事件相关电位 （ERPs） 和其他基于脑电图的提取大脑功能障碍生物标志物的方法:从小儿注意力缺陷/多动障碍 （ADHD） 中的例子
2020年3月12日
脑电图方法用于提取脑功能障碍的生物标志物。重点是在 CUed GO/NOGO 任务中记录的多通道事件相关电位 （ERP）。非脑伪影得到纠正，ERP与规范数据进行比较。示例涉及多动症诊断和药物反应预测的生物标志物。
将脑电图光谱和事件相关电位（ERPS）与数据库进行比较，可以提供有关大脑功能的重要信息。这些技术的优点是，它们是无创的，负担得起的，可以与大量的科学研究有关。展示这些技术的将是玛丽亚·丹尼尔森，一位心理学候选人，她在我们的诊所当了两年的技术员。
若要创建相应的 EEG 数据文件，请在软件中单击"文件"和"新"。主体的卡片将显示在屏幕上。填写所有适当信息后，测量主体头部的鼻位距离。
前极电极的中心应落在水平线上，距离在鼻孔上方 10% 。将皮肤准备凝胶涂抹在耳垂上，用导电电极凝胶填充耳电极杯。连接耳电极，将盖子对称地放在头部，前极电极放置在前极的中心。
尽可能向下拉盖，将其固定在头部附近，并将腰带放在胸前。将连接到盖的按钮固定到此频带，以防止盖和电极在测试期间移动，并连接盖电缆和耳缆到放大器。接下来，单击阻抗图标的 WinEEG 菜单控制，用凝胶填充注射器。
使用注射器填充所有电极孔。当黑圆圈为黄色时，阻抗正常。当所有 20 个孔的颜色为黄色且各个孔之间的颜色差异较小时，设备已准备就绪。
设备正确放置后，单击启动按钮以启动 EEG 监控，并通知主体测试需要大约一个小时。请对象在舒适的椅子上闭着眼睛放松，然后单击红色圆圈获取 EEG。单击"下一步"后，选择闭眼以开始注册。
三分钟后，点击暂停，并要求主题睁开眼睛，同时放松，看着屏幕在他们面前。然后单击红色圆圈以继续注册。再过三分钟，单击"停止"并保存。
在开始 EEG 录制之前，让主体在右手上按住按钮开关并打开任务菜单。在主题前面的辅助计算机上选择 VCPT。告知主体图片将成对显示，第一张图片后跟第二张照片，一秒后，三秒钟后，将按相同的模式出现一对新图片。
每次出现两个动物完全相同的 AA 组合时，指示主体尽快单击鼠标按钮。指示主题不要按 AP、PP 或 AH 组合上的鼠标按钮。告诉主题忽略 PH 组合中的随机声音。
传递说明后，按 Enter 运行任务约两到五分钟，以训练任务执行 go/nogo 任务。在训练任务结束时，选择切换到从属模式选项。要开始实验，请从主计算机上的录制菜单中选择 EEG 采集选项。
在录制菜单上，选择刺激演示程序。刺激显示程序选项将突出显示。选择 VCPT 并在辅助计算机上启动刺激演示文稿。
完成所有 400 个试用后，在结束注册之前推送暂停、停止和保存。要从数据中删除眼动伪影，请左键单击片段开头的时间栏以选择感兴趣的 EEG 片段，右键单击片段末尾的时间栏。整个片段将突出显示为黄色。
要与 HBI 参考数据库比较单个光谱和事件相关电位，请选择独立的分量分析方法，并选择与眼动和水平眼动相关的地形图。然后单击"确定"以接受选择，并实现分析菜单中的标记工件过程。要计算 EEG 光谱，请在分析菜单中选择闭眼或睁开眼睛，以选择感兴趣的 EEG 光谱和片段，然后单击"确定"。然后在分析菜单中，选择比较以比较单个光谱与数据库。
要计算与事件相关的潜在电位，请在常见蒙太奇中选择 EEG VCPT 文件，然后从分析菜单中单击计算 ERP。单击"确定"。将显示一个窗口，描述 ERP 计算的参数。从图形上方的四个小窗口中，选择一个窗口、二个窗口、三个窗口和四个窗口中感兴趣的组件，另一个窗口中的"无"选项。
在右侧垂直菜单中，选择感兴趣的时间间隔。要绘制与事件相关的电位波图，请沿任何图形的 x 轴在所选时间右键单击。然后释放并选择"添加地图"。
相应的地图将显示在页面底部。要查看遗漏、佣金、a-a GO 的均次反应时间以及实时可变性，请在事件相关潜在窗口右键单击并选择组信息。A-a GO 线显示遗漏错误、反应时间和反应时间变异数。
a-p NoGO 行显示佣金错误数。在分析中，选择比较。然后在右侧窗口中选择主体的文件和比较文件，然后单击"确定"。要将事件相关电位与参考数据库进行比较，请从分析菜单中选择结果比较，然后选择主体的文件和 HBI 数据库。
然后右键单击时间点和感兴趣通道，获取偏差与参考的显著性水平。要选择用于评估事件相关电位差异的组，请单击箭头。有关引用事件相关电位，请单击两个。
要查看差异，请单击三。对于活动组四，选择"无"。要定义兴趣的时间间隔，请输入从 的时间间隔和持续时间（以毫秒为单位）。
然后将光标定位在时间点和感兴趣通道的位置，右键单击以选择"添加"地图。将显示显示与引用偏离的地图。可以选择其他文件而不是 HBI 数据库进行比较。
在这里，在代表性的多动症组中，主动认知控制功能障碍的事件相关潜在相关相关。与本分析中的健康对照组相比，ADHD组的主动认知控制的两个指标都降低了。在这个图中，可以观察到多动症组反应性认知控制功能障碍的事件相关潜在相关。
与健康对照组相比，多动症受试者的两个反应性认知控制指标也降低了。要获得高质量的注册，请尽可能减少肌肉和运动伪影。任务和 WinEEG 计算机之间的安全连接至关重要。
虽然这些方法是生成假说的总临床检查的一部分，但它们不能取代临床访谈、医学检查、神经心理学测试或观察等方法。
概述
本研究重点探讨脑电图（EEG）方法在提取与脑功能障碍相关生物标志物中的应用，强调在提示性GO/NOGO任务期间采集的多通道事件相关电位（ERPs）。通过校正非脑源性干扰信号，将ERPs与规范化数据库进行比较，并以具体实例说明用于注意缺陷多动障碍（ADHD）诊断及药物治疗反应预测的潜在生物标志物。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 电生理学
- 心理学
背景
- 事件相关电位（ERPs）可提供关于大脑功能的深入信息。
- 脑电图（EEG）是一种无创且经济的技术。
- 该技术与现有关于脑功能障碍的科学研究具有良好的关联性。
- 重点关注与认知任务相关的特定事件相关电位（ERPs）。
研究目的
- 通过脑电图谱和事件相关电位评估脑功能。
- 识别用于注意缺陷多动障碍（ADHD）诊断的生物标志物。
- 基于脑活动预测对药物治疗的反应。
使用的方法
- 在执行 GO/NOGO 任务期间进行脑电图（EEG）监测。
- 该研究采用标准化流程进行电极放置和数据采集。
- 使用独立成分分析法校正眼动等伪迹。
- 对脑电图数据进行分析，并与常模数据库进行比较，以识别显著偏离。
主要结果
- 演示事件相关电位（ERP）测量技术及其在理解注意缺陷多动障碍（ADHD）中的意义。
- 识别脑活动模式相对于常模数据的显著偏离。
- 建立ERP特征与临床诊断/药物治疗反应之间的潜在关联。
结论
- 本研究展示了一种利用脑电图（EEG）推导脑功能障碍生物标志物的方法学。
- 该方法有助于理解注意力缺陷多动障碍（ADHD）的神经相关性，以及实现个体化治疗策略的潜力。
- 研究结果促进了对与认知控制相关的神经机制的更深入认识。
常见问题
行业应用价值
基于脑电图的生物标志物提取为神经精神类药物研发中的靶点验证提供了无创且定量的支持方法。通过识别能够区分患者亚群并预测药物治疗反应的事件相关电位成分，该方法可提高早期发现阶段的预测可靠性。这有助于降低作用机制相关的风险，并为针对认知功能障碍的中枢神经系统药物的立项或终止决策提供依据。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过将事件相关电位（ERP）的偏离与儿童注意缺陷多动障碍（ADHD）中假定的脑功能异常联系起来，实现对治疗假设的验证。
- 操作价值：通过患者组与对照组之间ERP成分的定量比较，支持生物学层面的风险评估。
- 预测价值：识别出具有大效应量（例如，d = 1.84）的生物标志物，以区分药物治疗应答者与无应答者。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：为在临床前模型中标准化测量认知控制终点指标，提供经过验证的脑电图（EEG）方案。
- 操作价值：通过伪迹校正（例如，使用独立成分分析ICA校正眼动干扰）并与规范化数据库进行比较，确保检测的可重复性。
- 可扩展性：通过自动化的事件相关电位（ERP）提取与映射流程，实现高通量筛选的准备就绪。
转化与临床前研究
- 转化连续性：通过追踪干预后（如药物、经颅直流电刺激）事件相关电位生物标志物成分的变化，将发现阶段的事件相关电位生物标志物与临床前验证相连接。
- 风险调整型推进：利用事件相关电位成分空间中的聚类分析进行亚组分析，以指导治疗分层。
- 预测性降风险：聚焦于主动与被动认知控制相关的事件相关电位指标，从机制上降低中枢神经系统靶点的研发风险。
流程与工作流整合
该方法通过支持早期生物学中的假设验证、促进定量检测方法的开发以用于筛选，并提供可用于临床前研究衔接的转化读数，从而融入发现研究的连续过程。
- 发现生物学：通过识别能够区分患者亚群且具有高效应量的事件相关电位（ERP）成分，支持机制性风险降低。
- 筛选：提供适用于认知分析中化合物评价的定量、可重复的ERP读数（例如，振幅、潜伏期）。
- 分析：提供统计输出结果（例如，效应量、显著性定位映射），支持跨条件比较和生物标志物阈值设定。
- 转化研究：将ERP生物标志物与治疗反应预测关联起来，支持从发现到临床前验证的连续性研究。
- 企业级复用：通过标准化伪迹校正和数据库比对，建立可复用于多靶点中枢神经系统（CNS）项目的可重复使用EEG-ERP平台。
运营与企业影响
- 科学价值：通过降低认知功能障碍模型中的机制模糊性，提高靶点验证的预测可信度。
- 操作价值：通过标准化的脑电图采集、伪迹校正和规范性比较工作流程，增强实验的可重复性和可扩展性。
- 战略价值：通过实现对药物治疗反应的早期预测，减少后期生物学风险，从而改善决策（推进或终止项目）的准确性。
- 项目组合影响：基于生物标志物分层的患者亚群，促进对中枢神经系统候选药物的风险调整后优先排序。
实施注意事项
- 需要具备脑电图（EEG）采集、事件相关电位（ERP）分析以及用于伪迹校正的独立成分分析（ICA）方面的专业知识。
- 依赖于19通道EEG系统、刺激呈现软件（例如VCPT）以及用于频谱和ERP计算的分析工具。
- 需要在不同研究团队之间对电极放置、任务指导语和伪迹标记流程进行标准化。
- 在将该方案应用于注意缺陷多动障碍（ADHD）以外的不同认知任务或临床人群时，需考虑适应性调整。
- 受限于需尽量减少肌电和运动伪迹，并确保任务系统与EEG记录系统之间精确同步，以获得高质量数据。
生物制药常见问题
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:45
Electroencephalography (EEG) Data File Creation and Equipment Preparation
2:30
Eyes Closed and Eyes Opened Registration
3:09
Cued GO/NOGO Task Training
4:20
EEG and Button Press Recordings in Task Condition
4:53
EEG Record Preprocessing
5:42
EEG Spectra and Event Related Potential (ERP) Computation
6:55
VCPT Behavioral Data Registration and Comparison
8:34
Results: Representative ERP Wave Patterns and Corresponding Maps in Proactive and Reactive Cognitive Controls in ADHD and Healthy Control Subjects
9:18
Conclusion
