用概念加工或记忆熟悉性来提高对图片的辨别能力，优于对词语的辨别，而这些过程很可能构成了阿尔茨海默病患者中显著的图片优势效应的基础。
展示了极轻度阿尔茨海默病患者与健康老年对照者在成功提取词语和图片时相关的额叶ERP活动（图1）。这些图像采集于通常与概念加工或记忆熟悉性相关的300至500毫秒时间窗口。注意两组间图片（红色伪彩色）的额叶旧/新效应相似，而词语的效应（青色伪彩色）则减弱。
图1：阿尔茨海默病患者与健康受试者在提取任务期间的代表性事件相关电位活动。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
事件相关电位（ERPs）和行为学数据可为我们提供不同且互补的信息。行为学数据告诉我们患者的表现情况，而事件相关电位则使我们能够记录大脑活动的离散性变化。由于其出色的时间分辨率，事件相关电位已被证明在分离和理解记忆过程（例如概念加工、熟悉性、回想以及提取后监控过程）方面非常有用，这些过程此前已被关联到事件相关电位波形中的特定“旧/新”成分（分别为早期额部、顶叶、晚期额部成分）（参见 Ally & Budson, 2007）。在研究认知功能障碍患者时，事件相关电位（ERPs）对于理解脑生理功能极为有用，尤其是在难以获得有意义的行为学数据的情况下（Ally, 2011）。然而，在解释这些人群的事件相关电位数据时，存在诸多陷阱。例如，由于阿尔茨海默病病理的高度异质性，患者群体的事件相关电位数据通常在不同个体间表现出显著的变异性。本方案重点介绍了可减少这种变异性的方法。本方案的结果有助于理解与轻度阿尔茨海默病相关的记忆丧失背后的认知与神经机制，并有助于阐明在轻度阿尔茨海默病中哪些记忆过程受损，哪些相对保持完整。我们的研究发现，某些由额叶介导的记忆过程，如概念加工或记忆熟悉性，在患者中对图片刺激仍保持完整（Ally et al., 2009）。这一...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
未声明任何利益冲突。
致谢
本方案得到了美国国家老龄化研究所资助项目 K23 AG031925 和 R01 AG038471 的支持。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| BioSemi Active Two 脑电采集系统* | Cortech Solutions, Inc. | ||
| Polhemus Patriot 数字化仪 | Cortech Solutions, Inc. | ||
| E-Prime 2.0 专业版软件 | Psychology Software Tools, Inc. | ||
| * 该系统包含放大器、Active Two 脑电帽、注射器、SignaGel（导电凝胶）以及面部电极贴片。 |
参考文献
- Ally, B. A., Budson, A. E. The worth of pictures: Using high density event-related potentials to understand the memorial power of pictures and the dynamics of recognition memory. Neuro Image. 35, 378-395 (2007).
- Ally, B. A., McKeever, J. D., Waring, J. D., Budson, A. E. Pictures preserve frontal memorial processes in patients with mild cognitive impairment. Neuro psychologia. 47, 2044-2055 (2009).
- Ally, B. A. Using EEG and MEG to understanding brain physiology in dementia. The Handbook of Alzheimer's disease and other dementias. Budson, A. E., Kowall, N. W. , Blackwell Publishing. (2011).
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
