Hiperskanowanie EEG w domu w interakcjach społecznych między niemowlęciem a opiekunem
31 maja 2024
Ten protokół opisuje, w jaki sposób zsynchronizowana elektroencefalografia, elektrokardiografia i zapisy behawioralne zostały przechwycone z diad niemowlęc-opiekun w warunkach domowych.
Nasze badania mają na celu zbadanie, w jaki sposób interakcje społeczne między niemowlętami a opiekunami mogą wpływać na uczenie się i rozwój niemowlęcia. Opracowaliśmy kompleksowy protokół hiperskanowania do przechwytywania zsynchronizowanych zapisów EEG, EKG i behawioralnych z diety opiekunów niemowląt podczas interaktywnych zadań zabawowych w domu rodzinnym. W przeciwieństwie do wcześniejszych protokołów hiperskanowania, które były przeprowadzane głównie w środowiskach laboratoryjnych, nasz eksperyment jest przeprowadzany w warunkach domowych.
Jednym z kluczowych wyzwań eksperymentalnych jest zrównoważenie potrzeby standaryzacji w środowiskach domowych, co może ograniczać ważność ekologiczną, z elastycznością wymaganą do promowania naturalistycznych interakcji między uczestnikami. Protokół ten oferuje unikalny wgląd w rozwiązywanie potencjalnych problemów i krytycznych rozważań dotyczących konfiguracji eksperymentalnej, zadań i gromadzenia danych w warunkach domowych. Dodatkowo nasz protokół zapewnia szczegółową demonstrację projektu i konfiguracji multimodalnej synchronizacji danych EEG, EKG, wideo i audio na jednej osi czasu.
Na początek załóż rękawiczki przed kontaktem z żelem. Napełnij dwie strzykawki żelem za pomocą końcówek dla elektrod pasywnych i dwie strzykawki za pomocą cieńszych końcówek dla elektrod aktywnych. Następnie przygotuj dwa kwadratowe kawałki taśmy maskującej do elektrod elektrody elektrokardiogramu lub EKG, jeden dla niemowlęcia, a drugi dla osoby dorosłej.
Po zdjęciu rękawiczek włącz wszystkie laptopy. Podłącz klucze sprzętowe EEG do odpowiednich laptopów i upewnij się, że oprogramowanie do nagrywania jest uruchomione. Następnie podłącz wzmacniacze dla dorosłych i niemowląt do oprogramowania rejestrującego EEG na odpowiednich laptopach za pomocą połączenia bezprzewodowego.
Upewnij się, że oba amplifiery mają te same ustawienia portu wyzwalania. Zamontuj każdą z trzech kamer na statywie i wyreguluj je tak, aby mogły konsekwentnie rejestrować twarze uczestników. Następnie umieść krzesełko do karmienia niemowlęcia i krzesełko opiekuna na krawędzi stołu, tak aby były zwrócone do siebie pod kątem widocznym dla kamer
.Na początek przechowuj wzmacniacz dla opiekuna w tylnej kieszeni nasadki EEG, aby zminimalizować ruch i zmniejszyć szumy EEG. Przed nałożeniem nasadki sprawdź, czy amplifier jest bezpiecznie przechowywany i podłączony. W rękawiczkach i po uzyskaniu zgody opiekuna należy oczyścić czoło opiekuna za pomocą wacików nasączonych alkoholem zawierających 70% alkoholu izopropylowego.
Rozdziel włosy po obu stronach w górnej części ucha zgodnie z naturalną linią włosów, aby odsłonić ucho opiekuna. Aby zmierzyć obwód głowy opiekuna, umieść miarkę wokół nasiona, nad grzebieniem jonu oraz między lewym i prawym tragusem. Teraz, za pomocą gestu dłoni przypominającego koronę, rozciągnij czepek EEG od wewnątrz.
Zacznij zakładać czapkę od czoła opiekuna w kierunku tyłu głowy. Następnie przytrzymaj paski bez zwalniania nasadki. Pociągnij je w dół w kierunku podbródka i zapnij końce rzepu.
Usuń grzywkę lub pasma włosów z twarzy opiekuna, aby uniknąć dyskomfortu lub utrudnień w widzeniu. Następnie delikatnie wygładź nasadkę, aby zapewnić bliski kontakt elektrod ze skórą głowy i wyeliminować wszelkie zmarszczki na nasadce. Następnie umieść taśmę mierniczą na elektrodach na linii środkowej i zmierz odległość od nasiona do wcięcia.
W razie potrzeby wyreguluj nasadkę metodą zgniatania i zwalniania. Następnie zmierz odległość między lewym i prawym tragusem, aby upewnić się, że elektroda CZ znajduje się w środku tego pomiaru. Zacznij od nałożenia żelu na elektrody odniesienia i masy, a następnie przystąp do żelowania pozostałych elektrod, zaczynając od tych z tyłu.
Podczas nakładania żelu na opiekuna należy użyć strzykawki z dłuższą, cieńszą końcówką. Włóż końcówkę strzykawki do otworu elektrody i użyj dolnej krzywizny, aby rozdzielić włosy. Dozować niewielkie ilości żelu podczas wyjmowania strzykawki.
Nakładając żel na elektrody pasywnej czepka dla niemowląt, wypełnij wszystkie otwory elektrod żelem, a następnie użyj bawełnianych końcówek, aby delikatnie rozdzielić włosy w lewo lub w prawo. Aby poprawić kontakt z elektrodą, użyj światła jako przewodnika referencyjnego impedancji lub zapoznaj się z odczytami oprogramowania do rejestracji EEG. Po osiągnięciu niskiej impedancji na wszystkich elektrodach EEG, wyczyść miękki obszar pod lewym obojczykiem uczestnika chusteczkami nasączonymi alkoholem.
Przymocuj okrągłą taśmę do dolnej części elektrody EKG i nałóż tyle żelu, aby dobrze pokryć elektrody. Umieść elektrodę na miękkim obszarze pod lewym obojczykiem i zabezpiecz ją białą taśmą maskującą na czujniku. Po ustaleniu niezbędnej konfiguracji do hiperskanowania EEG w domu, przygotuj opiekuna do zabiegu.
Następnie podłącz odbiornik mikrofonu do odpowiedniej kamery, aby automatycznie zsynchronizować obraz i dźwięk. Przymocuj nadajnik mikrofonu do kołnierza bluzki opiekuna i do kamizelki niemowlęcia. Po upewnieniu się, że kamery są ustawione tak, aby przechwytywać sygnał świetlny LED ze skrzynki spustowej w pomieszczeniu, rozpocznij nagrywanie na wszystkich trzech kamerach.
Zainicjuj zapis EEG na laptopie i wzmacniaczu zarówno dla niemowlęcia, jak i opiekuna. Za pomocą gniazda 2,5 milimetra podłącz oba amplifiery do skrzynki spustowej, zapewniając szczelne połączenie. Wykonuj długie naciśnięcia przycisku, ponieważ zauważalna różnica w wyglądzie markera jest widoczna tylko przy długich naciśnięciach.
Sprawdź, czy sygnał LED z modułu wyzwalającego jest widoczny na nagraniach ze wszystkich kamer. Sprawdź, czy w trwających zapisach EEG na laptopie nie ma jednoczesnych markerów. Następnie odłącz amplifiers od konfiguracji skrzynki spustowej.
Podczas wykonywania zadań eksperymentalnych upewnij się, że wszyscy eksperymentatorzy są ukryci przed wzrokiem niemowlęcia przez cały czas trwania eksperymentu, aby uniknąć rozpraszania uwagi. Jeden eksperymentator powinien pozostać w pobliżu z laptopami nagrywającymi, aby interweniować, jeśli pojawią się jakiekolwiek problemy ze strumieniowaniem z czujnika. Zatrzymaj nagrywanie w oprogramowaniu EEG i wzmacniaczu.
Następnie wyłącz amplifier i odłącz go od nasadki. Następnie ostrożnie usuń taśmy i elektrody EKG, zaczynając od opiekuna. W razie potrzeby pomóż opiekunowi w usunięciu EKG niemowlęcia.
Następnie odepnij końce haczyka i pętelki nasadki. Zdejmij nakrętkę do tyłu i odwróć ją na lewą stronę. Usuń resztki żelu z główki niemowlęcia chusteczkami dla niemowląt przed przystąpieniem do zdejmowania czepka opiekuna.
Przegląd
To badanie bada wpływ interakcji społecznych między niemowlętami a opiekunakami na uczenie się i rozwój niemowląt. Za pomocą protokołu hiperskanowania domowego, zsynchronizowanego elektroencefalografii (EEG), elektrokardiografii (ECG) oraz danych behawioralnych zostały zarejestrowane podczas interaktywnych sesji zabaw. Takie podejście zwiększa walidność ekologiczną poprzez rejestrowanie naturalnych interakcji.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Badania behawioralne
- Psychologia rozwojowa
Tło
- Rozumienie dynamiki interakcji niemowlę-opiekun jest kluczowe dla wyników rozwojowych.
- Poprzednie protokoły hiperskanowania były głównie prowadzone w warunkach laboratoryjnych.
- Rejestrowanie danych w domu oferuje bogatsze wgląd w naturalne zachowania.
- Wyzwania obejmują utrzymanie standaryzacji przy jednoczesnym pozwalaniu na elastyczność w interakcjach.
Cel badania
- Analiza, jak interakcje dyadyczne wpływają na uczenie się i rozwój niemowląt.
- Rozwój metod skutecznego zbierania danych w środowiskach domowych.
- Synchronizacja multimodalnych rejestracji (EEG, ECG, audio i wideo) podczas zadań zabawowych.
Zastosowane metody
- Zsynchronizowane rejestracji EEG, ECG oraz danych behawioralnych z par niemowlę-opiekun.
- Uczestnicy brali udział w interaktywnych zadaniach zabawowych zaprojektowanych tak, aby ułatwić naturalne interakcje.
- Szczegółowe ustawienie sprzętu obejmowało czapki EEG, kamery wideo i urządzenia do synchronizacji dźwięku.
- Procedury rejestracji zapewniały minimalne rozproszenie i problemy techniczne.
Główne wyniki
- Zbieranie danych dostarczyło wglądu w mierzalne reakcje podczas interakcji w trakcie zabaw.
- Symultaniczne rejestracji zarówno od niemowląt jak i opiekunów umożliwiły porównawczą analizę zaangażowania.
- Nie zgłoszono żadnych specyficznych zmian molekularnych czy elektrofizjologicznych.
- Wnioski podkreślają znaczenie walidności ekologicznej w badaniach rozwojowych.
Wnioski
- Protokół umożliwia badanie interakcji społecznych w naturalnych warunkach.
- Badanie to zwiększa zrozumienie procesów uczenia się niemowląt pod wpływem interakcji z opiekunami.
- Implikacje rozciągają się na psychologię rozwojową, podkreślając wartość metodologii badań domowych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Home-based EEG hyperscanning for infant-caregiver interactions enables the collection of synchronized neurophysiological and behavioral data in ecologically valid environments, addressing a key translational gap in developmental neuroscience. This protocol supports the generation of high-fidelity, real-world datasets critical for early discovery and mechanistic de-risking in neurodevelopmental research. Its flexibility and multimodal integration position it as a reusable capability for biopharma teams seeking predictive confidence in early-stage target validation and biomarker exploration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neurodevelopmental mechanisms in naturalistic settings for functional target validation.
- Supports biological de-risking by capturing authentic dyadic interactions and neural synchrony.
- Facilitates predictive confidence in early-stage hypotheses by integrating multimodal data streams.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, synchronized EEG and behavioral datasets for downstream quantitative analysis.
- Addresses assay reproducibility and standardization challenges in variable home environments.
- Enables scalable data collection for screening neurodevelopmental endpoints in diverse populations.
Translational & Preclinical Research
- Aligns data collection with disease-relevant, real-world social contexts for translational biomarker development.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by enabling longitudinal and cross-context studies.
- Provides mechanistic de-risking for neurodevelopmental intervention strategies.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis testing, pathway clarification, and quantitative analytics in ecologically valid settings.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven investigation of social interaction effects on neurodevelopment.
- Screening: Delivers reproducible, synchronized EEG and behavioral outputs for comparative analysis.
- Analytics: Provides quantitative dependent variable measurements for robust statistical evaluation.
- Translational Research: Bridges laboratory and real-world data for biomarker alignment and risk-adjusted advancement.
- Enterprise Reuse: Offers a flexible, scalable platform adaptable to various dyadic research constellations.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neurodevelopmental research.
- Operational Value: Standardizes multimodal data collection and synchronization across diverse environments.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by enhancing ecological validity.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neurodevelopmental targets and biomarkers.
Implementation Considerations
- Requires expertise in EEG/ECG setup, data synchronization, and artifact management.
- Demands robust instrumentation and analytical infrastructure for multimodal data integration.
- Necessitates cross-team standardization protocols to ensure data quality across home settings.
- Must adapt procedures for different dyadic constellations and participant comfort.
- Movement artifacts and environmental variability may constrain certain experimental tasks.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:15
Experiment Preparation at the Participant's Home for Home‐Based Electroencephalography (EEG) Hyperscanning
2:31
Electroencephalogram (EEG) and Electrocardiogram (ECG) Sensor Application for the Caregiver for Home‐Based EEG Hyperscanning
5:50
Sensor Streams Synchronization of Electroencephalography (EEG), Electrocardiography (ECG) in Natural Settings for Caregiver‐Child Interaction Studies
