Specyficzne dla bodźca wizualne wizualne wywołane potencjalne wzorce morfologiczne
12 maja 2019
W tym artykule prezentujemy protokół do badania różnicowych wzorców morfologicznych wywołanych wzrokowo poprzez stymulację sieci brzusznych i grzbietowych za pomocą EEG o dużej gęstości. Opisano paradygmaty obiektu wizualnego i bodźca ruchowego, z fluktuacją czasową i bez niej. Przedstawiono również wizualne analizy morfologiczne potencjału wywołanego.
Korzystając z tego protokołu i przyszłych badań z większymi rozmiarami prób, można określić, czy zmienna morfologia potencjału wywołanego wzrokowego kory mózgowej jest zależna od rodzaju bodźca, zewnętrznego, czy widza, wewnętrznego. Zmienna morfologia wizualnego potencjału wywołanego może być oglądana tylko przy użyciu wysokiej rozdzielczości czasowej EEG, która jest również opłacalna, nieinwazyjna i wymaga minimalnego czasu rejestracji w porównaniu z innymi metodologiami. Procedurę zademonstruje Mashhood Nielsen, kierownik laboratorium i asystent naukowy z mojego laboratorium.
Po odprowadzeniu uczestnika do sali rejestracji EEG, należy zmierzyć obwód głowy uczestnika w centymetrach i dobrać odpowiedni rozmiar siatki EEG. Zmierz i zaznacz środek skóry głowy, w którym znajduje się elektroda odniesienia. Przygotuj jeden litr ciepłej wody zmieszanej z pięcioma mililitrami szamponu dla dzieci i 1,100 grama chlorku potasu.
Umieść siatkę EEG w roztworze i pozwól siatce zanurzyć się w roztworze przez pięć minut. Włącz komputer do prezentacji bodźców i komputer do akwizycji EEG. Umieść ręcznik lub inny chłonny materiał na szyi uczestnika, aby zapobiec kapaniu roztworu na jego ubranie i poinstruuj uczestnika, aby zamknął oczy.
Następnie mocno chwyć siatkę EEG obiema rękami i przyłóż ją do głowy uczestnika. Upewnij się, że siatka jest umieszczona symetrycznie na głowie skóry głowy, z elektrodą odniesienia w zmierzonym punkcie linii środkowej skóry głowy. Zaciśnij linie podbródka i siatki ocznej, aby zapewnić bezpieczne połączenie między skórą głowy a elektrodami.
Zapytaj uczestnika, czy czuje się komfortowo i czy coś wymaga korekty. Podłącz siatkę EEG do amplifier. Sprawdź, czy wartości impedancji elektrody są prawidłowe ze średnim celem 10 kiloomów.
Aby zmniejszyć wartości impedancji, użyj pipety o pojemności jednego mililitra, aby nałożyć roztwór chlorku potasu na skórę głowy i elektrody o wysokiej impedancji. Kontynuuj ten proces, aż zostaną osiągnięte odpowiednie wartości impedancji na elektrodach. Poinstruuj uczestnika, aby skupił się na bodźcach wizualnych, które pojawią się na monitorze.
Odległość oglądania wynosi około 65 cali. Użyj generatora liczb pseudolosowych, aby określić kolejność prezentacji dla czterech paradygmatów wizualnych i rozpocznij zadania wizualne oraz rejestrację EEG. Jeśli trwające EEG wykazuje wysoką aktywność miogenną lub dokładnie 60 Hz, przerwij eksperyment, aby ponownie sprawdzić połączenie elektrody ze skórą głowy.
Powtórz zadania wizualne i zapis EEG dla paradygmatu obiektu wizualnego, obiektu wizualnego z paradygmatem drgania czasowego, paradygmatu ruchu wizualnego i ruchu wizualnego z paradygmatem drgania czasowego. Na zakończenie eksperymentu poinstruuj uczestników, aby zamknęli oczy, aby zapobiec przedostawaniu się roztworu do oczu podczas wyjmowania siatki. Zacznij od poluzowania linii podbródka i siatki ocznej.
Następnie powoli zdejmij siatkę, delikatnie pociągając pasek podbródkowy do góry i nad głowę uczestnika. Odłącz siatkę EEG od amplifier. Proces dezynfekcji należy rozpocząć od włożenia i wyjęcia czepka EEG z wiadra wypełnionego wodą i spłukania pod kranem.
Następnie przygotuj roztwór dezynfekujący, dodając około dwóch litrów wody do wiadra ze środkiem dezynfekującym i mieszając 15 mililitrów środka dezynfekującego z wodą. Zanurz końcówkę siatki czujnika w środku dezynfekującym. Ustaw minutnik na dwie minuty.
Ciągle zanurzaj siatkę w górę iw dół. Pozostaw siatkę namoczoną na kolejne osiem minut. Następnie zdejmij nasadkę EEG z roztworu dezynfekującego.
Umieść siatkę EEG w wiadrze z elektrodą wypełnionym wodą i pod bieżącą wodą w celu spłukania. Powtórz pranie cztery razy i pozostaw siatkę do wyschnięcia na powietrzu. Aby rozpocząć analizę EEG, przy użyciu jednohercowego filtra górnoprzepustowego, prześlij pliki EEG do MatLab w celu analizy za pomocą zestawu narzędzi EEGLAB.
Wybierz opcję pliku z menu rozwijanego i kliknij importuj dane. Wybierz z menu funkcje i wtyczki za pomocą EEGLAB. Następnie kliknij odpowiedni format pliku eksportu.
Wybierz edycję"z menu rozwijanego i wybierz lokalizacje kanałów"aby ponownie przypisać lokalizacje kanałów w zależności od rodzaju montażu elektrody. Kliknij wyszukaj lokalizacje" i wybierz elipsę, aby zlokalizować ścieżkę interesującego Cię pliku montażu elektrod. Aby przypisać czas przed i po bodźcu, wprowadź wartość 0,1 sekundy w polu czasu rozpoczęcia.
Aby określić wartość bazową prawidłowych danych zgodnie z interwałem prestimulacji, wybierz opcję Usuń uszkodzone kanały przy użyciu prawdopodobieństwa przy progu Z-score wynoszącym 2,5. Sprawdź identyfikację lub usunięcie uszkodzonych kanałów, wykreślając wszystkie elektrody. W razie potrzeby ręcznie usuń kanały o średnich amplitudach napięcia poza zakresem od 30 do 30 mikrowoltów.
Następnie należy przeprowadzić odrzucanie artefaktów, wprowadzając wartości 100 mikrowoltów i 100 mikrowoltów i zanotować kanały z napięciami spoza zakresu dla całych segmentów. Jeśli stanowią one 60% lub więcej odrzuconych prób, ręcznie usuń te uszkodzone kanały. Powtórz ten krok tyle razy, ile to konieczne.
Postępując zgodnie z krokami usuwania artefaktów, upewnij się, że akceptowanych jest co najmniej 100 zamiatania. Następnie wykreśl interesujące Cię kanały, aby skategoryzować wzorce morfologiczne. Jeśli morfologia cVEP charakteryzuje się dużym dodatnim pikiem po około 100 do 115 milisekundach p1, po którym następuje ujemny pik po około 140 do 180 milisekundach n1 i dodatni pik po około 165 do 240 milisekundach p2, wybierz Wzór A. Jeśli morfologia cVEP charakteryzuje się dodatnimi i ujemnymi pikami po około 100 do 115 milisekundach p1, 140 do 180 milisekund n1a, 180 do 240 milisekund p2a, 230 do 280 milisekund n1b i 260 do 350 milisekund p2b, wybierz Wzorzec B.To utworzyć średnią grupową, dołącz poszczególne zestawy danych razem zgodnie z wizualnie zaobserwowanym wzorcem morfologicznym.
Nazwij i zapisz nowo scalony plik zestawu danych. Uzyskano wyniki cVEP o początku obiektowym u pięciu uczestników w wieku od 19 do 24 lat, którzy biernie oglądali każdy paradygmat wizualny. W obiektach bez stanu fluktuacji czasowej stwierdzono, że dwóch uczestników prezentuje wzorzec A, podczas gdy trzech ma wzorzec B. Podobnie, w obiektach z warunkiem fluktuacji czasowej, dwie osoby mają wzorzec A, a trzy osoby ze wzorcem B.It można również zaobserwować, że jitter wpływa na amplitudę i opóźnienie w każdym obiekcie rozpoczynającym wzorzec cVEP.
Jednak w przeciwieństwie do cVEP o początku obiektu, wzorce morfologiczne cVEP o początku ruchu dla każdego uczestnika były spójne w całym stanie jittera. Co więcej, średnia dla grupy Wzorca B nie wykazuje wyraźnych dowodów na istnienie wielu składników pików, zwykle obecnych zarówno z fluktuacją czasową, jak i bez niej. Podobnie jak w paradygmacie obiektów, jitter w paradygmacie ruchu wydaje się wpływać na charakterystykę początku ruchu cVEP w obu wzorcach morfologicznych.
Kategoryzacja morfologii cVEP nie jest obecnie prowadzona. Ale wzorce morfologiczne mogą odzwierciedlać określone procesy kory wzrokowej. Rozważenie tych wzorców może wyjaśnić leżące u podstaw funkcje neurofizjologiczne związane z zachowaniem.
Magnetoencefalografia lub MEG może dostarczyć uzupełniających informacji czasowych dotyczących wzrokowych potencjałów wywołanych. Jednoczesna ocena FMRI może zapewnić wysoką rozdzielczość przestrzenną dotyczącą różnicowej aktywacji sieci korowej związanej z morfologią. Jeśli elektrody są ustawione niewłaściwie i/lub impedancje są wysokie, interpretacja danych będzie trudna i prawdopodobnie pozbawiona znaczenia.
Podczas dezynfekcji siatki należy pamiętać o tym, aby zachować ostrożność z płynem do dezynfekcji i nie zbliżać go do oczu. Zutylizuj go w odpowiedni sposób.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsza praca przedstawia protokół badania morfologii różnicowej potencjałów wywołanych wzrokowo kory mózgowej (cVEP) za pomocą elektroencefalografii o wysokiej gęstości. Poprzez stymulowanie przywrotnych i boczych sieci wizualnych za pomocą różnych paradygmatów bodźców wzrokowych, ma na celu wyjaśnienie, w jaki sposób morfologia cVEP zmienia się w zależności od rodzaju bodźca i czynników czasowych.
Kluczowe elementy badania
Dział obszaru nauki
- Neuroscience
- Elektrofizjologia
- Percepcja wzrokowa
Tło
- Potencjały wywołane wzrokowo są kluczowe dla zrozumienia przetwarzania informacji wzrokowej w korze mózgowej.
- Różnicowe stymulowanie przywrotnych i bocznych sieci wizualnych może ujawnić unikalne wzorce morfologiczne cVEP.
- Elektroencefalografia o wysokiej gęstości umożliwia pomiary o wysokiej rozdzielczości czasowej w sposób nieinwazyjny.
Cel badania
- Ocena, w jaki sposób morfologia cVEP jest modyfikowana przez różne bodźce wzrokowe.
- Badanie wpływu czynników wrodzonych (związanych z obserwatorem) i zewnątrzszkieletowych (związanych z bodźcem) na wzorce cVEP.
- Ustanowienie niezawodnego protokołu EEG do takich badań.
Wykorzystane metody
- Elektroencefalografia o wysokiej gęstości została wykorzystana do rejestracji sygnałów cVEP.
- Badanie obejmowało uczestników oglądających różne bodźce wzrokowe, w tym obiekty i ruch, z jitterem czasowym lub bez.
- Opisany protokół obejmuje przygotowanie uczestników, umieszczanie elektrod oraz systematyczne podejście do analizy danych EEG za pomocą narzędzia EEGLAB.
Główne wyniki
- Badanie opisuje specyficzne wzorce morfologiczne w cVEP, takie jak czasy szczytów wskazujące na różne warunki bodźca.
- Kluczowe analizy obejmują odrzucanie artefaktów i ponowne przypisywanie lokalizacji kanałów w celu zapewnienia dokładnego przedstawienia cVEP.
- Obserwowane wzorce mogą pomóc w odróżnieniu czynników wrodzonych i zewnątrzszkieletowych wpływających na przetwarzanie wzrokowe.
Wnioski
- Niniejszy protokół umożliwia przyszłym badaniom bardziej efektywne badanie morfologii cVEP.
- Zrozumienie zmienności wzorców cVEP może poprawić nasze zrozumienie mechanizmów przetwarzania wizualnego.
- Implikacje dla badań w neurofizjologii i potencjalne zastosowania w ocenie funkcji percepcji wzrokowej są znaczące.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
This protocol enables high-temporal-resolution assessment of cortical visual evoked potential (cVEP) morphology to differentiate neural responses to ventral and dorsal visual network stimuli. By isolating stimulus-specific electrophysiological signatures, it supports mechanistic de-risking in target validation for neuroscience-focused drug discovery programs. The approach provides quantitative, replicable neurophysiological readouts that can inform go/no-go decisions in early discovery stages.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking visual stimulus types to distinct cVEP morphological patterns.
- Operational Value: Provides a standardized, non-invasive method for functional target validation using high-density EEG.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying stimulus-dependent neural response variability that may reflect intrinsic or extrinsic factors.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems (human participants) for downstream workflows requiring consistent electrophysiological readouts.
- Quantitative Outputs: Enables measurement of cVEP peak latencies and amplitudes as dependent variables for compound or condition screening.
- Scalability: Supports platform reuse across visual paradigms (object/motion, with/without jitter) for reliable compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-stage cVEP patterning to preclinical validation through disease-relevant visual processing models.
- Biomarker Alignment: Facilitates exploration of cVEP morphology as a potential translational biomarker for visual cortical dysfunction.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs decisions by clarifying whether observed effects are stimulus-driven, participant-dependent, or artifact-related.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing to lead identification, particularly for targets modulating visual cortical networks.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by isolating neural responses to ventral vs. dorsal visual network stimulation.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible cVEP morphological categorization based on peak latency ranges.
- Analytics: Generates quantitative dependent variable measurements (e.g., p1, n1, p2 peak timing) enabling cross-condition comparison.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by offering a human-relevant system for visual pathway interrogation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable electrophysiological capability applicable across multiple visual stimulus paradigms and laboratories.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in visual cortical target engagement.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility through defined artifact rejection, baseline correction, and morphological categorization protocols.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early biological de-risking of targets affecting visual processing pathways.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by distinguishing true target effects from variability due to jitter or participant state.
Implementation Considerations
- Requires expertise in EEG setup, high-density net application, and impedance management.
- Dependent on EEG acquisition systems, amplifiers, and stimulus presentation hardware with precise timing control.
- Necessitates cross-team standardization of EEGLAB-based analysis pipelines, including filtering, artifact rejection, and channel re-referencing.
- Must account for adaptation across participant populations, as intrinsic factors may influence cVEP morphology independent of stimulus type.
- Limited by the need for careful artifact rejection; high myogenic or 60 Hz noise can invalidate trials and require protocol pauses.
