Un nuevo enfoque experimental y analítico al Multimodal Neural Decodificación de Intención Durante interacción social en Libremente-comportarse Infantes Humanos

El objetivo general de este procedimiento es capturar la actividad cerebral y los datos cinemáticos de los lactantes mediante la integración de electroencefalografía activa sincronizada de alta densidad, unidades de medición inercial y grabaciones de vídeo. Esto se logra colocando primero el gorro de EEG en la cabeza del bebé y asegurando niveles de impedancia aceptables entre cada electrodo y el cuero cabelludo. El segundo paso es asegurar las unidades de medición inercial en la cabeza, los brazos y el pecho del bebé, así como en las muñecas del experimentador.

A continuación, el experimentador interactúa con el bebé en un esfuerzo por iniciar una respuesta de imitación, el paso final es digitalizar las coordenadas espaciales 3D de los electrodos de EEG. En última instancia, la adquisición de EEG y datos cinemáticos de bebés que se comportan libremente permite la investigación de las bases neuronales del desarrollo cognitivo motor y la aparición de la cognición social. Una ventaja de esta técnica sobre otros enfoques que investigan la cognición social es que somos capaces de adquirir actividad neuronal en acción y en contexto durante los dos primeros años de vida.

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la neurociencia cognitiva, como ¿cuál es la relación intrínseca entre los cambios en el desarrollo de la arquitectura del cerebro y el comportamiento? Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la terapia de los problemas de cognición social y los trastornos espectrales del autismo, ya que se puede utilizar para estudiar los hitos del desarrollo y el aprendizaje por imitación, cómo los bebés procesan las acciones visuales y cómo participan en la comunicación social. Aunque este método puede proporcionar información para comprender el funcionamiento del sistema de neuronas espejo en el cerebro humano primitivo, también se puede aplicar a otros sistemas cognitivos, como el aprendizaje atento, el procesamiento del lenguaje y la planificación motora para estudiar su aparición y desarrollo dentro del cerebro humano.

Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque algunos bebés pueden sentirse incómodos con un nuevo entorno, así como con el uso del gorro de EEG. Factores, como la somnolencia y el hambre, también pueden costarle al bebé impacientarse. Comience acompañando a los padres del bebé a la sala experimental y explique brevemente el propósito del experimento. Registre la edad en meses y el sexo del bebé.

Prepare al bebé para el electroencefalograma o EEG midiendo la circunferencia de la cabeza en centímetros. Coloque la cinta métrica alrededor de la parte más ancha de la cabeza, pasándola por encima de las cejas y alrededor de la prominencia occipital en la parte posterior de la cabeza. A continuación, mida la distancia desde el nasn hasta el ian a lo largo del plano sagital medio de la superficie del cuero cabelludo.

Coloque los electrodos en un gorro de electroencefalograma según lo especificado por el sistema internacional 10 20. A continuación, coloque el gorro en la cabeza del bebé. Alinee el electrodo CZ con el vértice de la cabeza y el centro, los electrodos FP uno y FP dos en la frente.

Ajuste el gorro de EEG para que quede simétricamente a lo largo del plano sagital medio de la cabeza. A continuación, conecte la tierra de referencia y los electrodos de registro a la caja de control. Encienda los indicadores de impedancia, empezando por los electrodos de tierra y de referencia.

Use una jeringa pequeña para inyectar gel de electrolitos en el espacio entre el cuero cabelludo y el electrodo. Asegúrese de que el nivel de impedancia del electrodo esté por debajo de 60 kilo ohmios. Los electrodos se vuelven amarillos cuando la impedancia es inferior a 60 kilo ohmios.

Si la impedancia alcanza menos de 25 kilo ohmios, se vuelven verdes. A continuación, conecte los amplificadores al ordenador host a través de un puerto USB mediante un convertidor de fibra óptica a USB. Para preparar las unidades de medición inercial o imus, abra el software IMU.

Haga clic en nuevo en la interfaz gráfica y configure para configurar las correas IMU seguras imus en ambas muñecas, el pecho y la cabeza del bebé. A continuación, asegure el imus en ambas muñecas del experimentador. Finalmente, conecte el gabinete de entrada y salida del disparador al EEG y úselo.

Comience colocando al bebé sobre la mesa de modo que quede frente al actor. Pídale a los padres que se sienten en la silla detrás del bebé. A continuación, registre los valores de impedancia iniciales de los electrodos de EEG utilizando el software de control seleccionando la pestaña de comprobación de impedancia, haciendo clic en el botón impedancia activada y, a continuación, haciendo clic en guardar impedancia.

Para guardar las impedancias, abra el software de grabación de EEG y genere un espacio de trabajo configurando el canal de EEG. Seleccione la carpeta en la que desea guardar los datos sin procesar. Genere un nombre de archivo.

Seleccione el número de canales que desea utilizar. Especifique 1000 hercios como frecuencia de muestreo y desmarque la opción Habilitar filtros. Asegúrese de desmarcar la opción para habilitar la segmentación para comenzar a registrar los datos de EEG.

Haga clic en monitor, luego reproduzca en el programa de grabación de EEG. A continuación, haga clic en transmitir y grabar en el software de grabación IMU. Para iniciar el registro de datos cinemáticos, aplique tres disparadores para señalar el inicio del experimento mediante el botón pulsador en el recinto de entrada y salida.

Deje que el bebé descanse durante un minuto mientras registra los datos iniciales de referencia. Realice el experimento con el bebé durante aproximadamente 15 minutos. Trate de iniciar una respuesta de imitación del bebé.

Observe la variedad de comportamientos que el bebé puede provocar durante el experimento, incluyendo alcanzar, agarrar, alcanzar, ofrecer, explorar, observar e imitar. Aplique cinco disparadores en el recinto de entrada y salida para detener el experimentador cuando el bebé se canse, o después de que hayan pasado 15 minutos de interacción en el software de grabación de EEG. Haga clic en detener la grabación de datos en el software IMU.

Haga clic en detener en el cuadro de diálogo de transmisión para finalizar las grabaciones de IMU. Por último, registre los valores finales de impedancia seleccionando la pestaña de verificación de impedancia en el software de control. Haga clic en el botón impedancia activado y, a continuación, haga clic en guardar impedancia Para guardar las impedancias, digitalice las coordenadas espaciales 3D de los electrodos de EEG utilizando el escáner y el software de electrodos de EEG.

Para hacer esto, vaya a archivo y seleccione nuevo espacio de trabajo en el software. Cargue el archivo de posición del electrodo en la primera pestaña del espacio de trabajo. A continuación, en la barra de herramientas de escaneo, haga clic en iniciar escaneo.

Utilice la cámara para escanear las ubicaciones de los electrodos siguiendo los patrones de luz cambiantes en la tapa. Para las imágenes de origen, adquiera imágenes de resonancia magnética ponderadas T one de alta resolución de la base de datos pública de resonancia magnética del neurodesarrollo, que contiene plantillas de resonancia magnética promedio en función de la edad durante los primeros dos años de vida. Por último, corregistro, EEG y espacio de resonancia magnética para obtener la transformación geométrica mediante el ajuste de los puntos de referencia indicados en la resonancia magnética anatómica y los puntos de referencia obtenidos con el escáner 3D.

Usando el software de imágenes cerebrales. Este protocolo presenta una metodología novedosa para la decodificación neuronal de la intención de bebés que se comportan libremente durante la interacción social sin guión con un actor. Aquí, los histogramas de datos de EEG describen la distribución de la señal estandarizada de tres electrodos espacialmente representativos para cada uno de los comportamientos analizados. El EEG y la IMU proporcionan datos neuronales de alta resolución temporal, que pueden predecir acciones conductuales en bebés que se comportan libremente.

Aquí, la precisión de la clasificación para un bebé de 20 meses se muestra en esta matriz de confusión. La precisión general de la decodificación es del 85,2%Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo recopilar datos DEG y cinemáticos de bebés que se comportan mal mientras participan en la interacción social con ese experimentador. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en una hora si se realiza correctamente.

Al intentar este procedimiento, es importante tener en cuenta cómo reacciona el bebé al entorno, ya que puede ser extraño a sus distracciones. Una habitación pequeña y acogedora para los niños y tener menos de cuatro personas en la habitación puede ayudar a reducir cualquier ansiedad que el bebé pueda provocar en el nuevo entorno. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como la conectividad funcional y efectiva para responder preguntas adicionales como, ¿cómo contribuye la interacción y la coordinación entre las regiones del cerebro a las funciones cerebrales?

Creemos que esta novedosa técnica permitirá a los investigadores en ingeniería de rehabilitación neurocognitiva explorar la actividad cerebral en un estado de trastorno como el autismo.