Overview
Fuente: Laboratorios de Jonas T. Kaplan y Sarah I. Gimbel, University of Southern California
Dada la abrumadora cantidad de información captada por los órganos sensoriales, es fundamental que el cerebro es capaz de priorizar el procesamiento de determinados estímulos, a gastar menos esfuerzo en lo que no puede ser actualmente importante y atender a lo que es. Un heurístico que utiliza el cerebro es ignorar los estímulos que son frecuente o constante a favor de estímulos que son inesperados o único. Por lo tanto, eventos raros tienden a ser más salientes y captar nuestra atención. Además, estímulos que son relevantes para nuestros objetivos conductuales actuales son prioridad sobre aquellas que son irrelevantes.
Los correlatos neurofisiológicos de la atención se han examinado experimentalmente mediante el paradigma oddball. Introducido originalmente en 1975, la tarea de oddball presenta al participante con una secuencia de audio repetitiva o estímulos visuales, con frecuencia interrumpidos por un estímulo inesperado. 1 esta interrupción por un estímulo objetivo ha demostrado provocar eventos eléctricos específicos que son registrables en el cuero cabelludo conocido como potenciales evento-relacionados (ERPs). Un ERP es la respuesta del cerebro medido resultante de un evento específico sensorial, cognitivo o motor. ERPs se miden mediante electroencefalografía (EEG), un medio no invasivo de evaluar la función cerebral en pacientes con la enfermedad y los individuos normalmente de funcionamiento. Un componente específico de ERP en la región parietal del cuero cabelludo, conocida como P300, se ha mejorado en respuesta a eventos de bicho raro. La P300 es una deflexión positiva continua en la señal de EEG que se produce de entre 250 y 500 ms después del inicio del estímulo. En general, potenciales tempranos reflejan sensorial-motor de procesamiento mientras más potenciales como el P300 reflejan procesamiento cognitivo.
En este video, se muestra cómo administrar la tarea de oddball mediante EEG. El video cubre la instalación y administración de EEG, y análisis de ERPs relacionados con estímulos tanto control como destino en la tarea de bicho raro. En esta tarea, los participantes se establecen con los electrodos de EEG y actividad cerebral se grabó mientras ven los estímulos de control, entremezclados con los estímulos objetivo. El procedimiento es similar a la de Habibi et al. 2 cada vez que un estímulo Diana se presenta, el participante presiona un botón. Cuando los ERPs son promediados a través de los estímulos de control y de destino, pueden compararse los correlatos neuronales de cada evento en un intervalo de tiempo seleccionado.
Procedure
1. participante reclutamiento
- Reclutar a 20 participantes para el experimento.
- Asegúrese de que los participantes han sido completamente informados de los procedimientos de investigación y han firmado todos los formularios de consentimiento apropiado.
2. recolección de datos
- Preparación de EEG (Nota: estos pasos son para el uso con el sistema de Neuroscan 4.3 con amplificador Synamps 2 y un tapón rápido de 64 canales.)
- Los participantes en un estudio de EEG no deben tener los productos de pelo (p. ej., gel, mouse o acondicionador leave-in) en el pelo antes de su participación.
- Llenan jeringas de 10 ml de 2-4, electrodo-gel conductor (es decir, rápido-gel). Se recomienda revolver el gel antes de usar para liberar las burbujas de aire.
- Cepillo de pelo y el cuero cabelludo bien (unos 5 minutos).
- Cabeza limpia con una gasa alcohol y algodón. También limpia la piel para la colocación de electrodos: dos mastoids (detrás de cada oído), por debajo y por encima de la izquierda ojo VEO (vertical electro-ocular) y las partes lejanas de cada ojo HEO (electro-ocular horizontal; Figura 1, izquierda).
- Usando discos adhesivo a doble cara, coloque los electrodos.
- Medir la cabeza de la frente (entre las cejas, ojos medio) al inion (debajo de la protuberancia de la cabeza en la parte posterior). Esta distancia determinará el tamaño de la tapa (pequeño, mediano o grande). Para colocar la tapa, marca el 10% de la distancia medida en la frente y asegúrese de que está colocado el electrodo frontal medio (FPz) Esto marcó.
- Conecte los electrodos de cara a sus respectivas cuerdas sobre la tapa
- Empezar a llenar los electrodos con gel, con la punta de la aguja embotada para raspar el pelo a un lado por debajo del electrodo, por lo que el electrodo está en contacto directo con el cuero cabelludo. Ser conscientes de no dañar la piel.
- Levantando un poco el electrodo facilita el introducir el gel. En la mayoría de los casos, habrá pelo debajo del electrodo. Mejor impedancia permite moverlo fuera del camino.
- Llevar al participante a la sala insonorizada y enchufe en la tapa y electrodos individuales.
- Verifique la impedancia de la conexión del electrodo-cuero cabelludo para mantenerlo debajo de 10 KΩ. Si la impedancia es alta Asegúrese de que el electrodo tiene gel conductor y está en contacto con el cuero cabelludo.
- La impedancia es la tendencia a impedir el flujo de corriente alterna. Alta impedancia puede aumentar el ruido en los datos y debe reducirse antes de que comience el estudio.
- En la mayoría de los casos, el pelo es en la forma del electrodo. Mover fuera del camino debe recibir mejor impedancia.
- Una vez la impedancia es aceptable para todos los electrodos y EEG rastros de ruido, puede comenzar la recolección de datos.
Figura 1: colocación del electrodo. Colocación de los electrodos de cara a detectar artefactos EOG (izquierda). Diagrama de medición de directamente entre las cejas a apenas debajo de la protuberancia en la parte posterior de la cabeza. 10% de esta medida se mide por encima de la marca de medio ojo, y esto es donde el electrodo FPZ del casquillo se coloca (derecha).
- Recopilación de datos de EEG
- Preparar al participante para realizar la tarea.
- Lugar el participante en una silla de 75 cm de la pantalla del ordenador de 16 pulg, en una sala de sonido y luz atenuada (acústico y eléctrico blindado).
- Dile al participante que él o ella verán círculos de colores aparecen en la pantalla. Cada vez que aparece un círculo verde, el participante debe presionar un botón en su mano derecha (figura 2).
- Mostrar cada estímulo de 1000 ms, con un intervalo de 1000 ms interstimulus entre presentaciones del estímulo.
- Mostrar los estímulos 64 objetivo, entremezclados aleatoriamente entre 96 presentaciones de los círculos rojos no objetivo. Repite esta secuencia dos veces, para un total de 128 ensayos de estímulo objetivo y 192 no objetivo de control.
- Inicie el sistema y tener un registro continuo de EEG durante la presentación de la tarea funcional.
- EEG es amplificado por amplificadores con una ganancia de 1024 y un pase de banda de 0.01 a 100 Hz.
- Ensayos contaminación por ojo parpadea y rechazo de artefacto (aproximadamente 15% de ensayos) se eliminarán fuera de línea.
- Preparar al participante para realizar la tarea.
Figura 2: estudio de diseño de la tarea de oddball. El participante se presenta con un círculo rojo o con un círculo verde. Cada estímulo aparece por 1 s, seguido por una pantalla en blanco de 1-s. Cada vez que el participante ve un círculo verde, se instruyó a un botón en su mano derecha.
3. Análisis de los datos
- Fuera de línea, referencia datos promedio mastoids.
- Segmentar datos de EEG continuo en épocas, partidas 200 ms antes y terminando 1000 ms después del inicio del estímulo.
- Las épocas son base corregido usando la época 200 ms antes de la aparición del estímulo.
- Para corregir para los artefactos de movimiento, épocas con un cambio de señal superior a 150 microvoltios en cualquier electrodo de EEG no se incluyeron en el promedio.
- Los datos son filtrados digitalmente sin conexión (banda 0.05-20 Hz).
- Usar los promedios ERP que se muestran de los sitios de grabación Pz para destino y control de estímulos.
- El pico (amplitud y latencia) de parietal P300 se obtiene automáticamente en electrodo Pz.
- Análisis estadístico
- Parcela ERP promedios desde los electrodos parietales de Pz.
- Para pico de amplitud y latencias, utilice pruebas de F para cada intervalo de latencia para determinar si hay una diferencia entre objetivo y control de estímulos.
Dada la abrumadora cantidad de información sensorial en nuestro entorno, el cerebro debe ser capaz de priorizar el procesamiento de determinados estímulos, por lo que gasta menos esfuerzo en lo que no puede ser actualmente importante y asistir a lo que es.
Todos los días, una persona está expuesta a múltiples imágenes y sonidos, como la gente en la oficina o elementos visuales en una pantalla de ordenador.
La atención que alguien paga a tales estímulos depende, en parte, sus objetivos en un momento dado. Por ejemplo, útil pueden centrarse en su monitor a una presentación. Cuando esto sucede, el cerebro ignora elementos frecuentes y poco importantes, como la tipificación de compañeros de trabajo y en cambio atiende a las diapositivas en la pantalla.
Este es un ejemplo de un proceso denominado atención de arriba hacia abajo, en el cual el cerebro filtra información no relacionada con un objetivo.
En cambio, atención de abajo hacia arriba trata de estímulo único, inesperado, que tienen la capacidad para captar la atención de una persona, a pesar de no están relacionados con un objetivo.
Estos ruidos raros o lugares se llaman estímulos de chiflado, y — debido a su novedad, son priorizadas por el cerebro para su procesamiento, ya que pueden ser importantes. Un ruido en la cocina puede significar que alguien está lastimado, o que pueden ser aperitivos.
En respuesta a acontecimientos sensoriales importantes — el accidente en la cocina, pueden activar las neuronas múltiples en la misma región del cerebro, que promueve la propagación de una señal eléctrica.
Esta respuesta eléctrica se puede medir en el cuero cabelludo con electrodos a través de técnicas de electroencefalograma (EEG), abreviado como EEG, y la medida resultante se llama un potencial relacionado con eventos o ERP.
En este video, vamos a investigar ERP durante un paradigma oddball, en que temas se presentan estímulos visuales únicos y común. Le mostraremos cómo configurar un experimento de EEG, analizar los datos del ERP y explorar cómo los investigadores están aplicando esta técnica para estudiar otros aspectos de la atención.
En este experimento, la actividad cerebral de participantes ver dos tipos de estímulos basados en la forma — línea de base y chiflado — se mide mediante EEG, con el fin de ganar la penetración en cómo el cerebro identifica irrelevantes de la información sensorial importante.
Para prepararse para EEG, investigadores Coloque electrodos — ya insertado en un tapón, en cuero cabelludo de los participantes en localizaciones anatómicas específicas, así que la actividad eléctrica en el cerebro puede grabarse.
Los electrodos adicionales se colocan alrededor de los ojos para medir la actividad muscular, que puede producir artefactos de movimiento de datos de EEG y detrás de las orejas en mastoides lugares que sirven de referencias donde se recopila información no neuronales.
Los participantes se introducen entonces los dos tipos de estímulos que voy viendo. Aquí, imágenes de línea de base consisten en un sola, círculo rojo, mientras que una imagen de oddball se compone de un círculo verde individual.
Participantes se indica que en la búsqueda de formas verdes y dirigidos a presionar un botón cada vez que uno se muestra en pantalla.
Durante la tarea, cada círculo aparece 1 s en un monitor de computadora. Después de que el círculo desaparece, la pantalla permanece en blanco por 1 s y la siguiente imagen se presenta a continuación.
El truco es que los participantes se muestran círculos verdes esporádicamente — y mucho menos a menudo, entre varias imágenes secuenciales del rojo unos. De los 160 estímulos 64 sólo son verdes.
La idea es que estas imágenes "fuera de lugar" objetivo captará tanto atención de abajo hacia arriba — como son raros y la atención de arriba hacia abajo — como la meta de la tarea es indicar Cuándo aparecen estas formas.
Como resultado, el cerebro responderá a estos estímulos potencialmente importantes, relacionadas con el objetivo mediante la producción de señales eléctricas robustas.
Datos de EEG se registran continuamente en todos los 160 ensayos. A continuación, la secuencia se repite y se muestra un segundo conjunto de 160 imágenes, que asegura que se recoge información suficiente para distinguir la verdadera actividad inducida por el chiflado de ruido.
Luego, los datos de EEG son procesados para generar formas de onda de ERP para cada sitio anatómico sobre el cual se coloca un electrodo.
Basado en investigaciones anteriores, los datos más importantes se espera que cerca del Pz electrodo, situado en el centro del cuero cabelludo hacia la parte posterior de la cabeza, sobre la Unión de los lóbulos parietales.
En concreto, uno de los componentes de estos ERPs parietales, llamada P300 — llamado así porque consta de un pico positivo en la forma de onda que se produce aproximadamente 300 ms después de un estímulo sensorial se presenta, se predicen para ser mejorada en respuesta a los círculos de verde raro.
Para comenzar el experimento, saludar a los participantes y asegurarse de que firmen todas las formas apropiadas del consentimiento. También confirman que no han utilizado ningún productos de pelo, como crema batida, que podrían interferir con las grabaciones de EEG.
Antes de continuar, primero remueva el gel conductor de electrodo para liberar cualquier burbuja de aire. Entonces, se usa para llenar una jeringa de 10 ml, que ayudará en la aplicación de esta sustancia a los arreglos de electrodos más adelante en el protocolo.
Una vez que se ha preparado la jeringa, bien cepillo de cabello y cuero cabelludo del participante y limpie la parte superior de su cabeza con una gasa de algodón empapada en alcohol.
Después, esterilizar la piel detrás de las orejas del participante anteriores y debajo del ojo izquierdo y en las posiciones horizontales lejos de ambos ojos de manera similar.
A continuación, ponga una cara de un disco adhesivo dos caras contra un electrodo. En el otro lado, aplique el gel hacia el electrodo expuesto y luego fijarla al área limpiado sobre el ojo izquierdo. Repita este proceso en las restantes posiciones esterilizadas en la cara.
Para determinar el tamaño de la tapa del EEG que se utilizará, mida la distancia desde la parte frontal de la cabeza del participante, directamente entre las cejas, a la proyección de inion del cráneo, situado por debajo de la protuberancia en la parte posterior de la cabeza. Por encima del punto medio ojo, marca 10% de la distancia medida en la frente.
Utilizando la medida del ojo-inion, elegir una tapa que encaja dentro de las gamas estándar de la circunferencia y se coloca para que el electrodo del FPz, más delantero central, uno, se coloca sobre la marca en la frente. A continuación, Conecte cada uno de los electrodos de cara a su respectivo cable de la tapa.
Después de recuperar la jeringa llena de gel, informar a los participantes que se va introducir la punta blunted en cada electrodo. Ahora, levante cada uno y raspar el pelo subyacente, teniendo cuidado de no lesionar la piel.
Luego, proceder a colocar el gel y repita este proceso para los electrodos de cap restantes asegurar que las señales eléctricas en el cuero cabelludo se realizan correctamente.
Luego, tomar al participante a una habitación tranquila con protección acústica y eléctrica y enchufe en la tapa en el sistema de grabación.
Utilizando el programa informático asociado, verifique la impedancia de las conexiones de electrodo-cuero cabelludo. Si la impedancia está por encima de 10 KΩ para cualquier electrodo, que puede generar ruido en trazos de EEG en: verificar que tiene gel conductor y que todo el pelo subyacente se ha movido lejos.
Tenga en cuenta que todos los valores de impedancia ahora deben estar por debajo de 10 KΩ.
En preparación para la tarea conductual, que los participante se sientan para que sean colocados unos 75 cm del monitor y les dan una caja de respuesta para sostener. Destacar que sólo debe presionar el botón de sincronización cuando observan un círculo verde en la pantalla.
Después de que el participante entiende la tarea, iniciar el sistema EEG. Que puedan completar los ensayos del estímulo 64 objetivo entremezclados con los ensayos de control no 96. Tras los 160 ensayos, iniciar la secuencia de repetición.
Una vez todos los datos han sido recogidos, importar los resultados en un programa de análisis para comenzar el procesamiento fuera de línea. En primer lugar, aislar solamente las señales neuronales mediante una referencia a la información a valores promedio de mastoides.
Continuar dividiendo las grabaciones de EEG continuo en épocas — secciones comprendido entre 200 ms antes y 1000 ms después del inicio de cada estímulo, en este caso círculos verdes o rojo.
Proceder a la línea de fondo ajustar estos plazos con las porciones que se producen 200 ms antes de la aparición del estímulo.
Entonces, para corregir para los artefactos de movimiento, eliminar períodos durante los cuales se registró un cambio de señal superior a ±150 mV en cualquiera de los electrodos — no sólo los datos que recoge uno de un sitio anatómico de interés.
Luego, para cada electrodo, promedio el EEG los datos recogidos de los ensayos de imagen de línea de base para producir una forma de onda ERP. Del mismo modo, un promedio de los datos de ensayos de oddball.
Para analizar los datos, mostrar el ERP promedio desde el sitio de grabación Pz para el destino verde y formas de control rojo. Para los componentes P300 parietales, evaluar la amplitud, la altura del componente por encima del valor inicial de 0 μV — y su latencia, cuánto aparece en ms después de que el participante considera que el círculo.
Entonces, latencias y amplitudes de pico, de utilizar pruebas de F para determinar si existe una diferencia entre estímulos iniciales y chiflado.
Observe que para las formas verde raro, el rastro alcanzó aproximadamente 350 ms después del inicio del estímulo, mientras que ningún pico de la P300 se observó cuando los participantes visitaron los círculos rojo blanco de control.
Colectivamente, estos datos sugieren que la actividad en el lóbulo parietal aumenta cuando se presentan estímulos de oddball, reflejando los procesos neuronales que identifican estímulos relevantes a la tarea, salientes.
Ahora que sabes cómo los investigadores utilizan el paradigma oddball visual en el procesamiento de la información sensorial, echemos un vistazo a cómo los científicos están aplicando esta técnica para analizar ERPs en otras áreas.
Aunque nos hemos centrado en ERPs producidos por cerebros sanos, algunos investigadores están usando el paradigma oddball para entender cómo las conmociones cerebrales, lesiones resultando de trauma a la cabeza — afectan procesos cognitivos.
Por ejemplo, existe evidencia que los estudiantes que sufrieron una conmoción cerebral, y que exhiben síntomas tales como mareos o confusión, producen significativamente más picos de P300 cuando ve una imagen rara raro, en comparación con los participantes de control ileso.
Esto sugiere que las conmociones cerebrales negativamente pueden afectar cómo el cerebro responde a y, los procesos de información sensorial potencialmente importante.
Otros investigadores han utilizado una modificación del paradigma oddball: uno que incluyó sonidos inesperados, en vez de imágenes, para comprender mejor las diferencias entre atención top-down y bottom-up.
Mediante el estudio de ERPs producidos por tonos de oddball, los científicos han determinado que, no sólo es el pico de la P300 también mejorado por los sonidos raros, pero que este componente puede consistir en dos subpartes: una porción temprana llamada P3ay un elemento de3b P más adelante.
Curiosamente, estos dos picos se observan en los ERPs de participantes dados el objetivo de identificar estímulos sonidos raros. Sin embargo, sólo P3a se presenta en las formas de onda de los participantes dijo pasivamente a escuchar sonidos y no le da un objetivo identificar los impares.
Así, P3a se piensa para hacer frente a la atención de abajo hacia arriba — y cómo el cerebro responde a los estímulos novedosos, mientras que P3b probablemente refleja más atención, y cómo el cerebro cognitivo clasifica metas.
Usted sólo ha visto video para investigar el procesamiento de estímulos sensoriales, usando el paradigma oddball de Zeus — particularmente en el lóbulo parietal. Por ahora, debe saber cómo diseñar diferentes estímulos, registro EEG, así como generar y analizar sistemas ERP. También debe tener una comprensión de cómo ERPs permiten comprender mejor los procesos cognitivos y permite comprender mejor ciertas lesiones.
¡Gracias por ver!
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Results
Durante la tarea de chiflado donde los participantes fueron instruidos para responder con una pulsación cada vez que veían un círculo verde, hubo una P300 parietal aumento en comparación con cuando el participante del círculo de control rojo. Este rastro alcanzó su punto máximo aproximadamente 350 ms después de la aparición del estímulo, mientras que no había ningún pico de la P300 para el rastro de control ()figura 3).
Figura 3: P300 parietal ante imágenes de línea de base y oddball. Rastro de tiempo ERP promedio de la respuesta parietal para imágenes de línea de base (rojo) y chiflado (verde). La respuesta se mide en microvoltios en milisegundos.
Estos resultados muestran que la actividad en el lóbulo parietal aumenta cuando se presenta un elemento raro, reflejando los procesos neuronales que identifican estímulos relevantes a la tarea, salientes. El cerebro aumenta su eficiencia mediante la identificación de estos elementos y centrar los recursos en procesarlos. Los estímulos que captan la atención de esta manera respondió más rápidamente y también se recuerda mejor después.
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Applications and Summary
El enfoque ERP, por su muy alta resolución temporal, permite la discriminación entre los eventos eléctricos que corresponden a procesos psicológicos extremadamente rápido. La tarea de oddball demuestra este poder, en revelar una firma eléctrica del lóbulo parietal que discrimina entre dos estímulos similares menos de la mitad un segundo después de su presentación. La tarea proporciona una ventana en proceso del cerebro para identificar características en el medio ambiente que tienen importancia biológica actual. 3
El paradigma oddball combina aspectos de atención tanto ascendente como descendente . Atención de abajo hacia arriba se refiere a la capacidad exógena de un estímulo para captar nuestra atención sin importar nuestros propios planes intencionales o metas. Esto entra en juego en la tarea de raro en que los objetivos son raro y diferente de los otros estímulos en el experimento, que los hace destacar. Atención de arriba hacia abajo se refiere a nuestra capacidad para filtrar la información entrante en base a nuestros objetivos actuales de la tarea. La tarea de oddball involucra aspectos de la atención de arriba hacia abajo porque nos instruidos para responder sólo a los estímulos objetivo, por lo tanto estamos conscientemente tratando de asistir a ellos. Investigación ha encontrado que el potencial P300 tenga subcomponentes tempranas y tardía, el subcomponente temprano (llamado P3a) que refleja la prominencia de abajo hacia arriba que es conducido por la novedad de los estímulos y el subcomponente más adelante (llamada P3b) que refleja la clasificación cognitiva de arriba hacia abajo del estímulo como un objetivo. La tarea de chiflado es una sonda robusta y compleja de los procesos atencionales.
Como un marcador confiable de los procesos atencionales en el cerebro, la P300 sacados por la tarea de raro puede ser un biomarcador útil de disfunción atencional. Por ejemplo, los niños con TDAH muestran una P300 más pequeño y más tarde posibles,4 y estas diferencias tienden a disminuir con el tratamiento farmacológico eficaz. 5
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References
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