Name: 高密度のイベントに関連する認知神経科学における潜在的なデータ収集 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-04-16T17:04:00.000+00:00
Duration: 8 min 33 s
Description: 学ぶ高密度ERPデータ収集法。電極キャップ配置、インピーダンス低減、視覚刺激提示時の記録により、認知神経科学における脳活動の時空間ダイナミクスを追跡する技術を習得できます。

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I.はじめに認知神経科学の分野では、機能的磁気共鳴画像（fMRI）は、標準分析法となっています。 fMRIの人気は、特定の認知プロセスに関連付けられている脳の領域を強調表示し、簡単に解釈できる結果に加えて、容易に入手できるデータ収集と解析技術の部分で生じている。しかし、fMRIは貧しい時間分解能をもつため、機能の脳の急速な時間的なダイナミクスを追跡することはできません。認知神経科学者が主にfMRIを使用し続けると、脳機能の結果として生じる画像は深刻な欠乏になります。事象関連電位（ERPのは）このメソッドは、優れた時間分解能を提供していてもそんなに頻繁に使用されています。現在の記事の目的は、細部に高密度ERPデータの収集に関与する重要なテクニックです。それは、この情報は、認知神経科学におけるERPの利用増加を促進することが望まれる。 II。一般的な機器セットアップ ERPのデータは通常、神経信号との干渉を最小限に抑えるために周囲の電磁界強度の低レベルと位置で測定されています。このような干渉を最小限に抑えるために、ERPのは、多くの場合、シールドメタルチャンバーで測定される（すなわち、ファラデーケージ）が、それは用いて測定することができる周囲の電界強度（1ミリグラム以下の許容レベルでシールドされていない場所を見つけることができる可能性があります電磁界計）。各電極は、順番にデータ収集コンピュータに接続するアンプに接続します。別々のコンピュータは、刺激提示のために使用されます。神経信号との干渉を最小限に抑えるために、唯一の必須のパワー成分が、例えば（シールドチャンバーの内部またはそのような刺激のディスプレイなど、記録位置、および応答のキーボードの近くに収容されるべきである、ランプは、電極のアプリケーションを支援するために使用することができますが、してください）記録中に電源がオフ。ビデオのスイッチは、単一のモニタでデータ収集コンピュータや刺激提示のコンピュータのいずれかを表示するために使用することができます。シールドチャンバーが使用されている場合、すべてのケーブルが壁の小さな管路（直径数センチつまり）やひび割れドアを通って実行することができます。参加者は、アームレストや首の筋肉のアーティファクトを最小限に抑えるために肩のサポートを提供するバックの高さと快適な椅子に座って、しかし、その後の電極インピーダンスの低減のための後下の電極へのアクセスを可能にする必要があります。我々は、シールド室（シールド、（株）のグローバルパートナーによって構築、パセイク、ニュージャージー州）と128チャネルQuik-Cap/SynAmps 2 NeuroScanシステム（Compumedics、アメリカ、シャーロット、ノースカロライナ州）を使用します。 III。キャップの配置および電極のデジタル化電極は通常、大幅にアプリケーションの時間を短縮スパンデックスキャップに埋め込まれています。しかし、キャップの相対電極の位置は、10月20日電極システムなどの標準的な電極構成、1またはそのような正確に配置されている10月5日電極システム2、のような高い密度のバリアントを使用しての可能性を排除いる固定されています個々の参加者基準。標準形式での最終結果の発表については、おおよその場所で各参加者の我々の位置の電極オズ10-5電極系によって決定（とし、そのおおよその10から5電極システムの位置に応じて電極のすべてにラベルを付ける）。キャップを適用する場合、ほとんどの後部-劣る電極は、首の筋肉のアーティファクトを避けるために、頭蓋骨、首の境界に優れていると頭の正中線上に配置正中線の電極と、それが左右対称性を持つようにしてください、と。あごのストラップが適切に位置でキャップを保持しますが、ベルクロファスナーを使用して、ウエストレベルでのカスタムメイドのベルトにサイドのストラップを取り付けると、頭と外側電極の接触を向上させることができます。目に隣接する電極は、眼球運動や瞬きの成果物のその後の除去に適用することができます。 それは、その電極の配置は、参加者全体で比較的一貫性があると考えるのが妥当ですが、頭の大きさと電極のキャップの配置の違いは、電極の位置のばらつきが生成されます。このような変動に対処するために、電極の位置は、各参加者のために測定することができます。我々は、各電極の位置を記録するための送信機を含むPolhemus社FASTRAKデジタイザ（コルチェスター、バーモント州）、（参加者の動きを補正するために）マジックテープを使用してキャップに取り付ける3つのレシーバ、およびスタイラスを使用する（このハードウェアはNeuroscanのSCAN /互換性があります我々はデータ収集に使用する3DSpaceDxはソフトウェア）。に関係なく使用されるデジタイザの、それはこのような大きな金属物への近接を回避し、トランスミッタとレシーバのケーブルを分離するように指定されたガイドラインに従ってセットアップしてください。デジタイザは、キャリブレーションとテスト精度のためにと移動する必要がありますする必要がある場合nece空間的な局在化されるまで別の場所にssaryは、正確です。 IV。電極インピーダンスの低減電極の位置がデジタル化された後、参加者は、記録の椅子に楽に座る必要があります。折られたハンドタオルを軽く彼らの肩と後ろの椅子の間に隠れているときに一部の参加者は、それがより快適見つける。その後、マルチ電極のキャップは、アンプに接続する必要があります。各電極のインピーダンスは、それが所定の閾値になるように低減する必要があります。これは、頭皮及びその上の電極間に流れる電流を可能にする各電極の開口部、に行ってゲルを注入することによって行われます。クロス参加者の汚染の可能性を排除するために、新しい滅菌シリンジと鈍先端の針は、各参加者のために使用されている必要があります。それは5 K＆Omegalは標準的なインピーダンスのしきい​​値ですが、周囲の電磁界強度が非常に低い場合、若干高いしきい値を使用することができることは注目に値する。我々はリアルタイムですべての電極の色によってインピーダンスレベルを表示する電極のインピーダンスを測定するNeuroScan SCANソフトウェアを使用してください。 ERPのデータ収集の最も時間のかかる側面であるインピーダンス低減のプロセスをスピードアップすることができるテクニックがいくつかあります。目的は、頭皮とすぐに覆う電極間にゲルの適用を制限することであることに留意することが重要です。それは非利き手が他の関数を実行している間、利き手ではゲルの注射器とアプリケーションを制御することをお勧めします。ゲルを実施で満たされた注射器はない参加者の不快感を持つ頭部に対して休むことができるが、頭に押し付けてはいけません。最初に、与えられた電極に、それが介入して髪を移動するには、頭に合わせますながら、シリンジを用いていくつかの円を作ると便利です。この後は、非利き手で電極を軽く押しながら、ゲルの少量を頭皮に注入する必要があると頭皮との間にゲルのブリッジを作るためにゲルを注入するために継続しながら注射器を引き抜く必要があります電極。電極の開口部から突出がティッシュで拭き取って破棄する必要があるゲル。いくつかのケースでは、ゲルを実施するインピーダンスがリンクされるように、隣接する電極に接続されます - これは、空間分解能は減りますが、電極の高い数があるのでマイナー懸念され、通常です。ゲルが最初に地面と参照電極に印加する必要がある、と電極インピーダンスの最初のセットがすべて残っている場合、高ゲルは、これら2つの電極に再適用する必要があります。ゲルは通常、時間の経過とともにより多くの導電性になると、一つの戦略は、すべてのインピーダンスは、すべてのインピーダンスが減少し始めるまで、次の象限内の電極にゲルを注入、減少し始めるまで、頭皮の象限（例えば右後頭皮など）内の電極にゲルを注入することですし、最も高いインピーダンスの電極への象限に再注入するゲルを循環。それはゲルのアプリケーションプロセスは、参加者の不快感を引き起こすことはないことを強調すべきであり、それは対応するアクションを停止できるように彼らは不快感を言葉で表現することを参加者に明確にしてください。 V.データの記録録音が始まる前に、参加者は快適な位置に入ってリラックスし、首の筋肉のアーティファクトを最小限に抑えるために、そして後部電極と背面の椅子との間の接触を生じる可能性があります頭の動きを回避するために奨励されるべきである。それは、椅子（通常は金属製のフレームを含む）の重要な動きが電磁干渉を作成できるので、録音中は、相対的にまだ残っている必要があることを参加者に強調されるべきである。参加者はその後、応答のキーボードやランプなどの参加者、付近のすべての非本質的な機器を受信する必要があります削除またはオフにする必要があります。後発事象に関連する分析を可能にするために、各刺激のイベントの発症がシグナル/トリガ刺激のコンピュータで送受信および電気生理学的データとともに格納されている必要があります。我々は、3自由に利用できるカスタムインラインポートの初期化とトリガーのスクリプトを含むE -総理プログラムを介してパラレルポートを介して各刺激開始（心理学のソフトウェアツール、（株）、ピッツバーグ、PA）、およびトリガーでこれらのトリガパルスをしている送信SCANのソフトウェアによって受信および格納されます。ポートコンフィギュレーションピン配列は、有効なトリガの値が使用されていることを確認するために参照する必要があります。目的は、過渡神経応答とは無関係である非常に低い周波数成分（例えば、DCなど）を削除するには、単純なので関連性が、ほとんどのアンプハイパスフィルタ設定で問題ありません。対照的に、許容可能なローパスフィルタの設定は、撮影環境によって異なります。非常に高い周波数のカットオフ（例えば、200 Hz程度）を持つローパスフィルタを使用することができる非常に低い周囲の電磁干渉が存在する環境で、どのhは高い周波数が含まれていない神経応答の歪みを最小限に抑えることができます。干渉のより高いレベルの環境では、低周波数のカットオフ（例えば80 Hzなど）と60 Hzのノッチフィルタは、電気生理学的反応が神経信号によって支配されるように使用することができます。データが取得された後に、アンプの段階でフィルタリングすると、多くの場合、以下の信号の歪みを生成するものの、フィルタリングはまた、ソフトウェアで行うことができることに注意してください。 VI。キャップの清掃データの記録が完了した後、マルチ電極のキャップを徹底的に洗浄し、直ちに消毒する必要があります。我々は5〜10分間ぬるま湯にキャップを浸漬して、徹底的に行うゲルのすべてを削除するには、実行中の水の流れと各電極を洗浄することから始めます。木の棒の綿棒の平滑末端を電極に穴をクリアするために使用することができます。その後、我々はすべてのゲルは水で完全に洗い流すことが続く、削除されている確保するために30分間石鹸温水浴（水とダイヤルの1〜2オンスの4クォートで構成される）にキャップを浸す。クロス参加者の汚染を避けるために、キャップは、適切な水/消毒剤のミックスで15〜30分間浸漬する必要があります（このような1部のEnvirocideへの水の4つの部分として）し、水で十分に洗い流してください。それは不規則に、後続のインピーダンス低減の容易さを減らすことができれば、これは乾燥の位置のある程度を維持する可能性があるので乾燥してキャップをハングアップする場合は、それが左右対称と緊張せずに配置する必要があります。 VII。解析の概要データ前処理4が不良または断続的な接触を持っていた電極、点滅のアーチファクトの除去、ベースライン補正、および追加のハイパスまたはローパスフィルタリングの排除を含む複数のステップから構成されています。前処理は、イベント関連の平均が続いている、と空間分解能は、ERPの音源定位5を行うことによって改善することができます。我々は、前処理、イベント関連の平均、及び記述したカスタムスクリプトを使用してエクスポートされたイベントに関連する平均ファイルに行われた追加の解析と音源定位（BESAは定期的に二日間の分析のコースを提供しています）、のためにBESAの解析ソフトウェア（グレーフェルフィング、ドイツ）を使用MATLABで（MathWorks社、ネイティック、マサチューセッツ州）。

<ol><li>Jasper, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ten-twenty+electrode+system+of+the+International+Federation%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalogr.+Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">The ten-twenty electrode system of the International Federation.</a> Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 10, 371-375 (1958).</li>
<li>Oostenveld, R., Praamstra, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+five+percent+electrode+system+for+high-resolution+EEG+and+ERP+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">The five percent electrode system for high-resolution EEG and ERP measurements.</a> Clin. Neurophysiol. 112, 713-719 (2001).</li>
<li>Trigger onset [Internet]. , Boston College Web. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www2.bc.edu/~slotnics/scripts.htm">http://www2.bc.edu/~slotnics/scripts.htm</a> (2010).</li>
<li>Slotnick, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+retinotopic+reactivation+during+spatial+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Rapid retinotopic reactivation during spatial memory.</a> Brain Res. 1268, 97-111 (2009).</li>
<li>Handy, T. C. Source localization of ERP generators. In Event-Related Potentials: A Methods Handbook. , The MIT Press. Cambridge. 149-166 (2004).</li>
</ol>

利害の衝突は宣言されません。

高密度のイベントに関連する認知神経科学における潜在的なデータ収集

High Density Event-related Potential  Data Acquisition in Cognitive Neuroscience

fMRIのデータ収集と解析技術をすぐに使用できるので、機能的磁気共鳴画像（fMRI）は、現在一部で、認知神経科学の分野における脳機能を評価する標準的な方法です。 fMRIは、優れた空間分解能が悪い時間分解能を持っているため、このメソッドは、指定された認知プロセス（および脳活動の時間経過について事実上何も明らかにしない）に関連する脳活動の空間的位置を識別するために使用することができます。対照的に、事象関連電位（ERP）を記録、そんなに頻繁にfMRIのより使用されている方法により、優れた時間分解能をもつため、神経活動の急激な時間的な変調を追跡することができます。データ収集技術が容易に入手できないと低密度ERPの録音が悪い空間分解能を持っているので残念ながら、ERPのは、下の認知神経科学で利用されています。認知神経科学、高密度ERPデータの取得に関わる現在の記事の詳細はキー技術のERPの利用拡大を促進するために。批判的に、高密度の事象関連電位は、優れた時間分解能と人間の脳機能の時空間ダイナミクスをキャプチャする必要がある良好な空間分解能（またはfMRIを組み合わせた場合、優れた空間分解能）、を約束する。

データ収集技術が容易に入手できないと、このメソッドを頻繁に貧しい空間分解能を持つため、事象関連電位（ERP）の記録は、下の認知神経科学で利用されている。認知神経科学、高密度ERPデータの取得に関わる現在の記事の詳細はキー技術のERPの利用増加を育成する。

機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、現在、認知神経科学の分野において脳機能を評価するための標準的な手法となっており、その理由の一部は...

高密度事象関連電位（ERP）を用いることで、機能しているヒトの脳における急速な時間的ダイナミクスを追跡することが可能になります。高密度ERPデータを取得するためには、まず電極キャップを被験者の頭部に装着し、被験者ごとの個体差や頭形状に対応させるため、電極位置をデジタル化します。その後、各電極にゲルを注入し、電極インピーダンスを低減させます。被験者に視覚刺激を提示しながらデータを取得します。記録が終了したら、電極キャップを十分に洗浄します。取得したデータを用いて、特定の認知プロセスに関連する脳活動の空間的および時間的なダイナミクスを解析します。こんにちは。ボストン大学心理学部、記憶と知覚研究室のスコット・スロットニックです。本日は、高密度事象関連電位（ERP）データ収集のプロトコルをご紹介します。私たちの研究室では、視覚項目の記憶における脳活動の時空間ダイナミクスを研究するために、この手法を用いています。それでは始めていきましょう。事象関連電位（ERP）は、優れた時間分解能でヒトの脳機能の時空間ダイナミクスを捉える手法を提供します。データは通常、電極で検出される神経信号への干渉を最小限に抑えるため、遮蔽室で測定されます。各電極はアンプに接続され、アンプはさらに遮蔽室の外に設置されたデータ収集用コンピューターに接続されます。神経信号への干渉の可能性があるため、刺激提示には別のコンピューターを使用します。刺激提示用ディスプレイや応答用キーボードなど、必要不可欠な電源コンポーネントのみを遮蔽チャンバー内に配置してください。実験中、参加者はアームレスト付きの快適な椅子に座り、首の筋肉によるアーチファクトを最小限に抑えるため、肩をサポートする背もたれの高さに調整します。まず、電極キャップの装着方法について説明します。参加者の電極はスパンデックス製のキャップに組み込まれており、これによりキャップを配置するための装着時間が大幅に短縮されます。10-5電極系に従って電極Ozを配置し、キャップを装着する際は、正中線上の電極が頭部の正中線に配置され、左右対称になっていることを確認してください。また、頸筋によるアーチファクトを避けるため、最も後下方の電極が頭蓋骨の頸部境界よりも上方に位置することを確認してください。キャップを装着したら、サイドストラップを顎ストラップまたは腰レベルに合わせた特注ベルトで固定し、頭部と側方電極との接触を改善します。後で眼球運動や瞬きのアーチファクトを除去できるよう、目の隣に電極を貼付します。被験者ごとの電極配置や頭形状のばらつきに対応するため、Polyus Fast Trackディジタイザーを用いて各参加者の電極位置を測定します。デジタイザには、送信機、キャップに取り付ける3台の受信機、およびキャップを装着した状態で各電極の位置を記録し、電極のデジタル化を完了させるためのスタイラスが含まれています。次に、電極インピーダンスの低減へと進みます。被験者を記録用チェアに心地よく座らせてください。被験者によっては、折りたたんだハンドタオルを肩とチェアの背もたれの間に軽く挟むことで、より快適に感じることがあります。次に、マルチ電極キャップをアンプに接続します。続いて、各電極のインピーダンスを約5 kΩ以下に下げる必要があります。当研究室では、NeurosCan社のソフトウェアを使用してリアルタイムでインピーダンスを測定しながら、滅菌シリンジと鈍針を用いて導電性ジェルを各電極の開口部に注入することでこれを実施しています。マルチチャネル記録において最も時間を要するインピーダンス低減プロセスを迅速化するための手法がいくつかあります。まず、接地電極または参照電極から始め、利き手を用いて、シリンジを頭部に当てたまま数回円を描くように動かします。その際、間の髪の毛をどかすために、シリンジを被験者の頭部に強く押し付けないように注意してください。ゲルの塗布プロセスによって、被験者に不快感を与えないようにしてください。次に、非利き手で電極を軽く押し下げながら、頭皮に少量のゲルを注入し、注入を続けながらシリンジを引き離します。頭皮と電極の間にゲルのブリッジを作成します。電極の開口部から突き出た余分なゲルは、この時点でティッシュで拭き取り、廃棄してください。最初の電極インピーダンスのセットがすべて高いままである場合は、接地電極と参照電極にゲルを再塗布してください。通常、ゲルは時間の経過とともに導電性が高まるためです。一つの戦略として、右後頭部などの頭皮の四分の一の領域にある電極に、すべてのインピーダンスが低下し始めるまでゲルを注入する方法があります。その後、次の領域の電極にすべてのインピーダンスが低下し始めるまでゲルを注入し、このように各領域を順番に繰り返します。インピーダンスが最も高い電極へゲルを再注入します。場合によっては、導電性ゲルが隣接する電極に接続され、インピーダンスが連動することがあります。これにより空間分解能は低下しますが、インピーダンスが低減される電極数が多いため、通常は大きな問題にはなりません。記録セッションを開始する前に、データの記録方法を確認しましょう。被験者が心地よくリラックスした姿勢をとり、静止するように促してください。これにより、筋肉の緊張や動きによるアーティファクトを最小限に抑えることができます。参加者がリラックスしたら、レスポンスキーボードを渡し、その後のイベント関連解析を可能にするため、照明など参加者の近くにある不要な機器をすべて取り除くか電源を切ってください。各刺激イベントの開始は、刺激用コンピュータによって信号が送られるかトリガーされる必要があり、電気生理学的データと共に保存されなければなりません。私たちは、カスタムのインラインポート初期化と自由に利用可能なトリガースクリプトを含むePrimeプログラムを介して、パラレルポートから各刺激開始時にトリガーパルスを送信しています。これらのトリガーはスキャンソフトウェアによって受信され、保存されます。電気生理学的データを記録する際は、標準的なハイパスフィルターを使用して、一過性の神経応答に関係のないDCなどの極低周波成分を除去してください。干渉が非常に少ない環境では、200 hertzなどの非常に高い遮断周波数のローパスフィルターを使用でき、周囲の電磁干渉レベルが高い環境でも同様に使用可能です。カットオフ周波数が80 hertz付近のローパスフィルターと60 hertzのノッチフィルターを使用することで、応答を神経信号が支配するようにできます。次に、キャップの洗浄方法について説明します。セッション終了後、記録が完了したら直ちにマルチ電極キャップを徹底的に洗浄し、消毒する必要があります。まず、キャップをぬるま湯に5〜10分間浸し、その後、各電極を流水ですすぎます。導電性ジェルを完全に除去するために、綿棒の棒の部分を使用して電極の穴を掃除してください。次に、水4クォートにダイアル石鹸1〜2オンスを混ぜた石鹸入りのぬるま湯にキャップを30分間浸し、すべてのジェルが除去されたことを確認した後、キャップを水で十分にすすぎます。参加者間の相互汚染を防ぐため、キャップを水と消毒剤の混合液（例：水4に対してアイオジン1の割合）に最後に15〜30分間浸し、その後、乾燥させるために吊るす際に再度水で十分にすすいでください。乾燥時の形状が維持される可能性があり、それがその後のインピーダンス低減を妨げる要因となるため、キャップは張力のない状態で対称的に配置する必要があります。最後に、代表的な結果を確認して締めくくりましょう。ここでは、ERPデータの収集および解析後の一部の代表的な結果を示します。左右の頭皮電位トポグラフィーは、それぞれ右および左の視覚野に提示された項目を正確に記憶していた際、視覚皮質領域で迅速なレチノトピー的再活性化が起こったことを反映しています。以上の手順を用いて高密度ERPデータを取得する方法について説明しました。参加者の快適さを常に最優先に考えることが重要です。以上となります。ご視聴ありがとうございました。皆様の実験の成功をお祈りしております。

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