Badanie charakterystyki pamięci epizodycznej z wykorzystaniem potencjałów związanych ze zdarzeniami u pacjentów z chorobą Alzheimera

Podsumowanie

Metodologia zbierania danych o potencjale związanym ze zdarzeniami o dużej gęstości, podczas gdy pacjenci z chorobą Alzheimera wykonują zadanie pamięci rozpoznawania, została przejrzana. Protokół ten będzie obejmował przygotowanie tematu, zapewnienie jakości, pozyskiwanie i analizę danych.

Streszczenie

Nasze laboratorium wykorzystuje potencjały EEG związane ze zdarzeniami (ERP) do zrozumienia i wspierania badań behawioralnych pamięci epizodycznej u pacjentów z amnezyjnymi łagodnymi zaburzeniami poznawczymi (aMCI) i chorobą Alzheimera (AD). Podczas gdy dane behawioralne informują nas o wydajności pacjentów, ERP pozwalają nam rejestrować dyskretne zmiany w aktywności mózgu. Co więcej, ERP mogą dać nam wgląd w początek, czas trwania i interakcję niezależnych procesów poznawczych związanych z odzyskiwaniem pamięci. W populacjach pacjentów tego typu badania są wykorzystywane do zbadania, które aspekty pamięci są upośledzone, a które pozostają stosunkowo nienaruszone w porównaniu z populacją kontrolną. Dokonano przeglądu metodologii zbierania danych ERP od wrażliwej populacji pacjentów, podczas gdy uczestnicy ci wykonują zadanie pamięci rozpoznawania. Protokół ten obejmuje przygotowanie uczestników, zapewnienie jakości, pozyskiwanie i analizę danych. Oprócz podstawowej konfiguracji i akwizycji, zademonstrujemy również techniki lokalizacji w celu uzyskania większej rozdzielczości przestrzennej i lokalizacji źródła przy użyciu układów elektrod o dużej gęstości (128 kanałów).

Protokół

1. Konfiguracja sprzętu EEG

1. Nasze laboratorium korzysta ze 128-kanałowego systemu akwizycji EEG BioSemi ActiveTwo z "aktywnymi" elektrodami (Amsterdam, Holandia; http://www.biosemi.com) oraz nasadka elektrody ActiveTwo (Behavioral Brain Sciences Center, Birmingham, Wielka Brytania) w celu uzyskania danych ERP.
2. Upewnij się, że bateria jest w pełni naładowana i podłączona do amplifier.
3. Zbierz wszystkie materiały niezbędne do kompletnej konfiguracji uczestnika, w tym: strzykawkę, żel, taśmę mierniczą, różnej wielkości czepki EEG, waciki nasączone alkoholem, naklejki z elektrodami na twarz i paski na rzepy do zabezpieczenia elektrod.
4. Umieść naklejki na pięciu elektrodach twarzowych.

2. Konfiguracja komputera do prezentacji bodźców i akwizycji danych

1. Włącz zarówno komputer do prezentacji bodźców, jak i komputer do zbierania danych.
2. Nasze Laboratorium wykorzystuje oprogramowanie E-Prime (Pittsburgh, PA) do prezentacji bodźców i pozyskiwania danych behawioralnych.
3. Upewnij się, że eksperyment wysyła odpowiednie kody wyzwalacza do komputera zbierającego dane.
4. Aby to zrobić:
   • Włącz wzmacniacz w komorze uczestnika (Uwaga: w tym celu nie trzeba podłączać elektrod ani), otwórz oprogramowanie do akwizycji danych na komputerze do akwizycji danych, naciśnij start (nie zapisuj).
   • Przejdź do komputera do prezentacji bodźców, otwórz plik eksperymentu i naciśnij uruchom.
   • Odpowiednie kody wyzwalające, które zostały zaprogramowane w pliku eksperymentu, powinny być teraz wyświetlane w oprogramowaniu do akwizycji danych.

3. Przygotowanie uczestników

1. Omów szczegółowo wszystkie procedury badania z uczestnikiem i odnieś się do wszelkich wątpliwości dotyczących bezpieczeństwa. Ponadto upewnij się, że pacjenci w pełni rozumieją protokół, prosząc ich o zrelacjonowanie protokołu badaczowi własnymi słowami.
2. Pozwól, aby uczestnik usiadł wygodnie na krześle o twardym oparciu o średniej wysokości.
3. Gdy uczestnik usiądzie, upewnij się, że jego/jej linia widzenia z wyświetlacza jest standardowa dla eksperymentu (tutaj używamy 48 cali).
4. Zmierz obwód głowy uczestnika, aby określić, który czepek EEG powinien być użyty.
5. Poproś uczestnika o zdjęcie biżuterii lub akcesoriów do włosów, aby zapewnić prawidłowe dopasowanie czepka EEG i dokładne zapisy. Ponadto, jeśli uczestnik nosi okulary, najlepiej jest, aby zdjął je w tym momencie, dopóki wszystkie elektrody twarzy nie zostaną zastosowane.
6. Ważne jest również, aby zapoznać się z poniższymi kwestiami dotyczącymi każdego tematu:
   • Usuń gumę do żucia lub cukierki/miętówki, aby zmniejszyć ruchy motoryczne
   • Poproś uczestników, aby przed rozpoczęciem korzystania z urządzeń, aby nie przerywać zapisu EEG
   • Poproś uczestnika, aby starał się ograniczyć ruchy i mruganie oczami do minimum, ale nie martwił się tym zbytnio
7. Za pomocą wacika nasączonego alkoholem oczyść skórę uczestnika z oleju i/lub makijażu, w którym zostaną umieszczone elektrody twarzy: po jednej na każdym wyrostku sutkowatym, po jednej na każdej skroni i jednej bezpośrednio pod lewym okiem.
8. Umieść niewielką ilość żelu przewodzącego na każdej elektrodzie twarzy, usuń podkład z naklejki i umieść na uczestniku, wywierając niewielki nacisk, aby upewnić się, że elektroda pozostanie na swoim miejscu.
9. Teraz umieść czepek EEG na głowie uczestnika i zapnij pasek pod jego brodą. Jeśli uczestnik nosi okulary, poproś go, aby założył je przed założeniem czapki.
10. Następnie zmierz (w centymetrach) od nasion (grzbiet nosa) do wcięcia (występ w dolnej części głowy). Pomnóż ten pomiar przez 0,5 (znalezienie punktu środkowego) i w tym miejscu należy umieścić elektrodę A1 od przodu do tyłu. Następnie zmierz od przedmałżowiny usznej w jednym uchu do drugiego (wgłębienia nad chrząstką na uchu). Punkt środkowy tego pomiaru to miejsce, w którym elektroda A1 powinna być umieszczona z boku na bok.

4. Digitalizacja lokalizacji źródła i rozmieszczenia elektrod

1. Nasze laboratorium wykorzystuje Digitizer / Locator Polhemus Patriot (Colchester, VT) do uzyskania trójwymiarowych reprezentacji (lub modeli głowy) pozycji elektrod na głowie każdego uczestnika. Kontroluje to zmienność kształtu czaszki dla każdego uczestnika i zapewnia dokładniejszą lokalizację źródła. Co więcej, te modele głowy mogą być rejestrowane jednocześnie z obrazami strukturalnego rezonansu magnetycznego, aby powiązać ze sobą doskonałą rozdzielczość przestrzenną MRI i lepszą rozdzielczość czasową ERP.
2. Najpierw umieść nadajnik lokalizacyjny pod nasadką za lewym uchem, z nadmiarem przewodu schowanym pod paskiem podbródkowym, aby utrzymać go na miejscu.
3. Przymocuj odbiornik do drewnianego krzesła w pozycji poniżej głowy uczestnika, około 6 cali od nadajnika.
4. Otwórz oprogramowanie do digitalizacji i wykonaj pomiary lokalizacji elektrod za pomocą rysika zgodnie z instrukcjami oprogramowania.
5. Wygeneruj model 3D głowicy położenia elektrod za pomocą oprogramowania MR Locator i zaakceptuj lokalizację surowych danych EEG.
6. Po zweryfikowaniu modelu 3D głowy uczestnika na wyświetlaczu komputera, jesteśmy gotowi do umieszczenia elektrody w każdym z predefiniowanych miejsc na nasadce ActiveTwo.
7. Napełnij studzienki elektrod na nasadce żelem przewodzącym i podłącz wszystkie elektrody. Zbierz wszystkie i elektrody twarzowe za uczestnikiem i podłącz je do amplifier.
8. Zaoferuj starszym uczestnikom przerwę, zwłaszcza pacjentom z chorobą Alzheimera, którzy mogą wymagać częstych przerw, aby utrzymać koncentrację i stałą uwagę na zadaniu eksperymentalnym.
9. Oprogramowanie ActiView służy do zapewnienia, że wszystkie elektrody są wolne od artefaktów, a poziomy rezystancji są akceptowalne. Po umieszczeniu wszystkich elektrod i przygotowaniu uczestnika do rozpoczęcia eksperymentu, poziomy rezystancji elektrod należy sprawdzić na komputerze akwizycji danych za pomocą oprogramowania ActiView. Poziomy przesunięcia powinny mieścić się w zakresie +/-25 μV.
10. Gdy wszystkie poziomy oporu są akceptowalne, eksperyment jest gotowy do przeprowadzenia.

5. Akwizycja danych zarówno dla danych EEG, jak i eksperymentu

1. Nasze laboratorium korzysta z oprogramowania ActiView firmy BioSemi do przeglądania i pozyskiwania surowych danych EEG.
2. Załaduj plik prezentacji danych behawioralnych. Wprowadź numer uczestnika. Oprogramowanie eksperymentalne zapisuje odpowiedzi uczestnika i automatycznie generuje plik danych po zakończeniu eksperymentu z tym numerem uczestnika.
3. Sprawdź, czy uczestnik siedzi w odległości 48 cali od środka monitora.
4. Po załadowaniu eksperymentu instrukcje behawioralne powinny zostać przeczytane i zweryfikowane z uczestnikiem.
5. W naszym obecnym projekcie pamięci rozpoznawania eksperyment rozpoczyna się od fazy badania, w której uczestnik otrzyma serię obrazów lub słów.
6. Rozpocznij zapisywanie surowych danych EEG file na komputerze do akwizycji danych.
7. Rozpocznij dostarczanie bodźców na komputerze do prezentacji bodźców.
8. Poproś badacza, aby pracował ze starszymi osobami, aby wprowadzić odpowiedzi w polu przycisków. Jest to szczególnie ważne dla pacjentów z zaburzeniami poznawczymi.
9. Monitoruj uczestnika podczas zadania behawioralnego, w tym potrzeby przerw.
10. Po przedstawieniu wszystkich bodźców behawioralnych należy zapisać surowe dane EEG. Ponownie, dane behawioralne są automatycznie zapisywane przez oprogramowanie E-Prime.
11. Po zapisaniu danych badania lub kodowania, poprzednie 9 kroków zostanie powtórzonych w fazie testowej, w której uczestnik ponownie otrzyma serię obrazów lub słów. W fazie testowej połowa pozycji będzie pochodzić z fazy badania, a połowa z nich będzie nowatorska. Uczestnicy zidentyfikują stary/nowy status przedmiotu, zgłaszając na głos swoją odpowiedź badaczowi. Następnie badacz wprowadzi odpowiedź uczestnika w polu przycisku.

6. Potok przetwarzania danych

1. Nasze laboratorium korzysta z EMSE Suite 5.3
2. Surowe dane muszą najpierw zostać przygotowane i przefiltrowane cyfrowo w celu usunięcia szumów i artefaktów z sygnału, zanim będzie można zakończyć jakąkolwiek analizę.
3. Po pierwsze, należy zastosować filtry czasowe, takie jak nieskończona odpowiedź impulsowa i filtry pasmowoprzepustowe.
4. Następnie dane należy odnieść do jakiegoś punktu na głowie. Wybierz odniesienie. W obecnym protokole posługujemy się wspólnym odniesieniem średnim.
5. Następnie dane muszą zostać przefiltrowane przestrzennie, a uszkodzone kanały interpolowane. Przeprowadzana jest oględziny danych i wprowadzane są odpowiednie filtry.
6. Wreszcie, należy zastosować metody korekcji artefaktów ocznych, aby skorygować sygnał artefaktu mrugnięcia oczami i ruchu gałek ocznych.

7. Reprezentatywne wyniki

Nasza praca wykazała, że wczesny efekt stary/nowy (trafienia > prawidłowe odrzucenia), zazwyczaj związany z przetwarzaniem pojęciowym lub znajomością pamięci, pozostaje nienaruszony dla obrazów u pacjentów z łagodną chorobą Alzheimera w porównaniu ze zdrowymi starszymi osobami, ale nie dla słów (Ally, McKeever, Waring, & Budson, 2009). Ally i in. (2009) wykazali, że efekt ciemieniowy stary/nowy, zwykle związany z pamięcią, jest upośledzony u pacjentów zarówno w przypadku obrazów, jak i słów w porównaniu z ich rówieśnikami. Innymi słowy, procesy pamięci czołowej związane z rozpoznawaniem wydają się być podobne w przypadku obrazów między pacjentami z AD a zdrowymi osobami starszymi. W przeciwieństwie do tego, procesy te są upośledzone dla słów u pacjentów, gdy badamy różnice między obiema grupami. Ta znacząca różnica między grupami jest widoczna w przypadku procesów pamięci tylnej zarówno dla obrazów, jak i słów. Chociaż toczy się znaczna debata na temat procesu poznawczego związanego z wczesnym efektem frontalnym, stawiamy hipotezę, że pacjenci z łagodną chorobą Alzheimera mogą z powodzeniem wykorzystywać przetwarzanie pojęciowe lub znajomość pamięci, aby zwiększyć dyskryminację obrazów w porównaniu ze słowami, a procesy te prawdopodobnie leżą u podstaw silnego efektu wyższości obrazu u pacjentów z chorobą Alzheimera.

Czołowa aktywność ERP związana z udanym odzyskiwaniem słów i obrazów jest demonstrowana dla pacjentów z bardzo łagodną chorobą Alzheimera i zdrowych starszych osób z grupy kontrolnej (Rysunek 1). Zdjęcia te zostały wykonane w przedziale czasowym od 300 do 500 ms, zwykle związanym z przetwarzaniem pojęciowym lub znajomością pamięci. Zwróć uwagę na podobny frontalny efekt stary/nowy dla obrazów (czerwony pseudokolor), ale zmniejszony efekt dla słów między grupami. (pseudokolor cyjanowy).

Rysunek 1:Reprezentatywna aktywność ERP podczas zadania pobierania u pacjentów z chorobą Alzheimera i osób zdrowych.

Dyskusja

ERP i dane behawioralne mogą dostarczyć nam różnych i uzupełniających się informacji. Podczas gdy dane behawioralne informują nas o wydajności pacjentów, ERP pozwalają nam rejestrować dyskretne zmiany w aktywności mózgu. Ze względu na doskonałą rozdzielczość czasową, systemy ERP okazały się bardzo przydatne w dysocjacji i zrozumieniu roli procesów pamięciowych (np. przetwarzanie pojęciowe i zaznajomienie, przypominanie, procesy monitorowania po pobraniu), które były wcześniej związane z określonymi starymi/nowymi kompo...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
BioSemi Active Dwa systemy akwizycji EEG*	Cortech Solutions, Inc.
Polhemus Patriot Digitizer	Cortech Solutions, Inc.
E-Prime 2.0 Profesjonalne narzędzia	oprogramowania do psychologii, Inc.
* Ten system zawiera wzmacniacz, nasadki Active Two EEG, strzykawki, SignaGel (żel przewodzący) i naklejki z elektrodami do twarzy.