מאמר שיטה

צפיפות האירועים הקשורים גבוהה רכישת נתונים פוטנציאלים קוגניטיביים Neuroscience

DOI:

10.3791/1945

⸱

16 באפריל 2010

1Department of Psychology, Boston College

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אירוע הקשור הקלטה (ERP) הפוטנציאל מנוצל תחת ב קוגניטיבי Neuroscience כי טכניקות נתונים הרכישה אינם זמינים ו שיטה זו לעתים קרובות יש רזולוציה מרחבית ירודה. כדי לעודד את השימוש מוגברת של ERPs ב קוגניטיבי Neuroscience, את הפרטים במאמר הנוכחי טכניקות המפתח המעורבים צפיפות גבוהה הרכישה ERP נתונים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) היא כיום השיטה הסטנדרטית של הערכת תפקוד המוח בתחום הקוגניטיבי Neuroscience, בין השאר בשל רכישת נתונים fMRI ועל שיטות ניתוח זמינים. מכיוון fMRI יש רזולוציה מרחבית מעולה אך רזולוציה טמפורלית עניים, בשיטה זו ניתן להשתמש רק כדי לזהות את המיקום המרחבי של הפעילות המוחית הקשורה לתהליך הקוגניטיבי נתון (וחושף כמעט כלום על הקורס הזמן של פעילות מוחית). לעומת זאת, אירוע הקשור (ERP) פוטנציאל הקלטה, שיטה המשמשת הרבה פחות מאשר ה-fMRI, יש פתרון זמני מצוין, וכך ניתן לעקוב אחר מודולציות הזמני המהירה פעילות עצבית. למרבה הצער, ERPs מנוצלים תחת ב קוגניטיבי Neuroscience כי טכניקות נתונים הרכישה אינם זמינים נמוך הקלטה ERP צפיפות יש רזולוציה מרחבית ירודה. במאמץ לעודד את השימוש מוגברת של ERPs ב קוגניטיבי Neuroscience, את הפרטים במאמר הנוכחי טכניקות המפתח המעורבים צפיפות גבוהה הרכישה ERP נתונים. אנושות, ERPs צפיפות גבוהה להציע את ההבטחה של החלטת הזמני מעולה ברזולוציה מרחבית טובה (או רזולוציה מרחבית מעולה אם בשילוב עם fMRI), אשר הכרחי כדי ללכוד את המרחב וזמן הדינמיקה של תפקוד המוח האנושי.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

א מבוא

בתחום הקוגניטיבי Neuroscience, תהודה מגנטי תפקודי (fMRI) הפכה שיטה סטנדרטית של ניתוח. הפופולריות של ה-fMRI נובעת בחלקה מרכישת נתונים זמינים וטכניקות ניתוח בנוסף לפירוש התוצאות בקלות המדגישים את אזורים במוח הקשורים לתהליך הקוגניטיבי נתון. עם זאת, ה-fMRI יש רזולוציה טמפורלית ענייה ולכן לא ניתן לעקוב אחר הדינמיקה הזמני המהירה של תפקוד המוח. אם מדעני מוח קוגניטיביים ממשיכים להשתמש בעיקר fMRI, התמונה כתוצאה של תפקוד המוח תהיה לקויה קשות. אירוע הקשור הפוטנציאלים (ERPs) משמשים לעיתים קרובות הרבה פחות אף על פי שיטה זו מציעה פתרון זמני מצוין. מטרת המאמר הנוכחי היא לפרט את שיטות המפתח המעורבים צפיפות גבוהה הרכישה ERP נתונים. יש לקוות כי מידע זה תשקוד על שימוש מוגבר ERPs ב קוגניטיבי Neuroscience.

השנייה. כללי התקנת ציוד

נתוני ERP נמדדים בדרך כלל במקום עם רמה נמוכה של כוח אלקטרומגנטי בתחום הסביבה כדי למזער הפרעה עם האות העצבי. כדי למזער הפרעה כזו, ERPs נמדדים לעתים קרובות בתא מתכת מוגן (כלומר, כלוב פאראדיי), אך ייתכן שניתן למצוא מיקום unshielded עם רמה סבירה של עוצמת השדה הסביבה (1 מ"ג או פחות, אשר ניתן למדוד באמצעות מטר השדה האלקטרומגנטי). כל אלקטרודה מתחבר למגבר אשר בתורו מתחבר למחשב נתונים הרכישה. מחשב נפרד משמש מצגת גירוי. כדי למזער את התערבות עם האות העצבי, רק רכיבים חיוניים צריך להיות מופעל על שכנו בתוך חדר מוגן או בסמוך למקום ההקלטה, כגון להציג את הגירוי ואת התגובה מקלדת (לדוגמה, נרות יכול לשמש כדי לסייע ביישום אלקטרודה אבל צריך להיות כבויה במהלך ההקלטה). מתג וידאו יכול לשמש כדי להציג גם את המחשב נתונים הרכישה או את המחשב מצגת גירוי על צג יחיד. אם חדר מוגן משמש, כבלים כל יכול לרוץ דרך צינור קטן בקיר (כלומר כמה סנטימטרים בקוטר) או דלת סדוקה. המשתתפים צריכים להיות יושב על כיסא נוח עם הפסקות הזרוע לגובה בחזרה המספק תמיכה לכתף כדי למזער את שריר הצוואר חפץ, אך מאפשר גישה אלקטרודות נחות האחורי להפחתת אלקטרודה הבאים עכבה. אנו משתמשים בחדר מוגן (נבנה על ידי שותפים גלובל מיגון בע"מ, Passaic, NJ) ו 128 ערוצים Quik-Cap/SynAmps 2 NeuroScan המערכת (Compumedics ארה"ב, שרלוט, צפון קרוליינה).

ג. שווי השמה הדיגיטציה אלקטרודה

אלקטרודות המוטבעות בדרך כלל כובע סטרץ אשר מפחית באופן משמעותי את זמן היישום. עם זאת, במקומות האלקטרודה יחסית בכובע קבועים אשר מבטלת את האפשרות של שימוש תצורות אלקטרודה רגילה, כגון מערכת 10-20 האלקטרודה 1 או גרסה צפיפות גבוהה, כגון מערכת 10-5 האלקטרודה 2, הממוקמים בדיוק על בסיס משתתף יחיד. עבור הצגת התוצאות הסופיות תקני, אנו אלקטרודה עמדה עוז לכל משתתף במיקום המשוער מוכתב על ידי מערכת 10-5 האלקטרודה (ואז כל תווית של אלקטרודות בהתאם 10-5 המשוער שלהם עמדות מערכת אלקטרודה). כאשר מיישמים את הכובע, להבטיח לו משמאל לימין סימטריה, עם אלקטרודות קו האמצע להציב מעל קו האמצע של הראש, וכי רוב האחורי, נחות אלקטרודות עדיפים על גבול גולגולת הצוואר כדי למנוע שרירים חפץ הצוואר. בעוד רצועת הסנטר יהיה לקיים כראוי את הכובע בעמדה, מצרף את רצועות צד חגורה בהתאמה אישית בגובה המותניים באמצעות מחברים ולקרו יכולים לשפר את הקשר עם אלקטרודה לרוחב הראש. אלקטרודות סמוך העיניים יכול להיות מיושם גם להסרת הבאות של תנועת עיניים או חפצים למצמץ.

אמנם סביר להניח כי מיקום האלקטרודה עקבית יחסית על פני המשתתפים, ההבדלים בגודל הראש כובע מיקום האלקטרודה יפיק השתנות מיקום האלקטרודה. כדי להתמודד עם השתנות כאלה, במקומות האלקטרודה ניתן למדוד עבור כל משתתף. אנו משתמשים FASTRAK Polhemus digitizer (קולצ'סטר, VT) אשר כוללת משדר, שלושה מקלטי אשר הר על כובע באמצעות ולקרו (לתקן תנועה משתתף), ואת חרט להקלטה כל מיקום האלקטרודה (חומרה זו תואמת SCAN של Neuroscan / תוכנה 3DSpaceDx שאנו משתמשים עבור רכישת נתונים). ללא קשר digitizer משמש, זה צריך להיות ההגדרה על פי ההנחיות המפורטות, כגון הימנעות הקרבה חפצי מתכת גדול המפריד בין המשדר למקלט הכבלים. Digitizer צריך להיות מכויל ונבדק דיוק יש להעביר, אם necessary, למיקום אחר עד לוקליזציה מרחבית מדויקת.

IV. הפחתת עכבות אלקטרודה

אחרי המיקומים אלקטרודה הם דיגיטציה, המשתתף צריך לשבת בנוחות על הכיסא ההקלטה. חלק מהמשתתפים למצוא את זה יותר נוח כאשר מגבת מקופלת קלות היא תחוב בין הכתפיים שלהם את הכיסא. ואז, כובע רב אלקטרודה צריך להיות פקוק לתוך מגברים. עכבה של כל אלקטרודה חייב להיות מופחת כזה כי הוא מתחת לסף שנקבע מראש. הדבר נעשה על ידי הזרקת ג'ל ניצוח לתוך פתיחת כל אלקטרודה, אשר יאפשר הנוכחית לזרום בין הקרקפת לבין אלקטרודה שמעליה. כדי לשלול את האפשרות של זיהום צולבות משתתף, מזרק סטרילי מחט חדשה קצה קהה צריך לשמש עבור כל משתתף. ראוי לציין כי למרות 5 k & Omegal הוא סף עכבה רגילה, סף גבוה במקצת ניתן להשתמש אם את עוצמת השדה האלקטרומגנטי הסביבה הוא נמוך מאוד. אנו משתמשים בתוכנה SCAN NeuroScan למדוד עכבה אלקטרודה, שמציג רמת עכבה לפי צבע לכל אלקטרודות בזמן אמת. ישנן מספר טכניקות שניתן להאיץ את תהליך הפחתת עכבה, שהוא היבט זמן רב ביותר של רכישת נתונים ERP. חשוב לזכור כי המטרה היא להגביל את יישום ג'ל בין הקרקפת לבין אלקטרודה מיד שמעליה. מומלץ כי היד הדומיננטית לשלוט מזרק ויישום של ג'ל בעוד היד הלא דומיננטית מבצעת פונקציות אחרות. המזרק התמלא ניצוח ג'ל יכול לנוח על הראש עם נוחות לא משתתף, אבל לא צריכה להיות צמודה בראש. ראשית, עבור האלקטרודה נתון, לעיתים קרובות כדאי לעשות כמה סיבובים עם המזרק בזמן שהוא נשען על הראש, להזיז את השיער להתערב. אחרי זה, בעוד לוחצת קלות את האלקטרודה למטה עם היד הלא דומיננטית, כמות קטנה של ג'ל צריך להיות מוזרק על הקרקפת ולאחר מכן את המזרק צריך להיות שלף תוך כדי להזריק ג'ל ליצור גשר בין ג'ל הקרקפת ואת האלקטרודה. ג'ל שבולט מפתיחת האלקטרודה צריכה להימחק מעל עם רקמות וזנוח. במקרים מסוימים, מנהלת ג'ל יתחבר אלקטרודות סמוכות כך עכבות יקושר - זה מפחית ברזולוציה מרחבית אבל היא בדרך כלל של דאגה בתור קטין יש מספר גבוה של אלקטרודות. ג'ל צריך קודם להיות מיושם על הקרקע אלקטרודות התייחסות, ואם את הסט הראשון של עכבות אלקטרודה כל להישאר ג'ל גבוהה צריכה להיות reapplied אלה שתי אלקטרודות. כמו ג'ל מוליך בדרך כלל הופך יותר לאורך זמן, אסטרטגיה אחת היא להזריק ג'ל אלקטרודות בתוך ברבע הקרקפת (כגון הקרקפת האחורית מימין) עד עכבות הכל התחיל לרדת, מזריקים ג'ל אלקטרודות בתוך ברבע הבא עד עכבות הכל התחיל לרדת ולאחר מכן לעבור הרביעים מחדש הזרקת ג'ל לתוך האלקטרודות העכבה הגבוהה ביותר. זה צריך להיות מודגש כי תהליך יישום ג'ל אסור לגרום אי נוחות משתתף, ואת זה צריך להבהיר למשתתף כי הם צריכים להביע במלים כל כך נוחות הפעולה המתאימה אפשר לעצור.

V. הקלטת נתונים

לפני ההקלטה מתחילה, יש לעודד את המשתתפים להיכנס לתנוחה נוחה ולהירגע, כדי למזער את שריר הצוואר חפץ, ולהימנע תנועות ראש שעשוי לייצר קשר בין האלקטרודות האחורי ואת הכיסא. יודגש למשתתף כי במהלך ההקלטה הם צריכים להישאר יחסית עדיין, כמו תנועה משמעותית של הכיסא (אשר בדרך כלל מכיל מסגרת מתכת) יכולה ליצור הפרעות אלקטרומגנטיות. המשתתפים צריכים לקבל אז מקלדת תגובה וכל הציוד שאינם חיוניים ליד המשתתף, כגון אורות, יש להסיר או כבוי. כדי לאפשר ניתוח אירועים הקשורים שלאחר מכן, עם תחילת כל אירוע הגירוי חייב להיות סימן / מופעלות על ידי המחשב גירוי וקיבל ומאוחסנים יחד עם נתונים אלקטרו. אנו שולחים פולסים אלה ההדק בתחילת כל גירוי דרך היציאה המקבילית דרך E-הממשלה תוכניות (כלים פסיכולוגיה תוכנה, Inc, פיטסבורג, פנסילבניה), שכוללים יציאת אישית אתחול מוטבעות ולהפעיל סקריפטים כי הם בחופשיות זמין 3, מפעילה הם קיבל ומאוחסן על ידי תוכנת הסריקה. נמל תצורת פינים-outs צריך הפניה כדי להבטיח את ערכי ההדק תקף משמשים. הרלוונטיות, הכי גבוהה לעבור מגבר הגדרות המסנן מקובלים כמו המטרה היא פשוט להסיר רכיבים בתדר נמוך מאוד (כמו DC) כי אינם רלוונטיים התגובה העצבית חולף. לעומת זאת, מקובל נמוך לעבור הגדרות המסנן להשתנות בהתאם לסביבה ההקלטה. בסביבות עם התערבות נמוכה מאוד אלקטרומגנטית הסביבה מסנן נמוך לעבור עם הפסקת בתדירות גבוהה מאוד (כגון הרץ 200) יכול לשמש, אשרשעות ממזער עיוות של התגובה העצבית אשר מכיל תדרים גבוהים. בסביבות עם רמות גבוהות יותר של הפרעות, הפסקת בתדירות נמוכה יותר (כגון 80 הרץ) ו 60 הרץ חריץ המסנן ניתן להשתמש כגון שהתגובה אלקטרו נשלט על ידי אותות עצביים. שים לב, יכול להיות גם סינון שנערך תוכנה לאחר הנתונים רכש, למרות הסינון בשלב מגבר לעתים קרובות מייצר עיוות האות פחות.

VI. ניקוי שווי

כובע רב אלקטרודה יש ​​לנקות ביסודיות ולחטא מיד לאחר ההקלטה הנתונים תסתיים. אנחנו מתחילים על ידי השריית כובע במים חמימים למשך 5-10 דקות ולאחר מכן לשטוף כל אלקטרודה עם זרם מים זורמים ביסודיות להסיר את כל הג'ל ניצוח. בקצה הקהה של ספוגית מקל עץ כותנה ניתן להשתמש כדי לנקות את החורים האלקטרודות. אז אנחנו להשרות את הכובע באמבט מי סבון חמים (המורכב של 4 ליטרים של מים 1-2 גרם של חיוג) במשך 30 דקות על מנת להבטיח את כל ג'ל הוסר, ואחריה לשטוף היטב במים. כדי למנוע זיהום צולבות משתתף, כובע חייב להיות טבול במשך 15-30 דקות לערבב מים / חיטוי מתאימים (כגון 4 חלקים של מים Envirocide חלק 1) ולאחר מכן יש לשטוף היטב במים. כאשר תולה את הכובע להתייבש, זה צריך להיות ממוקם באופן סימטרי וללא מתח ככל לשמור על מידה מסוימת של העמדה ייבוש שלה, אם לא סדיר יכול לצמצם את הקלות של הפחתת עכבה הבאים.

VII. ניתוח סקירה

נתונים מראש עיבוד מורכב 4 שלבים מרובים כולל הרחקה של אלקטרודות כי היה מגע עניים או לסירוגין, סילוק חפצים למצמץ, תיקון הבסיס, וסינון גבוהה לעבור או נמוך לעבור נוספים. טרום עיבוד מלווה בממוצע, אירוע קשורים ברזולוציה מרחבית ניתן לשפר על ידי ביצוע לוקליזציה ERP מקור 5. אנו משתמשים בתוכנות ניתוח בס"א (Grafelfing, גרמניה) עבור בממוצע הקשורים לאירוע טרום עיבוד, ולוקליזציה המקור (בס"א בקביעות מציע יומיים קורסי ניתוח), ניתוח נוסף שנערך על אירוע הקשור קבצים שיוצאו הממוצע באמצעות סקריפטים מותאמים אישית בכתב ב MATLAB (The MathWorks, Natick, MA).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
אין ניגודי אינטרסים הכריז.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה על ידי NSF מענק BCS0745880.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Jasper, H. H. The ten-twenty electrode system of the International Federation. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 10, 371-375 (1958).
  2. Oostenveld, R., Praamstra, P. The five percent electrode system for high-resolution EEG and ERP measurements. Clin. Neurophysiol. 112, 713-719 (2001).
  3. Trigger onset [Internet]. , Boston College Web. Available from: http://www2.bc.edu/~slotnics/scripts.htm (2010).
  4. Slotnick, S. D. Rapid retinotopic reactivation during spatial memory. Brain Res. 1268, 97-111 (2009).
  5. Handy, T. C. Source localization of ERP generators. In Event-Related Potentials: A Methods Handbook. , The MIT Press. Cambridge. 149-166 (2004).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

ERP

מאמרים קשורים