פרוטוקול הוכחת היתכנות זה מפרט הקלטת EEG של פוטנציאלים מעוררים סומטוסנסוריה המופעלים על ידי גירוי חשמלי ומכני באמצעות פרדיגמות מוזרות ונודדות.
מאמר שיטה
פרוטוקול הוכחת היתכנות זה מפרט הקלטת EEG של פוטנציאלים מעוררים סומטוסנסוריה המופעלים על ידי גירוי חשמלי ומכני באמצעות פרדיגמות מוזרות ונודדות.
פיתוח משוב מישושי ריאליסטי בממשקים הפטיים תלוי בהבנת העיבוד העצבי של גירויים חשמליים לעומת מכניים. מוצג פרוטוקול להשוואה ישירה בין שתי השיטות באמצעות אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG). הפרוטוקול מפרט נהלים להשגת סנכרון מדויק של מגרי EEG, כיול גירויים חשמליים ומכניים ספציפיים לנושא, ויישום פרדיגמות מוזרות ונודדות להשוואה בין פוטנציאל אירועים מוקדמים (ERPs) לרכיב השליליות של חוסר התאמה (MMN). פרוטוקול הוכחת היתכנות אומת על ארבעה משתתפים בריאים, שכל אחד מהם הוקצה לתנאי ניסוי ייחודי: גירוי מכני או חשמלי של קצה האצבע הימנית תחת פרדיגמות נודדות או מוזרות, תוך מניפולציה של משך (100 מילישניות לעומת 145 מילישניות). בנוסף, משתתף חמישי עבר פרדיגמה נודדת עם מודאליות מתחלפות עם כל הגירויים ב-100 מילישניות. בגירוי חד-מודלי, פרדיגמת הניידות הוכיחה את עצמה כרגישה יותר מהפרדיגמה המיוחדת בזיהוי ERPs סומטוסנסוריים לשני המודלים וגם לרכיב דמוי MMN ברור לגירוי חשמלי. ההשוואה החוצה-מודאלית באמצעות פרדיגמת הנודד חשפה גם היא רכיב ברור דמוי MMN, אך רק עבור הגירוי החשמלי. תוצאות אלו מראות כי הפרוטוקול הנוכחי מתאים לקשר בין פעילות עצבית לתפיסה ולהשוואה ישירה בין עיבוד הקורטקס של תחושות מלאכותיות וטבעיות. מסגרת זו היא צעד הכרחי לפיתוח פרוטוקולי גירוי חשמלי שמעוררים תגובות קורטיקליות שאינן ניתנות להבחנה ממגע מכני.
אתגר יסודי בטכנולוגיית הפטיקה הוא לשחזר תחושות מישושיות טבעיות דרך ממשקי עור-מכונה. זה דורש שכפול דפוסי הפעילות העצבית המדויקים במרחב-זמן שהגירויים הטבעיים מעוררים. בעוד שמנועים מכניים יכולים לשחזר אינטראקציות פיזיות, גירוי חשמלי אפידרמלי של מכנורצפטורים מהווה אלטרנטיבה קומפקטית ורב-תכליתית. עם זאת, גירוי חשמלי לעיתים גורם לפרזזיה לא טבעית או לא נעימה. השוואה ישירה של תגובות עצביות לגירוי חשמלי ומכני מייצגת תחום עניין חדש 2,3, ומעלה את השאלה: האם פרוטוקולים חשמליים מעודנים יכולים לעורר תגובות קורטיקליות המדמות מקרוב מגע מכני טבעי?
אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) מספקת כלי אידיאלי להתמודדות עם שאלה זו על ידי לכידת תגובות קורטיקליות לגירויים סומטוסנסוריים ברזולוציה זמנית גבוהה4. מדדים קריטיים כוללים פוטנציאלים הקשורים לאירועים מוקדמים (ERPs), המשקפים את העיבוד הקורטקי הראשוני של תכונות גירוי5, ואת רכיב השליליות הלא תואמת (MMN) 6,7. ה-MMN הוא תגובה קדם-קשובה, גילוי שינוי, שבדרך כלל מופעלת בפרדיגמה מוזרה, שמסמנת הפרה של חיזוי חושי כאשר רצף של גירויים סטנדרטיים חוזרים מופרע על ידי גירוי סטייה נדיר8. תגובה זו היא מתאם אלקטרופיזיולוגי חזק בין הבחנה חושית לזיכרון. גישה משלימה היא הפרדיגמה הנודדת, שמייצרת ביעילות MMN על ידי הצגת שורות קצרות של גירוי חוזר; הגירוי הראשון של רכבת חדשה פועל כסטה בגלל החידוש שלו, ומספק מספר מאוזן יותר של סטנדרטים וסטיות מאשר הפרדיגמה הקלאסית של Oddball9.
למרות ש-MMN אופיין באופן נרחב בתחומים שמיעתיים וראייה, אין מסגרת סטנדרטית להשוואת MMN בין תת-מודליות סומטוסנסוריות. עבודות קודמות קבעו בנפרד תגובות אמינות של MMN לגירויים מכניים 6,7 ולגירויים חשמליים 10,11,12. עם זאת, היעדר השוואה ישירה בתוך הנבדק באמצעות גירויים מדויקים בזמן ותפיסת תואם מונע מסקנות משמעותיות. פער מתודולוגי זה מגביל באופן יסודי את היכולת להעריך האם תגובות חשמליות שמופעלות באופן מלאכותי מפעילות את אותם מנגנוני זיהוי שינוי מוקדמים כמו המגע המכני הטבעי.
כדי להתמודד עם מגבלה מתודולוגית זו, פותח פרוטוקול EEG סטנדרטי לאפשר השוואה עצבית ישירה של גירוי חשמלי ומכני. השיטה הנוכחית מבטיחה: סנכרון מדויק של מגרי EEG, כיול חשמלי ספציפי למשתתף לרמה בולטת אך לא שלילית, יישום גירוי מכני סטנדרטי, ויישום פרדיגמות מוזרות וניידות להשוואת ERPs ו-MMN בין מודאליות.
היכולת של כל פרדיגמה לעורר ERPs ו-MMN ברורים בתגובה לגירויים מכניים וחשמליים במשכי זמן משתנים הוערכה ראשונה. הפרדיגמה המוזרה יצרה ERPs מובחנים רק לגירוי חשמלי ולא הצליחה להפיק MMN לאף אחד מהמודאליות. לעומת זאת, הפרדיגמה הנודדת הצליחה לעורר ERPs לשני המודלים וגם לרכיב בולט דמוי MMN לגירוי חשמלי. בהסתמך על רגישות הפרדיגמה הנודדת, בוצעה השוואה ישירה בין מודאלים באמצעות מסלולים מתחלפים של גירויים מכניים וחשמליים. נצפו ERPs שקופים בשתי המודאליות, בעוד רכיב שקוף דמוי MMN נוצר רק באמצעות גירוי חשמלי. למרות שהתוצאות הראשוניות מבוססות על משתתף יחיד לכל מצב, הן מדגימות את הפוטנציאל של מסגרת סטנדרטית זו להנחות את פיתוח פרוטוקולי גירוי חשמלי שיכולים בסופו של דבר לעורר תגובות קורטיקליות שאינן ניתנות להבחנה מזו של מגע מכני טבעי.
רק לאחרונה הושוו תגובות MMN לגירוי חשמלי ומכני ישירות, ועד כה רק באמצעות מגנטואנצפלוגרפיה12,13. הפרוטוקול המוצע הוא, אם כן, הראשון שמספק מסגרת EEG מאוחדת ומפורטת לרישום MMN סומטוסנסורי – מסגרת שמופעלת הן על ידי גירוי חשמלי והן מכני ומיושמת כגירויים סטנדרטיים וסטיים באותו עיצוב ניסוי. החידוש המרכזי של פרוטוקול זה אינו בהכנת ה-EEG עצמה, אלא בשילוב גירוי, הקלטה, סינכרון וניתוח לתוך מתודולוגיה מקיפה מקצה לקצה המאפשרת השוואה ישירה בין מודלים של עיבוד סומטוסנסורי. נהלי ההכנה ל-EEG פועלים לפי שיטות עבודה מומלצות שנקבעו ומבוססים על פרוטוקולים שפורסמו בעבר14. בעוד שהיבטים של מערכת ה-EEG הוצגו גם בפורמטים מבוססי וידאו15, גישות אלו לא שולבו עם גירוי מישושי חשמלי ומכני מבוקר במדויק, ולא יושמו בפרדיגמות MMN. על ידי שילוב אלמנטים אלו, הפרוטוקול הנוכחי מרחיב את המתודולוגיות הקיימות ומספק מסגרת ניתנת להעברה לחקירה מכנית של חיזוי סומטוסנסורי וזיהוי סטיות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול הניסויי הנוכחי בוצע בהתאם להנחיות האתיות של ועדת החקירות האנושיות של אוניברסיטת סיריוס (תאריך אישור: 10.06.2025). הסכמה מדעת בכתב מתקבלת מכל משתתף לפני איסוף הנתונים. קריטריוני ההדרה כללו נוכחות של קוצבי לב מושתלים או מכשירים אלקטרוניים אחרים, היסטוריה של אפילפסיה או הפרעות פרכוסים, הריון או מצבים דרמטולוגיים באתר הגירוי.
1. מערכת גירוי רב-מודלית
2. הכנה ניסיונית
3. הכנה ל-EEG
4. הגדרת גירוי וקביעת סף
5. הכנת רצפי גירוי
6. הקלטת EEG במהלך גירוי
7. עיבוד מוקדם וניתוח נתוני EEG
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרדיגמת המוזר
הצגת גירויים נדירים (145 מילישניות) בין גירויים סטנדרטיים תכופים (100 מילישניות) במהלך גירוי מכני לא הצליחה לעורר ERP ברורים ואמינים. כתוצאה מכך, לא נצפה הבדל משמעותי בין תגובות סטנדרטיות לסטיות (איור 1). לעומת זאת, פרדיגמת ה-Oddball החשמלית יצרה גלי ERP דו-צדדיים ניכרים. עם זאת, השוואת גירויים סטנדרטיים לסטייתיים עדיין לא הניבה רכיב MMN משמעותי או עקבי (איור 1).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבודה זו יוצרת פרוטוקול EEG סטנדרטי להשוואה ישירה בתוך הנבדקים של גירוי מוחשי חשמלי מלאכותי וגירוי מישושי מכני טבעי. התרומה המתודולוגית המרכזית היא מסגרת שמבטיחה שליטה מדויקת בזמן, כיול תפיסתי ספציפי למשתתף, ויישום פרדיגמות ניסיוניות שונות להערכת תגובות קורטיקליות. תוצאות הוכחת הקונספט הראשוניות, אף שהן מבוססות על מדגם מוגבל, מדגימות את יעילות הפרוטוקול ומדגישות את הפוטנציאל שלו להנחות פיתוח ממשקים הפטיים טבעיים יותר.
הבהירות השונה של ה-ERPs בין הפרדיגמות היא ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי הענקת תוכנית המדינה של טריטוריית הפדרציה «סיריוס» «פיתוח מדעי וטכנולוגי של הטריטוריה הפדרלית של «סיריוס» (הסכם מס' 28-03, תאריך 27.09.2024).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| actiCHamp Plus מגבר מעבדה רב-תכליתי הכולל | Brain Products GmbH | מחבר/ת ACBM17120955 | מערכת איסוף נתוני EEG ראשית |
| ActiCAP Slim / Snap | Brain Products GmbH | BP-185-2200 | פקק אלקטרודה אקטיבי עם 64 ערוצים |
| דיגיטימר DS7A | דיגיטימר בע"מ | UDI-DI 5060490360003 | מגרה חשמלי |
| MatLab | The MathWorks, Inc., נטיק, מסצ'וסטס, ארה"ב | ||
| סוג מיני-שייקר 4810 | Brü אל & Kjæ r | BP-0232 | מגרה מכני |
| חיישן צילום | Brain Products GmbH | לא זמין | לזיהוי אופטי של תחילת גירוי |
| חדר מוגן ניירויקוניקה "מומחה" | ניירויקוניקה אסיסטיב בע"מ | S/N 20210119011 | תא מוגן אלקטרומגנטית |
| טריגרבוקס פלוס | Brain Products GmbH | מחבר' TB-A100009-0624 | ממשק סינכרון לטריגרים של TTL |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה
20210119011