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Artículo de método

Hiperexploración de EEG en el hogar para las interacciones sociales entre el bebé y el cuidador

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DOI:

10.3791/66655

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31 de mayo de 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of Psychology, School of Social Sciences, Nanyang Technological University, 2Department of Pediatrics, University of Cambridge, 3Child Neuropsychology Section, Department of Child and Adolescent Psychiatry, Psychosomatics and Psychotherapy, Medical Faculty, RWTH Aachen University

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe cómo se capturaron electroencefalografías, electrocardiografías y registros conductuales sincronizados de díadas bebé-cuidador en un entorno hogareño.

Resumen

Los estudios previos de hiperexploración que registran las actividades cerebrales de los cuidadores y los niños al mismo tiempo se han realizado principalmente dentro de los límites del laboratorio, lo que limita la generalización de los resultados a entornos de la vida real. Aquí, se propone un protocolo integral para capturar electroencefalografías (EEG), electrocardiografías (ECG) y registros de comportamiento sincronizados de díadas lactante-cuidador durante diversas tareas interactivas en el hogar. Este protocolo demuestra cómo sincronizar los diferentes flujos de datos e informar sobre las tasas de retención de datos de EEG y los controles de calidad. Además, se discuten los problemas críticos y las posibles soluciones con respecto a la configuración experimental, las tareas y la recopilación de datos en el hogar. El protocolo no se limita a las díadas de lactantes-cuidadores, sino que puede aplicarse a varias constelaciones diádicas. En general, demostramos la flexibilidad de las configuraciones de hiperescaneo de EEG, que permiten realizar experimentos fuera del laboratorio para capturar las actividades cerebrales de los participantes en entornos ambientales más ecológicamente válidos. Sin embargo, el movimiento y otros tipos de artefactos aún restringen las tareas experimentales que se pueden realizar en el hogar.

Introducción

Con el registro simultáneo de las actividades cerebrales de dos o más sujetos que interactúan, también conocido como hiperescaneo, se ha hecho posible dilucidar la base neuronal de las interacciones sociales ensu dinámica compleja, bidireccional y de ritmo rápido. Esta técnica ha cambiado el enfoque del estudio de individuos en entornos aislados y estrictamente controlados al examen de interacciones más naturalistas, como las interacciones entre padres e hijos durante el juego libre 2,3, la resolución de acertijos4 y los juegos de computadora cooperativos 5,6. Estos estudios demuestran que las actividades cerebrales se sincronizan durante las interacciones sociales, es decir, muestran similitudes temporales, un fenómeno denominado sincronía neuronal interpersonal (INS). Sin embargo, la gran mayoría de los estudios de hiperexploración se han limitado a entornos de laboratorio. Si bien esto permite un mejor control experimental, puede ocurrir a expensas de perder cierta validez ecológica. Las conductas observadas en el laboratorio pueden no ser representativas de las conductas interactivas cotidianas típicas de los participantes debido al entorno desconocido y artificial y a la naturaleza de las tareas impuestas7.

Los avances recientes en dispositivos móviles de neuroimagen, como la electroencefalografía (EEG) o la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS), alivian estos problemas al eliminar el requisito de que los participantes permanezcan físicamente conectados a la computadora de registro. Así, permiten medir las actividades cerebrales de los participantes mientras interactúan libremente en el aula o en sus hogares 8,9. La ventaja del EEG en comparación con otras técnicas de neuroimagen, como el fNIRS, es que tiene una excelente resolución temporal, lo que lo hace particularmente adecuado para investigar dinámicas sociales aceleradas10. Sin embargo, viene con la advertencia de que la señal de EEG es altamente vulnerable al movimiento y otros artefactos fisiológicos y no fisiológicos.

A pesar de esto, los primeros estudios han implementado con éxito configuraciones de hiperescaneo de EEG en entornos y condiciones realistas. Por ejemplo, Dikker et al.12 midieron la señal de EEG de un grupo de estudiantes mientras participaban en diversas actividades en el aula, como asistir a conferencias, ver videos y participar en discusiones grupales. Este estudio, junto con otros estudios 8,9, ha utilizado predominantemente electrodos de EEG secos para facilitar el proceso de realización de mediciones en entornos no laboratorios. En comparación con los electrodos húmedos, que requieren la aplicación de gel o pasta conductora, los electrodos secos ofrecen notables ventajas en términos de usabilidad. Se ha demostrado que exhiben un rendimiento comparable al de los electrodos húmedos en poblaciones adultas y condiciones estacionarias; sin embargo, su rendimiento puede disminuir en escenarios relacionados con el movimiento debido al aumento de los niveles de impedancia13.

Aquí, presentamos un protocolo de trabajo para capturar grabaciones sincronizadas de un sistema de EEG de gel líquido de siete canales de baja densidad con un electrocardiograma (ECG) de una sola derivación conectado al mismo amplificador inalámbrico (frecuencia de muestreo: 500 Hz) de díadas de lactantes-cuidadores en un entorno doméstico. Mientras que los electrodos activos se utilizaron para los adultos, los electrodos pasivos se utilizaron en cambio para los bebés, ya que estos últimos suelen presentarse en forma de electrodos anulares, lo que facilita el proceso de aplicación del gel. Además, las grabaciones de EEG-ECG se sincronizaron con tres cámaras y micrófonos para capturar los comportamientos de los participantes desde diferentes ángulos. En el estudio, los bebés de 8 a 12 meses de edad y sus cuidadores participaron en una tarea de lectura y juego mientras se registraban su EEG, ECG y comportamientos. Para minimizar el impacto del movimiento excesivo en la calidad de la señal de EEG, las tareas se llevaron a cabo en un entorno de mesa (por ejemplo, utilizando la mesa de la cocina y una silla alta para bebés), lo que requirió que los participantes permanecieran sentados durante toda la tarea de interacción. A los cuidadores se les proporcionaron tres libros apropiados para su edad y juguetes de mesa (equipados con ventosas para evitar que se cayeran). Se les indicó que leyeran a su hijo durante aproximadamente 5 minutos, seguido de una sesión de juego de 10 minutos con los juguetes.

Este protocolo detalla los métodos para recopilar datos sincronizados de EEG-ECG, video y audio durante las tareas de lectura y reproducción. Sin embargo, el procedimiento general no es específico de este diseño de investigación, sino que es apropiado para diferentes poblaciones (por ejemplo, díadas padre-hijo, díadas amigas) y tareas experimentales. Se presentará el método de sincronización de diferentes flujos de datos. Además, se esbozará un proceso básico de preprocesamiento de EEG basado en Dikker et al.12, y se informarán las tasas de retención de datos de EEG y las métricas de control de calidad. Dado que las opciones analíticas específicas dependen de una variedad de factores (como el diseño de la tarea, las preguntas de investigación, el montaje del EEG), el análisis de hiperescaneo de EEG no se detallará más, sino que se remitirá al lector a las pautas y cajas de herramientas existentes (p. ej.,14 para las pautas;15,16 para las cajas de herramientas de análisis de hiperescaneo). Por último, el protocolo analiza los desafíos y las posibles soluciones para el hiperescaneo de EEG-ECG en el hogar y otros entornos del mundo real.

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Protocolo

El protocolo descrito ha sido aprobado por la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur. Se obtuvo el consentimiento informado de todos los participantes adultos y de los padres en nombre de sus bebés.

1. Consideraciones sobre el equipo y el espacio en las sesiones en casa

  1. Prepárese para diferentes condiciones de humedad y temperatura según el país y la temporada. Para ambientes con altos niveles de temperatura y humedad, asegúrese de que haya un flujo de aire adecuado y, si es posible, encienda la unidad de aire acondicionado en casa.
  2. Mantenga distancia de transmisores WiFi, equipos Bluetooth (por ejemplo, teléfonos móviles, teclado, mouse, etc.) y hornos microondas, ya que la maquinaria cercana que opera en la misma banda de frecuencia puede causar interferencias. Además, intente mantener la configuración experimental alejada de los dispositivos de carga en la casa, ya que esto podría causar un ruido significativo de la línea eléctrica en los datos. Tenga en cuenta que los ventiladores de pie cercanos o los ventiladores de techo a altas velocidades podrían hacer que los cables del EEG se balanceen y contribuyan a los artefactos mecánicos.
  3. Prepare un espacio propicio para que el experimento se lleve a cabo dentro de la casa del participante. Asegúrese de que el área de la prueba tenga suficiente espacio libre para acomodar a un cuidador y un bebé en una silla alta sentados alrededor de una mesa, así como tres cámaras en trípodes. Retire todos los elementos de la mesa, si es posible, para reducir cualquier posible distracción.
  4. Asegúrese de que haya un brillo adecuado en el área de prueba para que las videocámaras capturen las expresiones del participante. Si las mesas están cerca de ventanas, no coloque las videocámaras frente a la ventana para evitar el deslumbramiento de la lente.

2. Preparativos antes del período de sesiones

  1. Informe a los participantes que para la medición del EEG, los adultos deben lavarse el cabello el día antes de la sesión sin aplicar productos para el cabello. Pregúnteles si podrían abstenerse de usar maquillaje el día de la sesión de EEG.
  2. Asegúrese de que todo el equipo de grabación (micrófonos y videocámaras), los ordenadores portátiles, los amplificadores y el banco de energía utilizado por la caja de disparo se carguen el día antes de la sesión. Comprueba que todo el equipo está completamente cargado unas horas antes de la sesión. Lleve cargadores o bancos de energía preferiblemente portátiles para casos inesperados de niveles bajos de batería en el equipo.
  3. Empaque todos los formularios y el equipo de grabación necesarios para la sesión.

3. Preparación del experimento en casa del participante

  1. Preparación de gelificación para EEG
    1. Ponte un par de guantes cuando manipules el gel. Llene cuatro jeringas con gel, dos jeringas con la punta roma para los electrodos pasivos y dos jeringas con la punta más fina para los electrodos activos.
    2. Prepare dos piezas cuadradas de cinta adhesiva para los electrodos de ECG para bebés y adultos.
  2. Preparación del equipo de grabación
    1. Quítese los guantes cuando manipule equipos electrónicos.
    2. Encienda todas las computadoras portátiles y conecte los dongles de EEG a las computadoras portátiles respectivas. Asegúrese de que el software de registro de EEG esté funcionando.
    3. Conecte los amplificadores para adultos y bebés al software de grabación de EEG en las computadoras portátiles respectivas a través de una conexión inalámbrica.
    4. Verifique y asegúrese de que ambos amplificadores (adulto y bebé) tengan la misma configuración del puerto de disparo, es decir, si el marcador de disparo se produce en el borde ascendente (activo alto) o descendente (activo bajo) del pulso de entrada.
    5. Monte las tres videocámaras en cada trípode. Asegúrese de que cada videocámara capture al cuidador, al bebé y al cuidador y al bebé (vista combinada), respectivamente (véase la Figura 1). Antes de comenzar la sesión, asegúrese de que los ángulos de la videocámara puedan capturar consistentemente los rostros de los participantes, teniendo en cuenta que el cuidador a menudo se mueve hacia el ojo del bebé durante las interacciones.
  3. Coloque la silla alta del bebé y la silla del cuidador en el borde de la mesa de modo que se enfrenten en un ángulo en el que las videocámaras puedan captar sus expresiones faciales (véase la figura 1). Si no hay suficiente espacio en la mesa, coloque la silla alta del bebé y la silla del cuidador una al lado de la otra en ángulo recto.

figure-protocol-1
Figura 1: Vista de arriba hacia abajo de la configuración. (1) Videocámara orientada hacia bebés. (2) Videocámara de visión combinada. (3) Videocámara orientada hacia el cuidador. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. Aplicación de sensores de EEG y ECG para el cuidador

  1. Fijación segura del amplificador al gorro de EEG
    1. Para el cuidador, use el bolsillo trasero de la tapa del EEG para guardar el amplificador con el fin de reducir el movimiento del cable y el ruido del EEG. Antes de colocar la tapa al participante, asegúrese de que el amplificador se haya almacenado y conectado de forma segura al conector.
    2. Asegúrese de que no haya contacto con el agua mientras manipula el amplificador (es decir, quítese los guantes si está empapado en gel).
  2. Pídale al cuidador que se quite las gafas, la mascarilla o los aretes. Si su cabello está recogido, pídale que se quite la diadema para tener el cabello suelto.
  3. Con guantes y con el permiso del cuidador, limpie la frente con hisopos con alcohol (alcohol isopropílico (IPA al 70 %)).
  4. A ambos lados de la cabeza del cuidador, separe el cabello en el punto más alto de la oreja para asegurarse de que la oreja sea completamente visible, siguiendo las líneas naturales de separación del cabello.
  5. Mida la circunferencia de la cabeza del cuidador colocando la cinta métrica alrededor de cuatro puntos de referencia en la cabeza: el nasion (nivel de la ceja), sobre la cresta del inion (el punto más alto en la parte posterior de la cabeza) y entre el trago izquierdo y derecho (las puntas de las orejas).
  6. Estire el gorro de electroencefalograma desde el interior con un gesto de mano similar a una corona y comience a colocar el gorro desde la frente del cuidador hacia la parte posterior de la cabeza. Sin soltar la gorra, desliza las manos hacia abajo para sujetar las correas, tira de ellas hacia la barbilla y abrocha los extremos del velcro. Ajuste las correas de acuerdo con la comodidad del participante.
    1. Asegúrese de que cualquier flequillo o mechón de cabello en la cara del participante se elimine de la cara para evitar molestias u obstrucción de la visión.
    2. Alise suavemente el capuchón para asegurarse de que los electrodos queden en estrecho contacto con el cuero cabelludo. Asegúrese de que no haya arrugas en la tapa.
  7. Coloque la cinta métrica sobre los electrodos en la línea media y mida la distancia entre el nasion y el inion. Asegúrese de que el electrodo Cz del sistema internacional 10-20 esté en el punto medio de la medición. Use el método de estrujar y soltar para cambiar las posiciones de la tapa hacia adelante y hacia atrás si es necesario.
  8. Mida la distancia entre el trago izquierdo y el derecho para asegurarse de que el electrodo Cz corresponde al punto medio de la medición y ajústelo si es necesario.
  9. Aplicación de electroencefalograma y gel de ECG
    1. Comience aplicando gel a los electrodos de referencia y de tierra. Proceda a gelificar los electrodos restantes. Comience con los electrodos en la parte posterior porque puede tomar más tiempo para que la impedancia se reduzca a un rango aceptable (generalmente < 25 kΩ) ya que los adultos suelen tener más pelo en la parte posterior.
    2. Al aplicar el gel sobre el cuidador, use una jeringa con una punta más larga y fina. Inserte la punta de la jeringa en la abertura del electrodo y separe el cabello usando la curva inferior de la jeringa. Rocíe pequeñas cantidades de gel a medida que se extrae la jeringa. Si hay un espacio grande entre el cuero cabelludo y el electrodo, presione firmemente el electrodo para asegurar el contacto.
    3. Utilice la luz como guía de referencia de impedancia si la configuración del electrodo activo dada lo permite. Alternativamente, consulte las lecturas de impedancia en el software de registro de EEG para identificar qué electrodos requieren mejora de contacto.
      NOTA: Los electrodos con baja impedancia y buena calidad de señal (garantizada mediante la verificación de artefactos antes de comenzar la sesión) serán de color verde en la tapa y/o en el montaje del EEG. Si la impedancia de un electrodo es alta, repita el esfuerzo para separar el cabello y mover bien el gel en el electrodo hasta el punto de contacto claro con el cuero cabelludo.
    4. Tenga en cuenta que el capuchón generalmente no se ajusta perfectamente a cada cabeza, y las áreas cóncavas de la cabeza pueden causar un espacio natural entre el electrodo y el cuero cabelludo. Si la impedancia sigue siendo alta, aplique un pequeño montículo de gel para asegurar un puente de gel entre el electrodo y el cuero cabelludo. Tenga cuidado de no mover el gel hacia los lados después de esto para evitar puentes con los electrodos vecinos debajo de la tapa.
    5. Tenga cuidado de no llenar demasiado los pocillos con gel para evitar que los electrodos adyacentes se unan a la tapa.
    6. Una vez que todos los electrodos de EEG tengan baja impedancia, limpie el área blanda debajo de la clavícula izquierda del participante con toallitas con alcohol y comience a colocar el electrodo de ECG.
      1. Coloque una cinta circular en la parte inferior del electrodo de ECG y aplique suficiente gel para cubrir el pocillo del electrodo.
      2. Coloque el electrodo en el área blanda debajo de la clavícula izquierda. Aplique cinta adhesiva blanca en la parte superior del sensor.

5. Aplicación de EEG y sensor de ECG para el bebé

  1. Pídale al cuidador que ayude al bebé a usar un chaleco, que es proporcionado por los experimentadores, con un bolsillo trasero, que luego almacenará el amplificador.
  2. Con el permiso del médico, limpie la frente con toallitas con alcohol. Mida la circunferencia de la cabeza del bebé colocando la cinta métrica alrededor de los cuatro puntos de referencia.
  3. Si el bebé está de buen humor y juega felizmente solo o con un cuidador, proceda a colocar el gorro de EEG. Consulte al cuidador sobre el estado de ánimo del bebé y su predisposición a los sombreros. Prepare alimentos secos o juguetes para ocupar las manos del bebé antes de taparlos, si los padres lo acuerdan. Además, coloque al bebé en el regazo del cuidador para que se sienta reconfortado durante el proceso de gelificación.
  4. Coloque la tapa en la cabeza del bebé con el mismo movimiento de estiramiento similar al de una corona y abrocha los extremos del velcro debajo de la barbilla. Pida al segundo experimentador o cuidador que le pida al bebé que mire hacia arriba, usando un sonajero, para que sea más fácil abrochar los extremos del velcro.
    1. Asegúrese de que cualquier flequillo o pelo suelto en la cara del bebé esté cuidadosamente metido debajo de la gorra para evitar molestias u obstrucción de la visión.
    2. Alise suavemente el capuchón para asegurarse de que los electrodos queden en estrecho contacto con el cuero cabelludo. Asegúrese de que no haya arrugas en la tapa.
  5. Utilice la cinta métrica para asegurarse de que la tapa esté colocada correctamente, con el electrodo Cz en el punto medio o superior de la cabeza y utilice el método de apretón y liberación para ajustar si es necesario (consulte el paso 4.7).
  6. Fije firmemente el amplificador a la tapa. Una vez conectado, visualice las lecturas de impedancia.
  7. Coloque el amplificador conectado en el bolsillo en la parte posterior del chaleco del bebé.
  8. Aplicación de electroencefalograma y gel de ECG
    1. Comience aplicando gel a los electrodos de referencia y de tierra. Proceda a gelificar los electrodos restantes empezando por la parte posterior.
      NOTA: Los bebés pueden estar un poco quisquillosos con los experimentadores tocándose la cabeza o por la sensación refrescante del gel. Si este es el caso, permita un tiempo para que el cuidador calme al bebé antes de continuar. El segundo experimentador puede distraer al bebé (p. ej., soplando burbujas, usando juguetes o dándole algo de comida).
    2. Llene todas las aberturas de los electrodos con gel y luego proceda a usar las puntas de algodón para separar el cabello con un suave movimiento de izquierda a derecha si usa electrodos pasivos (como aquí); consulte el montaje en el software de registro de EEG para verificar la impedancia durante la gelificación.
    3. Asegúrese de que todos los electrodos muestren una baja impedancia en el software de registro de EEG, normalmente < 50 kΩ, ya que los lactantes son menos tolerantes al proceso de gelificación en comparación con los adultos.
    4. Limpie el área blanda debajo de la clavícula izquierda del bebé con toallitas húmedas para bebés y coloque el ECG debajo de la clavícula izquierda del bebé siguiendo el mismo procedimiento que el ECG para adultos.

6. Creación de una caja de activación para la sincronización de datos multimodal

NOTA: Dado que los diferentes flujos de datos de los sensores (es decir, EEG, ECG, video y audio) comenzarán a grabar en diferentes puntos de tiempo durante la sesión, deben sincronizarse manualmente para crear una sola línea de tiempo de eventos. Por lo tanto, se necesita un evento común que pueda ser capturado tanto por la videocámara (es decir, la luz LED) como por el amplificador (es decir, la señal digital o analógica). Para lograr esto, se utiliza una caja de disparo de sincronización interna, que se puede construir utilizando un simple programa de unidad de microcontrolador, como se detalla a continuación.

  1. Para construir la caja de disparo, use una placa de desarrollo de microcontrolador, un LED, un conector BNC, un banco de energía, un dispositivo de entrada digital (es decir, un botón) y una salida de pulso/señal eléctrica (es decir, cables de activación) que se conecten al puerto de disparo del amplificador (consulte la Figura 2B).
    1. Conecte el conector BNC hembra al pulsador, que sirve como entrada (por ejemplo, pin de entrada: 8), y la luz LED y la señal de pulso eléctrico actúan como salida (por ejemplo, pin de salida: 12; consulte la Figura 2A).
    2. Conecte el conector BNC a los dos amplificadores a través de los cables de cable eléctrico de 2,5 mm, produciendo disparadores de un bit que marcan las muestras en el registro de EEG-ECG cuando lee la señal TTL digital del botón pulsador (ver Figura 2C).
  2. Configure los ajustes del puerto de disparo de los amplificadores para adultos y bebés de manera idéntica para garantizar una sincronización EEG-EEG ajustada y precisa.
    1. Diseñe el sistema de disparo de manera que los marcadores de disparo se produzcan en ambas grabaciones del amplificador cuando se suelta el botón de disparo (después de ser presionado) en lugar de cuando se presiona.
    2. Identifique el estado actual del puerto de disparo en los amplificadores. Si inicialmente está en 0 o LOW, configure el puerto en low-active para producir un marcador cuando se suelte el botón pulsador. Alternativamente, si el estado inicial del puerto es 1 o HIGH, establezca el puerto en high-active para producir un marcador cuando se suelte el botón pulsador (consulte la Figura 3).

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Figura 2: Construcción de la caja de disparo. (A) Diagrama de circuito del microcontrolador para la caja de disparo; (B) Interiores de la caja de disparo construida; (C) Caja de disparo conectada a los amplificadores de EEG-ECG para adultos y bebés, el botón de disparo y el banco de energía. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 3: Configuración del puerto de disparo activo alto y activo bajo. Dependiendo del estado inicial del pin del gatillo (0 o 1), se elige la configuración del puerto de disparo (High Active, HA o Low Active, LA) para que el marcador se produzca al final del pulso (cuando se suelta el botón pulsador del gatillo). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

7. Sincronización de flujos de sensores

  1. Para facilitar la sincronización, conecte el receptor de micrófono a su videocámara respectiva, sincronizando así automáticamente el vídeo (videocámara) con el audio (micrófono).
    NOTA: Dado que los micrófonos están conectados a las videocámaras y los electrodos de EEG y ECG provienen del conjunto de ramas de electrodos de EEG conectado al mismo amplificador, estos flujos de datos se presincronizan automáticamente.
  2. Coloque el transmisor de micrófono respectivo en el cuello de la parte superior del cuidador y en el chaleco del bebé.
  3. Inicie las grabaciones de las tres videocámaras después de asegurarse de que su posición pueda capturar la señal de luz LED de la caja de disparo de la habitación.
  4. Inicie la grabación del EEG en la computadora portátil y el amplificador (versión con tarjeta SD) tanto para el bebé como para el cuidador. Para facilitar la sincronización posterior a la sesión, encienda primero las cámaras, seguidas de los sensores de EEG en orden adulto-bebé, ya que el EEG del bebé es el sensor maestro con el que se sincronizan todos los demás sensores (para evitar desplazamientos negativos de video-EEG).
  5. Conecte ambos amplificadores a la configuración de la caja de disparo utilizando firmemente el conector de 2,5 mm para evitar marcadores espurios (Figura 2C).
    NOTA: Se debe ver un marcador de disparo en el flujo continuo de EEG a medida que el conector está conectado al amplificador.
  6. Sincronice los flujos de datos mediante el cuadro de activación.
    1. Realice pulsaciones largas de botón, ya que la diferencia en la apariencia del marcador entre las dos configuraciones (inicio frente a fin de la pulsación del botón) solo se nota cuando las pulsaciones son considerablemente largas (al menos 1 - 2 s de largo).
    2. Realice varias pulsaciones largas para producir múltiples disparadores para aumentar la precisión y la confiabilidad de los desplazamientos estimados entre sensores y ayudar a la sincronización post-hoc en situaciones en las que algunos disparadores no son registrados por algunos de los sensores.
    3. Verifique todas las cámaras para verificar si la señal LED de la caja de activación es visible en las grabaciones y verifique si se muestran marcadores simultáneos en las grabaciones de EEG en curso en la computadora portátil.
  7. Retire los amplificadores de la configuración de la caja de disparo y asegúrese de que los amplificadores estén bien conectados a las tapas de EEG respectivas.
  8. Realice este procedimiento de sincronización al principio y al final de la sesión experimental, especialmente si se utilizan cámaras web para supervisar los fotogramas de vídeo perdidos, lo que hace que la sincronización se desvíe.

8. Experimento de interacción entre padres e hijos

  1. Antes de comenzar la tarea de interacción entre padres e hijos, retire todo el equipo de la mesa para eliminar las posibles distracciones para los experimentos de interacción entre el cuidador y el bebé.
  2. Llevar a cabo las tareas experimentales.
    NOTA: Las tareas se eligieron para enfatizar las interacciones naturalistas entre la díada con instrucciones mínimas o participación del experimentador (p. ej., lea con su bebé durante 5 minutos como lo haría normalmente en casa). La duración de la tarea depende de la comodidad de los participantes y de las limitaciones del equipo, por ejemplo, la duración de la batería del amplificador.
  3. Si es posible, asegúrese de que todos los experimentadores estén ocultos a la vista del bebé durante todo el experimento para evitar distracciones. Un experimentador debe permanecer cerca con las computadoras portátiles de grabación para poder intervenir en caso de que surja algún problema de transmisión del sensor. Asegúrese de que los portátiles de grabación estén muy cerca de los amplificadores (< 10 m) para evitar la pérdida de muestras debido a la degradación inalámbrica (Wi-Fi, Bluetooth).

9. Aclarado al final del experimento

  1. Detenga las grabaciones de las videocámaras y el software de grabación de EEG en la computadora portátil y el amplificador. Apague el amplificador y desconéctelo de la tapa.
  2. Extracción de los gorros de EEG
    1. Retire suavemente las cintas y los electrodos de ECG comenzando por el médico o pídale al médico que retire el ECG del bebé si es necesario. Como la piel del bebé es sensible, use toallitas húmedas para bebés o agua tibia para humedecer la cinta y facilitar la extracción.
    2. Comience quitando los extremos de gancho y bucle de la tapa, luego despegue la tapa hacia atrás y gírela al revés. Use toallitas húmedas para bebés para limpiar los residuos de gel de la cabeza del bebé y proceda a quitar la tapa del cuidador.
    3. Aconseje al cuidador que el exceso de gel se lava fácilmente en la ducha.
  3. Preparativos para el transporte
    1. Coloque el gorro de EEG junto con los electrodos de EEG y ECG en una bolsa de plástico. Asegúrese de que el gel de la tapa no entre en contacto con la caja divisora de la tapa. Mantenga los cables y la caja divisora en una caja estructurada durante el transporte.
    2. Para evitar daños mecánicos durante el transporte, empaque el amplificador en una caja acolchada para minimizar la vibración.
  4. Limpieza posterior a la tapa en el laboratorio
    1. Comience a limpiar los gorros de EEG lo antes posible.
    2. Coloque los gorros de EEG en una tina de limpieza y coloque los cables con paños secos lejos de la fuente de agua. Asegúrese de que la caja divisora no entre en contacto con el agua.
    3. Vierta aproximadamente 1 L de agua en la tina y agregue 10 mL de desinfectantes a base de aldehído. Deje que la tapa se asiente dentro de la solución durante 10 minutos. No guardes el tapón en la solución durante demasiado tiempo ni pongas demasiado desinfectante, ya que acelerará el deterioro de los tapones con el tiempo.
    4. Después de 10 minutos, use un cepillo de dientes para limpiar los residuos de gel de los electrodos con agua corriente. Tenga especial cuidado al limpiar los electrodos activos, ya que tienen pequeños circuitos electrónicos incorporados en cada electrodo.
    5. Enjuague bien la tapa con agua para eliminar la solución desinfectante.
    6. Con un paño seco, seque la tapa con palmaditas e inserte un paño seco dentro de la tapa para absorber la humedad restante. Cierre los extremos del velcro para mantener el paño seco dentro de la tapa.
    7. Cuelgue la tapa para que se seque y asegúrese de que los extremos húmedos de la tapa no se encuentren con los conectores. Para lograr esto, coloque la tapa en una posición más baja que la caja divisora y los conectores mientras la cuelga.
  5. Ahorro de datos
    1. Asegúrese de que los datos de las tarjetas SD de las videocámaras, amplificadores y grabaciones del portátil se exporten y se realicen copias de seguridad en el sitio de almacenamiento de datos.

10. Aseguramiento de la calidad de los datos

  1. Datos de vídeo y audio
    1. Compruebe que el sonido esté activado, que no se obstruya la vista durante las tareas y que se capturen los marcadores.
  2. Datos EEG-ECG
    1. Asegúrese de que la grabación de la tarjeta SD esté presente y no esté dañada. Compruebe si los marcadores se capturan en ambos registros de EEG.
    2. Compruebe si hay fallos técnicos, es decir, desconexión del amplificador e interferencias eléctricas o mecánicas en la señal de EEG / ECG.

11. Tratamiento de datos

  1. Sincronización de grabaciones multisensor
    1. Importe los vídeos de la videocámara de visualización combinada para cuidadores, bebés y vídeos de visualización combinada en el software de edición de vídeo.
    2. Revise el video para marcar los fotogramas específicos en los que aparece por primera vez cada luz de disparo LED. Continúe recorriendo el video y agregue otro marcador en el cuadro específico en el que la luz LED desaparece por completo para cada disparador.
    3. Complete estos pasos para los tres videos. Una vez completado, anote los números de fotograma de los marcadores de todos los videos en una hoja de cálculo.
    4. Abra los archivos de marcadores de EEG de la tarjeta SD del amplificador para el bebé y el adulto. Anota la información de la muestra del marcador en una hoja de cálculo.
    5. Dado que el vídeo se graba en fotogramas por segundo (FPS, por ejemplo, 25 FPS) y el EEG-ECG se graba en muestras por segundo (por ejemplo, 500 Hz), convierta los números de fotograma y muestra en una unidad de medida común, como milisegundos (ms), para poder crear una única línea de tiempo.
    6. Para cada sensor (vídeos y grabaciones de fisiología), calcule los tiempos entre disparos, aquí denominados intervalos entre disparadores (ITI), restando la marca de tiempo ms para cada par de marcadores consecutivos.
      NOTA: Aunque las horas de inicio de los sensores de registro son diferentes, los ITI en ms para el mismo conjunto de disparadores en los diferentes sensores (videos y EEG) deben coincidir. Por lo tanto, para validar esto, calcule la diferencia en cada ITI (ITI Lag) entre cada sensor y el EEG maestro.
    7. Compruebe la calidad de los retrasos ITI de video-EEG. Dado que la frecuencia de muestreo/FPS es diferente entre los dos sensores, por lo general, el EEG tiene una frecuencia de muestreo mucho más alta que los videos, lo que permite un error con tolerancia ± 1 fotograma de video (aquí, 40 ms) para los retrasos ITI de EEG-video calculados.
    8. Verifique la calidad del EEG del adulto - EEG del lactante ITI Lags. Dado que tienen la misma frecuencia de muestreo, permita una tolerancia de error de ± 1 muestra de EEG (aquí, 2 ms).
    9. Una vez completadas estas comprobaciones, calcule los desplazamientos entre cada sensor y la línea de tiempo del sensor maestro (en este caso, el EEG infantil).
    10. Reste la marca de tiempo de ms de cada marcador desencadenante del EEG maestro de los marcadores respectivos de cada sensor (videos, EEG de adultos). Esto produce N desplazamientos [sensor - EEG maestro] (N = número de disparadores) para cada sensor.
    11. Para cada sensor, calcule el promedio de estos desplazamientos y redondee hacia arriba para producir el número de desplazamiento final con respecto al EEG maestro. Utilice estos números de desplazamiento para cortar el video y los datos del EEG para que comiencen al mismo tiempo que el EEG maestro.
  2. Codificación de vídeo sencilla
    1. Para identificar las diferentes etapas del experimento dentro de los videos (por ejemplo, inicio y final de las tareas experimentales o interrupciones), anote las marcas de tiempo específicas en fotogramas utilizando un software de edición de video.
  3. Preprocesamiento de EEG
    1. Corte los archivos de EEG de los adultos y los bebés al principio y al final de la tarea.
    2. Identifique y elimine los canales defectuosos
      1. Anote los canales que parezcan continuamente ruidosos o que no contengan señal durante la totalidad o la mayor parte de la grabación de la tarea.
        NOTA: Para grabaciones de baja densidad, el objetivo es mantener tantos canales como sea posible. Por lo tanto, para los canales que son defectuosos solo por períodos cortos de tiempo, es preferible eliminar el segmento de datos dañado en una etapa posterior del análisis en lugar del canal en sí.
      2. Traza e inspecciona visualmente la densidad espectral de potencia (PSD) para identificar los canales periféricos.
    3. Para eliminar las tendencias lineales lentas (más de 2 s), filtre los datos de paso alto utilizando un filtro de paso alto FIR básico con una frecuencia de corte de 0,5 Hz.
    4. Para eliminar el ruido de alta frecuencia de fuentes miogénicas y externas, filtre los datos de paso bajo utilizando un filtro de paso bajo FIR básico con una frecuencia de corte de 35 Hz.
    5. Segmente los datos en épocas consecutivas de 1 s que no se superpongan.
    6. Rechaza automáticamente todos los segmentos con un valor mínimo inferior a -100 μV (para adultos) y -150 (para lactantes) y/o un valor máximo superior a +100 μV (para adultos) y +150 (para lactantes).
    7. Inspeccione visualmente todos los segmentos que no se han excluido en 11.3.6. Rechace manualmente todos los segmentos que contengan artefactos. Si solo es aceptable un único segmento de 1s ubicado entre los segmentos rechazados, elimine todo el período para que no se conserve ningún segmento de 1s único.
    8. Para el análisis DIÁDICO / INS, analice solo los segmentos aceptados que son comunes para adultos y bebés. Al eliminar todos los segmentos del adulto que son rechazados en el lactante y viceversa, asegúrese de que las series temporales del EEG del adulto y del lactante permanezcan perfectamente alineadas.

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Resultados

Los participantes incluidos en este estudio eran bebés de 8 a 12 meses de edad, con desarrollo típico, y su madre y/o abuela que hablaban inglés o inglés y un segundo idioma en casa. Los electroencefalogramas de 7 electrodos y un electrocardiograma de una sola derivación de adultos y lactantes, así como grabaciones de video y audio de tres cámaras y micrófonos, se adquirieron simultáneamente durante las tareas. Las actividades neuronales se midieron en F3, F4, C3, Cz, C4, P3 y P4 según el sistema internacional 10-20. Los...

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Discusión

En este protocolo, realizamos mediciones en los hogares de los participantes, donde los bebés y los cuidadores pueden sentirse más cómodos y sus comportamientos pueden ser más representativos de sus interacciones en la vida real en comparación con un entorno de laboratorio, aumentando así la validez ecológica7. Además, las grabaciones en el entorno doméstico pueden aliviar la carga de los participantes, por ejemplo, con respecto a los tiempos de viaje y, por lo tanto, pueden hacer que ciertos grup...

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Divulgaciones

No se declararán conflictos de intereses.

Agradecimientos

El trabajo fue financiado por una beca presidencial postdoctoral de la Universidad Tecnológica de Nanyang que fue otorgada a VR.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Jeringa Luer Lock Tip de 10 cc sin agujaTerumo Corporation
actiCAP slim 8-channel electrode set (LiveAMP8)Brain Products GmbH
Arduino Software (IDE)ArduinoArduino IDE 1.8.19El software utilizado para escribir el código para el microcontrolador Arduino. Se puede utilizar un software de programación alternativo para acompañar a la unidad de microcontrolador elegida.
Placa Arduino UnoArduinoSe utiliza para construir el circuito de la caja de disparo. Se pueden utilizar placas de microcontrolador alternativas.
Conectores BNC ConectoresBNC para conectar las distintas partes de la configuración de la caja de disparo.
Pulsador BNC Brain Products GmbHBP-345-9000BNC botón pulsador de disparo para enviar disparadores.
Cable de disparo BNC a jack de 2,5 mm (80 cm) Brain Products GmbHBP-245-1200Cables BNC que conectan los 2 LiveAmps a la caja de disparo.
BrainVision Analyzer Versión 2.2.0.7383Brain Products GmbHSoftware de análisis de EEG.
Licencia de BrainVision Recorder con dongleBrain Products GmbHS-BP-170-3000
BrainVision Recorder Versión 1.23.0003Brain Products GmbHSoftware de grabación de EEG.
Gorra LiveAmp personalizada de 8 canales pasiva (gorras de EEG para bebés)Brain Products GmbHLC-X6-SAHS-44, LC-X6-SAHS-46, LC-X6-SAHS-48 Para las tallas de cabeza infantil 44, 46, 48 . Se pueden usar gorros de EEG alternativos.
Laptops Dell Latitude 3520Dell Doslaptops, una para el registro de EEG de adultos y otra para el registro de EEG de bebés. Se pueden utilizar computadoras alternativas.
Jeringas de
LiveAmp 8-CH amplificador inalámbricoBrainProducts GmbHBP-200-3020Dos LiveAmps, uno para EEG de adultos y otro para EEG de bebés. Se puede utilizar un amplificador alternativo.
Trípode Manfrotto MT190X3 con cabezal de video Micro Fluid 128RCpueden usar trípodes Manfrotto MT190X3 alternativos.
Software de MatlabLas obras de MathWorks, Inc.R2023aSe puede utilizar un software alternativo de análisis y presentación.
Banco de energía (10000 mAh)pueden utilizar bancos de energía alternativosPhilipsDLP6715NB/69
Gorros de electroencefalograma crudosEASYCAP GmbHpara adultos tamaños de cabeza 52, 54, 56, 58. Se pueden usar gorros de EEG alternativos.
Rode Wireless Go II Juego ÚnicoRø de MicrófonosSe pueden utilizar micrófonos
Videocámara Sony FDR-AX700SonyFDR-AX700Es posible que se utilicen videocámaras o cámaras web alternativas.
Gel de alta viscosidad SuperVisc  EASYCAP GmbHNS-7907
irrigación dental Se Se . alternativos.

Referencias

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  4. Nguyen, T., et al. The effects of interaction quality on neural synchrony during mother-child problem solving. Cortex. 124, 235-249 (2020).
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  18. Nathan, K., Contreras-Vidal, J. L. Negligible motion artifacts in scalp electroencephalography (EEG) during treadmill walking. Front Hum Neurosci. 9, 708(2016).
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