High Density Event-Related Potential Data Acquisition in Cognitive Neuroscience

Ereigniskorrelierte Potentiale mit hoher Dichte (ERPs) ermöglichen die Verfolgung der schnellen zeitlichen Dynamik des funktionierenden menschlichen Gehirns. Um ERP-Daten mit hoher Dichte zu erfassen, wird zunächst die Elektrodenkappe auf den Kopf des Teilnehmers aufgesetzt, und die Elektrodenpositionen werden digitalisiert, um der Variabilität und der Kopfform bei den Probanden gerecht zu werden. Die Elektrodenimpedanzen werden dann reduziert, indem Gel in jede Elektrode injiziert wird.

Die Daten werden erfasst, während dem Teilnehmer visuelle Reize präsentiert werden. Wenn die Aufnahme beendet ist, wird die Elektrodenkappe gründlich gereinigt. Die gewonnenen Daten werden verwendet, um die räumliche und zeitliche Dynamik der Gehirnaktivität zu untersuchen, die mit einem bestimmten kognitiven Prozess verbunden ist.

Hallo, ich bin Scott Slotnik vom Memory and Perception Lab am Department of Psychology am Boston College. Heute zeigen wir Ihnen ein Protokoll für die Erfassung potenzieller Daten im Zusammenhang mit Ereignissen mit hoher Dichte. Wir verwenden dieses Verfahren in unserem Labor, um die raumzeitliche Dynamik der Gehirnaktivität während des Gedächtnisses für visuelle Elemente zu untersuchen.

Also lasst uns loslegen. Ereigniskorrelierte Potentiale oder ERPs stellen eine Methode dar, um die räumliche zeitliche Dynamik der menschlichen Gehirnfunktion mit hervorragender zeitlicher Auflösung zu erfassen. Die Daten werden in der Regel in einem abgeschirmten Raum gemessen, wodurch Interferenzen mit dem neuronalen Signal, das von den Elektroden aufgenommen wird, minimiert werden.

Jede Elektrode ist mit einem Verstärker verbunden, der wiederum mit einem Datenerfassungscomputer verbunden ist, der sich außerhalb des abgeschirmten Raums befindet. Für die Reizpräsentation wird ein separater Computer verwendet, da es zu einer Interferenz mit dem neuronalen Signal kommen kann. In der abgeschirmten Kammer sollten nur wichtige Komponenten untergebracht werden, wie z. B. das Stimulus-Display und die Response-Tastatur.

Während der Experimente sitzen die Teilnehmer in einem bequemen Stuhl mit Armlehnen und einer Rückenhöhe, die die Schultern stützt, um das Artefakt der Nackenmuskulatur zu minimieren. Beginnen wir damit, zu sehen, wie Sie die Elektrodenkappe aufsetzen. Die Teilnehmerelektroden sind in eine Spandex-Kappe eingebettet, die die Anwendungszeit für die Positionierung der Kappe um oz gemäß dem Zehn-Elektroden-System reduziert, während die Kappe angebracht wird, und stellen Sie sicher, dass sie eine Links-Rechts-Symmetrie mit den Mittellinienelektroden aufweist, die über der Mittellinie des Kopfes platziert sind.

Stellen Sie außerdem sicher, dass die hintersten unteren Elektroden oberhalb der Schädelhalsgrenze liegen, um ein Artefakt der Halsmuskulatur zu vermeiden. Sobald die Kappe angebracht ist, befestigen Sie die Seitengurte mit einem Kinnriemen oder einem speziell angefertigten Gürtel auf Hüfthöhe, um den seitlichen Elektrodenkontakt mit dem Kopf zu verbessern. Platzieren Sie Elektroden in der Nähe der Augen, um eine spätere Entfernung von Augenbewegungen oder Blinzelartefakten zu ermöglichen, um die Variabilität der Elektrodenplatzierung und der Kopfform bei den Probanden zu berücksichtigen. Die Elektrodenpositionen werden für jeden Teilnehmer mit einem Polyus-Fast-Track-Digitizer gemessen.

Der Digitalisierer besteht aus einem Sender, drei Empfängern, die an der Kappe befestigt werden, und einem Stift zum Aufzeichnen jeder Elektrodenposition, wenn die Kappe an Ort und Stelle ist und die Elektrodendigitalisierung abgeschlossen ist. Kommen wir nun zur Reduzierung der Elektrodenimpedanzen Sitz, der Teilnehmer bequem auf dem Aufnahmestuhl. Manche Teilnehmer empfinden es als bequemer, wenn ein gefaltetes Handtuch leicht zwischen Schultern und Stuhllehne geschoben wird.

Stecken Sie nun die Mehrelektrodenkappe in die Verstärker. Als nächstes muss die Impedanz jeder Elektrode so reduziert werden, dass sie unter etwa fünf Kiloohm liegt. Dies wird in unserem Labor erreicht, indem Echtzeit-Impedanzen mit der neuros-Scan-Scan-Software gemessen werden, während eine sterile Spritze und eine Nadel mit stumpfer Spitze verwendet werden, um ein leitendes Gel in jede Elektrodenöffnung zu injizieren.

Es gibt eine Reihe von Techniken, die den Prozess der Impedanzreduzierung beschleunigen können, was der zeitaufwändigste Aspekt der Mehrkanalaufnahme ist. Beginnen Sie mit der Masse- oder Referenzelektrode und machen Sie mit Ihrer dominanten Hand einige Kreise mit der Spritze, während sie am Kopf anliegt. Um die dazwischenliegenden Haare zu bewegen, achten Sie darauf, die Spritze nicht gegen den Kopf des Teilnehmers zu drücken.

Das Auftragen des Gels sollte dem Teilnehmer niemals Unbehagen bereiten. Während Sie die Elektrode mit der nicht dominanten Hand leicht nach unten drücken, injizieren Sie eine kleine Menge Gel auf die Kopfhaut und ziehen Sie dann die Spritze weg, während Sie weiter injizieren. Eine Gelbrücke zwischen der Kopfhaut und dem Elektrodengel zu bilden, die aus der Elektrodenöffnung herausragt, sollte mit einem Taschentuch abgewischt und an dieser Stelle entsorgt werden.

Wenn alle ersten Elektrodenimpedanzen hoch bleiben, sollte das Gel erneut auf die Erdungs- und Referenzelektroden aufgetragen werden, da das Gel in der Regel mit der Zeit leitfähiger wird. Eine Strategie besteht darin, Gel in Elektroden innerhalb eines Quadranten der Kopfhaut, wie z. B. der rechten hinteren Kopfhaut, zu injizieren, bis alle Impedanzen abzunehmen. Injizieren Sie dann Gel in Elektroden innerhalb des nächsten Quadranten, bis alle Impedanzen zu sinken beginnen, und durchlaufen Sie dann die Quadranten.

Re-Injektion des Gels in die Elektroden mit der höchsten Impedanz. In einigen Fällen verbindet sich das leitende Gel mit benachbarten Elektroden, so dass die Impedanzen verknüpft werden. Dies verringert die räumliche Auflösung, ist aber in der Regel von untergeordneter Bedeutung, da es eine hohe Anzahl von Elektroden mit reduzierten Impedanzen gibt.

Sehen wir uns an, wie Sie Daten aufzeichnen, bevor Sie eine Aufnahmesitzung starten. Ermutigen Sie den Teilnehmer, sich in eine bequeme, entspannte Position zu begeben und still zu bleiben. Dadurch werden Muskel- und Bewegungsartefakte minimiert.

Sobald sich der Teilnehmer wohl fühlt, geben Sie ihm eine Antworttastatur und entfernen oder deaktivieren Sie alle nicht wesentlichen Geräte in der Nähe des Teilnehmers, wie z. B. Lichter, um eine spätere ereignisbezogene Analyse zu ermöglichen. Der Beginn jedes Reizereignisses muss vom Stimuluscomputer signalisiert oder ausgelöst und zusammen mit den elektrophysiologischen Daten gespeichert werden. Wir senden Triggerimpulse bei jedem Stimulusbeginn über den parallelen Port über ePrime-Programme, die eine benutzerdefinierte Inline-Port-Initialisierung enthalten, und Trigger-Skripte, die frei verfügbar sind.

Diese Auslöser werden von der Scan-Software empfangen und gespeichert. Verwenden Sie bei der Aufzeichnung elektrophysiologischer Daten einen Standard-Hochpassfilter, um sehr niederfrequente Komponenten wie Gleichstrom zu entfernen, die für die transiente neuronale Reaktion irrelevant sind. In Umgebungen mit sehr geringen Interferenzen kann ein Tiefpassfilter mit einer sehr hohen Frequenzabgrenzung, wie z. B. 200 Hertz, in Umgebungen mit höheren elektromagnetischen Störungen in der Umgebung verwendet werden.

Es kann ein Tiefpassfilter mit einem Cutoff um 80 Hertz und ein 60 Hertz Notch-Filter verwendet werden, so dass das Ansprechverhalten vom neuronalen Signal dominiert wird. Sehen wir uns nun an, wie man die Kappe reinigt. Nach Beendigung einer Sitzung muss die Mehrelektrodenkappe unmittelbar nach Abschluss der Aufzeichnung gründlich gereinigt und desinfiziert werden.

Beginnen Sie damit, die Kappe fünf bis 10 Minuten lang in warmem Wasser einzuweichen und spülen Sie dann jede Elektrode mit einem fließenden Wasserstrahl ab. Um das gesamte leitende Gel gründlich zu entfernen, verwenden Sie das stumpfe Ende eines Holzstäbchens, um die Löcher in den Elektroden zu entfernen. Weichen Sie dann die Kappe 30 Minuten lang in einem seifenartigen warmen Wasserbad ein, das aus vier Litern Wasser und ein bis zwei Unzen Dial Soap besteht, um sicherzustellen, dass das gesamte Gel entfernt wurde, und spülen Sie die Kappe dann gründlich mit Wasser aus.

Um eine Kontamination über die Teilnehmer hinweg zu vermeiden, muss die Kappe ein letztes Mal für 1530 Minuten in einer Wasserdesinfektionsmittelmischung aus vier Teilen, Wasser auf einen Teil und Ide eingeweicht und dann beim Aufhängen der Kappe zum Trocknen erneut gründlich mit Wasser abgespült werden. Er sollte symmetrisch und spannungsfrei aufgestellt werden, da er einen gewissen Grad seiner Trocknungsposition beibehalten kann, was die Leichtigkeit einer späteren Impedanzreduzierung verringern kann. Abschließend werfen wir einen Blick auf einige repräsentative Ergebnisse.

Jetzt zeigen wir einige repräsentative Ergebnisse nach der ERP-Datenerfassung und -analyse. Die Kopfhautspannungstopographie links und rechts spiegelt die schnelle Reaktivierung des Rettino-Themas der visuellen kortikalen Regionen während des genauen Gedächtnisses für Elemente wider, die zuvor im rechten bzw. linken Gesichtsfeld präsentiert wurden. Ich habe Ihnen gerade gezeigt, wie Sie mit diesem Verfahren ERP-Daten mit hoher Dichte erfassen können.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass der Komfort der Teilnehmer immer an erster Stelle steht. Das war's also. Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.