방법 논문

이벤트 관련 잠재력과 의미 분류를 사용하여 N400에 항 정신병 약물과 Schizotypy의 영향 조사

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DOI:

10.3791/52082

⸱

2014년 11월 19일

 ,  ,  , 
1Department of Psychology, McGill University, 2Department of Cognitive Science, McGill University, 3Douglas Institute, Department of Psychiatry, McGill University, 4Neurology and Neurosurgery Department, McGill University

이 논문에서

요약

사용 이벤트 관련 뇌파 전위 (까지 ERP)는, 우리는 분열 특성을 가진 건강한 사람에서 비정상적인 의미 뇌 활성화에 항 정신병 약물의 효과를 조사합니다. 우리는 의미 분류와 관련된인지 과정에 대한 통찰력을 흘리기, 두뇌 활동에 뚜렷한 변화를 추적하기까지 ERP를 사용합니다.

초록

인지 신경 과학 분야 내에서, 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)은 뇌 기능을 시각화 인기있는 방법이다. 이는 연구자가 특정인지 과정과 관련된 뇌 영역을 식별 할 수 있습니다 우수한 공간 해상도의 일부입니다. 그러나, 뇌 기능을 현지화 할 수있는 퀘스트, 많은인지, 감각, 모터 프로세스가의 fMRI의 최적 시간 해상도가 이루어지지 않은 남아 측면을 캡처하는 것이 필수적이다 시간적 차이가 있음을 유의 관련이있다. 더 나은인지 과정을 이해하기 위해서는 뇌에 대한 정보를 수집하는 방법으로서 이벤트 관련 전위 (ERP) 기록을 활용하는 것이 바람직하다. 장점 중 일부 연구자에게 밀리 초까지 뇌의 활동을 수행 할 수있는 기능을 제공 환상적인 시간 해상도 등을 포함한다. 그것은 또한 직접 인덱스 모두 흥분성과 억제 성 시냅스 후 전위하는 대부분의 뇌 계산이 수행됩니다. 이는 대사 활성의 인덱스를 캡처의 fMRI 대조적 앉는다. 또, 비 침습적 ERP 방법은 콘트라스트 상태를 필요로하지 않는다 : 원시까지 ERP는 실험적으로 관측 연관 불확실성 선도 한 실험 조건, 제어 조건이 실험 조건에서 차감되어야의 fMRI로부터 구별에 대해 조사 될 수 있거나 조건을 대조. 이 열악한 공간과 피질 활동의 해상도에 의해 제한되는 동안, ERP 녹음 '유틸리티, 상대적으로 비용 효과, 및 관련 이점은 신경 활동의 급격한 시간적 변화를 추적하는인지 신경 과학에서의 사용을위한 강력한 이론적 근거를 제공합니다. 적절하고 정확한 데이터 수집을 보장하기 위해 연구 촬상 방법과 그 사용의 증가를 촉진하고,하기 위해, 본 문서는 개설 할 것이다 - 패러다임의 틀에서 항 정신병 제의 효과를 조사하기 시맨틱 분류를 사용S와 schizotypy N400에 - 절차 및 ERP 데이터 수집과 관련된 주요 측면.

서론

뇌 영상의 발전은 부정 할 수없는 뇌의 기능에 대한 우리의 이해를 증가하고 있지만, 이러한 발전은 뇌의 구조를 해명에 크게 정적을 강조합니다. 이 이후, 같은의 fMRI 및 근적외선 분광법 (NIRS) 이러한 시간적 측면을 해결 EEG에 비해 불충분 시간 해상도를 생성 할 뇌 영상 방법으로, 상대적으로 무명에 싸인 뇌 네트워크의 동적 시간적 기능을 남긴다. 그것은 더 잘 이해하고, 그렇지 않으면 알 것이다 의미있는 방대한 양의 정보를 생산할 수 ERP 기록의 사용을 채용하는 것이 적절하다. ERP 기록인지 신경 과학자인지, 감각 및 운동 방법에 의해 유도되는 신경 활동의 빠른 시간 변조를 추적 할 수있는 비 침습적 분석 도구이다. 이것은 큰 n 개의 전기 시냅스 응답을 캡처하는 두피에 전극을 배치하는 것을 포함한다특정 사건이나 자극에 2 euronal 인구. 까지 ERP 시간 동기 감각, 모터, 또는인지 적 사건이다 뇌파 변경하고, 정보 처리 (3) 중에 생성 시냅스 후 전위의 합계를 나타내는 것으로 여겨진다. 이러한 ERP 파형은 인식에 기여하는 신경 연결에 더 통찰력을 자극 할 수 있습니다 신경 학적 데이터의 다양한 배열을 제공, 자신의 대기 시간, 진폭, 극성, 두피 분포에 의해 특징입니다.

ERP 기록 뇌파의 목표 (EEG)은 고차 관련된 신경 기초 프로세스, 복잡한 연산 4인지에 대한 정보를 얻을 수있다. 까지 ERP는 음 또는 양의 변동뿐만 아니라, 두피에 대한 그들의 위치 및 그들이 자극의 개시 이후에 나타나는 시간에 의해 정의된다. 다양한까지 ERP는의 다양한 측면과 관련되어있다인지 적 처리. 예를 들어, 우리는 N400 이벤트 관련 뇌 전위 5, 400 밀리 같은 의미 카테고리에 의존하는 분배 두피 알려진 단어 6과 같은 의미있는 자극의 발병 후에 유도되는 음의 파형을보고되어왔다 이러한 자극. N400는 의미 활성화의 지표이며, 연구는 콘크리트 단어 (예., 바나나)보다 추상적 인 단어를 모두 시각 및 언어 적 표현을 활성화 (예를 들어 자세히 표현을 활성화 단어를 더 큰 진폭을 가지고 있음을 보여 주었다 단지 언어 적 표현 7,8를 활성화 아이디어). 연구는 또한 schizotypy 저울로 측정 한 정신 분열증의 경우에도 경미한 증상은, N400 9 비정상적으로 과도한 의미 활성화와 관련되어 있다는 생각을 지원합니다. 따라서, 우리는 정신 분열증 증상 프리젠 테이션을 감소 항 정신병 약물, 이상 자체 정상화 여부를 연구하고있다schizotypy 높은 수준의 건강한 사람에서 N400의 활성화 및 의미. 여기서, 의미 분류 패러다임까지 ERP의 사용은 N400에 항 정신병 약물의 효과를 연구하는데 유용하다.

ERP 기록은 비 침습적 비교적 경제적 인 방법은 신경 기능을 평가할 수있는 바와 같이,인지 신경 과학, 신경, 신경 심리학, 심리에서 ERP 연구의 상당수,인지 심리학에 의해 입증되는 바와 같이, 그것은, 도메인의 넓은 범위에서 적용 할 수있다 . 그 다양성은 언어,인지 및 정신 분열증, 양극성 정동 장애, 우울증 등 다양한 정신 장애 (10)의 연구 및 알코올 의존 장애를 포함하는 도메인의 큰 다양성에 신경 이벤트의 상대적인 타이밍에 대한 적절한 연구 질문을 연구자 수 있습니다 , 그것과는 (SECURITY) 기능을 비활성화 등의 신경 영상의 대체 방법을 통해 상당한 이점을 제공한다하는 ional 자기 공명 영상 (fMRI). 이들 중 일부는 밀리 초 단위로 뇌의 활동을 해명 뛰어난 시간 해상도를 포함한다. ERP 녹화 직접 인덱스 흥분성 시냅스 후 전위 (EPSPS) 많은 뇌 계산이 수행되는 억제 성 시냅스 후 전위 (IPSPs)의 fMRI이하지 않는 무엇인가. ERP 기록의 또 다른 장점은 자기 공명 반면에, 큰 신호가 명확 이들 둘 사이의 구별되지 흥분성 활동 (신경 세포 탈분극) 발 저해 활성 (신경 hyperpolarizations)를 구별 할 수있는 가능성을 제공한다는 것이다. 실험적 대조 조건 관측 연관 불확실성 선도, 원료까지 ERP는 단지 하나의 실험 조건, 제어 조건이 실험 조건에서 차감되어야의 fMRI로부터 구별에 대해 조사 될 수있다 : 또한, ERP 방법은 콘트라스트 상태를 요구하지 않는다. ERP 녹음 '유틸리티, 상대비용 효율성 및 관련 이점은 신경 활동의 급격한 시간적 변화를 추적하는 방법으로인지 신경 과학까지 ERP의 사용에 대한 강력한 이론적 근거를 제공합니다. 뇌파 실험을 실행하고 이벤트 관련 전위를 기록하는 원리를 단계적으로 가이드입니다 따랐다.

프로토콜

이 프로토콜은 더글러스 연구소 연구 윤리위원회에 의해 명시된 지침을 따른다.

1. 환자 준비

  1. 참가자가 도착하면, 실험을 설명하고 기관 심사위원회 (Institutional Review Board)에서 윤리 승인을받은 동의서 양식에 서명을 구하십시오.
  2. 눈썹 사이, 코 (nasion)의 다리에 빨간색 연필을 사용하여 표시를합니다. 줄자를 사용하여, 두개골, inion의 하부베이스 nasion에서 측정한다. 참가자의 머리 뒤쪽에 범프가 느껴질 때까지 목을 손을 밀어이 위치를 분별.
  3. nasion 및 inion 사이의 측정의 1/10을 가지고 이러한 측정치가 코를 가진 라인에 있는지 확인하기 위해주의하면서 nasion에서 헤어 라인 근처에 표시를합니다.
  4. 마크의 수준에서 머리 주위 머리 측정 테이프 (4 색 리본) 랩단계 1.3했다. 는 등 파란색과 빨간색 지역 사이에 교차하는 경우 파란색 빨간색 캡을 사용, 그것은 청색 영역에서 교차하는 경우 파란색 캡을 사용 리본의 비 색깔의 끝이 색의 끝을 충족 위치에 따라 캡의 크기를 결정

2. 전극 위치

  1. 참가자의 머리 위에 캡을 놓습니다. 눈에 캡의 전면에있는 두 개의 전극을 라인업. 확산되는 전기 젤을 유지하기 위해, 정면 전극 (FP1과 FP2)에 일회용 스폰지 디스크를 삽입합니다.
  2. 헤어 라인 근처의 마크에 대해 두 정면 전극을 잡고 머리에 캡을 잡아 당깁니다. 캡은 참가자의 머리에 꼭 맞는지 확인합니다.
  3. 기준 전극으로 참가자의 귓불 위에 귀 전극을 놓습니다. 알코올로 귓불을 청소합니다. 목화 팁 어플리케이터를 사용하여, 도전성을 용이하게 귓불에 EEG 연마 피부 준비하고 젤 확산.
  4. 주사기를 타고 전해질 G와 그것을 채우기엘. 이어서, 귀 전극 상 겔을 짠다. 조심스럽게 참가자의 귓불 위에 겔 충전 귀 전극을 배치합니다.
  5. EEG 증​​폭기에 캡에서 와이어와 귀 전극을 연결합니다. 20,000 증폭기의 이득을 설정합니다. 이 편안하게 자리에 뚜껑을 유지하고 있음을 확인하고, 캡 스트랩 캡에 하네스를 연결합니다.
  6. 캡의 중앙 전방에서 발견되는 접지 전극에 겔 전해질을 적용하는 시작. 전해질 젤은 두피와 전극 사이의 전기적 연결을 증가시킨다.
  7. 전극에 전해질 젤을 집어 넣은 주사기를 사용합니다. 전극으로 주사기를 삽입하여 시작하고 두피에 접촉 될 때까지 앞뒤로 움직. 그런 다음, 동시에 주사기를 짜내고 젤의 수직 열을 생성, 당기십시오.
  8. 전극의 모든 단계를 반복 2.7.
  9. 무딘 바늘 전극 아래에 두피 마모. 이 동안 수행 observi전극의 개략도를 표시해야 컴퓨터 모니터, ng를. 화면에 대응하는 전극 컬러로 검게 될 때까지 두피를 긁지하는 것을 목표로하고 있습니다. 그것은 귀에 전극을 시작하고 접지 전극으로 이동하는 것이 좋습니다.

3. 뇌파 뇌파 실험

  1. 피사체까지의 실험에 대한 지침을 읽으십시오. 컴퓨터의 EEG 수집 소프트웨어를 엽니 다.
  2. 전극의 휴식 활동을 관찰한다. 플랫 라인 신호, 또는 과도하게 활성 신호와 같은 "나쁜"전극에 대한 문제를 해결합니다. 어떤이있는 경우, 반복 임피던스를 최소화하기 위해 2.7 및 2.9 단계를 반복합니다.
    강한> 참고 : 30 Hz의 전류를 사용하여 측정 임피던스는, 5 kΩ의 이하로 유지해야한다.
  3. 전극 신호가 좋은 모양과 너무 평탄한 라인 신호 또는 활성 신호가없는 한 번 기록을 시작합니다. 어떤 myograms 또는 눈의 움직임을보고, partici 보장이러한 데이터의 과도한 소음을 생산할 예정으로, 점멸과 턱과 이마의 근육을 긴장에서 바지 자제. 휴식, 베타 및 알파 리듬 존재가있을 수 있습니다.
  4. 두 번째 컴퓨터에 실험을 시작합니다. 실험 설계의 타이밍이 중요하다. 이러한 E-프라임 실험 소프트웨어, 자극 증상을 나타 내기 위해 "마커"를 전송하도록주의 깊게 관찰한다. 자극 증상은 종종 ERP 패러다임에서의 이벤트에 대한 참조 포인트로서 사용되는 바와 같이 이것은 중요하다.
  5. 실험이 완료되면,이 프로세스는 사용 된 소프트웨어에 따라 다르고 saved- 데이터가되었음을 확인. 조심스럽게 뚜껑을 제거하고 머리 세척 및 건조와 참가자를 지원합니다.
  6. 앰프에서 캡과 귀 전극을 분리 일회용 스폰지 디스크를 제거하고 스틱이나 면봉의 끝 부분을 사용하여 흐르는 물에 캡과 귀 전극을 청소합니다. 순한 비누 또는 샴푸뿐만 아니라 칫솔, 부드럽게 CL에를 사용하여귀 전극에서 젤. 철저하게 씻어. 건조 공기 장비를 허용합니다.

4. 데이터 처리

  1. EEG에서 ERP 구성 요소를 얻으려면 연구 될 획기적인 결정합니다. 예를 들어, N400 진폭을 계산하는 계산을 위해 300 내지 500 msec의 시간 - 윈도우에 평균 전압을 사용한다.
  2. 뇌파 시대 평균 전에 과도한 안구 운동 또는 앰프 포화도와 시험을 거부합니다. 실험 패러다임에 따라, 오답에 해당하는 시험을 거부 관련이있을 수 있습니다.
  3. 평균 후까지 ERP를 필터링 및 데이터 (matlab에, EEGLab 및 ERPLab를 사용하여 데이터 처리에 대한 구체적인 지침은 애니메이션 그림 1 참조) 플롯.

결과

. 다섯 수치도 최적의 ERP 녹화를 얻는 연구를 지원하기 위해 포함 1은이 프로토콜을 성공적으로 완료 한 다음 얻은 ERP 파형을 묘사되었다; 그 반면에,도 2. 그 정확한 기록으로 인해 "좋은"결과를 구성 특히 과도 노이즈 신호에서 식별되는 "나쁜"결과, 결과 프로토콜 불량한 실행을 특성화 할 ERP 파형을 도시한다. 그림 3은 적절한 데이터 수집을 방해 할 수 있습니다 ERP 녹화에서 발생할 수있는 일반적인 문제를 보여줍니다. 높은 활성은 파도 고주파 큰 진폭으로 해석 될 수있다. 대조적으로, "flatline는". 활동 또는 부적절한 접속의 부족을 나타내는도 4 및도 5에 항 정신병 약물과 schizotypy의 효과를 조사한 결과를 주 그랜드 평균을 보여N400, 의미 론적 분류 패러다임을 사용하여 측정.

figure-results-1
그림 1. 좋은 결과.이 그림이없는 평면 선이나 과도한 소음의 결과로, 기술을 성공적으로 수행 한 후 모든 시험을 통해 하나의 주제의 평균 ERP 파형을 보여줍니다. 파도가 서로 다른 프로세스 (인지, 감각, 모터) 작업 내용과 작업에 필요한 능력에 따라 서로 다른 파형을 생성 할 것이다에 크게 의존 실험 패러다임 used- 작업에 따라 약간 다를 것이라고합니다. 하시기 바랍니다 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-2 그림 2. 빈약 한 결과.이 그림은 기술의 불충분으로 수행 한 후 모든 시험을 통해 하나의 주제의 평균 ERP 파형을 보여줍니다. 여기에 도시 된 파형으로 인해 노이즈, FP2에서 플랫 라인 열악하다. 또한 주 뇌파 인식 ERP 구성 요소의 부족. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-3
. 그림 3. 일반적인 문제는이 그림은이 기술로 발생하는 일반적인 문제를 나타낸다 즉, 안구 운동, 근육 운동, 또는 포화. 이러한 문제는 임의의 채널에서 발생할 수 있습니다, 그래서 그들 모두를 확인해야합니다. 경쟁하려면 여기를 클릭하십시오이 그림의 WA 큰 버전.

figure-results-4
Schizotypy 그림 4. 효과.이 그림은 위약 상태에있는 그랜드 평균까지 ERP를 보여줍니다. 레드 라인은 분열 형 성격 질문지에 높은 점수와 참가자에 해당합니다. 설문 조사에 의해 결정되는 블랙 라인은 낮은 schizotypy 참가자에 해당합니다.

figure-results-5
그림 높은 schizotypy 개인의 약물 치료 5. 효과.이 그림은 위약에 그랜드 평균까지 ERP, 약물 치료 (올란자핀)에 빨간색 해당하고, 검은 대응을 보여줍니다. 더 큰 versi를 보려면 여기를 클릭하십시오이 그림의에.

애니메이션 그림 1.이 도면은 데이터를 처리하고까지 ERP를 얻기위한 기준으로 사용될 수있다.

토론

N400에 항 정신병 약물의 효과를 우리의 조사에서, 우리는 위약 상태에서 전방 N400s가 낮은 schizotypy과 과목에 비해 높은 schizotypy을 가진 개인에서 더 큰 것으로 나타났다. 그러나 약물 상태에서, 전두 - 중앙 N400s는하지만 높은 schizotypy와 개인에, 작았 다. 따라서, 약물 치료는 위약 (11, 12)을받은 환자에 비해 항 정신병 약물로 치료 정신 분열증 환자에서 작은 전방 N400s을 보여주는 이전 연구를 확인 높은 분열 개인, 이러한 큰 전두 - 중앙 N400s을 감소 보였다. 낮은 schizotypy 가진 개인에서, 약물의 효과는 없었다. 이러한 결과는 프로토콜의 적절한 구현을 수득하고, 명확하고 정확한 데이터 수집의 중요성 말 하였다.

정확하고 유효한 결과를 보장하기 위해 염두에 두어야 할 몇 가지 중요한 포인트가 있습니다. 에양호한 신호를 얻을 수는 시상 전극 정확히 중간이고 그 임피던스가 조절 될 수 있도록 캡이 딱 맞는하고 배치하는 것이 중요하다. 이 임피던스 (13)를 줄이기 위해 더 힘들어 것 같은 너무 큰 캡은, 기록 품질이 저하 될 수있다. 그것은 참가자들이 이러한 조치는 뇌파 추적의 변화를 소개하고 잠재적으로 14 데이터 해석이 매우 어려운 것 같이, 점멸, 또는 자신의 얼굴과 턱 근육 flexing, 과도한 운동을 피해야 함을 이해하는 것이 중요하다. 실험 후, 장비가 제대로 전극이 미래의 신호 수집에 영향을 미칠 수있는 젤 잔류 물과 차단되지 않도록 청소해야합니다.

노이즈 또는 평면 선으로 신호에 문제가있을 경우, 지상 및 참조 양 전극이 제대로 연결되어 있는지 확인하십시오. 이들 전극의 임피던스를 감소시키는 것은, 그래서 만약 소음을 감소시킬 수있다연결 문제, 젤 다시 처음 전극 아래에 두피를 다시 적용이 있습니다. myograms가있는 경우, 피사체가 진행하기 전에 휴식을 취할 수 있습니다. 실험 설계에서는 실험 설계는 자극 프레젠테이션 및 참가자 깜박 있도록 짧은 시간주기의 지속 시간 등의 측면을, 타이밍을 차지하는 것을 ERP 기록과 관련된다.

EEG 실험을 시작하기 전에, 관련된 한계를 이해하는 것이 중요하다. 상대적으로 가난한 공간 해상도 고려해야 할 무언가뿐만 아니라 피질 활동을 명료하게 EEG를 사용의 어려움이있을 수 있습니다. 깜박 근육 활동에 의해 도입 된 노이즈는 단점이, 그들이 뇌척수액, 수막 및 두개골을 통과 얻어진 신경 신호 얼룩이있다. 이러한 제한은 등의 fMRI, NIRS & # 같은 독립적으로 - 다른 뇌 영상 방법으로 해결 될 수있다8211; 또는 이러한 대체 방법으로 뇌파를 결합하여. 그러나, 앞서 언급 한 바와 같이, 이러한 접근은 자신의 한계를 나른다. 필요한 대조 조건과 자기 공명의 기초와 성의 부족은 주목할만한 예이다. 대안적인 뇌 영상 기법에 대하여, ERP 기록 많은 advantages- 가장 특히 밀리 초 수준이다 빼어난 시간 해상도를 갖는다. 또한 비 침습적 및 참가자에 대한 최소한의 불편과 상당한 위험 또는 위험과 연결되어 있지 않습니다. ERP 기록은 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)과 양전자 방출 단층 촬영 (PET) (15)와 같은 다른 신경 영상 기법에 비해 특히 경제적으로 소리이다. 그것은,인지 감각 및 모터 과정에서 발생하는 신경 이벤트에 모습을 제공하고, 미래에 preconscious 프로세스를 탐험 적용될 수있다.

공개 사항

저자가 공개하는 게 없다.

감사의 글

저자는 관대 한 지원을 위해 뇌와 행동 연구 재단을 인정하고 싶습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
EEG 수집 소프트웨어 (Scan 4.5)Neuroscanhttp://www.neuroscan.com/scan.cfm
Digital EEG Amplifier (NuAmp)Neuro Scan Labshttp://www.neuroscan.com/documents/AF573-01%20CURRY%20NuAmpsExpressPRESSD4.pdf
2 컴퓨터
MatlabThe MathWorks, Inchttp://www.mathworks.com/products/matlab/
EEGLab Matlab 도구 상자http://sccn.ucsd.edu/eeglab/
ERPLAB 도구 상자http://erpinfo.org/erplab
자극 생성 소프트웨어E-Prime
ECI 전극 캡Electro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/caps/
특수 헤드 측정 테이프 (4 색 리본)Electro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
일회용 스폰지 디스크Electro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
EEG 연마 스킨 프레핑 젤 (Nuprep)Weaver and Companyhttp://www.weaverandcompany.com/nuprep.html
바디 하네Electro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
캡 스트랩Electro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Electro-gelElectro-cap International, Inc
무딘 바늘 (BD Vacutainer PrecisionGlide 다중 샘플 바늘)Becton, Dickinson and Company367211; http://www.bd.com/resource.aspx?IDX=7559
SyringeElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
2 귀 전극전기 캡 참조 International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
알코올 물티슈
빨간 연필
면봉
실험 후 참가자들이 머리를 감을 수 있는 시설 및 용품 - 싱크대, 샴푸, 빗, 수건, 헤어드라이어
스

참고문헌

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  14. Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , MIT Press. Cambridge, Mass. (2005).
  15. Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , 2nd edition, MIT Press. Cambridge, Mass. (2005).

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