Name: Badanie poznania społecznego u niemowląt i dorosłych za pomocą elektroencefalografii gęstej (dEEG) (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-06-27T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 48 s
Description: Poznaj metodę badania poznania społecznego u niemowląt i dorosłych za pomocą elektroencefalografii gęstej. Technika ta zapewnia wysoką rozdzielczość czasową i przestrzenną aktywności nerwowej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Producent Geodesic Sensor Net to firma Electrical Geodesics, Inc (EGI). W celu uzyskania informacji kontaktowych należy odwiedzić stronę <a href="http://www.egi.com/company">http://www.egi.com/company</a>.

1. Przygotowanie układu eksperymentalnego
<ol>
	<li>Przed przybyciem uczestnika do laboratorium należy upewnić się, że komponenty systemu Geodesic EEG System (GES) oraz komputer sterujący eksperymentem wraz z oprogramowaniem (Net Station) działają prawidłowo.</li>
	<li>Należy usunąć z pomieszczenia eksperymentalnego wszystkie zbędne przedmioty, które mogłyby rozpraszać uwagę.</li>
	<li>Pomieszczenie eksperymentalne należy przygotować zgodnie z konkretnym paradygmatem eksperymentalnym, który jest wdrażany. W tym przypadku stosuje się paradygmaty obejmujące zarówno zadania komputerowe realizowane za pomocą oprogramowania do prezentacji E-Prime, jak i różne paradygmaty interakcji rodzic-niemowlę oraz eksperymentator-niemowlę.</li>
	<li>Należy upewnić się, że kamery wideo są naładowane, a następnie ustawić je pod kątami optymalnymi dla aktualnej konfiguracji eksperymentalnej.</li>
</ol>
2. Wymiana informacji
<ol>
	<li>Po przybyciu uczestnika do laboratorium, należy opisać protokół aplikacji Geodesic Sensor Net i wyjaśnić przebieg eksperymentu.</li>
	<li>Po upewnieniu się, że uczestnik dobrze rozumie protokół eksperymentalny, należy dopilnować, aby on lub ona (lub opiekun prawny) podpisała formularz zgody przed przystąpieniem do eksperymentu.</li>
	<li>W badaniach EEG często przydatne jest uzyskanie od uczestnika określonych informacji, które mogą mieć wpływ na rejestrowaną aktywność elektryczną mózgu. Przykładowo, interesujące mogą być informacje o senności, ostatnim posiłku i ostatnim śnie. W laboratorium Haley takie informacje pozyskuje się poprzez wypełnienie zstandaryzowanych kwestionariuszy. Aby eksperyment przebiegał sprawnie, zaleca się obecność dwóch eksperymentatorów: jednego do przeprowadzenia kwestionariuszy oraz drugiego do wykonania przygotowań HCGSN opisanych poniżej.</li>
</ol>
3. Przygotowanie do zastosowania geodezyjnej sieci czujników HydroCel
<ol>
	<li>Przygotować roztwór elektrolitu HydroCel Saline z wody destylowanej, chlorku potasu i szamponu dla niemowląt, upewniając się, że mieszanina została dokładnie wymieszana do całkowitego rozpuszczenia chlorku potasu w roztworze.</li>
	<li>Za pomocą centymetra zmierzyć obwód głowy uczestnika, zapisując wynik w centymetrach.</li>
	<li>Pobrać odpowiednio dobrany rozmiar HCGSN, tzn. taki, którego zakres obwodów głowy obejmuje zmierzony obwód głowy uczestnika.</li>
	<li>Zanurzyć koniec czujnika HCGSN w roztworze elektrolitu i pozostawić do namoczenia na 5 minut, dbając o to, aby koniec z konektorem nie miał kontaktu z żadnymi cieczami. Zaleca się użycie minutnika lub stopera w celu zapewnienia dokładnego odmierzenia czasu.</li>
	<li>Uruchomić oprogramowanie Net Station na komputerze sterującym i rozpocząć sesję kontrolną eksperymentu, aby umożliwić wykonanie pomiarów zera i wzmocnienia przed podłączeniem konektora HCGSN i rozpoczęciem gromadzenia danych.</li>
</ol>
4.	Zakładanie geodezyjnej sieci sensorów HydroCel
Aby umożliwić poprawną i spójną analizę zebranych danych EEG, procedura zakładania siatki musi być ściśle zestandaryzowana. Standaryzację tę osiąga się poprzez dokonanie pomiarów głowy uczestnika (zgodnie z powyższym opisem), co zapewnia dokładne i powtarzalne rozmieszczenie elektrod u każdego uczestnika. Jeśli optymalne ułożenie siatki nie zostanie osiągnięte w pierwszej próbie, należy ją zdjąć i założyć ponownie.
<ol>
	<li>Oczekując na zakończenie namaczania siatki sensorów w roztworze elektrolitu, wprowadź uczestnika do pomieszczenia eksperymentalnego i poproś go lub ją o zajęcie miejsca na krześle. Krzesło nie powinno posiadać kółek, aby uniknąć niepożądanych ruchów podczas zakładania siatki sensorów. W przypadku uczestnika będącego niemowlęciem, poproś opiekuna o zajęcie miejsca na krześle z niemowlęciem siedzącym prosto na kolanach, przy czym opiekun powinien trzymać dziecko za talię w taki sposób, aby cała głowa niemowlęcia była dostępna, a samo dziecko pozostawało w bezruchu.</li>
	<li>Za pomocą taśmy mierniczej i markeru do porcelany zlokalizuj i zaznacz vertex, wykonując następujące pomiary: 
		<ol class="lalpha">
			<li>Od ucha do ucha przez szczyt głowy</li>
			<li>Od nasion do inion przez szczyt głowy</li>
		</ol>
	Vertex można zidentyfikować jako punkt, w którym te dwa pomiary się przecinają.</li>
	<li>Wyjmij siatkę sensorów z wiadra z elektrolitem i połóż ją na czystym, suchym ręczniku. Delikatnie osusz siatkę sensorów ręcznikiem, aby usunąć nadmiar roztworu elektrolitu.</li>
	<li>Przekaż końcówkę z konektorem HCGSN uczestnikowi lub drugiemu eksperymentatorowi, aby trzymał ją podczas zakładania siatki.</li>
	<li>Podnieś HCGSN, wkładając obie dłonie do wnętrza siatki. Trzymaj siatkę tak, aby kciuki były mocno (ale delikatnie) dociśnięte po obu stronach centralnej, najbardziej przedniej elektrody, a małe palce były mocno dociśnięte do opaski łączącej najbardziej tylny rząd elektrod. Uważaj, aby nie nadmiernie rozciągnąć siatki. Pozostałe sześć palców powinno luźno spoczywać wewnątrz siatki, aby jej środkowa część zwisała swobodnie.</li>
	<li>Kucnij lub uklęknij tak, aby Twoje oczy znajdowały się na wysokości oczu uczestnika.</li>
	<li>Naciągnij siatkę sensorów na głowę uczestnika, przesuwając ją od tyłu do przodu. Przy zakładaniu siatki sensorów niemowlęciu często przydatna jest obecność drugiego eksperymentatora, który będzie odwracał uwagę dziecka i minimalizował ruchy głowy.</li>
	<li>Opuszkami palców delikatnie pociągnij za opaskę siatki i dopasuj ją tak, aby elektroda vertex znajdowała się w punkcie vertex wcześniej zaznaczonym markerem do porcelany. Zaciśnij paski przy uszach i pod brodą. Sprawdź położenie punktów orientacyjnych anatomii oraz symetrię siatki, aby upewnić się, że jest ona odpowiednio ułożona, i wprowadź niezbędne korekty.</li>
</ol>
5. Pomiar impedancji elektrod
EEG jest mierzone jako różnica potencjałów (napięcie) pomiędzy punktem odniesienia a punktem pomiarowym. Wysoka impedancja na styku skóry głowy i elektrody powoduje spadek mierzonego napięcia, tłumienie amplitudy sygnału oraz zwiększenie poziomu szumów. Choć w niektórych badaniach filtrowanie po akwizycji (np. w konwencjonalnych badaniach ERP) pozwala usunąć te szumy, wysoka impedancja zazwyczaj obniża wierność pozyskanych danych EEG. Dlatego ważne jest upewnienie się, że impedancje mieszczą się w dopuszczalnych specyfikacjach przed rozpoczęciem rejestracji danych EEG.
<ol>
	<li>Włóż końcówkę złącza HCGSN do kabla interfejsu i przekręć dźwignię, aby zablokować go w miejscu. Włącz kamerę.</li>
	<li>W pomieszczeniu sterowniczym otwórz nową sesję w programie Net Station, wprowadź dane uczestnika i kliknij Begin Session. Ponieważ sygnały wideo i dEEG są zsynchronizowane, na ekranie powinien pojawić się podgląd wideo na żywo z pomieszczenia eksperymentalnego.</li>
	<li>Wybierz menu rozwijane Panels, otwórz Impedance i kliknij przycisk Measure. Na ekranie pojawi się montaż matrycy czujników HCGSN. Przeciągnij okno na krawędź ekranu, aby wyświetliło się na monitorze w pomieszczeniu eksperymentalnym.</li>
	<li>Za pomocą jednorazowej pipety odsuń włosy uczestnika tak, aby każda elektroda przylegała bezpośrednio do skóry głowy.</li>
	<li>Monitoruj okno pomiaru impedancji wyświetlające montaż HCGSN na monitorze. Czujniki, które nie mają dobrego kontaktu ze skórą głowy, będą wyświetlane na czerwono. Zanotuj numery tych czujników elektrod. Użyj pipety i niewielkiej ilości wcześniej przygotowanego roztworu elektrolitu, aby poprawić impedancję tych czujników. Elektrody w montażu zmienią kolor na zielony w miarę poprawy ich impedancji.</li>
	<li>Gdy impedancje będą satysfakcjonujące (tzn. gdy wszystkie elektrody w montażu będą zielone), kliknij przycisk Save &amp; Close w oknie pomiaru impedancji w pomieszczeniu sterowniczym.</li>
	<li>W programie Net Station otwórz Dense Waveform Display. Przejrzyj przebiegi fal i odnotuj wszystkie kanały, które wykazują szum o wysokiej amplitudzie wynikający ze słabego kontaktu ze skórą głowy.</li>
</ol>
6.	Wykonywanie pomiarów bazowych
Przed rozpoczęciem paradygmatu eksperymentalnego należy wykonać pomiary bazowe dEEG w celu zarejestrowania elektrycznej aktywności mózgu uczestnika w stanie spoczynku. Rejestracja bazowa w stanie spoczynku jest istotna w badaniach ciągłych dEEG, ponieważ aktywność elektryczna mózgu charakteryzuje się wysokim stopniem zmienności między poszczególnymi uczestnikami. W konsekwencji większość badań ciągłych dEEG musi wykorzystywać wewnątrzobiektowy schemat eksperymentalny, analizując różnice między każdym warunkiem eksperymentalnym a fazą bazową przed eksperymentem. W przypadku badań EEG potencjałów wywołanych faza bazowa może nie być konieczna.
<ol>
	<li>Pozostaw uczestnika samotnie w pomieszczeniu eksperymentalnym i poinstruuj go, aby siedział spokojnie i ograniczył ruchy. W przypadku uczestników będących niemowlętami, rodzic/opiekun powinien pozostać w pomieszczeniu, a niemowlę powinno spokojnie siedzieć na jego kolanach. W laboratorium Haley odtwarzany jest film pt. Baby Mozart, będący połączeniem audiowizualnym muzyki klasycznej i kolorowych ruchomych wzorów, aby zapewnić spokój i bezruch niemowląt. Chociaż interaktywna faza bazowa nie zawsze jest idealna, może ona służyć jako faza przedbazowa w celu uspokojenia niemowlęcia przed wykonaniem pomiarów bazowych.</li>
	<li>W programie Net Station kliknij przycisk Record, aby rozpocząć rejestrację obrazu wideo oraz danych przebiegów falowych. W oknie Dense Waveform Display można wprowadzać markery zdarzeń, aby powiązać zdarzenia behawioralne z aktywnością elektryczną w trakcie całego eksperymentu. Wprowadź marker zdarzenia „baseline” w wyświetlaczu przebiegów falowych.</li>
	<li>Rejestruj pomiary bazowe przez ustandaryzowany okres czasu. W laboratorium Haley standardowa faza bazowa trwa 2 minuty.</li>
</ol>
7. Przeprowadzenie eksperymentu
W badaniach dEEG niezbędna jest obecność co najmniej dwóch eksperymentatorów przez cały czas trwania badania. Jeden eksperymentator będzie odpowiedzialny za interakcję z uczestnikiem i realizację paradygmatu behawioralnego, natomiast drugi będzie monitorował Dense Waveform Display.
<ol>
	<li>Wdrożyć paradygmat doświadczalny.</li>
	<li>Przez cały czas trwania eksperymentu monitorować gęsty wyświetlacz przebiegów (Dense Waveform Display), aby ustalić, czy w którychkolwiek kanałach występują zwiększone poziomy szumów. Wzrost szumu może odzwierciedlać wzrost impedancji. Akceptowalne poziomy impedancji można przywrócić, stosując większą ilość roztworu elektrolitu. Należy to zrobić podczas przerwy w protokole doświadczalnym.</li>
</ol>
8. Debriefing uczestnika
<ol>
	<li>Po zakończeniu eksperymentu ostrożnie poluzuj i zdejmij HCGSN z głowy uczestnika. Przepłucz, zdezynfekuj i osusz siatkę.</li>
	<li>Podaj uczestnikowi ręcznik, aby mógł wytrzeć nadmiar roztworu elektrolitu.</li>
	<li>Przekaż uczestnikowi pozostałe kwestionariusze, które muszą zostać wypełnione.</li>
</ol>
9. Analiza
To samo oprogramowanie EGI, którego użyto do pozyskania danych dEEG, służy również do ich analizy, co zapewnia płynne i łatwe przejście z etapu gromadzenia danych do ich analizy. Ponieważ HCGSN rejestruje również szumy elektryczne pochodzące z otoczenia, dane muszą zostać najpierw przefiltrowane i oczyszczone przed analizą. Wszystkie niezbędne narzędzia są zawarte w programie Net Station.
<ol>
	<li>W programie Net Station kliknij i otwórz panel Waveform Tools. Przepuść plik z pozyskanymi danymi przez narzędzia do filtrowania i detekcji artefaktów po ustawieniu żądanych parametrów. Narzędzie do detekcji artefaktów identyfikuje skoki wynikające z mrugania lub ruchów gałek ocznych oraz wykrywa uszkodzone kanały. W wielu przypadkach konieczna może być dodatkowa ręczna edycja i usuwanie artefaktów (szczególnie podczas pracy z populacją niemowląt, w której nie można kontrolować mrugania i ruchów oczu).</li>
	<li>Przeprowadź segmentację danych, aby oddzielić poszczególne warunki eksperymentalne na podstawie wstawionych markerów zdarzeń.</li>
	<li>Zastosuj dowolną wybraną analizę. W laboratorium Haley stosuje się analizę częstotliwościową, aby zbadać, jak charakterystyczne częstotliwości aktywności mózgu różnią się między warunkami eksperymentalnymi i między różnymi obszarami mózgu. Spadek mocy fali może odzwierciedlać zwiększoną aktywność neuronów w danym obszarze.</li>
</ol>
10. Dane reprezentatywne
<img src="/files/ftp_upload/2759/2759fig1.jpg" alt="Wykres szeregów czasowych EEG; analiza elektroencefalograficzna danych z fazy bazowej, demonstracji i przypominania." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Surowe przebiegi EEG pokazujące fluktuacje zarejestrowanego napięcia (μv) w czasie (s), dla pojedynczej elektrody (elektroda 30). Przebiegi reprezentują dane zebrane podczas pierwszych 1000ms każdej z 3 faz eksperymentalnych: bazowej, demonstracji oraz natychmiastowego przypominania.
<img src="/files/ftp_upload/2759/2759fig2.jpg" alt="Porównanie map ciepła aktywności mózgu; dane EEG, linia bazowa, prezentacja, natychmiastowe przypomnienie, analiza." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2. Surowe dane zebrane z całej skóry głowy (montaż 128 elektrod) podczas trzech faz eksperymentalnych (linia bazowa, prezentacja, natychmiastowe przypomnienie) u uczestniczącego niemowlęcia. Dane przedstawiono w formie mapy topograficznej, która ilustruje różnice w powierzchniowej aktywności elektrycznej mózgu (μv) w różnych obszarach mózgu i fazach eksperymentalnych zadania z marionetką.

<ol><li>Willis, W. G., Weiler, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+substrates+of+childhood+attention-deficit+%2F+hyperactivity+disorder%3A+Electroencephalographic+and+Magnetic+Resonance+Imaging+evidence%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Neuropsychology%22%5BJournal%5D)">Neural substrates of childhood attention-deficit / hyperactivity disorder: Electroencephalographic and Magnetic Resonance Imaging evidence.</a> Developmental Neuropsychology. 27, 135-182 (2005).</li>
<li>Yang, L., Liu, Z., He, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EEG-fMRI+reciprocal+functional+neuroimaging%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">EEG-fMRI reciprocal functional neuroimaging.</a> Clinical Neurophysiology. 121, 1240-1250 (2010).</li>
<li>Dale, M. P., Halgren, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemperal+mapping+of+brain+activity+by+integration+of+multiple+imaging+modalities.+Current+Opinion+in+Neurobiology%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Spatiotemperal mapping of brain activity by integration of multiple imaging modalities. Current Opinion in Neurobiology.</a> 11, 202-208 (2001).</li>
<li>Sperli, F., Spinelli, L., Seeck, M., Kurian, M., Michel, C. M., Lantz, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EEG+source+imaging+in+pediatric+epilepsy+surgery%3A+A+new+perspective+in+presurgical+workup%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">EEG source imaging in pediatric epilepsy surgery: A new perspective in presurgical workup.</a> Epilepsia. 47, 1-10 (2006).</li>
<li>Holmes, M. D., Quiring, J., Tucker, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+that+juvenile+myoclonic+epilepsy+is+a+disorder+of+frontotemporal+corticothalamic+networks%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Evidence that juvenile myoclonic epilepsy is a disorder of frontotemporal corticothalamic networks.</a> NeuroImage. 49, 80-93 (2010).</li>
<li>Holmes, M. D., Tucker, D. M., Quiring, J. M., Hakimian, S., Miller, J. W., Ojemann, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparing+Noninvasive+dense+array+and+intracranial+electroencephalography+for+the+localization+of+seizures%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Comparing Noninvasive dense array and intracranial electroencephalography for the localization of seizures.</a> Neurosurgery. 66, 1-10 (2010).</li>
<li>Muthukumaraswamy, S. D., Johnson, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+rolandic+mu+rhythm+during+observation+of+a+precision+grip%5BTitle%5D)+AND+%22Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">Changes in rolandic mu rhythm during observation of a precision grip.</a> Psychophysiology. 41, 152-156 (2004).</li>
<li>Muthukumaraswamy, S. D., Johnson, B. W., McNair, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mu+rhythm+modulation+during+observation+of+an+object-directed+grasp%5BTitle%5D)+AND+%22Cognitive+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Mu rhythm modulation during observation of an object-directed grasp.</a> Cognitive Brain Research. 19, 195-201 (2004).</li>
<li>Arbel, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Error+processing+by+individuals+with+specific+language+impairment%3A+An+ERP+study%5BTitle%5D)+AND+%22Dissertation+Abstracts+International%3A+Section+B%3A+The+Sciences+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Error processing by individuals with specific language impairment: An ERP study.</a> Dissertation Abstracts International: Section B: The Sciences and Engineering. 67, 3095-3095 (2006).</li>
<li>Lepage, J., Théoret, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EEG+evidence+for+the+presence+of+an+action+observation-execution+matching+system+in+children%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">EEG evidence for the presence of an action observation-execution matching system in children.</a> European Journal of Neuroscience. 23, 2505-2510 (2006).</li>
<li>Sokhadze, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Event-related+potential+study+of+novelty+processing+abnormalities+in+autism%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Psychphysiology+and+Biofeedback%22%5BJournal%5D)">Event-related potential study of novelty processing abnormalities in autism.</a> Applied Psychphysiology and Biofeedback. 34, 37-51 (2009).</li>
<li>Nyström, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+infant+mirror+neuron+system+studied+with+high+density+EEG%5BTitle%5D)+AND+%22Social+Neuroscience.+Special+Issue%3A+The+Mirror+Neuron+System%22%5BJournal%5D)">The infant mirror neuron system studied with high density EEG.</a> Social Neuroscience. Special Issue: The Mirror Neuron System. , 3-3 (2008).</li>
<li>Bernier, R., Dawson, G., Webb, S., Murias, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EEG+mu+rhythm+and+imitation+impairments+in+individuals+with+autism+spectrum+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+and+Cognition%22%5BJournal%5D)">EEG mu rhythm and imitation impairments in individuals with autism spectrum disorder.</a> Brain and Cognition. 64, 228-237 (2007).</li>
<li>Brodbeck, V., Lascano, A. M., Spinelli, L., Seeck, M., Michel, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+EEG+source+imaging+of+epileptic+spikes+in+patients+with+large+brain+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Accuracy of EEG source imaging of epileptic spikes in patients with large brain lesions.</a> Clinical Neurophysiology. 120, 679-685 (2009).</li>
<li>Ramon, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Power+spectral+density+changes+and+language+lateralization+during+covert+object+naming+tasks+measured+with+high-density+EEG+recordings%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsy+and+Behaviour%22%5BJournal%5D)">Power spectral density changes and language lateralization during covert object naming tasks measured with high-density EEG recordings.</a> Epilepsy and Behaviour. 14, 54-59 (2009).</li>
</ol>

Brak zadeklarowanych konfliktów interesów.

Geodezyjna sieć czujników Hydrocel od firmy EGI stanowi nieinwazyjną i łatwą w zastosowaniu metodę pozyskiwania danych dEEG zarówno od dorosłych, jak i niemowląt. Technologia ta łączy wysoką rozdzielczość czasową i przestrzenną ze zwiększoną mobilnością, co czyni ją idealną do zastosowania w złożonych paradygmatach behawioralnych w celu badania aktywności poznawczej, która może objawiać się jedynie subtelnymi zmianami w aktywności elektrycznej. Biorąc pod uwagę rosnące zainteresowanie badaniem rozwoju poznawczego niemowląt oraz względny niedobór technik obrazowania mózgu odpowiednich dla tej grupy populacyjnej, zastosowanie HCGSN prawdopodobnie wzrośnie, co pozwoli nam na głębsze zrozumienie procesów poznawczych u niemowląt.

badanie poznania społecznego u niemowląt i dorosłych z wykorzystaniem gęstego układu elektrod elektroencefalografii (deeg)

Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography (dEEG)

Elektroencefalografia z gęstym układem elektrod (dEEG), która stanowi nieinwazyjne narzędzie pomiaru aktywności mózgu i oferuje rozdzielczość czasową nieosiągalną dla żadnej innej obecnie dostępnej technologii obrazowania mózgu1,2, jest coraz częściej wykorzystywana w badaniach nad funkcjonowaniem poznawczym w sferze społecznej u niemowląt i dorosłych. Choć dEEG umożliwia badaczom analizę wzorców aktywności mózgu z niespotykaną dotąd czułością, konwencjonalne systemy rejestracji EEG nadal napotykają pewne ograniczenia, do których należą: 1) słaba rozdzielczość przestrzenna i lokalizacja źródła3,4, 2) dyskomfort fizyczny badanych wynikający z konieczności indywidualnego przykładania licznych elektrod do powierzchni skóry głowy oraz 3) trudność dla badaczy związana z koniecznością opanowania wielu pakietów oprogramowania do gromadzenia i przetwarzania danych. Przedstawiamy tutaj przegląd ugruntowanej metodologii, która stanowi znaczącą poprawę w stosunku do konwencjonalnych metod badania EEG u niemowląt i dorosłych. Mimo że do wyznaczania pośrednich wskaźników lokalizacji źródła w celu poprawy rozdzielczości przestrzennej dEEG można stosować kilka analitycznych technik programowych, HydroCel Geodesic Sensor Net (HCGSN) firmy Electrical Geodesics, Inc. (EGI) – gęsty układ czujników utrzymujący równe odległości między sąsiednimi elektrodami rejestrującymi na wszystkich powierzchniach skóry głowy – dodatkowo zwiększa rozdzielczość przestrzenną4,5,6 w porównaniu ze standardowymi systemami dEEG. Oparty na gąbkach system HCGSN może być szybko aplikowany bez konieczności ścierania naskórka, co czyni go idealnym do stosowania u dorosłych7,8, dzieci9,10,11 i niemowląt12, zarówno w warunkach badawczych, jak i klinicznych4,5,6,13,14,15. Cecha ta pozwala na znaczną oszczędność kosztów i czasu dzięki skróceniu średniego czasu zakładania siatki w porównaniu z innymi systemami dEEG. Co więcej, HCGSN obejmuje zunifikowane, zintegrowane aplikacje programowe dla wszystkich etapów pracy z danymi, co znacznie upraszcza gromadzenie, przetwarzanie i analizę danych dEEG.
HCGSN posiada elektrodę o niskim profilu, która po napełnieniu roztworem elektrolitu tworzy szczelne mikrośrodowisko i interfejs między elektrodą a skórą głowy. We wszystkich systemach Geodesic dEEG czujniki EEG wykrywają zmiany napięcia pochodzące ze skóry głowy uczestnika, wraz z niewielką ilością szumów elektrycznych pochodzących z otoczenia pomieszczenia. Sygnały elektryczne ze wszystkich czujników sieci Geodesic są odbierane jednocześnie przez wzmacniacz, w którym są automatycznie przetwarzane, pakowane i przesyłane do komputera do akwizycji danych (DAC). Po odebraniu przez DAC, aktywność elektryczną skóry głowy można odizolować od artefaktów w celu analizy, korzystając z narzędzi filtrowania i detekcji artefaktów zawartych w oprogramowaniu EGI. Zazwyczaj z HCGSN można korzystać w sposób ciągły tylko do dwóch godzin, ponieważ roztwór elektrolitu z czasem wysycha, co stopniowo pogarsza jakość interfejsu między skórą głowy a elektrodą.
W Laboratorium Badań nad Relacją Rodzic-Niemowlę na Uniwersytecie w Toronto wykorzystujemy dEEG do badania procesów poznawczych związanych z interakcjami społecznymi, w tym pamięci, emocji, celów, intencjonalności, antycypacji oraz funkcji wykonawczych u uczestników dorosłych i niemowląt.

Elektroencefalografia z gęstą macierzą elektrod jest coraz częściej wykorzystywana do badania funkcji poznawczych w sferze społecznej u niemowląt i dorosłych. Przedstawiamy tutaj uznaną metodologię, która stanowi znaczące udoskonalenie konwencjonalnych metod badania EEG u niemowląt i dorosłych.

Badanie poznania społecznego u niemowląt i dorosłych z wykorzystaniem gęstego układu elektrod elektroencefalografii (dEEG)

Elektroencefalografia o gęstym rozmieszczeniu elektrod (dEEG), która stanowi nieinwazyjny sposób pomiaru aktywności mózgu i zapewnia rozdzielczość czasową nieprześcignioną przez żadną...

Ogólnym celem tego filmu jest zaprezentowanie protokołu badania poznania społecznego u niemowląt lub dorosłych z wykorzystaniem gęstego układu elektrod w elektroencefalografii. Cel ten zostaje osiągnięty poprzez przygotowanie konfiguracji eksperymentalnej do gromadzenia danych oraz przygotowanie hydrocelowej siatki czujników do aplikacji. W drugim etapie aplikowana jest geodezyjna hydrocelowa siatka czujników, a następnie mierzone są impedancje elektrod.Następnie wykonuje się kolejne pomiary bazowe i przeprowadza eksperyment. Ostatnim krokiem procedury jest analiza danych. W rezultacie, dzięki analizie aktywności elektrycznej powierzchni skóry głowy z wysoką rozdzielczością czasową, można uzyskać wyniki wykazujące wyraźną aktywność neuronalną powiązaną z procesami poznawczymi o charakterze społecznym.Cześć, nazywam się Kemi i jestem asystentką badawczą w laboratorium psychobiologii rozwoju rodziców i niemowląt dr. Davida Haleya. Dzisiaj wraz z Joanną zaprezentujemy protokół tego badania. Cześć, jestem Joanna.Tę metodę można wykorzystać do odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu neuronauki rozwojowej, takie jak sposób, w jaki mózg wykorzystuje funkcje poznawcze do przetwarzania bodźców społecznych. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami obrazowania mózgu oraz konwencjonalnymi systemami EEG jest wysoka rozdzielczość czasowa, ulepszona rozdzielczość przestrzenna oraz łatwość aplikacji siatki sensorów. Cześć, jestem David Haley.Używamy systemu EEG do badania aktywności mózgu rodziców i niemowląt podczas zadań społecznych i poznawczych. Przed przybyciem uczestnika do laboratorium należy upewnić się, że komputer sterujący eksperymentem, oprogramowanie stacji sieciowej oraz komponenty systemu EEG geodesic działają prawidłowo. Należy również usunąć z pomieszczenia eksperymentalnego wszystkie niepotrzebne i potencjalnie rozpraszające przedmioty. Pomieszczenie należy przygotować zgodnie z wdrażanym paradygmatem eksperymentalnym.Mogą one obejmować zarówno zadania komputerowe, jak i różnorodne paradygmaty interakcji między rodzicem a niemowlęciem oraz eksperymentalne paradygmaty interakcji z niemowlęciem. Jak zostanie pokazane w tym filmie, należy upewnić się, że kamery wideo są naładowane, a następnie ustawić je pod kątami optymalnymi dla aktualnej konfiguracji eksperymentalnej. Po przybyciu uczestnika do laboratorium należy opisać protokół aplikacji sieci czujników GDS oraz wyjaśnić mu lub jej szczegóły eksperymentu.Należy upewnić się, że uczestnik lub jego opiekun prawny dobrze rozumie protokół eksperymentalny, a następnie uzyskać pisemną i świadomą zgodę przed przystąpieniem do eksperymentu. W przypadku badań EEG często przydatne jest pozyskanie od uczestnika pewnych informacji, które mogą mieć wpływ na rejestrowaną elektryczną aktywność mózgu. Takie informacje można uzyskać poprzez przeprowadzenie standaryzowanych kwestionariuszy, co pozwoli na sprawny przebieg eksperymentu.Zaleca się obecność dwóch eksperymentatorów: jednego do przeprowadzania ankiet oraz drugiego do przygotowania sieci czujników geoge w komórce wodnej, zgodnie z opisem w następnej sekcji niniejszego protokołu. Aby rozpocząć, należy przygotować roztwór elektrolitu solnego do komórki wodnej, składający się z jednego litra wody destylowanej, 11 g chlorku potasu i pięciu ml szamponu dla niemowląt, dbając o dokładne mieszanie aż do całkowitego rozpuszczenia chlorku potasu w roztworze. Następnie, za pomocą taśmy mierniczej, należy zmierzyć obwód głowy uczestnika.Po zapisaniu pomiaru w centymetrach, należy pobrać odpowiednio dobraną pod względem rozmiaru geodesiczną siatkę sensorów hydrocell. Wybierz rozmiar obejmujący zakres obwodów głowy, w który mieści się pomiar uczestnika. Zanurz koniec z sensorami siatki w przygotowanym roztworze elektrolitu i pozostaw do namoczenia na pięć minut.Należy upewnić się, że końcówka złącza nie styka się z cieczą. Zaleca się użycie minutnika lub stoperaw celu zagwarantowania dokładnego odmierzania czasu. Teraz należy uruchomić oprogramowanie stacji sieciowej na komputerze sterującym i rozpocząć sesję kontrolną eksperymentu.Przed podłączeniem konektora sieci czujników i rozpoczęciem zbierania danych należy przeprowadzić pomiary zera oraz wzmocnienia. W czasie, gdy sieć czujników namacza się w elektrolicie, należy wprowadzić uczestnika do pomieszczenia eksperymentalnego i poprosić go o zajęcie miejsca na stabilnym krześle bez kółek. W przypadku uczestników będących niemowlętami, opiekun powinien usiąść na krześle, trzymając niemowlę w pozycji pionowej na kolanach, w taki sposób, aby cała głowa dziecka była dostępna. Za pomocą taśmy mierniczej i markera chińskiego należy zmierzyć odległość od ucha do ucha górą przez czubek głowy i zaznaczyć punkt środkowy.Następnie należy zmierzyć odległość od NA do inion przez górną część głowy. Ponownie zaznaczamy punkt środkowy. Vertex można zidentyfikować jako punkt przecięcia się środków tych dwóch pomiarów.Po zakończeniu namaczania należy wyjąć siatkę z czujnikami z roztworu elektrolitu i położyć ją na czystym, suchym ręczniku. Delikatnie osusz siatkę z czujnikami za pomocą ręcznika, aby usunąć nadmiar roztworu elektrolitu. Następnie przekaż koniec z łącznikiem siatki drugiemu eksperymentatorowi, aby trzymał go podczas nakładania siatki.Teraz podnieś siatkę z sensorami, wkładając obie dłonie do wnętrza siatki. Trzymaj siatkę w taki sposób, aby kciuki mocno, lecz delikatnie opierały się po obu stronach najbardziej centralnej przedniej elektrody, a małe palce były mocno dociśnięte do opaski łączącej najbardziej tylny rząd elektrod. Należy uważać, aby nie nadmiernie rozciągnąć siatki.Pozostałe sześć palców powinno pozostawać luźno wewnątrz siatki, aby jej środkowa część mogła swobodnie opadać; kucając lub klękając, aby znajdować się na wysokości oczu uczestnika, naciągnij siatkę z czujnikami na głowę uczestnika od tyłu do przodu. Podczas zakładania siatki z czujnikami niemowlęciu często pomocna jest obecność dodatkowego eksperymentatora. Aby odwrócić uwagę niemowlęcia i zminimalizować jego ruchy, delikatnie pociągnij opuszkami palców za opaskę siatki i wyreguluj ją tak, aby elektroda wierzchołkowa spoczywała na punkcie vertex zaznaczonym markerem permanentnym.Zaciśnij paski za uszami i podbródkiem, a następnie sprawdź położenie punktów anatomicznych, aby upewnić się, że siatka jest prawidłowo rozmieszczona, i wprowadź ewentualne korekty. Przed rozpoczęciem eksperymentu behawioralnego należy zmierzyć impedancję elektrod. Podłącz końcówkę złącza siatki sensorów do kabla interfejsu.Obróć dźwignię, aby zablokować ją w miejscu, i włącz kamerę. Następnie w pokoju kontrolnym otwórz nową sesję w oprogramowaniu stacji sieciowej. Wprowadź dane uczestnika i kliknij rozpocznij sesję.Ponieważ sygnały wideo i EEG są zsynchronizowane, na ekranie powinien pojawić się obraz z kamery w czasie rzeczywistym z pomieszczenia eksperymentalnego. Teraz należy wybrać menu rozwijane panelu, otworzyć zakładkę impedancji i kliknąć przycisk pomiaru. Na ekranie pojawi się montaż siatki sensorów hydro cell go dsic.Przeciągnij to okno do krawędzi ekranu, aby wyświetliło się na monitorze w pomieszczeniu eksperymentalnym. Upewnij się, że każda elektroda przylega bezpośrednio do skóry głowy uczestnika. Sprawdź okno pomiaru impedancji, na którym wyświetlany jest montaż matrycy na monitorze.Czujniki, które nie mają dobrego kontaktu ze skórą głowy, będą wyświetlać się na czerwono. Zanotuj numery tych czujników elektrod. Następnie za pomocą pipety nanieś niewielką ilość wcześniej przygotowanego roztworu elektrolitu, aby poprawić impedancję tych czujników.Elektrody na montażu zmienią kolor na zielony w miarę poprawy ich impedancji, gdy osiągną one satysfakcjonujący poziom. Dla wszystkich elektrod kliknij przycisk zapisu i zamknięcia w oknie pomiaru impedancji w sterowni. Teraz w stacji sieciowej otwórz gęsty wyświetlacz przebiegów.Przewiń przebieg sygnału i zwróć uwagę na kanały wykazujące szum o wysokiej amplitudzie wynikający ze słabego kontaktu ze skórą głowy. Wróć do pomieszczenia badawczego i skoryguj ułożenie wszystkich szumiących elektrod tak, aby miały bezpośredni kontakt ze skórą głowy. Może być konieczne zastosowanie większej ilości roztworu elektrolitu.Rejestracje spoczynkowe poziomu bazowego są istotne w badaniach EEG z wykorzystaniem gęstych macierzy elektrod, ponieważ aktywność elektryczna mózgu wykazuje wysoki stopień zmienności między uczestnikami. Dlatego przed rozpoczęciem paradygmatu eksperymentalnego, w przypadku niemowląt należy wykonać kilka rejestracji EEG spoczynkowej aktywności elektrycznej mózgu uczestnika. Rodzic lub opiekun powinien pozostać w pomieszczeniu, podczas gdy niemowlę siedzi spokojnie na jego kolanach.Aby zapewnić spokój i bezruch niemowląt podczas tej fazy bazowej, można odtworzyć film, taki jak Baby Mozart. Baby Mozart to audiowizualne połączenie muzyki klasycznej i kolorowych, ruchomych wzorów, które mogą być wyświetlane na monitorze w pomieszczeniu eksperymentalnym. Następnie w stacji sieciowej należy kliknąć przycisk nagrywania, aby rozpocząć rejestrację wideo i danych przebiegu fal; na gęstym wyświetlaczu przebiegów fal można wprowadzać znaczniki zdarzeń, aby powiązać zdarzenia behawioralne z aktywnością elektryczną w trakcie całego eksperymentu.Wstaw marker zdarzenia bazowego na zapisie wyświetlania przebiegu fali dla ustandaryzowanego okresu czasu wynoszącego około dwóch minut. W badaniach EEG z gęstą siatką elektrod niezbędna jest obecność co najmniej dwóch eksperymentatorów przez cały czas trwania badania. Jeden z eksperymentatorów będzie odpowiedzialny za interakcję z uczestnikiem i realizację paradygmatu behawioralnego.Drugi eksperymentator pozostanie w pomieszczeniu kontrolnym i będzie odpowiedzialny za monitorowanie przekazu wideo oraz wstawianie markerów zdarzeń na wyświetlaczu gęstej fali w momencie wystąpienia istotnego zdarzenia. Teraz należy rozpocząć eksperyment behawioralny z wykorzystaniem paradygmatu interakcji twarzą w twarz dla niemowlęcia. W tym przypadku wdrożono paradygmat naśladownictwa, w którym eksperymentator prezentuje niemowlęciu szereg odrębnych działań za pomocą pacynki królika.Należy monitorować gęsty wyświetlacz przebiegów falowych przez cały czas trwania eksperymentu, aby ustalić, czy w którymkolwiek z kanałów występują zwiększone poziomy szumów. Po zakończeniu eksperymentu należy ostrożnie poluzować i zdjąć siatkę czujników z głowy uczestnika. Należy przekazać ręcznik do wytarcia nadmiaru roztworu elektrolitu.Następnie opłucz, zdezynfekuj i osusz siatkę. Na koniec przekaż uczestnikowi pozostałe kwestionariusze, które muszą zostać wypełnione zgodnie z protokołem. Te surowe przebiegi fal EEG pokazują wahania zarejestrowanego napięcia na pojedynczej elektrodzie podczas pierwszych 1000 milisekund każdej z trzech faz eksperymentalnych.Różnice w pomiarach bazowych i natychmiastowym przypominaniu. Aktywność elektryczna mózgu na poziomie powierzchniowej w różnych obszarach mózgu może być również przedstawiona w formie mapy topograficznej amplitud napięcia. Amplitudy są reprezentowane na całej powierzchni głowy podczas trzech faz paradygmatu potrząsania rękawiczką, a jednostki spektrum kolorów wyrażone są w mikrowoltach.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat badania poznania społecznego u dorosłych i niemowląt z wykorzystaniem gęstego EEG. Zaprezentowaliśmy tę metodę poprzez przygotowanie i aplikację siatki sensorów oraz poprzez akwizycję i analizę danych EEG.

investigating-social-cognition-infants-adults-using-dense-array

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Badanie poznawczego funkcjonowania społecznego u niemowląt i dorosłych przy użyciu gęstej matrycy elektroencefalografii (dEEG)

W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie szacowaniem kory mózgowej mierzonej aktywności elektrycznej dla eksperymentów neuronauki poznawczej. W tym artykule opisano, w jaki sposób pozyskiwane jest EEG o wysokiej gęstości i jak zapisy są przetwarzane w celu oszacowania źródła korowego u dzieci w wieku od 2 lat w London Baby Lab.

Analiza źródła korowego zapisów EEG o dużej gęstości u dzieci

Elektroencefalografia o wysokiej gęstości (dEEG) jest coraz częściej stosowana do badania rozwoju i plastyczności mózgu we wczesnych latach życia. W tym artykule przedstawiamy zastosowanie zaawansowanych technik analizy, które opierają się na tradycyjnym zapisie EEG, aby zrozumieć dynamikę oscylacyjną szybkiego przetwarzania słuchowego w mózgu niemowlęcia.

Przetwarzanie słuchowe u niemowląt i oscylacje mózgu związane ze zdarzeniami

Stereotaktyczna elektroencefalografia (SEEG) jest techniką operacyjną stosowaną w chirurgii epilepsji, która pomaga zlokalizować ogniska napadów. Jest to również wyjątkowa okazja do zbadania funkcji mózgu. Tutaj opisujemy, w jaki sposób SEEG może być wykorzystany do badania procesów poznawczych u ludzi.

Badanie funkcji głębokich struktur korowych i podkorowych za pomocą elektroencefalografii stereotaktycznej: lekcje z przedniej kory obręczy

Ten protokół prezentuje nowatorską metodologię neuronalnego dekodowania intencji swobodnie zachowujących się niemowląt podczas nieskryptowanej interakcji społecznej z aktorem. Aktywność neuronalna jest uzyskiwana za pomocą nieinwazyjnej elektroencefalografii aktywnej skóry głowy o dużej gęstości (EEG). Dane kinematyczne są zbierane za pomocą inercyjnych jednostek pomiarowych i uzupełniane zsynchronizowanym zapisem wideo.

Nowatorskie eksperymentalne i analityczne podejście do multimodalnego neuronalnego dekodowania intencji podczas interakcji społecznych u swobodnie zachowujących się ludzkich niemowląt

Ten nowatorski protokół ma na celu ocenę neuronalnych podstaw interakcji społecznych u niemowląt. Paradygmat ma na celu wyjaśnienie, w jaki sposób różne społeczne dane wejściowe, takie jak język, wspólna uwaga i interakcja twarzą w twarz, odnoszą się do aktywacji neuronalnej niemowlęcia. Moc EEG u niemowląt jest rejestrowana zarówno w warunkach społecznych, jak i niespołecznych.

Protokół eksperymentalny z udziałem osób biorących udział w badaniu mającym na celu ocenę wpływu danych społecznych na EEG niemowląt

Tutaj pokazujemy, jak zastosować elektroencefalografię zintegrowaną z amplitudą do monitorowania funkcji mózgu u noworodków.

Zastosowanie zintegrowanego amplitudy monitora EEG (Cerebral Function Monitor) u noworodków

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).

Jak badać wpływ przetwarzania bodźców na potencjały wywołane w mózgu osób bliskich podczas hyperscanningu partnerów

Ten protokół opisuje, w jaki sposób zsynchronizowana elektroencefalografia, elektrokardiografia i zapisy behawioralne zostały przechwycone z diad niemowlęc-opiekun w warunkach domowych.

Hiperskanowanie EEG w domu w interakcjach społecznych między niemowlęciem a opiekunem

Procedura opisana w niniejszym protokole wykazuje, że podawanie testosteronu oraz powszechne przekonania na jego temat mogą być powiązane z bezpośrednio przeciwstawnymi zachowaniami społecznymi.

Połączenie endokrynologii behawioralnej i ekonomii eksperymentalnej: testosteron a podejmowanie decyzji społecznych

Ocena i leczenie bólu u niemowląt jest trudne, ponieważ nie są one w stanie werbalnie zgłosić swoich odczuć. W tym filmie opisujemy ilościowe metody elektrofizjologiczne oraz techniki analizy, które mogą być wykorzystane do pomiaru reakcji układu nerwowego niemowlęcia na bodźce szkodliwe.

Pomiary elektrofizjologiczne i analiza nocycepcji u niemowląt

Poznaj metodę badania poznania społecznego u niemowląt i dorosłych za pomocą elektroencefalografii gęstej. Technika ta zapewnia wysoką rozdzielczość czasową i przestrzenną aktywności nerwowej.

Badanie poznania społecznego u niemowląt i dorosłych z wykorzystaniem gęstego układu elektrod elektroencefalografii (_dEEG)

Przeglądaj więcej filmów