В настоящем протоколе описывается, как выполнять сятворные записи ЭЭГ и FNIRS и как проверять взаимосвязь между данными ЭЭГ и FNIRS.
Методическая статья
В настоящем протоколе описывается, как выполнять сятворные записи ЭЭГ и FNIRS и как проверять взаимосвязь между данными ЭЭГ и FNIRS.
Параллельные записи ЭЭГ и FNIRS дают прекрасную возможность получить полное представление о нейронном механизме когнитивной обработки путем проверки взаимосвязи между нейронными и гемодинамическими сигналами. ЭЭГ является электрофизиологической технологией, которая может измерять быструю нейронную активность коры, в то время как fNIRS опирается на гемодинамические реакции на вывод активации мозга. Сочетание ЭЭГ и fNIRS нейровизуализации методы могут определить больше возможностей и выявить больше информации, связанной с функционированием мозга. В этом протоколе были проведены слитые измерения ЭЭГ-ФНИРС для одновременной записи вызванных электрических потенциалов и гемодинамических реакций во время задачи Flanker. Кроме того, были представлены и подробно обсуждены важнейшие меры по созданию аппаратно-программной системы, а также процедуры сбора и анализа данных. Ожидается, что настоящий протокол может проложить новый путь для улучшения понимания нейронных механизмов, лежащих в основе различных когнитивных процессов с помощью сигналов ЭЭГ и FNIRS.
Это исследование направлено на разработку рабочего протокола, чтобы выявить нейронную активацию шаблона, лежащего в основе задачи Flanker с помощью слитых ЭЭГ и fNIRS нейровизуализации методов. Интересно, что параллельные записи fNIRS-EEG позволяют проверить связь между гемодинамическими сигналами в префронтальной коре и различными связанными с событиями потенциальными (ERP) компонентами всего мозга, связанными с задачей Flanker.
Интеграция различных неинвазивных методов нейровизуализации, включая функциональную ближнеинжетную спектроскопию (фНИРС), электроэнцефалографию (ЭЭГ) и функциональную магнитно-резонансную томографию (МРТ), имеет важное значение для улучшения понимания того, где и когда происходит обработка информации в головном мозге1,,2,,3. Кроме того, существует потенциал для объединения fNIRS и ЭЭГ для изучения взаимосвязи между локальной нейронной активностью и последующими изменениями в гемодинамических реакциях, в которых ЭЭГ и ФНИРС могут дополнять друг друга в выявлении нейронного механизма когнитивной функции мозга человека. fNIRS является сосудистой основе функциональной нейровизуализации техники, которая опирается на гемодинамические реакции на вывод активации мозга. fNIRS измеряет относительные оксигемоглобин (HbO) и дезоксигемоглобин (HbR) изменения концентрации в коре головного мозга, который играет важную роль в изучении когнитивной обработки3,4,5,6,7. Согласно нейрососудистому и нейрометаболическим механизму соединения8,изменение местной нервной активности, связанной с когнитивной обработкой, обычно сопровождается последующими изменениями в местном кровотоке и кислороде крови с задержкой 4-7 секунд. Показано, что нервно-сосудистое соединение, скорее всего, является преобразователем мощности, который интегрирует быструю динамику нейронной активности в сосудистый вход медленной гемодинамики9. В частности, fNIRS в основном используется для проверки нервно-сосудистой активности в лобной доле, особенно префронтальной коры, которая отвечает за высокие когнитивные функции, такие как исполнительные функции10,11,12, рассуждения и планирования13, принятие решений14, и социальное познание и моральное суждение15. Тем не менее, гемодинамические реакции, измеренные fNIRS, лишь косвенно фиксируют нейронную активность с низким временным разрешением, в то время как ЭЭГ может предложить временно тонкие и прямые показатели нейронной деятельности. Следовательно, сочетание записи ЭЭГ и FNIRS может определить больше возможностей и выявить больше информации, связанной с функционированием мозга.
Что еще более важно, мульти-модального приобретения ЭЭГ и fNIRS сигналы были проведены для проверки активации мозга, лежащих в основе различных когнитивных задач16,17,18,19,20,21,22 или мозг-компьютер интерфейс23,24. В частности, параллельные ERP (потенциал, связанный с событиями) и fNIRS были проведены на основе связанных с событиями слуховых чудаковпарадигмы 1, в котором fNIRS может определить гемодинамические изменения в фронтовременной коры через несколько секунд после появления компонента P300. Horovitz et al. также продемонстрировали одновременные измерения сигналов fNIRS и компонента P300 во время семантической задачи обработки25. Интересно, что предыдущие исследования, основанные на одновременных Записи ЭЭГ и FNIRS показали, что P300 во время чудаковатых стимулов продемонстрировали значительную корреляцию с сигналами fNIRS26. Было обнаружено, что мультимодальные меры имеют потенциал, чтобы выявить всеобъемлющий когнитивный нейронный механизм, основанный на парадигме26. Помимо задачи oddball, задача Flanker, связанная с компонентом ERP N200, также является важной парадигмой, которая может быть использована для исследования обнаружения и оценки когнитивных способностей со здоровым контролем и пациентами с различными расстройствами. В частности, N200 был отрицательным компонентом, который достигает 200-350 мс от передней cingulated коры лобной27 и выше височной коры28. Хотя предыдущие исследования изучали связь между превосходной лобной корой и альфа-колебанием в задаче Flanker29,корреляция между амплитудой N200 и гемодинамическими реакциями во время задачи Flanker не была изучена.
В этом протоколе для одновременных записей ЭЭГ/ФНИРС был использован самодельный патч ЭЭГ/ФНИРС на основе стандартного эЭГ-колпачка. Механизмы оптодов/электродов с поддержкой были достигнуты за счет размещения оперсов fNIRS, слитых в колпачок ЭЭГ. Одновременное приобретение данных ЭЭГ и FNIRS осуществлялось с теми же стимулами задач, генерируемых программным обеспечением E-prime. Мы предполагаем, что компоненты ERP, связанные с задачей Flanker, могут проявлять значительную корреляцию с гемодинамическими реакциями в префронтальной коре. Между тем, комбинированные записи ERP и fNIRS могут извлечь несколько сигнальных индикаторов для определения моделей активации мозга с повышенной точностью. Чтобы проверить гипотезу, установка fNIRS и эЭГ-машина были интегрированы, чтобы выявить сложный нейронный механизм познания, соответствующий задаче Flanker, связанной с событиями.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перед экспериментальными испытаниями все участники подписали документы об информированном согласии. Протокол для настоящего исследования был одобрен Комитетом по этике Университета Макао.
1. Оборудование и программное обеспечение настройки для одновременного ЭЭГ и fNIRS записи
2. Экспериментальная подготовка
3. Выполнить эксперимент
4. Измерение трехмерных (3D) MNI координат оптодов fNIRS с помощью 3D-дигитизатора
5. Анализ данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
На рисунке 2 показаны сигналы HbO для всех каналов, в то время как рисунок 3 отображает ERPs на Fz и FCz для двух условий задачи Flanker. Figure 4 проиллюстрировал результаты анализа корреляции Пирсона показали, что сигналы fNIRS в SFC продемонстрировали значительную корреляцию с компонентом ERP N200 в Fz для несоответствия состояния (Plt;0.05). Тем не менее, это не относится к конгруэнтным условиям
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом протоколе были выполнены комбинированные записи ЭЭГ и FNIRS для изучения моделей активации мозга, связанных с парадигмой Фланкера, связанных с событиями, путем записи нейронных сигналов всего мозга и одновременных гемодинамических реакций префронтальной коры. Результаты ERP показали, что N200 в Fz смог значительно отличить конгруэнтные и несовместимые условия (P-0.037). Между тем, сигналы HbO в SFC (каналы 21) также продемонстрировали существенную разницу между конгруэнтными и несовместимыми условиями, которые про...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была частично выполнена в высокопроизводительном вычислительном кластере (HPCC), который поддерживается Бюро информационно-коммуникационных технологий (ICTO) Университета Макао. Это исследование было поддержано MYRG2019-00082-FHS и MYRG 2018-00081-FHS гранты из Университета Макао в Макао, а также финансируется Фондом научно-технического развития, Макао SAR (FDCT 0011/2018/A1 и FDCT 025/2015/A1).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| ЭЭГ-шапочка | EASYCAP GmbH | - | - |
| ЭЭГ система | BioSemi | - | |
| -fNIRS система | TechEn-CW6 | System |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение