Eine Methode zur Verfolgung der Zeitentwicklung von Steady-State Evoked Potentials

Neurale Verzierung ist die Synchronisation der neuronalen Aktivität mit der Periodizität der sensorischen Reize. Diese Synchronisation erzeugt das steady-State evozierte Potential, d.h. Schwingungen im Elektroenzephalogramm, das an die sinnessinnlichen Reize gebunden ist. Die klassische Interpretation der Amplitude der steady-state evozierten Reaktionen geht von einer konstanten neuronalen Reaktion, die phasenfest an den Stimulus gebunden ist, sowie eines zufälligen Hintergrundrauschens, das nicht mit dem Stimulus zusammenhängt.

Die stereotype Reaktion kann mittelmittelübert über wiederholte Darstellung des Stimulus erhalten werden. Dieser Ansatz ignoriert die Dynamik der Reaktion, wie im Falle der evozierten potenziellen Anpassung, die durch eine längere Exposition gegenüber dem Stimulus ausgelöst wird. In Tiermodellen erzeugt die auditive Steady-State-Reaktion in den kortikalen Hirnregionen und trägt zur kontinuierlichen Darstellung von amplitudenmodulierten Tönen bei.

Beim Menschen hat sich kürzlich gezeigt, dass die Kraft der Grundfrequenz des visuell beschworenen steady-State-Potenzials nur bei 30 % der Probanden stationär ist. Wenn der Schwerpunkt der Forschung auf der Dynamik der Entrainment liegt, können wir davon ausgehen, dass die zeitliche Entwicklung der Antwort in verschiedenen unabhängigen experimentellen Läufen gleich sein wird. Daher bieten wir den Durchschnitt des Signals in jeder Epoche über unabhängige Läufe eine genaue Darstellung der langfristigen Dynamik der oszillierenden Reaktion.

Basierend auf dieser Annahme haben wir eine Methode entwickelt, um die Zeitentwicklung der steady-state Response zu charakterisieren. Die Methode besteht darin, mehrere Aufnahmen desselben experimentellen Zustandes zu erwerben, anstatt nachfolgende Epochen innerhalb der Aufnahmen zu durchschnittlichen. Epochen, die dem gleichen Zeitfenster in den verschiedenen Aufnahmen entsprechen, werden gemittelt.

In dieser Studie bieten wir eine detaillierte Beschreibung der Methode, unter Verwendung von stabilen visuell evozierten Potenzialen als Beispiel für eine Antwort. Die Methode kann jedoch verwendet werden, um die stationären Reaktionen anderer sensorischer Reize zu analysieren. Schließlich stellen wir die Vor- und Nachteile der Methodik vor, basierend auf dem Vergleich mit Einzelversuchsmethoden, die sie verwenden, um die neuronale Einbahnung zu analysieren.

Begrüßen Sie das Thema. Bitten Sie das Subjekt, in einer freundlichen Atmosphäre zu sprechen, um ihm die Ziele und die Relevanz dieser Studie zu erklären. Geben Sie eine Beschreibung der relevanten technischen Details an.

Beantworten Sie alle seine Fragen gründlich. Ausdrücklich erwähnen, dass sie oder er die Experimentiersitzung jederzeit unterbrechen darf, wenn gewünscht. Bitten Sie den Freiwilligen, die betreffende informierte Zustimmung zu lesen und das entsprechende Formular zu unterzeichnen.

Reinigen Sie die Kopfhaut mit Ethanol, einer Lösung zu 95%, um die Schicht von abgestorbenen Hautzellen und Talg zu entfernen, die sie bedecken. Dieser Schritt ist wichtig, um die Impedanz zwischen den Elektroden und der Kopfhaut zu reduzieren. Messen Sie den Kopfumfang, um die Größe der Elektrodenkappe zu definieren, die im Experiment verwendet wird.

Bitten Sie das Motiv, die Elektrodenkappe zu tragen. Geben Sie die Anweisungen für eine bequeme, aber korrekte Positionierung der Kappe an. Messen Sie den Abstand zwischen Nasion und Inion.

Messen Sie auch den Abstand zwischen dem linken und rechten vorauricularen Punkt. Korrigieren Sie die Position der Elektrodenkappe. Setzen Sie leitfähiges Gel in die für das Experiment berücksichtigten Elektrodenstellen.

Die Anzahl der Aufzeichnungssites kann je nach Bedarf variieren. Normalerweise erfassen wir von 64 Kopfhautstandorten mit einem Funksystem. Platzieren Sie die Aufnahmeelektroden an den richtigen Stellen.

Begleiten Sie den Freiwilligen in den Experimentierraum und bitten Sie das Subjekt, in einer bequemen Position zu sitzen. Platzieren Sie externe Elektroden an periokularen Stellen, um das Elektrookulogramm aufzuzeichnen. Diese Signale werden in den nächsten Schritten zur Korrektur von EEG-Artefakten verwendet, die durch Blinken und Augenbewegungen induziert werden.

Schalten Sie das EEG-Erfassungssystem ein und überprüfen Sie die Elektrodenimpedanz. Korrigieren Sie die Impedanz nach Bedarf nach den Anweisungen des Herstellers. Bitten Sie das Subjekt, zu blinken und die Augen in verschiedene Richtungen zu bewegen, um sicherzustellen, dass der EOG von den externen Elektroden korrekt aufgezeichnet wird.

Passen Sie die Position des Bildschirms in vertikaler Richtung entsprechend dem Ansichtswinkel des Motivs an. Unser Bildschirm besteht aus vier Leuchtdioden, die sich in der Mitte eines 50x50 cm schwarzen Bildschirms befinden, da die Scheitelpunkte des Quadrats 5x5 cm betragen. Die Teilnehmer sitzen etwa 70 Zentimeter vom Bildschirm entfernt, so dass die Quadrat von LEDs substends einen visuellen Winkel von etwa vier Grad.

Passen Sie die Luminanzebene des Bildschirms an die obere Grenze des komfortablen Niveaus der Teilnehmer an. Legen Sie die Parameter der visuellen Stimulation fest. In unseren Experimenten wird eine kontinuierliche visuelle Stimulation dargestellt, bei der die Lichtintensität bei 10Hz moduliert wird.

Präsentieren Sie den Stimulus für die zeitgemäße Zeit, die für das Experiment erforderlich ist. Halten Sie die Stimulation für zwei Minuten an. Es werden Pausen empfohlen, die dreimal länger sind als die Stimulationszeit.

Wiederholen Sie die Präsentationsschritte 30 Mal. 30 Durchläufe des Experiments sorgen für ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis der Messungen. Dennoch kann eine größere Anzahl von Wiederholungen in das experimentelle Protokoll implementiert werden.

Zeichnen Sie das EEG anhand von Standardverfahren auf. Die experimentellen Durchläufe können in einer einzelnen Datei gespeichert werden, oder für jede Ausführung kann eine andere Datei erstellt werden. Die nächsten Schritte entsprechen einer Standard-EEG-Verarbeitung.

Diese Verarbeitung wird offline durchgeführt und kann bei Bedarf geändert werden. Verweisen Sie erneut auf die Aufzeichnung mit einer durchschnittlichen Referenz. Bandpassfilter das EEG-Signal, abgeschnittene Frequenzen können bei Bedarf modifiziert werden.

Konvertieren Sie bei Bedarf die Elektrodenkoordinaten in das internationale 10-20-System. Entfernen Sie die Augenartefakte mit geeigneten Verfahren. Zu diesem Zweck können verschiedene Techniken verwendet werden.

Segmentieren Sie die EEG-Daten und Epochen von entsprechender Länge. Entfernen Sie Epochen, die EEG-Artefakte enthalten. Detrend die EEG-Epochen zu Gleichstromdrifts.

Ordnen Sie die Epochen in eine Datenmatrix von N-Zeilen und M-Spalten um, in der N die Anzahl der Aufzeichnungen und M die Anzahl der Epochen darstellt. Spalte weise, durchschnittlich den Datensatz. Zu diesem Zweck müssen die dreißig Epochen, die dem gleichen Zeitfenster in den verschiedenen Aufnahmen entsprechen, im Zeitbereich gemittelt werden.

Berechnen Sie die Amplitude der konstanten Reaktion am Ende der Mittelung mit der Schnellen Fourier-Transformation. Die Amplitude der stationären Reaktion ist definiert als die spektrale Amplitude, die bei der Frequenz der Amplitudenmodulationen der sensorischen Reize erhalten wird. Vektordurchschnitt der Amplitude einer Add-Falken-Anzahl von FFT-Behältern auf jeder Seite der Häufigkeit der Antwort, um den Restrauschenpegel zu berechnen.

Zeichnen Sie die Amplitude der stationären Reaktion und des RNL als Funktion des Säulenindexes, um die Entwicklung der Parameter während der Stimulationsphase zu untersuchen. Ergebnisse. Abbildung 2 zeigt Veränderungen in der Wellenform des SSVEP, die sich aus der spaltenweisen Mittelung von Epochen ergeben. Dreißig Aufnahmen wurden erhalten.

Die neuronale Schwingungszeit, die für die Stimulation gesperrt war, wurde offensichtlich, als die säulenweise Mittelung durchgeführt wurde. Bezeichnenderweise kann der Zeitraum, in dem das SSVEP erzeugt wird, in den Spuren beobachtet werden, die der Spalte 1 entsprechen. In dieser Spalte werden 02 Sekunden der Vor-Stimulus-Baseline dargestellt.

Daher ermöglicht das hier beschriebene Verfahren nicht nur die Dynamik der oszillatorischen Reaktion, sobald die neuronale Einspeisung bereits etabliert ist, sondern auch das Eingreifen der neuronalen Schwingungen. Die mittlere Amplitude des SSVEP nahm während der Mittelung der ersten Epochen der Säulen ab und tendierte danach zur Stabilisierung. Dieses Verhalten erklärt sich durch den relativ hohen Beitrag des Rauschens zur Antwortamplitude, der in den ersten gemittelten Epochen berechnet wird, der abgeschwächt wird, wenn Mittelung durchgeführt wird.

Die Standardabweichung des Restgeräuschpegels blieb relativ konstant, da die Anzahl der gemittelten Epochen zunahm, was darauf hindeutet, dass die Aufnahmebedingungen entlang des Versuchsabschnitts stabil waren. Die oben vorgestellten Ergebnisse ermittelten die Veränderungen des Spitzensignal-Rausch-Verhältnisses der Messungen. Im Verlauf der Mittelung stieg das Spitzensignal-Rauschverhältnis, als die Anzahl der durchschnittlichen Epochen auf etwa 18 anstieg.

Weitere Erhöhungen in der Anzahl der gemittelten Epochen hatten keinen wesentlichen Einfluss auf die Qualität des Signals. Schließlich werden die Dynamik der stationären visuellen Evoktuierung potentieller Amplitude und der Restrauschenpegel in Abb. 4 dargestellt, indem die Antwortparameter, die am Ende der Spalte berechnet wurden, weise Mittelung von Epochen als Funktion der Anzahl der Spalten als Funktion der Zeit dargestellt wurden.

In diesem Bereich nahm die Antwortamplitude in den ersten 12 Sekunden nach dem Beginn des Stimulus allmählich zu. Die Zeit, die der Länge von drei Epochen entspricht. Als der Stimulus anhielt, nahm die Reaktion in den folgenden 12 Sekunden kontinuierlich ab und blieb danach relativ konstant.

Diese Ergebnisse lassen sich nicht durch das Verhalten des RNL erklären, da dieser Parameter während der Stimulationsphase relativ konstant war. Die Zunahme der SSVEP-Amplitude nach dem Stimulusbeginn lässt sich durch Integrationsprozesse erklären, die zur Stabilisierung der neuronalen Einbahnung führen. Die anschließende Abnahme der Amplitude deutet auf eine Anpassung des SSVEP an die nachhaltige Stimulation hin.

Dennoch müssen diese Hypothesen in kontrollierten Experimenten mit entsprechend angeeigneter Stichprobengröße getestet werden. Die Berechnung der Amplitude der stationären Antworten nach der Zeitdomänen-Mittelung unabhängiger Durchläufe impliziert die Analyse nur zeitgesperrter Schwingungen, die die Mittelung überleben. Dieses Verfahren kann relevante Informationen über die Dynamik der Reaktion in einzelnen Versuchen filtern.

Es garantiert jedoch ein ausreichend hohes Signal-Rausch-Verhältnis. Dieser Aspekt könnte von besonderer Bedeutung sein, wenn die Antworten nahe an der elektrophysiologischen Schwelle liegen, ein Zustand, in dem die Detektion der Einbahnung durch ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis der Messung beeinträchtigt werden kann.