Rejestrowanie aktywności mózgu za pomocą elektroencefalografii ucha

Podsumowanie

Przedstawiona jest tutaj procedura korzystania z c-grid (elektroencefalografia ucha, sprzedawana pod nazwą cEEGrid) do rejestrowania aktywności mózgu w laboratorium i poza nim przez dłuższy czas. Protokół ten opisuje, jak skonfigurować te tablice i jak rejestrować aktywność mózgu za ich pomocą.

Streszczenie

C-grid (ear-electroencephalography, sprzedawany pod nazwą cEEGrid) to dyskretny i wygodny zestaw elektrod, który może być używany do badania aktywności mózgu po umieszczeniu go wokół ucha. C-grid nadaje się do użytku poza laboratorium przez długi czas, nawet przez cały dzień. Za pomocą tych siatek można badać różne procesy poznawcze, jak wykazano w poprzednich badaniach, w tym badaniach poza laboratorium. Aby zarejestrować wysokiej jakości dane EEG ucha, konieczne jest staranne przygotowanie. W tym protokole wyjaśniamy kroki potrzebne do jego pomyślnego wdrożenia. Po pierwsze, pokazano, jak przetestować funkcjonalność siatki przed nagraniem. Po drugie, znajduje się opis, w jaki sposób przygotować uczestnika i jak dopasować c-grid, który jest najważniejszym krokiem do rejestrowania wysokiej jakości danych. Po trzecie, przedstawiono zarys sposobu podłączenia sieci do wzmacniacza i sprawdzenia jakości sygnału. W tym protokole wymieniamy zalecenia dotyczące najlepszych praktyk i wskazówki, które sprawiają, że nagrania c-grid są udane. Jeśli badacze zastosują się do tego protokołu, będą kompleksowo przygotowani do eksperymentowania z c-grid zarówno w laboratorium, jak i poza nim.

Wprowadzenie

Dzięki mobilnej elektroencefalografii ucha (EEG) można rejestrować aktywność mózgu w codziennym życiu i uzyskać nowe informacje na temat przetwarzania neuronowego poza laboratorium¹. Aby mobilny system EEG do uszu był odpowiedni do codziennego użytku, powinien być przezroczysty, dyskretny, łatwy w użyciu, tolerancyjny na ruch i wygodny w noszeniu nawet przez kilka godzin². C-grid (sprzedawany pod nazwą cEEGrid), system EEG w kształcie litery C, ma na celu spełnienie tych wymagań, aby zminimalizować zakłócenia naturalnego zachowania. Siatka składa się z 10 elektrod Ag/AgCl wydrukowanych na materiale Flexprint³. W połączeniu ze zminiaturyzowanym, mobilnym wzmacniaczem i smartfonem do akwizycji danych^4,5, siatki te mogą być używane do zbierania danych ear-EEG przez ponad 8 godzin1^,6.

Kilka badań przeprowadzonych w laboratorium wykazało potencjał c-gridów do badania procesów słuchowych i innych procesów poznawczych. Siatki C zostały z powodzeniem wykorzystane do dekodowania uwagi słuchowej z dokładnością powyżej poziomu szansy^7,8,9,10,11. Segaert et al.¹² wykorzystali te tablice do ilościowego określenia upośledzenia mowy u pacjentów z łagodnymi zaburzeniami poznawczymi. Garrett et al.¹³ wykazali, że te tablice mogą przechwytywać słuchowe potencjały mózgu pochodzące z pnia mózgu. Oprócz badań skupiających się na domenie słuchowej, Knierim i in.¹⁴ wykorzystali siatki do zbadania doświadczeń przepływu (tj. wrażenia całkowitego zaangażowania w zadanie), mierzonych zmianami mocy alfa. Na koniec, Pacharra i in.¹⁵ wykorzystali te siatki do zadania wizualnego. Wszystkie te badania laboratoryjne pokazują różne procesy poznawcze, które można uchwycić za pomocą tych siatek.

Te siatki mogą być również używane do zapisów EEG poza laboratorium, co ilustruje kilka badań. Na przykład tablice te zostały użyte do oceny obciążenia psychicznego w symulatorze jazdy^16,17 oraz do badania głuchoty nieuwagi, czyli braku percepcji krytycznych dźwięków alarmowych, w symulatorze lotu¹⁸. Siatki są szczególnie obiecujące dla długoterminowych nagrań, takich jak długoterminowe monitorowanie napadów padaczkowych² i sleep staging⁶. Hölle i in.¹ wykorzystali te siatki do pomiaru uwagi słuchowej podczas dnia pracy przez 6 godzin. Podsumowując, wszystkie te badania podkreślają ich potencjał do badania różnych procesów mózgowych w laboratorium i poza nim.

Każdy zapis EEG wymaga starannego przygotowania, aby uzyskać prawidłowe wyniki. Jest to szczególnie ważne w przypadku aplikacji mobilnych, w których można spodziewać się większej ilości artefaktów niż w laboratorium ze względu na ruch uczestnika. Aby zapewnić optymalne wyniki, konieczne są określone kroki przygotowawcze. Podajemy kluczowe kroki w przygotowaniu siatek, przygotowaniu uczestnika do zbierania danych oraz dopasowaniu i podłączeniu siatek do zapisów EEG. Wskazujemy potencjalne błędy i pokazujemy przykłady złej jakości danych, gdy załącznik nie jest prawidłowy. Na koniec pokazane są reprezentatywne wyniki zadania z gry na pianinie.

Protokół

Ogólna procedura użyta w tym protokole została zatwierdzona przez komisję etyki Uniwersytetu w Oldenburgu. Uczestnik wyraził pisemną świadomą zgodę przed wzięciem udziału w badaniu.

UWAGA: Kratki C powinny być używane tylko na nieuszkodzonej skórze i u uczestników, którzy nie mają alergii na użyty klej. Ma dwie strony. Na zewnątrz znajduje się tekst. Przewodzące powierzchnie elektrod znajdują się od wewnątrz i są skierowane w stronę skóry uczestnika podczas nagrywania. Co ważne, należy obchodzić się z tymi kratkami ostrożnie. Nie dotykaj powierzchni przewodzących, nie składaj kratek, nie zginaj ich nadmiernie i unikaj ciągnięcia.

1. Testowanie

UWAGA: Przy ostrożnym obchodzeniu się z kratkami c mogą być ponownie użyte kilka razy. Aby zapewnić optymalne funkcjonowanie, przed kolejnym zapisem sprawdź, czy wszystkie elektrody działają prawidłowo. Wykonaj tę samą procedurę dla nowych siatek, aby zidentyfikować potencjalne problemy (np. z powodu problemów w procesie produkcyjnym) przed rozpoczęciem nagrywania. Istnieje kilka opcji szybkiego sprawdzenia, czy nie ma problemów (np. pęknięta elektroda).

1. Opcja 1: Multimetr.
   1. Ustaw multimetr do pomiaru rezystancji.
   2. Podłącz jeden pin multimetru do elektrody, a drugi pin do odpowiedniego styku na końcu złącza.
   3. Sprawdź, czy można zmierzyć niską rezystancję (<10 kΩ) dla każdej elektrody.
2. Opcja 2: Żel elektrodowy
   1. Użyj żelu do elektrod, aby zmostkować wszystkie elektrody. Upewnij się, że między elektrodami nie ma żadnych przerw.
   2. Podłącz siatkę do złącza amplifier. Aby zobaczyć sygnał, przymocuj siatkę po stronie z elektrodami odniesienia i uziemiającymi zgodnie z używanym układem złączy.
   3. Użyj kontroli impedancji amplifier. Sprawdź impedancję elektrody odniesienia i wszystkich ośmiu elektrod rejestrujących (w sumie 10 elektrod minus elektroda masowa i elektroda odniesienia); wszystkie muszą mieć niską impedancję (<10 kΩ). Następnie zetrzyj żel.
3. Opcja 3: Woda
   UWAGA: Z tej opcji należy korzystać ostrożnie, aby nie spowodować uszkodzenia sprzętu przez wodę.
   1. Zanurz wszystkie elektrody w szklance wody, ale upewnij się, że ogon siatki jest suchy. Alternatywnie umieść siatkę c w płytce wypełnionej wodą (elektrodami skierowanymi w stronę płytki).
   2. Podłącz siatkę do złącza amplifier.
   3. Użyj kontroli impedancji amplifier. Sprawdź impedancję elektrody odniesienia i wszystkich ośmiu elektrod rejestrujących (w sumie 10 elektrod minus elektroda masowa i elektroda odniesienia); wszystkie muszą mieć niską impedancję (<10 kΩ). Następnie osusz c-siatkę chusteczką.

2. Przygotowanie uczestnika

UWAGA: Aby uzyskać wysokiej jakości nagrania, uczestnik powinien mieć czyste i suche włosy, nie powinien używać żadnych produktów do włosów (np. produktów do stylizacji) ani produktów do pielęgnacji skóry i nie powinien nosić makijażu. Jeśli to możliwe, uczestnicy powinni umyć włosy bezpośrednio przed nagraniem łagodnym i neutralnym szamponem, a także umyć okolice uszu. Poproś uczestników, aby wskazali ci, czy któryś z etapów przygotowawczych jest dla nich niewygodny.

1. Aby przygotować uczestnika, eksperymentator potrzebuje dostępu do obszaru za uchem i wokół niego. W przypadku uczestników z dłuższymi włosami użyj spinek do włosów, aby uzyskać łatwiejszy dostęp.
2. Umieść siatkę w kształcie litery C wokół ucha uczestnika, aby zobaczyć, jak pasuje. Dodatkowo sprawdź, czy można go umieścić wokół ucha bez dotykania ucha. Upewnij się, że nie dotyka tylnej części ucha ani płatka ucha, ponieważ po pewnym czasie może to być niewygodne. To wstępne dopasowanie daje również wskazówkę co do obszaru, który zostanie pokryty, a zatem należy go oczyścić.
   UWAGA: Te kratki są dostępne w jednym rozmiarze i nie pasują do wszystkich rozmiarów uszu. W przypadku większych uszu odetnij trochę plastiku wokół elektrod po wewnętrznej stronie C za pomocą małych nożyczek. Zwróć szczególną uwagę, aby nie przeciąć elektrod ani ścieżki przewodzącej.
3. Nałóż niewielką kroplę żelu do elektrod ściernych na chusteczkę. Użyj żelu, aby oczyścić skórę wokół ucha uczestnika z pewnym naciskiem, ale upewnij się, że pozostaje ona wygodna dla uczestnika. Upewnij się, że obficie wyczyściłeś cały obszar, który zostanie pokryty.
4. Zanurz chusteczkę w alkoholu i oczyść nią obszar za uchem.
5. Osusz czyszczony obszar czystym ręcznikiem.
6. Aby uzyskać wyższy poziom komfortu, opcjonalnie umieść mały kawałek taśmy z tyłu ucha.
7. Powtórz wszystkie powyższe kroki (kroki 2.1-2.5) dla drugiego ucha.

3. Przygotowanie i montaż kratek

UWAGA: Istnieją różne sposoby mocowania siatki c za pomocą taśmy dwustronnej. Przedstawione są tutaj dwie opcje: naklejki w kształcie litery C (dostarczone przez producenta), które pokrywają całą powierzchnię oraz małe okrągłe naklejki, które umieszcza się pojedynczo wokół elektrod (np. podczas ponownego użycia).

1. Przyklej dwustronne naklejki samoprzylepne (w kształcie litery C lub pojedyncze naklejki) wokół każdej elektrody. Upewnij się, że naklejki nie zakrywają przewodzącej powierzchni elektrod.
2. Umieść małe krople (wielkości soczewicy) żelu elektrodowego na każdej elektrodzie. Unikaj używania zbyt dużej ilości żelu, ponieważ może to rozlać się na materiał klejący i zmniejszyć przyczepność do skóry. Zbyt duża ilość żelu może również tworzyć mostki między elektrodami.
3. Zdejmij pokrywę naklejki samoprzylepnej (naklejek). Ponownie nałóż żel na wypadek, gdyby został usunięty na tym etapie. Alternatywnie zdejmij pierwszą osłonę, a następnie nałóż żel; Wymaga to jednak bardzo pewnej ręki, aby żel nie rozlał się przypadkowo na klej.
4. Poproś uczestnika, aby trzymał włosy z dala od ucha, aby nie zasłaniały dopasowania. Odsuń włosy tak bardzo, jak to możliwe, aby naklejki dotykały bezpośrednio skóry. W zależności od linii włosów nie zawsze jest to możliwe (np. gdy włosy znajdują się bezpośrednio nad uchem).
5. Umieść siatkę wokół ucha, a gdy znajdzie się na miejscu, wciśnij ją w skórę. Upewnij się, że nie umieszczasz go zbyt blisko ucha, ponieważ może to stać się niewygodne dla uczestnika. Pozostaw trochę miejsca (od 1 mm do 2 mm) między siatką a tylną częścią ucha. Dodatkowo poproś uczestnika, aby nacisnął na elektrody.
6. Powtórz wszystkie powyższe kroki (kroki 3.1-3.5) dla drugiego ucha.
7. Usuń wszystkie spinki do włosów. W razie potrzeby ostrożnie umieść okulary lub paski masek na uszach.

4. Łączenie

1. Podłącz złącze do amplifier. Na tym etapie unikaj nadmiernego zginania lub ciągnięcia za kratkę c.
2. Podłącz styki do złącza. Upewnij się, że styki są podłączone po właściwej stronie. Upewnij się, że odsłonięte styki po wewnętrznej stronie siatki c są skierowane w stronę styków w złączu.
   UWAGA: Ważne jest, aby znać układ używanego złącza (w tym położenie uziemienia i elektrod odniesienia). W zależności od używanego systemu układ może się różnić. Aby utworzyć łącznik, odwiedź stronę https://uol.de/psychologie/abteilungen/ceegrid. Dzięki odpowiedniemu złączu, c-gridy można podłączyć do dowolnego wzmacniacza.
3. Aby utrzymać amplifier na miejscu, użyj opaski na głowę, na przykładample, aby przymocować go do głowy.
   UWAGA: Laboratorium w Oldenburgu używa wzmacniacza, który jest wbudowany w głośnik na szyi o nazwie nEEGlace. nEEGlace sprawia, że konfiguracja jest wygodniejsza i szybsza.

5. Sprawdź impedancję i dane

1. Podłącz wzmacniacz do smartfona (opcjonalnie: laptopa) przez Bluetooth.
2. Sprawdź impedancję elektrod za pomocą kontroli impedancji amplifier. Impedancja zwykle poprawia się z czasem (od 5 min do 10 min) i na początku nie musi być niższa niż 10 kΩ dla każdej elektrody. Nie próbuj umieszczać większej ilości żelu pod elektrodami o wysokiej impedancji.
3. Sprawdź sygnał EEG. Poproś uczestnika, aby zacisnął szczęki, mrugnął i zamknął oczy (ćwiczenie alfa). Obserwuj odpowiednie artefakty i aktywność alfa w sygnale. Upewnij się, że każda elektroda zapewnia dobry sygnał. Jeśli uzyskany sygnał EEG jest słaby, zdejmij siatkę, zetrzyj resztki żelu wokół ucha uczestnika i załóż nowy.
4. Rozpocznij nagrywanie.

6. Usuwanie i sprzątanie

1. Po zakończeniu zapisu danych odłącz telefon (lub laptopa) od amplifier. Odłącz siatki od amplifier i wyjmij amplifier od uczestnika. Delikatnie zdejmij kratki c z uczestnika. Upewnij się, że ani nie zginasz zbyt mocno kratki c, ani nie wyrywasz włosów uczestnika. Pozwól uczestnikom umyć się chusteczkami lub ręcznikiem.
2. Namocz kratki w wodzie na kilka minut. Można je całkowicie zanurzyć.
3. Ostrożnie odklej naklejki, aby uniknąć uszkodzenia. Spłucz pozostały żel. Wysuszyć kratki na powietrzu. Nie pocieraj przewodzącej powierzchni elektrod.
4. Przechowuj kratki C bezpiecznie w ciemnym i suchym miejscu.

Wyniki

Podczas stosowania tego protokołu, impedancja każdej elektrody jest zwykle poniżej 10 kΩ lub zbliża się do tej wartości kilka minut po umieszczeniu siatki (Rysunek 1), co wskazuje na dobry kontakt elektrody ze skórą. Warto zauważyć, że impedancja może się jeszcze poprawić w ciągu 2 godzin po zamontowaniu.

Rysunek 2 ilustruje różne nieprzetworzone sygnały EEG. Rysunek 2A ilustruje, jak wyglądają dane, gdy nie używa się żelu. Wymagany jest żel przewodzący, a siatka nie działa prawidłowo bez użycia żelu. Jeśli zostanie użyta zbyt duża ilość żelu, elektrody mogą zostać zmostkowane. Dane dla tego scenariusza są pokazane w Rysunek 2B. Zmostkowane elektrody pokazują dokładnie ten sam sygnał. Gdy przygotowanie i dopasowanie zostanie przeprowadzone ostrożnie, można oczekiwać wysokiej jakości danych, jak pokazano w Rysunek 2C.

Rysunek 3 ilustruje procedurę i dane z przykładowego paradygmatu potencjału związanego ze zdarzeniem (ERP) (dziwne zadanie) z jednym uczestnikiem. Rysunek 3A ilustruje paradygmat. W szczególności eksperymentator zagrał predefiniowaną sekwencję dwóch różnych nut na pianinie (środkowe C i środkowe G). Środkowe C było grane często (328 razy), a środkowe G rzadko (78 razy); Uczestnik musiał policzyć rzadkie notatki. Aplikacja AFEx o otwartym kodzie źródłowym zarejestrowała początki tonów, głośność (RMS) i zawartość widmową (PSD) dla wszystkich tonów. Aplikacja Record-A jednocześnie rejestrowała cechy akustyczne i EEG⁴. W analizach tony rzadkie i częste różnicowano na podstawie gęstości widmowej mocy (PSD; szczegóły patrz Hölle et al.¹⁹). Dane EEG były filtrowane górnoprzepustowo przy 0,1 Hz i dolnoprzepustowe filtrowane przy 25 Hz. Filtr przestrzenny został obliczony przy użyciu uogólnionej dekompozycji wektora własnego, która maksymalizuje sygnał zainteresowania²⁰. W Rysunek 3B,C, można zaobserwować wynikowy ERP z typowymi komponentami przetwarzania słuchowego, takimi jak N1 dla obu tonów i P3 dla rzadkiego tonu, który musiał być policzony. Wyniki te są zgodne z poprzednimi badaniami dziwacznymi zarówno z c-grids^{1, 3,} jak i z cap-EEG^21,22.

Rysunek 1: Przykład dobrej impedancji. Wszystkie wartości podane są w kiloomach (kΩ). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Ilustracja nieprzetworzonych sygnałów o różnych właściwościach. (A) Przykład danych z 10 s, gdy w ogóle nie stosuje się żelu elektrodowego. (B) Przykład 10 s danych, gdy elektrody są zmostkowane. (C) Przykład 10 s dobrych danych uzyskanych w laboratorium. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Wyniki paradygmatu potencjału związanego ze zdarzeniem (ERP) (dziwne zadanie) z jednym uczestnikiem. (A) Przegląd paradygmatu. Uczestnik wsłuchiwał się w sekwencję dźwięków granych na pianinie i musiał policzyć ten rzadki. Smartfon jednocześnie rejestrował EEG i funkcje akustyczne (B) ERP wszystkich kanałów c-grid. Skróty: REF = elektroda referencyjna; DRL = elektroda uziemiająca. (C) ERP oparty na filtrze przestrzennym wyświetlanym w lewym górnym rogu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dyskusja

Poniżej znajduje się protokół zapisów EEG ucha z siatkami c. Postępowanie zgodnie z krokami tego protokołu zapewnia wysoką jakość nagrań. W kolejnych akapitach dokonano porównania z cap-EEG, omówiono najbardziej krytyczne kroki w protokole wraz z niektórymi zaleceniami dotyczącymi najlepszych praktyk oraz omówiono niektóre modyfikacje.

Porównanie c-gridów z cap-EEG i dousznym EEG
C-grid umożliwia dyskretne rejestrowanie aktywności mózgu w codziennych warunkach życia i dobrze nadaje się do dłuższych nagrań. Ma kilka zalet w porównaniu z cap-EEG. Po pierwsze, ze względu na swoją wagę, wygodę i słabą widoczność, prawie nie ogranicza uczestników w ich codziennych czynnościach¹. Po drugie, można go nosić przez dłuższy czas - ponad 11 godzin w jednym badaniu⁶ - bez odpadania elektrod ^1,3,6, ponieważ są one uszczelnione naklejkami samoprzylepnymi. Z drugiej strony, siatka c obejmuje tylko ułamek powierzchni cap-EEG, a zatem nie może zastąpić cap-EEG do wszystkich celów. Jednak w przypadkach, gdy konieczne jest lekkie, dyskretne, szybkie w konfiguracji, minimalnie ograniczające rozwiązanie (np. w miejscu pracy), c-gridy mogą dostarczyć odpowiednich informacji neuronowych.

Porównanie wyników między uczestnikami jest potencjalnie trudniejsze w przypadku c-gridów w porównaniu z cap-EEG. W przypadku cap-EEG często stosuje się międzynarodowy system 10-20, aby ułatwić porównywanie wyników między badaniami i między uczestnikami o różnych rozmiarach głowy. W tym systemie elektrody są ustawione względem określonych anatomicznych punktów orientacyjnych (tj. nasion i inion od przodu do tyłu i uszu od lewej do prawej). W praktyce stosuje się różne rozmiary nasadek, aby uwzględnić różne rozmiary głowic, a tym samym przybliżyć optymalne ustawienie elektrody. C-grid nie może być łatwo zintegrowany z tym systemem z dwóch powodów. Po pierwsze, są one obecnie dostępne w jednym rozmiarze, a tym samym zajmują mniej lub więcej miejsca w zależności od rozmiaru głowy. Po drugie, kształt ucha wpływa na ułożenie kratek. Ogólnie rzecz biorąc, dwie najwyższe elektrody będą znajdować się bezpośrednio nad uchem, ale w zależności od kształtu ucha mogą być przechylone bardziej do przodu lub do tyłu. Nie znamy żadnego badania, w którym sprawdzanoby, czy te zmiany w położeniu elektrod są wystarczająco duże, aby miały znaczenie.

Innym podejściem do pomiaru EEG ucha jest umieszczenie elektrod wewnątrz ucha, na przykład w zewnętrznym przewodzie słuchowym lub małżowcu małżowinowym 23,24,25. Takie podejście zapewnia jeszcze mniejszą widoczność niż c-grid, ale prowadzi do rejestrowania sygnałów o niższych amplitudach ze względu na małe odległości między elektrodami²⁶.

Najważniejsze kroki
EEG w ogóle, a zwłaszcza mobilne EEG skoncentrowane na uchu, pozostaje technologią stanowiącą wyzwanie. W związku z tym staranne przygotowanie uczestnika i rozmieszczenie siatek jest niezbędne, aby zapewnić dobrą jakość danych w czasie. Przygotowanie rozpoczyna się od włosów i skóry uczestników. Włosy i skórę wokół ucha należy umyć i wysuszyć. Oprócz tego eksperymentator musi dokładnie oczyścić obszar wokół ucha żelem ściernym i alkoholem oraz upewnić się, że siatki są mocno przymocowane do naklejek samoprzylepnych. Kroki te są ważne i należy je wykonywać ostrożnie, aby zapewnić dobre przyleganie elektrody do skóry i niską impedancję przez dłuższy czas. Szczególnie czyszczenie skóry może zadecydować o udanym lub nieudanym nagraniu.

Jednak nawet przy odpowiedniej pielęgnacji impedancja dla poszczególnych elektrod może być nadal słaba bezpośrednio po umieszczeniu elektrod. Ogólnie rzecz biorąc, interfejs elektroda-skóra stabilizuje się z czasem i często obserwujemy, że impedancja spada w ciągu 5 minut do 15 minut. Jeśli jakość sygnału pozostaje słaba, zaleca się całkowite usunięcie siatek, wytarcie resztek żelu wokół ucha uczestnika i założenie nowego. Szybciej jest założyć nową niż wyczyścić i przygotować wcześniej usuniętą kratkę. Nie zaleca się dodawania żelu elektrodowego do poszczególnych elektrod po zamontowaniu siatki, ponieważ może to pogorszyć siłę przylegania naklejek, a nawet może prowadzić do mostkowania sąsiednich elektrod.

Po umieszczeniu siatki i gdy impedancja elektrod jest niska, można rozpocząć rejestrację danych. W przypadku dłuższych nagrań (>1 h) należy na początku przeprowadzić krótką kontrolę jakości danych. Na przykład w tym badaniu zilustrowano 3-minutowe zadanie słuchowe, które można szybko przeprowadzić i przeanalizować, aby zapewnić dobrą jakość sygnału.

W niektórych przypadkach nagrywanie z siatką c może w ogóle nie być możliwe, na przykład gdy siatka jest zbyt mała dla ucha (nawet po przycięciu) lub gdy linia włosów znajduje się zbyt blisko ucha, co oznacza, że siatka nie przylega do skóry. Jeśli siatka "unosi się" nad niektórymi włosami, naukowcy nie mogą oczekiwać wysokiej jakości danych.

Rozwiązywanie problemów
Zła impedancja i/lub sygnał
Aby uniknąć tych problemów, konieczne jest, aby skóra została dokładnie oczyszczona przed dopasowaniem. Dodatkowo należy upewnić się, że przed dopasowaniem przetestowano funkcjonalność każdej elektrody. Na przykład należy sprawdzić, czy siatka jest prawidłowo podłączona do złącza i czy każda elektroda ma mocny kontakt ze skórą, a następnie odczekać kilka minut, aż impedancja i sygnał ulegną poprawie. Aby dokładniej sprawdzić funkcjonalność po dopasowaniu, należy wcisnąć poszczególne elektrody i sprawdzić wynikowy sygnał. Jeśli odpowiedni sygnał każdej elektrody wykazuje odpowiedź, elektroda jest w zasadzie funkcjonalna. Jeśli wszystkie powyższe kroki nie pomogą, należy zdjąć siatkę, zetrzeć resztki żelu wokół ucha uczestnika i założyć nowy.

Sytuacje bez sygnału
Po pierwsze, należy upewnić się, że sieć jest prawidłowo podłączona do wzmacniacza, a także upewnić się, że złącze sieci nie jest odwrócone do góry nogami. Sygnał będzie słyszalny tylko wtedy, gdy elektrody masowe i odniesienia są połączone; To, czy masa i odniesienie będą po lewej, prawej czy po obu stronach, zależy od złącza.

Sygnał pogarsza się podczas nagrywania
Może istnieć kilka przyczyn tego problemu, którymi należy się zająć. Po pierwsze, niektóre elektrody mogły oderwać się od skóry. Może się to zdarzyć, gdy klej zostanie naruszony przez resztki żelu elektrodowego, przez włosy pod elektrodami lub z powodu zakłóceń ze strony uczestnika (np. drapanie wokół ucha lub regulacja okularów). Po drugie, mogą wystąpić problemy z połączeniem między siatką a wzmacniaczem (tj. siatka mogła zostać wyciągnięta ze wzmacniacza lub jej położenie mogło się przesunąć). Wreszcie, siatka mogła ulec uszkodzeniu podczas użytkowania. Może się to zdarzyć, jeśli ogon siatki c jest zbyt mocno wygięty.

Kanały pokazujące identyczne sygnały
W takim przypadku elektrody są zmostkowane. Należy zdjąć siatkę, zetrzeć resztki żelu wokół ucha uczestnika i założyć nową. Należy również upewnić się, że na każdej elektrodzie używa się tylko kropli żelu elektrodowego wielkości soczewicy, aby uniknąć mostkowania.

Uczestnicy zgłaszają, że umieszczenie jest niewygodne
Najczęstszą przyczyną zmniejszonego komfortu jest to, że siatka jest umieszczona zbyt blisko tylnej części ucha. Należy upewnić się, że między kratką c a tylną stroną ucha pozostało od 1 mm do 2 mm. Mały kawałek taśmy przymocowany za uchem pomaga zwiększyć komfort.

Modyfikacje metody
C-grid jest dostępny w jednym rozmiarze. Pozwala jednak na pewną elastyczność dotyczącą jego rozmiaru. Przecinając plastik po wewnętrznej stronie, rozmiar można zmniejszyć, aby pasował do większych uszu. Należy zwrócić szczególną uwagę, aby nie przeciąć elektrod ani ścieżek przewodzących.

W zależności od użytego wzmacniacza i scenariusza nagrywania, istnieją różne sposoby umieszczenia wzmacniacza na korpusie. Stała długość ogona siatki oraz fakt, że jest on skierowany poziomo z dala od ucha, ogranicza możliwe lokalizacje umieszczenia złącza wzmacniacza. Różni producenci dostarczają kable adapterów, które łączą sieć z określonym wzmacniaczem (mobilnym lub laboratoryjnym). Zaproponowano różne rozwiązania umiejscowienia wzmacniacza; Niektórzy badacze używają opaski^{na głowę 3}, podczas gdy inni integrują ją z nasadką Basecap²⁷. W przypadku krótszych eksperymentów odpowiedni jest pałąk. W przypadku dłuższych eksperymentów wzmacniacz można przykleić taśmą do ubrania⁶ lub korpusu², przechowywać w specjalnie wykonanych paskach, przykleić do słuchawek noszonych na szyi¹ lub przykleić do ochraniacza szyi powszechnie używanego w kolarstwie górskim. Opracowaliśmy prototyp, który łączy w sobie głośnik szyjkowy (do prezentacji bodźców słuchowych) z mobilnym wzmacniaczem EEG i złączami do c-grid (instrukcję budowy można znaleźć tutaj: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). Z powodzeniem zastosowaliśmy to podejście w niedawnym badaniu (w przygotowaniu), w którym rejestrowaliśmy EEG ucha przez 4 godziny, podczas gdy uczestnicy pracowali w biurze.

Przyszłe zastosowania
C-grid jest obiecującym narzędziem do długoterminowych nagrań w życiu codziennym. Na przykład można go użyć do zbadania przetwarzania dźwięku w życiu codziennym¹. Dzięki długoterminowym zapisom można również badać okołodobowe zmiany w funkcjach poznawczych i słuchowych^28,29. Do celów diagnostycznych siatka może być wykorzystywana do długoterminowego monitorowania napadów padaczkowych², oceny stopnia zaawansowania snu⁶ lub do pomiaru uwagi aparatów słuchowych ^7,11.

Konkluzja
Protokół ten kompleksowo wyposaża badaczy do eksperymentowania z tymi c-gridami w laboratorium i poza nim. Jeśli naukowcy zastosują się do tego protokołu i dokładnie wykonają kroki, w tym najważniejsze, takie jak czyszczenie skóry i dopasowanie siatki c, mogą spodziewać się wysokiej jakości danych do swoich eksperymentów EEG ucha.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Żel ścierny: Abralyt HiCl	easycap GmbH, Niemcy
Aplikacja AFEx	Uniwersytet w Oldenburgu, Niemcy		za przykładową rejestrację danych, open-source: https://zenodo.org/record/5814670#.Y0AavXZByUk
Alcohol	Carl Roth GmbH + Co. KG, Niemcy		70% izopropanol, 30% woda destylowana
c-grid: cEEGrid	TSMI, Oldenzaal, Holandia
Łącznik cEEGrid	Uniwersytet w Oldenburgu, Niemcy		do budowy kostiumów
: Smarting	mBrainTrain, Serbia
Matlab	Firma MathWorks, Inc., USA		używana do analizy danych i tworzenia figur Taśma
medyczna: Leukosilk	BSN medical GmbH, Niemcy
mobilny wzmacniacz EEG: Smarting MOBI	mBrainTrain, Serbia
Multimetr	PeakTech Prü f- und Messtechnik GmbH, Niemcy		opcjonalne urządzenie do sprawdzania funkcjonalności elektrod
nEEGlace	University of Oldenburg, Niemcy		Kostium głośnika na szyję ze zintegrowanym wzmacniaczem EEG (Smarting, mBrainTrain, Serbia) i złączami cEEGrid
Chusteczki papierowe	-
Record-a app	Uniwersytet w Oldenburgu, Niemcy		do naszego przykładowego nagrywania danych, open-source: https://github.com/NeuropsyOL/Pocketable-Labs
Smartfon: Google Pixel 3a	Google LLC, Stany Zjednoczone
Yahama Digital Piano P-35	Hamamatsu, Japonia		za przykładowy zapis danych