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Potenciales relacionados con eventos (ERP) y otros métodos basados en EEG para extraer biomarcado...
Potenciales relacionados con eventos (ERP) y otros métodos basados en EEG para extraer biomarcado...
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JoVE Journal Neuroscience
Event Related Potentials (ERPs) and other EEG Based Methods for Extracting Biomarkers of Brain Dysfunction: Examples from Pediatric Attention Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD)

Potenciales relacionados con eventos (ERP) y otros métodos basados en EEG para extraer biomarcadores de la disfunción cerebral: ejemplos de trastorno por déficit de atención pediátrica e hiperactividad (TDAH)

Full Text
16,890 Views
10:02 min
March 12, 2020

DOI: 10.3791/60710-v

Geir Ogrim1,2,3, Juri D. Kropotov4,5

1Neuropsychiatric Team, Åsebråten Outpatient Clinic,Østfold Hospital Trust, 2Institute of Psychology,Norwegian University of Science and Technology, 3Gillberg Neuropsychiatry Centre,University of Gothenburg, 4P. Bechtereva Institute of the Human Brain,Russian Academy of Sciences, 5Department of Neuropsychology,Andrzej Frycz-Modrzewski Krakow University

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study focuses on the application of EEG methods to extract biomarkers related to brain dysfunctions, emphasizing multi-channel event-related potentials (ERPs) collected during a cued GO/NOGO task. Non-brain artifacts are corrected, and ERPs are compared to normative databases, with particular examples illustrating potential biomarkers for ADHD diagnosis and prediction of medication response.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Electrophysiology
  • Psychology

Background

  • Event-related potentials (ERPs) provide insights into brain function.
  • EEG is a noninvasive and affordable technique.
  • Technique relates well to existing scientific studies on brain dysfunction.
  • Focus on specific ERPs associated with cognitive tasks.

Purpose of Study

  • To assess brain function through EEG spectra and ERPs.
  • To identify biomarkers for ADHD diagnosis.
  • To predict responses to medication based on brain activity.

Methods Used

  • EEG monitoring is performed during a GO/NOGO task.
  • The study employs a structured procedure for electrode placement and data acquisition.
  • Independent component analysis is used to correct for artifacts like eye movements.
  • EEG data is analyzed and compared with normative databases to identify significant deviations.

Main Results

  • Demonstration of ERP measurement techniques and their relevance to understanding ADHD.
  • Identification of significant deviations in brain activity patterns compared to normative data.
  • Potential link established between ERP features and clinical diagnosis/medication response.

Conclusions

  • This study demonstrates a methodology for utilizing EEG to derive biomarkers for brain dysfunctions.
  • It aids in understanding the neural correlates of ADHD and the potential for personalized treatment strategies.
  • Findings contribute to the broader understanding of neuronal mechanisms related to cognitive control.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using EEG for this study?
EEG is noninvasive and affordable, allowing for repeated measures and broad applicability in research settings.
How is the GO/NOGO task implemented in this study?
Subjects are trained to respond to specific animal image pairs while ignoring distractors, which helps in studying cognitive control.
What types of data are obtained from ERP analysis?
Data includes information on omission and commission errors, mean reaction times, and variability in responses related to the cognitive task.
How can this methodology be adapted for other studies?
The EEG setup and analysis techniques can be modified to fit various cognitive tasks or clinical populations based on the research need.
What limitations should be considered when interpreting EEG results?
Factors such as individual differences in anatomy and the influence of artifacts must be accounted for to ensure accurate data interpretation.

Métodos de EEG se aplican para extraer biomarcadores de disfunciones cerebrales. El enfoque se centra en las potencialidades multicanal relacionadas con eventos (ERP) registradas en una tarea GO/NOGO seleccionada. Los artefactos no cerebrales se corrigen y los ERPs se comparan con los datos normativos. Los ejemplos se relacionan con biomarcadores para el diagnóstico del TDAH y la predicción de la respuesta a los medicamentos.

Comparando espectros de EEG y potenciales relacionados con eventos, ERPS, con una base de datos puede proporcionar información importante sobre la función cerebral. Las ventajas de estas técnicas son que no son invasivas, asequibles y pueden estar relacionadas con un gran número de estudios científicos. Demostrando estas técnicas estará María Danielsen, una candidata de psicología que ha trabajado como técnico en nuestra clínica durante unos dos años.

Para crear un archivo de datos EEG correspondiente, en el software haga clic en Archivo y Nuevo. La tarjeta del sujeto aparecerá en la pantalla. Después de rellenar toda la información apropiada, mida la distancia de nasion-inion en la cabeza del sujeto.

El centro de los electrodos de polo frontal debe caer en una línea horizontal 10%de esta distancia por encima de la nasion. Aplique gel de preparación de la piel en los lóbulos de las orejas y llene las copas de los electrodos auditivos con gel de electrodo conductor. Fije los electrodos auditivos y coloque la tapa simétricamente en la cabeza con los electrodos del polo frontal colocados en el centro del polo frontal.

Tire de la tapa hacia abajo lo más lejos posible para fijarla cerca de la cabeza y coloque la cintura alrededor del pecho. Fije los botones conectados a la tapa a esta banda para evitar que la tapa y los electrodos se muevan durante las pruebas y conecte el cable de la tapa y los cables auditivos al amplificador. A continuación, haga clic en el icono de impedancia del menú WinEEG y llene la jeringa con gel.

Utilice la jeringa para llenar todos los orificios de los electrodos. La impedancia está bien cuando los círculos negros son amarillos. El equipo está listo cuando los 20 agujeros tienen un color amarillo y la diferencia de color entre los agujeros individuales es pequeña.

Cuando el equipo se haya colocado correctamente, haga clic en el botón de inicio para iniciar el monitoreo del EEG e informe al sujeto de que la prueba tomará alrededor de una hora. Pida al sujeto que se relaje en la cómoda silla con los ojos cerrados y haga clic en el círculo rojo para adquirir el EEG. Después de hacer clic en Siguiente, seleccione los ojos cerrados para iniciar el registro.

Después de tres minutos haga clic en pausar y pedir al sujeto que abra los ojos mientras se relaja y mira la pantalla frente a ellos. A continuación, haga clic en el círculo rojo para continuar con el registro. Después de otros tres minutos, haga clic en detener y guardar.

Antes de iniciar una grabación de EEG, haga que el sujeto mantenga pulsado un botón en su mano derecha y abra el menú de tareas. Seleccione VCPT en el equipo secundario delante del sujeto. Informe al sujeto que las imágenes vendrán en pares con la primera imagen seguida por la segunda después de un segundo y que después de tres segundos, un nuevo par aparecerá siguiendo el mismo patrón.

Indique al sujeto que haga clic en el botón del ratón lo más rápido posible cada vez que aparezca la combinación AA en la que los dos animales son idénticos. Indique al sujeto que no presione el botón del ratón en las combinaciones AP, PP o AH. Diga al sujeto que ignore los sonidos aleatorios en combinaciones de PH.

Después de entregar las instrucciones, pulse Intro para ejecutar la tarea durante unos dos o cinco minutos para entrenar al sujeto en la tarea go/nogo. Al final de la tarea de entrenamiento, seleccione la opción Cambiar al modo esclavo. Para iniciar el experimento, seleccione la opción de adquisición EEG en el menú de grabación del equipo principal.

En el menú de grabación, seleccione el programa de presentación de estímulo. Se resaltará la opción del programa de presentación de estímulos. Seleccione VCPT e inicie las presentaciones de estímulos en el equipo secundario.

Cuando se hayan completado las 400 pruebas, presione pausar, detener y guardar antes de finalizar el registro. Para eliminar los artefactos de movimiento ocular de los datos, haga clic con el botón izquierdo en la barra de tiempo al principio del fragmento para seleccionar el fragmento de interés del EEG y haga clic con el botón derecho en la barra de tiempo al final del fragmento. Todo el fragmento se resaltará en amarillo.

Para permitir la comparación de los espectros individuales y los potenciales relacionados con eventos con la base de datos de referencia de HBI, seleccione el método de análisis de componentes independiente y seleccione las topografías asociadas con los parpadeos oculares y los movimientos oculares horizontales. A continuación, haga clic en Aceptar para aceptar las selecciones e implementar el procedimiento de artefactos de marca desde el menú de análisis. Para calcular los espectros EEG, seleccione los ojos cerrados o los ojos abiertos en el menú de análisis para seleccionar el espectro EEG y el fragmento de interés y haga clic en Aceptar. A continuación, en el menú de análisis, seleccione la comparación para comparar los espectros individuales con la base de datos.

Para calcular los potenciales relacionados con eventos, seleccione un archivo VCPT EEG en el montaje medio común y haga clic en Calcular ERP en el menú de análisis. Haga clic en Aceptar. Aparecerá una ventana que representa los parámetros de los cálculos de ERP. Desde las cuatro pequeñas ventanas situadas encima del gráfico etiquetadas uno, dos, tres y cuatro, seleccione el componente de interés en una ventana y la opción none en las otras.

En el menú vertical derecho, seleccione el intervalo de tiempo de interés. Para asignar la oleada para potenciales relacionados con eventos, haga clic con el botón derecho en el momento seleccionado a lo largo del eje X de cualquier gráfico. A continuación, suelte y seleccione Agregar mapa.

Los mapas correspondientes aparecerán en la parte inferior de la página. Para ver el número de omisiones, comisiones, el tiempo medio de reacción para un GO y la variabilidad en tiempo real, haga clic con el botón derecho en la ventana de potenciales relacionados con eventos y seleccione la información de grupos. La línea a-a GO muestra el número de errores de omisión, el tiempo de reacción y la variabilidad del tiempo de reacción.

La línea a-p NoGO muestra el número de errores de comisión. En Análisis, seleccione comparación. A continuación, seleccione el archivo del asunto y el archivo de comparación en la ventana derecha y haga clic en Aceptar. Para comparar los potenciales relacionados con eventos con la base de datos de referencia, seleccione la comparación de resultados en el menú de análisis y seleccione el archivo del asunto y la base de datos HBI.

A continuación, haga clic con el botón derecho en el punto de tiempo y el canal de interés para obtener el nivel de significancia de la desviación de la referencia. Para seleccionar grupos para evaluar la diferencia potencial relacionada con eventos, haga clic en la flecha de uno. Para los potenciales relacionados con eventos referenciales, haga clic en dos.

Para ver la diferencia, haga clic en tres. Para el grupo activo cuatro, seleccione ninguno. Para definir el intervalo de tiempo de interés, introduzca el intervalo de tiempo y la duración en milisegundos.

A continuación, coloque el cursor en el punto de tiempo y el canal de interés y haga clic con el botón derecho para seleccionar Agregar mapa. Se mostrará un mapa que muestra la desviación de la referencia. Se pueden seleccionar otros archivos en lugar de la base de datos HBI para las comparaciones.

Aquí, se muestran correlaciones potenciales relacionadas con eventos de disfunción del control cognitivo proactivo en el grupo representativo de TDAH. Dos índices de control cognitivo proactivo se redujeron en el grupo de TDAH en comparación con un grupo de control saludable en este análisis. En esta figura, se pueden observar correlaciones potenciales relacionadas con eventos de disfunción del control cognitivo reactivo en el grupo de TDAH.

Dos índices de control cognitivo reactivo también se redujeron en los sujetos de TDAH en comparación con el grupo de control saludable. Para asegurar un registro de alta calidad, minimice los artefactos musculares y de movimiento tanto como sea posible. Una conexión segura entre la tarea y el equipo WinEEG es fundamental.

Aunque estos métodos forman parte de un examen clínico total para generar hipótesis, no pueden reemplazar métodos como entrevistas clínicas, exámenes médicos, pruebas neuropsicológicas u observaciones.

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Neurociencia Número 157 biomarcador predicciones potenciales relacionados con eventos componentes latentes tarea GO/NOGO Trastorno por Déficit de Atención/Hiperactividad (TDAH)

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