Ten artykuł opisuje, jak skonfigurować eksperyment, który pozwala na wykrywanie wpływów na poziomie źródła przed bodźcem na percepcję obiektu za pomocą magnetoencefalografii (MEG). Obejmuje materiał stymulacyjny, projekt eksperymentalny, rejestrację MEG i analizę danych.

Metoda ta pozwala na uchwycenie szybkich i przejściowych zmian w połączeniach mózgowych przed obejrzeniem obiektów oraz wpływu tych zmian na percepcję obiektów. Główną przewagą MEG nad EEG jest to, że pole magnetyczne mózgu nie jest zakłócane przez głowę, co umożliwia rekonstrukcję źródła w wyższej rozdzielczości i lepsze oszacowanie połączeń. Zacznij od nagrania jednej minuty danych MEG z pustego pomieszczenia w odległości jednego kiloherca.

Monitoruj sygnały ze 102 magnetometrów i 204 ortogonalnie rozmieszczonych gradiometrów planarnych w 102 różnych pozycjach, wizualizując wszystkie sygnały w czasie rzeczywistym na komputerze akwizycyjnym. Nie pozwiesz nas do sądu? A oto Następnie, uzyskaj świadomą zgodę uczestnika zgodnie z deklaracją Helsinek i poproś go o podpisanie formularza, który zawiera oświadczenie o wyrażeniu zgody na przetwarzanie danych osobowych.

Czy w twoim ciele jest jakiś metalowy przedmiot? Ale możesz to zrobić również, gdy jesteś w środku. Następnie zapewnij im niemagnetyczne ubrania i upewnij się, że nie mają żadnych metalowych przedmiotów w swoich ciałach ani na ich ciałach.

Poproś ich o wypełnienie anonimowego kwestionariusza, aby to zapewnić i upewnić się, że nie mają żadnych innych kryteriów wykluczenia oraz aby udokumentowali szczegóły, takie jak ręczność i poziom odpoczynku. W porządku, doskonale, dziękuję. Tu. Posadź uczestnika na krześle nieferromagnetycznym, a następnie przymocuj pięć cewek wskaźnika położenia głowy do głowy za pomocą kleju, dwie nad jednym okiem, jedną nad drugim okiem i jedną za każdym uchem.

Umieść czujnik trackera systemu digitalizacji na głowie uczestnika i przymocuj go do okularów, aby uzyskać maksymalną stabilność. Następnie zdigitalizuj anatomiczne punkty orientacyjne, lewy i prawy punkt przeduszny oraz nasiona, a także upewnij się, że punkty przeduszne są symetryczne. Ponadto, zdigitalizuj pięć pozycji cewki HPI za pomocą rysika 3D digitizera.

Teraz zdigitalizuj do 300 punktów wzdłuż skóry głowy i zmaksymalizuj pokrycie kształtu głowy. Zakryj dobrze zdefiniowane obszary skóry głowy na obrazach MR, powyżej wgłębienia z tyłu i nasiona z przodu, a także grzbiet nosa. Punkty te zostaną wykorzystane do wspólnej rejestracji na obraz anatomiczny.

W tym momencie zdejmij okulary z czujnikiem trackera i zamocuj jednorazowe elektrody nad i pod prawym okiem, aby monitorować pionowe ruchy gałek ocznych. Przymocuj również elektrody po prawej stronie prawego oka i po lewej stronie lewego oka, aby monitorować poziome ruchy gałek ocznych. Podłącz dodatkowe elektrody poniżej prawego obojczyka i poniżej serca, aby monitorować tętno.

Sygnał w tych obszarach jest solidny, więc sprawdzanie impedancji nie jest konieczne. Przymocuj również elektrodę jako masę poniżej szyi. Proszę. Teraz odprowadź uczestnika do chronionego pokoju MEG i poinstruuj go, aby usiadł na krześle MEG.

Podłącz wiązkę przewodów HPI i jednorazowe elektrody do systemu MEG. Następnie podnieś krzesło tak, aby głowa uczestnika dotykała górnej części kasku i upewnij się, że uczestnikowi jest wygodnie. Czy teraz jest to w porządku?

Rozpocznij od poinstruowania uczestnika, aby biernie wpatrywał się w pusty ekran przez pięć minut, jednocześnie nagrywając dane MEG w stanie spoczynku z częstotliwością jednego kiloherca. Utrzymuj częstotliwość próbkowania na poziomie jednego kiloherca przez cały czas trwania eksperymentu. Następnie poinstruuj uczestnika o wymaganiach dotyczących zadania i poproś go o wykonanie 20 prób praktycznych.

Więc teraz pójdziemy na sesję treningową i upewnimy się, że wszystko jest w porządku. Porządku. W porządku? Rozpocznij eksperyment od wyświetlenia instrukcji, mówiąc uczestnikowi, który przycisk nacisnąć, gdy zobaczy twarze i który przycisk nacisnąć, gdy zobaczy wazon.

Utwórz pojedynczą próbę z czterema zdarzeniami, które będą miały zastosowanie do wszystkich prób w następującej kolejności: krzyż fiksacji, obraz Rubina, maska i monit odpowiedzi. Na początku każdego bloku, przed rozpoczęciem zadania, rozpocznij pomiar danych MEG i zapisz początkową pozycję pozycji głowy uczestnika w stosunku do MEG. Pamiętaj, aby monitorować uczestnika za pomocą wideo podczas eksperymentu.

W systemie MEG kliknij przycisk Go to start (Przejdź do ekranu startowego). Gdy pojawi się okno dialogowe z pytaniem, czy dane HPI mają zostać pominięte lub dodane do nagrania, sprawdź sygnał cewek HPI i kliknij Akceptuj, aby zapisać początkową pozycję głowicy. Następnie kliknij Nagraj raw, aby rozpocząć nagrywanie danych MEG.

Na początku każdej próby wyświetlaj krzyż fiksacji przez zmienny okres czasu od jednej do 1,8 sekundy. Następnie wyświetlaj obraz Rubina przez 150 milisekund. Następnie usuń obraz Rubina i wyświetlaj maskę przez 200 milisekund, po czym pojawi się pytanie skłaniające uczestnika do odpowiedzi w ciągu dwóch sekund.

Zaprogramuj okres odpowiedzi w taki sposób, aby jeśli uczestnicy odpowiedzieli w ciągu dwóch sekund, rozpocznie się następna próba. W przeciwnym razie rozpocznij następną próbę po dwóch sekundach. Zapisz czas wszystkich czterech zdarzeń, a także wybór odpowiedzi i jej chronometraż.

Monitoruj sygnały MEG, wizualizując je w czasie rzeczywistym na komputerze akwizycyjnym. Po zakończeniu eksperymentu wyprowadź uczestnika z osłoniętego pomieszczenia i pomóż mu odłączyć czujniki. Przeanalizuj uzyskane dane, wykonując analizę czasowo-częstotliwościową w obu obszarach zainteresowania oddzielnie od dwóch typów prób, korzystając z kodu widocznego na ekranie tutaj.

Po pierwsze, zaimplementuj transformację czasu i częstotliwości z wieloma stożkami w oparciu o mnożenie w dziedzinie częstotliwości. Ustaw również opcję stożka na dpss, aby użyć dyskretnej funkcji zwężania sekwencji sferoidalnych prolate i zdefiniować interesujące częstotliwości od ośmiu do 13 herców. Następnie ustaw szerokość okna czasowego na 200 milisekund, a parametr wygładzania na cztery herce.

Ustaw opcję keeptrials na yes, aby zwrócić oszacowania czasu i częstotliwości pojedynczych prób. Ustaw wyjście na Fouriera, aby zwrócić zespolone widma Fouriera. Przeprowadź analizę połączeń na wynikowych danych czasowo-częstotliwościowych, używając kodu widocznego na ekranie, używając pokazanych ustawień, aby zwrócić wyimaginowaną część koherencji.

Powtórz procedurę dla każdego uczestnika przed uśrednieniem widm koherencji dla różnych częstotliwości i uczestników oraz wykreśleniem wynikowych uśrednionych wartości koherencji urojonej w funkcji czasu. Tutaj widzimy przykładową strukturę próbną i surowe dane. Próba rozpoczyna się od wyświetlenia krzyża fiksacji.

Po jednej do 1,8 sekundy bodziec Rubina pojawia się na 150 milisekund, a następnie maska na 200 milisekund. Następnie pojawi się ekran odpowiedzi, aby poprosić uczestników o odpowiedź za pomocą twarzy lub wazonu. Powyżej widzimy wielokanałowe surowe dane od przykładowego uczestnika, ograniczone czasowo do początku bodźca i uśrednione między próbami.

Te dane w oknie analizy przed bodźcem będą docelowym interwałem analizy. Tutaj widzimy szacunki mocy spektralnej z zlokalizowanych u źródła wrzecionowatych sygnałów obszaru twarzy w próbach twarzy i wazonów. Rysunek ten pokazuje wyimaginowaną część koherencji między zlokalizowaną u źródła korą wzrokową a wrzecionowatymi sygnałami obszaru twarzy w próbach twarzy i wazonów, w zakresie częstotliwości od 8 do 13 herców.

Zacienione obszary reprezentują standardowy błąd średniej dla projektu wewnątrzobiektowego. MEG to metoda pasywna, podobnie jak podnoszenie gitary elektrycznej. Maszyna jest również narażona na ryzyko uszkodzenia przez uczestników, w przeciwieństwie do innych modalności.

Przegląd

W niniejszym artykule opisano układ eksperymentalny służący do wykrywania wpływów poprzedzających bodziec na percepcję obiektów z wykorzystaniem magnetoencefalografii (MEG). Szczegółowo przedstawiono metodologię doboru materiałów bodźcowych, plan eksperymentu oraz analizę danych w celu zbadania zmian w łączności mózgowej przed obserwacją obiektów.

Kluczowe elementy badania

Dziedzina nauki

Neuronauka
Elektrofizjologia
Psychologia poznawcza

Wstęp

MEG umożliwia pomiar aktywności mózgu z wysoką rozdzielczością przestrzenną.
Wpływ łączności mózgu przed bodźcem na percepcję nie jest dobrze poznany.
Zrozumienie tych procesów może rzucić światło na funkcje poznawcze i mechanizmy neuronalne.

Cel badania

Aby ocenić wpływ przejściowych zmian łączności na percepcję obiektów.
Aby wykorzystać MEG do rejestracji dynamiki neuronalnej na poziomie źródeł.
Aby opracować solidny protokół eksperymentalny dla badań MEG.

Zastosowane metody

Do rejestracji aktywności mózgu podczas oglądania przez uczestników bodźców wizualnych wykorzystano MEG.
Uczestnicy przeszli serię prób obejmujących rozpoznawanie twarzy i wazonów.
Gromadzenie danych obejmowało pomiary w stanie spoczynku oraz analizę wyników wykonywanych zadań.
Przetwarzanie sygnału obejmowało analizę czasowo-częstotliwościową oraz ocenę łączności.
Przeprowadzono szczegółowe procesy przygotowania i uzyskiwania zgody w celu zapewnienia bezpieczeństwa uczestników.

Główne wyniki

Eksperyment wykazał, w jaki sposób konektywność przed bodźcem wpływa na wyniki percepcyjne.
Analiza danych ujawniła istotne parametry koherencji w różnych typach prób.
Wyniki przyczyniają się do zrozumienia mechanizmów poznawczych leżących u podstaw percepcji.

Wnioski

Niniejsze badanie umożliwia głębsze zrozumienie neuronalnych podstaw percepcji.
Zastosowanie MEG dostarcza cennych informacji na temat czasu przetwarzania poznawczego.
Metody te mogą być pomocne w przyszłych badaniach nad łącznością mózgu i percepcją.

Najczęściej zadawane pytania

Jakie są zalety stosowania MEG?

MEG zapewnia wysoką rozdzielczość przestrzenną i nie jest wpływany przez czaszkę ani skórę głowy, co sprawia, że jest on lepszy w lokalizacji źródła w porównaniu z EEG.

W jaki sposób zaimplementowano plan eksperymentalny?

Uczestnicy przechodzą proces przesiewowy w celu wykluczenia osób niespełniających kryteriów, a następnie wykonują ustrukturyzowaną serię zadań wizualnych zaprojektowanych do pomiaru reakcji percepcyjnych.

Jakie rodzaje wyników są mierzone?

W ramach badania gromadzone są reakcje behawioralne oraz dane MEG w celu analizy zmian w łączności wpływających na percepcję na podstawie bodźców wzrokowych.

W jaki sposób można dostosować tę metodę do innych eksperymentów?

Protokół można dostosować do badania różnych funkcji percepcyjnych i poznawczych poprzez zmianę bodźców oraz zadań wykonywanych przez uczestników.

Jakie krytyczne kroki należy rozważyć w celu zapewnienia bezpieczeństwa uczestników?

Zapewnij świadomą zgodę, potwierdź brak metalowych przedmiotów i używaj niemagnetycznej odzieży podczas rejestracji MEG.

Jakie ograniczenia posiada badanie?

Ta metoda wymaga specjalistycznego zaplecza technicznego oraz przeszkolonego personelu, co może ograniczać jej dostępność w niektórych środowiskach badawczych.

Znaczenie dla przemysłu

Zrozumienie dynamiki neuronalnej przed bodźcem dostarcza wartości prognostycznej dla wyników percepcyjnych, co wspomaga walidację celów w odkryciach neuronaukowych. Metoda ta umożliwia mechanistyczną redukcję ryzyka poprzez powiązanie spontanicznej aktywności mózgu z przetwarzaniem sensorycznym, co pozwala na wczesne testowanie hipotez. Wspiera ona istotność portfela badań poprzez identyfikację biomarkerów neuronalnych, które przewidują decyzje percepcyjne przed ekspozycją na bodziec.

Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym

Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu

Wartość naukowa: Badanie wpływu aktywności oscylacyjnej przed bodźcem na stronniczość percepcji bodźców niejednoznacznych, co wspiera weryfikację hipotez terapeutycznych.
Wartość operacyjna: Umożliwia rekonstrukcję sygnałów MEG na poziomie źródła w celu lokalizacji regionalnej aktywności mózgu w skali centymetrowej dla analizy zaangażowania celu.
Wartość prognostyczna: Wykorzystuje wskaźniki koherencji przed bodźcem do przewidywania wyników percepcyjnych, co zwiększa pewność co do relacji między celem a mechanizmem.

Przesiewy i opracowywanie testów

Wartość naukowa: Dostarcza miary łączności rozdzielcze w czasie i częstotliwości między korą wzrokową a obszarem fusiform face area jako ilościowe wyniki analizy.
Wartość operacyjna: Standaryzuje wielootworkową transformację czasowo-częstotliwościową z wykorzystaniem dyskretnych sferoidalnych sekwencji prolate dla uzyskania powtarzalnych szacunków widmowych.
Skalowalność: Obsługuje próbkowanie o wysokiej rozdzielczości czasowej przy 1 kHz, aby uchwycić przejściowe zmiany przed bodźcem w obrębie prób.

Badania translacyjne i przedkliniczne

Ciągłość translacyjna: Łączy stany mózgu przed stymulacją z raportami percepcyjnymi, umożliwiając modelowanie zmienności percepcyjnej w kontekście systemowym istotnym dla danej choroby.
Minimalizacja ryzyka mechanistycznego: Pozwala sprawdzić, czy spontaniczne zmiany łączności przewidują treść percepcyjną, co zmniejsza niejednoznaczność w walidacji celu.
Pewność predykcyjna: Wykorzystuje część urojoną koherencji w zakresie 8–13 Hz jako biomarker błędu percepcyjnego, wspierając decyzje go/no-go w procesie odkrywania.

Integracja potoku i przepływu pracy

Metoda ta integruje się z biologią odkrywczą poprzez rejestrowanie przejściowych zmian w łączności przed ekspozycją na bodziec, co dostarcza informacji niezbędnych do wczesnej walidacji celów.

Biologia odkrywcza: Testowanie hipotez dotyczących aktywności oscylacyjnej przed bodźcem w obszarach zainteresowania w celu wyjaśnienia ścieżek percepcyjnych.
Przesiewanie: Dostarczanie gotowych do analizy metryk łączności o rozdzielczości czasowo-częstotliwościowej do oceny odpowiedzi neuronalnych na niejednoznaczne bodźce.
Analityka: Dostarczanie widm zespolonych opartych na transformacie Fouriera oraz wyników koherencji urojonej w celu porównania warunków prób z twarzą i wazonem.
Badania translacyjne: Łączenie dynamiki neuronalnej przed bodźcem z wynikami percepcyjnymi, co wspiera dopasowanie biomarkerów w modelach poznawczych.
Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Ustanowienie wielokrotnego użytku protokołu MEG do badania spontanicznych wpływów mózgu na percepcję w różnych badaniach.

Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy

Wartość naukowa: Przewidywanie pewności wyników percepcyjnych za pomocą miar łączności na poziomie źródła przed bodźcem.
Wartość operacyjna: Standaryzowane śledzenie pozycji głowy i monitorowanie sygnału w czasie rzeczywistym zapewniają powtarzalność między sesjami.
Wartość strategiczna: Redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad percepcją poprzez powiązanie stanów mózgu przed bodźcem z raportami behawioralnymi.
Wpływ na portfolio: Umożliwia dostosowany do ryzyka postęp poprzez identyfikację neuronalnych predyktorów decyzji percepcyjnych przed ekspozycją na bodziec.

Wskazówki dotyczące wdrożenia

Wymaga doświadczenia w akwizycji danych MEG, rekonstrukcji źródeł oraz analizie czasowo-częstotliwościowej.
Zależy od infrastruktury magnetometrów i gradiometrów z ekranowaniem w celu redukcji szumów środowiskowych.
Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w zakresie rozmieszczania cewek wskaźnika pozycji głowy oraz protokołów digitalizacji.
Wiąże się z koniecznością dostosowania parametrów do zmiennego czasu prezentacji bodźca i interesujących zakresów częstotliwości.
Ograniczone przez rozdzielczość przestrzenną MEG w skali centymetrowej, co utrudnia precyzyjną lokalizację źródeł w obrębie poszczególnych warstw kory.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące Biofarmacji

Dlaczego koherencja na poziomie źródła przed bodźcem jest istotna dla walidacji celu?

Koherencja między korą wzrokową a obszarem twarzy w zakręcie wrzecionowatym przed bodźcem pozwala przewidzieć, czy dostrzeżona zostanie twarz czy wazon, stanowiąc neuronalny biomarker skłonności percepcyjnej. Umożliwia to mechanistyczne ograniczanie ryzyka poprzez powiązanie spontanicznej aktywności mózgu z wynikami percepcyjnymi przed ekspozycją na bodziec. Wspiera to walidację celu poprzez identyfikację predykcyjnych sygnatur neuronalnych decyzji percepcyjnych.

W jaki sposób wyodrębnienie interwału przed bodźcem jako zmiennej niezależnej wpisuje się w proces badawczy?

Okno przed bodźcem (okres krzyżyka fiksacyjnego) zostaje wyizolowane w celu sprawdzenia, czy trwająca aktywność mózgu wpływa na nadchodzące postrzeganie, służąc jako kontrolowana zmienna niezależna. Pozwala to na testowanie hipotez dotyczących stanów przedbodźcowych wpływających na przetwarzanie sensoryczne bez zakłóceń wywołanych przez bodziec. Rozwiązanie to sprzyja wczesnym odkryciom, umożliwiając wnioskowanie przyczynowe o neuronalnych prekursorach decyzji percepcyjnych.

Jakie pomiary ilościowych zmiennych zależnych umożliwiają przewidywanie wyników percepcyjnych?

Część urojona koherencji w pasmie 8–13 Hz pomiędzy zlokalizowaną źródłowo korą wzrokową a obszarem wrzecionowatym twarzy służy jako ilościowa zmienna zależna. Te miary łączności rozdzielone w czasie i częstotliwości są uśredniane dla prób i uczestników w celu przewidzenia raportów percepcyjnych. Takie pomiary umożliwiają obiektywną, opartą na biomarkerach ocenę błędów percepcyjnych w procesach badawczych.

Dlaczego wymogi dotyczące replikacji są istotne dla współpracy międzydyscyplinarnej w badaniach MEG?

Replikacja u wielu uczestników oraz w wielu próbach zapewnia niezawodność szacunków koherencji przedbodźcowej, ograniczając liczbę wyników fałszywie dodatnich w identyfikacji biomarkerów. Ustandaryzowane protokoły akwizycji i analizy pozwalają zespołom interdyscyplinarnym na porównywanie wyników między ośrodkami i badaniami. Wspiera to ciągłość translacyjną poprzez ustanowienie odtwarzalnych neuronalnych predyktorów percepcji.

Jakie kompetencje w zakresie analizy statystycznej są wymagane przed wdrożeniem analizy łączności MEG przed bodźcem?

Implementacja wymaga wielopasmowej transformacji czasowo-częstotliwościowej przy użyciu dyskretnych sferoidalnych sekwencji prolate oraz wyjściowego widma Fouriera. Analiza łączności musi obejmować obliczenie części urojonej koherencji, aby uniknąć artefaktów przewodzenia objętościowego. Średnia na poziomie grupy oraz testy statystyczne w różnych warunkach są niezbędne do walidacji efektów przedbodźcowych w percepcji.