Un metodo per monitorare l'evoluzione del tempo dei potenziali evocati in stato stazionario

L'intrappolamento neurale è la sincronizzazione dell'attività neurale con la periodicità degli stimoli sensoriali. Questa sincronizzazione genera il potenziale evocato allo stato stazionario, cioè oscillazioni nell'elettroencefalogramma phase-locked agli stimoli sensoriali. L'interpretazione classica dell'ampiezza delle risposte evocate allo stato stazionario, assume una risposta neurale costante bloccata in fase di stimolo, più un rumore di fondo casuale non correlato allo stimolo.

La risposta stereotipa può essere ottenuta in media rispetto alla presentazione ripetuta dello stimolo. Questo approccio ignora la dinamica della risposta, come nel caso del potenziale adattamento evocato, suscitato da un'esposizione prolungata allo stimolo. Nei modelli animali, la risposta uditiva allo stato stazionario generata nelle regioni cerebrali corticali, e si aggiunge alla presentazione continua di toni modulati dall'ampiezza.

Nell'uomo, è stato recentemente dimostrato che la potenza della frequenza fondamentale del potenziale invocato visivamente dallo stato stazionario è stazionaria solo nel 30% dei soggetti. Quando il focus della ricerca è la dinamica dell'intrappolamento, possiamo presumere che l'evoluzione temporale della risposta sarà la stessa in diverse esecuzioni sperimentali indipendenti. Pertanto, la media del segnale in ogni epoca attraverso corse indipendenti forniamo una rappresentazione accurata della dinamica a lungo termine della risposta oscillatoria.

Sulla base di tale ipotesi, abbiamo sviluppato un metodo per caratterizzare l'evoluzione temporale della risposta allo stato stazionario. Il metodo consiste nell'acquisire diverse registrazioni della stessa condizione sperimentale, seguendo invece di mediare epoche successive all'interno delle registrazioni. Vengono medie le epoche che corrispondono alla stessa finestra di tempo nelle diverse registrazioni.

In questo studio forniamo una descrizione dettagliata del metodo, usando potenziali evocati visivamente allo stato stazionario come esempio di risposta. Tuttavia, la metodologia può essere utilizzata per analizzare le risposte allo stato stazionario di altri stimoli sensoriali. Infine, presentiamo i vantaggi e gli svantaggi della metodologia, sulla base del confronto con i metodi mono-prova che la utilizzano per analizzare l'intrappolamento neurale.

Benvenuti nell'argomento. Invita l'argomento a parlare in un'atmosfera amichevole, a spiegargli gli obiettivi e la pertinenza di questo studio. Fornire una descrizione dei dettagli tecnici pertinenti.

Rispondi a tutte le sue domande a fondo. Menzionare esplicitamente che le è permesso interrompere la sessione dell'esperimento in qualsiasi momento, se lo si desidera. Chiedi al volontario di leggere il consenso informato del soggetto e firmare il modulo corrispondente.

Pulire il cuoio capelluto con etanolo, una soluzione al 95% per rimuovere lo strato di cellule morte della pelle e sebo che lo coprono. Questo passaggio è importante per ridurre l'impedenza tra gli elettrodi e il cuoio capelluto. Misurare la circonferenza della testa per definire la dimensione del tappo dell'elettrodo che verrà utilizzato nell'esperimento.

Chiedere al soggetto di indossare il tappo dell'elettrodo. Fornire le istruzioni per un posizionamento comodo ma corretto del cappuccio. Misurare la distanza tra nasion e inion.

Allo stesso modo, misurare la distanza tra i punti pre-auricolari sinistro e destro. Correggere la posizione del tappo dell'elettrodo. Mettere il gel conduttivo nelle posizioni degli elettrodi considerate per l'esperimento.

Il numero di siti di registrazione può variare in base alle esigenze. Di solito, registriamo da 64 posizioni del cuoio capelluto utilizzando un sistema radio. Posizionare gli elettrodi di registrazione nelle posizioni corrette.

Accompagna il volontario nella sala sperimentale e chiedi al soggetto di sedersi in una posizione comoda. Posizionare elettrodi esterni in posizioni perioculari per registrare l'elettrooculogramma. Questi segnali saranno utilizzati nei passaggi successivi, per correggere gli artefatti EEG indotti dal battito di ciglia e dai movimenti degli occhi.

Accensione del sistema di acquisizione EEG e controllo dell'impedenza dell'elettrodo. Correggere l'impedenza, se necessario, secondo le indicazioni del produttore. Chiedi al soggetto di lampeggiare e spostare gli occhi in direzioni diverse per assicurarti che l'EOG venga registrato correttamente dagli elettrodi esterni.

Regolare la posizione dello schermo in direzione verticale, in base all'angolo di visualizzazione del soggetto. Il nostro schermo è composto da quattro diodi emettitori di luce situati al centro di uno schermo nero di 50x50 cm, poiché i vertici del quadrato sono 5x5 cm. I partecipanti sono seduti a circa 70 centimetri dallo schermo, quindi lo sono del quadrato dei LED sostene un angolo visivo di circa quattro gradi.

Regolare il livello di luminanza dello schermo al limite superiore del livello confortevole dei partecipanti. Impostare i parametri della stimolazione visiva. Nei nostri esperimenti viene presentata una stimolazione visiva continua in cui l'intensità della luce è modulata a 10Hz.

Presentare lo stimolo per il tempo richiesto nell'esperimento. Mettere in pausa la stimolazione per due minuti. Si consigliano pause tre volte più lunghe del periodo di stimolazione.

Ripetere i passaggi della presentazione 30 volte. 30 esecuzioni dell'esperimento garantiranno un elevato rapporto segnale/rumore delle misurazioni. Tuttavia, un maggior numero di ripetizioni può essere implementato nel protocollo sperimentale.

Registrare l'EEG utilizzando procedure standard. Le esecuzioni sperimentali possono essere archiviate in un singolo file o è possibile creare un file diverso per ogni esecuzione. I passaggi successivi corrispondono a un'elaborazione EEG standard.

Questa elaborazione viene eseguita offline e può essere modificata in base alle esigenze. Fare riferimento alla registrazione utilizzando un riferimento medio. Il filtro passa banda il segnale EEG, le frequenze tagliate possono essere modificate in base alle esigenze.

Se necessario, convertire le coordinate dell'elettrodo nel sistema internazionale 10-20. Rimuovere gli artefatti oculari utilizzando le procedure appropriate. A tal fine, è possibile utilizzare diverse tecniche.

Segmentare i dati EEG e le epoche di lunghezza appropriata. Rimuovere le epoche contenenti artefatti EEG. Detrend le epoche EEG alle derive di corrente diretta.

Ridisporre le epoche in una matrice di dati di N righe e colonne M, in cui N rappresenta il numero di registrazioni, e M, il numero di epoche. Per quanto riguarda la colonna, media il set di dati. A tal fine, le trenta epoche corrispondenti alla stessa finestra di tempo nelle diverse registrazioni devono essere mediate nel dominio del tempo.

Calcolate l'ampiezza della risposta allo stato stazionario alla fine della media utilizzando la trasformata di Fourier veloce. L'ampiezza della risposta allo stato stazionario è definita come l'ampiezza spettrale ottenuta alla frequenza delle modulazioni di ampiezza degli stimoli sensoriali. Media vettoriale l'ampiezza di un numero di falco aggiuntivo di bidoni FFT su ciascun lato della frequenza della risposta per calcolare il livello di rumore residuo.

Tracciare l'ampiezza della risposta allo stato stazionario e della RNL in funzione dell'indice di colonna per esplorare l'evoluzione dei parametri durante il periodo di stimolazione. Risultati. La figura due illustra i cambiamenti nella forma d'onda dell'SSVEP risultanti dalla media delle epoche. Sono state ottenute trenta registrazioni.

Il tempo di oscillazione neurale bloccato alla stimolazione è diventato evidente quando è stata eseguita la media della colonna. Significativamente, il periodo in cui viene generato l'SSVEP può essere osservato nelle tracce corrispondenti alla prima colonna. In quella colonna vengono tracciati 02 secondi di linea di base pre-stimolo.

Pertanto, la procedura qui descritta consente di caratterizzare non solo la dinamica della risposta oscillatoria una volta che l'intrappolamento neurale è già stabilito, ma anche l'impegno delle oscillazioni neurali. L'ampiezza media dell'SSVEP è diminuita durante la media delle prime epoche delle colonne e tendeva a stabilizzarsi in seguito. Questo comportamento può essere spiegato dal contributo relativamente elevato del rumore all'ampiezza di risposta calcolata nelle prime epoche medie che viene attenuata man mano che viene eseguita la media.

La deviazione standard del livello di rumore residuo è rimasta relativamente costante con l'aumento del numero di epoche medie, il che suggerisce che le condizioni di registrazione erano stabili lungo la sezione sperimentale. I risultati presentati sopra hanno determinato le variazioni del rapporto segnale/rumore di picco delle misurazioni. Con il progredire della media, il rapporto segnale/rumore di picco aumentò con l'aumentare del numero di epoche medie fino a 18, approssimativamente.

Ulteriori incrementi nel numero di epoche medie non hanno influito in modo significativo sulla qualità del segnale. Infine, la dinamica dell'ampiezza potenziale evocata visiva allo stato stazionario, e il livello di rumore residuo sono rappresentati nella Fig. 4 Tali dinamiche sono state ottenute tracciando i parametri di risposta calcolati alla fine della colonna saggiamente la media delle epoche in funzione del numero delle colonne in funzione del tempo.

In questo soggetto, l'ampiezza della risposta aumentò gradualmente durante i primi 12 secondi, dopo l'inizio dello stimolo. Il tempo, che corrisponde alla lunghezza di tre epoche. Man mano che lo stimolo persisteva, la risposta diminuiva costantemente durante i successivi 12 secondi, e rimase relativamente costante in seguito.

Questi risultati non possono essere spiegati dal comportamento della RNL, poiché questo parametro era relativamente costante durante il periodo di stimolazione. L'aumento dell'ampiezza SSVEP a seguito dell'inizio dello stimolo, può essere spiegato dai processi di integrazione, che si traducono nella stabilizzazione dell'intrappolamento neurale. La successiva diminuzione dell'ampiezza suggerisce l'adattamento dell'SSVEP alla stimolazione sostenuta.

Tuttavia, queste ipotesi devono essere testate in esperimenti controllati con dimensioni del campione appropriate. Calcolare l'ampiezza delle risposte allo stato stazionario dopo la media del dominio del tempo delle esecuzioni indipendenti implica analizzare solo le oscillazioni bloccate nel tempo, quelle che sopravvivono alla media. Questa procedura può filtrare le informazioni pertinenti relative alla dinamica della risposta nelle singole prove.

Tuttavia, garantisce un rapporto segnale/rumore sufficientemente elevato. Questo aspetto potrebbe essere di particolare importanza quando le risposte sono vicine alla soglia elettrofisiologia, una condizione in cui il rilevamento dell'intrappolamento può essere compromesso a causa del basso rapporto segnale-rumore della misurazione.