De combinatie van Computer Game-Based Behavioural experimenten met High-Density EEG en infrarood Gaze Tracking
December 16th, 2010
Procedures voor het opnemen van high-density EEG en de blik gegevens tijdens computer game-based cognitieve taken zijn omschreven. Met behulp van een video-spel om cognitieve taken presenteren verbetert de ecologische validiteit zonder in te boeten experimentele controle.
Deze video demonstreert een procedure om gelijktijdige bliktracking en hoge dichtheids EEG-opnames te verkrijgen van proefpersonen tijdens het uitvoeren van boeiende en ecologisch valide cognitieve taken die zijn ingebed in een computerspel. Eerst worden elektroden aan de proefpersoon bevestigd. De bliktrackingcamera wordt vervolgens gekalibreerd.
De proefpersoon speelt het spel terwijl EEG- en Blikgegevens worden geregistreerd. Er worden gebeurtenisgerelateerde potentialen en gebeurtenisgerelateerde spectrale verstoringen verkregen die worden ingetrokken door gebeurtenissen in het spel. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, bijvoorbeeld stimuluspresentatiepakketten zoals ePrime of presentatie, is dat het inbedden van experimenten in een computerspel de prestatie-angst vermindert door weg te gaan van een expliciete testcontext en proefpersonen helpt gemotiveerd en geëngageerd te blijven met taken gedurende een lange experimentele sessie.
Met een breed scala aan cognitieve taken. Deze kwaliteiten zijn vooral belangrijk voor pediatrische en klinische populaties bij wie aandacht en motivatie obstakels kunnen zijn voor complexe of lange experimentele sessies. Mijn naam is Keith Yoder en ik ben onderzoeksassistent in het Beaumont Laboratorium.
Ik word vandaag bijgestaan door David Post, een laboratoriumtechnicus en UAUA-afgestudeerde student in de afdeling Human Development. We zullen een 128-kanaals bios, semi-actief twee-meetsysteem en een iLink 1000 infrarood bliktracker van SR Research gebruiken. Voordat het gecombineerde computerspel- en EEG-experiment kan beginnen, moeten de elektroden worden uitgebalanceerd om ervoor te zorgen dat ze kleine verschuivingen hebben in het bereik van plus of min 20 microvolts per uur voordat de proefpersoon arriveert. Voor het EEG-experiment, balanceer de elektroden door ze vijf tot tien minuten te weken in een zoutbad bestaande uit één theelepel zout per liter gedistilleerd water.
Laat de elektroden niet langer dan 10 minuten in een vloeistof. Nadat u de elektroden uit het zoutbad heeft verwijderd, spoelt u ze net voordat de proefpersoon arriveert met een spuitfles gevuld met gedistilleerd water. Schakel de converters van de bliktrackingcamera en computers in voor gelijktijdige bliktracking en EEG, zorg ervoor dat u de 16 millimeter lange lens in de bliktrackingcamera gebruikt.
De setup gebruikt vier computers, één gewijde bliktrackingcomputer, één gewijde EEG-acquisitiecomputer, één gewijde stimuluspresentatiecomputer en één computer voor video-acquisitie en gegevensanalyse. Twee converterboxen. Manipuleer VGA-uitgangen van de bliktrackingcomputer en de stimuluspresentatiecomputer en verzend een gesplitst videosignaal naar de video-acquisitiecomputer.
Op deze manier kan de video-acquisitiecomputer het scherm van het spel dat door de proefpersoon wordt gezien, overlopen met een cursor die de huidige blikfixatie en een tijdstempel vertegenwoordigt. Deze overlayvideo wordt opgeslagen in een schijfbestand op de video-acquisitiecomputer. Laten we nu de EEG-setup bekijken.
Begin met het opzetten van het EEG-experiment door de omtrek van het hoofd van de proefpersoon te meten rond het voorhoofd en het achterhoofd en selecteer een geschikte grootte elektrodenkap. Plaats de kap op het hoofd van de proefpersoon en zorg ervoor dat de tag buiten de kap rust op de nek van de proefpersoon.
Herpositioneer de kap tot de A een-elektrode gecentreerd is ten opzichte van de nasion inion en linker pinna, rechter pin es en de kapmiddenlijn ligt langs de middenlijn van het hoofd van de proefpersoon. De nasion is de depressie tussen de neus en het voorhoofd. De inion is de bottenige bult op de middenlijn aan de achterkant van het hoofd en de pinna is de flap kraakbeen die zich uitstrekt aan de voorkant van de opening van de gehoorgang.
Wanneer de kap op zijn plaats ligt, breng een kleefring aan op de plastic behuizing van elektroden. Ex vijf en ex zes. Lijn de opening van de ring uit met de elektrodepellet.
Verwijder de papieren achterkant van de kleefring en bedek de elektrodecontact met geleidend gel. Plaats EX zes op de rechter mastoïde van de proefpersoon en EX vijf op de linker mastoïde van de proefpersoon. Gebruik een stompe spuit om geleidend gel in elke elektrodehouder in de kap te plaatsen.
Slinger de spuittip om het haar van de proefpersoon te scheiden. Druk vervolgens de zuiger naar beneden en trek de spuit weg van het hoofd alsof u een cake versiert. Vul totdat het gel is uitgelopen met de bovenkant van de plastic behuizing.
Zorg ervoor dat u niet te veel vult. Het is beter om te weinig gel te hebben dan te veel overtollig gel dat tussen elektrodeplaatsen kan lekken en elektrodebril kan veroorzaken. Als elektroden gebrild raken, is er niets aan te doen.
Maar om de kap te verwijderen, laat de proefpersoon zijn haar wassen en drogen, en begin opnieuw met de pluggen van de elektrodeleidingen die over de schouder hangen en de sensoruiteinden in één hand. Plaats elke elektrode voorzichtig in zijn overeenkomstige houder in de elektrodenkap. Pak alleen de plastic behuizing van de elektroden vast en wees voorzichtig om de draden niet te knijpen. Het is van cruciaal belang om de elektrodetoppjes niet aan te raken.
Contact met huid, kleding of enig ander materiaal dan geleidend gel zal de kwaliteit van elektroden aantasten. Breng geleidend gel aan op X een tot X vier en gebruik kleefringen om ze aan het gezicht van de proefpersoon te bevestigen. Plaats X een en X twee ongeveer een centimeter horizontaal van de linker en rechter buitenste canthi van de proefpersoon.
Plaats X drie en DX vier ongeveer een centimeter onder het midden van de linker en rechter ogen van de proefpersoon op de zygomatische botten. Verzamel voorzichtig de elektrodeleidingen achter de proefpersoon en wikkel de C-M-S-D-R-L-leiding losjes rond de andere. Om een paardenstaart te maken, plaats klittenbandbandjes aan de boven- en onderkant van de paardenstaart om de leidingen op hun plaats te houden en gebruik medisch tape om de paardenstaart aan de achterkant van het shirt van de proefpersoon te bevestigen.
Zorg ervoor dat u voldoende speling laat in deze leidingen voor de nek van de proefpersoon om comfortabel naar voren te buigen. Bereid nu de GSR-elektroden voor door een kaliumchloride-oplossing op elke elektrode aan te brengen. Gebruik medisch tape om GSR-elektroden op
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Deze video demonstreert een procedure om gelijktijdige bliktracking en hoge dichtheid EEG-opnames te verkrijgen van proefpersonen tijdens de uitvoering van boeiende en ecologisch valide cognitieve taken ingebed in een computerspel. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het prestatieangst verlicht en proefpersonen gedurende een lange experimentele sessie gemotiveerd houdt.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Elektrofysiologie
- Cognitieve psychologie
Achtergrond
- Hoge dichtheid EEG wordt gebruikt om hersenactiviteit te meten.
- Bliktracking biedt inzichten in visuele aandacht.
- Het inbedden van cognitieve taken in een videospel verhoogt de ecologische validiteit.
- Traditionele methoden kunnen prestatieangst bij proefpersonen veroorzaken.
Doel van de studie
- Om EEG en blikgegevens gelijktijdig op te nemen.
- Om de ecologische validiteit van cognitieve taken te verbeteren.
- Om prestatieangst tijdens cognitief testen te verminderen.
Gebruikte methoden
- Bevestigen van elektroden aan het proefpersoon voor EEG-opname.
- Calibreren van de bliktracking camera.
- Opnemen van EEG en blikgegevens terwijl proefpersonen een videospel spelen.
- Analyseren van op gebeurtenissen gerelateerde potentialen en spectrale verstoringen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle gelijktijdige opname van EEG en blikgegevens.
- Op gebeurtenissen gerelateerde potentialen gekoppeld aan gebeurtenissen in het spel werden verkregen.
- Proefpersonen rapporteerden lagere angstniveaus vergeleken met traditionele methoden.
- Verhoogde betrokkenheid en motivatie waargenomen tijdens taken.
Conclusies
- Het inbedden van cognitieve taken in videogames is gunstig voor gegevensverzameling.
- Deze methode kan de prestaties van proefpersonen en gegevenskwaliteit verbeteren.
- Toekomstige studies kunnen verdere toepassingen van deze techniek verkennen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Integrating computer game-based behavioral experiments with high-density EEG and infrared gaze tracking addresses the challenge of balancing ecological validity with experimental control in cognitive neuroscience. This approach enables robust, quantitative data collection from diverse populations, including those with attentional or motivational barriers, supporting predictive confidence in early-stage target validation. The method enhances portfolio relevance by enabling scalable, reproducible cognitive phenotyping in translational and preclinical research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of cognitive and attentional pathways under ecologically valid conditions.
- Supports biological de-risking by capturing neural and behavioral responses in realistic task contexts.
- Facilitates functional target validation through quantitative EEG and gaze metrics across multiple cognitive domains.
- Improves predictive confidence for neurocognitive endpoints in early discovery.
Screening & Assay Development
- Prepares validated behavioral paradigms for downstream compound screening workflows.
- Standardizes assay conditions with automated event logging and synchronized physiological data capture.
- Enables reproducible, quantitative outputs for cross-condition and cross-population comparisons.
- Supports scalable screening of cognitive modulators in both healthy and clinical cohorts.
Translational & Preclinical Research
- Aligns cognitive task performance with translational biomarkers such as event-related potentials and spectral perturbations.
- Maintains continuity from discovery through preclinical validation by enabling repeated, high-fidelity measurements.
- De-risks advancement decisions by providing mechanistic insight into attention, inhibition, and theory-of-mind processes.
- Facilitates disease-relevant system modeling for neuropsychiatric and neurodevelopmental indications.
Pipeline & Workflow Integration
This method bridges early discovery, lead identification, and preclinical research by providing a unified platform for behavioral and physiological data acquisition.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification through multi-domain cognitive task integration.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible behavioral paradigms with synchronized EEG and gaze outputs.
- Analytics: Provides quantitative event-related and spectral data for robust statistical comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Enables alignment of cognitive performance metrics with preclinical and clinical biomarker strategies.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, modular platform adaptable to diverse cognitive and neurophysiological research needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neurocognitive target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of cognitive phenotyping workflows.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio advancement.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neurocognitive assets and translational programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in EEG, gaze tracking, and behavioral task design.
- Demands multi-system instrumentation and synchronized data acquisition infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of protocols and data formats.
- Adaptable to pediatric, clinical, and healthy populations with attention to motivational factors.
- Practical limitations include session length, subject compliance, and artifact management as described in the protocol.
