Name: Utilizzando Elettroencefalografia Misure per il confronto della Task-specifici neurali efficienze: compiti spaziali Intelligenza (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 57 s
Description: Impara a misurare l'efficienza neurale con elettroencefalografia durante la risoluzione di problemi spaziali in ingegneria. Questo metodo analizza le onde cerebrali beta per valutare le prestazioni cognitive degli studenti.

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Gli autori vorrebbero riconoscere Christopher Verde, Bradley Robinson, e Maria Manuela Valladares, per aiutare con la raccolta dei dati. Il finanziamento per attrezzature EEG è stato fornito da Ufficio di Ricerca e Graduate Studies attrezzature Grant Utah State University per Kerry Jordan Multisensoriale Cognition Lab. Benjamin chiamata è supportata da un Presidente della Repubblica di Dottorato di ricerca Fellowship raggiunto dalla Scuola di Dottorato di Utah State University per il suo lavoro con il dottor Wade Goodridge.

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari confliggenti o concorrenti.

Il protocollo discute l&#39;applicazione di elettroencefalografia per misurare l&#39;attività cerebrale per i partecipanti problemi a lavorare da due strumenti tipici abilità spaziali e problemi di ingegneria Statica altamente spaziali. I metodi descritti qui possono in definitiva essere in grado di aiutare a capire l&#39;efficienza neurale di alte e basse performance impegnati nel lavoro di questi problemi. E &#39;di vitale importanza per comprendere eventuali differenze di efficienza neurale di studenti di ingegneria ...

Capacità spaziale è di vitale importanza per la scienza, tecnologia, ingegneria e matematica (STEM) Campi e istruzione e si correla con successo in queste zone 1,2,3. Pertanto, è importante comprendere lo sviluppo di come spaziale impatti capacità di soluzione dei problemi 4. Capacità spaziale è stato collegato a interessi 5, 6 prestazioni, il successo nel mondo accademico di ingegneria 7 e il successo in ingegneria professionisti 8. Tuttavia, non c&#39;è un sacco di lavoro che indica processi neurali specifiche a risolvere i problemi tipici di molti strumenti di abilità spaziali, né contenuto tecnico specifico che è altamente spaziale. Questo documento fornisce un&#39;introduzione ai metodi utilizzati per la raccolta e l&#39;analisi dei punteggi spaziali strumenti capacità combinate con le misurazioni neurali dati. L&#39;intento di pubblicare con JoVE è quello di rendere questi metodi più accessibili a un pubblico più vasto. Generale hardware pubblica e wer softwaree utilizzato in questo studio. Come carta metodi, risultati completi / insiemi di dati non sono segnalati, né sono più campioni forniti. Tutte le immagini sono state catturate appositamente per questa pubblicazione. I metodi descritti di seguito sono stati utilizzati nella preparazione di un rapporto preliminare convegno 9 sulla base di dati provenienti da otto università partecipanti sophomore età, tre dei quali erano di sesso femminile. Molti strumenti esistenti siano utilizzati per indicare i livelli di abilità spaziale inerente o imparato da parte di individui. Due validi e affidabili 10,11 strumenti che vengono comunemente utilizzati sono il Mental taglio di prova (MCT) 12 e la prova di Purdue spaziale Visualizzazione di rotazioni (PSVT: R) 13. Mentre originariamente progettato professionalmente 14 tali strumenti di prova diversi stadi di sviluppo visualizzazione spaziale descritto da Piaget teoria 10,15. L&#39;uso di questi strumenti crea la necessità di comprendere i fenomeni cognitivi fisiologici sottostanti existing quando gli individui lavorano attraverso questi problemi. Per questo motivo, questo studio ha l&#39;obiettivo di mostrare i metodi che utilizzano dati fisiologici empirici che possono in ultima analisi, migliorare l&#39;analisi e la comprensione del pensiero spaziale, verificare funzionalità di test metriche esistenti, e aumentare l&#39;applicabilità delle valutazioni spaziali problemi a più complesse tipiche di formazione ingegneristica. Molti di questi problemi si possono incontrare in ingegneria Statica. Statica è una meccanica fondamentali corso consegnati alla maggior parte degli studenti di ingegneria (ad es., Biologici, meccanici, Ingegneria Civile, Ambientale, Ingegneria Aerospaziale) 16,17. Si tratta di una delle prime ampie problem solving esperienze che gli studenti sono dati a contenuto di base dell&#39;ingegneria 18. Statica comporta lo studio dell&#39;interazione di forze su un corpo rigido che è a riposo o in movimento a velocità costante. Purtroppo Statica ha elevato di abbandono, il ritiro, e tassi di fallimento (14% come si vede nelle invesUniversità esaminato con attenzione) e questo può essere correlato a tradizionali modelli di erogazione delle lezioni e il curriculum che omettono viali principali di sostegno come gli approcci spazialmente avanzate all&#39;istruzione. Ad esempio, gli approcci spazialmente migliorate in statica può avere come bersaglio la visualizzazione di come le forze interagiscono al di fuori di analisi tipico analitica e rafforzare la conoscenza procedurale degli studenti con concettualizzazione a terra. L&#39;efficacia di tali interventi deve essere indagato dal punto di vista delle neuroscienze cognitive. Elettroencefalografia (EEG) presenta un metodo unico e mobile di misurare l&#39;attività delle onde cerebrali degli studenti. Utenti che eseguono attività che provocano attivazione beta sono generalmente molto impegnati con le specifiche attività e sono attenti a quello che stanno facendo 19,20. Come compito esige aumento, l&#39;ampiezza dell&#39;onda aumenta beta, così come la dimensione dell&#39;area corticale frequenze di banda occupano. I più neuroni che si attivano all&#39;internola gamma di frequenza beta (alpha: 8 - 12 Hz, beta: 12 - 24 Hz) può essere definita come una maggiore potenza beta. Relazione a ciò, come si diventa più esperti in un compito, l&#39;ampiezza delle onde beta diminuisce, la produzione di energia meno beta. Questo è parte del neurale ipotesi efficienza 21-28, in cui maggiore esperienza compito quando si esegue un&#39;operazione è correlata ad una diminuzione della frequenza di alimentazione. Anche se EEG è stata precedentemente utilizzata nello studio delle abilità spaziali (spesso per la rotazione mentale e compiti di navigazione spaziale) - e privacy sono stati identificati nel alfa, beta, theta e bande 27-33 - sono stati osservati bande alfa e beta per questo studio, e beta è stato selezionato per ulteriori analisi rappresentante nel presente documento e nella relazione preliminare conferenza 9. Le procedure definite di seguito concentrarsi quindi sulla analisi beta di banda, ma una ricerca in tutte le tre fasce, a seconda dei dati registrati, si raccomanda in futuro. Ilneurali ipotesi efficienza è stata testata su diversi compiti, tra cui gli scacchi, la memoria visuo-spaziale, il bilanciamento, e di riposo. Tutti hanno indicato esperienza compito come un fattore di potenza di frequenza ridotta durante l&#39;esecuzione di compiti familiari. Uno studio particolare 25 ha presentato prove del fatto che, sebbene l&#39;intelligenza di una persona (come misurato da IQ) può aiutare l&#39;individuo acquisire le competenze per eseguire un compito, l&#39;esperienza con il compito supera l&#39;intelligenza nel suo contributo all&#39;efficienza neurale. In altre parole, i più esperti un individuo è, tanto più efficiente neuro lui o lei diventa. Esistenti studi di efficienza neurali che coinvolgono la capacità spaziale sono principalmente focalizzata sulla rotazione spaziale, e diverse serie di problemi sono stati utilizzati per confrontare le diverse popolazioni (ad es., Maschio / femmina) 27-28. Studi EEG di attività abilità spaziali hanno anche fornito informazioni mettendo a confronto le prestazioni di altri tipi di attività (ad es., Compiti verbali)27,29,30. I metodi discussi in questo fuoco carta e confronta problemi dal MCT, PSVT: R, nonché i compiti di equilibrio statico, che sono correlate alla capacità spaziale, ma non sono limitati a rotazione spaziale e navigazione. Altri compiti spaziali possono essere usati al posto di quelli forniti come esempi in questo manoscritto. In questo modo, ulteriori indizi possono essere ottenute in futuro per quanto riguarda le diverse popolazioni (ad es., Maschio / femmina o un esperto / principiante) in ultima analisi, contribuire a migliorare pratiche educative di ingegneria. Nel tentativo di indagare la capacità spaziale e l&#39;attitudine tecnica, abbiamo sviluppato un protocollo che utilizza le misurazioni EEG per identificare le attivazioni onda beta di bassa prestazioni ai partecipanti altamente performanti durante una batteria limitato di specifici compiti spaziali e di ingegneria. In questo caso, l&#39;elevato esecutore termine è correlato all&#39;andamento del partecipante, e non è riflettente della quantità di tempo trascorso in campo daldiscente, come tutti i partecipanti erano approssimativamente nello stesso punto della loro formazione. Inoltre, il set di problema in questione è del tutto particolare e di base; in tal modo i termini &quot;esperti&quot; o &quot;ad alte prestazioni&quot; nel presente documento non devono essere considerate nel senso di un esperto, ingegnere professionalmente impiegati, ma che rappresenta solo elevate prestazioni in questa ristretta fetta di ingegneria meccanica curriculum e strumenti abilità spaziali. Le misurazioni neurali possono essere utilizzati anche per individuare eventuali tendenze lordi per le quali tipi di attività possono reclutare più risorse cognitive di altri, con possibile interpretazione per quanto riguarda i livelli di difficoltà. Queste informazioni possono potenzialmente fornire una visione in valutazione e intervento futuro per quanto riguarda la capacità spaziale. Altro intuizione futuro può essere derivato da considerare regioni più specifiche del cervello, che non era possibile in questo studio a causa del numero limitato di canali disponibili nell&#39;hardware EEG utilizzato.

<table><tbody><tr><td>Emotiv EPOC Modello 1.0</td><td>Emotiv</td><td>Modello: Emotiv Premium</td><td>"Sistema EEG portatile multicanale ad alta risoluzione."Emotiv</td></tr> <tr><td>Control Panel (software)</td><td>Emotiv</td><td></td><td>Utilizzato per la raccolta dei dati.</td></tr><tr><td>Emotiv Testbench (software)</td><td>Emotiv</td><td></td><td>Utilizzato per la raccolta dei dati.</td></tr><tr><td>Virtual Serial Port Emulator - VSPE (software)</td><td>ETERLOGIC.COM</td><td></td><td>Utilizzato COM10 nella raccolta dati. Disponibile come download gratuito, a seconda del sistema operativo.</td></tr><tr><td>E-Prime 2.0 (software)</td><td>Strumenti software</td><td></td> di psicologia <td>Utilizzato per la raccolta dei dati (presentazione dei problemi ai partecipanti e raccolta di marcatori per le diverse fasi).</td></tr><tr><td>EEGLab 13.4.4b (software)</td><td>Swartz Center for Computational Neuroscience (SCCN)</td><td></td><td>Utilizzato per l'analisi dei dati. "Un ambiente open source per l'elaborazione di segnali elettrofisiologici". SCCN è un centro dell'Institute for Neural Computation dell'Università della California di San Diego.</td></tr><tr><td>MATLAB R2014b</td><td>Mathworks, Inc.</td><td></td><td>Utilizzato per eseguire EEGLab</td></tr><tr><td>Microsoft Excel 2013</td><td>Microsoft</td><td></td><td>Utilizzato per assemblare e confrontare i risultati tabulati da EEGLab & MATLAB, per creare tavoli</td></tr><tr><td>Videocamera con microfono incorporato</td><td>Canon</td><td>CNVHFR50</td><td>Utilizzato per registrare le sessioni</td></tr><tr><td>Kit siringhe (siringa da 5 cc e aghi smussati da 16 G x 2)</td><td>Electro-Cap Intnl. Inc.</td><td>E7</td><td>Per mantenere umidi i feltri della cuffia EEG.</td></tr><tr><td>Nuprep EEG Skin Prep Gel Weaver</td><td>and Company</td><td>10-30</td><td>Per la pulizia del processo mastoideo.</td></tr><tr><td>Igienizzante</td><td>Purell</td><td>S-12808</td><td>Per igienizzare le mani</td></tr></tbody></table>

utilizzando elettroencefalografia misure per il confronto della task-specifici neurali efficienze: compiti spaziali intelligenza

Utilizing Electroencephalography Measurements for Comparison of Task-Specific Neural Efficiencies: Spatial Intelligence Tasks

intelligenza spaziale è spesso legata al successo nelle professioni educative ingegneria e ingegneria. L&#39;uso di elettroencefalografia consente il calcolo comparativo di efficienza neurale degli individui in quanto svolgono attività successive che richiedono capacità spaziale per ricavare soluzioni. efficienza neurale qui è definito come avente meno di attivazione beta, e quindi spendendo meno risorse neurali, per eseguire un compito in confronto ad altri gruppi o altre attività. Per i confronti tra le attività di attività con durate simili, tali misure possono consentire un confronto di tipo di attività difficoltà. Per intra-partecipanti e tra partecipanti confronti, queste misurazioni forniscono informazioni potenziale nel livello del partecipante di capacità spaziali e diversi compiti problema di ingegneria solving. Prestazioni sui compiti selezionati può essere analizzato e correlata con attività beta. Questo lavoro presenta un protocollo di ricerca dettagliato studiare l&#39;efficienza neurale degli studenti itainvecchiato in la soluzione di capacità tipici del territorio e dei problemi statici. Gli studenti hanno completato i problemi specifici del Mental taglio di prova (MCT), Purdue spaziale prova Visualizzazione di rotazioni (PSVT: R), e Statica. Mentre era impegnato a risolvere questi problemi, le onde cerebrali dei partecipanti sono stati misurati con EEG permette di dati da raccogliere per quanto riguarda alfa e beta del cervello di attivazione delle onde e l&#39;uso. Il lavoro sembra correlare prestazioni funzionali sulle attività spaziali puri con attività di ingegneria spaziale intensiva per identificare i percorsi di prestazioni di successo nel campo dell&#39;ingegneria e dei miglioramenti conseguenti in materia di istruzione di ingegneria che possono seguire.

In questa sezione, i passaggi precedenti sono illustrati con figure di esempio come descritto di seguito. riepiloghi di dati completi con test statistici non sono forniti, come l&#39;obiettivo di questo lavoro è quello di concentrarsi su metodi. Esempi di potenziale PSVT: R, MCT, e problemi spaziali sono riportati nella Figura 1, Figura 2 e Figura 3, rispettivamente. Il tappo EEG raccoglierà attivazione cerebrale con potenziali elettrici per ogni dato canale, che può essere visto in...

Questo manoscritto descrive un approccio per misurare l&#39;attività neurale di esseri umani e risolvere i problemi di ingegneria spaziale mirati. La metodologia elettroencefalogramma aiuta a interpretare le misurazioni delle onde cerebrali beta in termini di efficienza neurale, con l&#39;obiettivo di consentire in ultima analisi, il confronto di prestazioni compito sia tra i tipi di problemi e tra i partecipanti.

Utilizzando Elettroencefalografia Misure per il confronto della Task-specifici neurali efficienze: compiti spaziali Intelligenza

Spatial intelligence is often linked to success in engineering education and engineering professions. The use of electroencephalography enables ...

L'obiettivo generale di questa procedura è confrontare le efficienze neurali di partecipanti che svolgono esercizi che richiedono capacità spaziali. Questo metodo può rispondere a domande fondamentali nel campo dell'istruzione ingegneristica, ad esempio: gli studenti possono acquisire competenze sui contenuti fondamentali in un solo semestre? Oppure, in che modo le misurazioni neurologiche differiscono quando gli studenti risolvono un problema utilizzando capacità spaziali o quando risolvono un problema di ingegneria?Il principale vantaggio di questa tecnica è che fornisce informazioni sulle efficienze del cervello. E possiamo mettere in relazione queste informazioni con il rendimento degli studenti. Sebbene questo metodo offra spunti riguardo alle capacità spaziali e ai problemi di statica, può essere applicato anche ad altre misurazioni di abilità e tipologie di problemi, come quelli presenti nella dinamica avanzata.La procedura sarà dimostrata da Bradley Robinson, ricercatore universitario nel laboratorio. Steven Wood, ricercatore universitario del nostro team, riceverà il protocollo che stiamo dimostrando oggi. Iniziare configurando i caschi per elettroencefalografia o EEG seco

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Usiamo magneto-e di elettroencefalografia (MEG / EEG), combinata con informazioni anatomiche catturato dalla risonanza magnetica per immagini (MRI), per mappare le dinamiche della rete corticale associata con attenzione uditiva.

Mappatura Dynamics corticali tramite MEG / EEG simultanee e anatomica vincolata minima norma-Stime: un esempio Attenzione Auditory

Ricercatori neuroimaging solitamente considerano la risposta del cervello come l'attività medio di tutti prove sperimentali ripetute e ignorano la variabilità del segnale nel tempo come "rumore". Tuttavia, sta diventando chiaro che non vi è segnale in quel rumore. Questo articolo viene descritto il nuovo metodo di multiscala entropia per quantificare la variabilità del segnale cerebrale nel dominio del tempo.

Applicazioni di EEG dati Neuroimmagine: potenziali evento-correlati, spettrale di potenza, e multiscala Entropy

I pazienti impiantati con elettrodi intracranici forniscono un'occasione unica per registrare i dati neurologici da più aree del cervello mentre il paziente esegue attività comportamentali. Qui, vi presentiamo un metodo di registrazione da pazienti impiantati che possono essere riproducibile in altri istituti con l'accesso a questa popolazione di pazienti.

Esecuzione di attività comportamentali in soggetti con intracraniche Elettrodi

Il monitoraggio dell'attività cerebrale durante i compiti motori in posizione eretta è di grande valore quando si indaga la fonte neurale dei disturbi del movimento. Qui, dimostriamo un protocollo che combina la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso con il monitoraggio continuo dell'attività muscolare e cinematica durante 4 tipi di compiti motori.

Vicino funzionale Infrared Spectroscopy delle regioni sensoriali e motorie cerebrali con simultanea cinematica e EMG monitoraggio durante compiti motori

Presentiamo due protocolli analitici che possono essere utilizzati per analizzare i dati di elettroencefalografia intracranica utilizzando il software di mappatura statistica parametrica (SPM): analisi tempo-frequenza mappatura statistica parametrica per attività neurale e dinamica causale modellazione di risposte indotte per connettività intra - e inter - regionale.

Analizzando l'attività neurale e connettività utilizzando dati EEG intracranico con SPM Software

Il protocollo attuale descrive come eseguire registrazioni EEG e fNIRS simultanee e come controllare la relazione tra i dati EEG e fNIRS.

Condurre l'elettroencefalografia simultanea e le registrazioni della spettroscopia funzionale vicino all'infrarosso con un compito Flanker

Il protocollo qui presentato fornisce informazioni sull'elettroencefalografia simultanea (EEG) e sulla valutazione comportamentale in tempo reale. Abbiamo discusso tutti i passaggi coinvolti in questo protocollo come soluzione attraente per i ricercatori in molti campi delle neuroscienze, in particolare nelle aree di apprendimento e memoria.

Monitoraggio simultaneo dell'elettrofisiologia wireless e del test comportamentale della memoria come strumento per studiare la neurogenesi ippocampale

La magnetoencefalografia (MEG) e l'elettroencefalografia ad alta densità (HD-EEG) sono raramente registrate contemporaneamente, sebbene forniscano informazioni di conferma e complementari. Qui, illustriamo il setup sperimentale per la registrazione simultanea di MEG e HD-EEG e la metodologia per l'analisi di questi dati con l'obiettivo di localizzare le aree cerebrali epilettogene ed eloquenti nei bambini con epilessia resistente ai farmaci.

Imaging della sorgente elettromagnetica nella valutazione prechirurgica di bambini con epilessia resistente ai farmaci

Un nuovo protocollo per la stimolazione magnetica transcranica personalizzata in combinazione con la mappatura elettroencefalografica (TMS-EEG) delle reti corticali, informata da modalità di dati di risonanza magnetica multipla (MRI).

TMS-EEG guidato da neuroimaging per la mappatura della rete corticale in tempo reale

Sviluppo di un sistema efficace cervello-macchina-interfaccia (BMI) per il restauro e la riabilitazione della locomozione bipede richiede accurata decodifica di intenti dell'utente. Qui vi presentiamo un protocollo sperimentale romanzo e la tecnica di raccolta dei dati per l'acquisizione simultanea non invasiva di attività neurale, l'attività muscolare, e al corpo intero cinematica durante i vari compiti e le condizioni di locomozione.

Simultanea Elettroencefalografia cuoio capelluto (EEG), Elettromiografia (EMG), e al corpo intero di registrazione inerziale segmentale per Multi-modal Neural decodifica

Impara a misurare l'efficienza neurale con elettroencefalografia durante la risoluzione di problemi spaziali in ingegneria. Questo metodo analizza le onde cerebrali beta per valutare le prestazioni cognitive degli studenti.

Utilizzando Elettroencefalografia Misure per il confronto della Task-specifici neurali efficienze: compiti spaziali Intelligenza (Video) | JoVE Journal

Utilizzando Elettroencefalografia Misure per il confronto della Task-specifici neurali efficienze: compiti spaziali Intelligenza

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