Name: Realización de electroencefalografía concurrente y grabaciones funcionales de espectroscopia de infrarrojo cercano con una tarea de flanqueador (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-05-24T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 18 s
Description: Aprende a realizar electroencefalografía concurrente con espectroscopia de infrarrojo cercano durante una tarea de flanqueador. Este protocolo integrado permite examinar la relación entre la corteza prefrontal y los potenciales relacionados con eventos.

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Este trabajo se llevó a cabo en parte en el clúster de computación de alto rendimiento (HPCC), que cuenta con el apoyo de la oficina de tecnología de la información y la comunicación (ICTO) de la Universidad de Macao. Este estudio fue apoyado por las becas MYRG2019-00082-FHS y MYRG 2018-00081-FHS de la Universidad de Macao en Macao, y también financiado por el Fondo de Desarrollo de Ciencia y Tecnología, Macao SAR (FDCT 0011/2018/A1 y FDCT 025/2015/A1).

Antes de las pruebas experimentales, todos los participantes firmaron documentos de consentimiento informado. El protocolo para el presente estudio fue aprobado por el Comité de ética de la Universidad de Macao.
1. Configuración de hardware y software para grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS
<ol><li>Construya un tapón para grabaciones EEG-fNIRS simultáneas.<ol>
<li>Seleccione el tamaño de la tapa adecuado de acuerdo con la circunferencia de la cabeza de los participantes. En este estudio, utilice una tapa de tamaño mediano ya que es adecuada para la mayoría de los participantes adolescentes y adultos.</li>
		<li>Diseñar el diseño de los optodos fNIRS junto con la tapa EEG en la corteza prefrontal(Figura 1).<ol>
<li>Coloque los electrodos EEG en la sección media de los optodes fNIRS para asegurar la medición de la misma región cerebral mediante las dos técnicas19,,30. Sin embargo, debido a la baja resolución espacial de los métodos de neuroimagen EEG y fNIRS, coloque los electrodos en el área cerebral correspondiente cubierta por optodes fNIRS en lugar de las ubicaciones exactas de los canales fNIRS.</li>
			<li>Haga 22 agujeros dentro de la tapa del EEG para mantener los optodos fNIRS en línea con el diseño específico en la corteza prefrontal. Identifique y marque las ubicaciones de los optodios fNIRS de acuerdo con el diseño diseñado de la tapa de la cabeza y luego perforar agujeros dentro de la tapa para colocar y fijar los optodios.</li>
			<li>Coloque 21 o 71 electrodos EEG a lo largo de la superficie de la tapa EEG (ver Tabla de Materiales)de acuerdo con el Sistema Internacional 10-20 y monte las rejillas para los optodes.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Establezca la distancia entre cada par de detector de fuente como 3 cm y luego fije los optodes, en los que los optodes azules denotan los detectores de luz, mientras que los rojos representan las fuentes láser.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Establezca los puertos EEG y fNIRS en el software.</li>
	<li>Utilice los activadores de tiempo generados a través del puerto paralelo y el puerto serie para garantizar la sincronización de dos señales diferentes.<ol>
<li>Establezca el puerto paralelo (por ejemplo, H378 en este estudio) para el sistema EEG (véase Tabla de materiales).</li>
		<li>Fije el puerto serie (por ejemplo, 6 9600 en este estudio) para el sistema fNIRS (véase tabla de materiales). NOTA: El tipo y el número de puerto deben modificarse con respecto a varias configuraciones de EEG y fNIRS. Póngase en contacto con los fabricantes para obtener más información.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Preparación experimental
<ol><li>Caliente el sistema fNIRS con láseres encendidos durante 30 minutos.</li>
	<li>Establezca todos los parámetros de operación necesarios para el sistema de medición fNIRS.</li>
	<li>Muestre a los participantes la configuración experimental fusionada, incluidos los sistemas de medición EEG y fNIRS.</li>
	<li>Mida y marque el punto Cz de acuerdo con el Sistema Internacional 10-20. Identifique la posición del electrodo de Cz a la mitad de la distancia entre la inión y el nasión y la mitad de la distancia entre las hendiduras interaurales izquierda y derecha.</li>
	<li>Coloque primero la parte frontal de la tapa a lo largo de la frente del participante y luego tire hacia abajo de la sección posterior de la tapa hacia el cuello.</li>
	<li>Valide las posiciones.<ol>
<li>Mida la distancia entre el Cz y la inión y el nasion de nuevo con una regla suave, y compruebe si se encuentra en el punto medio. Del mismo modo, mida la distancia entre el Cz y la interaura izquierda y derecha, y compruebe si la Cz se encuentra en el punto medio.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Prepárese para las grabaciones de EEG. NOTA: Se recomienda encarecidamente que los electrodos EEG se configuren primero y luego los optodes fNIRS. Si el gel conductor EEG cubre los orificios para la colocación de los optodes fNIRS, debe limpiarse para evitar la contaminación de los optodes.<ol>
<li>Llene el gel conductor insertando una aguja contundente a través de los orificios de la rejilla del electrodo EEG.</li>
		<li>Coloque todos los electrodos en la rejilla del electrodo EEG de acuerdo con las etiquetas.</li>
		<li>Abra el software EEG e inspeccione la calidad de la señal de los electrodos EEG.</li>
		<li>Reajuste el electrodo rellenando el gel conductor si la calidad de la señal no es lo suficientemente buena como para cumplir con los requisitos (40 mV).</li>
		<li>Reajuste el electrodo rellenando el gel conductor si la impedancia no puede cumplir con los requisitos.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Prepárese para las grabaciones de fNIRS. Precaución: No exponga los ojos de los participantes directamente al rayo láser de fuentes fNIRS.<ol>
<li>Coloque las fibras ópticas a lo largo de los brazos del soporte unidos al sistema de medición fNIRS, así como al soporte. Asegúrese de que las fibras estén ordenadas y ordenadas.</li>
		<li>Inserte las fuentes ópticas y los detectores en los orificios de acuerdo con el diseño.</li>
		<li>Pruebe la calidad de la señal. Si un canal no tiene una relación señal-ruido de alto nivel (es decir, si el canal está marcado en amarillo), inspeccione suavemente el cabello del participante que rodea las sondas ópticas para asegurarse de que no existe nada entre la sonda óptica y el cuero cabelludo.</li>
		<li>Si el paso 2.8.3 no puede mejorar la calidad de la señal, suba la intensidad de la señal. Si hay demasiada señal (es decir, si el canal está marcado en rojo), baje la intensidad de la señal.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Ejecute el experimento
<ol><li>Comience el experimento cuando las señales sean estables con una excelente relación señal-ruido y los participantes estén familiarizados con las instrucciones del experimento. Utilice el paradigma clásico Flanker para la prueba experimental29,31.</li>
	<li>Después del experimento, guarde y exporte los datos de EEG y fNIRS.</li>
	<li>Retire los electrodos EEG y las sondas ópticas fNIRS con cuidado.</li>
</ol>4. Medición de coordenadas MNI tridimensionales (3D) de optodes fNIRS con digitalizador 3D
<ol><li>Deje que los participantes se senten en una silla y use las gafas con el sensor.</li>
	<li>Abra el software del digitalizador en el ordenador. Asegúrese de que el sistema de digitalización 3D está en conexión con el equipo a través de un puerto COM adecuado.</li>
	<li>Cargue el diseño del archivo de configuración de optodes.</li>
	<li>Mueva el lápiz digitalizador 3D a través de las posiciones clave (Nz, Iz, oído izquierdo, oído derecho, Cz) junto con la pantalla y presione el botón en el lápiz.</li>
	<li>Localizar las fuentes ópticas y detectores</li>
	<li>Exporte los archivos de coordenadas 3D.</li>
</ol>5. Análisis de datos
<ol><li>análisis de datos fNIRS<ol>
<li>Procesar los datos de coordenadas 3D MNI mediante la opción de registro en NIRS-SPM con MATLAB 2019. Seleccionar: registro espacial independiente ? Con digitalización 3D. Elija los demás archivos de texto de origen y otros guardados anteriormente y, a continuación, seleccione Registro.</li>
		<li>Preprocesar señales fNIRS con el software Homer232.<ol>
<li>Convierta los datos sin procesar en cambios de densidad óptica para diferentes longitudes de onda y conviértalo en los cambios de concentración de HbO en diferentes puntos de tiempo utilizando una Ley Beer-Lambert modificada. Generalmente, el valor del factor de longitud de trayecto típicamente diferencial (DPF) afectado por la edad, el sexo y la longitud de onda, y la distancia entre la fuente y el decetor33,34 es 6, que es similar al DPF promedio de estudios anteriores34,35.</li>
			<li>Utilice el algoritmo de detección de artefactos de movimiento de spline del paquete de procesamiento Homer2 fNIRS para la corrección de movimiento. Seleccione los métodos de corrección de movimiento apropiados en función de la literatura36.</li>
			<li>Procesar los datos continuos de la hemoglobina cruda mediante un filtro de paso bajo de 0,2 Hz y, posteriormente, un filtro de paso alto de 0,015 Hz.</li>
			<li>Normalice la amplitud de la señal hemodinámica dividiendo los valores promediados.</li>
			<li>Genere los datos fNIRS para cada canal en función de la información del digitalizador 3D. Seleccione los canales que tienen una probabilidad de registro del 100% o más en la corteza frontal superior (SFC) de acuerdo con el cálculo de regresión del NIRS-SPM para su posterior análisis.</li>
			<li>Exporte los valores máximos de los cambios de concentración de hemoglobina de oxígeno (HbO). NOTA: En este estudio, solo se analizaron las señales HbO debido a su alta relación señal-ruido. Los valores máximos de los datos de HbO promediados por ejecución se extrajeron para cada canal de cada participante para su posterior análisis.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Procesamiento de datos EEG NOTA: El análisis de datos EEG sin conexión se realizó con el EEGLAB. Sólo N200 en Fz fue el componente interesante para el presente estudio. Todos los electrodos fueron sometidos a una corrección automática de artefactos para eliminar los movimientos oculares mediante el uso de un modelo interno de topografías de artefactos. Los datos continuos del EEG se segmentaron en diferentes ensayos según estímulos objetivo y no objetivo, en los que la época de cada ensayo duró 2500 ms, que implicaba un período de pre-estímulo de 500 ms (época de línea de base) y un período post-estímulo de 2000 ms (época de la tarea).<ol>
<li>Cargue la carpeta de datos EEG sin procesar en el EEGLAB utilizando los plugins. Elija el complemento BIOSIG para el archivo BDF en este estudio. NOTA: Por favor, elija un plugin adecuado de acuerdo con el formato de archivo de datos EEG.</li>
		<li>Establezca la información de ubicación del canal para EEGLAB37. Cargue el archivo de ubicación correspondiente de la tapa.</li>
		<li>Re-referencia de electrodos en el ERPLAB, que es un plugin de EEGLAB. Elija los canales colocados en los mastoideos como electrodos de referencia.</li>
		<li>Extraiga las épocas de datos EEG en función de los archivos de eventos y bin del ERPLAB37.</li>
		<li>Filtre los segmentos de datos EEG en el ERPLAB mediante el filtro FIR filtrando las frecuencias bajas con un límite de 30 Hz y filtrando las frecuencias altas con un límite de 0,1 Hz.</li>
		<li>Elimine los artefactos oculares de EEG con el Análisis de componentes independientes en EEGLAB.</li>
		<li>Rechazar los segmentos de datos EEG con valores de amplitud superiores a 100 V en cualquier canal de ERPLAB.</li>
		<li>Promedio de los segmentos de datos EEG en ERPLAB. NOTA: Estos son el método de análisis de datos generalmente utilizado y el software para el procesamiento de EEG y los datos fNIRS. Hay numerosos software de procesamiento y métodos disponibles.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Cálculo de correlación<ol>
<li>Genere la relación entre las grabaciones fNIRS y EEG utilizando el análisis de correlación de Pearson.</li>
	</ol>
</li>i></ol>

<ol><li>Kennan, R. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+recording+of+event-related+auditory+oddball+response+using+transcranial+near+infrared+optical+topography+and+surface+EEG%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Simultaneous recording of event-related auditory oddball response using transcranial near infrared optical topography and surface EEG.</a> NeuroImage. 16 (3), Pt 1 587-592 (2002).</li>
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<li>Wood, J. N., Grafman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+prefrontal+cortex%3A+processing+and+representational+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Human prefrontal cortex: processing and representational perspectives.</a> Nature Reviews Neuroscience. 4 (2), 139-147 (2003).</li>
<li>Wallis, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Orbitofrontal+Cortex+and+Its+Contribution+to+Decision-Making%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Orbitofrontal Cortex and Its Contribution to Decision-Making.</a> Annual Review of Neuroscience. 30 (1), 31-56 (2007).</li>
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<li>Nguyen, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+continuous+EEG-fNIRS+recording+of+temporal+lobe+seizures%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsy+Research%22%5BJournal%5D)">Non-invasive continuous EEG-fNIRS recording of temporal lobe seizures.</a> Epilepsy Research. 99 (1-2), 112-126 (2012).</li>
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<li>Liu, Y., Ayaz, H., Shewokis, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multisubject+%22learning%22+for+mental+workload+classification+using+concurrent+EEG%2C+fNIRS%2C+and+physiological+measures%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Multisubject "learning" for mental workload classification using concurrent EEG, fNIRS, and physiological measures.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 11, (2017).</li>
<li>Aghajani, H., Garbey, M., Omurtag, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+mental+workload+with+EEG%2BfNIRS%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Measuring mental workload with EEG+fNIRS.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 11, (2017).</li>
<li>Balconi, M., Vanutelli, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemodynamic+%28fNIRS%29+and+EEG+%28N200%29+correlates+of+emotional+inter-species+interactions+modulated+by+visual+and+auditory+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Hemodynamic (fNIRS) and EEG (N200) correlates of emotional inter-species interactions modulated by visual and auditory stimulation.</a> Scientific Reports. 6, (2016).</li>
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<li>Kocsis, L., Herman, P., Eke, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+modified+Beer-Lambert+law+revisited%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">The modified Beer-Lambert law revisited.</a> Physics in Medicine and Biology. 51 (5), (2006).</li>
<li>Herold, F., Wiegel, P., Scholkmann, F., Müller, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+Functional+Near-Infrared+Spectroscopy+%28fNIRS%29+Neuroimaging+in+Exercise-Cognition+Science%3A+A+Systematic%2C+Methodology-Focused+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Medicine%22%5BJournal%5D)">Applications of Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) Neuroimaging in Exercise-Cognition Science: A Systematic, Methodology-Focused Review.</a> Journal of Clinical Medicine. 7 (12), 466(2018).</li>
<li>Duncan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+pathlength+measurements+on+adult+head%2C+calf+and+forearm+and+the+head+of+the+newborn+infant+using+phase+resolved+optical+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Optical pathlength measurements on adult head, calf and forearm and the head of the newborn infant using phase resolved optical spectroscopy.</a> Physics in Medicine and Biology. 40 (2), 295-304 (1995).</li>
<li>Brigadoi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motion+artifacts+in+functional+near-infrared+spectroscopy%3A+A+comparison+of+motion+correction+techniques+applied+to+real+cognitive+data%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Motion artifacts in functional near-infrared spectroscopy: A comparison of motion correction techniques applied to real cognitive data.</a> NeuroImage. 85, 181-191 (2014).</li>
<li>Lopez-Calderon, J., Luck, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ERPLAB%3A+an+open-source+toolbox+for+the+analysis+of+event-related+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">ERPLAB: an open-source toolbox for the analysis of event-related potentials.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 8, 213(2014).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

En este protocolo, se realizaron grabaciones combinadas de EEG y fNIRS para examinar los patrones de activación cerebral que implican un paradigma Flanker relacionado con eventos mediante el registro de las señales neuronales de todo el cerebro y las respuestas hemodinámicas simultáneas de la corteza prefrontal. Los resultados de ERP mostraron que N200 en Fz fue capaz de distinguir significativamente las condiciones congruentes e incongruentes (P-0.037). Mientras tanto, las señales de HbO en SFC (canales 21) también most...

Este estudio tiene como objetivo desarrollar un protocolo de trabajo para revelar el patrón de activación neuronal subyacente a la tarea Flanker mediante el uso de técnicas de neuroimagen EEG y fNIRS fusionadas. Curiosamente, las grabaciones simultáneas fNIRS-EEG permiten la inspección de la relación entre las señales hemodinámicas en la corteza prefrontal y varios componentes potenciales relacionados con eventos (ERP) de todo el cerebro asociados con la tarea Flanker.
La integración de diversas modalidades neuroimagen no invasivas, incluyendo espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS), electroencefalografía (EEG) y resonancia magnética funcional (fMRI) es esencial para mejorar la comprensión de dónde y cuándo se está llevando a cabo el procesamiento de información en el cerebro1,2,3. Además, existe el potencial de combinar fNIRS y EEG para examinar la relación entre la actividad neuronal local y los cambios posteriores en las respuestas hemodinámicas, en las que EEG y fNIRS pueden ser complementarios al revelar el mecanismo neuronal de la función cognitiva del cerebro humano. fNIRS es una técnica de neuroimagen funcional basada en vasculares que se basa en las respuestas hemodinámicas para inferir la activación cerebral. fNIRS mide los cambios relativos de concentración de oxihemoglobina (HbO) y desoxihemoglobina (HbR) en la corteza cerebral, que desempeña un papel importante en el estudio del procesamiento cognitivo3,4,5,6,7. Según el mecanismo de acoplamiento neurovascular y neurometabólico8,el cambio de la actividad neuronal local asociada con el procesamiento cognitivo generalmente se acompaña de alteraciones posteriores en el flujo sanguíneo local y el oxígeno en la sangre con un retraso de 4-7 segundos. Se ha demostrado que el acoplamiento neurovascular es probablemente un transductor de potencia, que integra la dinámica rápida de la actividad neuronal en la entrada vascular de la hemodinámica lenta9. Específicamente, fNIRS se utiliza principalmente para inspeccionar la actividad neurovascular en el lóbulo frontal, especialmente la corteza prefrontal que se encarga de altas funciones cognitivas, tales como funciones ejecutivas10,,11,,12,razonamiento y planificación13,toma de decisiones14,y cognición social y juicio moral15. Sin embargo, las respuestas hemodinámicas medidas por fNIRS sólo capturan indirectamente la actividad neuronal con una resolución temporal baja, mientras que el EEG puede ofrecer medidas temporalmente finas y directas de las actividades neuronales. En consecuencia, la combinación de EEG y fNIRS grabación puede identificar más características y revelar más información asociada con el funcionamiento del cerebro.
Más importante aún, la adquisición multimodal de señales EEG y fNIRS se ha llevado a cabo para inspeccionar la activación cerebral subyacente a varias tareas cognitivas16,17,18,19,20,21,22 o interfaz cerebro-ordenador23,24. En particular, las grabaciones simultáneas de ERP (potencial relacionado con eventos) y fNIRS se llevaron a cabo sobre la base del paradigma de bola impar auditiva relacionado con eventos1, en el que fNIRS puede identificar los cambios hemodinámicos en la corteza frontotemporal varios segundos después de la aparición del componente P300. Horovitz et al. también demostraron las mediciones simultáneas de las señales fNIRS y el componente P300 durante una tarea de procesamiento semántico25. Curiosamente, estudios previos basados en grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS mostraron que P300 durante los estímulos de oddball exhibió una correlación significativa con las señales fNIRS26. Se descubrió que las medidas multimodales tienen el potencial de revelar el mecanismo neuronal cognitivo integral basado en el paradigma relacionado con el evento26. Además de la tarea de bola extraña, la tarea Flanker asociada con el componente ERP N200 es también un paradigma importante, que se puede utilizar para la investigación de la detección y evaluación de la capacidad cognitiva con controles saludables y pacientes con diversos trastornos. Específicamente, N200 fue un componente negativo que alcanza los picos 200-350 ms de la corteza frontal27 y la corteza temporal superior28. Aunque estudios anteriores examinaron la relación entre la corteza frontal superior y la oscilación alfa en la tarea Flanker29, no se ha explorado la correlación entre la amplitud N200 y las respuestas hemodinámicas durante la tarea Flanker.
En este protocolo, se utilizó un parche EEG/fNIRS casero basado en la tapa EEG estándar para las grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS. Los arreglos de optodes/electrodos con soporte se lograron mediante la colocación de optodos fNIRS fusionados en la tapa del EEG. Las adquisiciones simultáneas de datos EEG y fNIRS se llevaron a cabo con las mismas tareas de estímulo generadas por el software E-prime. Suponemos que los componentes ERP asociados con la tarea Flanker pueden mostrar una correlación significativa con las respuestas hemodinámicas en la corteza prefrontal. Mientras tanto, las grabaciones combinadas de ERP y fNIRS pueden extraer múltiples indicadores de señal para identificar los patrones de activación cerebral con mayor precisión. Para probar la hipótesis, la configuración fNIRS y la máquina EEG se integraron para revelar el complejo mecanismo de cognición neuronal correspondiente a la tarea Flanker relacionada con eventos.

<table><tbody><tr><td>Gorro de electroencefalograma</td><td>EASYCAP GmbH</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Sistema de electroencefalograma</td><td>BioSemi</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>-fNIRS Sistema</td><td>TechEn-CW6</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

realización de electroencefalografía concurrente y grabaciones funcionales de espectroscopia de infrarrojo cercano con una tarea de flanqueador

Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task

Las grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS ofrecen una excelente oportunidad para obtener una comprensión completa del mecanismo neuronal del procesamiento cognitivo mediante la inspección de la relación entre las señales neuronales y hemodinámicas. EEG es una tecnología electrofisiológica que puede medir la rápida actividad neuronal de la corteza, mientras que fNIRS se basa en las respuestas hemodinámicas para inferir la activación cerebral. La combinación de eEG y técnicas de neuroimagen fNIRS puede identificar más características y revelar más información asociada con el funcionamiento del cerebro. En este protocolo, se realizaron mediciones fusionadas de EEG-fNIRS para grabaciones simultáneas de potenciales eléctricos evocados y respuestas hemodinámicas durante una tarea flankora. Además, se proporcionaron y discutieron en detalle los pasos críticos para configurar el sistema de hardware y software, así como los procedimientos para la adquisición y el análisis de datos. Se espera que el presente protocolo pueda allanar una nueva vía para mejorar la comprensión de los mecanismos neuronales subyacentes a diversos procesos cognitivos mediante el uso de las señales EEG y fNIRS.

La Figura 2 muestra las señales HbO para todos los canales, mientras que la Figura 3 muestra los ERPs en Fz y FCz para las dos condiciones de la tarea Flanker. Figure 4 ilustró los resultados del análisis de correlación de Pearson mostraron que las señales fNIRS en SFC mostraron una correlación significativa con el componente ERP N200 en Fz para la condición incongruente(P&lt;0.05). Sin embargo, este n...

El protocolo actual describe cómo realizar grabaciones simultáneas DeEEG y fNIRS y cómo inspeccionar la relación entre los datos EEG y fNIRS.

Realización de electroencefalografía concurrente y grabaciones funcionales de espectroscopia de infrarrojo cercano con una tarea de flanqueador

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by ...

El objetivo de este estudio fue desarrollar un protocolo de trabajo para revelar el patrón de activación neuro, subrayar la tarea de flanqueador mediante el uso de EEG fusionado y técnica de imágenes neuro-imágenes fNIRS. Las grabaciones simultáneas de fNIRS EEG permiten la inspección de la relación entre la corteza prefrontal y diferentes eventos relacionados con los componentes potenciales de todo el cerebro. fNIRS en la corteza cerebral que ley bastante importante en el estudio del procesamiento cognitivo.Sabemos que el fNIRS se utiliza principalmente para inspeccionar la actividad neurovascular en el lóbulo frontal. está relacionado con funciones cognitivas cerebrales altas. Sin embargo, la respuesta hemodinámica metada por fNIRS sólo puede leer las actividades con baja resolución temporal, pero EEG puede ofrecer búsqueda temporal y medición directa de las actividades neuronales.La combinación de grabaciones EEG y fNIRS es capaz de identificar más características y revelar más información relacionada con las funciones cerebrales. En este estudio, se utilizan las técnicas EEG fNIRS para grabaciones simultáneas de componentes ERP y respuesta hemodinámica con una tarea de flanqueo. Es racional suponer que los componentes ERP asociados con la tarea de flanqueo pueden exhibir una correlación significativa con la respuesta hemodinámica.Para atar esta suposición, la configuración de fNIRS y la máquina EEG se integraron para revelar el complejo metismo de neuroconfesión correspondiente al evento con la tarea de flanqueo. Antes de la prueba del experimento, todos los participantes firmaron documentos de consentimiento informado. El estudio fue aprobado por el comité de ética de la Universidad de Macao.Número uno, configuración de hardware y software para grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS. Construir un capuchón de cabeza factible para grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS. Seleccione el tamaño de la tapa correcta de acuerdo con la circunferencia de la cabeza de los participantes.En este estudio, se utiliza una tapa de tamaño medio ya que es adecuada para la mayoría de los participantes adolescentes o adultos. Dibuje el diseño de acuerdo con el diseño del experimento en la literatura. Excave 22 agujeros dentro de la tapa EEG para sujetar optodos fNIRS en línea con una corteza frontal específicamente fuera.Coloque 21 o 71 electrodos EEG a lo largo de la superficie de la tapa EEG según el sistema internacional 10-20 y monte las rejillas para las optodes. Establezca la distancia entre cada par de detectores de origen como tres centímetros y, a continuación, fije los optodes. En cada uno de los optodes azules son detectores, mientras que los rojos son fuentes láser.Ajuste del puerto EEG y fNIRS en el software. Establezca el puerto paralelo, ejemplo H378 en este estudio para el sistema EEG. Fije los puertos seriales, ejemplo 600 en este estudio para el sistema fNIRS.El tipo de puerto y el número deben modificarse con respecto a varias configuraciones EEG y fNIRS. Póngase en contacto con los fabricantes para obtener más información. Preparación antes del experimento.Caliente el sistema fNIRS con láseres. Enciénelo durante 30 minutos. Establezca todos los permisodores de operación necesarios para el sistema de medición fNIRS.En caso de que la configuración, incluidos los sistemas de medición EEG y fNIRS, a los participantes. Mida y marque el punto CZ de acuerdo con el sistema internacional 10-20. Identifique la posición del electrodo de CZ a la mitad de la distancia entre la y la mitad de la distancia entre las hendiduras interorbitales izquierda y derecha.Coloque primero la parte frontal de la tapa a lo largo de la frente de los participantes y luego tire hacia abajo de la sesión posterior de la tapa hacia el cuello. Validación de las posiciones. Tenga en cuenta que se recomienda encarecidamente que los electrodos EEG se establezcan en primer lugar y, posteriormente, los optodioses más cercanos.Si el gel conductor EEG cubre los orificios para la colocación de las optodes más cercanas, debe estar limpio para evitar la contaminación de los optodes. Preparación para las grabaciones del EEG. Rellene el gel conductor insertando una aguja contundente a través de los orificios de la rejilla del electrodo EEG.Coloque todos los electrodos en la rejilla de electrodos EEG de acuerdo con los niveles. Abra el software EEG e inspeccione la calidad de la señal de los electrodos. Reajuste los electrodos rellenando gel conductor si la calidad de la señal no podía cumplir con los requisitos.Preparación para las grabaciones fNIRS. Precaución no exponga los ojos de los participantes al rayo láser de la fuente directamente. Coloque las fibras ópticas a lo largo de los brazos del soporte unidos al sistema de medición fNIRS y al soporte adicional.Asegúrese de que las fibras estén limpias y ordenadas. Inserte la fuente óptica y los detectores en los orificios de acuerdo con la disposición. Pruebe la calidad de la señal.Si un canal no tiene una relación señal-ruido de alto nivel. Por ejemplo, si el canal está marcado en amarillo, cambie suavemente el cabello de los participantes que rodea las sondas ópticas para asegurarse de que no exista nada entre la sonda óptica y el cráneo. Si el paso 2.8.3 no puede mejorar la calidad de la señal, suba la intensidad de la señal.Si hay demasiada señal. Ejemplo si el canal está marcado en rojo, baje la intensidad de la señal. Ejecuta el experimento.Comience el experimento cuando las señales sean estables con una excelente relación señal-ruido y los participantes estén familiarizados con las instrucciones del experimento. Después del experimento, guarde y exporte los datos del fNIRS EEG. Retire cuidadosamente los electrodos EEG y las sondas ópticas fNIRS.Medición de coordenadas tridimensionales MNI 3D de optodos fNIRS con digitalizador 3D. Deje que los participantes se sienten en una silla y usen las gafas con un sensor. Abra el software digitalizador en el ordenador.Asegúrese de que el sistema digitalizador 3D está en conexión con el equipo a través de un puerto com adecuado. Cargue el diseño de optodes establecidos en el archivo. Mover los estilos de digitalizador 3D conceder las posiciones clave.NZ, LZ, oído izquierdo, oído derecho, CZ a lo largo de la pantalla y pulse el botón en el lápiz. Localice la fuente óptica y los detectores. Exporte el archivo de coordenadas 3D.Análisis de datos. análisis de datos fNIRS. Procese el archivo de coordenadas MNI 3D utilizando la opción de registro en fNIRS SPM con MetLife 2019.Seleccione el registro especial independiente con digitalización 3D. Elija el anterior, guárdelo otros y el archivo de texto de origen. Registro. Preprocesar señales fNIRS con el software Homer2 de acuerdo con los siguientes pasos.La aplicación de la corrección de artefacto de movimiento modificada. A continuación, pase el filtrado de 0,015 hercios a 0,2 hercios. Normalice una amplitud de señal más dinámica dividiendo los valores medios.Genere los datos fNIRS para cada canal basándose en una información digitalizada 3D. Seleccione los canales que tienen una probabilidad de registro del 100% o más en SFC según el cálculo de regresión del SPM fNIRS para su análisis posterior. Exporte los valores máximos de HbO.Tratamiento de datos EEG. Cargue la carpeta de datos EEG sin procesar en el laboratorio EEG utilizando los plugins. Elija el plugin BOC para el archivo BDF en este estudio.Tenga en cuenta, elija el plugin adecuado de acuerdo con el formato de archivo de datos EEG. Establezca la información de ubicación del canal para el laboratorio EEG. Cargue el archivo de ubicación correspondiente de la tapa.Nos referimos en electrodos en el laboratorio ERP que es un plugin de laboratorio EEG. Elija los canales, colóquelos en el almacenamiento masivo como electrodos de referencia. Extraiga datos de EEG basados en los archivos de eventos y bin en el laboratorio ERP.Filtre el segmento de datos EEG en el laboratorio ERP utilizando el filtro IIR. Filtrando las frecuencias bajas con un límite de 30 hercios y filtrando las frecuencias altas con una curva de 0,1 hercios. Elimine los artefactos de EEG oculares dentro del análisis de componentes de Bendon en el laboratorio de EEG.Rechazar el segmento de datos EEG con valores de amplitud que superen el rango de 100 positivos a los 100 microvolta negativos en cualquier canal del laboratorio ERP. el segmento de datos EEG en el laboratorio ERP. Tenga en cuenta que estos son el método de análisis de datos generalmente utilizado y el software para el preprocesamiento de datos EEG y fNIRS.Hay numerosos software de procesamiento y métodos disponibles. Cálculo de correlación. Genere la relación entre las grabaciones fNIRS y EEG con el análisis de correlación de Pearson.Resultados representativos. configuración de canales y colocación de auriculares fNIRS. El diseño de optodos digitalizados se convierte en el sistema de coordenadas MNI y se superpone a lo largo de la corteza cerebral.Señal HbO para todos los canales asociados con la tarea de flanqueo. Las curvas rosas que denoten la condición congruente mientras que las verdes indican la condición congruente. Señal ERP para electrodos FZ y FCZ.Las curvas negras definen la condición incongruente, mientras que las rojas denotan la condición congruente. Correlación entre la señal ERP N200 y fNIRS a lo largo del SFC para la condición incongruente. En resumen, se realizó la combinación de imágenes neurointeicas EEG y fNIRS para mapear la activación cerebral implicada flanqueada por el registro de las señales neuronales de todo el cerebro y la respuesta hemodinámica de la corteza prefrontal.Adquirimos con éxito los datos EEG y fNIRS con una tarea de flanqueo. Nuestro hallazgo mostró que la respuesta hemodinámica fNIRS y los componentes ERP N200 están significativamente correlacionados que presentan una perspectiva diferente del mecanismo cognitivo asociado con la tarea de flanqueador. Nuestros resultados de imágenes neuromóricas multimodales apoyan un papel esencial de la técnica combinada EEG y fNIRS en la contribución al cerebro que allana una nueva vía para mejorar la comprensión del mecanismo neurológico de diferentes procesamiento cognitivo.

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Investigación

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Realización de electroencefalografía concurrente y grabaciones funcionales de espectroscopia de infrarrojo cercano con una tarea de flanqueador (Video) | JoVE Journal

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