Die Untersuchung der Eigenschaften des episodischen Gedächtnisses mit Event-related potentials bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, Unterschiede in der Gehirnphysiologie im Zusammenhang mit der Erkennung von Bildern im Vergleich zu Wörtern bei Patienten mit amnestischer leichter kognitiver Beeinträchtigung und Alzheimer-Krankheit zu verstehen. Dies wird erreicht, indem mittels EEG die elektrische Aktivität an der Kopfoberfläche gemessen wird, während Patienten mit Alzheimer-Krankheit Erkennungsentscheidungen bezüglich Bildern und Wörtern treffen.

Dazu sollte die Versuchsperson auf die Platzierung der Elektroden und die Einrichtung von DEG und Kopfhaut vorbereitet werden. Mithilfe eines speziellen 3D-Digitalisierers sollten räumliche Lokalisierungsdaten erfasst werden. Anschließend sollten die Verhaltensgedächtnisaufgaben durchgeführt werden, während die rohen EEG-Daten aufgezeichnet werden.

Dann müssen, um ereigniskorrelierte Potenziale in Bezug auf das Gedächtnis für Bilder und Wörter zu untersuchen, die rohen EEG-Daten nachbearbeitet und zu ERP-Wellenformen gemittelt werden. Für jede Bedingung können diese gemittelten ERPs anschließend statistisch zwischen den Bedingungen verglichen werden. Die in dieser Studie gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass die Gedächtnisvertrautheit bzw. die konzeptionelle Verarbeitung von Bildern, jedoch nicht von Wörtern, bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit im Vergleich zu gesunden älteren Erwachsenen offenbar erhalten bleibt. Dies wird erreicht, indem der frühe frontale ERP-Altbekannt-Effekt untersucht wird, der ungefähr zwischen 300 und 500 Millisekunden nach Stimulusbeginn auftritt.

Hallo, ich bin Brandon Ally, Assistenzprofessor an der Abteilung für Neurologie und Leiter des Forschungslabors für Gedächtnisstörungen an der Vanderbilt-Universität. Hallo, ich bin Aaron Hussey und Laborleiter im Forschungslabor für Gedächtnisstörungen. Heute werden wir Ihnen einige experimentelle Methoden vorstellen, um die Gehirnphysiologie bei Patienten mit Alzheimer-Erkrankung zu verstehen.

Mithilfe dieser Methode können wir zentrale Fragen beantworten, beispielsweise, welche Aspekte des Gedächtnisses bei diesen Patienten erhalten bleiben, und Aaron wird uns heute die Methodik zeigen. Um mit dem Protokoll zu beginnen, muss zunächst die EEG-Ausrüstung, die während des Experiments verwendet wird, hier ordnungsgemäß eingerichtet werden. Ein 128-Kanal-Bios-Semi-Active-Two-Akquisitionssystem mit aktiven Elektroden wird in Kombination mit der Active-Two-Elektrodenhaube verwendet, um ERP-Daten zu gewinnen. Stellen Sie sicher, dass die Batterie vollständig aufgeladen ist und am Verstärker angeschlossen wurde.

Sammeln Sie nun alle Materialien, die für die Vorbereitung der Teilnehmer benötigt werden, einschließlich einer Spritze mit Gel, eines Maßbandes, EEG-Kappen verschiedener Größen, Alkoholtupfer, Elektroden-Aufkleber für das Gesicht und Klettband zur Befestigung der Elektrodenkabel. Bringen Sie die Aufkleber an fünf Gesichtselektroden an, um sie für das Experiment vorzubereiten. Schalten Sie anschließend sowohl den Stimulationspräsentations-Computer als auch den Datenaufnahmecomputer ein und richten Sie die Software ein.

In diesem Protokoll wird die ePrime-Software verwendet, um Reize darzubieten und die Verhaltensdaten bios zu erfassen. Die Halbaktivansicht wird verwendet, um die Roh-EEG-Daten check zu erfassen, um sicherzustellen, dass der Verstärker die entsprechenden Triggercodes an den Datenerfassungscomputer sendet. Schalten Sie dazu zunächst den Verstärker in der Probandenkammer ein, ohne dass Elektroden oder Kabel angeschlossen sind.

Öffnen Sie dann die Software auf dem Datenerfassungscomputer und starten Sie die Datenerfassung, speichern Sie jedoch nicht. Gehen Sie anschließend zum Stimulationspräsentationscomputer. Öffnen Sie die Versuchsdatei und führen Sie das Paradigma aus.

Die in die Versuchsdatei programmierten Triggercodes sollten nun im Datenerfassungssoftwareprogramm erscheinen. Wenn der Teilnehmer zuerst eintrifft, erläutern Sie alle Studienverfahren und klären Sie eventuelle Sicherheitsbedenken, bevor Sie die schriftliche Einwilligung einholen, um sicherzustellen, dass der Proband das Protokoll vollständig verstanden hat. Bitten Sie ihn oder sie, das Protokoll mit eigenen Worten wiederzugeben.

Lassen Sie die Versuchsperson bequem auf einem hölzernen Stuhl mittlerer Höhe mit fester Rückenlehne im Versuchsraum Platz nehmen. Messen Sie anschließend den Abstand, um sicherzustellen, dass die Sichtlinie zur Stimulusdarstellung der für den Versuch vorgesehenen Standardentfernung entspricht. Hier beträgt der verwendete Abstand 48 Zoll.

Messen Sie anschließend den Kopfumfang des Teilnehmers, um festzustellen, welche EEG-Kappe verwendet werden sollte. Bitten Sie den Teilnehmer dann, jeglichen Schmuck oder Haaraccessoires zu entfernen, um einen korrekten Sitz der EEG-Kappe und eine genaue Aufzeichnung sicherzustellen. Falls der Teilnehmer eine Brille trägt, sollte diese ebenfalls an dieser Stelle entfernt werden.

Reinigen Sie mit einem Alkoholtupfer die Haut des Probanden an den Stellen, an denen die Gesichtselektroden angebracht werden. Eine Elektrode kommt auf jeden Warzenfortsatz, eine auf jede Schläfe und eine direkt unter das linke Auge. Geben Sie anschließend eine kleine Menge leitfähiges Gel auf jede Gesichtselektrode.

Entfernen Sie dann die Unterlage des Aufklebers und befestigen Sie ihn am Probanden. Üben Sie leichtem Druck aus, um sicherzustellen, dass die Elektrode an ihrem Platz bleibt. Nun kann der Proband gegebenenfalls seine oder ihre Brille wieder aufsetzen.

Platzieren Sie dann die EEG-Kappe auf dem Kopf des Teilnehmers und befestigen Sie den Riemen unter dem Kinn. Messen Sie anschließend die Distanz in Zentimetern von der Nasalnaht (Nasion) zur Hinterhauptsnaht (Inion). Multiplizieren Sie diese Messung mit 0,5, um den Mittelpunkt zu bestimmen, und platzieren Sie dort die Elektrode A1 von vorn nach hinten.

Messen Sie anschließend vom präaurikulären Punkt eines Ohres zum entsprechenden Punkt am anderen Ohr. Die Mitte dieser Messung gibt die seitliche Position für die Elektrode A1 an. Als Nächstes werden wir eine dreidimensionale Darstellung der Elektrodenpositionen auf dem Kopf des Probanden erstellen, um die Variabilität der Schädelform zwischen den Versuchspersonen zu berücksichtigen und gegebenenfalls in Zukunft eine Koregistrierung mit MRT-Daten durchzuführen.

Hier wird zunächst der Lokalisierungssender des palus Patriot Digitizers unter der Kappe hinter dem linken Ohr des Probanden platziert, wobei das überschüssige Kabel unter dem Kinnriemen verstaut wird, um ihn an Ort und Stelle zu halten. Anschließend befestigen Sie den Empfänger an einem Holzstuhl in einer Position unterhalb des Kopfes des Teilnehmers, etwa sechs Zoll vom Sender entfernt. Öffnen Sie nun die Digitalisierungssoftware und nehmen Sie die Messungen der Elektrodenpositionen mit dem Stift gemäß der Aufforderung durch die Software vor.

Mithilfe der MR Locator-Software kann nun ein 3D-Kopfmodell mit Elektrodenpositionen erstellt werden. Danach folgt, abgesehen von der Lokalisierung der Roh-EEG-Daten, nichts weiter. Sobald das 3D-Kopfmodell für den Teilnehmer auf dem Computerbildschirm überprüft wurde, füllen Sie die Elektrodenmulden auf der Kappe mit leitfähigem Gel.

Danach platzieren Sie die Elektroden an jeder vordefinierten Position auf der aktiven Zwei-Kappe. An diesem Punkt ist es ratsam, älteren Teilnehmern eine Pause anzubieten. Dies gilt insbesondere für Patienten mit Alzheimer-Krankheit, die möglicherweise häufige Pausen benötigen, um die Konzentration und anhaltende Aufmerksamkeit auf die experimentelle Aufgabe aufrechtzuerhalten.

Nach der Pause schließen Sie die Kabel und Gesichtselektroden an den Verstärker an. Anschließend sollten die Offset-Werte der Elektroden an der Datenerfassung überprüft werden. Stellen Sie am Computer sicher, dass die Offset-Werte innerhalb von 25 Mikrovolt liegen.

Sobald alle Widerstandswerte akzeptabel sind und alle Elektroden frei von Artefakten sind, kann das Experiment durchgeführt werden. In diesem Experiment wird die Software bios semi-active verwendet, um die rohen EEG-Daten zu erfassen und anzuzeigen. Um zu beginnen, laden Sie die Datei zur Präsentation der Verhaltensdaten und geben Sie die Teilnehmernummer ein.

Die experimentelle Software speichert die Antworten der Versuchsperson und generiert automatisch eine Datendatei. Sobald das Experiment beendet ist, überprüfen Sie, ob die Versuchsperson 48 Zoll vom Zentrum des Bildschirms entfernt sitzt. Sobald das Experiment geladen ist, lesen Sie die Verhaltensanweisungen gemeinsam mit der Versuchsperson vor und überprüfen deren Verständnis.

Beginnen Sie nun mit der Speicherung der rohen EEG-Daten auf dem Erfassungscomputer. Starten Sie anschließend die Stimuluspräsentation am Stimulus-Präsentationscomputer.

Stellen Sie sicher, dass ein Forscher bereitsteht, um bei älteren Erwachsenen oder Patienten mit kognitiver Beeinträchtigung die Antworten über die Tastenbox hier einzugeben. Dieses Experiment beginnt mit der Lernphase, in der dem Teilnehmer entweder eine Reihe von Bildern oder Wörtern präsentiert wird; überwachen Sie den Teilnehmer während der Verhaltensaufgabe und beurteilen Sie, ob Pausen erforderlich sind. Sobald alle verhaltensbezogenen Reize präsentiert wurden, speichern Sie die rohen EEG-Datendateien.

Anschließend werden die vorherigen Schritte für die Testphase wiederholt, in der dem Teilnehmer erneut eine Reihe von Bildern oder Wörtern präsentiert wird. In der Testphase stammen die Hälfte der präsentierten Elemente aus der vorherigen Lernphase, und die andere Hälfte besteht aus neuen Elementen. Die Teilnehmer geben mündlich gegenüber dem Forscher an, ob die Elemente alt oder neu sind. Der Forscher gibt die Antwort des Teilnehmers anschließend über die Tastenbox ein, um die Nachbearbeitung der Daten zu starten.

Die Rohdaten müssen zunächst vorbereitet und digital gefiltert werden, um Rauschen und Artefakte aus dem Signal zu entfernen, bevor hier die Analyse abgeschlossen werden kann. Zuerst wird die EMSE Suite 5.3-Software verwendet. Zeitliche Filter wie Filter mit unendlicher Impulsantwort und Bandpassfilter müssen angewendet werden.

Danach müssen die Daten auf einen bestimmten Punkt am Kopf bezogen werden; hier wird die gemeinsame Durchschnittsreferenz gewählt. Anschließend müssen die Daten räumlich gefiltert und fehlerhafte Kanäle interpoliert werden. Führen Sie eine visuelle Inspektion der Daten durch und wenden Sie geeignete Filter an.

Schließlich müssen Methoden zur Korrektur okulärer Artefakte angewendet werden, um die Signale für Artefakte durch Augenblinzeln und Augenbewegungen zu korrigieren. Hier sehen wir frontale ERP-Aktivität, die mit der erfolgreichen Rückholung von Wörtern und Bildern bei Patienten mit sehr leichtem Alzheimer und gesunden älteren Kontrollpersonen verbunden ist. Diese Bilder wurden im Zeitintervall von 300 bis 500 Millisekunden aufgenommen, das typischerweise mit konzeptueller Verarbeitung oder memorialer Vertrautheit assoziiert wird.

Beachten Sie den ähnlichen frontalen Altbekannt-Neu-Effekt für Bilder, jedoch einen verminderten Effekt für Wörter zwischen den Gruppen. Nachdem Sie die Analyse der Gehirnreaktionen auf altbekannte und neue Reize abgeschlossen haben, können Sie anschließend problemlos statistische Vergleiche zwischen Patienten mit Alzheimer-Erkrankung und gesunden älteren Erwachsenen durchführen. Es ist wichtig, sich bei Anwendung dieser Technik bewusst zu machen, dass Patienten dazu neigen, sich viel zu bewegen und zu sprechen, was unerwünschte Artefakte im Signal verursacht.

Daher ist es wichtig, genügend Versuche einzuplanen, sodass auch nach dem Ausschluss von Versuchen aufgrund dieses unerwünschten Artefakts noch genügend Daten für aussagekräftige statistische Analysen übrig bleiben. Vielen Dank fürs Zuschauen.