W tym artykule przedstawiamy protokół pozyskiwania i rejestrowania sygnałów elektroencefalograficznych (EEG) od dzieci neuroróżnorodnych przed, w trakcie i po uczestnictwie w sesjach terapii z udziałem delfinów (DAT).
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
W tym artykule przedstawiamy protokół pozyskiwania i rejestrowania sygnałów elektroencefalograficznych (EEG) od dzieci neuroróżnorodnych przed, w trakcie i po uczestnictwie w sesjach terapii z udziałem delfinów (DAT).
Protokół ten szczegółowo opisuje podstawowe kroki pozyskiwania i rejestrowania sygnałów elektroencefalograficznych (EEG) u dzieci neuroróżnorodnych przed, w trakcie i po uczestnictwie w sesjach terapii wspomaganej delfinami (DAT). Jego głównym celem jest dostarczenie spójnych i wiarygodnych danych, które pozwolą na dokładną ocenę aktywności mózgu na różnych etapach procesu terapeutycznego. Protokół ustanawia jasne ramy do porównywania uzyskanych sygnałów EEG, zapewniając, że każde zapis spełnia standardy wymagane do skutecznej analizy i interpretacji. W tym celu stosuje się kompleksowe podejście, które łączy narzędzia elektroniczne i metody matematyczne, takie jak analiza widmowa mocy, w celu identyfikacji zmian w aktywności mózgu dzieci podczas interwencji. Ponadto zapewniona jest powtarzalność wyników, co sprzyja trafności i spójności badań naukowych związanych z terapią. Protokół ten, poprzez standaryzację pozyskiwania danych, ma na celu optymalizację wyników terapeutycznych i zapewnienie solidnej podstawy do porównania różnych badań nad wpływem DAT na neuroróżnorodność dziecięcą. Co więcej, stanowi solidny system dla przyszłych badań, ułatwiając obiektywną interpretację efektów terapii i ulepszając interwencje.
Różnice kulturowe między różnymi grupami ludzkimi w dużej mierze zależą od ich zdolności poznawczych. Podczas gdy niektóre osoby mogą dostosować się do tych norm kulturowych, inne często spotykają się z marginalizacją. Dlatego ważne jest, aby osoby te uczestniczyły w sesjach, które promują ich integrację ze społeczeństwem ludzkim1.
Dzieci z zaburzeniami neurorozwojowymi, takimi jak zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD) lub zaburzenia ze spektrum autyzmu (ASD), często wymagają połączenia terapii fizycznych i alternatywnych w celu kompleksowej i skutecznej rehabilitacji 2,3. Ważne jest, aby pamiętać, że oprócz terapii konwencjonalnych opracowano terapie alternatywne, aby holistycznie zająć się fizycznymi, emocjonalnymi i duchowymi aspektami pacjentów. Terapie te mają na celu uzupełnienie tradycyjnych podejść i promowanie pełniejszego powrotu do zdrowia 2,4. Terapie te, gdy są zalecane przez pracowników służby zdrowia, mogą służyć jako cenne uzupełnienie medycyny konwencjonalnej3.
Jedną z alternatywnych terapii, która cieszy się rosnącym zainteresowaniem społecznym ze względu na postępy w łagodzeniu bólu i poprawę umiejętności uczenia się u dzieci niepełnosprawnych, jest terapia wspomagana delfinami (DAT)5. Terapia ta wykorzystuje interakcję między ludźmi a delfinami, zazwyczaj delfinami butlonosymi w ciąży lub karmiącymi, w środowisku wodnym w celu poprawy jakości życia dzieci o różnych zdolnościach.
Obecnie DAT nie ma w pełni ustandaryzowanej metody, ponieważ zaobserwowano różnice w procesach stosowanych wobec pacjentów, terapeutów i/lub zaangażowanych specjalistów, czasie trwania i częstotliwości sesji, a także rodzaju delfina i jego treningu w celu osiągnięcia efektów terapeutycznych 6,7,8. Według Jette i wsp.9 standaryzacja tych terapii usprawnia gromadzenie danych do badań, ponieważ konsekwentne gromadzenie danych pozwala na badania porównawcze i opracowywanie nowych strategii terapeutycznych opartych na dowodach.
Brak ustandaryzowanego systemu gromadzenia danych w DAT komplikuje obiektywną ocenę jego efektów, ograniczając porównywalność wyników między badaniami. Pomimo rosnącej popularności DAT, ramy metodologiczne stosowane do monitorowania zmian zachodzących u pacjentów różnią się znacznie w zależności od instytucji i zespołu badawczego, co skutkuje niespójnymi, a nawet sprzecznymi wynikami10,11.
Ta zmienność wzbudziła obawy w społeczności naukowej, ponieważ nie ma wiarygodnych parametrów do pomiaru skuteczności terapeutycznej pod względem poprawy funkcji poznawczych, emocjonalnych lub behawioralnych u pacjentów12. Brak standardów wpływa również na rozwój rygorystycznych protokołów, co może prowadzić do stronniczych interpretacji wyników uzyskanych w różnych badaniach DAT.
Zmienność procedur akwizycji sygnału elektroencefalograficznego (EEG), takich jak rozmieszczenie elektrod, kalibracja sprzętu i warunki środowiskowe, może wprowadzać niespójności w wynikach, komplikując interpretację efektów terapeutycznych i porównania między badaniami13,14. Dlatego niezbędna jest standaryzacja procesu pozyskiwania danych dla sygnałów EEG w tych terapiach, aby uzyskać dokładniejsze i bardziej wiarygodne dane, przyczyniając się w ten sposób do optymalizacji praktyk terapeutycznych i dostarczając solidnych dowodów na skuteczność DAT.
Ustandaryzowany protokół sprzyja większej przejrzystości badań. Gdy stosowane są jednolite metody, dane i procedury mogą być udostępniane w sposób bardziej otwarty i skuteczny, co pozwala innym badaczom na weryfikację i walidację wyników. Jest to szczególnie ważne w nowych lub niedostatecznie zbadanych dziedzinach, w których naukowcy w dużym stopniu polegają na replikacji i walidacji wcześniejszych badań, aby pogłębić zrozumienie tego tematu15.
Ustandaryzowany system gromadzenia danych, w szczególności oparty na wykorzystaniu narzędzi neurofizjologicznych, takich jak elektroencefalografia, może dostarczyć dokładniejszych danych na temat wpływu DAT na aktywność mózgu pacjentów z neuroróżnorodnością. Chociaż EEG jest nieinwazyjną i szeroko stosowaną metodą badania aktywności mózgu, jej zastosowanie w monitorowaniu alternatywnych terapii pozostaje niespójne, co wpływa na wiarygodność i ważność uzyskanych danych16.
Terapie alternatywne, takie jak DAT, dają naukowcom możliwość zbadania wpływu leczenia na mózgi pacjentów poprzez analizę sygnałów mózgowych, takich jak EEG, w połączeniu z technikami matematycznymi i narzędziami sztucznej inteligencji w celu oceny skuteczności i efektywności różnych interwencji.
W związku z tym w niniejszym badaniu opisano proponowany protokół testowy mający na celu ocenę wyników leczenia w Meksyku u dzieci, u których zdiagnozowano zaburzenia neurorozwojowe, z uwzględnieniem DAT. Propozycja ta została starannie opracowana we współpracy z Delfiniti México, specjalistami w dziedzinie interakcji człowiek-delfin, koncentrując się nie tylko na pływaniu, ale także na interwencjach terapeutycznych za pośrednictwem delfinów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Metodologia zastosowana w niniejszych badaniach została zatwierdzona przez Komisję Etyki Narodowego Instytutu Politechnicznego w Meksyku zgodnie z Listem Zobowiązania do Poufności D/1477/2020. Dokument ten zatwierdza metodę pobierania próbek oraz etyczne traktowanie delfinów butlonosych przez zespół badawczy. Zapewniono odpowiedzialne wykorzystanie danych uczestników oraz uzyskano ich zgodę na wykorzystanie tych danych w eksperymentach. Przed pobraniem próbek i podłączeniem urządzeń uczestnikom szczegółowo wyjaśniono procedurę, informując ich o możliwości wycofania się z badania w przypadku braku zgody. Osoby, które zgodziły się na udział, podpisały pisemny formularz świadomej zgody. Ponadto uczestnicy zostali poinformowani o planowanych testach, jednak niektórzy z nich nie w pełni zrozumieli procedury przed wejściem do zbiornika z waleniami.
UWAGA: Niniejszy protokół opisuje szczegółowe kroki pozyskiwania i rejestrowania sygnałów elektroencefalograficznych (EEG) u dzieci neuroróżnorodnych przed, w trakcie i po udziale w sesjach Terapii z Asystą Delfinów (DAT). Protokół ten jest podzielony na osiem etapów.
1. Zgoda pacjenta
2. Przygotowanie środowiska
| Hydrofony | Częstotliwość próbkowania 96000 sps |
| Czułość hydrofonu 8103 25,41e-6; V/Pa | |
| Czułość przetwornika ładunku 2647A 0,001 V/pC | |
| Moduł ThinkGear ASIC 1 (TGAM1) | Częstotliwość próbkowania 512 sps |
| Bluetooth V3.0 | |
| Logitech C920 | Częstotliwość próbkowania 18 sps |
| Laptop z systemem Windows 11 | Model: Machenike T58-V |
| CPU: i7-10870H (2,2 GHz-5 GHz/ 8 rdzeni) | |
| GPU: NVIDIA Geforce RTX3060 Laptop GPU Dual Channel, do 32G | |
| Pamięć masowa: M.2 PCIE, dysk HDD 2,5" | |
| Ekran: 144Hz 15,6 cala FHD |
Tabela 1: Materiały wymagane do monitorowania terapii z delfinami (DAT). Tabela ta szczegółowo opisuje sprzęt niezbędny do akwizycji i zapisu sygnału EEG przed, w trakcie i po terapii DAT.
| Kalibracja sprzętu | |
| Słaby sygnał | Sygnał EEG rejestruje prądy elektryczne z aktywowanych neuronów w korze mózgowej, które są wykrywalne przez systemy EEG. Systemy te funkcjonują jako interfejsy mózg-komputer (BCI), wykorzystując elektrody powierzchniowe rozmieszczone zgodnie z międzynarodowym systemem pozycjonowania 10-20. ThinkGear TGAM1 jest nieinwazyjnym BCI, który rejestruje i analizuje sygnały neuronalne, osiągając poziom precyzji wynoszący 98%. Jest to możliwe dzięki uwzględnieniu integralności danych i odrzuceniu tych próbek, w których znacznik lub wskaźnik Poor Quality Value jest równy zeru. |
| Atrybuty aktywności fal mózgowych monitorowane przez sensor są kwantyfikowane za pomocą określonych wartości flag: płaskość sygnału (25), nadmiarowość sygnału (26), stosunek mocy (27) oraz wykrywanie odłączenia sensora od głowy (29). Możliwe jest jednoczesne wskazywanie wielu flag; na przykład wartość flagi 51 dla nieoptymalnej jakości sygnału oznacza niespełnienie zarówno kryterium płaskości, jak i nadmiarowości. Wartości flag zostały starannie dobrane w celu zapewnienia unikalności każdej możliwej kombinacji. Ponadto wartość flagi 200 wskazuje na stan, w którym sensor zarejestrował odłączenie od głowy przez czas trwający cztery sekundy. | |
| Surowy sygnał szeregu czasowego z częstotliwością próbkowania 512 Hz, co pozwala na próbkowanie do 256 Hz, umożliwiając tym samym rozdzielenie sygnałów na podstawowe pasma lub rytmy fal mózgowych, a także wyeliminowanie częstotliwości 60 Hz wynikającej z zakłóceń elektromagnetycznych z sieci prądu przemiennego za pomocą filtru notch 60 Hz, czyli filtra zaporowego. | |
| Połączenie Bluetooth | Aby połączyć czujnik TGAM1 z komputerem za pomocą Bluetooth, należy najpierw upewnić się, że czujnik jest włączony, a funkcja Bluetooth w komputerze została aktywowana. Parowanie czujnika przeprowadza się poprzez wyszukiwanie urządzeń w ustawieniach Bluetooth komputera, wybranie czujnika TGAM1 i wprowadzenie kodu parowania (zazwyczaj „0000” lub „1234”). Po sparowaniu należy uruchomić aplikację wykorzystującą czujnik, wybrać go jako urządzenie wejściowe i w razie potrzeby skonfigurować odpowiedni port COM. Połączenie należy przetestować, weryfikując transmisję danych w aplikacji; w przypadku problemów należy sprawdzić zasięg, zrestartować urządzenia lub zaktualizować sterowniki. |
Tabela 2: Kalibracja sprzętu. Tabela ta zawiera szczegółowy opis kalibracji elementów wykorzystanego sprzętu.
3. Bodziec przed-DAT

Rycina 1: Międzynarodowy system 10-20 rozmieszczania elektrod poza czaszką. Czujnik musi stykać się z punktem FP123. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Użycie urządzenia do elektroencefalografii. Na tym rysunku przedstawiono prawidłowy sposób rozmieszczenia urządzenia EEG. Aby wyświetlić ten rysunek w powiększeniu, kliknij tutaj.

Rycina 3: Pozyskiwanie i rejestracja sygnałów EEG przed DAT. Na tej rycinie przedstawiono proces pozyskiwania sygnałów EEG przed rozpoczęciem terapii. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
4. Bodziec DAT

Rysunek 4: Pozyskiwanie i rejestracja sygnałów EEG podczas DAT.Na tym rysunku przedstawiono proces pozyskiwania sygnałów EEG podczas terapii. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
5. Po stymulacji DAT

Rysunek 5: Pozyskiwanie i rejestracja sygnałów EEG po DAT. Na tym rysunku przedstawiono proces pozyskiwania sygnałów EEG po terapii. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
6. Pozyskiwanie danych EEG

Rycina 6: Przetwarzanie EEG. Przetwarzanie surowych danych EEG jest kontrolowane przez interfejs użytkownika, aby ułatwić intuicyjne zrozumienie w odniesieniu do cyklu percepcja-działanie. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 7: Zintegrowane środowisko programistyczne (IDE) dla sygnału EEG. System wyświetla dostępne zasoby komputera, w tym podłączone urządzenia, takie jak kamery internetowe i sprzęt do akwizycji EEG. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Rysunek 8: Okno konfiguracji systemu. Przedstawiono okno konfiguracji systemu, w którym ustawia się i dostosowuje urządzenia. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 9: Okno informacji o pacjencie. Przedstawiono okno informacji o pacjencie, służące do wprowadzania kluczowych danych, takich jak imię i nazwisko, diagnoza oraz parametry eksperymentu. Aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Rysunek 10: Rozpoczęcie próbkowania danych. Na tym rysunku przedstawiono inicjację akwizycji danych poprzez aktywację sekcji próbkowania EEG. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 11: Kompletna próbka pobrana od pacjenta. Rysunek przedstawia moment, w którym oprogramowanie zakończyło rejestrację próbek pacjenta. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
7. Analiza danych EEG

Rysunek 12: okno analizy danych. Na tym rysunku przedstawiono sekcję analizy głównego interfejsu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Rycina 13: Wyniki przetwarzania EEG. Wyniki wygenerowane przez system, przedstawiające surowe dane i przetworzone sygnały EEG (A), przetwarzanie sygnału za pomocą periodogramu FFT (B), spektrogram (C) oraz spektrogram filtrowany pasmowo (D). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
8. Komunikowanie wyników
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niniejsze badanie opisuje proces akwizycji i analizy sygnałów EEG za pomocą symulowanego interfejsu użytkownika (UI) w środowisku IDE, uzupełniony o zastosowanie znormalizowanej metody gromadzenia danych. Podejście to dostarcza ram odniesienia, które ułatwiają porównywalność między badaniami i zapewniają powtarzalność, umożliwiając innym badaczom replikację procedur i uzyskanie spójnych wyników w różnych kontekstach.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Terapia wspomagana delfinami (DAT) pojawiła się jako metoda terapeutyczna dla osób z autyzmem i rozwojem24,25. DAT oferuje uczestnikom wzbogacające życie, świeże doświadczenia, stymulując zainteresowanie i zaangażowanie sensoryczne w fascynującym tle25,26. Istnieje jednak kilka ograniczeń, które wpływają na interpretację skuteczności DAT, w tym wymagania dotyczące kontrolowanych projektów eksperymentalnyc...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ten artykuł jest wspierany przez Narodowy Instytut Politechniczny (Instituto Politécnico Nacional) w Meksyku w ramach projektu nr 20250776, przyznanego przez Sekretariat ds. Badań Naukowych i Studiów Podyplomowych (Secretaría de Investigación y Posgrado), Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (SECIHTI). Dodatkowo badania opisane w tej pracy zostały przeprowadzone w Centrum Badań Komputerowych (Centro de Investigación en Computación). Należy zauważyć, że badania te stanowią główną część pracy doktorskiej pt. Estandarización de la recolección de señales EEG de niños neurodivergentes durante Terapias Asistidas por Delfines, bajo el Paradigma de la Ciencia de Sistemas, popartej pracą Brendy Loreny Flores Hidalgo, praca kierowana przez dr Oswaldo Moralesa Matamorosa i dr Jesúsa Jaime Moreno Escobara. Ponadto wsparcie otrzymano w postaci stypendium przyznanego w ramach CVU 1145035 przez Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (SECIHTI).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Konwerter ładunku | Hottinger Brü el & Kjæ r | Czułość: 2647A: 0,001 V/pC Częstotliwość próbkowania: 512 sps | |
| Hydrofone (Hydrofon) | Hottinger Brü el & Kjæ r | 8103 | Częstotliwość próbkowania: 96000 sps Czułość: 8103 25.41e-6; V/PA |
| Laptop Windows11 | Machenike powiedział: | Machenike T58-V | procesor: i7-10870H (2,2 GHz-5 GHz / 8 rdzeni) Karta graficzna: NVIDIA Geforce RTX3060 Laptop GPU Dwukanałowy, do 32G Pamięć masowa: M.2 PCIE. 2,5-calowy ekran HDD : 144 Hz 15,6 cala FHD |
| Moduł ThinkGear ASIC 1 | Niebo NeuroNiebo | TGAM1 powiedział: | Bluetooth w wersji 3.0 |
| Kamerka internetowa | Logitech | Zobacz materiał C920 | Częstotliwość próbkowania18 sps |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.