高密度のイベントに関連する認知神経科学における潜在的なデータ収集

Summary

データ収集技術が容易に入手できないと、このメソッドを頻繁に貧しい空間分解能を持つため、事象関連電位（ERP）の記録は、下の認知神経科学で利用されている。認知神経科学、高密度ERPデータの取得に関わる現在の記事の詳細はキー技術のERPの利用増加を育成する。

Abstract

fMRIのデータ収集と解析技術をすぐに使用できるので、機能的磁気共鳴画像（fMRI）は、現在一部で、認知神経科学の分野における脳機能を評価する標準的な方法です。 fMRIは、優れた空間分解能が悪い時間分解能を持っているため、このメソッドは、指定された認知プロセス（および脳活動の時間経過について事実上何も明らかにしない）に関連する脳活動の空間的位置を識別するために使用することができます。対照的に、事象関連電位（ERP）を記録、そんなに頻繁にfMRIのより使用されている方法により、優れた時間分解能をもつため、神経活動の急激な時間的な変調を追跡することができます。データ収集技術が容易に入手できないと低密度ERPの録音が悪い空間分解能を持っているので残念ながら、ERPのは、下の認知神経科学で利用されています。認知神経科学、高密度ERPデータの取得に関わる現在の記事の詳細はキー技術のERPの利用拡大を促進するために。批判的に、高密度の事象関連電位は、優れた時間分解能と人間の脳機能の時空間ダイナミクスをキャプチャする必要がある良好な空間分解能（またはfMRIを組み合わせた場合、優れた空間分解能）、を約束する。

Protocol

I.はじめに

認知神経科学の分野では、機能的磁気共鳴画像（fMRI）は、標準分析法となっています。 fMRIの人気は、特定の認知プロセスに関連付けられている脳の領域を強調表示し、簡単に解釈できる結果に加えて、容易に入手できるデータ収集と解析技術の部分で生じている。しかし、fMRIは貧しい時間分解能をもつため、機能の脳の急速な時間的なダイナミクスを追跡することはできません。認知神経科学者が主にfMRIを使用し続けると、脳機能の結果として生じる画像は深刻な欠乏になります。事象関連電位（ERPのは）このメソッドは、優れた時間分解能を提供していてもそんなに頻繁に使用されています。現在の記事の目的は、細部に高密度ERPデータの収集に関与する重要なテクニックです。それは、この情報は、認知神経科学におけるERPの利用増加を促進することが望まれる。

II。一般的な機器セットアップ

ERPのデータは通常、神経信号との干渉を最小限に抑えるために周囲の電磁界強度の低レベルと位置で測定されています。このような干渉を最小限に抑えるために、ERPのは、多くの場合、シールドメタルチャンバーで測定される（すなわち、ファラデーケージ）が、それは用いて測定することができる周囲の電界強度（1ミリグラム以下の許容レベルでシールドされていない場所を見つけることができる可能性があります電磁界計）。各電極は、順番にデータ収集コンピュータに接続するアンプに接続します。別々のコンピュータは、刺激提示のために使用されます。神経信号との干渉を最小限に抑えるために、唯一の必須のパワー成分が、例えば（シールドチャンバーの内部またはそのような刺激のディスプレイなど、記録位置、および応答のキーボードの近くに収容されるべきである、ランプは、電極のアプリケーションを支援するために使用することができますが、してください）記録中に電源がオフ。ビデオのスイッチは、単一のモニタでデータ収集コンピュータや刺激提示のコンピュータのいずれかを表示するために使用することができます。シールドチャンバーが使用されている場合、すべてのケーブルが壁の小さな管路（直径数センチつまり）やひび割れドアを通って実行することができます。参加者は、アームレストや首の筋肉のアーティファクトを最小限に抑えるために肩のサポートを提供するバックの高さと快適な椅子に座って、しかし、その後の電極インピーダンスの低減のための後下の電極へのアクセスを可能にする必要があります。我々は、シールド室（シールド、（株）のグローバルパートナーによって構築、パセイク、ニュージャージー州）と128チャネルQuik-Cap/SynAmps ² NeuroScanシステム（Compumedics、アメリカ、シャーロット、ノースカロライナ州）を使用します。

III。キャップの配置および電極のデジタル化

電極は通常、大幅にアプリケーションの時間を短縮スパンデックスキャップに埋め込まれています。しかし、キャップの相対電極の位置は、10月20日電極システムなどの標準的な電極構成^、1またはそのような正確に配置されている10月5日電極システム^2、のような高い密度のバリアントを使用しての可能性を排除いる固定されています個々の参加者基準。標準形式での最終結果の発表については、おおよその場所で各参加者の我々の位置の電極オズ10-5電極系によって決定（とし、そのおおよその10から5電極システムの位置に応じて電極のすべてにラベルを付ける）。キャップを適用する場合、ほとんどの後部-劣る電極は、首の筋肉のアーティファクトを避けるために、頭蓋骨、首の境界に優れていると頭の正中線上に配置正中線の電極と、それが左右対称性を持つようにしてください、と。あごのストラップが適切に位置でキャップを保持しますが、ベルクロファスナーを使用して、ウエストレベルでのカスタムメイドのベルトにサイドのストラップを取り付けると、頭と外側電極の接触を向上させることができます。目に隣接する電極は、眼球運動や瞬きの成果物のその後の除去に適用することができます。

それは、その電極の配置は、参加者全体で比較的一貫性があると考えるのが妥当ですが、頭の大きさと電極のキャップの配置の違いは、電極の位置のばらつきが生成されます。このような変動に対処するために、電極の位置は、各参加者のために測定することができます。我々は、各電極の位置を記録するための送信機を含むPolhemus社FASTRAKデジタイザ（コルチェスター、バーモント州）、（参加者の動きを補正するために）マジックテープを使用してキャップに取り付ける3つのレシーバ、およびスタイラスを使用する（このハードウェアはNeuroscanのSCAN /互換性があります我々はデータ収集に使用する3DSpaceDxはソフトウェア）。に関係なく使用されるデジタイザの、それはこのような大きな金属物への近接を回避し、トランスミッタとレシーバのケーブルを分離するように指定されたガイドラインに従ってセットアップしてください。デジタイザは、キャリブレーションとテスト精度のためにと移動する必要がありますする必要がある場合nece空間的な局在化されるまで別の場所にssaryは、正確です。

IV。電極インピーダンスの低減

電極の位置がデジタル化された後、参加者は、記録の椅子に楽に座る必要があります。折られたハンドタオルを軽く彼らの肩と後ろの椅子の間に隠れているときに一部の参加者は、それがより快適見つける。その後、マルチ電極のキャップは、アンプに接続する必要があります。各電極のインピーダンスは、それが所定の閾値になるように低減する必要があります。これは、頭皮及びその上の電極間に流れる電流を可能にする各電極の開口部、に行ってゲルを注入することによって行われます。クロス参加者の汚染の可能性を排除するために、新しい滅菌シリンジと鈍先端の針は、各参加者のために使用されている必要があります。それは5 K＆Omegalは標準的なインピーダンスのしきい​​値ですが、周囲の電磁界強度が非常に低い場合、若干高いしきい値を使用することができることは注目に値する。我々はリアルタイムですべての電極の色によってインピーダンスレベルを表示する電極のインピーダンスを測定するNeuroScan SCANソフトウェアを使用してください。 ERPのデータ収集の最も時間のかかる側面であるインピーダンス低減のプロセスをスピードアップすることができるテクニックがいくつかあります。目的は、頭皮とすぐに覆う電極間にゲルの適用を制限することであることに留意することが重要です。それは非利き手が他の関数を実行している間、利き手ではゲルの注射器とアプリケーションを制御することをお勧めします。ゲルを実施で満たされた注射器はない参加者の不快感を持つ頭部に対して休むことができるが、頭に押し付けてはいけません。最初に、与えられた電極に、それが介入して髪を移動するには、頭に合わせますながら、シリンジを用いていくつかの円を作ると便利です。この後は、非利き手で電極を軽く押しながら、ゲルの少量を頭皮に注入する必要があると頭皮との間にゲルのブリッジを作るためにゲルを注入するために継続しながら注射器を引き抜く必要があります電極。電極の開口部から突出がティッシュで拭き取って破棄する必要があるゲル。いくつかのケースでは、ゲルを実施するインピーダンスがリンクされるように、隣接する電極に接続されます - これは、空間分解能は減りますが、電極の高い数があるのでマイナー懸念され、通常です。ゲルが最初に地面と参照電極に印加する必要がある、と電極インピーダンスの最初のセットがすべて残っている場合、高ゲルは、これら2つの電極に再適用する必要があります。ゲルは通常、時間の経過とともにより多くの導電性になると、一つの戦略は、すべてのインピーダンスは、すべてのインピーダンスが減少し始めるまで、次の象限内の電極にゲルを注入、減少し始めるまで、頭皮の象限（例えば右後頭皮など）内の電極にゲルを注入することですし、最も高いインピーダンスの電極への象限に再注入するゲルを循環。それはゲルのアプリケーションプロセスは、参加者の不快感を引き起こすことはないことを強調すべきであり、それは対応するアクションを停止できるように彼らは不快感を言葉で表現することを参加者に明確にしてください。

V.データの記録

録音が始まる前に、参加者は快適な位置に入ってリラックスし、首の筋肉のアーティファクトを最小限に抑えるために、そして後部電極と背面の椅子との間の接触を生じる可能性があります頭の動きを回避するために奨励されるべきである。それは、椅子（通常は金属製のフレームを含む）の重要な動きが電磁干渉を作成できるので、録音中は、相対的にまだ残っている必要があることを参加者に強調されるべきである。参加者はその後、応答のキーボードやランプなどの参加者、付近のすべての非本質的な機器を受信する必要があります削除またはオフにする必要があります。後発事象に関連する分析を可能にするために、各刺激のイベントの発症がシグナル/トリガ刺激のコンピュータで送受信および電気生理学的データとともに格納されている必要があります。我々は^、3自由に利用できるカスタムインラインポートの初期化とトリガーのスクリプトを含むE -総理プログラムを介してパラレルポートを介して各刺激開始（心理学のソフトウェアツール、（株）、ピッツバーグ、PA）、およびトリガーでこれらのトリガパルスをしている送信SCANのソフトウェアによって受信および格納されます。ポートコンフィギュレーションピン配列は、有効なトリガの値が使用されていることを確認するために参照する必要があります。目的は、過渡神経応答とは無関係である非常に低い周波数成分（例えば、DCなど）を削除するには、単純なので関連性が、ほとんどのアンプハイパスフィルタ設定で問題ありません。対照的に、許容可能なローパスフィルタの設定は、撮影環境によって異なります。非常に高い周波数のカットオフ（例えば、200 Hz程度）を持つローパスフィルタを使用することができる非常に低い周囲の電磁干渉が存在する環境で、どのhは高い周波数が含まれていない神経応答の歪みを最小限に抑えることができます。干渉のより高いレベルの環境では、低周波数のカットオフ（例えば80 Hzなど）と60 Hzのノッチフィルタは、電気生理学的反応が神経信号によって支配されるように使用することができます。データが取得された後に、アンプの段階でフィルタリングすると、多くの場合、以下の信号の歪みを生成するものの、フィルタリングはまた、ソフトウェアで行うことができることに注意してください。

VI。キャップの清掃

データの記録が完了した後、マルチ電極のキャップを徹底的に洗浄し、直ちに消毒する必要があります。我々は5〜10分間ぬるま湯にキャップを浸漬して、徹底的に行うゲルのすべてを削除するには、実行中の水の流れと各電極を洗浄することから始めます。木の棒の綿棒の平滑末端を電極に穴をクリアするために使用することができます。その後、我々はすべてのゲルは水で完全に洗い流すことが続く、削除されている確保するために30分間石鹸温水浴（水とダイヤルの1〜2オンスの4クォートで構成される）にキャップを浸す。クロス参加者の汚染を避けるために、キャップは、適切な水/消毒剤のミックスで15〜30分間浸漬する必要があります（このような1部のEnvirocideへの水の4つの部分として）し、水で十分に洗い流してください。それは不規則に、後続のインピーダンス低減の容易さを減らすことができれば、これは乾燥の位置のある程度を維持する可能性があるので乾燥してキャップをハングアップする場合は、それが左右対称と緊張せずに配置する必要があります。

VII。解析の概要

データ前処理^4が不良または断続的な接触を持っていた電極、点滅のアーチファクトの除去、ベースライン補正、および追加のハイパスまたはローパスフィルタリングの排除を含む複数のステップから構成されています。前処理は、イベント関連の平均が続いている、と空間分解能は、ERPの音源定位^5を行うことによって改善することができます。我々は、前処理、イベント関連の平均、及び記述したカスタムスクリプトを使用してエクスポートされたイベントに関連する平均ファイルに行われた追加の解析と音源定位（BESAは定期的に二日間の分析のコースを提供しています）、のためにBESAの解析ソフトウェア（グレーフェルフィング、ドイツ）を使用MATLABで（MathWorks社、ネイティック、マサチューセッツ州）。