Omówiono metodologię gromadzenia gęstych danych potencjałów wywołanych podczas wykonywania przez pacjentów z chorobą Alzheimera zadania z pamięcią rozpoznawczą. Protokół ten obejmuje przygotowanie badanych, zapewnienie jakości, akwizycję danych oraz analizę danych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Badanie charakterystyki pamięci epizodycznej z wykorzystaniem potencjałów wywołanych zdarzeniami u pacjentów z chorobą Alzheimera
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
W naszym laboratorium wykorzystujemy potencjały wywołane EEG (ERP) do zrozumienia i wsparcia badań behawioralnych nad pamięcią epizodyczną u pacjentów z amnestyczną łagodną zaburzeniem poznawczym (aMCI) oraz chorobą Alzheimera (AD). Podczas gdy dane behawioralne informują nas o wynikach osiąganych przez pacjentów, ERP pozwalają nam rejestrować dyskretne zmiany w aktywności mózgu. Co więcej, ERP mogą dostarczyć wglądu w moment wystąpienia, czas trwania i interakcję niezależnych procesów poznawczych związanych z wydobywaniem informacji z pamięci. W populacjach pacjentów tego typu badania są wykorzystywane do sprawdzenia, które aspekty pamięci są upośledzone, a które pozostają stosunkowo nienaruszone w porównaniu z grupą kontrolną. Omówiono metodologię zbierania danych ERP od podatnej populacji pacjentów podczas wykonywania przez nich zadania z pamięcią rozpoznawczą. Niniejszy protokół obejmuje przygotowanie uczestników, zapewnienie jakości, akwizycję danych oraz ich analizę. Oprócz podstawowej konfiguracji i akwizycji zaprezentujemy również techniki lokalizacji w celu uzyskania większej rozdzielczości przestrzennej oraz lokalizacji źródeł przy użyciu gęstych macierzy elektrod (128 kanałów).
Protokół
1. Przygotowanie sprzętu EEG
- W naszym laboratorium do pozyskiwania danych ERP wykorzystujemy 128-kanałowy system akwizycji EEG BioSemi ActiveTwo z elektrodami „aktywnymi” (Amsterdam, Holandia; http://www.biosemi.com) oraz czepek elektrodowy ActiveTwo (Behavioral Brain Sciences Center, Birmingham, Wielka Brytania).
- Upewnij się, że bateria jest w pełni naładowana i podłączona do wzmacniacza.
- Przygotuj wszystkie materiały niezbędne do przygotowania uczestnika, w tym: strzykawkę, żel, miarkę krawiecką, czepki EEG w różnych rozmiarach, gaziki nasączone alkoholem, naklejki do elektrod twarzowych oraz rzepy do zabezpieczenia kabli elektrod.
- Naklej naklejki na pięć elektrod twarzowych.
2. Konfiguracja komputerów do prezentacji bodźców i akwizycji danych
- Włącz komputer do prezentacji bodźców oraz komputer do akwizycji danych.
- W naszym laboratorium do prezentacji bodźców i gromadzenia danych behawioralnych wykorzystywane jest oprogramowanie E-Prime (Pittsburgh, PA).
- Upewnij się, że eksperyment wysyła odpowiednie kody wyzwalające (trigger codes) do komputera do akwizycji danych.
- W tym celu:
- Włącz wzmacniacz w komorze uczestnika (uwaga: do wykonania tej czynności nie trzeba podłączać elektrod ani kabli), otwórz oprogramowanie do akwizycji danych na komputerze do akwizycji danych i kliknij start (nie zapisuj).
- Przejdź do komputera do prezentacji bodźców, otwórz plik eksperymentu i uruchom go.
- W programie do akwizycji danych powinny teraz pojawiać się odpowiednie kody wyzwalające, które zaprogramowano w pliku eksperymentu.
3. Przygotowanie uczestnika
- Szczegółowo omów wszystkie procedury badania z uczestnikiem i odpowiedz na wszelkie obawy dotyczące bezpieczeństwa. Następnie upewnij się, że pacjenci w pełni rozumieją protokół, prosząc ich o powtórzenie go badaczowi własnymi słowami.
- Poproś uczestnika o wygodne usiądnięcie na krześle o średniej wysokości z twardym oparciem.
- Gdy uczestnik już usiądzie, upewnij się, że linia jego/jej wzroku względem wyświetlacza jest zgodna ze standardem przyjętym dla eksperymentu (w tym przypadku stosujemy 48 inches).
- Zmierz obwód głowy uczestnika, aby określić, która czapka EEG powinna zostać użyta.
- Poproś uczestnika o zdjęcie wszelkiej biżuterii lub akcesoriów do włosów, aby zapewnić prawidłowe dopasowanie czapki EEG i dokładność rejestracji. Ponadto, jeśli uczestnik nosi okulary, najlepiej poprosić go/ją o ich zdjęcie w tym momencie, aż do czasu założenia wszystkich elektrod twarzowych.
- Ważne jest również omówienie z każdym badanym następujących kwestii:
- Usunięcie gumy do żucia lub cukierków/miętówek w celu ograniczenia ruchów motorycznych
- Poproszenie uczestników o skorzystanie z toalety przed rozpoczęciem badania, aby nie przerywać rejestracji EEG
- Poproszenie uczestnika o starać się ograniczać ruchy i mruganie oczami do minimum, jednak bez nadmiernego przejmowania się tym faktem
- Używając gazika nasączonego alkoholem, oczyść skórę uczestnika z tłuszczu i/lub makijażu w miejscach, w których zostaną umieszczone elektrody twarzowe: jedna na każdym wyrostku sutkowatym, jedna na każdej skroni oraz jedna bezpośrednio pod lewym okiem.
- Na każdą elektrodę twarzową nałóż niewielką ilość żelu przewodzącego, zdejmij zabezpieczenie z naklejki i przyłóż do uczestnika, wywierając lekki nacisk, aby upewnić się, że elektroda pozostanie na swoim miejscu.
- Teraz załóż uczestnikowi na głowę czapkę EEG i zapnij pasek pod jego/jej podbródkiem. Jeśli uczestnik nosi okulary, poproś go/ją o ich założenie przed założeniem czapki.
- Następnie zmierz (w centymetrach) odległość od nasion (nasada nosa) do inion (wyrostek zewnętrzny potyliczy z tyłu głowy). Pomnóż ten pomiar przez .5 (wyznaczając punkt środkowy) – jest to miejsce, w którym elektroda A1 powinna zostać umieszczona w osi przód-tył. Następnie zmierz odległość od punktu przedusznego jednego ucha do drugiego (wgłębienia nad chrząstką ucha). Punkt środkowy tego pomiaru wyznacza miejsce, w którym elektroda A1 powinna zostać umieszczona w osi bok-bok.
4. Digitalizacja w celu lokalizacji źródła i rozmieszczenia elektrod
- W naszym laboratorium używamy urządzenia Polhemus Patriot Digitizer / Locator (Colchester, VT) do uzyskania trójwymiarowych reprezentacji (lub modeli głowy) pozycji elektrod na głowie każdego uczestnika. Pozwala to na skontrolowanie zmienności kształtu czaszki u poszczególnych osób i zapewnia dokładniejszą lokalizację źródeł. Ponadto modele głowy te mogą być korejestrowane z obrazami strukturalnego rezonansu magnetycznego, aby połączyć wysoką rozdzielczość przestrzenną MRI z wysoką rozdzielczością czasową ERP.
- Najpierw umieść nadajnik lokalizacyjny pod czepką za lewym uchem, chowając nadmiar przewodu pod paskiem podbródkowym, aby utrzymać go na miejscu.
- Przymocuj odbiornik do drewnianego krzesła w pozycji poniżej głowy uczestnika, w odległości około 6 cali od nadajnika.
- Otwórz oprogramowanie do digitalizacji i wykonaj pomiary lokalizacji elektrod za pomocą rysika, zgodnie z instrukcjami wyświetlanymi przez program.
- Wygeneruj trójwymiarowy model głowy z pozycjami elektrod za pomocą oprogramowania MR Locator i zatwierdź go do lokalizacji surowych danych EEG.
- Po zweryfikowaniu na ekranie komputera trójwymiarowego modelu głowy uczestnika można przystąpić do umieszczenia elektrod w każdej z predefiniowanych lokalizacji na czepku ActiveTwo.
- Wypełnij otwory elektrodowe w czepku żelem przewodzącym i podłącz wszystkie elektrody. Zbierz wszystkie kable i elektrody twarzowe za plecami uczestnika i podłącz je do wzmacniacza.
- Zaproponuj przerwę starszym uczestnikom, w szczególności pacjentom z chorobą Alzheimera, którzy mogą wymagać częstych przerw w celu utrzymania koncentracji i stałej uwagi podczas zadania eksperymentalnego.
- Oprogramowanie ActiView służy do upewnienia się, że wszystkie elektrody są wolne od artefaktów, a poziomy impedancji są akceptowalne. Po umieszczeniu wszystkich elektrod i przygotowaniu uczestnika do rozpoczęcia eksperymentu, należy sprawdzić poziomy impedancji elektrod na komputerze do akwizycji danych za pomocą oprogramowania ActiView. Poziomy offsetu powinny mieścić się w zakresie +/-25μV.
- Gdy wszystkie poziomy impedancji będą akceptowalne, eksperyment jest gotowy do przeprowadzenia.
5. Pozyskiwanie danych EEG oraz danych z eksperymentu
- W naszym laboratorium używamy oprogramowania ActiView firmy BioSemi do przeglądania i pozyskiwania surowych danych EEG.
- Wczytaj plik prezentacji danych behawioralnych. Wprowadź numer uczestnika. Oprogramowanie eksperymentalne zapisuje odpowiedzi uczestnika i automatycznie generuje plik danych po zakończeniu eksperymentu dla danego numeru uczestnika.
- Upewnij się, że uczestnik siedzi w odległości 48 cali od środka monitora.
- Po załadowaniu eksperymentu należy odczytać instrukcje behawioralne i potwierdzić ich zrozumienie z uczestnikiem.
- W naszym obecnym projekcie badania pamięci rozpoznawczej eksperyment rozpoczyna się od fazy nauki, w której uczestnikowi prezentowany jest szereg obrazków lub słów.
- Rozpocznij zapisywanie surowego pliku danych EEG na komputerze do akwizycji danych.
- Uruchom podawanie bodźców na komputerze do prezentacji bodźców.
- Badacz powinien pomagać osobom starszym w wprowadzaniu odpowiedzi za pomocą panelu przycisków. Jest to szczególnie istotne w przypadku pacjentów z zaburzeniami poznawczymi.
- Monitoruj uczestnika podczas zadania behawioralnego, zwracając uwagę na potrzebę zrobienia przerw.
- Po zaprezentowaniu wszystkich bodźców behawioralnych należy zapisać surowe dane EEG. Dane behawioralne są automatycznie zapisywane przez oprogramowanie E-Prime.
- Po zapisaniu danych z fazy nauki lub kodowania, poprzednie 9 kroków zostanie powtórzonych dla fazy testowej, w której uczestnikowi ponownie zostanie zaprezentowany szereg obrazków lub słów. Podczas fazy testowej połowa elementów będzie pochodzić z fazy nauki, a połowa będzie nowa. Uczestnicy będą identyfikować status elementu jako stary/nowy, zgłaszając swoją odpowiedź na głos badaczowi. Badacz wprowadzi następnie odpowiedź uczestnika za pomocą panelu przycisków.
6. Potok postprocesowania danych
- W naszym laboratorium korzystamy z oprogramowania EMSE Suite 5.3
- Przed przeprowadzeniem jakiejkolwiek analizy surowe dane muszą zostać przygotowane i przefiltrowane cyfrowo w celu usunięcia szumów i artefaktów z sygnału.
- W pierwszej kolejności należy zastosować filtry czasowe, takie jak filtry z nieskończoną odpowiedzią impulsową oraz filtry pasmowoprzepustowe.
- Następnie dane muszą zostać odniesione do punktu na głowie. Należy wybrać referencję. W niniejszym protokole stosujemy wspólną referencję średnią (common average reference).
- Kolejnym krokiem jest filtracja przestrzenna danych oraz interpolacja uszkodzonych kanałów. Przeprowadzana jest wizualna inspekcja danych i wdrażane są odpowiednie filtry.
- Na koniec należy zastosować metody korekcji artefaktów okularycznych, aby usunąć z sygnału zakłócenia wynikające z mrugania i ruchów gałek ocznych.
7. Reprezentatywne wyniki
Nasze badania wykazały, że wczesny efekt stara/nowa w obszarze czołowym (trafienia > poprawne odrzucenia), zazwyczaj kojarzony z przetwarzaniem konceptualnym lub znajomością pamięciową, pozostaje nienaruszony w przypadku obrazów u pacjentów z łagodną postacią choroby Alzheimera w porównaniu z zdrowymi osobami starszymi, ale nie występuje w przypadku słów (Ally, McKeever, Waring, & Budson, 2009). Ally i wsp. (2009) wykazali, że efekt stara/nowa w obszarze ciemieniowym, zazwyczaj kojarzony z przypominaniem, jest upośledzony u pacjentów zarówno w przypadku obrazów, jak i słów w porównaniu z ich rówieśnikami. Innymi słowy, czołowe procesy pamięciowe związane z rozpoznawaniem wydają się być podobne w przypadku obrazów u pacjentów z AD oraz zdrowych osób starszych. Przeciwnie, procesy te są upośledzone w przypadku słów u pacjentów, gdy badamy różnice między obiema grupami. Ta istotna różnica między grupami jest widoczna w przypadku tylnych procesów pamięciowych zarówno dla obrazów, jak i słów. Choć toczyły się znaczne debaty na temat procesu poznawczego związanego z wczesnym efektem czołowym, stawiamy hipotezę, że pacjenci z łagodną postacią choroby Alzheimera mogą skutecznie wykorzystywać przetwarzanie konceptualne lub znajomość pamięciową, aby zwiększyć swoją zdolność dyskryminacji obrazów w porównaniu do słów, i prawdopodobnie procesy te leżą u podstaw silnego efektu przewagi obrazów u pacjentów z chorobą Alzheimera.
Aktywność ERP w obszarze czołowym związana z pomyślnym przywołaniem słów i obrazów została przedstawiona dla pacjentów z bardzo łagodną postacią choroby Alzheimera oraz zdrowej grupy kontrolnej osób starszych (Rycina 1). Obrazy te zostały wykonane w przedziale czasowym od 300 do 500 ms, który jest zazwyczaj wiązany z przetwarzaniem konceptualnym lub znajomością pamięciową. Zwróć uwagę na podobny efekt stara/nowa w obszarze czołowym dla obrazów (pseudokolor czerwony), ale zmniejszony efekt dla słów pomiędzy grupami (pseudokolor cyjan).
Rycina 1:Reprezentatywna aktywność ERP podczas zadania odzyskiwania informacji u pacjentów z chorobą Alzheimera i zdrowych osób.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Potencjały wywołane (ERPs) oraz dane behawioralne mogą dostarczać różnych i uzupełniających się informacji. Podczas gdy dane behawioralne informują nas o wynikach pacjentów, ERPs pozwalają na rejestrację dyskretnych zmian w aktywności mózgu. Dzięki doskonałej rozdzielczości czasowej ERPs okazały się bardzo użyteczne w rozróżnianiu i rozumieniu roli procesów pamięciowych (np. przetwarzania koncepcyjnego i poczucia znajomości, przypominania, procesów monitorowania po odzyskaniu informacji), które wcześniej wiązano z konkre...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Nie zgłoszono konfliktów interesów.
Podziękowania
Niniejszy protokół został sfinansowany z grantów K23 AG031925 oraz R01 AG038471 przyznanych przez National Institute on Aging.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| System akwizycji EEG BioSemi Active Two* | Cortech Solutions, Inc. | ||
| Digitalizator Polhemus Patriot | Cortech Solutions, Inc. | ||
| Oprogramowanie profesjonalne E-Prime 2.0 | Psychology Software Tools, Inc. | ||
| * System ten obejmuje wzmacniacz, czepki EEG Active Two, strzykawki, SignaGel (żel przewodzący) oraz naklejki elektrod twarzowych. |
Bibliografia
- Ally, B. A., Budson, A. E. The worth of pictures: Using high density event-related potentials to understand the memorial power of pictures and the dynamics of recognition memory. Neuro Image. 35, 378-395 (2007).
- Ally, B. A., McKeever, J. D., Waring, J. D., Budson, A. E. Pictures preserve frontal memorial processes in patients with mild cognitive impairment. Neuro psychologia. 47, 2044-2055 (2009).
- Ally, B. A. Using EEG and MEG to understanding brain physiology in dementia. The Handbook of Alzheimer's disease and other dementias. Budson, A. E., Kowall, N. W. , Blackwell Publishing. (2011).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
