Artykuł metodologiczny

Jak znaleźć wpływ przetwarzania bodźców na związane ze zdarzeniami potencjały mózgowe bliskich osób podczas hiperskanowania partnerów

DOI:

10.3791/56120

⸱

31 maja 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Douglas Mental Health University Institute, 2Department of Psychiatry, McGill University, 3Department of Neurology and Neurosurgery, McGill University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół opisuje kluczowe kroki związane z oceną wrażliwości mózgu jednej osoby na przetwarzanie bodźców bliskiej osoby poprzez wybór par partnerów, jednoczesne rejestrowanie ich elektroencefalogramu (EEG) i obliczanie ich potencjałów mózgowych związanych ze zdarzeniami (ERP).

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Partnerzy każdej pary muszą być w stanie przejść Kwestionariusz Przyjaźni McGill bez komunikowania się. Następnie każdy z partnerów sadza się przed ekranem w jednym z dwóch sąsiadujących ze sobą pomieszczeń. Pomieszczenia te są oddzielone szklanym oknem, przez które uczestnicy komunikują się, aby utrzymać poczucie wspólnoty podczas zakładania czepka EEG. Po sprawdzeniu, czy sygnały EEG są odpowiednie, szyba jest zasłaniana kurtyną, aby uniemożliwić komunikację wizualną. Następnie partnerzy muszą milczeć, ale są instruowani, aby starać się czuć w obecności partnera podczas całego eksperymentu. Tuż przed jego rozpoczęciem uczestnikom mówi się, że każdemu z nich zostanie zaprezentowany jeden obraz na raz i że obrazy te pojawią się w tym samym czasie dla obojga na ich własnym ekranie. Są również poinstruowani, że w każdej próbie jednoczesne obrazy będą zawsze inne. Jednak bez ich wiedzy, badania są randomizowane: tylko połowa z nich jest zgodna z tą instrukcją i w rzeczywistości zawiera dwa różne obrazy. Badania te tworzą DSC, czyli stan różnych bodźców. Druga połowa prób jest niezgodna z instrukcją. Zawierają one dwa identyczne obrazy i tworzą ISC (stan identycznych bodźców). Po eksperymencie uczestnicy zostali podzieleni na dwie grupy: tych, którzy zgłosili, że czuli się w obecności swojego partnera podczas większości prób i tych, którzy zgłosili, że tego nie czuli. Wpływ przetwarzania bodźca przez partnera stwierdza się poprzez odjęcie średnich napięć ERP ISC (niezgodnych z instrukcjami) od ERP DSC (zgodnych z instrukcjami) w co najmniej dwóch oknach czasowych (TW): po pierwsze, w 75 do 150 ms TW, gdzie wartości bezwzględne tych odejmowań są większe, zwłaszcza w prawych miejscach czołowych, u tych, którzy czuli się w obecności partnera, niż u tych, którzy tego nie robili; po drugie, w oknie czasowym LPP (tj. od 650 do 950 ms po wystąpieniu), gdzie ERP są istotnie mniej dodatnie w DSC niż w ISC u tych, u których surowe wyniki wczesnych (75-150ms) odejmowania są ujemne.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

EEG indeksuje sumy elektrycznych reakcji postsynaptycznych dużych populacji neuronów1 powstałych podczas przetwarzania informacji. 2 Wśród tych odpowiedzi, pewne wzorce są ograniczone czasowo do zdarzeń sensorycznych, motorycznych lub poznawczych. Te "związane ze zdarzeniami" wzorce EEG nazywane są ERP. 3 ERP składa się z kilku odchyleń (np. N300, N400 i P600). Każde z tych odchyleń charakteryzuje się opóźnieniem w stosunku do początku zdarzenia, napięciem lub amplitudą, dodatnią lub ujemną polaryzacją elektryczną oraz rozkładem skóry głowy, z których wszystkie dostarczają wskazówek na temat leżących u podstaw obliczeń neuronowych3.

Badania ERP pozwalają nam uzyskać informacje o podstawowych procesach neuronowych leżących u podstaw złożonych operacji poznawczych wyższego rzędu4. Metoda ERP stosowana jest przede wszystkim w badaniach psychologicznych i neuropsychiatrycznych. Niektóre z zalet związanych z ERP w porównaniu z innymi metodami neuroobrazowania, takimi jak funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) i spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIRS), obejmują doskonałą rozdzielczość czasową, która daje naukowcom możliwość śledzenia aktywności obliczeniowej mózgu z dokładnością do milisekundy, oraz względną opłacalność. Ma to kluczowe znaczenie w przypadku jednoczesnego testowania dwóch uczestników, jak ma to miejsce w naszym badaniu5,6.

W tym eksperymencie jesteśmy głównie zainteresowani późnym dodatnim wynikiem a posteriorium (LPP), czyli ERP z późnym opóźnieniem (tj. od 250 do 1000ms po rozpoczęciu bodźca). Jest wywoływany przez prezentację znaczących bodźców, takich jak słowa, przedmioty, twarze i sceny. Dobrze znane komponenty P3b należą do rodziny LPP, które osiągają szczyt około 600 ms po rozpoczęciu bodźca w przypadku słów i około 750 ms w przypadku bodźców twarzy i sceny. Im większa ilość nowych informacji umieszczonych w pamięci roboczej, a tym samym w świadomości, i im bardziej żywa, istotna i pewna jest ta informacja, tym większa będzie amplituda tego potencjału7,8 Gdy bodziec – lub jakikolwiek jego aspekt, taki jak dokładny czas jego wystąpienia – jest nieoczekiwany, wywołuje większe LPP niż wtedy, gdy bodziec i każdy z jego aspektów są w pełni przewidziane. Bardzo duża liczba czynników poznawczych może zatem mieć wpływ na amplitudę klasy LPP8,9.

Rejestrowanie EEG dwóch uczestników jednocześnie, gdy są wystawieni na bodźce wzrokowe, może nam pomóc ocenić, czy aktywność mózgu jednego z nich może wpływać na elektrodynamikę mózgu drugiego, gdy żadne z nich nie widzi tego, co pokazuje się jego/jej partnerowi.

Biorąc pod uwagę, że napięcia ERP, rozkłady skóry głowy i opóźnienia dostarczają wskazówek co do tego, jakie obliczenia neuronowe mają miejsce, mogą być mierzone w celu zbadania jakiegokolwiek zewnętrznego wpływu na mózg i wykrycia różnic w przetwarzaniu bodźców wzrokowych w parach blisko spokrewnionych osób. Aby przetestować istnienie takiego wpływu, skupiliśmy się na jednej hipotezie operacyjnej: na LPP wywołane przez bodziec wzrokowy u jednej osoby może mieć wpływ bodziec wyświetlany jej partnerowi. Hipoteza ta opiera się zatem na założeniu, że jeśli przetwarzanie bodźców przez jedną osobę ma wpływ na aktywność neuronalną innej osoby, ta nowa informacja powstająca z mózgu pierwszej osoby może modulować amplitudę LPP u drugiej.

Bardziej precyzyjna hipoteza została zbudowana na podstawie komplementarnego pomysłu. Wpływowi przetwarzania bodźca na aktywność mózgu bliskiej osoby należy zapobiegać, gdy wiadomo, że bodziec różni się od tego, który jest postrzegany przez bliską osobę. W takiej sytuacji wpływ ten stanowi bowiem ingerencję nieistotną. Aby stworzyć tę wiedzę, dwóm uczestnikom każdej pary powiedziano, że zostaną im przedstawione różne bodźce. Niemniej jednak tylko połowa prób eksperymentu była zgodna z tą instrukcją. W ten sposób tworzą one stan różnych bodźców, DCS. Druga połowa badań była niezgodna z tą instrukcją. Tam bodźce prezentowane jednocześnie dwóm osobom z każdej pary były takie same i w ten sposób tworzyły warunek identycznego bodźca, ISC. Ten ostatni warunek został wykorzystany w celu uzyskania stanu kontrolnego, w którym hamowanie nie powinno się rozwinąć, ponieważ dotyczyłoby informacji odpowiadającej bodźcowi faktycznie przedstawionemu bliskiej osobie. Przewidywaliśmy, że w przypadku braku takiego zahamowania, więcej informacji powinno trafić do treści pamięci roboczej, za co może odpowiadać większe LPP w ISC niż w DSC. Co więcej, znalezienie takich różnic w ERP potwierdziłoby możliwość wpływu przetwarzania bodźców na ERP bliskiej osoby, biorąc pod uwagę, że badani nie mogą zobaczyć rzeczywistego bodźca, z którym prezentują się ich partnerzy.

Te przewidywania zostały potwierdzone w dwóch poprzednich eksperymentach, które również pokazały, że dwaj uczestnicy każdej pary musieli być społecznie bliscy, a nie obcy. 10,11 Niemniej jednak, w tych eksperymentach, dwaj uczestnicy tych par nie byli akustycznie i wizualnie oddzieleni. Pomimo skrajnego nieprawdopodobieństwa, że zaobserwowane efekty ERP mogą być spowodowane klasyczną komunikacją wizualną i/lub akustyczną między partnerami oraz biorąc pod uwagę znaczenie, jakie wyniki miałyby dla poznania społecznego, zdecydowaliśmy się wprowadzić separację szkła i kurtyny między partnerami, aby sprawdzić, czy różnice w ERP się utrzymują.

Byliśmy jednak świadomi, że robiąc to, uczestnicy mogą już nie czuć się razem podczas eksperymentu i że może to mieć wpływ. Dlatego uznaliśmy, że ważne jest, aby przypomnieć uczestnikom, aby starali się poczuć obecność swojego partnera podczas całego eksperymentu, a podczas sesji podsumowującej zapytaliśmy ich, czy im się to udało.

Dodatkowo, w pierwszych dwóch eksperymentach oceniających wpływ przetwarzania bodźców na ERP bliskich innych osób 10,11, DSC i ISC odpowiadały różnym blokom prób, Aby zapobiec zmęczeniu, stronniczości strategii i innym zakłóceniom, warunki eksperymentalne dla tego eksperymentu odpowiadają teraz próbom randomizowanym w blokach.

W tym nowym eksperymencie, dwoje uczestników (A i B) siedzi przed własnym ekranem komputerowym w dwóch sąsiadujących ze sobą pokojach. W ścianie, która je oddziela, znajduje się szklane okno o wymiarach 86 na 178 cm, które jest zasłonięte z obu stron kurtyną. W ten sposób uczestnicy siedzą obok siebie, ale nie widzą się ani nie słyszą nawzajem podczas właściwego eksperymentu. Jednak tuż przed eksperymentem, kiedy zakładane są czepki EEG, zasłony są otwarte, a uczestnicy mogą się widzieć i utrzymywać poczucie bliskości. Po założeniu im czepka EEG w celu rejestrowania aktywności mózgu i sprawdzeniu jakości sygnałów EEG, kurtyny są zamykane. Jednak, co najważniejsze, uczestnicy są instruowani, aby starać się nadal odczuwać obecność swojego partnera podczas całego eksperymentu. Dyrektywy wyświetlane na ekranie instruują każdego uczestnika, aby spróbował zapamiętać obrazy, które będą migać jednocześnie, każdy na swoich ekranach, oraz aby unikał nadmiernego mrugania i ruchów twarzy.

Ich wiara w naturę dwóch obrazów jest eksperymentalnie kontrolowana za pomocą dyrektyw wyświetlanych na ekranie, które wyraźnie informują ich, że zawsze będą narażeni na inne bodźce wizualne niż te, które zostaną przedstawione ich partnerowi. Jednak, jak wspomniano, każdy uczestnik widzi 200 obrazów, z których 100 różni się od tych prezentowanych jego partnerowi i tworzy konsekwentny warunek lub DSC (tj. warunek innego bodźca), a 100 z nich jest w rzeczywistości takich samych jak te przedstawione jego partnerowi. Stanowią one stan niespójny lub ISC (tj. identyczny warunek bodźca). W ten sposób, podczas niespójnego badania ISC, obu uczestnikom jednocześnie prezentowany jest identyczny obraz. Podczas spójnego badania DSC obu uczestnikom jednocześnie prezentowany jest inny obraz. Kolejność tych badań jest losowa.

Systematycznie badaliśmy ERP w oknach czasowych wcześniejszych niż LPP, aby wykryć wskaźniki hamowania, które powinna wywołać instrukcja różnych bodźców, gdy bodźce próby faktycznie się różnią. Odkryliśmy, że między 75-150 ms po pojawieniu się obrazu, bezwzględna wartość odjęcia średnich napięć ERP prób DSC od tych ze śladów ISC była większa u uczestników, którzy czuli się razem podczas eksperymentu, niż u tych, którzy tego nie robili. Zaobserwowano to w miejscach prawej elektrody czołowej, zwłaszcza w F8, a więc nad brzuszno-boczną korą przedczołową. Opierając się na naszych wcześniejszych pracach na temat inhibicji i negatywnych komponentów ERP16,17,18, spośród uczestników, którzy czuli się razem, tych, u których ERP do badań DSC były bardziej negatywne niż te do badań ISC, a zatem tych, u których mogło wystąpić zahamowanie. Zgodnie z oczekiwaniami, ci konkretni uczestnicy mieli znacznie mniejsze LPP dla spójnych badań DSC niż dla niespójnych badań ISC (patrz Rysunek 4). Wyniki te sugerują, że większa ilość informacji weszła do treści pamięci roboczej w badaniach ICS, przy czym informacje te potencjalnie stały się bardziej istotne i/lub żywe i/lub były integrowane z większą pewnością. Co więcej, dowodzą one istnienia efektu przetwarzania bodźców na ERP bliskich osób, biorąc pod uwagę niemożność zobaczenia przez uczestników obrazu faktycznie prezentowanego ich partnerom i niemożność komunikowania się.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie metody opisane tutaj zostały wstępnie zatwierdzone przez Radę ds. Badań i Etyki Instytutu Douglasa.

1. Rekrutacja uczestników, powitanie w laboratorium i kwestionariusze

  1. Zwerbuj pary uczestników (bliskich przyjaciół/rodzeństwo/małżonków w wieku 18-35 lat) i poinformuj ich, że będą musieli osobno wypełnić Kwestionariusz Kwalifikacyjny Przyjaźni po przybyciu do laboratorium, aby upewnić się, że tylko bliskie osoby zostaną uwzględnione w eksperymencie [patrz Załącznik 1 dla przykładowej reklamy].
  2. Upewnij się, że spełniają wszystkie inne kryteria włączenia (tj. praworęczność, wykształcenie uniwersyteckie, doskonałe lub skorygowane widzenie, brak soczewek kontaktowych, brak dredów, brak narkotyków, brak zaburzeń psychicznych, zakaz używania lub leków psychotropowych). Umów się na wizytę w laboratorium, jeśli się kwalifikują.
  3. Powitaj parę uczestników po ich przybyciu do laboratorium. Uzyskaj świadomą zgodę, rozdziel je i poproś każdego uczestnika o wypełnienie Kwestionariusza Kwalifikowalności Przyjaźni i Kwestionariusza Przyjaźni McGill samodzielnie.
  4. Służy to do oceny ich nastawienia do związku i wykluczenia partnerów, którzy nie są wystarczająco blisko i nie osiągają minimalnego wyniku 13 poprawnych odpowiedzi.
  5. Po wysłaniu odpowiedzi do bazy danych laboratorium sprawdź, czy każdy uczestnik udzielił co najmniej 13 poprawnych odpowiedzi.
  6. Odprowadź partnerów do sal nagrań EEG. Włącz komputer do prezentacji bodźców i komputer do akwizycji EEG. Uruchom aplikację do akwizycji EEG [Zdjęcie 1] i ustaw stan kanałów EEG na "kontrola impedancji" [Zdjęcie 2].
  7. Niech każdy uczestnik usiądzie przy wyznaczonym biurku komputerowym w sąsiednich pokojach, oddzielonych szklaną witryną. Zasłony powinny być otwarte, aby każdy uczestnik mógł zobaczyć swojego partnera. Zachęć ich do rozmowy (np. na temat ich odpowiedzi w Kwestionariuszu Kwalifikacyjnym do Przyjaźni), aby utrzymać poczucie obecności drugiej osoby.

2. Umieszczenie nasadki elektrody (patrz Gu et al., 2014)

  1. Zmierz rozmiar głowy uczestnika i za pomocą ołówka zaznacz miejsca elektrod Fp1 i Fp2 i wybierz nasadkę o odpowiednim rozmiarze.
  2. Oczyść czoło i płatki uszu każdego uczestnika wacikiem nasączonym alkoholem.
  3. Włóż dwa przednie lepkie krążki gąbkowe do nasadki elektrody EEG na Fp1 i Fp2.
  4. Przyłóż lepkie końce krążków do czoła uczestnika w zaznaczonych miejscach Fp1 i Fp2. Poproś uczestnika, aby mocno je przycisnął i naciągnął nasadkę na głowę, aby dobrze dopasować się do czaszki. Sprawdź, czy nasadka jest założona symetrycznie na głowę (zarówno z prawej vs. lewej, jak i przód/tył), a następnie podłącz gniazdko EEG do wtyczki wzmacniacza.
  5. Używając 10 ml strzykawki z końcówką igły, delikatnie, ale stanowczo dotknij skóry głowy uczestnika i przesuń igłę na boki, aby rozsunąć włosy. Wprowadź żel przewodzący (~0,5 ml) od tego miejsca na skórze głowy i w górę, aby najpierw utworzyć kolumnę żelu w elektrodzie uziemiającej. Następnie włóż żel do obu elektrod usznych i przymocuj je do płatków uszu. Podłącz lewą elektrodę ucha do górnego kanału, a prawą, która będzie używana jako odniesienie, poniżej niej w amppudełko wzmacniacza.
  6. Używając wysterylizowanej końcówki igły wcześniej zamontowanej na strzykawce, rozsuń pasma włosów, poruszając strzykawką we wszystkich pozostałych miejscach elektrod, upewniając się, że końcówka styka się ze skórą głowy. Następnie zacznij wkładać żel przewodzący do każdego z pozostałych miejsc elektrod powolnym ruchem w górę, aby zbudować kolumnę żelu, która przejdzie od skóry głowy do metalu elektrody.
  7. Użyj sterylnej ostrej igły, aby ostrożnie i delikatnie zadrapać powierzchnię skóry głowy przez każdą elektrodę, zaczynając od podłoża i uszu, aby usunąć martwy naskórek i zwiększyć przewodność elektryczną poprzez kontakt żelu z żywymi komórkami skóry głowy i płatkami uszu.
  8. Sprawdź, czy impedancja jest prawidłowa podczas drapania skóry głowy. Światła odpowiadające kanałom elektrod na skrzynkach wzmacniacza zmienią kolor z pomarańczowego na zielony, gdy impedancja dla każdego kanału spadnie poniżej 5 kΩ [patrz zdjęcie 3].
    1. Uwaga: jeśli dana elektroda nie działa prawidłowo, dodaj więcej żelu i nieco bardziej podrap igłą. Jeśli problem będzie się powtarzał, użyj przewodu skrótowego, podłączając go do szczeliny na uszkodzoną elektrodę na amplifiers i podłączając drugi koniec do umieszczenia elektrody w nasadce EEG.

3. Rejestracja danych EEG/ERP 4. Rejestracja danych EEG/ERP

  1. Tuż przed eksperymentem poinstruuj uczestników, aby spróbowali poczuć obecność swojego partnera przez cały okres testowania. Następnie zaciągnij zasłony po obu stronach podwójnie szklanego okna, przyciemnij światła i zamknij drzwi do pokoju każdego uczestnika.
  2. Wpisz odpowiednie polecenie dla danej sekwencji bodźców, aby uruchomić oprogramowanie do prezentacji bodźców. Następnie zacznij rejestrować EEG obu uczestników, podczas gdy jednocześnie prezentowane są im bodźce wizualne.
  3. Po zakończeniu sekwencji prezentacji bodźca przerwij rejestrowanie danych EEG.
  4. Pod koniec eksperymentu ostrożnie zdejmij czepki EEG i pomóż uczestnikom w umyciu i wysuszeniu włosów.
  5. Po tym, jak uczestnicy oczyszczą włosy, poproś ich, aby wypełnili kwestionariusz podsumowujący, w którym opisują stopień, w jakim odczuwali obecność swojego partnera, a konkretnie, podczas której części eksperymentu i jak długo czuli się w ten sposób.
  6. Odłącz nasadkę i elektrody douszne od amplifiery, wyjmij jednorazowe krążki z gąbką i wyczyść nasadkę i elektrody douszne pod bieżącą wodą. Użyj łagodnego mydła i wykałaczki, aby usunąć żel z elektrod, dokładnie spłucz i pozostaw nasadkę EEG do wyschnięcia na powietrzu.
  7. Zapisz nagrane dane na dysku USB, wkładając dysk USB do jednego z portów USB w komputerze akwizycji danych EEG i przeciągając plik danych do katalogu USB. Następnie przenieś dane do innego komputera w celu przetworzenia danych.

4. Przetwarzanie danych

Uwaga: wszystkie dane przetwarzane są za pomocą EEGLab.15

  1. Otwórz oprogramowanie do przetwarzania danych [patrz Spis materiałów], a następnie EEGLab, wpisując "eeglab" w interfejsie poleceń [patrz zrzut ekranu 1 i 2].
  2. Zaimportuj plik danych. W tym kroku najpierw kliknij "Plik" w graficznym interfejsie użytkownika EEGLAB, wybierz "Importuj dane", wybierz "Korzystanie z funkcji i wtyczek EEGLAB" i kliknij "Z plików EDF/EDF+/GDF (przybornik BIOFIG)" [patrz zrzut ekranu 3]. Wybierz żądany plik danych.
  3. Utwórz listę zdarzeń EEG, która składa się z listy wpisów odpowiadających różnym typom bodźców wzrokowych, które zostały użyte podczas eksperymentu (tj. ten sam obraz, który uważa się za inny, oznaczony jako "S-BD" i inny obraz, który uważa się za inny, oznaczony jako "D-BD"). Aby to zrobić, kliknij "ERPLAB" w graficznym interfejsie użytkownika EEGLAB, wybierz "EventList" i kliknij "Utwórz EEG EVENTLIST" [patrz zrzut ekranu 4]. W nowym oknie wprowadź odpowiednie informacje w polach "Informacje o zdarzeniu" i "Informacje o pojemniku (opcjonalnie)" dla kategorii S-BD i kliknij "Aktualizuj linię". Powtórz ten proces dla kategorii D-BD. Kliknij "ZASTOSUJ" [patrz zrzut ekranu 5].
  4. Wyodrębnij epoki oparte na pojemniku, z których każda epoka (lub próba) składa się z pojedynczego przebiegu ERP, który obejmuje 1,204 ms od -204 ms do 1000ms, gdzie 0 odpowiada początkowi bodźca wizualnego. W tym kroku wybierz "ERPLAB" w graficznym interfejsie użytkownika EEGLAB i kliknij "Wyodrębnij epoki oparte na koszu" [patrz zrzut ekranu 6]. W nowym oknie w sekcji "Zakres czasu epoki opartej na koszu (ms)" wpisz "-204 -4". Kliknij "URUCHOM" [patrz zrzut ekranu 7].
  5. Wykrywanie artefaktów w epokach. Ten krok usuwa wszystkie próby, które uległy zmianie w wyniku nasycenia wzmacniacza lub przesterowania A/D. Epoki z segmentami mniejszymi niż -100 mikrowoltów i/lub lepszymi od +100 mikrowoltów zostaną wyeliminowane dla 4 czołowych elektrod EEG (Fp1, Fp2, F7 i F8). Podobnie, epoki z segmentami niższymi niż -75 mikrowoltów i/lub lepszymi od +75 mikrowoltów zostaną usunięte dla pozostałych 24 elektrod nieczołowych. Ponadto epoki zawierające segmenty zawierające płaskie linie, które utrzymują się dłużej niż 100 ms, zostaną wycięte we wszystkich 28 elektrodach. Aby wyeliminować ekstremalne napięcia, najpierw kliknij "ERPLAB" w graficznym interfejsie użytkownika EEGLAB, a następnie wybierz "Wykrywanie artefaktów w epokowych danych" i kliknij "Prosty próg napięcia" [patrz zrzut ekranu 8]. W nowym oknie w polu "Okres testowy (koniec rozpoczęcia) [ms]" wpisz "-204 1000"; w polu "Limity napięcia [uV] (np. -100 100):" wpisz "-100 100"; w sekcji "Kanał(y)" wpisz "1:4" (aby wybrać tylko 4 elektrody czołowe). Wybierz "AKCEPTUJ" [patrz zrzut ekranu 9]. Powtórz ten proces dla pozostałych 24 elektrod, dokonując odpowiednich zmian w razie potrzeby (np. pisząc "-75 75" zamiast "-100 100" dla limitów napięcia; pisząc "5:28" zamiast "1:4", aby wybrać pozostałe 24 elektrody). Następnie, aby usunąć płaskie linie, kliknij "ERPLAB" w graficznym interfejsie użytkownika EEGLAB, wybierz "Wykrywanie artefaktów w epokowych danych" i kliknij "Blokowanie i płaska linia" [patrz zrzut ekranu 10]. W nowym oknie w polu "Okres testowy (koniec rozpoczęcia) [ms]" wpisz "-204 1000"; w polu "Tolerancja amplitudy (pojedyncza wartość, np. 2):" wpisz "-1e-07 1e- 07"; w polu "Czas trwania [ms]" wpisz "100"; w sekcji "Kanał(y)" wpisz "1:28" (aby wybrać wszystkie 28 elektrod). Wybierz "AKCEPTUJ" [patrz zrzut ekranu 11].
  6. Obliczanie uśrednionych ERP każdego uczestnika dla każdego warunku (spójne vs. niespójne). Aby to zrobić, kliknij "ERPLAB" w graficznym interfejsie użytkownika EEGLAB i wybierz "Oblicz uśrednione ERP" [patrz zrzut ekranu 12].
  7. Oblicz średnie końcowe dla zestawów ERP w każdym warunku (spójne vs. niespójne) i wykreśl wynikowe przebiegi ERP. W tym kroku kliknij "ERPLAB" w graficznym interfejsie użytkownika EEGLAB i wybierz "Średnia w zestawach ERP (średnia końcowa)" [patrz zrzut ekranu 13]. W nowym oknie dodaj odpowiednie zestawy ERP, klikając "Dodaj Erpset", a następnie kliknij "URUCHOM" [patrz zrzut ekranu 14]. Aby wykreślić przebiegi ERP, kliknij "ERPLAB" w graficznym interfejsie użytkownika EEGLAB, kliknij "Wykres ERP" i wybierz "Wykres przebiegów ERP" [patrz zrzut ekranu 15]. W nowym oknie w sekcji "Zakres czasu (min max, w ms)" wpisz "-204.0 1000.0" i kliknij przycisk "dodatni jest w górę" (zmieni to etykietę przycisku na "ujemny jest w górę", aby ujemne wartości y były wyświetlane nad osią x); w sekcji "Styl" wybierz "Topograficzny" i zmień wartości "w" i "h" na "0,1". Kliknij "DZIAŁKA" [patrz zrzut ekranu 16].

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Trzy rysunki zostały tu przedstawione. Każda część tych rysunków (w sumie 28 części) reprezentuje pojedynczy kanał EEG z własną etykietą (tj. Fp1, Fp2, F7, F8 itd.). Rysunek 1 pokazuje typowy przykład "dobrych" wyników, przedstawiający przebiegi ERP uzyskane od pojedynczego uczestnika. Czarne linie odpowiadają warunkowi spójnemu, a czerwone linie odpowiadają warunkowi niespójnemu. Natomiast Rysunek 2 przedstawia "słabe" wyniki spowodowane problematyczną sesją, dla której przebiegi przedstawiają albo niezrozumiałe komponenty ERP, płaską linię, albo szum. Uzyskano je również od jednego uczestnika. Czarne linie odpowiadają warunkowi spójnemu, a czerwone linie odpowiadają warunkowi niespójnemu. Rysunek 3 pokazuje średnią ogólną 27 zestawów ERP od uczestników, którzy czuli się razem przez ponad 50% eksperymentu. Czarne linie odpowiadają kategorii spójnej pod względem kontroli, a czerwone linie odpowiadają kategorii krytycznie niespójnej. Rysunek 4 przedstawia średnią ERP od 13 osób, które czuły się razem przez ponad 50% prób i dla których niespójny stan był bardziej pozytywny w miejscu elektrody F8 przez okno czasowe 75-150ms. Warunek niespójny jest bardziej dodatni niż warunek spójny dla większości elektrod.

figure-results-1
Rysunek 1: Typowe "dobre" wyniki reprezentujące ERP od jednego uczestnika. Każda część (w sumie 28 części) reprezentuje pojedynczy kanał EEG z własną etykietą (tj. Fp1, Fp2, F7, F8 itd.). Komponenty ERP są dobrze zdefiniowane w przebiegach. Czarne linie odpowiadają warunkowi spójnemu (inny warunek bodźca lub DSC), a czerwone linie odpowiadają warunkowi niespójnemu (identyczny warunek bodźca lub ISC). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2: Typowe "słabe" wyniki reprezentujące ERP od jednego uczestnika. Każda część (w sumie 28 części) reprezentuje pojedynczy kanał EEG z własną etykietą (tj. Fp1, Fp2, F7, F8 itd.). Czarne linie odpowiadają warunkowi spójnemu (DSC), a czerwone linie odpowiadają warunkowi niespójnemu (ISC).
Komponenty ERP nie są dobrze zdefiniowane w przebiegach i wiele z nich jest oznaczonych płaską linią (np. F8, Fc4). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 3: Średnie średnie ERP 27 uczestników, którzy czuli się razem.
Każda część (w sumie 28 części) reprezentuje pojedynczy kanał EEG z własną etykietą (tj. Fp1, Fp2, F7, F8 itd.). Czarne linie odpowiadają warunkowi spójnemu (DSC), a czerwone linie odpowiadają warunkowi niespójnemu (ISC). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek 4: Średnie średnie dla 13 uczestników, którzy czuli się razem i dla których ERP dla spójnych prób DSC były bardziej ujemne w miejscu elektrody F8 między 75-150ms niż ERP dla niespójnych prób ISC. Każda część (w sumie 28 części) reprezentuje pojedynczy kanał EEG z własną etykietą (tj. Fp1, Fp2, F7, F8 itd.). Czarne linie odpowiadają warunkowi spójnemu, a czerwone linie odpowiadają warunkowi niespójnemu. Istnieje znacząca różnica w oknie czasowym 600 - 900 ms między stałym a niespójnym warunkiem w F3 (p = 0,024), F4 (p = 0,001), Fz (p = 0,024), Fc3 (p = 0,041), Fcz (p = 0,022), Fc4 (p = 0,002), Ft8 (p = 0,004), C3 (p = 0,022) i T4 (p = 0,039), przy czym niespójny warunek jest bardziej pozytywny. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Plik uzupełniający 1 Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 2 Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 3 Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 4 Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W naszym badaniu dotyczącym możliwości, że mózg osoby jest wrażliwy na przetwarzanie bodźców przez inną osobę, zarejestrowaliśmy EEG par uczestników, z których każdy otrzymał zestaw obrazów.

Manipulowaliśmy identycznością obrazów, które zostały pokazane obu uczestnikom. Każda osoba została poinstruowana za pomocą dyrektyw wyświetlanych na ekranie, że to, co będzie widzieć, zawsze będzie się różnić od tego, co zobaczy jej partner. W połowie przypadków uczestnikom pokazywano różne obrazy (tj. stały warunek), a w połowie przypadków ten sam obraz (tj. niespójny warunek). Badania były randomizowane pomiędzy niespójnymi i stałymi warunkami.

Jeśli przetwarzanie bodźców przez jedno może wpływać na elektrodynamikę mózgu drugiego i odwrotnie, to średnie napięcia składowej LPP dla niespójnych prób mogą różnić się od tych spójnych we wszystkich sesjach. Rzeczywiście, nasze wstępne wyniki są zgodne z naszą hipotezą: wartości LPP dla sesji krytycznej różnią się od wartości z sesji kontrolnej w funkcji spójności. Efekt ten występował przy braku stronniczości bloku i ewentualnego ukrytego wykrywania niespójności spowodowanych hałasem ze strony partnera, takich jak zmiany oddechu wywołane szokującymi bodźcami wzrokowymi.

Celem artykułu było wprowadzenie nowego paradygmatu wykorzystującego EEG do jednoczesnego badania par uczestników. Jeśli chodzi o rzeczywisty zapis EEG, ważne jest, aby omówić kilka punktów. Po pierwsze, ważne jest, aby czapka była dobrze dopasowana. Zbyt duża nasadka może wpłynąć na jakość nagrania poprzez niestabilne kolumny żelowe, a tym samym zmianę impedancji19. Po drugie, ważne jest również, aby uczestnicy zrozumieli, że muszą unikać nadmiernych ruchów, mrugania lub napinania mięśni twarzy i szyjki macicy, ponieważ mogą one potencjalnie zniekształcić ślady EEG, co bardzo utrudni interpretacjędanych. Po eksperymencie sprzęt musi być odpowiednio wyczyszczony, aby upewnić się, że elektrody nie są elektrycznie izolowane przez suche pozostałości żelu, co może mieć wpływ na przyszłe zbieranie sygnału. Po trzecie, jeśli występują problemy z sygnałem, takie jak szum lub płaskie linie, upewnij się, że zarówno elektroda uziemiająca, jak i elektroda odniesienia są prawidłowo podłączone. Zmniejszenie impedancji wszystkich elektrod zmniejsza szum, ponieważ zapobiega ich działaniu jako anteny, które wychwytują szum elektromagnetyczny otoczenia. Dlatego jeśli wystąpią problemy z łącznością, żel musi zostać ponownie nałożony, a skóra głowy pod elektrodami ponownie porysowana. Jeśli w EEG znajdują się miogramy, musimy pozwolić badanemu na relaks, przypominając mu o rozluźnieniu mięśni twarzy i szyjki macicy przed przystąpieniem do eksperymentu.

Na początku każdego eksperymentu EEG należy pamiętać o ograniczeniach związanych z tą techniką. Na przykład jego nieoptymalna rozdzielczość przestrzenna może być czymś, co należy wziąć pod uwagę. Kolejną kwestią jest wrażliwość EEG na mruganie oczami, aktywność mięśni i ruchy ciała, które wprowadzają artefakty w nagraniu21. Ogólnie rzecz biorąc, ograniczeniom tym można zaradzić za pomocą alternatywnych metod neuroobrazowania, takich jak fMRI i NIRS, lub łącząc EEG z tymi innymi alternatywami. Mimo to, w odniesieniu do alternatywnych technik obrazowania mózgu, EEG ma swoje zalety, z których najbardziej oczywistą jest niezwykła rozdzielczość czasowa, pozwalająca naukowcom badać aktywność neuronalną rzędu milisekund. Jest to również narzędzie nieinwazyjne i bezbolesne, nie stwarzające ryzyka dla uczestnika. Ponadto EEG jest stosunkowo tanie w porównaniu z innymi technikami neuroobrazowania. W związku z tym był to oczywisty wybór techniki monitorowania w nowatorskim podejściu do testowania par przedstawionym w tym artykule.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie ma żadnych konfliktów interesów, które należy zgłaszać.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Oprogramowanie do akwizycji EEGPsychlabhttp://www.psychlab.com/softw_general.html
8 Cyfrowe wzmacniacze EEG (NuAmp)Neuro Scan Labs
2 komputery
MatlabThe MathWorks, Inchttp://www.mathworks.com/products/matlab/
Zestawnarzędzi EEGLab Matlabhttp://sccn.ucsd.edu/eeglab/
ERPLAB Toolboxhttp://erpinfo.org/erplab
Oprogramowanie do generowania bodźcówE-Prime
ECI Nasadka elektrodyElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/caps/
Specjalna taśma miernicza na głowę (4 Kolorowa wstążka)Electro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Jednorazowe krążki gąbkoweElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
do nakrętekElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Electro-gelElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
igła (BD Vacutainer PrecisionGlide Multiple Sample Needle)Becton, Dickinson and Company
2 StrzykawkiElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
4 Elektrody douszneElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
chusteczki nasączone alkoholem
2 Czerwone kredki
Udogodnienia i materiały dla uczestników do umycia włosów po eksperymencie - zlew, szampon, grzebień, ręczniki, suszarka
Paski do włosów

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. The Handbook of Brain Theory and Neural Networks. Arbib, M. A. , MIT Press. Cambridge, MA. 412-415 (2002).">Bressler, S. L. The Handbook of Brain Theory and Neural Networks. Arbib, M. A. , MIT Press. Cambridge, MA. 412-415 (2002).
  2. Neural generators of early cortical somatosensory evoked potentials in the awake monkey. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 96 (3), 248-260 (1995).">Peterson, N. N., Schroeder, C. E., Arezzo, J. C. Neural generators of early cortical somatosensory evoked potentials in the awake monkey. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 96 (3), 248-260 (1995).
  3. Wiley Encyclopedia of Biomedical Engineering. , John Wiley & Sons, Inc. 1-8 (2006).">Bressler, S. L., Mingzhou, D. Event-Related Potentials. Wiley Encyclopedia of Biomedical Engineering. , John Wiley & Sons, Inc. 1-8 (2006).
  4. Cognitive brain potentials and their application. The British Journal of Psychiatry Supplement. 9, 96-100 (1990).">Blackwood, D. H., Muir, W. J. Cognitive brain potentials and their application. The British Journal of Psychiatry Supplement. 9, 96-100 (1990).
  5. EEG-fMRI Combination for the Study of Visual Perception and Spatial Attention. Cognitive Electrophysiology of Attention. , Elsevier Inc. 58-70 (2014).">Di Russo, F., Pitzalis, S. EEG-fMRI Combination for the Study of Visual Perception and Spatial Attention. Cognitive Electrophysiology of Attention. , Elsevier Inc. 58-70 (2014).
  6. What we can and cannot (yet) do with functional near infrared spectroscopy. Front Neurosci. 8 (117), 1-12 (2014).">Strait, M., Scheutz, M. What we can and cannot (yet) do with functional near infrared spectroscopy. Front Neurosci. 8 (117), 1-12 (2014).
  7. Event-related brain potentials as indices of information extraction and response priming. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 75 (5), 419-432 (1990).">Gratton, G., Bosco, C. M., Kramer, A. F., et al. Event-related brain potentials as indices of information extraction and response priming. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 75 (5), 419-432 (1990).
  8. Is the P300 a manifestation of context up-dating. Behav Brain Sci. 11 (3), 357-374 (1988).">Donchin, E., Coles, M. G. H. Is the P300 a manifestation of context up-dating. Behav Brain Sci. 11 (3), 357-374 (1988).
  9. Getting real about semantic illusion: rethinking the functional role of the P600 in language comprehension. Brain Res. 1446, 127-143 (2012).">Brower, H., Fitz, H., Hoeks, J. Getting real about semantic illusion: rethinking the functional role of the P600 in language comprehension. Brain Res. 1446, 127-143 (2012).
  10. Finding indexes of spontaneous brain-to-brain communications when looking for a cause of the similarity of qualia assumed across individuals. F1000Research. 3, 316(2015).">Bouten, S., Pantecouteau, H., Debruille, J. B. Finding indexes of spontaneous brain-to-brain communications when looking for a cause of the similarity of qualia assumed across individuals. F1000Research. 3, 316(2015).
  11. Haffar, M., Pantecouteau, H., Bouten, S., Debruille, J. B. Further data for a potential cause for the similarity of percepts assumed across individuals. Journal of Cognitive Neuroscience. (H39), Supplement to the Journal of Cognitive Neuroscience, abstract of poster presentation 232(2016).
  12. Investigating the Effects of Antipsychotics and Schizotypy on the N400 Using Event-Related Potentials and Semantic Categorization. J. Vis. Exp. (93), e52082(2014).">Gu, V., Mohamed Ali, O., L'Abbée Lacas, K., Debruille, J. B. Investigating the Effects of Antipsychotics and Schizotypy on the N400 Using Event-Related Potentials and Semantic Categorization. J. Vis. Exp. (93), e52082(2014).
  13. http://psychtoolbox.org (2016).">Psychotoolbox-3. , Available from: http://psychtoolbox.org (2016).
  14. http://csea.phhp.ufl.edu/media.html (2016).">University of Florida. The Center For The Study Of Emotion And Attention. , Available from: http://csea.phhp.ufl.edu/media.html (2016).
  15. https://sccn.ucsd.edu/eeglab/downloadtoolbox.php (2017).">Swartz Center for Computational Neuroscience. Regents of the University of California. , Available from: https://sccn.ucsd.edu/eeglab/downloadtoolbox.php (2017).
  16. The fronto-central N1 event-related potential could index an early inhibition of the actions systematically activated by objects. Touzel, M., Snidal, C., Segal, J., Debruille, J. B. Cognitive Neuroscience Society Annual Meeting, Mar 24-27, Boston, MA, , (2018).
  17. N300 and social affordances: a study with a real person and a dummy as stimuli. PLoS One. 7 (10), e47922(2012).">Debruille, J. B., Brodeur, M. B., Porras, C. F. N300 and social affordances: a study with a real person and a dummy as stimuli. PLoS One. 7 (10), e47922(2012).
  18. The N400 potential could index a semantic inhibition. Brain Research Reviews. 56 (2), 472-477 (2007).">Debruille, J. B., et al. The N400 potential could index a semantic inhibition. Brain Research Reviews. 56 (2), 472-477 (2007).
  19. Electroencephalography (EEG) and event-related potentials (ERPs) with human participants. Curr Protoc Neuro. , 21-24 (2010).">Light, G. A., et al. Electroencephalography (EEG) and event-related potentials (ERPs) with human participants. Curr Protoc Neuro. , 21-24 (2010).
  20. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , MIT Press. Cambridge, Mass. (2005).">Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , MIT Press. Cambridge, Mass. (2005).
  21. Disorders of consciousness after acquired brains injury: the state of the science. Nat Rev Neurol. Giacino, J. T., Fins, J. J., Laureys, S., Schiff, N. D. , Macmillan Publishers Limited. 1-16 (2014).">Disorders of consciousness after acquired brains injury: the state of the science. Nat Rev Neurol. Giacino, J. T., Fins, J. J., Laureys, S., Schiff, N. D. , Macmillan Publishers Limited. 1-16 (2014).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Symultaniczne rejestrowanie EEGKwestionariusz Przyja ni McGillanaliza ERPprzetwarzanie bod c w wzrokowychinterakcja m zg m zgakwizycja danych EEGp na pozytywno tylnaprzednie punkty elektrodowe

Powiązane artykuły