Een visueelruimtelijke planningstaak in combinatie met eye-tracker- en elektro-encefalogramsystemen

Summary

De studie van cognitieve planning die EEG en eye-tracking-systemen combineert, biedt een multimodale benadering om de neurale mechanismen te onderzoeken die cognitieve controle en doelgericht gedrag bij mensen mediëren. Hier beschrijven we een protocol voor het onderzoeken van de rol van hersenoscillaties en oogbewegingen bij het plannen van prestaties.

Abstract

Het planningsproces, gekenmerkt door het vermogen om een georganiseerd plan te formuleren om een doel te bereiken, is essentieel voor menselijk doelgericht gedrag. Aangezien de planning bij verschillende neuropsychiatrische stoornissen in het gedrang komt, is de implementatie van de juiste klinische en experimentele tests om de planning te onderzoeken van cruciaal belang. Vanwege de aard van de inzet van planning, waaraan verschillende cognitieve domeinen deelnemen, zijn de beoordeling van planning en het ontwerp van gedragsparadigma's in combinatie met neuroimaging-methoden actuele uitdagingen in de cognitieve neurowetenschappen. Een planningstaak werd geëvalueerd in combinatie met een elektro-encefalogram (EEG) systeem en oogbewegingsregistraties bij 27 gezonde volwassen deelnemers. Planning kan worden onderverdeeld in twee fasen: een mentale planningsfase waarin een opeenvolging van stappen intern wordt weergegeven en een uitvoeringsfase waarin motorische actie wordt gebruikt om een eerder gepland doel te bereiken. Ons protocol omvatte een planningstaak en een controletaak. De planningstaak omvatte het oplossen van 36 doolhofproeven, die elk een kaart van een dierentuin vertegenwoordigen. De taak had vier periodes: i) planning, waarbij de proefpersonen de opdracht kregen om een pad te plannen om de locaties van vier dieren te bezoeken volgens een reeks regels; ii) onderhoud, waarbij de proefpersonen het geplande pad in hun werkgeheugen moesten behouden; iii) uitvoering, waarbij de proefpersonen oogbewegingen gebruikten om het eerder geplande pad te volgen zoals aangegeven door het eye-tracker-systeem; en iv) respons, waarbij de proefpersonen de volgorde van de bezochte dieren rapporteerden. De controletaak had een vergelijkbare structuur, maar de cognitieve planningscomponent werd verwijderd door het taakdoel te wijzigen. De ruimtelijke en temporele patronen van het EEG onthulden dat planning in de loop van de tijd een geleidelijke en blijvende toename van de frontale-middellijn theta-activiteit (FMθ) induceert. De bron van deze activiteit werd geïdentificeerd in de prefrontale cortex door middel van bronanalyses. Onze resultaten suggereerden dat het experimentele paradigma dat EEG- en eye-tracker-systemen combineerde, optimaal was voor het evalueren van cognitieve planning.

Introduction

In de afgelopen 10 jaar is er uitgebreid onderzoek gedaan naar de rol van oscillerende neurale dynamiek op zowel cognitie als gedrag. Deze studies hebben aangetoond dat frequentiespecifieke interacties tussen gespecialiseerde en wijdverspreide corticale regio's een cruciale rol spelen bij cognitie en cognitieve controle ^1,2,3. Deze benadering benadrukt de ritmische aard van hersenactiviteit, die helpt bij het coördineren van grootschalige corticale dynamiek en de cognitieve verwerking en doelgericht gedrag ondersteunt ^4,5. Er is substantieel bewijs dat aantoont dat ritmische oscillaties in de hersenen betrokken zijn bij verschillende cognitieve processen, waaronder perceptie⁶, attentio ^7,8,9, besluitvorming¹⁰, geheugenreactivering¹¹, werkgeheugen¹² en cognitieve controle¹³. Er zijn verschillende oscillerende mechanismen voorgesteld om doelgericht gedrag te sturen, waarbij voorbijgaande grootschalige frequentiespecifieke netwerken een kader bieden voor cognitieve verwerking ^1,14,15. Recente bevindingen suggereren bijvoorbeeld dat specifieke frequentiebanden in de hersenen een feedbackmechanisme kunnen weerspiegelen dat de piekactiviteit reguleert, waardoor een temporeel referentiekader wordt geboden om corticale prikkelbaarheid en piektiming te coördineren voor het produceren van gedrag 16,17,18. Een recensie wordt verzorgd door Helfrich en Knight¹⁹.

Dit bewijsmateriaal roept vragen op over hoe de prefrontale cortex (PFC) codeert voor planningstaakcontexten en gerelateerde gedragsrelevante regels. Van de PFC wordt al lang gedacht dat het cognitieve controle en doelgericht gedrag ondersteunt door de oscillerende patronen van neurale activiteit die het genereert, waarbij de neurale activiteit in verre hersengebieden selectief wordt vertekend en de informatiestroom in grootschalige neurale netwerken wordt gecontroleerd²⁰. Bovendien is voorgesteld dat regio's die lokale synchronie vertonen, meer kans hebben om deel te nemen aan interregionale activiteiten 21,22,23. In het bijzonder zijn corticale theta-band (4-8 Hz) oscillaties, zoals gemeten door middel van een elektro-encefalogram (EEG) van de hoofdhuid, voorgesteld als een potentieel mechanisme voor het overbrengen van top-down controle over brede netwerken¹³. In het bijzonder weerspiegelt de activiteit van de theta-band bij mensen cognitieve processen op hoog niveau, zoals het coderen en ophalen van geheugen, het vasthouden van het werkgeheugen, het detecteren van nieuwigheden, besluitvorming en top-down controle 12,24,25,26.

In verband hiermee stelden Cavanagh en Frank¹³ twee opeenvolgende mechanismen van controleprocessen voor: de erkenning van de noodzaak van controle en de instantiatie van controle. De erkenning van de noodzaak van controle kan worden aangegeven door frontale midline theta (FMθ)-activiteit afkomstig van de mediale prefrontale cortex (mPFC), die is beschreven in termen van gebeurtenisgerelateerde potentiële (ERP)-componenten die mPFC-gerelateerde controleprocessen weerspiegelen als reactie op verschillende situaties, zoals nieuwe informatie 27,28,29, conflicterende stimulus-responsvereisten³⁰, foutfeedback³¹, en foutdetectie³². Deze ERP-componenten, die de behoefte aan verhoogde cognitieve controle weerspiegelen in de aanwezigheid van nieuwigheid, conflict, straf of fout, vertonen een gemeenschappelijke spectrale signatuur in de thetaband die is opgenomen bij frontale middellijnelektroden 26,27,33,34,35,36,37,38,39,40, 41,42,43,44.

De EEG-responsen van FMθ-activiteit vertonen een patroon van fasereset en vermogensversterking in de theta-frequentieband²⁶. Ondanks de beperkingen van de EEG-methode in termen van ruimtelijke resolutie, zijn er verschillende bewijsbronnen verzameld om aan te tonen dat FMθ-activiteit wordt gegenereerd door de mid-cingulate cortex (MCC)¹³. Aangenomen wordt dat deze theta-dynamieken dienen als tijdelijke kaders die de neuronale processen van de mPFC reguleren, die vervolgens worden versterkt als reactie op gebeurtenissen die verhoogde controle vereisen²⁶. Dit is vastgesteld door middel van bronanalyse 31,33,45,46,47, gelijktijdige EEG- en functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI)-opnames ^48,49 en invasieve EEG-opnames bij mensen⁵⁰ en apen 51,52,53.

Op basis van deze waarnemingen wordt de frontale middellijn theta beschouwd als een universeel mechanisme, een gemeenschappelijke taal, voor het uitvoeren van adaptieve controle in verschillende situaties waarin er een gebrek aan zekerheid is over de acties en resultaten, zoals tijdens het plannen. Het gedragsparadigma dat we in dit protocol voorstellen, is gebruikt om cognitieve planning en de temporele en neurale kenmerken ervan te bestuderen. Hoewel in andere scenario's verschillende mechanismen voor cognitieve controle zijn gerapporteerd, heeft het huidige protocol de recente beschrijving van planning en de bijbehorende neurale en temporele eigenschappen mogelijk gemaakt⁵⁴. Het cognitieve planningsproces bestaat uit twee verschillende fasen: de mentale planningsfase, waarin een interne representatie van een reeks plannen wordt ontwikkeld⁵⁵, en de planningsuitvoeringsfase, waarin een reeks motorische acties wordt uitgevoerd om het eerder geplande doel te bereiken⁵⁶. Het is bekend dat planning de integratie van verschillende componenten van executieve functies vereist, waaronder werkgeheugen, aandachtscontrole en responsinhibitie, waardoor de experimentele manipulatie en geïsoleerde meting van deze processen een uitdaging is^57,58.

Neuroimaging-onderzoeken naar cognitieve planning hebben vaak gebruik gemaakt van gedragsparadigma's zoals de Tower of London 59,60,61; Om de verstorende factoren te beheersen, kunnen de taken die worden gebruikt voor het bestuderen van cognitieve planning echter beperkt en kunstmatig worden, wat leidt tot minder voorspellende en ecologische validiteit 62,63,64,65. Om dit probleem op het gebied van neuropsychologie op te lossen, zijn planningssituaties in de echte wereld voorgesteld als ecologische taken^62,63. De Zoo Map Task-subtest in de Behavioral Assessment of the Dysexecutive Syndrome-batterij meet plannings- en organisatorische vaardigheden op een meer natuurlijke en relevante manier^64,66. Deze test is een potlood-en-papiertest waarbij een route wordt gepland om 6 van de 12 locaties op een plattegrond van een dierentuin te bezoeken. De locaties zijn veel voorkomende plekken die in een gewone dierentuin te vinden zijn, zoals een olifantenhuis, leeuwenkooi, rustruimte, coffeeshop, etc. Er zijn twee voorwaarden die verschillende planningsniveaus evalueren: i) de formuleringsvoorwaarde, waarbij de proefpersonen worden geïnstrueerd om een route te plannen om zes plaatsen te bezoeken in de volgorde van hun keuze, maar volgens een reeks regels; en ii) de executievoorwaarde, waarbij de proefpersonen de opdracht krijgen om zes plaatsen te bezoeken in een specifieke volgorde en volgens een reeks regels. Deze twee voorwaarden geven informatie over planningsvaardigheden bij slecht gestructureerde (formulering) en goed gestructureerde (uitvoering) problemen⁶⁷. De eerste wordt gepresenteerd als een meer veeleisende cognitieve taak in een open situatie, omdat het vereist dat proefpersonen een logische strategie ontwikkelen om het doel te bereiken. Alvorens een pad te traceren, moet een reeks operatoren worden bedacht; Anders is de kans groot dat er fouten optreden. Aan de andere kant vereist de uitvoeringsconditie een lagere cognitieve vraag, omdat het oplossen van een taak waarbij een specifieke opgelegde strategie wordt gevolgd, alleen vereist dat de proefpersoon de uitvoering van het geformuleerde plan bewaakt om het doel te bereiken⁶⁶. Aan de andere kant is het Porteus-doolhof een bekende taak op het gebied van psychologie, met name op het gebied van cognitieve psychologie en neuropsychologie, en het is veel gebruikt als een hulpmiddel om verschillende aspecten van cognitie te beoordelen, zoals het oplossen van problemen en planning^68,69. De Porteus Maze-taak is een taak met potlood en papier die begint met een eenvoudige visuele stimuli-analyse en steeds moeilijker wordt. De proefpersoon moet het juiste pad vinden en volgen van een startpunt naar een uitgang (uit verschillende opties) terwijl hij regels volgt, zoals het vermijden van kruisende paden en doodlopende wegen, en zo snel mogelijk handelen⁶⁸. Elke keer dat er een splitsing verschijnt tijdens het tekenen van het pad, nemen de proefpersonen beslissingen om het doel te bereiken en te voorkomen dat ze de gegeven regels overtreden⁶⁹.

Rekening houdend met de beperkingen en sterke punten van de veelgebruikte en ecologische taken, hebben we ons gedragsparadigma voornamelijk ontworpen op basis van de Zoo Map Task⁶⁶ en de Porteus Maze Task⁶⁸. Het gedragsparadigma bestaat uit vier verschillende fasen die het cognitieve proces van planning in een dagelijks levensscenario omvatten. Deze fasen zijn als volgt: Fase 1, planning, waarbij de deelnemers de taak krijgen om een route te maken om verschillende locaties op een kaart te bezoeken, waarbij ervoor wordt gezorgd dat de vastgestelde regels worden nageleefd; Fase 2, onderhoud, waarbij de deelnemers de geplande route in hun werkgeheugen moeten bewaren; Fase 3, uitvoering, waarbij de deelnemers hun eerder geplande route uitvoeren door de nauwkeurigheid ervan te tekenen en nauwlettend te controleren; en fase 4, respons, waar de deelnemers de volgorde van bezochte dieren rapporteren volgens hun geplande route⁵⁴. Ons paradigma maakt het mogelijk om verschillende parameters van planningsvermogen te meten met behulp van verschillende fasen, die de verschillende componenten van planning (zoals werkgeheugen, uitvoerende aandacht en visueel-ruimtelijke vaardigheden) op een meer realistische manier weerspiegelen, aangezien het in kaart brengen van routes een veel voorkomend verschijnsel is in het dagelijks leven. Om te controleren op verstorende factoren, omvat het paradigma bovendien een controletaak met een planningstaakstructuur en equivalente stimuli, die de uitvoerende cognitieve componenten betrekt die ook bij de planning betrokken zijn, maar de planningsprocescomponent uitsluit. Dit maakt de scheiding mogelijk van de planningsprocescomponent voor de vergelijking van zowel elektrofysiologische markers als gedragsparameters⁵⁴.

Bovendien heeft eye-tracking een belangrijke bijdrage geleverd aan cognitieve neurowetenschappelijke studies door een niet-invasieve methode te bieden voor het meten en analyseren van oogbewegingen, die waardevolle inzichten kan verschaffen in de cognitieve processen en neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan perceptie, aandacht en cognitieve functies. Het meten van verschillende soorten oogbewegingen met een eye-tracking systeem kan waardevolle informatie opleveren over de cognitieve processen en neurale mechanismen die betrokken zijn bij planning. De volgende aspecten kunnen bijvoorbeeld worden gemeten: fixaties, dit zijn de perioden van stabiele blik waarin visuele informatie wordt verkregen⁷⁰; saccades, dit zijn de snelle oogbewegingen die worden gebruikt om de blik van de ene locatie naar de andere te verschuiven⁷¹; smooth chassuit, een soort oogbeweging waardoor de ogen een bewegend object soepel kunnen volgen⁷²; microsaccades, dit zijn kleine, snelle oogbewegingen die zelfs tijdens fixaties optreden⁷³; en knippert, een reflexactie die helpt om de ogen gesmeerd te houden en ze te beschermen tegen vreemde voorwerpen⁷⁴. Deze oogbewegingen kunnen inzicht geven in de cognitieve processen die betrokken zijn bij visueel zoeken, aandachtstoewijzing⁷⁰, visuele tracking⁷², perceptie⁷³ en werkgeheugen⁷⁴, die belangrijke componenten zijn voor planning en cognitieve controle.

Aan de andere kant hebben recente studies over het locus coeruleus-noradrenaline (LC-NE)-systeem de relevante rol ervan bij cognitieve controle aangetoond⁷⁵. De locus coeruleus (LC) projecteert naar verschillende hersengebieden, zoals de hersenschors, hippocampus, thalamus, middenhersenen, hersenstam, cerebellum en ruggenmerg 76,77,61. Bijzonder dichte LC-NE-innervaties ontvangen PFC-hersengebieden die geassocieerd zijn met cognitieve controle⁷⁵. Bovendien geven sommige onderzoeken aan dat chronische hyperactiviteit van het LC-systeem kan bijdragen aan symptomen van manisch-depressieve stoornis, zoals impulsiviteit en slapeloosheid. Daarentegen is een chronische afname van de LC-functie in verband gebracht met verminderde emotionele expressie, een veel voorkomend kenmerk bij patiënten die lijden aan depressie⁷⁸. Een overactieve reactie van de locus coeruleus op stimuli kan leiden tot een overmatige respons bij personen met stress- of angststoornissen⁷⁹. Daarom kunnen veranderingen in het LC-NE-systeem bijdragen aan de symptomen van cognitieve en/of emotionele ontregeling. Niet-invasieve technieken kunnen worden gebruikt om de locus coeruleus-activiteit te onderzoeken, waaronder veranderingen in de pupildiameter, die meestal worden gecontroleerd door noradrenaline die vrijkomt uit de locus coeruleus. Noradrenaline werkt in op de irisverwijdende spier door de alfa-adrenoceptoren te stimuleren en op de kern Edinger-Westphal, die signalen naar het ciliaire ganglion stuurt en de irisverwijding regelt door de activering van postsynaptische alfa-2-adrenoceptoren 66,80,81,82. Directe LC-neuronale opnames van apen hebben de relatie tussen LC-NE-activiteit, pupildiameter en cognitieve prestaties bevestigd⁸³. Verwijding van de pupillen is herhaaldelijk waargenomen als reactie op verbeterde verwerkingsbehoeften bij verschillende cognitieve taken 71,84,85,86,87.

Elektrofysiologische markers van cognitieve controle in combinatie met eye-tracking en pupilopnames kunnen cruciale vragen ontwarren over hoe cognitieve controle en planning in de hersenen worden geïmplementeerd. Het belang van het gebruik van ons protocol dat EEG- en eye-tracker-systemen combineert, is tweeledig. Aan de ene kant lijkt cognitieve controle de deelname van gedistribueerde hersenactiviteit te vereisen in precieze temporele relaties, die ideale kandidaten vormen voor het bestuderen van de hersennetwerkfunctie. Aan de andere kant hebben afwijkingen in een van deze hoedanigheden een ernstige invloed op het normale gedrag, zoals in het geval kan zijn van een verscheidenheid aan cognitieve en neuropsychiatrische stoornissen, zoals aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit^88,89, depressieve stoornis^90,91, bipolaire stoornis⁹¹, schizofrenie⁹², frontotemporale dementie⁹³, evenals stoornissen als gevolg van frontale laesies⁹⁴. Bovendien maakt het huidige protocol het mogelijk om pupillometrie te gebruiken als parameter om LC-NE-activiteit en oscillaties te vergelijken met behulp van eye-tracking en elektro-encefalografie. Dit zou niet alleen bewijs kunnen leveren voor de theoretische relatie tussen LC-NE, pupillometrie en neurale markers bij mensen, maar zou ook het mogelijk kunnen maken om het ontwikkelingstraject van kenmerken die verband houden met het LC-NE-systeem tijdens cognitieve planning te volgen. In ons model hebben we ons echter gericht op het testen of er tijdens de planning een specifiek patroon van saccades was dat mogelijk zou kunnen leiden tot specifieke oscillatieveranderingen⁹⁵. Daarnaast gebruikten we een eye-tracker-systeem als een belangrijk onderdeel van het onderzoeken van de gedragsuitvoering van een plan in de uitvoeringsfase van ons gedragsparadigma.

Samenvattend kan dit protocol testbare modellen van de dynamiek van hersennetwerken opleveren die kunnen dienen als een platform voor zowel verder fundamenteel onderzoek als uiteindelijke klinische en therapeutische toepassingen.

Protocol

Alle procedures in dit protocol werden goedgekeurd door de bio-ethische commissie van de Faculteit der Geneeskunde van Pontificia Universidad Católica de Chile, en alle deelnemers ondertekenden een formulier voor geïnformeerde toestemming voor het begin van het onderzoek (onderzoeksprojectnummer: 16-251).

1. Werving van deelnemers

1. Rekruteer rechtshandige gezonde volwassenen (mannen en vrouwen) met een normaal of gecorrigeerd naar normaal gezichtsvermogen en screen ze op de opname-/uitsluitingscriteria.
   OPMERKING: In deze studie werden 27 gezonde personen gerekruteerd die tussen de 19 en 38 jaar oud waren en vloeiend spraken. De steekproefomvang kan variëren op basis van het gewenste niveau van statistische power en de leeftijdscategorie kan variëren afhankelijk van de specifieke onderzoeksvraag die moet worden behandeld. In ons protocol hebben we de steekproefomvang berekend door rekening te houden met de statistische Wilcoxon signed-rank test, een effectgrootte van 0,7, een alfaniveau van 0,05 en een macht van 0,95, zoals beschreven in Faul et ^al.96. We gebruikten het MINI-International Neuropsychiatric Interview⁹⁷, toegepast door een getrainde psycholoog, om de deelnemers te beoordelen op basis van de in-/uitsluitingscriteria. Rekruteer alleen rechtshandige proefpersonen om de variabiliteit in het EEG-signaal te verminderen, omdat linkshandige personen een andere topografische verdeling van EEG-activiteit kunnen vertonen 98,99,100.

2. Prikkels voorbereiding

1. Maak voor de planningstaak een reeks stimuli met behulp van een vector grafische editorsoftware (zie Materiaaltabel). Ontwerp voor elke stimulus een doolhof in grijstinten dat een kaart van een dierentuin voorstelt. Maak in het doolhof een poort en verschillende paden die naar de dierlocaties leiden (in deze studie waren er bijvoorbeeld vier dierlocaties, zie figuur 1).
   OPMERKING: In deze studie hebben we 36 doolhoven gemaakt waarin elke stimulus bestond uit een dierentuinkaart met een starthek, vier afbeeldingen van dieren die zich in het doolhof bevinden en verschillende paden. De paden op het doolhof kunnen al dan niet naar de dierenlocaties leiden. Het gebruik van grijswaardenstimuli met verminderd contrast heeft vaak de voorkeur voor pupillometrie omdat het de stimulatie van de netvlieskegeltjes, die verantwoordelijk zijn voor het kleurenzicht, vermindert. Deze verschuiving in stimulusnadruk zorgt voor een gevoeligere meting van veranderingen in de grootte van de pupil, waarvan wordt gedacht dat ze veranderingen in de staat van opwinding of aandacht weerspiegelen. Bovendien vermindert het gebruik van grijswaardenstimuli de variabiliteit in de meting als gevolg van verschillen in kleurenzicht tussen individuen¹⁰¹.
2. Om verschillende niveaus van complexiteit in de uiteindelijke taak te verkrijgen, verdeelt u de stimuli op basis van het aantal geldige oplossingen in overeenstemming met het vastgestelde doel en de regels (het doel is met name om een pad te plannen om dierenlocaties te bezoeken). Het aantal geldige oplossingen verwijst naar het aantal mogelijke paden om te plannen volgens de regels (zie regels in figuur 2 en stap 5.12.1.). Classificeer stimuli met meer dan vijf mogelijke oplossingen als 'gemakkelijk' en die met vijf of minder mogelijke oplossingen als 'moeilijk'. Maak vervolgens een gelijk aantal proefversies voor elke categorie.
   OPMERKING: U kunt ook de stimuli die voor Domic-Siede et ^al.54 zijn gemaakt, opvragen bij de auteurs, aangezien die stimuli volgens deze instructies zijn gemaakt. Houd er rekening mee dat alle materialen op aanvraag beschikbaar zijn, maar de specificaties worden hier beschreven. In deze studie hebben we 18 eenvoudige proeven en 18 moeilijke onderzoeken gemaakt. Het evalueren van de verschillen in moeilijkheidsgraden op gedrags- en elektrofysiologisch niveau is belangrijk omdat het zal helpen bepalen of u cognitieve vraag/cognitieve inspanning/moeilijkheid of intrinsieke aspecten van cognitieve planning meet (zie representatieve resultaten en discussiesecties).
3. Gebruik voor de controletaak dezelfde structuur als de planningstaak (evaluatieperiode, onderhoud, uitvoering, respons, zie Figuur 2) en gebruik dezelfde stimuli die voor de planningstaak zijn gemaakt, maar voeg een getekende lijn toe die een gemarkeerd pad weergeeft voor het bezoeken van de reeks dierlocaties vanaf de poort tot de laatste locatie (zie Figuur 1B). Maak het gemarkeerde pad een iets donkerdere kleur dan de hoofdpaden van het doolhof, waarbij een laag contrast wordt beoordeeld met behulp van een luxmeter (zie stap 2.4).
   OPMERKING: Het idee hierachter is om de psychofysische kenmerken van beide aandoeningen (plannings- en controletaken) zoveel mogelijk op elkaar te laten lijken. De getraceerde paden van de doolhoven kunnen de regels volgen of niet (zie sectie 5 van het protocol voor meer details over de instructies die aan de deelnemers worden gegeven). In dit onderzoek had de helft van de stimuli een correcte bezoekvolgorde volgens de regels, terwijl de andere helft fouten vertoonde (zoals twee keer hetzelfde pad gebruiken of doodlopende wegen overschrijden, zie stap 5.12.1 en stap 5.12.3 en figuur 2).
4. Beoordeel de verlichtingssterkte van de stimuli met behulp van een luxmeter die in de kinsteun is geplaatst die de proefpersonen zullen gebruiken (zie stap 4.5 en stap 4.6) en op dezelfde afstand van het scherm. Elke stimulus van elke aandoening levert een lux-waarde op. Noteer elke waarde handmatig voor verdere analyses.
   OPMERKING: Er worden geen verschillen in verlichtingssterkte verwacht tussen de omstandigheden (zie stap 4.6). Controleer anders het contrast van de prikkels. Dit is relevant als de pupildiameter wordt gemeten¹⁰².
5. Maak ook een stimulus die de juiste feedback vertegenwoordigt (duim omhoog als deze correct is) en een andere stimulus die onjuiste feedback vertegenwoordigt (duim omlaag als deze onjuist is) met behulp van een vectorgrafische editor (zie Materiaaltabel) (Figuur 2).

Figuur 1: Stimuli van de experimentele en controletaak. Illustratieve voorbeelden van de (A) plannings- en de (B) besturingstaakstimuli worden getoond. De stimuli vertegenwoordigen een dierentuinkaart die bestaat uit een poort, vier dierenlocaties op verschillende plaatsen en verschillende paden. De stimuli voor beide aandoeningen waren vergelijkbaar; het enige verschil was dat voor de controletaak (B) de stimuli een gemarkeerde lijn hadden die een reeds bestaand pad aangaf (zwarte lijn hier ter illustratie). Deze lijn in de echte controlestimuli was iets donkerder, met een laag contrast geregeld door de verlichtingssterkte (zie stap 2.4). Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Experimenteel ontwerp. (A) Proef met planningstaken. Proeven in deze toestand begonnen met een fixatiekruis van 3 s. Vervolgens kregen de deelnemers de opdracht om een pad te plannen om alle vier de dierenlocaties te bezoeken volgens een reeks regels (maximaal 10 s). Vervolgens verscheen er een verschoven fixatiekruis (3 s), gevolgd door het verschijnen van het doolhof weer. In deze periode (uitvoering) moesten de proefpersonen het in de vorige planningsperiode geplande spoor uitvoeren met behulp van hun blik met online visuele feedback (gegeven door het eye-tracker-systeem), die hun blikbeweging in real-time (donkere lijn) (maximaal 10 s) afbakende. Daarna, in de responsperiode, moesten de proefpersonen de sequentie rapporteren die tijdens de executie was gemaakt door de dieren te laten bezoeken. Op basis van hun antwoorden werd feedback gegeven. (B) Controle taak proef. Proeven in deze toestand begonnen met een fixatiekruis van 3 s. Vervolgens kregen de deelnemers de opdracht om te evalueren of een getraceerd pad (donkere lijn) de regels volgde of niet. Vervolgens verscheen er een verschoven fixatiekruis (3 s), gevolgd door het verschijnen van het doolhof weer. In deze periode moesten de proefpersonen het reeds getraceerde pad opnieuw tekenen met online visuele feedback, zoals in de uitvoeringsperiode van de planning (maximaal 10 s). Daarna, in de responsperiode, moesten de proefpersonen antwoorden (ja of nee) of de getraceerde volgorde de eerder gestelde regels volgde. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

3. Planning en controle van taakprogrammering

1. Schrijf een script dat een planningstaakparadigma codeert op basis van de Zoo Map Task⁶⁶ en Porteus Maze⁶⁸met behulp van een software voor stimulipresentatie/gedragsexperimenten (zie Materiaaltabel en het aanvullende bestand).
   1. Codeer de taak op basis van twee voorwaarden (een planningsvoorwaarde en een controlevoorwaarde) met een vergelijkbare structuur als die welke is uitgelegd in sectie 2 en sectie 4 (zie figuur 2 en het aanvullende bestand).
      OPMERKING: Het is belangrijk om in beide omstandigheden dezelfde structuur te gebruiken om de verstorende factoren en perceptieve componenten te beheersen die betrokken zijn bij het oplossen van de taakeisen (Figuur 2). Het gebruik van dezelfde structuur verbetert de beoordeling van het specifieke cognitieve proces dat betrokken is bij cognitieve planning.
   2. Synchroniseer de communicatie tussen de beeldschermcomputer, de EEG-computer en de hostcomputer (eye-tracker-computer) via ethernet- en parallelle poortcommunicatie waarbij transistor-transistorlogische (TTL)-pulsen worden verzonden vanaf de beeldschermcomputer (zie afbeelding 3).
   3. Schrijf een code om de oogbewegingen te kalibreren met het eye-tracker-systeem aan het begin van de plannings- en controletaken en na elke vijf voltooide proeven, omdat de blikpositie op het scherm cruciaal is voor de uitvoeringsperiode (zie stap 3.2.3 en stap 3.3.3 van het protocol, het discussiegedeelte en de code in het aanvullende bestand).
      OPMERKING: Er kunnen vertragingen optreden in de computercommunicatie. Er zijn verschillende methoden om de vertraging tussen TTL-pulsen op twee verschillende computers te meten, maar een veelgebruikte benadering is het gebruik van een hardwareapparaat zoals een digitale oscilloscoop of een logische analysator. Een andere benadering is het gebruik van op software gebaseerde methoden, zoals het verzenden van de TTL-pulsen via een netwerkverbinding en het gebruik van netwerkanalysetools om de vertraging te meten. Een andere benadering is om de klokken van de twee computers te synchroniseren, hetzij met behulp van een Global Positioning System (GPS) of Network Time Protocol (NTP) -server, of met behulp van een op hardware gebaseerde synchronisatieoplossing, de vertraging tussen de tijdstempel en de aankomsttijd voor elke puls te berekenen en het gemiddelde van de resultaten te nemen om de totale vertraging tussen de twee computers te verkrijgen.
2. Schrijf een code voor de planningstaak met de volgende structuur: de planningsperiode, de onderhoudsperiode, de planningsuitvoeringsperiode, de responsperiode en feedback (Figuur 2, Aanvullend dossier).
   1. De planningsperiode: Start de planningsvoorwaarde door een fixatiekruis in te stellen dat gedurende 3 s als basislijn wordt gepresenteerd.
   2. Presenteer willekeurig de set doolhoven één voor één (36 in deze studie).
      OPMERKING: In deze planningsperiode wordt de deelnemers gevraagd een pad te plannen om de vier dierenlocaties te bezoeken, met een maximale tijd van 10 s, volgens een reeks regels (de regels worden eerder aan hen uitgelegd; zie sectie 5 van het protocol om de gegeven regels te zien, evenals Figuur 2).
   3. Neem een TTL-trigger op in de code die het begin van de stimuluspresentatie aangeeft met behulp van een tagcode, en stuur deze trigger naar de EEG-computer en de eye-tracker-hostcomputer voor verdere smallere en vensteranalyses.
   4. Schrijf in de code dat de planningsperiode culmineert zodra een knop van een joystick/toetsenbord wordt ingedrukt, wanneer de proefpersoon klaar is met plannen of als de maximale tijd wordt overschreden. De reactietijd (RT) moet in het logbestand worden geregistreerd voor verdere analyses.
      OPMERKING: Voor deze periode hebben we een triggercode gebruikt met het cijfer 1, maar het gebruik van hiërarchische gebeurtenisdescriptoren (HED)-tags in plaats van numerieke codes wordt aanbevolen, omdat HED-tags betekenis en structuur geven aan de inhoud, waardoor het voor andere onderzoekers of medewerkers gemakkelijker wordt om de inhoud van de gegevens te begrijpen.
   5. De onderhoudsperiode: Begin deze periode met behulp van een verschoven fixatiekruis dat gedurende 3 s wordt gepresenteerd. Plaats het verschoven fixatiekruis in de ruimtelijke positie waar de poort van het doolhof zich bevindt om te anticiperen op de startpositie (poort) van de dierentuinkaart (zie afbeelding 2).
      OPMERKING: Het doel van deze periode is drieledig. Ten eerste vergemakkelijkt het verschoven fixatiekruis de uitvoering van het spoor dat het geplande pad voor de volgende periode vertegenwoordigt (zie stap 3.2.8). Ten tweede houden de deelnemers tijdens deze periode het plan dat tijdens de planningsperiode is uitgewerkt in hun werkgeheugen. Ten slotte dient deze periode als een interval tussen de proeven om het einde van de planningsperiode en het begin van de volgende periode af te bakenen - de uitvoeringsperiode van de planning.
   6. De uitvoeringsperiode van de planning: Nadat het verschoven fixatiekruis gedurende 3 s tijdens de onderhoudsperiode is weergegeven, presenteert u het doolhof opnieuw.
   7. Stuur een TTL-trigger naar het EEG en de eye-tracker-computer van de gastheer om het begin van deze periode aan te geven met behulp van een specifieke tagcode.
   8. Schrijf een code om real-time visuele feedback te geven (een donkere lijn, zie de uitvoeringsperiode in Figuur 2) van de blikpositie van de proefpersoon ongeveer 992 ms na het begin van deze periode.
      OPMERKING: Beginnen met afbakenen met een vertraging (ongeveer 1.000 ms) geeft de proefpersonen de tijd om zich in het doolhof te oriënteren, waardoor ze hun vorige geplande pad (tijdens de planningsperiode) kunnen afbakenen met een donkere lijn.
   9. Noteer de coördinaten van de paden voor een verdere reconstructie van de paden die de proefpersonen hebben gemaakt, en scoor de prestatie offline (zie stap 6.1.1, Figuur 4).
   10. Zorg voor een maximale tijd van 10 s om het geplande pad te volgen en laat de proefpersonen deze periode afronden door op een knop te drukken. Op deze manier kunnen de proefpersonen bepalen wanneer ze klaar zijn met hun getekende pad.
   11. Sla de RT op in het logbestand voor verdere analyses.
   12. De reactietermijn: Schrijf een code voor de reactieperiode, die begint na 10 s van de uitvoering van de planning of met een druk op de knop aan het einde van de uitvoeringsperiode, waarin het doolhof verdwijnt maar de dieren en hun ruimtelijke posities op het scherm blijven.
   13. Plaats in de reactieperiode vier lege cirkels horizontaal onderaan het scherm.
       OPMERKING: Het doel van deze periode is om de proefpersonen in staat te stellen de volgorde van de bezochte dieren tijdens de uitvoeringsperiode van de planning aan te geven door de dieren in dezelfde volgorde in de cirkels te plaatsen waarin ze ze hebben bezocht met behulp van een joystick of toetsenbord.
   14. Configureer het programma/de code zodat de proefpersonen de joystick of het toetsenbord kunnen gebruiken om elk van de eerder gepresenteerde dieren (vier dieren in dit onderzoek) te selecteren en in elk van de vier cirkels in te voegen (zie aanvullend bestand en figuur 2).
   15. Terugkoppeling: Schrijf een code om 3 s feedback te geven aan de deelnemers. Een afbeelding met een duim omhoog moet worden weergegeven als reactie op geldige combinaties van bezochte dieren als de regels worden gevolgd, terwijl een afbeelding met een duim omlaag moet worden weergegeven als de gerapporteerde combinatie ongeldig is.
   16. Stuur een TTL-trigger, met behulp van een specifieke tagcode voor correcte feedback en een andere tagcode voor onjuiste, naar de EEG- en eye-trackercomputers.
       OPMERKING: De reden voor het geven van feedback is om het monitoren van de prestaties te vergemakkelijken en de motivatie tijdens de taak te behouden. Deze verstrekking van real-time feedback versterkt het beloningseffect en stimuleert een goede taakuitvoering¹⁰³.
3. Schrijf een code voor de controletaak met dezelfde structuur als de planningsvoorwaarde: een controleperiode, een onderhoudsperiode, een controle-uitvoeringsperiode, een responsperiode en feedback (zie aanvullend bestand, afbeelding 2).
   1. De controleperiode: Schrijf een code voor de periode van de controleconditie om verstorende factoren te beperken. De code voor deze periode moet beginnen met een fixatiekruis dat gedurende 3 s als basislijn wordt gepresenteerd.
      OPMERKING: Aangezien de planningstaak voornamelijk de implementatie van planning vereist, maar ook andere cognitieve domeinen rekruteert als onderdeel van de uitvoerende functie, zoals visueel-ruimtelijke functie, werkgeheugen, aandachtscontrole, remmende controle, enz.66,88,104,105, is een controletaak cruciaal om verstorende factoren te verminderen. Het belangrijkste doel van deze taak is dus om alle cognitieve en perceptuele functies te eisen die nodig zijn om de planningstaak op te lossen, terwijl de implementatie van cognitieve planning wordt verwijderd⁵⁴.
   2. Presenteer willekeurig de doolhoven van de controleconditie één voor één (doolhoven met een gemarkeerd pad dat al is getraceerd). Codeer een maximale tijd van 10 s.
   3. Neem een TTL-trigger op in de code die het begin van de stimuluspresentatie aangeeft met behulp van een tag en stuur deze trigger naar de EEG-computer en de eye-tracker-hostcomputer.
   4. Schrijf in de code dat deze controleperiode culmineert zodra een knop van een joystick/toetsenbord wordt ingedrukt, wanneer het onderwerp klaar is of als de maximale tijd wordt overschreden.
      OPMERKING: Proefpersonen krijgen de instructie om de gemarkeerde paden te evalueren (of ze zich nu aan de regels houden of niet, zie stap 5.12 voor details over de instructies die aan de deelnemers worden gegeven).
   5. Sla de reactietijd (RT) op in het logbestand voor verdere analyses.
   6. De onderhoudsperiode: Zodra de controleperiode is afgelopen, presenteert u een verschoven fixatiekruis gedurende 3 s.
   7. Plaats tijdens de uitvoeringsperiode van de planning het bevestigingskruis op de plaats waar de poortingang zich bevindt om het trekken van de blik voor de volgende periode te vergemakkelijken.
   8. De uitvoeringsperiode van de controle: Presenteer het doolhof opnieuw en stuur tegelijkertijd een TTL-trigger naar het EEG en host eye-tracker-computers met een tag die het begin van de uitvoeringsperiode aangeeft.
   9. Herhaal dezelfde code als voor de uitvoeringsperiode van de planning om online feedback te geven over de blikpositie en om hun blik af te bakenen en te overlappen met het getraceerde pad.
   10. Zorg voor een maximale tijd van 10 s om het pad te volgen en laat de proefpersonen deze periode afronden door op een knop te drukken.
   11. Sla de RT op in het logbestand voor verdere analyses.
   12. De responsperiode van de controle: Zodra de uitvoeringsperiode van het besturingselement is afgelopen, dient u een vraagteken in dat de antwoordperiode aangeeft.
   13. Programmeer respectievelijk twee knoppen voor de proefpersonen om een antwoord te geven met behulp van een joystick of een toetsenbord.
       OPMERKING: Hier wordt de proefpersonen gevraagd om te antwoorden of de volgorde die door het spoor wordt gemarkeerd correct was of niet door een knop te selecteren voor goed/JA en een andere voor onjuist/NEE.
   14. Sla de nauwkeurigheid op in het logbestand.
   15. Terugkoppeling: Schrijf een code om 3 s correcte feedback te geven wanneer de proefpersonen correct reageren (een afbeelding met een duim omhoog) en 3 seconden onjuiste feedback te geven wanneer de proefpersonen onjuist reageren (een afbeelding met een duim omlaag).
   16. Net als in de planningsvoorwaarde, stuurt u een TTL-trigger naar het EEG en host u eye-tracker-computers met een tag voor correcte feedback en een andere tag voor onjuiste feedback.
4. Trainingstaken: Creëer stimuli, schrijf een code en presenteer voor de bovengenoemde plannings- en controletaken een korte trainingssessie van ongeveer zes proeven/doolhoven voor elke conditie (planning en control)
   OPMERKING: Het idee is om ervoor te zorgen dat u vertrouwd raakt met de taakinstelling. Het wordt aanbevolen om criteria vast te stellen om verder te gaan. Als in dit onderzoek de laatste drie onderzoeken correct waren en de deelnemers aan het einde van de trainingssessie aangaven het doel en de procedure te begrijpen, gingen de deelnemers verder met de experimentele sessie.

Figuur 3: Voorbeeld van een laboratoriumopstelling. Schematische weergave van een laboratoriumopstelling met drie onderling verbonden computers. De hostcomputer (eye-tracker computer) is verantwoordelijk voor het volgen en opslaan van de oogbewegingsgegevens. De EEG-computer ontvangt en bewaart de EEG-signalen. De displaycomputer bestuurt het gedragsexperiment, presenteert de stimuli aan de proefpersonen en stuurt gebeurtenistriggers naar de host- en EEG-computers via parallelle poorten en LAN-verbindingen om de gegevensverzameling te synchroniseren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Padreconstructie op basis van visuele online feedback gegeven door het eye-tracker systeem. Illustratieve voorbeelden van een padreconstructie uit de motorische uitvoering van een plan (A, in paars, planningsuitvoeringsperiode) en een controle-uitvoeringsperiode (B, lijn in groen) en met eye-tracker gegevens. Het pad dat in de uitvoeringsperiode van de planning wordt gereconstrueerd, wordt gebruikt om de nauwkeurigheid van elke planningstaakproef te evalueren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. Laboratoriumomgeving en apparatuur

1. Gebruik een EEG-acquisitiesysteem om EEG-activiteit van de hoofdhuid van de deelnemer te registreren, waarbij de EEG-elektroden worden geplaatst volgens het internationale 10-20-systeem¹⁰⁶. Plaats twee elektroden op de mastoïden van de deelnemer voor offline herverwijzing. Gebruik elektro-oculogramelektroden om verticale, horizontale en knipperende oogbewegingssignalen te identificeren tijdens visuele inspectie.
2. Gebruik EEG-acquisitiesoftware voor de EEG-gegevensverzameling met een bemonsteringsfrequentie van 2.048 Hz of 1.024 Hz en een banddoorlaatfilter tussen 0,1-100 Hz in de EEG-computer.
   OPMERKING: Bemonsteringsfrequenties van 1.024 Hz en 2.048 Hz bieden voldoende resolutie om laagfrequente oscillaties te analyseren. Het is belangrijk om EEG-signalen met een hoge bemonsteringsfrequentie te verkrijgen, zoals meer dan 1.000 Hz, bij het analyseren van laagfrequente oscillaties om ervoor te zorgen dat de laagfrequente signalen niet worden gealiasd.
3. Gebruik een beeldschermcomputer, die via parallelle poorten en ethernet is verbonden met de EEG-computer en de host eye-tracker-computer en waarop een platform is geïnstalleerd om gedragsexperimenten uit te voeren, om de stimuli te projecteren op een uitgebreide monitor met een minimale resolutie van 1.920 pixels x 1.080 pixels en een verversingssnelheid van 60 Hz. Plaats deze monitor op ongeveer 82 cm afstand van het onderwerp.
   OPMERKING: We gebruikten een 24-inch monitor met een verversingssnelheid ingesteld op 144 Hz op 82 cm afstand van de deelnemer. Het wordt aanbevolen om een monitor met een schermgrootte van ten minste 19 inch te gebruiken voor cognitieve experimenten met het registreren van EEG en oogbewegingen. Bovendien is een algemene aanbeveling om de monitor op een afstand te plaatsen die de deelnemer in staat stelt de taak comfortabel uit te voeren en een stabiele blik op het scherm te behouden, terwijl toch nauwkeurige opnames van EEG en oogbewegingen mogelijk zijn. Het is raadzaam om de opstelling te testen en indien nodig aan te passen om de beste resultaten te garanderen.
4. Gebruik een eye-tracking systeem om de deelnemers real-time feedback te geven op hun oogbewegingen tijdens de uitvoeringsperioden en registreer de pupilgrootte. Stel de bemonsteringsfrequentie in op 1.000 Hz voor een adequate tijdelijke resolutie.
5. Vermijd hoofdbewegingen. Links en rechts en beperkingen voor het op en neer bewegen van het hoofd zijn nodig om het oog binnen het gezichtsveld van de videocamera te houden. Voorwaartse en achterwaartse bewegingsbeperking is nodig om het oog binnen het brandpuntsbereik van de videocamera te houden. Gebruik een combinatie van voorhoofds-/kinsteunen om bewegingen binnen dit bereik te houden.
6. Evalueer de luminantie van de stimuli met behulp van een digitale luxmeter of iets dergelijks om de verschillen tussen de planningsstimuli en controlestimuli te vergelijken.
   OPMERKING: Een statistische test zoals een t-test of Wilcoxon kan worden gebruikt om verschillen tussen de stimuli van de twee aandoeningen te evalueren.
7. Gebruik een bedieningsjoystick of toetsenbord met ten minste vier knoppen: twee knoppen voor Ja/Nee-vragen uit de besturingsvoorwaarde; een van deze twee knoppen om proeven af te ronden; en nog eens twee knoppen voor de reactieperiode van de planningsvoorwaarde om vooruit of achteruit te gaan om de dieren in elk van de vier cirkels onder aan het scherm in te voegen.

5. Elektro-encefalografie en eye-tracking opnamesessies

1. Laat de deelnemers voordat ze met het onderzoek beginnen schriftelijke en ondertekende geïnformeerde toestemming invullen.
2. Vraag de deelnemers voorafgaand aan de opnamesessie om niet aanwezig te zijn met make-up (mascara en eyeliner kunnen als pupil worden gedetecteerd door het eyetrackersysteem), nadat ze drugs of cafeïne hebben gebruikt^107,108, of als ze ernstige vermoeidheid voelen¹⁰⁹ (stress, slaaptekort, enz.).
3. Laat de deelnemers een demografische enquête invullen om informatie te verstrekken over hun geslacht, leeftijd, handigheid, moedertaal en neuropsychiatrische geschiedenis via het MINI-International neuropsychiatrische interview⁹⁷ dat wordt toegepast door een getrainde psycholoog.
4. Reinig het voorhoofd, de hoofdhuid, de mastoïden en de huidpositie van het elektro-oculogram (EOG) van de proefpersoon met een alcoholdoekje.
5. Plaats alle externe elektroden op de deelnemer. Plaats de horizontale EOG bipolair op de buitenste canthi van beide ogen en de verticale EOG boven en onder het rechteroog van de deelnemer. Plaats twee externe elektroden op de rechter en linker mastoïdus om later opnieuw te refereren.
6. Meet het hoofd van de proefpersoon en plaats de juiste maat EEG-dop volgens het uitgebreide internationale 10-20-systeem. Om dit te doen, zoekt en plaatst u de Cz-elektrode door de volgende stappen te volgen:
   1. Identificeer de middellijn van de hoofdhuid door de haarlijn en de bovenkant van de neus visueel te inspecteren. Identificeer een lijn die deze twee punten verbindt om de middellijn te definiëren.
   2. Zoek de Cz. De Cz wordt meestal gedefinieerd als het middelpunt tussen de twee preauriculaire punten (d.w.z. de punten die zich net voor elk oor bevinden). Zoek deze punten en identificeer vervolgens een lijn die ze verbindt om de geschatte locatie van de Cz te identificeren.
   3. Meet en markeer de Cz. Meet de afstand van de nasion (d.w.z. het benige uitsteeksel aan de bovenkant van de neus) tot de Cz. De afstand van de nasion tot de Cz is doorgaans ongeveer 53% van de totale hoofdomtrek in het 10-20-systeem. Markeer de locatie van de Cz met een pen of een ander markeergereedschap.
      OPMERKING: Het is belangrijk om een consistente en gestandaardiseerde procedure voor het plaatsen van elektroden te volgen om fouten te minimaliseren en de geldigheid van de EEG-gegevens te waarborgen. Het wordt aanbevolen om een standaard plaatsingsprocedure te ontwikkelen. Maak een standaardprocedure voor het plaatsen van de elektroden op de hoofdhuid van elke proefpersoon en zorg ervoor dat voor elke proefpersoon dezelfde procedure wordt gebruikt. Als er een team of personeel is dat de opnames uitvoert, train dan de technici of onderzoeksassistenten in de juiste plaatsingsprocedure om ervoor te zorgen dat ze de elektroden consistent en nauwkeurig plaatsen. Bovendien zou het digitaliseren van de elektrodeposities voor elk onderwerp een wenselijke aanpak zijn om later bronanalyse uit te voeren. In EEG-onderzoeken is de precieze driedimensionale (3D) locatie van elke elektrode op het hoofd van de proefpersoon vaak een vereiste om een correlatie vast te stellen tussen de EEG-gegevens en de overeenkomstige hersenactiviteit¹¹⁰. Deze informatie is ook van cruciaal belang voor de juiste afstemming van de EEG-gegevens met anatomische beelden die zijn afgeleid van MRI- of CT-beeldvormingstechnieken^111,112.
7. Steek geleidende gel in elk gat van de dop met behulp van een spuit met een stompe naald en beweeg het haar van de deelnemer met de punt weg. Plaats daarna alle hoofdhuidelektroden op de EEG-dop.
8. Controleer de impedanties met behulp van de EEG-opnamesoftware en zorg ervoor dat ze onder het weerstandsniveau liggen dat wordt aanbevolen door het EEG-systeem.
9. Vraag de deelnemer om tijdens het experiment zo stil mogelijk te blijven. Inspecteer het EEG-signaal en test het door de deelnemer te vragen te knipperen, een kaak te maken en een paar seconden met gesloten ogen te blijven.
10. Neem plaats met de deelnemer in een donkere en geluidgedempte ruimte. Gebruik een kinsteun om het hoofd te stabiliseren en beweging te minimaliseren, en controleer of er een afstand van ongeveer 82 cm is tussen de kinsteun en het midden van het stimuluspresentatiescherm.
11. Plaats een joystick of toetsenbord voor de deelnemer voor de antwoorden.
12. Aanwijzingen: Geef mondelinge instructies met behulp van visuele hulpmiddelen voordat u met elke conditie begint (planning en controle). Neem in de instructies visuele voorbeelden van de stimuli op en leg uit hoe de doolhoven in respectievelijk de plannings- en de controlevoorwaarden kunnen worden opgelost.
    1. Instrueer de proefpersonen voor de planningstaak om een pad te vinden om een reeks bezoeken aan bepaalde dierlocaties (vier locaties in dit onderzoek) op verschillende plaatsen van het doolhof in willekeurige volgorde en volgens een reeks regels te voltooien: "(1) Plan het pad zo snel mogelijk binnen een maximum van 10 s; (2) Begin bij de poort en eindig het pad bij het vierde bezochte dier; (3) Ga niet twee keer door hetzelfde pad of dezelfde hoek; (4) Steek geen doodlopende weg over; (5) Kruis een pad niet loodrecht"⁵⁴.
       OPMERKING: Voor regel 2 tot en met regel 5 raden we aan om visuele voorbeelden aan de deelnemer te laten zien.
    2. Start daarna de planningstaaktrainingssessie van zes proeven.
       OPMERKING: Instrueer de deelnemers om vóór elke kalibratieperiode van de eyetracker te rapporteren of er een probleem was bij het uitvoeren van de taak, vooral tijdens het afbakenen van het pad in de uitvoeringsperiode. Noteer of er een proef is geweest om offline/nabewerking te controleren (zie stap 6.1.1).
    3. Instrueer de proefpersonen voor de controleconditie om te evalueren of het reeds gemarkeerde pad op het doolhof correct of onjuist is gemaakt, rekening houdend met de eerder geleerde regels.
       OPMERKING: Geef voorbeelden met visuele ondersteuning van hoe de doolhoven kunnen worden geëvalueerd zonder planningsstrategieën te gebruiken, zoals niet proberen een nieuw pad te plannen wanneer er fouten worden gedetecteerd (zoals tekeningen die hetzelfde pad twee keer gebruiken, een doodlopende weg oversteken, enz.). Wanneer er een fout wordt gevonden, moet de focus uitsluitend liggen op het rapporteren van de detectie van de fout in plaats van op het corrigeren van het pad. Vraag de deelnemers na elke proef naar de strategieën die ze hebben geïmplementeerd. Geef vervolgens mondelinge feedback over hun prestaties om ervoor te zorgen dat ze de uitgestippelde paden evalueerden en het plannen van nieuwe paden vermeden. Start daarna de trainingssessie voor controletaken van zes proeven.
13. Controleer het EEG-signaal om er zeker van te zijn dat alle kanalen correct worden ontvangen. Start de EEG-opname.
14. Kalibreer de eyetracker.
    OPMERKING: Controleer of de eyetracker in staat is om de blikpositie te bepalen wanneer de deelnemer zijn blik op verschillende delen van het scherm richt.
    1. Informeer de deelnemer dat de eyetracker zal worden gekalibreerd en dat hij een witte cirkel (met een kleine grijze stip) willekeurig naar de vier hoeken van het scherm zal zien bewegen (vijfpuntskalibratieprocedure). Instrueer ze om hun blik in de cirkel te fixeren en vertel ze dat ze, wanneer deze naar een andere locatie gaat, de positie van de cirkel moeten volgen en hun blik opnieuw in die nieuwe positie moeten fixeren.
    2. Voer het experiment uit, begin met het opslaan van de oogbewegingen door op Uitvoer/Opnemen te klikken en vraag de deelnemer om de eerder gegeven instructies op te volgen, om hem te informeren dat het experiment nu zal beginnen.
    3. Bewaar de laboratoriumruimte in een donkere omgeving. De grootste veranderingen in pupilverwijding treden op als reactie op veranderingen in luminantie¹¹³. Zorg voor een constant lichtniveau in de experimentele omgeving.

6. Gegevensanalyses

1. Gedragsanalyses
   1. Analyseer de gedragsgegevens met behulp van statistische software (zie Materiaaltabel). Meet de nauwkeurigheid (percentage van nauwkeurige antwoorden) als kwantitatieve gedragsparameter in zowel de plannings- als de controlevoorwaarden. Gebruik voor de planningsvoorwaarde eye-trackergegevens (x- en y-coördinaten van de blikpositie) om de paden na te bootsen die tijdens de uitvoeringsperiode offline zijn genomen en om de nauwkeurigheid van de geplande paden te bepalen in vergelijking met de werkelijke getraceerde paden (Afbeelding 4). Controleer hiervoor handmatig de congruentie tussen de combinaties die correct/onjuist zijn gemaakt in de antwoordperiode en de gemaakte tracering.
   2. Bereken de RT, de gemiddelde tijd die is besteed aan het oplossen van de doolhoven voor de planningsperiode en de gemiddelde tijd die is besteed aan het evalueren van de gemarkeerde paden voor de controleperiode.
   3. Bereken de gemiddelde RT van de uitvoeringstermijnen voor de plannings- en controlevoorwaarden. Gebruik in het bijzonder de RT die alleen overeenkomt met de juiste onderzoeken.
      OPMERKING: Als aanvulling is het mogelijk om de lineaire geïntegreerde snelheidsnauwkeurigheidsscore (LISAS)^114,115 te gebruiken, beschreven in Domic-Siede et ^al.54, die een gecombineerde maat biedt die rekening houdt met reactietijd en nauwkeurigheid. Aangezien de reactietijd tijdens de uitvoeringsperiode van de planning en de nauwkeurigheid van de planning met elkaar samenhangen, kan de LISAS worden gebruikt om een index te berekenen die rekening houdt met de reactietijd gecorrigeerd voor het aantal gemaakte fouten. Bovendien kan de LISAS-index ook worden gebruikt om de correlatie tussen elektrofysiologische signalen en gedragsprestaties te beoordelen. Het wordt berekend als een lineaire combinatie van reactietijd (RT) en foutverhouding (PE).
   4. Evalueer de homoscedasticiteit met behulp van een statistische test zoals de Levene-test^116,117, en test de normaliteit met behulp van de D'Agostino en Pearson omnibus-normaliteitsverdelingstest¹¹⁸ of Shapiro Wilk-test¹¹⁹ om de juiste statistische test voor vergelijkingen te kiezen (parametrisch of niet-parametrisch).
   5. Evalueer of de planningscomponent in de planningsconditie cognitief veeleisender is dan de controleconditie met behulp van de Wilcoxon signed-rank test¹²⁰ of de matched-pair t-test¹²¹ om de gedragsparameters tussen de condities te vergelijken.
      OPMERKING: Valideer op deze manier dat het gedragsparadigma optimaal is om cognitieve planning te evalueren.
   6. Scheid de proeven in de planningsvoorwaarde in de categorieën "gemakkelijk" en "moeilijk" (zie stap 2.2) en gebruik vervolgens een gematchte t-toets om de nauwkeurigheid en reactietijden in de plannings- en uitvoeringsperioden tussen de "gemakkelijke" en "moeilijke" proeven te vergelijken.
2. EEG en voorbewerking van oogbewegingen
   1. Voer de voorverwerkingspijplijn voor EEG-gegevens uit die in de volgende punten wordt uitgelegd met behulp van zelfgemaakte scripts en/of gevestigde toolboxen, zoals beschreven in Delorme en Makeig¹²², in Dimigen et ^al.123 en in Mognon et ^al.124, in programmeertaalsoftware (zie Materiaaltabel).
   2. Synchroniseer de oogbewegingsactiviteit met de EEG-opnames om de fixaties, saccades en knippergebeurtenissen te importeren voor een betere visuele inspectie of verdere analyses (zie stap 3.1.2 en het aanvullende bestand).
      OPMERKING: In deze studie hebben we de tijdstempels op de eye-trackinggegevens en de tijdstempels op de EEG-gegevens zoals beschreven in Domic-Siede et ^al.54 en in Dimigen et ^al.123 gebruikt om de oogbewegingsgebeurtenissen te importeren in de EEG-gegevens in programmeertaalsoftware.
   3. Verklein de gegevens tot 1.024 Hz voor het geval ze zijn opgenomen op 2.028 Hz om de rekenvereisten te verminderen.
      OPMERKING: Een bemonsteringsfrequentie van 1.024 Hz is voldoende volgens het frequentiebereik van 4-8 Hz, de verwachte frequentieresolutie en de rekenvereisten van de analyse.
   4. Verwijs het EEG-signaal opnieuw naar het gemiddelde van de elektroden op de mastoïden.
      LET OP: Andere referenties zijn mogelijk. De keuze van de referentie kan van invloed zijn op de resultaten van de EEG-analyse en de interpretatie van de gegevens, dus het is belangrijk om de voor- en nadelen van de verschillende referentie-opties zorgvuldig af te wegen. De gemiddelde mastoïdreferentie is een populaire keuze voor EEG-onderzoeken omdat het een stabiele referentie biedt die gemakkelijk te berekenen is, en het is aangetoond dat het effectief is voor het analyseren van veel verschillende EEG-signalen. Het verwijzen van de EEG-gegevens naar het gemiddelde van de mastoïden (bekend als de gemiddelde mastoïdreferentie) is een gebruikelijke benadering voor het analyseren van frontale theta-activiteit in EEG-gegevens van de hoofdhuid. De mastoïdelektroden bevinden zich in de buurt van het oor en vormen een referentie voor de EEG-signalen. Verwijzen naar het gemiddelde van de mastoïden kan helpen om de invloed van ruis en artefacten die niet interessant zijn te verminderen, terwijl wordt voorkomen dat het signaal van interesse wordt geannuleerd, wat de gebruiker helpt om een duidelijkere weergave van de EEG-signalen te krijgen.
   5. Pas een nulfase eindige impulsrespons (FIR) toe met een high-pass cut-off frequentie van 1 Hz en een low-pass cut-off frequentie van 40 Hz over het uitgebreide signaal (zonder epoching) met behulp van programmeertaalsoftware.
      OPMERKING: In dit onderzoek hebben we de toolbox gebruikt die is beschreven in Delorme en Makeig¹²².
   6. Verdeel voor elke aandoening, rekening houdend met het aantal onderzoeken, de gegevens in tijdperken die respectievelijk rond het begin van de plannings- en controleperiode zijn gecentreerd. Gebruik de 1 s voor het begin van de doolhofpresentatie als basislijn en 4 s na de plannings- of controleperiode als de segmenten die van belang zijn. Gebruik programmeertaalsoftware.
      OPMERKING: In deze studie hebben we de toolbox gebruikt die is beschreven in Delorme en Makeig¹²²en 36 epochs/trials.
   7. Maak een tweede segmentatie rond het einde van de plannings- en controleperioden, waarbij 4 s voor het einde en 1 s erna wordt gebruikt als de onderhoudsperiode.
      OPMERKING: De reden voor het selecteren van de eerste en laatste 4 s van de plannings- en controleperioden (stap 6.2.6 en stap 6.2.7) is dat de duur van elke periode in beide omstandigheden kan variëren, en het analyseren van de eerste en laatste seconden van de planning kan een uitgebreider beeld van het planningsproces bieden. Deze vensterlengtes zijn dus toereikend en voldoende om de oscillerende dynamiek die ten grondslag ligt aan de planning te analyseren.
   8. Voer op het gesegmenteerde signaal het Logistic Infomax-algoritme voor onafhankelijke componentenanalyse (ICA)¹²⁵uit om artefactische componenten te identificeren en te verwijderen.
   9. Gebruik het criterium van de saccade-tot-fixatie-variantieverhouding dat wordt aanbevolen in Plöchl et ^al.126om automatisch potentiële luidruchtige componenten te detecteren, en gebruik de automatische EEG-artefactdetector op basis van het gezamenlijke gebruik van ruimtelijke en temporele kenmerken aanbevolen in Mognon et ^al.124.
      OPMERKING: We raden het gebruik aan van de onafhankelijke componentclassificatie die wordt voorgesteld in Pion-Tonachini et ^al.127, die onafhankelijke componentclassificaties schat als samenstellingsvectoren in zeven categorieën, wat helpt bij het identificeren van artefacten.
   10. Inspecteer andere mogelijke artefactische componenten zoals EMG, elektrodebeweging of niet-hersengerelateerde componenten. Valideer de afwijzing van deze componenten door de topografieën, spectra en activeringen in de loop van de tijd visueel te inspecteren.
   11. Interpoleren (sferische interpolatie) luidruchtige kanalen door automatische kanaalafwijzing met behulp van het kurtosis-criterium (met een z-score van 5 als drempel).
3. Tijd-frequentie analyses
   1. Voer een korte snelle Fouriertransformatie (FFT) uit (1 Hz tot 40 Hz) met een vensterlengte van 250 ms en een tijdstap van 5 ms. Gebruik een Hanning-raam. Gebruik de z-score om de tijd-frequentiegrafieken te normaliseren naar de basislijn (-1 s tot -0,1 s).
      OPMERKING: De visualisatie van het spectrum is onderhevig aan een afweging tussen de venstergrootte en de tijdelijke resolutie. Om een volledig beeld te krijgen van het gehele spectrum, inclusief het theta-bereik van 4 Hz tot 8 Hz, raden we aan om de ondergrens van de venstergrootte te gebruiken, namelijk 250 ms, om een hogere temporele resolutie te garanderen tijdens elke proef en taak. Daarnaast raden we aan om een Hanning-raam te gebruiken, omdat dit algemeen wordt beschouwd als een conventionele keuze voor deze gevallen. Zie de verdere stappen voor een betere resolutie in tijd en frequentie.
   2. Selecteer een tijd-frequentiegrafiek van een frontocentrale elektrode, zoals de Fz, of een gemiddelde groep frontale elektroden.
      OPMERKING: Beschouw het brede bewijs met betrekking tot het verband tussen cognitieve controle en frontale middellijn theta ^12,128,129.
   3. Selecteer niet-frontale controle tijd-frequentiegrafieken van elektroden zoals de Pz- en Oz-elektroden om de vergelijkingen te bevorderen.
   4. Voer voor de frontale en controle-elektroden een niet-parametrische clustergebaseerde permutatietest uit voor gepaarde monsters, met een p-waarde < 0,05 voor de vergelijkingen op groepsniveau van de tijdfrequentiekaarten van beide omstandigheden. Gebruik de Monte Carlo-methode met 1.000 willekeurige trekkingen. Gebruik de maximale statistische waarde van het cluster om de permutatietest¹³⁰ uit te voeren.
   5. Gemiddelde van de theta-frequentieband (4-8 Hz) van respectievelijk de eerste 4 s van planning en control, en ook het laatste 4 s-segment.
   6. Vergelijk de gemiddelde theta-activiteit tussen de omstandigheden met behulp van een matched-pair t-test of Wilcoxon signed-rank-test.
   7. Analyseer het tijdsprofiel van de theta-activiteit. Om dit te doen, neemt u het gemiddelde van het frequentiebereik van 4-8 Hz over de proeven per proefpersoon.
   8. Vergelijk de dynamiek van de theta-activiteit tussen de condities met behulp van een Wilcoxon signed-rank test-match gekoppeld en gecorrigeerd met de false discovery rate (FDR).
      OPMERKING: We hebben stappen van 88 ms van niet-overlappende vensters gebruikt in de Wilcoxon-test.
4. Reconstructie van de bron
   1. Gebruik een toolbox voor het reconstrueren van bronanalyses, zoals de open access toolbox beschreven in Tadel et ^al.131 of een andere soortgelijke.
   2. Bereken de bronnen van het voorbewerkte EEG-signaal vanaf de eerste 4 s van de planning met behulp van een algoritme zoals gestandaardiseerde elektromagnetische tomografie van de hersenen met lage resolutie (sLORETA)¹³²en de minimum-norm beeldvormingsmethode, evenals de symmetrische grenselementmethode (symmetrische BEM), met behulp van een toolbox zoals beschreven in Gramfort et ^al.133om het omgekeerde probleem op te lossen.
   3. Gebruik het bronalgoritme (sLORETA-algoritme in dit onderzoek) op een anatomisch MNI-sjabloon (we gebruikten het MNI-sjabloon in Brainstorm "Colin27") met de standaard elektrodelocaties voor elke deelnemer voor het geval er geen 3D-digitalisering van de elektroden is (zie stap 5.6).
      OPMERKING: Opgemerkt moet worden dat het gebruik van de standaard elektrodelocaties niet de meest efficiënte methode is om de bronnen van hersenactiviteit te bepalen. Het kan echter nog steeds een algemeen inzicht geven in de oorsprong van de activiteit. Het is belangrijk om in gedachten te houden dat de lokalisatiebronnen die via deze methoden worden verkregen, ruwe benaderingen zijn en met de nodige voorzichtigheid moeten worden geïnterpreteerd tijdens de analyse van de resultaten.
   4. Pas een 4-8 Hz banddoorlaatfilter toe op het voorbewerkte signaal.
   5. Pas een normalisatie van de z-score toe met de periode −1.000 ms tot −10 ms vóór het begin van de studie als basislijn.
   6. Gemiddelde van de theta-activiteit met behulp van een interessant tijdsbestek tussen 1 s en 4 s na het begin van de proef.
   7. Vergelijk de gemiddelde ruimtebronnen tussen de omstandigheden met behulp van een niet-parametrische permutatietekentest met Monte Carlo-bemonstering (1.000 randomisaties)¹³¹.
   8. Om de interessegebieden (ROI's) te bepalen, labelt u de cortex met behulp van een hersenatlas.
      OPMERKING: We hebben de Destrieux Atlas¹³⁴ gebruikt die is geïmplementeerd in de toolbox beschreven in Tadel et ^al.131.
   9. Selecteer de hersengebieden van interesse (ROI's).
      OPMERKING: We hebben het bewijs overwogen dat meldt dat de prefrontale cortexregio's, zoals de bilaterale superieure frontale gyri (SF), bilaterale transversale frontopaire gyri en sulci (FP), bilaterale ACC, bilaterale MCC en bilaterale dorsolaterale prefrontale cortex^137,138, betrokken zijn bij cognitieve controlefuncties^135,136.
   10. Voer de hoofdcomponentenanalyse (PCA) uit over het vorige voorbewerkte EEG-signaal (bereik van 1-40 Hz) voor elke ROI en neem de eerste modus van de PCA-decompositie voor elke ROI.
   11. Voer een spectrale analyse uit met behulp van een snelle Fourier-transformatie op korte termijn en vergelijk de resultaten tussen de linker- en rechtergebieden van belang met behulp van een niet-parametrische, clustergebaseerde permutatietest¹³⁰.
   12. Extraheer en vertegenwoordig de linker- en rechter-ROI's die geen verschillen vertonen als één bilaterale tijdreeks: SF, ACC en MCC. Zet vervolgens tijd-frequentiegrafieken uit en vergelijk de omstandigheden.
   13. Vergelijk de tijd-frequentiegrafieken op basis van het complexiteitsniveau van de planningstaak (gemakkelijke versus moeilijke proeven) voor elke ROI.
   14. Spiegel de rand van het signaal voor elk van de 512 samples en voer een banddoorlaatfilter uit tussen 4 Hz en 8 Hz voor de geselecteerde ROI's.
   15. Pas een Hilberttransformatie toe om de momentane amplitude¹³⁹te verkrijgen met behulp van een signaalverwerkingstoolbox van een programmeertaalsoftware (zie Materiaaltabel).
   16. Corrigeer het signaal met behulp van normalisatie van de z-score (-1.000 tot -10 ms als basislijn) en gemiddelde over de onderzoeken per proefpersoon.
   17. Vergelijk elk ROI theta-bandtijdprofiel tussen de omstandigheden met behulp van de Wilcoxon signed-rank-test (gematchte paren, 1 s van niet-overlappende vensters) en corrigeer met de FDR.
5. Correlaties tussen EEG-activiteit en gedragsprestaties
   1. Normaliseer de brontijdreeksen van de ROI's naar de basislijn met behulp van de z-score. Selecteer een venster van 1 s tot 4 s na het begin van de planning of controle (waar prominente theta-activiteit in de tijdfrequentiekaarten wordt waargenomen).
   2. Om de toename van de theta-activiteit in de planningsconditie te bepalen in vergelijking met de controleconditie, transformeert u eerst het signaal in het frequentiedomein (1-40 Hz) met behulp van de multitaper-methode via een toolbox zoals de Chronux-toolbox¹⁴⁰ voor elke conditie en bron in de interessegebieden.
   3. Bereken de gemiddelde frequentie van de theta-band (4-8 Hz) en bereken twee maten van het theta-vermogen: i) het verschil tussen het theta-vermogen tijdens de planningsperiode (θ-planning) en de controleperiode (θ-controle), aangeduid als Δ-theta, en ii) de relatieve toename van de theta-activiteit, uitgedrukt als de verhouding van Δ theta (Δ θ) en de theta-activiteit tijdens de controleperiode (θ-controle), zoals in Domic-Siede et ^al.54:
             (1)
      
   4. Bereken twee gedragsparameters: iii) Δ LISAS-planning, door de LISAS-controle af te trekken van de LISAS-planning, en iv) Δ LISAS-planningsuitvoering, door de uitvoering van de LISAS-controle af te trekken van de uitvoering van de LISAS-planning, zoals in Domic-Siede et ^al.54:
      
      
   5. Voer de rho-correlaties van Spearman uit met behulp van de elektrofysiologische en gedragsparameters die zijn berekend en corrigeer vervolgens door de FDR.
6. Analyse van oogbewegingen: Voer de volgende analyse uit om de mogelijke verschillen in oogbewegingen voor elke aandoening te beheersen die kunnen resulteren in verschillende oscillerende dynamieken:
   1. Bepaal de saccadeamplitude en de saccadepieksnelheid van de gehele proef en van 0 s tot 3,75 s tijdens de plannings- en controleomstandigheden.
   2. Vergelijk de resultaten met behulp van de Wilcoxon signed-rank-test of de matched-pair t-test, afhankelijk van wat van toepassing is.
      OPMERKING: Een toolbox zoals beschreven in Dimigen et ^al.123kan nuttig zijn.
   3. Bereken en evalueer de samenhang tussen het Fourier EEG-vermogen op één frontale elektrode (bijvoorbeeld de Fz of een gemiddelde frontale ROI-elektrode) en de saccadesnelheid zoals beschreven in Sato en Yamaguchi¹⁴¹.
   4. Gebruik de Wilcoxon signed-rank-test om de coherentie-power-saccade rate-waarden van de eerste 4 s van elke proef tussen de twee condities te vergelijken.

Results

In dit protocol werd de RT van de planningsperiode vergeleken met de RT's van de controleperiode en de planningsuitvoeringsperiode. De RT voor planning was groter dan de RT's voor de controle- en planningsuitvoeringsperiode. Bovendien maakten de deelnemers, in vergelijking met de controleconditie, meer fouten en hadden ze een lagere nauwkeurigheid tijdens de planningsperiode (Figuur 5).

Figuur 5: Reactietijd en nauwkeurigheid voor de planningstaak. Vergelijking tussen de (A) reactietijden in de planningsperiode (paarse cirkels) en de controleperiode (groene cirkels) met behulp van een matched-pair t-toets. (B) Vergelijking tussen de reactietijden in de planningsperiode (paarse cirkels) en de uitvoeringsperiode van de planning (paarse vierkanten) met behulp van een gematchte-gepaarde t-toets. (C) Vergelijking van de nauwkeurigheid in de planningstoestand (paarse diamanten) en de controletoestand (groene diamanten) met behulp van een Wilcoxon-ondertekende rangtest. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Bovendien toonde de analyse van de complexiteitsniveaus van de planning significante verschillen in nauwkeurigheid en reactietijden (RT's) tussen de "moeilijke" en "gemakkelijke" niveaus tijdens planning en uitvoering (Figuur 6). Het "moeilijke" niveau had langere RT's en een lagere nauwkeurigheid. Deze bevindingen suggereren dat het verdelen van de onderzoeken op basis van het aantal geldige oplossingen een onderscheid kan maken tussen "gemakkelijke" en "moeilijke" onderzoeken.

Figuur 6: Vergelijking van gedragsprestaties op de verschillende complexiteitsniveaus. Significante verschillen in gedragsprestaties op de "gemakkelijke" en "moeilijke" niveaus van complexiteit werden geïdentificeerd met behulp van een matched-pair t-test. Lagere reactietijden (RT's) werden gezien tijdens de planning en uitvoering voor het "gemakkelijke" niveau in vergelijking met het "moeilijke", en de nauwkeurigheid was hoger voor het "gemakkelijke" niveau. De foutbalken geven de SEM (standaardfout van het gemiddelde) weer. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Deze resultaten gaven aan dat wanneer het planningsonderdeel met succes uit de controleconditie werd verwijderd (via instructiemanipulatie), de planningstaak cognitief complexer, veeleisender, uitdagender en tijdrovender was. De neurale correlaten die door de taken worden geïnduceerd, kunnen dus met elkaar worden vergeleken.

Om de theta-activiteit van de frontale middellijn tijdens de planning te analyseren, werd de gemiddelde theta-frequentieband tijdens de planning voor de Fz-elektrode vergeleken met die van de controleperiode, en werd een significante toename van de theta-bandfrequentie gevonden tijdens de planning (Figuur 7).

Figuur 7: Theta-activiteit op de frontale middellijn tijdens cognitieve planning. (A) Topografische kaarten die de sterkte van de theta-band over alle proefpersonen weergeven, genormaliseerd naar de z-scores tijdens de planningstaak (links), de controletaak (midden) en het planningseffect (rechts). Tijdens cognitieve planning vertoonden de proefpersonen een toename van de frontale middellijn theta-activiteit. De kleurenbalk toont de z-waarden tussen -0,5 en 1,5. (B) Een vioolgrafiek met de minimum-, kwartielen-, mediaan- en maximale z-scorewaarden van theta-activiteit over de proefpersonen tijdens de planning (paars) vergeleken met de controleperiode (groen) voor elektroden Fz (links), Pz (midden) en Oz (rechts) met behulp van een matched-pair t-test. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Om de temporele dynamiek van de waargenomen frontale theta-activiteit te beoordelen, werden bovendien topografische kaarten geformuleerd die overeenkomen met specifieke tijdstippen van theta-bandsterkte (750 ms, 1.750 ms, 2.750 ms en 3.750 ms) (Figuur 8A). Verder toonde de tijd-frequentieanalyse, in vergelijking met de controleperiode, een significante, progressieve en aanhoudende toename van de theta-activiteit aan vanaf 1 s na het begin van de planningsperiode (Figuur 8B).

Figuur 8: Frontale middellijn theta temporele dynamiek. (A) Topografische tijdsegmenten van de theta-activiteit. Er werd een progressieve toename van de theta-activiteit in de frontale middellijn in de loop van de tijd waargenomen tijdens de uitvoering van de planning (planningsperiode). De kleurenbalk geeft de z-score-eenheden aan (-0,5 tot 2,2). (B) Tijd-frequentiegrafieken voor de planningsperiode (boven), de controleperiode (midden) en het planningseffect, berekend door de controleperiode af te trekken van de planningsperiode (onder). Niet-significante pixels, zoals bepaald met behulp van een niet-parametrische clustergebaseerde permutatietest voor gepaarde monsters, worden lichter weergegeven in de planningseffectplot. De kleurenbalk geeft de eenheden van de z-score aan (-4 tot 4). Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Voor bronreconstructie van de theta-activiteit werd een hersenmodelsjabloon gevisualiseerd en vergeleken tussen de omstandigheden, en dit gaf aan dat de theta-activiteit zijn oorsprong vond in de prefrontale cortexgebieden (frontale superieure cortex, FS; anterieure cingulate cortex, ACC; en mid-cingulate cortex, MCC), en dat er significante verschillen waren tussen de condities (in de bilaterale SF, de bilaterale ACC en de bilaterale MCC) (Figuur 9), met een hogere theta-activiteit waargenomen in de planningsperiode (Figuur 9).

Figuur 9: Reconstructie van de bron. Een sLORETA-algoritme werd gebruikt om de theta-activiteit van verschillende hersenbronnen te schatten. De theta-activiteit was 4-8 Hz bandpass gefilterd, z-score genormaliseerd, gecorrigeerd door baseline, gemiddeld tussen respectievelijk 1 s of 4 s na het begin van de planning of controle, en vergeleken tussen de omstandigheden. Een significante toename van de theta-activiteit werd gevonden in het bilaterale frontale superieure gebied, de bilaterale cortex cingularis anterior en de bilaterale cortex mid-cingulate . De figuur toont significante t-waarden van de permutatietest. Afkortingen: FS = frontale superieur; ACC = cortex cingularis anterior; MCC = cortex in het midden van de cingulate . Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Daarna werd het tijdsprofiel van de theta-veranderingen in de loop van de tijd voor elke bron geëvalueerd door een Hilbert-transformatie te berekenen, en vervolgens vergeleken we de momentane amplitude van de theta-activiteit tussen de omstandigheden. We ontdekten dat de linker frontopolaire, bilaterale ACC en bilaterale MCC-bronnen een hogere theta-activiteit vertoonden na het begin van de planningsperiode (Figuur 10). Deze resultaten suggereerden dat ons experimentele paradigma dat cognitieve planning vereiste, theta-activiteit induceerde die afkomstig was uit de PFC-regio's.

Figuur 10: Theta-activiteitstijdprofiel van de PFC-bronnen. De momentane amplitude berekend met de Hilbert-transformatie werd toegepast op de eerste component van de PCA-decompositie voor elke frontale bron en zowel de omstandigheden als de basislijn werden genormaliseerd naar de z-score om de frontale theta-activiteit in de loop van de tijd weer te geven. De grijs gearceerde gebieden vertonen significante verschillen die worden bepaald met behulp van een niet-overlappend bewegend venster met stappen van 1 s (Wilcoxon signed-rank test) gecorrigeerd door de FDR. De gearceerde gebieden vertegenwoordigen 95% betrouwbaarheidsintervallen. De linker FP-regio, de bilaterale ACC en de bilaterale MCC vertoonden een toename van de theta-activiteit na het begin van de planning. Afkortingen: ACC = cortex anterior cingulate ; MCC = cortex in het midden van de cingulate . De planningsvoorwaarde wordt in het paars weergegeven. De controleconditie wordt in het rood weergegeven. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Verder wilden we de variatie in spectrale kenmerken tijdens de planning onderzoeken met betrekking tot het complexiteitsniveau, zoals aangegeven door de gedragsresultaten. Merk op dat een significante discrepantie alleen werd gevonden in de linker ACC binnen de alfaband. Dit ondersteunt het idee dat onze planningstaak de intrinsieke facetten van planning evalueert door middel van veranderingen in theta-oscillaties in grotere mate dan de algemene cognitieve eisen (inspanning) die doorgaans worden aangetroffen bij cognitieve controletaken (Figuur 11).

Figuur 11: EEG over de planningscomplexiteitsniveaus heen. De ROI-tijd-frequentiegrafieken toonden een significante positieve cluster in de alfaband, uitsluitend in de linker anterieure cingulate cortex (ACC) voor het "moeilijke" niveau. Niet-significante pixels, zoals bepaald met behulp van een niet-parametrische clustergebaseerde permutatietest voor gepaarde monsters, worden weergegeven in een lichtere tint op de grafiek, waarbij de kleurenbalk de z-score-eenheden van -3 tot 3 aangeeft. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Wanneer correlaties tussen theta-activiteit en gedragsprestaties werden uitgevoerd, werd een negatieve correlatie waargenomen; in het bijzonder, naarmate de theta-activiteit in het linker frontopolaire gebied tijdens de planningsperiode toenam, nam de LISAS-planningsuitvoeringsscore af (Figuur 12). Dit patroon kan erop wijzen dat het linker FP-gebied nodig kan zijn tijdens de uitwerking van de planning om een plan daarna met succes uit te voeren en suggereert een rol voor theta-activiteit.

Figuur 12: Theta-activiteit en gedragsprestaties. De Spearman's rho-correlatie tussen de theta-activiteit van de linker frontopolaire cortex en de uitvoering van de Δ LISAS-planning vertoonde een significante negatieve correlatie. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Bovendien kunnen de verschillende cognitieve eisen en doelen die door elke aandoening worden veroorzaakt, hebben geleid tot contrasterende oogbewegingen tussen de plannings- en controleomstandigheden, wat heeft geleid tot verschillende oscillerende activiteitspatronen⁹⁵. Om het bovenstaande probleem aan te pakken, hebben we de gegevens van één proefpersoon en één proef op verschillende niveaus geanalyseerd. Met name de tijdreeksen van het Fz-kanaal en de tijddynamiek van de theta-activiteit leken geen verband te hebben met de snelheid van saccades in de loop van de tijd (Figuur 13A).

Figuur 13: Resultaten van EEG- en oogbewegingsregistraties. (A) De rijen tonen het EEG (boven), de tijdfrequentiegrafiek (midden boven), het theta-tijdprofiel van elektrode Fz (midden onder) en de saccadesnelheid van proefpersoon 8 en proef 9 (onder) in de planningstoestand. (B) Een Wilcoxon signed-rank test vergelijking van de saccade amplitude, saccade pieksnelheid, en power-saccade snelheid samenhang tussen de condities wordt getoond, waarbij significante statistische verschillen in de saccade amplitude tussen de plannings- en controlecondities worden onthuld. De SEM wordt weergegeven door de foutbalken. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Domic-Siede et ^al.54. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Vervolgens hebben we de saccade amplitude en pieksnelheid van de hele proef verkregen en van 0 s tot 3,75 s ter vergelijking (Figuur 13B). We ontdekten dat de amplitude van de saccade groter was in de controletoestand. Er werden echter geen statistisch significante verschillen gevonden tussen de omstandigheden in de coherentie-index tussen het Fourier-thetavermogen bij elektrode Fz en de saccadesnelheid (Figuur 10B), wat aangeeft dat elke mogelijke relatie tussen saccades en theta-activiteit consistent was in alle omstandigheden.

Alles bij elkaar ondersteunen deze resultaten dat het beschreven experimentele protocol geschikt is voor het bestuderen van cognitieve planning als een cognitieve controlefunctie.

Discussion

Het hier beschreven protocol biedt een innovatieve benadering voor het beoordelen van cognitieve planning en cognitieve controle tijdens een nieuwe en ecologische planningstaak in combinatie met relevante en complementaire gedrags- en fysiologische metingen, zoals oscillerende en pupildynamiek. Tijdens onze experimenten werd EEG-activiteit geregistreerd terwijl de deelnemers de planningstaak uitvoerden, waarbij de deelnemers de opdracht kregen om eerst een plan uit te werken en vervolgens uit te voeren. De controleconditie, waarbij een vooraf getekend pad op de kaart van de dierentuin werd geëvalueerd, werd vastgesteld om het cognitieve planningsaspect te elimineren met behoud van een vergelijkbare setting en structuur. Deze benadering maakt het mogelijk om te beoordelen of cognitieve planning, als een cognitieve controlefunctie, leidt tot het genereren van frontale theta-activiteit uit PFC-regio's en of verschillende PFC-theta-oscillatiebronnen verband houden met verschillende aspecten van planningsprestaties. Een ander aspect dat met behulp van dit protocol kan worden geëvalueerd, is de differentiatie van de verschillende cognitieve processen die betrokken zijn bij planningsfasen, zoals planuitwerking, planuitvoering, planuitvoering en feedbackverwerking. We ontdekten dat planning een canonieke frontale theta-activiteit induceerde die geassocieerd was met cognitieve controle, wat bijdroeg aan het efficiënt bereiken van een doel. Deze resultaten onderstrepen het belang van dit protocol.

Ondanks de enorme ontwikkelingen in de cognitieve neurowetenschappen, onderzoeken de meeste neuroimaging-experimenten geïsoleerde cognitieve functies met behulp van kunstmatige taken in sensomotorische omgevingen en te vereenvoudigde stimuli om verstoringen te beheersen. Problematisch is dat die experimenten mogelijk niet in staat zijn om de echte hersenmechanismen te identificeren die betrokken zijn wanneer een cognitieve functie wordt geïmplementeerd in een alledaagse situatie (tijdens ecologische situaties)^138,140. Met name de capaciteiten voor het formuleren van doelen, het plannen en het effectief uitvoeren van plannen zijn moeilijk te beoordelen, omdat ze verschillende cognitieve functies vereisen (werkgeheugen, remmende controle, cognitieve flexibiliteit, enz.)^104.144. Het ontwerpen van een ecologische gedragstaak wordt dus aangemoedigd en voorgesteld op basis van de huidige trends in de cognitieve neurowetenschappen 142,143,145,146.

Onze planningstaak, ondanks dat deze plaatsvond in een laboratoriumomgeving (in een kamer met de stimuli weergegeven op een scherm), werd boeiend en interactief gemaakt voor de deelnemers door het gebruik van zinvolle stimuli en doelen waarmee ze op het scherm konden communiceren. Bovendien vereist de taak dat deelnemers zich bezighouden met een real-life situatie, waarbij ze een pad plannen om verschillende locaties te bezoeken. Om een ecologisch taakontwerp te hebben, moet het paradigma de proefpersonen uitdagen om een specifiek gedrag of cognitieve functie uit te voeren op een manier die vergelijkbaar is met wat ze in het dagelijks leven zouden moeten doen 62,63,147. Om een ecologisch taakontwerp te ontwikkelen, omvat de planningstaak die hier wordt gebruikt het plannen van een pad om verschillende plaatsen in verschillende fasen te bezoeken⁵⁶. In de eerste fase maken de deelnemers een plan en zorgen ze ervoor dat het een reeks regels volgt. De tweede fase omvat het bijhouden van het plan in het werkgeheugen, terwijl de derde fase betrekking heeft op het uitvoeren van het plan en het controleren van de naleving van de regels. Deze fasen vertegenwoordigen verschillende fasen van planning en de orkestratie van andere uitvoerende functies, zoals cognitieve flexibiliteit, remmende controle en werkgeheugen. Om een valide ecologisch cognitief taakontwerp te hebben, moet de taak in staat zijn om specifieke cognitieve stoornissen te detecteren bij patiënten met psychiatrische of cognitieve stoornissen die moeite hebben met het uitvoeren van die specifieke cognitieve functie in hun dagelijks leven¹⁰⁵. Dit kan worden bereikt door toekomstig onderzoek met behulp van dit protocol.

De gedragsresultaten die door het gebruik van dit protocol werden verkregen, werden afgestemd op de experimentele voorspellingen. Een significant verschil in gedrag werd waargenomen wanneer de planningscomponent uit de controletaak werd verwijderd om een controleconditie te vormen, waardoor verdere vergelijkingen mogelijk werden. De planningsconditie bleek cognitief veeleisender te zijn dan de controleconditie, zoals blijkt uit parameters zoals de reactietijd en nauwkeurigheid. Dit kan een weerspiegeling zijn van de toegenomen betrokkenheid van hoge cognitieve functies bij de implementatie van planning 23,55,56,57,148,149,150.

Gezien het feit dat de controleconditie minder complexe cognitie inhield, zoals blijkt uit de snellere reactietijden, betere prestaties en verschillende cognitieve processen die nodig zijn (de evaluatie van regels), is een mogelijke alternatieve wijziging om de complexiteitsniveaus die aanwezig zijn in de planningstaak te benutten, deze te manipuleren en de planningsfunctie parametrisch te analyseren op basis van verschillende niveaus van complexiteit (bijvoorbeeld, het verhogen van het aantal proeven en het creëren van moeilijke, gemiddelde en gemakkelijke proefomstandigheden). De resultaten van ons protocol toonden echter aan dat hoewel het mogelijk was om onderscheid te maken tussen "gemakkelijke" en "moeilijke" onderzoeken op basis van gedragsmetingen, er geen verschillen werden gedetecteerd in elektrofysiologische metingen. Dit suggereert dat de resultaten in ons protocol de intrinsieke kenmerken van de planningsfunctie nauwkeuriger weerspiegelen in plaats van bredere aspecten van cognitieve controle, zoals aandacht, mentale inspanning, moeilijkheidsgraad of een hoog niveau van cognitieve vraag⁵⁴. Desalniettemin kan verder onderzoek andere soorten controlevoorwaarden overwegen, zoals het volgen van een gemarkeerd pad dat de vier dierlocaties bezoekt, maar ook het onthouden van de sequentievolgorde. Op deze manier kon de moeilijkheidsgraad beter worden gecontroleerd en kon planning worden onderscheiden van het werkgeheugen, maar een mogelijk nadeel hiervan is vermoeidheid, omdat de proefpersonen twee zeer veeleisende taken zouden moeten uitvoeren.

Verschillende studies hebben verschillende oogbewegingsparameters in verband gebracht met specifieke cognitieve gebeurtenissen. Aan de ene kant hebben bepaalde studies correlaties gevonden tussen theta-oscillaties en pupildiameter tijdens cognitieve taken, wat een verband suggereert tussen deze twee maten van cognitieve functie. Lin et ^al.152 vonden bijvoorbeeld een correlatie tussen midfrontale theta-activiteit en veranderingen in pupilgrootte, als gevolg van verschillende gradaties van subjectief conflict. Hun bevindingen suggereren dat deze signalen conflictverwerking, verhoogde aandacht en flexibele gedragsreacties vertegenwoordigen. De relatie tussen midfrontale theta-activiteit en pupilreacties lijkt dus een rol te spelen bij het afwegen van kosten en baten tijdens besluitvormingsprocessen. In een andere studie onderzochten Yu et ^al.153 hoe time-on-task engagement neurofysiologisch de cognitieve controle beïnvloedt door middel van een werkgeheugentaak die controleremmende reacties moduleerde. Ze bestudeerden de relatie tussen pupildiametergegevens en frontale theta-activiteit en toonden aan dat naarmate de taakduur toenam, de prestaties afnamen, en dit ging gepaard met een afname van de pupilverwijdingsmodulatie en frontale theta-activiteit. Aan het begin van de taak vonden ze een sterke correlatie tussen taakbetrokkenheid, theta-activiteit en cognitieve controle, zoals aangegeven door pupildilatatiemodulatie, voornamelijk voor veeleisende taken die een hoog werkgeheugen en remmende controle vereisten. Deze relatie verdween echter tegen het einde, wat wijst op een ontkoppeling tussen de geïnvesteerde inspanning en de cognitieve controle die werd gebruikt voor het uitvoeren van de taak, wat een kenmerk is van prefrontale time-on-task-effecten¹⁵³. Aan de andere kant hebben andere studies saccades en oscillaties onderzocht. Nakatani et ^al.154 onthulden bijvoorbeeld dat, in een perceptuele taak, de alfabandamplitude van occipitale regio's knipperingen en saccade-effecten voorspelde. Bovendien toonden Velasques et ^al.155 aan dat, tijdens een prosaccadische aandachtstaak, de saccade-amplitude geassocieerd was met frontale gammaveranderingen. Bovendien ontdekten Bodala et ^al.156 dat afname van de frontale middellijn theta gepaard ging met een afname van aanhoudende aandacht, evenals de amplitude en snelheid van saccades. Deze bevindingen suggereren dat oogbewegingen, met name saccades, cognitieve processen kunnen weerspiegelen in plaats van alleen bij te dragen aan de achtergrondruis in EEG-signalen. In de huidige studie hebben we de eliminatie van oogbewegingsgerelateerde artefacten verbeterd met behulp van het ICA-algoritme met het saccade-to-fixation variance ratio-criterium¹²⁶. Dit criterium verbetert het verwijderen van artefacten voor gratis weergavetaken¹⁵⁷. In onze studie werden geen verschillen waargenomen in de pieksnelheid van de saccade en de samenhang tussen theta-kracht en saccadesnelheid onder verschillende omstandigheden. Er zijn echter meer studies nodig om deze vragen te beantwoorden.

Een cruciale stap bij het gebruik van dit protocol is het voortdurend kalibreren van de eyetracker tijdens het experiment, aangezien het verlies van blikgegevens van de camera kan leiden tot fouten die de taak zouden vervuilen en het moeilijk zouden maken om nauwkeurige antwoorden te verkrijgen. Daarom is het van cruciaal belang om zo vaak mogelijk te kalibreren. Er is echter een afweging tussen het aantal proeven met een gekalibreerde eyetracker en de duur van het experiment. In onze studie hebben we besloten om elke vijf proeven te kalibreren.

Toekomstig onderzoek naar de relatie tussen theta-oscillaties en pupildiameter tijdens deze planningstaak zou moeten worden uitgevoerd. Planning is een cruciaal aspect van uitvoerende controle dat de toewijzing van aandachtsbronnen en de coördinatie van meerdere cognitieve processen vereist. Inzicht in de relatie tussen theta-oscillaties en pupildiameter tijdens planningstaken kan waardevolle inzichten opleveren in de onderliggende neurale mechanismen van uitvoerende controle en hoe deze in de loop van de tijd veranderen. Bovendien kunnen dergelijke studies leiden tot een beter begrip van hoe veranderingen in de cognitieve functie, zoals vermoeidheid of aandachtsverlies, van invloed zijn op de prestaties bij het plannen van taken en het vermogen om middelen effectief toe te wijzen. Deze informatie kan belangrijke implicaties hebben voor het ontwikkelen van interventies die gericht zijn op het verbeteren van planningsprestaties, zoals cognitieve trainingsprogramma's of behandelingen voor aandoeningen zoals aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit (ADHD).

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat de PFC een cruciale rol speelt bij cognitieve planning, zoals bevestigd door onze resultaten. Deze resultaten tonen aan dat cognitieve planning FMθ-activiteit induceert in de PFC, met name in de cortex cingularis anterior, de cortex mid-cingulate en de superieure frontale regio's⁵⁴. Deze bevindingen komen overeen met eerder onderzoek naar executieve functies. Er is substantieel bewijs ter ondersteuning van het idee dat FMθ-activiteit fungeert als een top-down proces voor het initiëren van controle en het vergemakkelijken van communicatie tussen hersengebieden tijdens veeleisende taken¹³. Hoewel slechts enkele studies de temporele dynamiek van FMθ-activiteit geassocieerd met cognitieve controle hebben onderzocht, is men het er algemeen over eens dat het tijdsprofiel van FMθ informatie kan verschaffen over verschillende facetten van cognitieve controle en de betrokkenheid van verschillende PFC-regio's. Door ons protocol voor het evalueren van cognitieve planning te gebruiken, konden we het tijdsprofiel van FMθ-activiteit tijdens de planning karakteriseren. Met name de FMθ-activiteit tijdens de planningsconditie vertoonde een progressieve toename. Door dit protocol te implementeren, werd voor het eerst aangetoond dat FMθ ook aanwezig is tijdens de implementatie van de planning, net als in andere cognitieve functies van hogere orde, en dat de temporele dynamiek ervan kan dienen als een indicator van cognitieve controle.

Onze resultaten en ons protocol hebben potentiële toepassingen op het gebied van neurowetenschappen, onder meer voor het verbeteren van virtuele neuropsychologische beoordelingen en de behandeling van neuropsychiatrische stoornissen met bijbehorende cognitieve planningsproblemen, zoals depressie en aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit. Beoordelingen kunnen bijvoorbeeld bestaan uit het onderzoeken van verschillende patronen van fouten op het niveau van gedragsprestaties, verschillende oscillerende patronen op elektrofysiologisch niveau en verschillende oogbewegingen. Bovendien kunnen de resultaten van dit werk de ontwikkeling van hersen-computerinterfaces en cognitieve trainingsprogramma's informeren die gericht zijn op het verbeteren van cognitieve planningsvaardigheden.

Het huidige protocol kan nieuw bewijs leveren voor het begrijpen van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan de ongrijpbare cognitieve controlefunctie van cognitieve planning in neurotypische en neuropsychiatrische populaties. Bovendien kan ons gedragsparadigma inzicht bieden in de neurobiologie van cognitieve controle en planning door het onderzoek van elektrofysiologische, pupillometrie- en gedragsmetingen met een praktische planningstaak die intrinsieke aspecten van planning onderzoekt in plaats van de algemene cognitieve eisen die typisch aanwezig zijn in cognitieve controletaken, zoals weerspiegeld in de veranderingen in theta-oscillaties.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
EEG-systeem	Biosemi		ActiveTwo Basissysteem, 64 kanalen
Eye-tracker systeem	Eyelink SR Research		EyeLink 1000 Plus Core Unit, hogesnelheidscamera, Host PC/Monitor,
CPU-scherm	Intel		Harde schijf 221 GB, Processor Intel Core i7-4790 3,60 Hz, OS Windows 7, 4GB RAM
CPU EEG	Intel		Harde schijf 223 GB, Processor Intel Core i7-4790 3,60 Hz, OS Windows 7, 4GB RAM
Monitor	ASUS		ASUS VG248QE 24" LCD-monitor
Joytsick	Logitech		Model F310
Luxmeter	Focket		LCD-scherm (0-200.000 lux) model Liebe WH LX1330B
Statistieksoftware	GraphPad Prism		GraphPad Prism versie 8 voor Windows
MATLAB-programmeersoftware	The MathWorks		MATLAB R2014a en R2018b
SVG-tool Inkscape	Inkscape Project		vectorafbeeldingseditorsoftware
Presentatiesoftware	Neurobehavioral Systems		stimulusleverings- en experimentbesturingsprogramma voor neurowetenschappen