Potencjalna akwizycja danych związanych ze zdarzeniami o wysokiej gęstości w neuronauce kognitywnej

Potencjały związane ze zdarzeniami o wysokiej gęstości (ERP) pozwalają na śledzenie szybkiej dynamiki czasowej funkcjonującego ludzkiego mózgu. Aby uzyskać dane ERP o dużej gęstości, nasadka elektrody jest najpierw umieszczana na głowie uczestnika, a lokalizacje elektrod są digitalizowane w celu uwzględnienia zmienności i kształtu głowy u różnych badanych. Impedancje elektrod są następnie redukowane poprzez wstrzykiwanie żelu do każdej elektrody.

Dane są pozyskiwane podczas prezentowania uczestnikowi bodźców wizualnych. Po zakończeniu nagrywania nasadka elektrody jest dokładnie czyszczona. Pozyskane dane służą do badania przestrzennej i czasowej dynamiki aktywności mózgu związanej z danym procesem poznawczym.

Cześć, nazywam się Scott Slotnik i pracuję w Laboratorium Pamięci i Percepcji na Wydziale Psychologii Boston College. Dzisiaj pokażemy Ci protokół do potencjalnego pozyskiwania danych związanych ze zdarzeniami o dużej gęstości. Używamy tej procedury w naszym laboratorium do badania czasoprzestrzennej dynamiki aktywności mózgu podczas zapamiętywania elementów wizualnych.

Więc zacznijmy. Potencjały związane ze zdarzeniami lub ERP zapewniają metodę uchwycenia przestrzennej dynamiki czasowej funkcji ludzkiego mózgu z doskonałą rozdzielczością czasową. Dane są zwykle mierzone w ekranowanym pomieszczeniu, co minimalizuje zakłócenia sygnału neuronowego, który jest odbierany przez elektrody.

Każda elektroda łączy się ze wzmacniaczem, który z kolei łączy się z komputerem akwizycji danych znajdującym się na zewnątrz ekranowanego pomieszczenia. Do prezentacji bodźców używany jest osobny komputer ze względu na możliwe zakłócenia sygnału neuronowego. Tylko niezbędne elementy zasilane powinny być umieszczone w ekranowanej komorze, takie jak wyświetlacz bodźca i klawiatura odpowiedzi.

Podczas eksperymentów uczestnicy siedzą na wygodnym krześle z podłokietnikami i wysokością oparcia, która zapewnia podparcie ramion w celu zminimalizowania artefaktów mięśni szyi. Zacznijmy od zobaczenia, jak założyć nasadkę elektrody. Elektrody uczestnika są osadzone w nasadce ze spandexu, co znacznie skraca czas aplikacji, aby ustawić elektrodę nasadki zgodnie z systemem dziesięciu pięciu elektrod podczas nakładania nasadki, upewnij się, że ma symetrię w lewo w prawo z elektrodami linii środkowej umieszczonymi nad linią środkową głowy.

Upewnij się również, że najbardziej tylne dolne elektrody znajdują się nad granicą szyi czaszki, aby uniknąć artefaktu mięśni szyi. Po założeniu nasadki przymocuj boczne paski za pomocą paska podbródkowego lub specjalnie wykonanego paska na poziomie talii, aby poprawić boczny kontakt elektrody z głową. Zastosuj elektrody przylegające do oczu, aby umożliwić późniejsze usunięcie artefaktów ruchu gałek ocznych lub mrugania, aby rozwiązać problem zmienności w rozmieszczeniu elektrod i kształcie głowy u badanych: lokalizacje elektrod są mierzone dla każdego uczestnika za pomocą digitizera polyus fast track.

Digitizer zawiera nadajnik, trzy odbiorniki, które montuje się na nasadce oraz rysik do rejestrowania każdej lokalizacji elektrody z założoną nasadką i zakończoną digitalizacją elektrod. Przejdźmy do redukcji impedancji elektrody, siedząc wygodnie w fotelu nagrywającym. Niektórzy uczestnicy uważają, że jest to wygodniejsze, gdy złożony ręcznik jest lekko wsunięty między ramiona a oparcie krzesła.

Teraz podłącz nasadkę wieloelektrodową do amplifiers. Następnie impedancja każdej elektrody musi zostać zmniejszona tak, aby spadła poniżej około pięciu kiloomów. Osiąga się to w naszym laboratorium poprzez pomiar impedancji w czasie rzeczywistym za pomocą oprogramowania do skanowania neuros scan, przy użyciu sterylnej strzykawki i igły z końcówką do wstrzykiwania żelu przewodzącego do każdego otworu elektrody.

Istnieje wiele technik, które mogą przyspieszyć proces redukcji impedancji, który jest najbardziej czasochłonnym aspektem nagrywania wielokanałowego. Zaczynając od elektrody uziemiającej lub referencyjnej, użyj dominującej ręki, aby wykonać kilka kółek strzykawką, opierając się o głowę. Aby przesunąć włosy znajdujące się między nimi, należy pamiętać, aby nie naciskać strzykawki na głowę uczestnika.

Proces aplikacji żelu nigdy nie powinien powodować dyskomfortu u uczestnika. Następnie, lekko naciskając elektrodę ręką niedominującą, wstrzyknij niewielką ilość żelu w skórę głowy, a następnie odciągnij strzykawkę, kontynuując wstrzykiwanie. Utworzenie żelowego mostka między skórą głowy a żelem elektrodowym, który wystaje z otworu elektrody, należy zetrzeć chusteczką i w tym miejscu wyrzucić.

Jeśli impedancja pierwszego zestawu elektrod pozostaje wysoka, żel należy ponownie nałożyć na elektrody uziemiające i referencyjne, ponieważ żel zwykle z czasem staje się bardziej przewodzący. Jedną ze strategii jest wstrzykiwanie żelu do elektrod w kwadrancie skóry głowy, takiej jak prawa tylna skóra głowy, aż wszystkie impedancje zaczną się zmniejszać. Następnie wstrzyknij żel do elektrod w następnej ćwiartce, aż wszystkie impedancje zaczną się zmniejszać, a następnie przejdź przez ćwiartki.

Ponowne wstrzykiwanie żelu do elektrod o najwyższej impedancji. W niektórych przypadkach żel przewodzący połączy się z sąsiednimi elektrodami tak, że impedancje zostaną połączone. Zmniejsza to rozdzielczość przestrzenną, ale zwykle nie stanowi większego problemu, ponieważ istnieje duża liczba elektrod o zmniejszonej impedancji.

Zobaczmy, jak rejestrować dane przed rozpoczęciem sesji nagrywania. Zachęć uczestnika do przyjęcia wygodnej, zrelaksowanej pozycji i pozostania w bezruchu. Zminimalizuje to artefakty mięśniowe i ruchowe.

Gdy uczestnik poczuje się komfortowo, przekaż mu klawiaturę odpowiedzi i usuń lub wyłącz wszystkie zbędne urządzenia w pobliżu uczestnika, takie jak światła, aby umożliwić późniejszą analizę związaną z wydarzeniem. Początek każdego zdarzenia bodźcowego musi być sygnalizowany lub wyzwalany przez komputer bodźca i przechowywany wraz z danymi elektrofizjologicznymi. Wysyłamy impulsy wyzwalające przy każdym początku bodźca przez port równoległy za pośrednictwem programów ePrime, które obejmują niestandardową inicjalizację portu w linii i skrypty wyzwalające, które są swobodnie dostępne.

Te wyzwalacze są odbierane i przechowywane przez oprogramowanie skanujące. Podczas rejestrowania danych elektrofizjologicznych należy użyć standardowego filtra górnoprzepustowego, aby usunąć składowe o bardzo niskiej częstotliwości, takie jak prąd stały, które są nieistotne dla przejściowej odpowiedzi neuronalnej. W środowiskach o bardzo małych zakłóceniach filtr dolnoprzepustowy z bardzo wysokim odcięciem częstotliwości, takim jak 200 Hz, może być stosowany w środowiskach o wyższym poziomie zakłóceń elektromagnetycznych otoczenia.

Można zastosować filtr dolnoprzepustowy z odcięciem około 80 Hz i filtrem wycinającym 60 Hz, dzięki czemu odpowiedź jest zdominowana przez sygnał neuronowy. Zobaczmy teraz, jak wyczyścić nasadkę. Po zakończeniu sesji nasadka wieloelektrodowa musi zostać dokładnie oczyszczona i zdezynfekowana natychmiast po zakończeniu nagrywania.

Zacznij od namoczenia nasadki w ciepłej wodzie przez pięć do 10 minut, a następnie przepłukaj każdą elektrodę pod bieżącym strumieniem wody. Aby dokładnie usunąć cały żel przewodzący, użyj końca drewnianego wacika w sztyfcie, aby wyczyścić otwory w elektrodach. Następnie namocz nakrętkę w ciepłej kąpieli wodnej z mydłem, składającej się z czterech litrów wody i jednej do dwóch uncji mydła tarczowego przez 30 minut, aby upewnić się, że cały żel został usunięty, a następnie dokładnie spłucz nakrętkę wodą.

Aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego uczestników, nasadkę należy namoczyć po raz ostatni przez 1530 minut w mieszaninie środków do dezynfekcji wody, takiej jak cztery części, woda na jedną część i jaź, a następnie dokładnie spłukać ponownie wodą podczas wieszania nasadki do wyschnięcia. Powinien być umieszczony symetrycznie i bez naprężeń, ponieważ może zachować pewien stopień swojej pozycji suszenia, co może zmniejszyć łatwość późniejszej redukcji impedancji. Na koniec przyjrzyjmy się kilku reprezentatywnym wynikom.

Teraz pokażemy kilka reprezentatywnych wyników po pozyskaniu i analizie danych ERP. Topografia napięcia skóry głowy po lewej i prawej stronie odzwierciedla szybką reaktywację tematu rettino obszarów kory wzrokowej podczas dokładnej pamięci dla elementów wcześniej prezentowanych odpowiednio w prawym i lewym polu widzenia. Właśnie pokazałem, jak pozyskiwać dane ERP o dużej gęstości podczas korzystania z tej procedury.

Ważne jest, aby pamiętać, że komfort uczestników jest zawsze na pierwszym miejscu. Więc to wszystko. Dziękujemy za oglądanie i życzymy powodzenia w eksperymentach.