Potencjały związane ze zdarzeniami i zadanie Oddball

Biorąc pod uwagę przytłaczającą ilość informacji sensorycznych w naszym otoczeniu, mózg musi być w stanie nadać priorytet przetwarzaniu pewnych bodźców, aby poświęcać mniej wysiłku na to, co może nie być obecnie ważne, i zajmować się tym, co jest.

Każdego dnia człowiek jest narażony na wiele widoków i dźwięków, takich jak ludzie piszący w biurze lub obrazy na ekranie komputera.

Uwaga, jaką ktoś poświęca takim bodźcom, zależy częściowo od jego celów w danym momencie. Na przykład mogą celowo skupić się na monitorze, aby przejrzeć prezentację. Kiedy tak się dzieje, mózg ignoruje częste, nieistotne elementy – takie jak pisanie na klawiaturze przez współpracowników – i zamiast tego zajmuje się slajdami na ekranie.

Jest to przykład procesu zwanego uwagą odgórną, w którym mózg odfiltrowuje informacje niezwiązane z celem.

W przeciwieństwie do tego, uwaga oddolna ma do czynienia z unikalnymi, nieoczekiwanymi bodźcami, które mają zdolność przyciągania uwagi osoby, nawet jeśli nie są związane z celem.

Te rzadkie dźwięki lub widoki nazywane są dziwacznymi bodźcami i - ze względu na ich nowość - są traktowane priorytetowo przez mózg do przetwarzania, ponieważ mogą być ważne. Hałas w kuchni może oznaczać, że ktoś jest ranny lub że mogą być przekąski.

W odpowiedzi na tak ważne wydarzenia sensoryczne – awarię w kuchni – może zostać aktywowanych wiele neuronów w tym samym obszarze mózgu, co sprzyja propagacji sygnału elektrycznego.

Ta odpowiedź elektryczna może być mierzona na skórze głowy za pomocą elektrod za pomocą technik elektroencefalografii - w skrócie EEG - a uzyskany pomiar nazywa się potencjałem związanym ze zdarzeniem lub ERP.

W tym filmie przyjrzymy się ERP w dziwacznym paradygmacie, w którym badanym pokazuje się unikalne i powszechne bodźce wzrokowe. Pokażemy, jak przeprowadzić eksperyment EEG, przeanalizować dane ERP i zbadać, w jaki sposób naukowcy stosują tę technikę do badania innych aspektów uwagi.

W tym eksperymencie aktywność mózgu uczestników oglądających dwa rodzaje bodźców opartych na kształcie – wyjściowy i dziwaczny – jest mierzona za pomocą EEG, aby uzyskać wgląd w to, w jaki sposób mózg identyfikuje nieistotne informacje sensoryczne od ważnych.

Aby przygotować się do EEG, naukowcy umieszczają elektrody – już umieszczone w czepku – na uczestnikach. Skóra głowy w określonych lokalizacjach anatomicznych, dzięki czemu można rejestrować aktywność elektryczną w mózgu.

Dodatkowe elektrody są umieszczane wokół oczu, aby ocenić aktywność mięśni - które mogą powodować artefakty ruchu w danych EEG - oraz za uszami w miejscach wyrostka sutkowatego, które służą jako punkty odniesienia, w których gromadzone są informacje nieneuronalne.

Uczestnicy są następnie zapoznawani z dwoma rodzajami bodźców, które będą widzieć. W tym przypadku wizualizacje linii bazowej składają się z pojedynczego, czerwonego okręgu, podczas gdy dziwaczny obraz składa się z pojedynczego zielonego koła.

Uczestnicy są instruowani, aby zwracać uwagę na zielone kształty i proszeni są o naciśnięcie przycisku za każdym razem, gdy pojawi się on na ekranie.

Podczas zadania każde kółko pojawia się na 1 s na monitorze komputera. Po zniknięciu okręgu ekran pozostaje pusty przez 1 s, a następnie prezentowany jest następny obraz.

Sztuczka polega na tym, że uczestnikom pokazuje się zielone kółka sporadycznie – a znacznie rzadziej – między kilkoma sekwencyjnymi obrazami czerwonych. Ze 160 bodźców tylko 64 są zielone.

Chodzi o to, że te "nie na miejscu" obrazy docelowe przyciągną zarówno uwagę oddolną - ponieważ są rzadkie - jak i odgórną - ponieważ celem zadania jest wskazanie, kiedy te kształty się pojawią.

W rezultacie mózg będzie reagował na te potencjalnie ważne bodźce związane z celem, wytwarzając silne sygnały elektryczne.

Dane EEG są rejestrowane w sposób ciągły we wszystkich 160 badaniach. Następnie sekwencja jest powtarzana i wyświetlany jest drugi zestaw 160 obrazów, co zapewnia zebranie wystarczającej ilości informacji, aby odróżnić prawdziwą aktywność wywołaną przez dziwaków od szumu.

Następnie dane EEG są przetwarzane w celu wygenerowania przebiegów ERP dla każdego miejsca anatomicznego, nad którym umieszczana jest elektroda.

Opierając się na wcześniejszych badaniach, najbardziej krytyczne dane spodziewane są w pobliżu elektrody Wz, znajdującej się w środku skóry głowy w kierunku tyłu głowy, powyżej połączenia płatów ciemieniowych.

W szczególności przewiduje się, że jeden ze składników tych ciemieniowych ERP, zwany P300 - nazwany tak, ponieważ składa się z dodatniego piku w kształcie fali, który występuje około 300 ms po przedstawieniu bodźca sensorycznego - zostanie wzmocniony w odpowiedzi na zielone koła dziwaków.

Aby rozpocząć eksperyment, przywitaj się z uczestnikiem i upewnij się, że podpisał wszystkie odpowiednie formularze zgody. Potwierdź również, że nie używali żadnych produktów do włosów, takich jak pianka, które mogłyby zakłócać zapisy EEG.

Przed kontynuowaniem najpierw wymieszaj przewodzący żel elektrodowy, aby uwolnić pęcherzyki powietrza. Następnie użyj go do napełnienia strzykawki o pojemności 10 ml, która pomoże w nałożeniu tej substancji na układy elektrod w dalszej części protokołu.

Po przygotowaniu strzykawki należy dokładnie wyszczotkować włosy i skórę głowy uczestnika, a następnie oczyścić czubek głowy bawełnianą gazą nasączoną alkoholem.

Następnie w podobny sposób wysterylizuj skórę za uszami każdego z uczestników powyżej i poniżej lewego oka oraz w dalekich poziomych pozycjach obu oczu.

Następnie przyłóż jedną powierzchnię dwustronnego dysku samoprzylepnego do elektrody. Z drugiej strony nałóż żel na odsłoniętą elektrodę, a następnie przymocuj go do oczyszczonego obszaru nad lewym okiem. Powtórz ten proces w pozostałych wysterylizowanych pozycjach na twarzy.

Aby określić rozmiar czepka EEG, który ma być użyty, zmierz odległość od przodu głowy uczestnika - bezpośrednio między brwiami - do projekcji wewnętrznej czaszki, znajdującej się poniżej guza z tyłu głowy. Powyżej punktu środkowego oka zaznacz 10% zmierzonej odległości na czole.

Korzystając z pomiaru oko-wejście, wybierz nasadkę, która mieści się w standardowych zakresach obwodów i umieść ją tak, aby elektroda FPz - środkowa, najbardziej przednia - znajdowała się nad znakiem na czole. Następnie podłącz każdą z elektrod czołowych do odpowiedniego przewodu na nasadce.

Po wyjęciu strzykawki wypełnionej żelem poinformuj uczestnika, że będziesz wkładać tępą końcówkę do każdej elektrody. Teraz podnieś każdy z nich i zeskrob spodnie włosów na bok, uważając, aby nie uszkodzić skóry.

Następnie przystąp do wkładania żelu i powtórz ten proces dla pozostałych elektrod nasadkowych, aby upewnić się, że sygnały elektryczne zebrane na skórze głowy są prawidłowo przewodzone.

Następnie zabierz uczestnika do cichego pomieszczenia z ekranowaniem akustycznym i elektrycznym i podłącz całą nasadkę do systemu nagrywania.

Za pomocą odpowiedniego programu komputerowego sprawdź impedancje połączeń elektroda-skóra głowy. Jeśli impedancja jest wyższa niż 10 K? dla dowolnej elektrody - co może powodować szumy w śladach EEG - sprawdź, czy ma żel przewodzący i czy wszystkie leżące pod spodem włosy zostały usunięte.

Zauważ, że wszystkie wartości impedancji powinny być teraz poniżej 10 K².

Przygotowując się do zadania behawioralnego, poproś uczestnika, aby usiadł tak, aby znajdował się około 75 cm od monitora i daj mu pole odpowiedzi do trzymania. Podkreśl, że powinni naciskać przycisk pomiaru czasu tylko wtedy, gdy zauważą zielone kółko na ekranie.

Po tym, jak uczestnik zrozumie zadanie, uruchom system EEG. Pozwól im ukończyć 64 próby bodźców docelowych przeplatane 96 próbami kontrolnymi bez celu. Po wykonaniu 160 prób zainicjuj sekwencję, aby ją powtórzyć.

Po zebraniu wszystkich danych zaimportuj wyniki do programu analitycznego, aby rozpocząć przetwarzanie w trybie offline. Po pierwsze, wyizoluj tylko sygnały neuronowe, odnosząc informacje do uśrednionych wartości wyrostka sutkowatego.

Kontynuuj, dzieląc ciągłe zapisy EEG na epoki – sekcje rozpoczynające się 200 ms przed i kończące 1000 ms po wystąpieniu każdego bodźca, w tym przypadku zielone lub czerwone kółka.

Przejdź do linii bazowej, dostosuj te ramy czasowe, używając porcji, które występują 200 ms przed nadejściem bodźca.

Następnie, aby skorygować artefakty ruchu, wyeliminuj okresy, w których zmiana sygnału przekracza ?150 ? V zarejestrowano na każdej z elektrod – nie tylko na tej, która zbierała dane z interesującego nas miejsca anatomicznego.

Następnie, dla każdej elektrody, uśrednij dane EEG zebrane ze wszystkich podstawowych prób obrazowych, aby uzyskać przebieg ERP. Podobnie, uśrednij dane dla dziwacznych prób.

Aby przeanalizować dane, należy wyświetlić średnie ERP z lokalizacji rejestracji Pz zarówno dla zielonego kształtu docelowego, jak i czerwonego kształtu kontrolnego. W przypadku składowych ciemieniowych P300 należy ocenić amplitudę – wysokość składowej powyżej wartości podstawowej wynoszącej 0 ? V – i jego opóźnienie – jak długo pojawia się w ms po tym, jak uczestnik wyświetli okrąg.

Następnie, dla tych szczytowych amplitud i opóźnień, użyj testów F, aby określić, czy istnieje różnica między bodźcami wyjściowymi a dziwacznymi.

Zauważ, że w przypadku zielonych, dziwacznych kształtów, ślad osiągnął szczyt po około 350 ms po wystąpieniu bodźca, podczas gdy nie zaobserwowano piku P300, gdy uczestnik oglądał kontrolne czerwone kółka docelowe.

Podsumowując, dane te sugerują, że aktywność w płacie ciemieniowym wzrasta, gdy prezentowane są dziwne bodźce, odzwierciedlające procesy neuronalne, które identyfikują istotne dla zadania, istotne bodźce.

Teraz, gdy wiesz już, w jaki sposób naukowcy wykorzystują paradygmat wizualnego dziwactwa w przetwarzaniu informacji sensorycznych, przyjrzyjmy się, jak naukowcy stosują tę technikę do analizy ERP w innych obszarach.

Chociaż skupiliśmy się na ERP wytwarzanych przez zdrowe mózgi, niektórzy badacze używają paradygmatu dziwaka, aby zrozumieć, w jaki sposób wstrząsy mózgu – urazy wynikające z urazu głowy – wpływają na procesy poznawcze.

Na przykład istnieją dowody na to, że studenci, którzy doznali wstrząsu mózgu i którzy wykazują objawy takie jak zawroty głowy lub splątanie, wytwarzają znacznie niższe szczyty P300, gdy oglądają rzadki dziwaczny obraz, w porównaniu z nierannymi uczestnikami kontrolnymi.

Sugeruje to, że wstrząśnienie mózgu może negatywnie wpływać na to, jak mózg reaguje i przetwarza potencjalnie ważne informacje sensoryczne.

Inni badacze zastosowali modyfikację paradygmatu dziwaka – takiego, który obejmuje nieoczekiwane dźwięki, a nie obrazy – aby lepiej zrozumieć różnice między uwagą odgórną i oddolną.

Badając ERP wytwarzane przez dziwaczne tony, naukowcy ustalili, że pik P300 jest nie tylko wzmocniony przez rzadkie dźwięki, ale że ten komponent może składać się z dwóch podczęści: wczesnej części zwanej P3a i późniejszego elementu P3b.

Co ciekawe, te dwa szczyty obserwuje się w ERP uczestników, biorąc pod uwagę cel identyfikacji rzadkich bodźców dźwiękowych. Jednak tylko P3a występuje w kształtach fal uczestników, którym powiedziano, aby po prostu biernie słuchali dźwięków, a nie postawiono sobie za cel zidentyfikowania dziwnych dźwięków.

W związku z tym uważa się, że P3a radzi sobie z uwagą oddolną - i tym, jak mózg reaguje na nowe bodźce - podczas gdy P3b prawdopodobnie odzwierciedla uwagę odgórną i sposób, w jaki mózg poznawczo klasyfikuje cele.

Właśnie obejrzałeś film JoVE na temat wykorzystania paradygmatu dziwaka do badania przetwarzania bodźców sensorycznych - szczególnie w płacie ciemieniowym. Do tej pory powinieneś wiedzieć, jak projektować różne bodźce, rejestrować EEG, a także generować i analizować ERP. Powinieneś również rozumieć, w jaki sposób systemy ERP mogą zapewnić wgląd w procesy poznawcze i być wykorzystywane do lepszego zrozumienia niektórych urazów.

Dzięki za oglądanie!