Elektro-encefalografisch signaalacquisitiekader voor neurodiversen: een casestudy van dolfijnondersteunde therapie

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol voor het verkrijgen en registreren van elektro-encefalografische (EEG) signalen van neurodivergente kinderen voor, tijdens en na deelname aan dolfijnondersteunde therapie (DAT) sessies.

Samenvatting

Dit protocol beschrijft de essentiële stappen voor het verkrijgen en registreren van elektro-encefalografische (EEG) signalen bij neurodivergente kinderen voor, tijdens en na deelname aan Dolphin-Assisted Therapy (DAT) sessies. Het belangrijkste doel is om consistente en betrouwbare gegevens te verstrekken die een nauwkeurige beoordeling van de hersenactiviteit in verschillende stadia van het therapeutische proces mogelijk maken. Het protocol stelt een duidelijk kader vast voor het vergelijken van de verkregen EEG-signalen, zodat elke opname voldoet aan de normen die nodig zijn voor effectieve analyse en interpretatie. Daartoe wordt een alomvattende aanpak gebruikt die elektronische hulpmiddelen en wiskundige methoden, zoals vermogensspectrale analyse, combineert om veranderingen in de hersenactiviteit van kinderen tijdens de interventie te identificeren. Bovendien is de repliceerbaarheid van de resultaten gegarandeerd, wat de validiteit en consistentie in wetenschappelijke studies met betrekking tot de therapie bevordert. Door gegevensverzameling te standaardiseren, probeert dit protocol de therapeutische resultaten te optimaliseren en een solide basis te bieden voor het vergelijken van verschillende onderzoeken naar de impact van DAT op de neurodiversiteit bij kinderen. Bovendien biedt het een robuust systeem voor toekomstig onderzoek, waardoor een objectieve interpretatie van therapie-effecten mogelijk wordt en interventies worden verbeterd.

Inleiding

De culturele verschillen tussen verschillende menselijke groepen hangen grotendeels af van hun cognitieve vaardigheden. Hoewel sommige individuen zich kunnen aanpassen aan deze culturele normen, worden anderen vaak geconfronteerd met marginalisering. Daarom is het essentieel voor deze personen om deel te nemen aan sessies die hun integratie in de menselijke samenleving bevorderen¹.

Kinderen met neurologische ontwikkelingsstoornissen, zoals aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit (ADHD) of autismespectrumstoornis (ASS), hebben vaak een combinatie van fysieke en alternatieve therapieën nodig voor uitgebreide en effectieve revalidatie ^2,3. Het is belangrijk op te merken dat, naast conventionele therapieën, alternatieve therapieën zijn ontwikkeld om de fysieke, emotionele en spirituele aspecten van patiënten holistisch aan te pakken. Deze therapieën zijn bedoeld als aanvulling op traditionele benaderingen en het bevorderen van een vollediger herstel ^2,4. Wanneer aanbevolen door gezondheidswerkers, kunnen deze therapieën dienen als waardevolle aanvulling op de conventionele geneeskunde³.

Een alternatieve therapie die steeds meer publieke belangstelling heeft gekregen vanwege de vooruitgang op het gebied van pijnverlichting en verbetering van leervaardigheden bij kinderen met een handicap, is Dolphin-Assisted Therapy (DAT)⁵. Deze therapie maakt gebruik van de interactie tussen mensen en dolfijnen, meestal zwangere of zogende tuimelaars, in een aquatische omgeving om de kwaliteit van leven van kinderen met verschillende vaardigheden te verbeteren.

Momenteel ontbreekt DAT aan een volledig gestandaardiseerde methode, aangezien er variaties zijn waargenomen in de processen die worden toegepast op de betrokken patiënten, therapeuten en/of specialisten, de duur en frequentie van de sessie, evenals het type dolfijn en de training om therapeutische effecten te bereiken^6,7,8. Volgens Jette et ^al.9 verbetert de standaardisatie van deze therapieën de gegevensverzameling voor onderzoek, aangezien consistente gegevensverzameling vergelijkende studies en de ontwikkeling van nieuwe evidence-based therapeutische strategieën mogelijk maakt.

Het ontbreken van een gestandaardiseerd systeem voor het vastleggen van gegevens bij DAT bemoeilijkt de objectieve evaluatie van de effecten ervan, waardoor de vergelijkbaarheid van de resultaten in verschillende onderzoeken wordt beperkt. Ondanks de groeiende populariteit van DAT, varieert het methodologische kader dat wordt gebruikt om veranderingen in patiënten te monitoren aanzienlijk, afhankelijk van de instelling en het onderzoeksteam, wat resulteert in inconsistente en zelfs tegenstrijdige resultaten^10,11.

Deze variabiliteit heeft geleid tot bezorgdheid binnen de wetenschappelijke gemeenschap, aangezien er geen betrouwbare parameters zijn om de therapeutische werkzaamheid te meten in termen van cognitieve, emotionele of gedragsverbeteringen bij patiënten¹². Het gebrek aan standaarden heeft ook gevolgen voor de ontwikkeling van rigoureuze protocollen, wat mogelijk kan leiden tot bevooroordeelde interpretaties van de resultaten die in verschillende DAT-onderzoeken zijn verkregen.

Variabiliteit in elektro-encefalografische (EEG) signaalacquisitieprocedures, zoals plaatsing van elektroden, kalibratie van apparatuur en omgevingsomstandigheden, kan inconsistenties in de resultaten introduceren, wat de interpretatie van therapeutische effecten en vergelijkingen in onderzoeken bemoeilijkt^13,14. Daarom is het essentieel om het gegevensvaststellingsproces voor EEG-signalen in deze therapieën te standaardiseren om nauwkeurigere en betrouwbaardere gegevens te verkrijgen, waardoor wordt bijgedragen aan de optimalisatie van therapeutische praktijken en solide bewijs wordt geleverd voor de effectiviteit van DAT.

Een gestandaardiseerd protocol bevordert meer transparantie in studies. Wanneer uniforme methoden worden gebruikt, kunnen gegevens en procedures opener en effectiever worden gedeeld, waardoor andere onderzoekers de resultaten kunnen verifiëren en valideren. Dit is vooral belangrijk in opkomende of onderbelichte gebieden, waar onderzoekers sterk afhankelijk zijn van de replicatie en validatie van eerdere studies om het begrip van het onderwerp te vergroten¹⁵.

Een gestandaardiseerd systeem voor het vastleggen van gegevens, met name een systeem dat is gebaseerd op het gebruik van neurofysiologische hulpmiddelen zoals elektro-encefalografie, zou nauwkeurigere gegevens kunnen opleveren over de effecten van DAT op de hersenactiviteit van neurodivergente patiënten. Hoewel EEG een niet-invasieve en veelgebruikte methode is om hersenactiviteit te bestuderen, blijft de toepassing ervan bij het monitoren van alternatieve therapieën inconsistent, wat de betrouwbaarheid en validiteit van de verkregen gegevens aantast¹⁶.

Alternatieve therapieën, zoals DAT, bieden onderzoekers de mogelijkheid om de effecten van behandelingen op de hersenen van patiënten te onderzoeken door hersensignalen zoals EEG te analyseren, gecombineerd met wiskundige technieken en kunstmatige-intelligentietools om de werkzaamheid en efficiëntie van verschillende interventies te beoordelen.

Deze studie beschrijft daarom een voorgesteld testprotocol om de behandelingsresultaten in Mexico te evalueren voor kinderen met de diagnose neurologische ontwikkelingsstoornissen, waarbij DAT is opgenomen. Dit voorstel is zorgvuldig ontwikkeld in samenwerking met Delfiniti México, specialisten in de interactie tussen mens en dolfijn, waarbij de nadruk niet alleen ligt op zwemactiviteiten, maar ook op door dolfijnen gemedieerde therapeutische interventies.

Protocol

OPMERKING: De methodologie die in dit onderzoek is gebruikt, is goedgekeurd door de ethische commissie van het National Polytechnic Institute of México in overeenstemming met de vertrouwelijkheidsbrief D/1477/2020. Dit document onderschrijft de methode voor het verzamelen van monsters en de ethische behandeling van de tuimelaars door het onderzoeksteam. Er werd gezorgd voor een verantwoord gebruik van de gegevens van de deelnemers en hun toestemming werd verkregen voor het gebruik van de gegevens in de experimenten. Voorafgaand aan de monsterafname en de aansluiting van het apparaat werd de procedure grondig uitgelegd aan de deelnemers, die zich vrij konden terugtrekken uit het onderzoek als ze het er niet mee eens waren. Degenen die ermee instemden om deel te nemen, ondertekenden een schriftelijk formulier voor geïnformeerde toestemming. Daarnaast werden de deelnemers geïnformeerd over de uit te voeren testen; Sommigen begrepen de procedures echter niet volledig voordat ze de tank met de walvisachtigen binnengingen.

OPMERKING: Dit protocol schetst de gedetailleerde stappen voor het verkrijgen en registreren van elektro-encefalografische (EEG) signalen van neurodiverse kinderen voor, tijdens en na deelname aan Dolphin-Assisted Therapy (DAT) -sessies. Dit protocol is opgedeeld in acht fasen.

1. Toestemming van de patiënt

1. Eerste gesprek met ouders en toestemming
   1. Plan een gesprek in met de ouders of verzorgers van het deelnemende kind. Doe dit persoonlijk in het Delfiniti Dolfinarium in Ixtapa, México.
   2. Voer een gedetailleerd interview uit om relevante informatie te verzamelen over de neurodiversiteit, medische geschiedenis, gedragspatronen en eerdere therapie-ervaringen van het kind.
   3. Beschrijf het doel van het verzamelen en vastleggen van EEG-gegevens, de betrokken procedures en de mogelijke voordelen en risico's. Zorg ervoor dat ouders of voogden een formulier voor geïnformeerde toestemming begrijpen en ondertekenen. Zorg ervoor dat dit formulier voldoet aan ethische normen en institutionele richtlijnen.
2. Samenwerking met het dolfinariumpersoneel: Organiseer een vergadering met het therapieteam van het dolfinarium, inclusief trainers, therapeuten en eventueel relevant administratief personeel. Zorg ervoor dat de vergadering betrekking heeft op de doelstellingen van het onderzoek en de rollen van elk teamlid.
   OPMERKING: Deze fase bereidt de ouders en het dolfinariumteam voor op het verwerven en opnemen van EEG-signalen, waarbij wordt gezorgd voor begrip, coördinatie en een geschikte omgeving voor het kind tijdens de therapie, terwijl wordt voldaan aan ethische en technische normen.

2. Voorbereiding van de omgeving

1. Voorbereiding van de apparatuur
   1. Stel de EEG-apparatuur (Tabel 1) op in een rustige omgeving, vrij van afleiding, in de buurt van het dolfinarium voordat er een therapiesessie plaatsvindt. Zorg ervoor dat alle apparatuur goed functioneert en dat er reserveonderdelen beschikbaar zijn.
   2. Kalibreer EEG-apparaten volgens de specificaties van de fabrikant om nauwkeurige en betrouwbare gegevens te garanderen (Tabel 2, sectie slecht signaal).
      OPMERKING: Deze fase zorgt voor de juiste opstelling en kalibratie van de apparatuur voor het verkrijgen en opnemen van EEG-signalen in een geschikte omgeving, zodat deze correct functioneert en klaar is om nauwkeurige gegevens vast te leggen voor, tijdens en na de DAT.

Hydrofone	Bemonsteringsfrequentie 96000 sps
	Hydrofoon Gevoeligheid 8103 25.41e-6; V/Pa
	Gevoeligheid laadomvormer 2647A 0,001 V/pC
ThinkGear ASIC-module 1 (TGAM1)	Bemonsteringsfrequentie 512 sps
	Bluetooth V3.0
Logitech C920	Bemonsteringsfrequentie18 sps
Laptop Windows11	Model: Machenike T58-V
	CPU: i7-10870H (2,2 GHz-5 GHz / 8 cores)
	GPU: NVIDIA Geforce RTX3060 Laptop GPU Dual Channel, tot 32G
	Opslag: M.2 PCIE. 2,5-inch harde schijf
	Scherm: 144Hz 15,6 inch FHD

Tabel 1: Materialen die nodig zijn voor het monitoren van Dolphin-Assisted Therapy (DAT). Deze tabel geeft een overzicht van de apparatuur die nodig is voor het verkrijgen en opnemen van EEG-signalen voor, tijdens en na DAT.

Kalibratie van apparatuur
Slecht signaal	Een EEG-signaal vangt elektrische stromen op van geactiveerde neuronen in de hersenschors, detecteerbaar door EEG-systemen. Deze systemen functioneren als hersen-computerinterfaces (BCI), met behulp van oppervlakte-elektroden die zijn geplaatst volgens het International 10-20 Positioning System, De ThinkGear TGAM1 IS een niet-invasieve BCI die neurale signalen registreert en analyseert, waarbij een precisieniveau van 98% wordt bereikt. Dit is mogelijk rekening houdend met de integriteit van de gegevens, waarbij die monsters worden weggegooid waarbij de vlag of indicator met de naam Poor Quality Value gelijk is aan nul.
	De kenmerken van de hersengolfactiviteit die door de sensor worden bewaakt, worden gekwantificeerd aan de hand van aangewezen vlagwaarden: Signaalvlakheid (25), Signaalovermaat (26), Vermogensverhouding (27) en Off-Head Detection (29). Gelijktijdige vlagaanduidingen zijn mogelijk; Een vlagwaarde van 51 voor suboptimale signaalkwaliteit geeft bijvoorbeeld aan dat niet wordt voldaan aan zowel de criteria vlakheid als overmatigheid. De waarden van de vlag zijn zorgvuldig geselecteerd om het unieke karakter van elke mogelijke combinatie te garanderen. Bovendien geeft een vlagwaarde van 200 een indicatie aan van een toestand waarin de sensor gedurende vier seconden off-head condities heeft geregistreerd.
	Het RAW-signaal van de tijdreeks met een bemonsteringsfrequentie van 512 Hz, die bemonstering tot 256 Hz mogelijk maakt, waardoor het mogelijk wordt om de signalen te scheiden in fundamentele hersengolfbanden of ritmes, en om de 60 Hz-frequentie te elimineren, als gevolg van elektromagnetische interferentie van de wisselstroomlijn via een 60 Hz Notch-filter, namelijk een Band Stop Filter.
Bluetooth-verbinding	Om een TGAM1-sensor via Bluetooth met een pc te verbinden, moet u er eerst voor zorgen dat de sensor is ingeschakeld en dat Bluetooth van de pc is ingeschakeld. Koppel de sensor door naar apparaten te zoeken in de Bluetooth-instellingen van de pc, de TGAM1-sensor te selecteren en de koppelingscode in te voeren (meestal "0000" of "1234"). Eenmaal gekoppeld, opent u de applicatie die de sensor zal gebruiken, selecteert u deze als het invoerapparaat en configureert u indien nodig de juiste COM-poort. Test de verbinding door de gegevensoverdracht in de toepassing te controleren en los problemen op door het bereik te controleren, apparaten opnieuw op te starten of stuurprogramma's bij te werken indien nodig.

Tabel 2: Kalibratie van de apparatuur. Deze tabel geeft een gedetailleerde beschrijving van de kalibratie van de componenten van de gebruikte apparatuur.

3. Pre-DAT-stimulus

1. Voorbereiding van het kind
   1. Laat het kind op een vriendelijke en niet-bedreigende manier kennismaken met de EEG-acquisitieapparatuur. Neem de tijd om ervoor te zorgen dat het kind zich op zijn gemak voelt. Gebruik speelgoed, foto's of geruststellende voorwerpen die het kind kent om onder andere angst te verminderen.
   2. Leg de EEG-acquisitie- en registratieprocedure uit aan het kind met behulp van leeftijdsgeschikte taal en visuele hulpmiddelen. Demonstreer hoe de EEG-sensor werkt en laat het kind de apparatuur aanraken en verkennen als het dat wil.
2. Acquisitie en registratie van EEG-signalen
   1. Plaats het kind comfortabel in een stoel of op een mat, afhankelijk van zijn voorkeur en comfort. Controleer vervolgens of de Bluetooth-verbinding stabiel is via de pc-terminal. Zorg ervoor dat ze zo zitten dat ze gemakkelijk toegang hebben tot hun hoofdhuid voor de plaatsing van de EEG-acquisitie- en opnamesensor (Tabel 2 sectie Bluetooth-verbinding).
   2. Plaats de EEG-acquisitie- en opnamesensor voorzichtig en voorzichtig op het hoofd van het kind, met name op het FP1-punt (Figuur 1), en zorg ervoor dat deze goed maar comfortabel zit en dat de elektrode correct is aangesloten. Gebruik een band ter grootte van een kind en pas deze indien nodig aan om een goede pasvorm te garanderen, zoals weergegeven in afbeelding 2.
   3. Na de juiste plaatsing van de sensor en de juiste positionering van de elektrode (Figuur 3), stelt u het EEG-acquisitiesysteem voor de bemonsteringsfrequentie in op 512 Hz (monsters/seconde). Deze acquisitiesnelheid is voldoende om neurale activiteit tot 256 Hz nauwkeurig te registreren (volgens de stelling van Nyquist), die alle klinisch relevante EEG-frequentiebanden (0,5-100 Hz) omvat. Voer een referentie-EEG-meting uit gedurende 1 minuut met deze parameters die uw controle heeft om een stabiel punt te verkrijgen om het signaal en het signaal na de therapie te vergelijken.
      OPMERKING: In EEG-onderzoek is het gebruikelijk om tijdvensters van 30 seconden te gebruiken voor analyse, zoals in slaaponderzoeken, waarbij de gegevens worden gesegmenteerd in tijdperken van deze duur om slaapstadia te classificeren en herhaalde cycli van hersenactiviteit te herkennen 17,18,19. Deze aanpak kan echter beperkt zijn in situaties zoals het monitoren van ernstig zieke patiënten, waar korte gebeurtenissen zoals epileptische aanvallen onopgemerkt kunnen blijven. Daarom moet de lengte van de ramen worden aangepast aan de specifieke kenmerken van de analyse. In deze studie werden bredere vensters gebruikt om de hersenactiviteit die verband houdt met de interventie beter vast te leggen: een minuut voor, vijf minuten tijdens en een minuut na de therapie. Deze benadering maakt het mogelijk om zowel dynamische patronen op lange termijn als kortetermijnveranderingen met betrekking tot de therapie te identificeren, waardoor een uitgebreider beeld wordt verkregen van de neurologie die door de interventie wordt geïnduceerd en nauwkeurigere gevolgtrekkingen over de therapeutische effecten ervan mogelijk worden.
   4. Maak onmiddellijk een back-up van de verkregen en opgenomen EEG-signaalgegevens op een beveiligd opslagapparaat. Voer een eerste analyse uit om de kwaliteit en integriteit van de gegevens te verifiëren en controleer of de vlag voor slecht signaal van de TGAM1-sensor minder dan 51 is, zoals weergegeven in het gedeelte Tabel 2 over slecht signaal.
   5. Controleer het kind continu op tekenen van ongemak of angst tijdens het ontvangen en opnemen van de EEG-signalen. Zorg voor geruststelling en pauzes indien nodig. Houd het kind ontspannen door rustig te praten of deel te nemen aan zijn favoriete activiteiten.
      OPMERKING: Deze fase van het protocol is bedoeld om te zorgen voor een soepel en effectief proces voor het verwerven en registreren van EEG-signalen voorafgaand aan de DAT, waarbij waardevolle gegevens worden verstrekt om het begrip en de doeltreffendheid van de DAT te verbeteren.

Figuur 1: Internationaal 10-20 systeem voor het plaatsen van extracraniële elektroden. De sensor moet contact maken op FP1 punt²³. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Gebruik van een elektro-encefalografisch apparaat. Deze afbeelding toont de juiste manier om het EEG-apparaat te plaatsen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Acquisitie en registratie van EEG-signalen vóór DAT. Deze figuur toont het proces van het verkrijgen van EEG-signalen voordat de therapie begint. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. DAT stimulans

1. Instellen van EEG-apparatuur
   1. Zorg ervoor dat de dop met het EEG-signaalacquisitie- en opnameapparaat goed op het hoofd van het kind is geplaatst. Controleer of de elektrode goed contact maakt met de hoofdhuid en veeg indien nodig het voorhoofd af, zoals weergegeven in afbeelding 1.
   2. Controleer of de draadloze verbinding stabiel is en of de gegevensoverdracht correct werkt, aangezien een Bluetooth EEG-acquisitie- en opnameapparaat wordt gebruikt, zoals weergegeven in het gedeelte Tabel 2 Bluetooth-verbinding.
2. Het water ingaan en eerste gegevensverzameling
   1. Help het kind bij het betreden van het water onder toezicht van het dolfinariumpersoneel. Zorg ervoor dat het kind zich comfortabel voelt en dat de EEG-apparatuur waterdicht en stevig vastgemaakt is.
   2. Zorg ervoor dat de EEG-acquisitie- en opnameapparatuur waterdicht is en stevig is bevestigd.
   3. Verzamel en registreer referentie-EEG-signaalgegevens wanneer het kind het water ingaat en begint te communiceren met de dolfijnen.
3. Tijdens dolfijnondersteunde therapie
   1. Bewaak continu de ontvangst en registratie van EEG-signalen gedurende 5 minuten (ononderbroken) terwijl het kind interactie heeft met de dolfijnen (Figuur 4). Zorg ervoor dat de apparatuur goed is aangebracht en dat het kind ontspannen blijft.
      OPMERKING: Bekijk de geschreven notitie uit stap 3.2.3.
   2. Zorg ervoor dat iemand van het personeel gedetailleerde aantekeningen maakt over het gedrag van het kind, interacties met de dolfijnen en eventuele opmerkelijke veranderingen tijdens het verkrijgen en registreren van de EEG-signalen.

Figuur 4: Acquisitie en registratie van EEG-signalen tijdens DAT. Deze figuur toont het proces van het verkrijgen van EEG-signalen tijdens de therapie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. Gegevensbeheer na de therapie:
   1. Maak onmiddellijk een back-up van de verkregen en opgenomen EEG-signaalgegevens op een beveiligd opslagapparaat.
      OPMERKING: Er wordt een document met platte tekst (.txt) verkregen.
   2. Help de patiënt bij het verlaten van het water.
      OPMERKING: Deze fase is bedoeld om te zorgen voor een soepel en effectief proces voor het voortzetten van de acquisitie en registratie van EEG-signalen tijdens DAT, het verstrekken van waardevolle gegevens om het begrip en de doeltreffendheid van deze therapeutische benadering te vergroten, die het mogelijk maakt gegevens te verkrijgen voor continue verbetering van het DAT-proces en zo te helpen bij het identificeren van elk enkelvoudig gedrag van de dolfijn ten opzichte van de patiënt met een zekere aandoening en zelfs tijdens therapieën om te identificeren welke punten in de patiënt lichaam worden gestimuleerd en die veranderingen in hun gedrag teweegbrengen, waardoor de hersenactiviteit van de patiënt wordt gewijzigd.

5. Post-DAT-stimulus

1. Voorbereiding na de therapie voor het kind
   1. Help het kind bij de overgang van de therapieruimte naar een comfortabele en droge ruimte.
   2. Leg het kind op de juiste leeftijd uit dat het ontvangen en registreren van EEG-signalen nog iets langer zal doorgaan.
2. Controleer de EEG-acquisitie- en opnameapparatuur, evenals de herkalibratie ervan. Zorg ervoor dat de EEG-acquisitie- en opnameapparatuur op zijn plaats blijft en goed functioneert na de therapiesessie.
3. Eerste gegevensverzameling na de therapie:
   1. Verkrijg, registreer en bewaar de referentie-EEG-signaalgegevens onmiddellijk gedurende 1 minuut nadat het kind het water heeft verlaten (Figuur 5).
      OPMERKING: Bekijk de geschreven notitie uit stap 3.2.3.
   2. Laat het kind ontspannen in een comfortabele omgeving.

Figuur 5: Acquisitie en registratie van EEG-signalen na DAT. Deze figuur toont het proces van het verkrijgen van EEG-signalen na therapie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. Gestructureerde activiteiten na de therapie:
   1. Betrek het kind bij activiteiten met weinig stimulatie, zoals het luisteren naar zachte muziek.
   2. Bewaak continu de acquisitie en registratie van EEG-signalen gedurende perioden van 1 minuut, om de stabiliteit van de gegevens te garanderen en tegelijkertijd de vermoeidheid van de deelnemers tot een minimum te beperken.
5. Gegevensbeheer na de therapie: Maak onmiddellijk een back-up van de verkregen en opgenomen EEG-signaalgegevens op een beveiligd opslagapparaat.
   OPMERKING: Deze fase zorgt voor een soepel en effectief proces voor het voortzetten van de EEG-signaalacquisitie en -opname na de DAT.

6. Verkrijgen van EEG-gegevens

1. Gegevensanalyse en voorbereiding van rapporten
   OPMERKING: De verwerking van onbewerkte EEG-gegevens wordt gecontroleerd met behulp van een gebruikersinterface om een intuïtief begrip met betrekking tot een perceptie-actiecyclus te bevorderen, zoals weergegeven in figuur 6.
   1. Start de Integrated Development Environment (IDE) voor EEG-signaalacquisitie en laad het systeem.
   2. Open de IDE die is ontworpen voor EEG-verwerking (Figuur 7).
      OPMERKING: Het systeem geeft beschikbare bronnen op de computer weer, inclusief aangesloten apparaten zoals webcams en EEG-acquisitiehardware.

Figuur 6: EEG-verwerking. De verwerking van onbewerkte EEG-gegevens wordt bestuurd door een gebruikersinterface om een intuïtief begrip te bevorderen met betrekking tot een perceptie-actiecyclus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: De geïntegreerde ontwikkelomgeving (IDE) voor EEG-signaal. Het systeem geeft beschikbare bronnen op de computer weer, inclusief aangesloten apparaten zoals webcams en EEG-acquisitiehardware. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Open het venster Systeemconfiguratie :
   1. Navigeer naar het systeemconfiguratievenster in de IDE (Afbeelding 8).
   2. Selecteer het EEG-apparaat voor bemonstering en configureer de instellingen (Bemonsteringsfrequentie = 512 sps, Kanalen om op te nemen = Fp1).
   3. Sla de configuratie op om consistentie in alle sessies te garanderen.

Afbeelding 8: Venster systeemconfiguratie. Hiermee geeft u het systeemconfiguratievenster weer, waarin apparaten worden ingesteld en aangepast. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

3. Voer patiëntinformatie in.
   1. Gebruik het venster met patiëntgegevens ( Afbeelding 9) om de volgende gegevens in te voeren: naam en diagnose van de patiënt, duur van het experiment in minuten, context van gegevensverzameling met betrekking tot het DAT-proces (bijv. voor, tijdens of na).
   2. Bevestig de invoer om door te gaan.

Figuur 9: Venster met patiëntinformatie. Toont het venster Patiëntgegevens, dat wordt gebruikt voor het invoeren van essentiële gegevens zoals naam, diagnose en experimentparameters. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. Begin met gegevensbemonstering:
   1. Start vanuit het hoofdscherm de gegevensverzameling door het gedeelte EEG-bemonstering te activeren.
   2. Klik op de knop voor het nemen van een monster (Afbeelding 10) om te beginnen met het vastleggen van gegevens.
      OPMERKING: Tijdens het proces wordt de knop voor het nemen van een monster uitgeschakeld om extra interacties te voorkomen terwijl gegevens worden verzameld van de geconfigureerde apparaten.
   3. Zodra het proces is voltooid, verschijnt er een bericht dat aangeeft dat het is voltooid (Figuur 11). Aan het einde wordt een map aangemaakt met daarin de camerabeelden en tekstbestanden met de resultaten van de EEG en hydrofoon.
      OPMERKING: De map bevat de gegevens van de patiënt, de datum van de opname, het tijdstip waarop de opname is gemaakt en of er op dezelfde dag extra opnamen zijn gemaakt met dezelfde configuratie.

Figuur 10: Start van de datasampling. Deze afbeelding toont het initiëren van gegevensverzameling door het activeren van de EEG-bemonsteringssectie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 11: Volledig monster genomen van de patiënt. De figuur geeft aan wanneer de software klaar is met het vastleggen van de monsters van de patiënt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

7. Analyseren van EEG-gegevens

1. Navigeer naar het venster Gegevensanalyse , zoals weergegeven in afbeelding 11 (rood gemarkeerd). Selecteer vervolgens in het gedeelte Analyse van de hoofdgebruikersinterface (UI) (rood gemarkeerd) de EEG-signalen die tijdens het experiment zijn verzameld voor verwerking (Figuur 12).

Figuur 12: venster voor gegevensanalyse. Deze afbeelding toont het analysegedeelte van de hoofdinterface. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Signaalverwerkingstechnieken toepassen (de IDE ondersteunt verschillende methoden voor het analyseren van EEG-gegevens). Pas de signaalverwerkingstechnieken toe door de computationele pijplijn te implementeren die is gedefinieerd in vergelijkingen 1-5.
   1. Visualisatie van onbewerkte EEG-signalen: Inspecteer de opgenomen signalen in microvolt om hun integriteit en kwaliteit te verifiëren.
   2. FFT-periodogram: Voer een snelle Fourier-transformatie uit om de frequentiecomponenten van de EEG-signalen te analyseren.
      1. Om de ontleding van EEG-signalen in hun frequentiecomponenten uit te voeren met behulp van de Fast Fourier Transform (FFT), past u het volgende wiskundige proces toe. Het EEG-signaal, weergegeven als x(t) in het tijddomein, wordt getransformeerd in zijn frequentiedomeinrepresentatie X(f) met behulp van de vergelijking (1)20,21,22
         (1)
      2. Voor discrete signalen, zoals EEG gesampled met een specifieke snelheid, gebruikt u de Discrete Fouriertransformatie (DFT), berekend als (2) 20,21,22
         (2)
         Hier is N het aantal samples, x[n] is het discrete signaal en k komt overeen met de frequentiebins.
      3. De stappen omvatten eerst het laden van het onbewerkte EEG-signaal uit een .txt-bestand (tijdreeksspanningswaarden), vervolgens het toepassen van het FFT-algoritme (vergelijking 2) om het signaal om te zetten in het frequentiedomein, en ten slotte het uitzetten van de spectrale vermogensdichtheid (PSD) of periodogram om frequentiecomponenten te visualiseren. De output wordt geïnterpreteerd door pieken in het spectrum te identificeren die overeenkomen met dominante hersengolffrequenties (bijv. delta, theta, alfa).
   3. Spectrogramanalyse: Genereer spectrogrammen om te onderzoeken hoe de frequentie-inhoud van het signaal in de loop van de tijd evolueert.
      1. Voorbewerking: Segmenteer het EEG-signaal x(t) in overlappende tijdvensters (bijv. vensters van 1 seconde met 50% overlap) om de in de tijd variërende frequentiekarakteristieken vast te leggen. Vermenigvuldig elk venster met een Hamming-venster w(t) om spectrale lekkage te minimaliseren, volgens vergelijking (3) 20,21,22.
         (3)
      2. Fouriervorming: Pas de FFT toe op elk venstersegment om het tijddomeinsignaal om te zetten in het frequentiedomein, wat een complex gewaardeerd spectrum oplevert, volgens vergelijking (4) 20,21,22
         (4)
         OPMERKING: X(f) staat voor de frequentiecomponenten, N is het aantal samples in het segment en f is de frequentie.
      3. Spectrogramgeneratie: Bereken de kwadratische magnitude van X(f) om de spectrale vermogensdichtheid (PSD) voor elk tijdsegment te verkrijgen, zoals weergegeven in vergelijking (5) 20,21,22:
         (5)
         OPMERKING: Het resultaat wordt uitgezet als een spectrogram, waarbij de x-as de tijd voorstelt, de y-as de frequentie vertegenwoordigt en de kleurintensiteit de sterkte van elke frequentiecomponent aangeeft.
      4. Selecteer de EEG - of Hydrofoonoptie en laad de gegevens, zoals weergegeven in het rood gemarkeerde vak in afbeelding 13.
      5. Banddoorlaatfiltering: Pas een banddoorlaatfilter toe om specifieke frequentiebereiken te isoleren, zoals lage bèta- en lage gammabanden, die relevant zijn voor de perceptie-actiecyclus.
   4. FFT-histogram: Identificeer de belangrijkste frequentiebanden zoals delta (0,5-4 Hz), theta (4-8 Hz), alfa (8-13 Hz), bèta (13-30 Hz) en gamma (>30 Hz), die essentieel zijn voor EEG-analyse.

Figuur 13: Resultaten van EEG-verwerking. Output gegenereerd door het systeem, met de ruwe gegevens en de verwerkte EEG-signalen (A), de signaalverwerking via het FFT-periodogram (B), het spectrogram (C) en het banddoorlaatgefilterde spectrogram (D). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

3. Bekijk en interpreteer de resultaten.
   1. Onderzoek de verwerkte output (FFT-periodogrammen/spectrogrammen) als volgt.
      1. Periodogrammen: Identificeer dominante frequentiepieken (bijv. alfa: 8-13 Hz) met behulp van de PSD-plot (vergelijking 5). Pieken die de basisruis overschrijden, duiden op fysiologisch relevante oscillaties.
      2. Spectrogrammen: Analyseer de vermogensdynamiek tussen tijd en frequentie (bijv. bèta-/gamma-uitbarstingen tijdens actieperceptietaken) door kleurintensiteitsgradiënten te interpreteren (tijd [s] op x-as, frequentie [Hz] op y-as). Correleer vermogensveranderingen (bijv. onderdrukking met een lage bèta) met taaktijdperken.
   2. Contextualiseer bevindingen door spectrale patronen (bijv. theta/delta-ratio's) te vergelijken met metagegevens van de patiënt (bijv. klinische toestand, taakuitvoering) en gebeurtenissen (bijv. begin van stimulus) te annoteren op spectrogrammen om neurale activiteit af te stemmen op experimentele tijdlijnen.
4. Exporteer en sla resultaten op.
   1. Sla PSD-waarden (frequentie x vermogen) en spectrogramarrays (tijd x frequentie x vermogen) op in gestructureerde formaten.
   2. Exporteren met behulp van interface-opties: Selecteer formaten (bijv. TIFF voor figuren, ASCII voor ruwe PSD-waarden) die compatibel zijn met MATLAB. Bewaar voor spectrogrammen tijdfrequentieresoluties in geëxporteerde bestanden.

8. Communicatie van de resultaten

1. Stel een gedetailleerd rapport samen van de bevindingen.
   1. Structureer het rapport en neem de volgende elementen op:
      1. Spectrale analyse: Tabelleer dominante frequentiebanden (bijv. piek alfavermogen bij 10 Hz ± 1,5 Hz) en hun statistische relevantie (bijv. p < 0,05, gecorrigeerd voor meerdere vergelijkingen).
      2. Tijd-frequentiedynamiek: Markeer significante spectrogrampatronen (bijv. gammaband [30-45 Hz] vermogenstoename tijdens motoruitvoering) met tijdstempels die zijn afgestemd op taakgebeurtenissen.
      3. Klinische/experimentele correlaties: Annoteer observaties.
      4. Visuele hulpmiddelen: Sluit kengetallen (PSD-plots, spectrogrammen) in met gestandaardiseerde labels (bijv. "Vermogen (μV²/Hz)") en bijschriften die parameters specificeren (bijv. "Hamming window: 1 s, 50% overlap").
      5. Gegevensaanvulling: Voeg verwerkte gegevensbestanden toe (bijv. .csv tabellen met bandkrachtwaarden per onderwerp) voor reproduceerbaarheid.
2. Feedback en afsluiting.
   1. Beoordeling door belanghebbenden: Verspreid het conceptrapport onder medewerkers voor verificatie van de methodologische consistentie (bijv. bevestigen dat FFT-parameters overeenkomen met vooraf geregistreerde protocollen) en interpretatienauwkeurigheid (bijv. valideren van theta-gammakoppelingsclaims tegen ruwe sporen).
   2. Afronding: Beantwoord feedback iteratief en archiveer alle outputs (ruwe/verwerkte gegevens, scripts, rapporten) in een gestructureerde repository.
      OPMERKING: Organiseer een vergadering met het personeel van het dolfinarium om een samenvatting te geven van de gegevensverzamelingssessie na de therapie. De verkregen resultaten zullen beschikbaar zijn voor het personeel van het dolfinarium om te delen met de ouders. In deze fase worden de verkregen en geregistreerde EEG-gegevens geanalyseerd en gekarakteriseerd, wordt een gedetailleerd rapport opgesteld en wordt feedback gegeven aan de ouders over de resultaten.

Resultaten

Deze studie beschrijft het proces van acquisitie en analyse van EEG-signalen door middel van een gesimuleerde gebruikersinterface in IDE, aangevuld met de toepassing van een gestandaardiseerde methode voor gegevensverzameling. Deze aanpak biedt een referentiekader dat de vergelijkbaarheid tussen studies vergemakkelijkt en reproduceerbaarheid garandeert, waardoor andere onderzoekers de procedures kunnen repliceren en consistente resultaten kunnen verkrijge...

Discussie

Dolfijnondersteunde therapie (DAT) kwam naar voren als een therapeutische modaliteit voor personen met autisme en ontwikkelingsstoornissen^24,25. DAT biedt deelnemers levensverrijkende, frisse ervaringen, stimuleert interesse en zintuiglijke betrokkenheid in een boeiende achtergrond^25,26. Er zijn echter verschillende beperkingen die van invloed zijn op de interpretatie van...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Charge Converter	Hottinger Brüel & Kjær		Gevoeligheid 2647A 0,001 V/pC Bemonsteringsfrequentie 512 sps
Hydrofoon	Hottinger Brüel & Kjær	8103	Bemonsteringssnelheid 96000 sps Gevoeligheid 8103 25,41e-6; V/Pa
Laptop Windows11	Machenike	Machenike T58-V	CPU: i7-10870H (2,2GHz-5GHz/ 8Cores) GPU: NVIDIA Geforce RTX3060 Laptop GPU Dual Channel, tot 32G Opslag: M.2 PCIE. 2,5" HDD Scherm: 144Hz 15,6 Inch FHD
ThinkGear ASIC Module 1	NeuroSky	TGAM1	Bluetooth V3.0
Webcam	Logitech	C920	Bemonsteringsfrequentie18 sps