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La investigación de los efectos de los antipsicóticos y Esquizotipia en la N400 usando los potenciales eventos relacionados y Categorización Semántica

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DOI:

10.3791/52082

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19 de noviembre de 2014

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1Department of Psychology, McGill University, 2Department of Cognitive Science, McGill University, 3Douglas Institute, Department of Psychiatry, McGill University, 4Neurology and Neurosurgery Department, McGill University

En este artículo

Resumen

Usando los potenciales EEG relacionados con eventos (ERPs), que investigan los efectos de los medicamentos antipsicóticos en activaciones cerebrales semánticas anormales en individuos sanos con rasgos esquizotípicos. Utilizamos ERPs para rastrear los cambios distintos en la actividad cerebral, una idea de los procesos cognitivos asociados con la categorización semántica vertimiento.

Resumen

Dentro del campo de la neurociencia cognitiva, la resonancia magnética funcional (fMRI) es un método popular de visualizar el funcionamiento del cerebro. Esto es en parte debido a su excelente resolución espacial, que permite a los investigadores a identificar áreas del cerebro asociadas con los procesos cognitivos específicos. Sin embargo, en la búsqueda para localizar las funciones cerebrales, es relevante tener en cuenta que muchos, y los procesos cognitivos, motrices sensoriales tienen distinciones temporales que son imprescindibles para capturar, un aspecto que se deja incumplida por resolución temporal subóptima de fMRI. Para entender mejor los procesos cognitivos, por lo que es ventajoso utilizar el potencial (ERP) de grabación de eventos relacionados como un método de recopilación de información sobre el cerebro. Algunas de sus ventajas son su resolución temporal fantástica, que ofrece a los investigadores la capacidad de seguir la actividad del cerebro hasta la milésima de segundo. También directamente los índices de ambos potenciales postsinápticos excitatorios e inhibitoriospor el cual se realizan la mayoría de los cálculos del cerebro. Esto se encuentra en contraste con fMRI, que captura un índice de la actividad metabólica. Además, el método de ERP no invasiva no requiere una condición contraste: ERPs primas pueden ser examinadas por sólo una condición experimental, una distinción de resonancia magnética funcional, donde las condiciones de control deben ser sustraídos de la condición experimental, lo que lleva a la incertidumbre en la asociación con observaciones experimentales o contrastar las condiciones. A pesar de que está limitado por su pobre resolución espacial y subcortical actividad, utilidad grabaciones ERP, relación costo-efectividad, y las ventajas asociadas ofrecen sólida justificación para su uso en la neurociencia cognitiva para seguir los cambios temporales rápidos en la actividad neuronal. En un esfuerzo por fomentar el aumento de su uso como método de formación de imágenes de investigación, y para garantizar la recogida de datos sea correcta y precisa, el presente artículo se describen - en el marco de un paradigma de uso de categorización semántica para examinar los efectos de los antipsicóticoss y la esquizotipia en la N400 - el procedimiento y los aspectos clave relacionados con la adquisición de datos de ERP.

Introducción

Aunque los avances de neuroimagen han aumentado sin lugar a dudas nuestra comprensión de las funciones del cerebro, estos avances tienen un énfasis en gran medida estática en la elucidación de las estructuras del cerebro. Esto deja posteriormente las características temporales dinámicas de las redes cerebrales relativamente envueltos en la oscuridad, como los métodos de neuroimagen que se ocupan de estos aspectos temporales, como la resonancia magnética funcional y la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS), producen resoluciones temporales que son insuficientes en comparación con la de EEG. Por tanto, es pertinente para entender mejor y emplear el uso de la grabación ERP, que es capaz de producir grandes cantidades de información significativa que de otro modo serían desconocido. Grabación ERP es una herramienta de análisis no invasivo que permite a los neurocientíficos cognitivos para rastrear las modulaciones temporales rápidas de la actividad neuronal que se suscitaron por, procesos sensoriales, motoras y cognitivas. Se trata de la colocación de electrodos en el cuero cabelludo para capturar las respuestas postsinápticas eléctricas de gran npoblaciones euronal 2 a eventos o estímulos específicos. ERPs son cambios electroencefalográficos que son tiempo-bloqueado para sensoriales, motoras, cognitivas o eventos, y se cree que representan la suma de los potenciales postsinápticos producidos durante el procesamiento de la información 3. Estas formas de onda de ERP se caracterizan por su latencia, amplitud, polaridad, y distribución del cuero cabelludo, proporcionando una rica variedad de datos neurológico que puede estimular una mayor comprensión de las conexiones neuronales que contribuyen a la cognición.

El objetivo de la grabación de ERP y la electroencefalografía (EEG) es la obtención de información sobre los procesos neuronales fundamentales que intervienen en orden superior, las operaciones cognitivas complejas 4. ERPs se definen por su fluctuación negativa o positiva, así como su ubicación en el cuero cabelludo y el tiempo en el que aparecen después de la aparición del estímulo. Varios ERPs se han asociado con diferentes aspectos de laprocesamiento cognitivo. Por ejemplo, hemos estado buscando en el relacionado con el evento potencial cerebral N400 5, una forma de onda negativa que se suscitó a 400 ms después de la aparición de estímulos significativos, tales como palabras 6, y cuya distribución en el cuero cabelludo se sabe que dependen de la categoría semántica de estos estímulos. El N400 es un índice de activaciones semánticas, y los estudios han demostrado que tiene una amplitud mayor para las palabras que activan más representaciones, tales como palabras concretas (por ejemplo., Plátano) que activan ambas representaciones visuales y verbales, que para las palabras abstractas (por ejemplo, , idea), que activan sólo representaciones verbales 7,8. La investigación también apoya la idea de que incluso los síntomas leves de la esquizofrenia, medida por escalas de esquizotipia, se asocian con la activación semántica anormalmente excesiva de la N400 9. Como tal, estamos explorando si la medicación antipsicótica, lo que disminuye la presentación de los síntomas esquizofrénicos, normaliza sí anormalactivaciones mánticos de la N400 en individuos sanos con niveles altos de esquizotipia. Aquí, el uso de ERP en un paradigma de categorización semántica es ventajoso para el estudio de los efectos de los antipsicóticos en el N400.

Como la grabación de ERP es un método no invasivo y relativamente económico para evaluar el funcionamiento de los nervios, que se puede aplicar en una amplia gama de dominios, como lo demuestra el gran número de estudios de ERP en la neurociencia cognitiva, la neurología, la neuropsicología, la psicolingüística y la psicología cognitiva . Su versatilidad permite a los investigadores a hacer preguntas de investigación pertinentes sobre el tiempo relativo de eventos neuronales en una gran variedad de dominios, incluyendo el lenguaje, la cognición y el estudio de diversos trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia 10, el trastorno afectivo bipolar, la depresión y el trastorno de dependencia del alcohol , y que ofrece ventajas sustanciales sobre los métodos alternativos de neuroimagen, como funcional de imágenes por resonancia magnética (fMRI). Algunos de estos incluyen su excelente resolución temporal, que aclara la actividad cerebral hasta la milésima de segundo. Grabación ERP también directamente índices potenciales postsinápticos excitatorios (EPSPS) y los potenciales postsinápticos inhibitorios (IPSPs) a través del cual se llevan a cabo muchos cálculos del cerebro, algo que no hace resonancia magnética funcional. Otra de las ventajas de la grabación ERP es que ofrece la posibilidad de distinguir la actividad inhibitoria (hyperpolarizations neuronales) de la actividad excitatoria (despolarización neuronal), mientras que en la resonancia magnética funcional, mayores señales no se diferencian claramente entre estos dos. Además, el método de ERP no requiere una condición contraste: ERPs primas pueden ser examinadas por sólo una condición experimental, una distinción de resonancia magnética funcional, donde las condiciones de control deben ser sustraídos de la condición experimental, lo que lleva a la incertidumbre en la asociación de las observaciones con las condiciones experimentales o de contraste. Utilidad grabaciones ERP, relativarentabilidad y ventajas asociadas ofrecen sólida justificación para el uso de los ERP en la neurociencia cognitiva como una manera de realizar un seguimiento de los cambios temporales rápidos en la actividad neuronal. Seguido es una guía paso a paso a los conceptos básicos de la ejecución de un experimento EEG y grabación potenciales relacionados con eventos.

Protocolo

Este protocolo sigue las directrices establecidas por el Consejo de Investigación y Ética Douglas Instituto.

1. Preparación del Paciente

  1. Cuando el participante llega, explicar el experimento y obtener una firma en un formulario de consentimiento informado que ha recibido la aprobación ética de la Junta de Revisión Institucional de las instituciones.
  2. Haga una marca con el lápiz rojo en el puente de la nariz (nasión), en medio de las cejas. Utilizando una cinta métrica, mida la distancia desde la nasión a la base inferior del cráneo, el inion. Discernir esta ubicación deslizando una mano por el cuello hasta que se sintió un golpe en la parte posterior de la cabeza del participante.
  3. Tome 1/10 de la medida entre el nasión y el inion y hacer una marca cerca de la línea de implantación del nasión, teniendo cuidado de garantizar que estas medidas están en línea con la nariz.
  4. Envuelva la cinta métrica de la cabeza (4 cinta color) alrededor de la cabeza a la altura de la marcahecho en el paso 1.3. Determine el tamaño de tapa sobre la base de que el extremo no de color de la cinta se encuentra con el extremo de color: usar una gorra azul si se cruza en la región azul, use una gorra azul-rojo si cruza entre las regiones azul y rojo, etc.

2. Colocación de los electrodos

  1. Coloque la tapa en la cabeza del participante. Alinee los dos electrodos en la parte delantera de la tapa con los ojos. Inserte los discos de esponja desechables en los electrodos frontales (FP1 y FP2), para mantener la electro-gel se propague.
  2. Sostenga los dos electrodos frontales en contra de la marca cerca de la línea del cabello y tire de la tapa en la cabeza. Asegúrese de que el tapón se ajusta perfectamente en la cabeza participantes.
  3. Coloque los electrodos del oído Onto lóbulos de las orejas del participante como electrodos de referencia. Limpie los lóbulos de las orejas con el alcohol. El uso de un aplicador con punta de algodón, se extendió EEG piel gel abrasivo preparando a los lóbulos de las orejas para facilitar la conductividad.
  4. Tome una jeringa y llenarlo con electrolito geléct. Luego, apriete el gel sobre el electrodo oído. Coloque con cuidado el electrodo oído lleno de gel en lóbulos de las orejas del participante.
  5. Conecte los cables de la tapa y los electrodos del oído al amplificador de EEG. Ajuste la ganancia del amplificador a 20.000. Conecte el arnés a la tapa con las correas de tapa, asegurándose de que se mantiene perfectamente la tapa en su lugar.
  6. Iniciar la aplicación de gel electrolito hacia el electrodo de tierra, que se encuentra en el anterior medio de la tapa. Gel electrolito aumenta la conectividad eléctrica entre el cuero cabelludo y el electrodo.
  7. Utilice la jeringa para exprimir gel electrolito en el electrodo. Comience por la inserción de la jeringa en el electrodo y el rock hacia atrás y adelante hasta que esté en contacto con el cuero cabelludo. A continuación, apretar simultáneamente la jeringa y tire hacia arriba, creando una columna vertical de gel.
  8. Repita el paso 2.7 para todos los electrodos.
  9. Desgastar el cuero cabelludo por debajo de los electrodos con una aguja roma. Haga esto mientras observing el monitor de la computadora, que debería mostrar un esquema de los electrodos. Apunta a rayar el cuero cabelludo hasta que el electrodo correspondiente en la pantalla se vuelve negro en color. Se recomienda comenzar con los electrodos del oído, y luego pasar a los electrodos de tierra.

Experimento 3. Electroencefalografía EEG

  1. Lea las instrucciones para el experimento con el tema. Abra el software de adquisición de EEG en el equipo.
  2. Observar la actividad de descanso de los electrodos. Solucionar problemas de electrodos "malos", como las señales de línea plana, o señales excesivamente activos. Si los hay, repita los pasos 2.7 y 2.9 para minimizar la impedancia.
    strong> NOTA: La impedancia, que se mide usando una corriente de 30 Hz, se debe mantener por debajo de 5 kW.
  3. Comienza la grabación una vez que las señales de los electrodos se ven bien y no hay señales de línea planas o excesivamente señales activas. Busque cualquier myograms o movimiento ocular, y asegurar que la particise abstiene de las bragas de parpadear y tensando sus músculos de la mandíbula y la frente, ya que estos producirán un ruido excesivo en los datos. En reposo, puede haber ritmos beta y alfa presente.
  4. Iniciar el experimento en el segundo equipo. El momento en que el diseño experimental es importante. Observe cuidadosamente para asegurarse de que el software experimento, tales como E-Prime, envía "marcadores" para indicar el inicio del estímulo. Esto es crucial, ya que el inicio del estímulo se utiliza a menudo como un punto de referencia para un evento en paradigmas de ERP.
  5. Una vez que el experimento se ha completado, asegúrese de que los datos han sido saved- este proceso será diferente dependiendo del software utilizado. Retire con cuidado la tapa, y ayudar al participante con el lavado y el secado del cabello.
  6. Separe la tapa y electrodos de oído del amplificador, retire los discos de esponja desechables, y limpiar los electrodos de capitalización y los oídos bajo el chorro de agua con un palo o el final de un hisopo de algodón. Use un jabón suave o champú, así como un cepillo de dientes, a suavemente cloído el gel de los electrodos. Enjuague bien. Deje que el equipo se seque al aire.

4. Procesamiento de Datos

  1. Para obtener los componentes ERP de la EEG, determinar qué época se estudió. Por ejemplo, para calcular la amplitud N400, utilice las tensiones medias en la ventana de tiempo ms 300-500 para el cálculo.
  2. Antes de promediar las épocas de EEG, rechazar los ensayos con los movimientos oculares excesivas o saturaciones del amplificador. Dependiendo del paradigma experimento, puede ser relevante para rechazar ensayos que corresponden a respuestas incorrectas.
  3. Después de promediar, filtrar los ERPs y representar los datos (ver Figura 1 animadas para obtener instrucciones específicas sobre el procesamiento de datos usando Matlab, EEGLab, y ERPLab).

Resultados

Cinco figuras se han incluido para ayudar a los investigadores a obtener una grabación óptima ERP La Figura 1 muestra las formas de onda de ERP obtenidos tras la finalización con éxito de este protocolo.; constituye un "buen" resultado debido a su registro preciso. Figura 2, por otra parte, ilustra las formas de onda de ERP que caracterizarían una mala ejecución del protocolo, lo que resulta en resultados "malos", los cuales son principalmente identificados en señales excesivamente ruidosos. La Figura 3 muestra los problemas comunes que pueden surgir en la grabación de ERP que puede impedir la recolección de datos adecuada. Actividad alta se puede interpretar de la alta frecuencia y grandes amplitudes de las ondas. Por el contrario, una "línea plana" indica una falta de actividad o conectividad inadecuada. Las figuras 4 y 5 muestran los grandes promedios de los principales resultados de nuestra investigación sobre los efectos de los antipsicóticos y la esquizotipia enel N400, tal como se mide utilizando un paradigma de categorización semántica.

figure-results-1
Figura 1. buen resultado. Esta cifra representa las formas de onda de ERP promedio de un sujeto durante todos los ensayos siguientes ejecución exitosa de la técnica, lo que resulta en ninguna línea planas o ruido excesivo. Tenga en cuenta que las olas se verá ligeramente diferente dependiendo de las tareas del paradigma experimental Usa-que dependen en gran medida de diferentes procesos (cognitivo, sensorial y motor) va a producir diferentes formas de onda en función del contenido de la tarea y las habilidades requeridas por la tarea. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta cifra.

figure-results-2 Figura 2. Mal Resultado. Esta cifra representa las formas de onda de ERP promedio de un tema sobre todos los ensayos siguientes inadecuada ejecución de la técnica. Las formas de onda mostradas aquí son pobres debido al ruido, así como la línea plana en FP2. Obsérvese también la falta de componentes ERP reconocibles en el EEG. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta cifra.

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. Figura 3. Problemas comunes Esta cifra representa los problemas comunes que surgen con esta técnica; es decir, movimiento de los ojos, el movimiento muscular, o la saturación. Tenga en cuenta que pueden producirse estos problemas en cualquiera de los canales, así que asegúrese de comprobar todos ellos. Por favor, haga clic aquí para competirwa versión más grande de esta cifra.

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Figura 4. Efecto de la esquizotipia. Esta cifra representa los grandes ERPs medios en la condición placebo. Las líneas rojas corresponden a los participantes con las puntuaciones altas en el cuestionario de personalidad esquizotípico. Las líneas negras corresponden a los participantes con baja esquizotipia según lo determinado por el cuestionario.

figure-results-5
Figura 5. Efectos de la medicación en los individuos altos de esquizotipia. Esta cifra representa los ERPs grandes medios, en su rojo corresponde a la medicación (olanzapina), y corresponde negro con el placebo. Por favor, haga clic aquí para ver una versi más grandesen esta figura.

Figura 1. Esta figura animada puede ser utilizado como una guía para el procesamiento de los datos y la obtención de ERPs.

Discusión

En nuestra investigación de los efectos de la medicación antipsicótica en la N400, se encontró que en la condición placebo, N400s anteriores eran más grandes en los individuos con alta esquizotipia que en los sujetos con baja esquizotipia. En la condición de medicamento, sin embargo, N400s fronto-centro fue más pequeño, pero sólo en los individuos con alta esquizotipia. Por lo tanto, el medicamento se le ve a disminuir estos grandes N400s fronto-central en individuos esquizotípicos altos, lo que confirma investigaciones anteriores que ilustra más pequeños N400s anteriores en pacientes esquizofrénicos tratados con medicamentos antipsicóticos, en relación con los pacientes que recibieron un placebo 11,12. En los individuos con baja esquizotipia, no hubo efecto de la medicación. Estos resultados se obtuvieron con la correcta aplicación del protocolo, y hablan de la importancia de la recopilación de datos claros y precisos.

Para asegurar resultados precisos y válidos, hay algunos puntos críticos a tener en cuenta. Aobtener una buena señal, es crucial que la tapa esté perfectamente en forma y colocado de manera que los electrodos sagital son exactamente en el medio y que la impedancia se ajusta. Una tapa que es demasiado grande puede reducir la calidad de la grabación, ya que será mucho más difícil de reducir impedancias 13. También es importante que los participantes entienden que deben evitar el movimiento excesivo, parpadeando, o flexionar sus músculos de la cara y de la mandíbula, ya que estas acciones van a introducir cambios en los rastros EEG y, potencialmente, hacer que la interpretación de datos muy difícil 14. Después del experimento, el equipo debe limpiarse adecuadamente para garantizar que los electrodos no estén bloqueados con residuos de gel, lo que podría afectar el futuro colección de señales.

Si hay problemas en la señal, como el ruido o líneas planas, asegúrese de que los electrodos tanto en la tierra y de referencia están conectados correctamente. La reducción de la impedancia de estos electrodos puede reducir el ruido, así que sihay problemas en la conectividad, vuelva a aplicar el gel y volver a cero el cuero cabelludo debajo de los electrodos. Si hay myograms, permitir que el sujeto se relaje antes de continuar. En el diseño del experimento, es relevante para la grabación ERP que el diseño experimental representa temporización aspectos, tales como la duración de la presentación del estímulo y períodos de tiempo breves que permiten que el participante a parpadear.

Antes de comenzar un experimento EEG, es importante comprender las limitaciones asociadas. El relativamente pobre resolución espacial puede ser algo a considerar, así como la dificultad de utilizar EEG para dilucidar la actividad subcortical. El ruido introducido por parpadea y la actividad muscular también es desventajoso, y las señales neuronales obtenidos están manchadas a medida que pasan a través del líquido cefalorraquídeo, meninges, y el cráneo. Estas limitaciones pueden ser tratados con métodos alternativos de neuroimagen independiente- como fMRI, NIRS & #8211; o mediante la combinación de EEG con estos enfoques alternativos. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, estos enfoques también tienen sus propias limitaciones. Las condiciones de contraste necesarios y la falta de línea de base y la polaridad en fMRI son ejemplos notables. Con respecto a las técnicas de imagen del cerebro alternativas, la grabación ERP tiene muchas ventajas- más particularmente su resolución temporal notable, que está en el nivel de milisegundos. También es no invasivo y mínimamente incómodo para el participante, y no está asociado con los riesgos o peligros significativos. Grabación ERP es económicamente sólido, especialmente en comparación con otras técnicas de neuroimagen como la resonancia magnética funcional (fMRI) y la tomografía por emisión de positrones (PET) 15. Ofrece una mirada a los eventos neuronales que se producen en los procesos cognitivos, sensoriales y motoras, y en el futuro, se podría aplicar a explorar los procesos preconscientes.

Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Los autores desean agradecer el cerebro y el comportamiento Research Foundation por su generoso apoyo.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Software de adquisición de EEG (Scan 4.5)Neuroscanhttp://www.neuroscan.com/scan.cfm
Digital EEG Amplifier (NuAmp)Neuro Scan Labshttp://www.neuroscan.com/documents/AF573-01%20CURRY%20NuAmpsExpressPRESSD4.pdf
2 ordenadores
MatlabThe MathWorks, Inchttp://www.mathworks.com/products/matlab/
EEGLab Matlab toolboxhttp://sccn.ucsd.edu/eeglab/
ERPLAB Toolboxhttp://erpinfo.org/erplab
Software de generación de estímulosE-Prime
ECI Electrodo capInternational, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/caps/
Cinta métrica de cabeza especial (cinta de 4 colores)Electro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Discos de esponja desechablesElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Gel preparador de piel abrasivo EEG (Nuprep)Weaver and Companyhttp://www.weaverandcompany.com/nuprep.html
Arnés corporalElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Correas de gorraElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Electro-gelElectro-cap International, Inc
Aguja roma (BD Vacutainer PrecisionGlide Multiple Sample Needle)Becton, Dickinson and Company367211; ver http://www.bd.com/resource.aspx?IDX=7559
JeringaElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
2 Electrodos de oídoElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Toallitas con alcohol Lápiz
Hisopos de
Instalaciones y suministros para que los participantes se laven el cabello después del experimento: lavabo, champú, peine, toallas, secador
rojoalgodón de pelo

Referencias

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