Metoda śledzenia ewolucji w czasie potencjałów wywołanych w stanie ustalonym

Porywanie neuronalne to synchronizacja aktywności neuronalnej z okresowością bodźców sensorycznych. Ta synchronizacja generuje potencjał wywołany w stanie ustalonym, czyli oscylacje w elektroencefalogramie zamknięte fazowo do bodźców czuciowych. Klasyczna interpretacja amplitudy reakcji wywołanych w stanie ustalonym zakłada stałą odpowiedź neuronalną zablokowaną fazowo na bodziec oraz losowy szum tła niezwiązany z bodźcem.

Stereotypową odpowiedź można uzyskać uśredniając po wielokrotnym prezentowaniu bodźca. Takie podejście ignoruje dynamikę reakcji, jak w przypadku wywołanej potencjalnej adaptacji, wywołanej długotrwałą ekspozycją na bodziec. W modelach zwierzęcych słuchowa reakcja w stanie ustalonym generowana jest w korowych obszarach mózgu i przyczynia się do ciągłej prezentacji tonów modulowanych amplitudą.

U ludzi wykazano niedawno, że moc podstawowej częstotliwości wizualnie wywoływanego potencjału w stanie ustalonym jest stacjonarna tylko u 30% badanych. Gdy badania koncentrują się na dynamice porywania, możemy założyć, że czasowa ewolucja odpowiedzi będzie taka sama w różnych niezależnych seriach eksperymentalnych. W związku z tym, uśredniając sygnał w każdej epoce w niezależnych przebiegach, zapewniamy dokładne odwzorowanie długoterminowej dynamiki odpowiedzi oscylacyjnej.

Opierając się na tym założeniu, opracowaliśmy metodę charakteryzowania ewolucji w czasie reakcji w stanie ustalonym. Metoda polega na pozyskaniu kilku nagrań tego samego stanu eksperymentalnego, podążaniu za kolejnymi epokami w obrębie nagrań zamiast ich uśredniania. Epoki, które odpowiadają temu samemu oknu czasowemu w różnych nagraniach, są uśredniane.

W tym opracowaniu przedstawiamy szczegółowy opis metody, używając wizualnie wywołanych potencjałów w stanie ustalonym jako przykładu odpowiedzi. Jednak metodologia ta może być wykorzystana do analizy reakcji w stanie ustalonym innych bodźców sensorycznych. Na koniec przedstawiamy zalety i wady metodologii, na podstawie porównania z metodami jednopróbowymi, wykorzystując ją do analizy porywania neuronów.

Witam w temacie. Zaproś rozmówcę, aby w przyjaznej atmosferze wypowiedział się na temat celów i znaczenia tego badania. Należy podać opis odpowiednich szczegółów technicznych.

Dokładnie odpowiedz na wszystkie jego pytania. Wyraźnie wspomnij, że ma prawo przerwać sesję eksperymentalną w dowolnym momencie, jeśli jest to pożądane. Poproś ochotnika o przeczytanie Świadomej Zgody Uczestnika i podpisanie odpowiedniego formularza.

Oczyść skórę głowy etanolem, roztworem o stężeniu 95%, aby usunąć warstwę martwych komórek naskórka i sebum, które ją pokrywają. Ten krok jest ważny, aby zmniejszyć impedancję między elektrodami a skórą głowy. Zmierz obwód głowy, aby określić rozmiar nasadki elektrody, która zostanie użyta w eksperymencie.

Poproś osobę badaną o założenie nasadki elektrody. Podaj instrukcje dotyczące wygodnego, ale prawidłowego ułożenia nasadki. Zmierz odległość między nasionami a inionem.

Podobnie zmierz odległość między lewym i prawym punktem przedusznym. Popraw położenie nasadki elektrody. Umieść żel przewodzący w miejscach elektrod branych pod uwagę w eksperymencie.

Liczba miejsc nagrywania może się zmieniać w zależności od potrzeb. Zazwyczaj nagrywamy z 64 lokalizacji skóry głowy za pomocą systemu radiowego. Umieść elektrody rejestrujące we właściwych miejscach.

Odprowadź ochotnika do pokoju eksperymentalnego i poproś go, aby usiadł w wygodnej pozycji. Umieść elektrody zewnętrzne w miejscach okołogałkowych, aby zarejestrować elektrookulogram. Sygnały te zostaną wykorzystane w kolejnych krokach, do korekcji artefaktów EEG wywołanych mruganiem i ruchami gałek ocznych.

Włączanie systemu akwizycji EEG i sprawdzenie impedancji elektrody. W razie potrzeby skoryguj impedancję zgodnie ze wskazówkami producenta. Poproś badanego, aby mrugnął i poruszał oczami w różnych kierunkach, aby upewnić się, że EOG jest prawidłowo rejestrowany przez elektrody zewnętrzne.

Dostosuj położenie ekranu w kierunku pionowym, zgodnie z kątem widzenia obiektu. Nasz ekran składa się z czterech diod elektroluminescencyjnych umieszczonych na środku czarnego ekranu o wymiarach 50x50 cm, ponieważ wierzchołki kwadratu mają wymiary 5x5 cm. Uczestnicy siedzą w odległości około 70 centymetrów od ekranu, więc kwadrat diod LED ma kąt widzenia około czterech stopni.

Dostosuj poziom luminancji ekranu do górnej granicy komfortowego poziomu uczestników. Ustaw parametry stymulacji wzrokowej. W naszych eksperymentach prezentowana jest ciągła stymulacja wzrokowa, w której natężenie światła jest modulowane z częstotliwością 10 Hz.

Przedstaw bodziec na czas wymagany w eksperymencie. Zatrzymaj stymulację na dwie minuty. Zalecane są przerwy trzy razy dłuższe niż okres stymulacji.

Powtórz kroki prezentacji 30 razy. 30 przebiegów eksperymentu zapewni wysoki stosunek sygnału do szumu pomiarów. Niemniej jednak w protokole eksperymentalnym można zaimplementować większą liczbę powtórzeń.

Rejestruj EEG zgodnie ze standardowymi procedurami. Przebiegi eksperymentalne mogą być przechowywane w jednym pliku lub można utworzyć inny plik dla każdego przebiegu. Kolejne kroki odpowiadają standardowemu procesowi EEG.

To przetwarzanie odbywa się w trybie offline i może być odpowiednio modyfikowane. Ponownie odwołaj się do nagrania, używając średniego odniesienia. Pasmo przepustowe filtruje sygnał EEG, odcięte częstotliwości można modyfikować w razie potrzeby.

W razie potrzeby przekonwertuj współrzędne elektrody na międzynarodowy układ 10-20. Usuń artefakty oka za pomocą odpowiednich procedur. W tym celu można zastosować różne techniki.

Segmentuj dane EEG i epoki o odpowiedniej długości. Usuń epoki zawierające artefakty EEG. Detrendyzacja epok EEG do dryfu prądu stałego.

Zmień kolejność epok w macierz danych składającą się z N wierszy i M kolumn, w których N oznacza liczbę nagrań, a M liczbę epok. Uśrednij zestaw danych według kolumn. W tym celu trzydzieści epok odpowiadających temu samemu oknu czasowemu w różnych nagraniach należy uśrednić w dziedzinie czasu.

Oblicz amplitudę odpowiedzi w stanie ustalonym na końcu uśredniania przy użyciu szybkiej transformaty Fouriera. Amplitudę odpowiedzi w stanie ustalonym definiuje się jako amplitudę widmową uzyskaną przy częstotliwości modulacji amplitudy bodźców sensorycznych. Wektor uśrednia amplitudę dodawania jastrzębia liczby pojemników FFT po każdej stronie częstotliwości odpowiedzi w celu obliczenia poziomu hałasu resztkowego.

Wykreśl amplitudę odpowiedzi w stanie ustalonym i RNL jako funkcję indeksu kolumny, aby zbadać ewolucję parametrów w okresie stymulacji. Wyniki. Rysunek drugi ilustruje zmiany w kształcie fali SSVEP wynikające z kolumnowego uśredniania epok. Uzyskano trzydzieści nagrań.

Czas oscylacji neuronalnej zablokowany w stymulacji stał się widoczny, gdy przeprowadzono uśrednianie kolumnowe. Co istotne, okres, w którym generowany jest SSVEP, można zaobserwować w śladach odpowiadających kolumnie pierwszej. W tej kolumnie wykreślono 02 sekundy linii bazowej sprzed bodźca.

Dlatego opisana tutaj procedura pozwala scharakteryzować nie tylko dynamikę odpowiedzi oscylacyjnej, gdy porywanie neuronów jest już ustalone, ale także zaangażowanie oscylacji neuronalnych. Średnia amplituda SSVEP zmniejszyła się podczas uśredniania pierwszych epok kolumn i miała tendencję do stabilizacji w późniejszym czasie. Zachowanie to można wytłumaczyć stosunkowo dużym udziałem szumu w amplitudzie odpowiedzi obliczonej w pierwszych uśrednionych epokach, która jest tłumiona w miarę uśredniania.

Odchylenie standardowe poziomu szumu resztkowego pozostawało względnie stałe wraz ze wzrostem liczby uśrednionych epok, co sugeruje, że warunki zapisu były stabilne na odcinku doświadczalnym. Przedstawione powyżej wyniki określiły zmiany w stosunku sygnału szczytowego do szumu pomiarów. Wraz z postępem uśredniania szczytowy stosunek sygnału do szumu wzrastał wraz ze wzrostem liczby średnich epok do około 18.

Dalsze przyrosty liczby uśrednionych epok nie wpłynęły istotnie na jakość sygnału. Wreszcie, dynamika wizualnej amplitudy potencjału w stanie ustalonym oraz poziom szumu resztkowego przedstawiono na rys. 4 Dynamikę tę uzyskano przez wykreślenie parametrów odpowiedzi obliczonych na końcu kolumny pod względem uśredniania epok w funkcji liczby kolumn w funkcji czasu.

U tego pacjenta amplituda odpowiedzi stopniowo wzrastała w ciągu pierwszych 12 sekund, po nadejściu bodźca. Czas, który odpowiada długości trzech epok. W miarę utrzymywania się bodźca, odpowiedź konsekwentnie zmniejszała się w ciągu następnych 12 sekund, a następnie utrzymywała się na względnie stałym poziomie.

Wyniki te nie mogą być wyjaśnione zachowaniem RNL, ponieważ parametr ten był względnie stały w okresie stymulacji. Wzrost amplitudy SSVEP po nadejściu bodźca można wytłumaczyć procesami integracji, które skutkują stabilizacją porywania nerwowego. Późniejszy spadek amplitudy sugeruje adaptację SSVEP do długotrwałej stymulacji.

Niemniej jednak hipotezy te muszą być testowane w kontrolowanych eksperymentach z odpowiednią wielkością próby. Obliczanie amplitudy odpowiedzi w stanie ustalonym po uśrednieniu w dziedzinie czasu niezależnych przebiegów oznacza analizowanie tylko oscylacji zablokowanych w czasie, czyli tych, które przetrwały uśrednianie. Procedura ta może filtrować istotne informacje dotyczące dynamiki odpowiedzi w poszczególnych badaniach.

Gwarantuje jednak odpowiednio wysoki stosunek sygnału do szumu. Aspekt ten może mieć szczególne znaczenie, gdy odpowiedzi są bliskie progowi elektrofizjologicznemu, w którym wykrywanie porywania może być utrudnione ze względu na niski stosunek sygnału do szumu pomiaru.