Методическая статья

Исследуя эффекты антипсихотических препаратов и шизотипии на N400 Использование Событийный потенциалов и Semantic категоризации

14.3K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/52082

⸱

19 ноября 2014 г.

 ,  ,  , 
1Department of Psychology, McGill University, 2Department of Cognitive Science, McGill University, 3Douglas Institute, Department of Psychiatry, McGill University, 4Neurology and Neurosurgery Department, McGill University

В этой статье

Краткое содержание

Использование событийные потенциалы ЭЭГ (ССП), мы исследуем эффекты антипсихотических лекарств на аномальных семантических активации мозга у здоровых людей с шизотипическими черт. Мы используем ССП для отслеживания различных изменений в мозговой деятельности, проливая понимание когнитивных процессов, связанных с семантической категоризации.

Аннотация

В области когнитивной неврологии, функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ) является популярным методом визуализации функции мозга. Это отчасти из-за своей отличной пространственным разрешением, что позволяет исследователям выявить области мозга, связанные с конкретными познавательных процессов. Тем не менее, в поисках локализации мозговых функций, это уместно отметить, что многие когнитивные, сенсорные и моторные процессы имеют временные различия, которые необходимо захватить, аспект, который остался нереализованным по неоптимальным временным разрешением МРТ в. Чтобы лучше понять, когнитивные процессы, таким образом, это выгодно использовать потенциальную (ERP) запись событий, связанных как метод сбора информации о головном мозге. Некоторые из его преимуществ относятся его фантастический временное разрешение, которое дает исследователям возможность следить за активностью мозга с точностью до миллисекунды. Это также непосредственно индексы возбуждающие и подавляющие постсинаптические потенциалыс помощью которых большинство вычислений мозга выполняются. Это сидит в отличие от МРТ, которая захватывает индекс метаболической активности. Кроме того, неинвазивный метод ERP не требует состояние контрастности: сырые ФКЗ могут быть рассмотрены в течение всего одной экспериментальной состоянии, в отличие от МРТ, где условия контроля должны быть вычтены из экспериментальных условиях, что приводит к неопределенности в связывая наблюдения с экспериментальными или контрастируют условия. В то время как она ограничена его плохой пространственной и подкорковых разрешением деятельности, утилита ERP-записей ", относительная экономическая эффективность, и связанные с ними преимущества предлагают весомым аргументом для ее использования в когнитивной нейронауки, чтобы отслеживать быстрые временные изменения в нейронной активности. В стремлении способствовать увеличение ее использования в качестве метода визуализации исследований, и для обеспечения надлежащего и точного сбора данных, настоящая статья будет наметить - в рамках парадигмы использования семантической категоризации для изучения влияния антипсихотическихы и Шизотипия на N400 - процедура и ключевые аспекты, связанные с приобретением ERP данных.

Введение

В то время как нейровизуализации прогресс, несомненно, дополненная наше понимание функций мозга, эти достижения имеют в основном статический акцент на выяснении структуры мозга. Это впоследствии оставляет динамические временные особенности сетей мозга относительно окутанных мраком, как методы нейровизуализации, которые решения этих временные аспекты, такие как МРТ и ближней инфракрасной спектроскопии (НИРС), производят временные разрешения, которые не соответствуют требованиям по сравнению с ЭЭГ. Таким образом, уместно, чтобы лучше понять и используют использования ERP записи, которая способна производить огромное количество значимой информации, что в противном случае будут неизвестно. Запись ERP является неинвазивным аналитический инструмент, который позволяет когнитивные неврологи отслеживать быстрые временные модуляции нейронной активности, которые вызываемые когнитивных, сенсорных и моторных процессов. Это включает в себя размещение электродов на кожу головы, чтобы захватить электрические постсинаптические ответы больших пeuronal населения от 2 до определенных событий или стимулов. ССП являются электроэнцефалографические изменения, которые время автоподстройки на сенсорных, моторных или когнитивных событий, и, как полагают, представляют собой суммирование постсинаптических потенциалов, создаваемых в ходе обработки информации 3. Эти ERP сигналы характеризуются задержками, амплитуды, полярности, и распределения головы, обеспечивая богатый выбор неврологического данных, которые могут стимулировать дальнейшее понимание нервных связей, которые способствуют познанию.

Цель ERP записи и электроэнцефалографии (ЭЭГ) является получение информации о основополагающих нейронных процессов, связанных с более высокого порядка, сложных когнитивных операций 4. ССП определяются их негативного или позитивного колебаний, а также их расположение на волосистой части головы и времени, в котором они появляются после начала стимула. Различные ФКЗ были связаны с различными аспектамикогнитивная обработка. Например, мы были, глядя на события, связанные с мозговой потенциал N400 5, отрицательного сигнала, что это вызвало 400 мс после начала значимых стимулов, таких как слова 6 и чьи распределение на коже головы, как известно, зависят от семантической категории из этих раздражителей. N400 является показателем семантических активаций, и исследования показали, что он имеет большую амплитуду для слов, которые открывают новые представления, такие как конкретных слов (например., Банан), что активировать визуальные и вербальные представления, чем для абстрактных слов (например, , идея), которые активируют только словесные представления 7,8. Исследование также подтверждает идею, что даже легкие симптомы шизофрении, как измеряется шизотипии масштабах, которые связаны с аномально чрезмерной смысловой активации N400 9. Таким образом, мы изучаем нормализует ли антипсихотических препаратов, что снижает шизофреническое представление симптомов, ненормальное себемантические активаций N400 у здоровых людей с высоким уровнем шизотипии. Здесь, использование ССП в семантической категоризации парадигмы является выгодным для изучения эффектов антипсихотических препаратов на N400.

Как запись ERP является неинвазивным и относительно экономичный метод для оценки функционирования нервной системы, он может быть применен в широком диапазоне областей, о чем свидетельствует значительное число ERP исследований в когнитивной неврологии, неврологии, нейропсихологии, психолингвистики и когнитивной психологии , Его универсальность позволяет следователям задавать соответствующие вопросы исследования об относительной сроков нейронных событий в большом разнообразии областей, в том числе языка, познания и изучения различных психических расстройств 10, таких как шизофрения, биполярное аффективное расстройство, депрессии и алкогольной зависимости расстройства , и это дает значительные преимущества по сравнению с альтернативными методами нейровизуализации, таких как регулРациональная магнитно-резонансная томография (МРТ). Некоторые из них включают его отличную временное разрешение, которое освещает деятельность мозга с точностью до миллисекунды. Запись ERP также непосредственно индексы возбуждающие постсинаптические потенциалы (ВПСП) и тормозные постсинаптические потенциалы (IPSPs), через которые выполняются многие расчеты головного мозга, то, что МРТ не делают. Еще одним преимуществом записи ERP является то, что оно дает возможность отличить ингибирующей активностью (нейрональные hyperpolarizations) от возбуждающей активности нейронов (деполяризации), тогда как в МРТ, большие сигналы не четко дифференцировать между этими двумя. Кроме того, способ ERP не требует контрастный условие: сырье ФКЗ могут быть исследованы только для одного экспериментальных условиях, в отличие от МРТ, где условия контроля должны быть вычтены из экспериментальных условиях, что приводит к неопределенности в связывая наблюдения с экспериментальными или контрастных условиях. Утилита ERP-записей ", относительнаяэкономическая эффективность и связанные с ними преимущества предлагают весомым аргументом в пользу использования ССП в когнитивной неврологии, как способ отслеживать быстрые временные изменения в нейронной активности. Круги это шаг за шагом руководство с основами проведения эксперимента ЭЭГ и записи связанных с событием потенциалов.

Протокол

Этот протокол следует принципам, изложенным в научно-этике Совета Дуглас институт.

1. Подготовка пациента

  1. Когда участник прибывает, объяснить эксперимент и получить подпись на форме информированного согласия, которая получила одобрение этики от Institutional Review Board этих учреждений.
  2. Сделайте отметку с помощью красным карандашом на переносице (Насьон), между бровями. Используя рулетку, измерьте расстояние от Насьон к нижнему основанию черепа, затылочного бугра. Различать это место, сдвинув руку вверх по шее, пока шишка на затылке участника не ощущается.
  3. Возьмите 1/10 измерения между Насьон и затылочного бугра и сделать отметку возле линии роста волос от Насьон, заботясь, чтобы гарантировать, что эти измерения в линии с носом.
  4. Оберните Head измерительная лента (4 Цвет ленты) вокруг головы на уровне отметкисделано в шаге 1.3. Определить размер крышки в зависимости от места неокрашенные конец ленты встречает цветной конец: использовать синий колпачок, если он пересекает в синей области, использовать сине-красный колпачок, если он пересекает между синей и красной областей и т.д.

2. Электрод Размещение

  1. Поместите колпачок голове участника. Выстроить два электрода на передней части крышки с глазами. Вставьте одноразовые губки диски на лобных электродов (FP1 и FP2), чтобы сохранить электро-гель от распространения.
  2. Держите две фронтальные электроды против отметки возле линии роста волос и вытяните крышку над головой. Убедитесь, что крышка плотно на голове участников.
  3. Поместите уха электроды на мочки ушей Участника в качестве опорных электродов. Очистите мочки ушей с алкоголем. Использование хлопка наконечника аппликатора, распространение ЭЭГ абразивный кожи готовит гель на мочки ушей, чтобы облегчить проводимость.
  4. Возьмите шприц и заполнить его с электролитом гэль. Затем сожмите гель на ухо электрода. Осторожно поместите гель заполненные уха электрод на мочки ушей участника.
  5. Прикрепите провода от крышки и ухо электроды к усилителю ЭЭГ. Установите коэффициент усиления усилителя на 20000. Прикрепите жгут проводов к крышке с капитализацией ремни, убедившись, что она плотно держа пробку на место.
  6. Начало применения геля электролита в первом электроде, который находится в средней передней части крышки. Электролит гель увеличивает электрическое соединение между волосистой части головы и электродом.
  7. Используйте шприц, чтобы выжать гель электролита в электрод. Начало, вставив шприц в электроде и качать его назад и вперед, пока она не находится в контакте с кожей головы. Тогда, одновременно сожмите шприц и подтянуть, создавая вертикаль геля.
  8. Повторите шаг 2.7 для всех электродов.
  9. Обработайте кожу головы под электродами с тупой иглой. Делайте это время observiнг монитор компьютера, который должен отображать схема электродов. Цель поцарапать кожу головы, пока соответствующий электрод на экране не получается черный цвет. Рекомендуется начать с ушными электродами, а затем перейдем к заземляющим электродам.

3. Электроэнцефалография ЭЭГ Эксперимент

  1. Прочитайте инструкцию для эксперимента до объекта. Откройте программу приобретения ЭЭГ на компьютере.
  2. Соблюдайте отдыха активность электродов. Устранение для «плохих» электродов, таких как плоские линейных сигналов или чрезмерно активных сигналов. Если таковые имеются, повторите шаги 2,7 и 2,9, чтобы минимизировать сопротивление.
    сильный> Примечание: сопротивление, которое измеряется с помощью тока 30 Гц, должна быть ниже 5 кОм.
  3. Начните запись, как только электродные сигналы хорошо выглядеть и нет плоские линейные сигналы или чрезмерно активные сигналы. Ищите любой myograms или глаз движения, и убедиться, что на участбрюки воздерживается от мигает и напрягая свои челюсти и лоб мышцы, так как они будут производить чрезмерный шум в данных. В состоянии покоя, могут быть бета и альфа-ритм присутствует.
  4. Запустите эксперимент на втором компьютере. Сроки эксперимента важно. Тщательно соблюдать для того, чтобы программное обеспечение эксперимент, таких как E-Prime, передает "маркеры", чтобы указать, начала стимула. Это очень важно, так как начала стимула часто используется в качестве точки отсчета для события в ERP парадигм.
  5. После завершения эксперимента, гарантировать, что данные были saved- этот процесс будет отличаться в зависимости от используемого программного обеспечения. Осторожно снимите крышку, и помочь участнику с мытья волос и сушки.
  6. Снимите крышку и уха электроды от усилителя, удалить одноразовые диски губки, и очистите крышки и уха электроды под проточной водой с использованием палки или конец ватного тампона. Используйте мягкое мыло или шампунь, а также зубную щетку, мягко клуха гель от электродов. Тщательно промойте. Разрешить оборудование высохнуть на воздухе.

4. Обработка данных

  1. Для получения ERP компоненты из ЭЭГ, определить, какие эпоха будет изучаться. Например, для вычисления амплитуды N400, использовать средние напряжения в мс временного окна для расчета 300-500.
  2. Перед усреднением эпохи ЭЭГ, отвергают испытания с чрезмерными движениями глаз или усилитель насыщенности. В зависимости от эксперимента парадигмы, может быть уместным, чтобы отклонить испытаний, которые соответствуют неправильных ответов.
  3. После усреднения, фильтровать ССП и сюжет данные (см анимированных рисунок 1 для конкретных инструкций по обработке данных с использованием Matlab, EEGLab и ERPLab).

Результаты

Пять цифры были включены, чтобы помочь исследователям в получении оптимального запись ERP Рисунок 1 изображает ERP сигналов, полученных после успешного завершения этого протокола.; он представляет собой "хороший" результат из-за его точной записи. Рисунок 2, с другой стороны, показывает, ERP сигналов, которые характеризуют плохое выполнение протокола, в результате чего «плохих» результатов, которые в первую очередь, определенных в чрезмерно шумных сигналов. На рисунке 3 показаны общие проблемы, которые могут возникнуть в ERP записи, которые могут препятствовать надлежащего сбора данных. Высокая активность может быть истолковано в высокой частоты и большой амплитуды в волнах. В отличие от этого, "Flatline" указывает на отсутствие активности или ненадлежащее связи. На рис 4 и 5 показывают великие средние для основных результатов нашей исследование влияния антипсихотических препаратов и шизотипии наN400, как измеряется с помощью семантической категоризации парадигму.

figure-results-1
Рисунок 1. хороший результат. Эта цифра показывает усредненные ERP сигналов одного субъекта в течение всех испытаний следующие успешного выполнения техники, что приводит к отсутствию плоских линий или чрезмерного шума. Обратите внимание, что волны будут выглядеть несколько иначе в зависимости от экспериментальной парадигмы используется- задач, которые сильно зависят от различных процессов (познавательных, сенсорной, и двигатель) будет производить различные формы сигнала в зависимости от содержания задачи и навыков, необходимых в задаче. Пожалуйста, Нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-2 Рисунок 2. Плохо Результат. Эта цифра показывает усредненные ERP сигналов одного субъекта в течение всех испытаний следующие ненадлежащего исполнения техники. Формы волны, показанные здесь, являются бедными из-за шума, а также плоской линии в FP2. Обратите внимание также на отсутствие узнаваемых компонентов ССП в ЭЭГ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-3
. Рисунок 3. Общие проблемы Эта цифра показывает общие проблемы, которые возникают с этой техникой; а именно, движение глаз, движение мышц, или насыщенность. Обратите внимание, что эти проблемы могут возникать в любом из каналов, так что не забудьте проверить их все. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы соперничатьва крупная версия этой фигуры.

figure-results-4
Рисунок 4. Влияние шизотипии. Эта цифра показывает великие средние ССП в состоянии плацебо. Красные линии соответствуют участников с высокими баллами по анкете шизотипического личности. Черные линии соответствуют участников с низким шизотипии как определяется анкеты.

figure-results-5
Рисунок 5. Влияние препарата в высоких лиц шизотипии. Эта цифра показывает великие средние ССП, где красный, соответствует лекарства (оланзапина), и черные соответствует плацебо. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенное Versiна этой фигуре.

Анимированные Рисунок 1. Эта цифра может быть использован в качестве руководства для обработки данных и получения ССП.

Обсуждение

В нашем исследовании эффектов антипсихотических препаратов на N400, мы обнаружили, что в состоянии плацебо, передние N400s были больше у лиц с высоким шизотипии чем у лиц с низким шизотипии. В состоянии медикаментозного однако, лобно-центральной N400s были меньше, но только в отдельных лиц с высоким шизотипии. Таким образом, лечение было видно, чтобы уменьшить эти большие лобно-центральной N400s в высоких шизотипическими лиц, что подтверждает предыдущие исследования, иллюстрирующий меньшие передние N400s у больных шизофренией, получавших антипсихотические лекарства, по сравнению с пациентов, получавших плацебо 11,12. У лиц с низкой шизотипии, не было никакой эффект препарата. Эти данные были получены с надлежащей реализации протокола, и говорить о важности сбора четкие и точные данные.

Для обеспечения точности и достоверные результаты, есть несколько критических точек, чтобы иметь в виду. Кполучить хороший сигнал, очень важно, чтобы крышка плотно подходят и размещены таким образом, чтобы сагиттальной электроды точно в середине, и что сопротивление регулируется. Колпачок, что слишком большой может снизить качество записи, как это будет намного сложнее, чтобы уменьшить сопротивления 13. Важно также, что участники понимают, что они должны избегать чрезмерного движения, мигание, или сгибание их лица и мышц челюсти, так как эти действия будут внести изменения в следах ЭЭГ и потенциально сделать интерпретация данных очень трудно 14. После эксперимента, оборудование должно быть надлежащим образом очищены, чтобы гарантировать, что электроды не заблокирован с помощью гель остатка, который может влиять на будущие коллекции сигнала.

Если есть проблемы в сигнале, такие как шум или плоских линий, убедитесь, что и наземные, и электроды подключены правильно. Снижение импеданс этих электродов можно уменьшить шум, так что еслиЕсть проблемы в связи, повторно применить гель и повторного царапины головы под электродами. Если есть myograms, позволяют предметом отдохнуть, прежде чем продолжить. При разработке эксперимент, она имеет отношение к записи ERP, что опытно-конструкторских составляет синхронизации аспекты, такие как длительности стимула презентации и коротких периодов времени, которые позволяют участник мигать.

Перед началом эксперимента ЭЭГ, важно понять, связанные ограничения. Относительно низкие пространственное разрешение может быть что-то рассмотреть, а также трудность использования ЭЭГ для выяснения подкорковые деятельность. Шум введен мигает и мышечной активности тоже невыгодно, и нервные сигналы, полученные образуются пятна, когда они проходят через спинномозговой жидкости, мозговых оболочек и черепа. Эти ограничения могут быть решены с альтернативными методами нейровизуализации неза- висимым, таких как МРТ, НИРС и #8211; или путем объединения с ЭЭГ этих альтернативных подходов. Тем не менее, как упоминалось ранее, эти подходы также осуществлять свои собственные недостатки. Необходимые условия контраста и отсутствие базового и полярности в МРТ являются яркими примерами. Что касается альтернативных методов визуализации головного мозга, запись ERP имеет много преимущества- наиболее особенно его замечательную временное разрешение, которое на уровне миллисекунд. Это также неинвазивный и минимально неудобно для участника, и не связан с какими-либо существенных рисков или опасностей. Запись ERP является экономически выгодным, особенно по сравнению с другими методами нейровизуализации, таких как функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ) и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) 15. Он предлагает заглянуть в нейронных событий, которые происходят в познавательной, сенсорных и моторных процессов, так и в будущем, может быть применен для изучения предсознательных процессы.

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Благодарности

Авторы хотели бы выразить признательность мозга и поведение исследовательский фонд за их щедрую поддержку.

Материалы

http://www.neuroscan.com/documents/AF573-01%20CURRY%20NuAmpsExpressPRESSD4.pdf
Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Программное обеспечение для регистрации ЭЭГ (Scan 4.5)Нейросканhttp://www.neuroscan.com/scan.cfm
цифровым усилителем ЭЭГ (NuAmp)Компьютеры
2
MatlabThe MathWorks, Inchttp://www.mathworks.com/products/matlab/
EEGLab Matlab toolboxhttp://sccn.ucsd.edu/eeglab/
ERPLAB Toolboxhttp://erpinfo.org/erplab
Программное обеспечение для генерации стимуловE-Prime
ECI Электродный колпачокElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/caps/
Специальная измерительная лента для головки (4 цвета ленты)Electro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Одноразовые губчатые дискиElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
EEG Абразивный гель для подготовки кожи (Nuprep)Weaver and Companyhttp://www.weaverandcompany.com/nuprep.html
Жгут для телаElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Колпачковые ремниElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Электро-гельElectro-cap International, Inc
Тупой игла (BD Vacutainer PrecisionGlide Multiple Sample Needle)Becton, Dickinson and Company367211; см. http://www.bd.com/resource.aspx?IDX=7559
ШприцElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
2 ушных электродаElectro-cap International, Inchttp://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/
Спиртовые салфетки Красный
карандаш
Ватные палочки
Средства и принадлежности для мытья головы участников после эксперимента - раковина, шампунь, расческа, полотенца, фен
Neuro Scan Labs

Ссылки

  1. Debruille, J. B., Rodier, M., Prevost, M., Lionnet, C., Molavi, S. Effects of a small dose of olanzapine on healthy subjects according to their schizotypy: an ERP study using a semantic categorization and an oddball task. Europeam Neuropsychopharmacology. 23 (5), 339-350 (2013).
  2. Bressler, S. L. The Handbook of Brain Theory and Neural Networks. Arbib, M. A. , MIT Press. Cambridge, MA. 412-415 (2002).
  3. Peterson, N. N., Schroeder, C. E., Arezzo, J. C. Neural generators of early cortical somatosensory evoked potentials in the awake monkey. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 96 (3), 248-260 (1995).
  4. Blackwood, D. H., Muir, W. J. Cognitive brain potentials and their application. The British Journal of Psychiatry Supplement. 9, 96-100 (1990).
  5. Debruille, J. B. The N400 potential could index a semantic inhibition. Brain Research Reviews. 56 (2), 472-477 (2007).
  6. Kutas, M., Hillyard, S. A.Event-Related Brain Potentials (ERPs) Elicited by Novel Stimuli during Sentence Processing. Annals of the New York Academy of Sciences. 425 (1), 236-241 (1984).
  7. Holcomb, P. J., Kounios, J., Anderson, J. E., West, W. C. Dual-coding, context-availability, and concreteness effects in sentence comprehension: an electrophysiological investigation. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition. 25, 721-742 (1999).
  8. Renoult, L., Brodeur, M. B., Debruille, J. B. Semantic processing of highly repeated concepts presented in single-word trials: electrophysiological and behavioral correlates. Biological Psychology. 84, 206-220 (2010).
  9. Prevost, M., et al. Schizotypal traits and N400 in healthy subjects. Psychophysiology. 47, 1047-1056 (2010).
  10. Sur, S., Sinha, V. K. Event-related potential: An overview. Industrial Psychiatry Journal. 18 (1), 70-73 (2009).
  11. Condray, R., Siegle, G. J., Cohen, J. D., van Kammen, D. P., Steinhauer, S. R. Automatic activation of the semantic network in schizophrenia: evidence from event-related brain potentials. Biological Psychiatry. 54, 1134-1148 (2003).
  12. Condray, R., Steinhauer, S. R., Cohen, J. D., van Kammen, D. P., Kasparek, A. Modulation of language processing in schizophrenia: effects of context and haloperidol on the event-related potential. Biological Psychiatry. 45, 1336-1355 (1999).
  13. Light, G. A., et al. Electroencephalography (EEG) and event-related potentials (ERPs) with human participants. Current Protocols in Neuroscience. , 21-24 (2010).
  14. Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , MIT Press. Cambridge, Mass. (2005).
  15. Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , 2nd edition, MIT Press. Cambridge, Mass. (2005).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

N400

Похожие статьи