高密度事件相关电位在认知神经科学的数据采集

Summary

事件相关电位（ERP）记录下在认知神经科学的利用，因为没有现成的数据采集技术，这种方法往往具有空间分辨率差。为了促进资源规划，在认知神经科学，涉及本文章详细介绍了在高密度的ERP数据采集关键技术越来越多地使用。

Abstract

功能磁共振成像（fMRI）是目前的标准方法评估在认知神经科学领域的大脑功能，部分因为功能磁共振成像数据采集和分析技术都是现成的。由于磁共振成像具有优异的空间分辨率，但时间分辨率差，这种方法只能用来识别大脑活动的空间位置与给定的认知过程（并揭示了有关的大脑活动的时间过程中的几乎为零）相关。相比之下，事件相关电位（ERP）的录音，一个比fMRI的要少得多经常使用的方法，具有良好的时间分辨率，从而可以快速颞调制跟踪神经活动。不幸的是，在利用的有效保护率在认知神经科学，因为没有现成的数据采集技术和低密度ERP录音空间分辨率差。在努力促进的有效保护率在认知神经科学，涉及本文章详细介绍了在高密度的ERP数据采集关键技术越来越多地使用。更重要的是，高密度事件相关电位提供的承诺（或功能磁共振加上出色的空间分辨率，如果）良好的时间分辨率和空间分辨率好，这是必要的，以捕捉人类大脑功能的时空动态的。

Protocol

导言

在认知神经科学领域，功能磁共振成像（fMRI）技术已成为标准的分析方法。功能磁共振成像的普及茎从现成的数据采集和分析技术，除了容易解释的结果，突出一个给定的认知过程与大脑相关区域的部分。然而，功能磁共振成像的时间分辨率差，因此无法跟踪快速的运作大脑的时空动态。如果认知神经科学家继续以主要使用功能磁共振成像，大脑功能产生的图片，将严重缺乏。与事件有关（ERPS）的潜力是使用量常常要少一些，尽管这种方法提供了良好的时间分辨率。本文的目的是在高密度的ERP数据采集所涉及的关键技术细节。人们希望，这些信息将促进认知神经科学的有效保护率在增加使用。

二。通用设备安装

ERP数据通常是测量在一个低水平的环境电磁场强度的位置，以尽量减少与神经信号的干扰。为了尽量减少这种干扰，有效保护率经常测量屏蔽金属腔（即一个法拉第笼），但它可能会找到一个可接受的水平（1毫克或更少，它可以测量使用环境的磁场强度与非屏蔽的位置电磁场米）。每个电极连接到一个放大器，这反过来又连接到数据采集计算机。一台单独的计算机是用于刺激呈现。为了尽量减少与神经信号的干扰，只有必要的供电组件应安置内的屏蔽室或录音的位置，如刺激显示和响应键盘（例如附近，灯具可以用于协助电极的应用，但应在录制过程中供电）。视频开关可用于显示数据采集计算机或一个单独的监视器上的刺激呈现计算机。如果是用来屏蔽室，所有的电缆可以通过在墙上的小导管（即在一个直径几英寸）或破解的大门。参赛者必须坐在一个舒适的座椅扶手和靠背高度，提供肩部的支持，以尽量减少颈部肌肉神器，但允许访问后下电极随后的电极阻抗减少。我们使用一个屏蔽室（屏蔽公司，新泽西州帕塞伊克，全球合作伙伴构建）和一个128通道^{Quik-Cap/SynAmps} 2 NeuroScan系统（Compumedics美国，北卡罗莱纳州夏洛特） 。

三。第安置和电极的数字化

电极通常是嵌入在氨纶帽，这大大降低了应用程序的时间。然而，在第相对电极的位置是固定的，它无需使用标准电极的配置，如^10-20电极系统1或更高密度的变体，如10-5电极系统，精确定位，的可能性个别参与者的基础。提交标准格式的最终​​结果，我们的位置，每个参与者的大致位置电极奥兹口授10-5电极系统（然后标签的所有电极根据其近似10-5电极系统职位）。申请时的上限，确保它有左右对称，中线电极放置在头部中线，后最劣电极均优于颅骨颈边界，以避免颈部肌肉神器。虽然下巴带将充分保持在位置的第一个定制的腰带在腰部用维可牢紧固件水平，附加侧面带可改善头部的侧电极接触。眼睛附近的电极也可以申请随后去除眼动或闪烁文物。

虽然它是合理的假设电极的位置是相对整个与会者一致，在头部的大小和放置电极帽的差异会产生电极位置变异。为了解决这样的变异，电极的位置可以测量每个参与者。我们使用一个Polhemus FASTRAK数字转换器（科尔切斯特，VT）包括一个发射器，三个接收它的使用魔术贴（参与者议案改正）第坐骑，和一个用于记录每个电极的位置（这个硬件兼容Neuroscan的扫描/手写笔3DSpaceDx软件，我们使用数据采集）。无论所使用的数字化仪，它应根据指定的准则，如避免靠近大型金属物体和分离的发射器和接收器的电缆，安装。数字化仪应校准和测试的准确性和应该被移动，如果necessary，到不同的位置，直到空间定位是准确的。

四。减少电极阻抗

电极位置的数字化后，参加者应在录音椅子坐在舒适。一些与会者感到更舒适，当一个折叠的手巾轻轻卷起自己的肩膀和椅背之间。然后，多电极帽应插入放大器。每个电极的阻抗必须减少等，这是一个预定的阈值以下。这是通过注入每个电极开放，这将允许电流流向头皮和覆电极之间的导电胶。要消除的交叉参与者污染，一个新的无菌注射器，先端钝针的可能性，必须使用每一个参与者。值得注意的是，虽然5 K＆Omegal是标准阻抗阈值，可以使用有点门槛较高，如果周围环境的电磁场强度是很低的。我们使用NeuroScan扫描软件测量电极阻抗，通过颜色显示在实时所有电极阻抗水平。有一些可以加快阻抗降低的过程，这是耗费时间最多的ERP数据采集方面的技术。重要的是要牢记，其目的是限制凝胶应用程序之间的头皮立即覆电极。这是推荐的，占主导地位的手控制凝胶注射器和应用程序，非主导的手，而执行的其他职能。充满注射器进行凝胶可以对头部没有参加不适休息，但不应该对头部按下。首先，对于一个给定的电极，它往往是有益的，用注射器几个圈，而它紧靠头部，移动干预头发。在此之后，同时轻按电极与非主导的手，少量的凝胶应在头皮注入，然后拉出注射器应同时继续注入凝胶之间的头皮和凝胶桥梁电极。凝胶电极开放突出应用纸巾擦去并丢弃。在某些情况下，进行凝胶将连接阻抗将与相邻的电极 - 这降低了空间分辨率，但通常是轻微的关注，因为有很多电极的高。凝胶首先应是适用于地面和参比电极，如果第一套电极阻抗都保持较高的凝胶应重新为这两个电极。凝胶通常随着时间的推移变得更加导电，策略之一是注入凝胶电极在头皮象限（如右后头皮），直到所有的阻抗开始下降，在未来象限注入凝胶电极，直到所有的阻抗开始下降，然后通过象限周期重新注入最高的阻抗电极凝胶。凝胶应用过程中应该强调指出，应该不会引起参与者的不适，应该明确的参与者，他们应该用语言表达任何不适，所以相应的动作，可以停止。

五，数据记录

录制开始前，与会者应鼓励，进入一个舒适的位置和放松，以减少颈部肌肉的工件，并避免头部运动，可能会产生后的电极和椅背之间的联系。应该强调的参与者，在录制过程中，他们应该保持相对静止，作为主席的重大变动（它通常包含一个金属框架）可以产生电磁干扰。参与者应接收一个响应键盘和所有非必要的设备，附近的参与者，如灯光，应拆除或关闭。为了让后续的事件相关分析，每个刺激事件的发生，必须发出信号/触发刺激计算机和接收和存储与电生理数据。我们通过电子总理计划（心理学软件工具公司，匹兹堡，宾夕法尼亚州），包括自定义的内联端口的初始化和触发脚本， ^免费提供3，触发器的并行端口通过发送这些触发脉冲，每个刺激呈现扫描软件接收和存储。应参考端口配置引脚输出，以确保使用有效的触发值。的相关性，大多数放大器的高通滤波器的设置是可以接受的，目的只是为了消除极低频成分（如DC）是短暂的神经反应无关。相比之下，可接受的低通滤波器的设置取决于录制环境。可用于在非常低的环境电磁干扰的环境下一个具有非常高的截止频率（如200赫兹）的低通滤波器的，这h最小化的神经反应，它含有较高的频率失真。在更高水平的干扰，较低的截止频率（如80赫兹）和60赫兹的陷波滤波器环境中可以使用这样的电生理反应是由神经信号为主。请注意，过滤也可以进行收购后的数据，软件，虽然在放大器级过滤，往往产生信号失真少。

六。清洁上限

多电极帽，必须彻底清洗和数据录制完成后立即消毒。我们先浸泡在温水中的第5-10分钟，然后每个电极与正在运行的水流冲洗，以彻底清除所有导电胶。木棒棉签钝端，可用于清除在电极上的孔。然后浸泡在肥皂水温水浴（4夸脱的水和1-2盎司拨号组成）在第30分钟，以确保所有的凝胶已被删除，彻底用清水漂洗。为了避免交叉参与污染，帽必须在适当的混合水/消毒（如4份水，1部分Envirocide）浸泡15-30分钟，然后应彻底用清水漂洗。挂帽干时，应置于对称和无张力，因为它可能会保留一些干燥的程度，不规则的，如果可以减少随后的阻抗减少缓解。

七。分析概述

数据处理前⁴由多个步骤，包括排除了穷人或间歇接触电极，去除闪烁文物，基线校正，和额外的高通或低通滤波。其次是前处理事件相关的平均，并改善空间分辨率可以进行ERP源定位^5。我们使用的前处理，事件相关的平均BESA分析软件（Gräfelfing，德国），和源定位（BESA定期提供的为期两天的分析课程），与使用编写自定义脚本导出的事件相关的平均文件进行额外的分析在MATLAB（The MathWorks公司的Natic​​k市，MA）。