Relacionados con eventos de alta densidad de adquisición de datos posibles en Neurociencia Cognitiva

Summary

Potenciales relacionados con eventos (ERP) de grabación es subutilizada en Neurociencia Cognitiva porque las técnicas de adquisición de datos no están disponibles, y este método a menudo tiene una resolución espacial de los pobres. Para fomentar un mayor uso de sistemas ERP en Neurociencia Cognitiva, las técnicas de la información presente artículo clave que participan en la adquisición de alta densidad de datos ERP.

Abstract

Resonancia magnética funcional (fMRI) es actualmente el método estándar para evaluar la función cerebral en el campo de la Neurociencia Cognitiva, en parte debido a la adquisición de datos de la fMRI y técnicas de análisis están fácilmente disponibles. Debido a que la fMRI tiene una excelente resolución espacial, pero la resolución temporal pobres, este método sólo puede utilizarse para identificar la ubicación espacial de la actividad cerebral asociada con un determinado proceso cognitivo (y revela casi nada sobre el curso temporal de la actividad cerebral). Por el contrario, en eventos relacionados con el potencial (ERP) de grabación, un método que se utiliza mucha menos frecuencia que la fMRI, tiene una excelente resolución temporal y por lo tanto puede hacer un seguimiento rápido modulaciones temporales en la actividad neuronal. Por desgracia, los ERPs son sub-utilizadas en Neurociencia Cognitiva porque las técnicas de adquisición de datos no están disponibles y la baja densidad de grabación ERP tiene una resolución espacial pobre. En un esfuerzo por fomentar un mayor uso de sistemas ERP en Neurociencia Cognitiva, las técnicas de la información presente artículo clave involucrados en la alta densidad de adquisición de datos del ERP. Fundamentalmente, los ERPs de alta densidad ofrecen la promesa de una excelente resolución temporal y una buena resolución espacial (o una excelente resolución espacial si se combina con fMRI), que es necesario para capturar la dinámica espacio-temporal de la función del cerebro humano.

Protocol

I. Introducción

En el campo de la neurociencia cognitiva, la resonancia magnética funcional (fMRI) se ha convertido en el método estándar de análisis. La popularidad de la fMRI debe en parte a la adquisición de datos fácilmente disponibles y técnicas de análisis, además de los resultados de fácil interpretación que destacan las regiones cerebrales asociadas con un determinado proceso cognitivo. Sin embargo, la resonancia magnética tiene una resolución temporal pobres y por lo tanto no puede realizar un seguimiento de la dinámica rápida temporal del funcionamiento del cerebro. Si los neurocientíficos cognitivos seguir utilizando principalmente fMRI, la imagen resultante de la función cerebral se verá seriamente deficiente. Potenciales relacionados con eventos (ERPs) se utilizan con mucha menos frecuencia a pesar de que este método ofrece una excelente resolución temporal. El propósito del presente artículo es detallar las técnicas clave que participan en la alta densidad de adquisición de datos ERP. Se espera que esta información será fomentar el mayor uso de sistemas ERP en Neurociencia Cognitiva.

II. Configuración general de equipos

Datos de ERP se miden en un lugar con un bajo nivel de fuerza del campo electromagnético ambiental para minimizar la interferencia con la señal neural. Para minimizar la interferencia, ERPs se miden a menudo en una cámara metálica blindada (es decir, una jaula de Faraday), pero puede ser posible encontrar un lugar sin protección con un nivel aceptable de intensidad de campo ambiente (1 mg o menos, lo que se puede medir con un medidor de campo electromagnético). Cada electrodo se conecta a un amplificador que a su vez se conecta a un equipo de adquisición de datos. Un equipo independiente se utiliza para la presentación del estímulo. Para minimizar la interferencia con la señal neural, sólo los componentes esenciales de alimentación deben ser alojados dentro de la cámara blindada o cerca del lugar de grabación, tales como la pantalla y el teclado de estímulo respuesta (por ejemplo, las lámparas se puede utilizar para ayudar en la aplicación de electrodos, pero se debe apagado durante la grabación). Un conmutador de vídeo se puede utilizar para visualizar el equipo de adquisición de datos o el equipo de estímulo presentación en un solo monitor. Si una cámara blindada se utiliza, todos los cables se pueden ejecutar a través de un pequeño conducto en la pared (que está a pocos centímetros de diámetro) o una puerta rota. Los participantes deben estar sentados en una silla cómoda con reposabrazos y una altura del respaldo que proporciona soporte de hombro para minimizar el artefacto del músculo del cuello, pero permite el acceso a los electrodos posterior inferior de la consiguiente reducción de impedancia de los electrodos. Usamos una cámara blindada (construido por la Global Partners in Blindaje, Inc., Passaic, NJ) y una de 128 canales Quik-Cap/SynAmps ² NeuroScan sistema (Compumedics EE.UU., Charlotte, NC).

III. Cap colocación de electrodos y digitalización

Los electrodos son generalmente integrados en un gorro de spandex, que reduce significativamente el tiempo de aplicación. Sin embargo, la ubicación del electrodo en relación con una gorra se fija que elimina la posibilidad de utilizar las configuraciones estándar de los electrodos, tales como el sistema de electrodos ¹⁰ al 20 01 o una variante de mayor densidad, como el sistema de electrodos ⁰² 10 al 05, que son, precisamente, situado en una base participante. Para la presentación de los resultados finales en un formato estándar, Oz posición de los electrodos para cada participante en la ubicación aproximada dictada por el sistema de electrodos de 5.10 (y luego la etiqueta de todos los electrodos de acuerdo con sus aproximadamente 10.5 posiciones de los electrodos del sistema). Al aplicar la tapa, asegúrese de que tiene simetría izquierda-derecha, con electrodos colocados sobre la línea media de la línea media de la cabeza, y que la mayoría de los postero-inferior electrodos son superiores a los límites del cráneo-cuello para evitar los artefactos del músculo del cuello. Mientras que una correa de la barbilla adecuadamente mantener la tapa en su lugar, colocar las correas laterales de un cinturón hecho a medida de la cintura con cierres de velcro se puede mejorar el contacto del electrodo lateral con la cabeza. Electrodos adyacentes a los ojos también se pueden aplicar para la eliminación posterior de los movimientos oculares o artefactos parpadear.

Aunque es razonable suponer que la colocación de los electrodos es relativamente constante entre los participantes, las diferencias en el tamaño de la cabeza y la colocación de tapa del electrodo se producen variabilidad electrodo ubicación. Para hacer frente a esta variabilidad, la ubicación del electrodo se puede medir para cada participante. Utilizamos un Polhemus FASTRAK digitalizador (Burlington, VT), que incluye un transmisor, tres receptores que se montan en la tapa con velcro (para corregir el movimiento de los participantes), y un lápiz óptico para la grabación de cada ubicación de los electrodos (el hardware es compatible con la exploración Neuroscan es / 3DSpaceDx software que usamos para la adquisición de datos). Independientemente de que digitalizador se utiliza, debe ser configurado de acuerdo con las directrices que se especifican, tales como evitar la proximidad de grandes objetos metálicos y la separación de emisor y receptor cables. El digitalizador debe ser calibrado y probado para la exactitud y debe ser movido, si NECEssary, a otro lugar hasta que la localización espacial es exacta.

IV. La reducción de impedancias de electrodos

Después de la localización del electrodo se digitalizan, el participante debe sentarse cómodamente en la silla de grabación. Algunos de los participantes les resulta más cómodo cuando una toalla de manos doblada es ligeramente metida entre los hombros y el respaldo del sillón. Luego, la tapa de múltiples electrodos debe conectarse a los amplificadores. La impedancia de cada electrodo debe ser reducido de manera que está por debajo de un umbral predeterminado. Esto se hace mediante la inyección de un gel conductor en cada abertura de los electrodos, lo que permitirá el flujo de corriente entre el cuero cabelludo y el electrodo por encima. Para eliminar la posibilidad de contaminación cruzada de los participantes, una jeringa y aguja nueva punta roma se debe utilizar para cada participante. Es de destacar que a pesar de 5 k & Omegal un umbral de impedancia estándar, un escalón un poco más alto se puede utilizar si la fuerza del campo electromagnético ambiental es muy baja. Utilizamos el software NeuroScan SCAN para medir la impedancia de los electrodos, que muestra el nivel de impedancia de color para todos los electrodos en tiempo real. Hay una serie de técnicas que pueden acelerar el proceso de reducción de impedancia, que es el aspecto que más tiempo de adquisición de datos ERP. Es importante tener en cuenta que el objetivo es limitar la aplicación de gel entre el cuero cabelludo y el electrodo inmediatamente por encima. Se recomienda que la mano dominante de control de la jeringa y la aplicación del gel, mientras que la mano no dominante realiza otras funciones. La jeringa con gel conductor puede estar en contra de la cabeza sin molestias de los participantes, pero nunca debe ser presionado contra la cabeza. En primer lugar, de un electrodo, a menudo es útil para hacer algunos círculos con la jeringa mientras descansa junto a la cabeza, para mover el pelo de intervención. Después de esto, mientras se ejerce una ligera presión del electrodo hacia abajo con la mano no dominante, una pequeña cantidad de gel debe ser inyectada en el cuero cabelludo y luego la jeringa debe ser retirado sin dejar de inyectar gel para hacer un puente entre el gel en el cuero cabelludo y el electrodo. Gel que sobresale de la abertura del electrodo debe limpiarse con un pañuelo de papel y se desecha. En algunos casos, gel conductor se conectan electrodos adyacentes de tal manera que las impedancias se vinculará - esto reduce la resolución espacial, pero es generalmente de menor importancia, ya que hay un gran número de electrodos. Gel debe ser aplicado a la tierra y electrodos de referencia, y si el primer conjunto de impedancias de electrodos todos permanecen en gel de alta se debe volver a estos dos electrodos. Como el gel por lo general se hace más conductiva a través del tiempo, una estrategia para inyectar gel en los electrodos dentro de un cuadrante del cuero cabelludo (como el cuero cabelludo posterior derecha) hasta que todas las impedancias comienzan a disminuir, se inyecta el gel en los electrodos dentro del cuadrante siguiente hasta que todas las impedancias comienzan a disminuir , y luego recorrer los cuadrantes re-inyección de gel en los electrodos de alta impedancia. Cabe destacar que el proceso de aplicación del gel no deben causar molestias al participante, y se debe claramente a los participantes que deben verbalizar ninguna molestia por lo que la acción correspondiente se puede detener.

V. Registro de Datos

Antes de la grabación comienza, los participantes deben ser alentados a entrar en una posición cómoda y relajarse, para minimizar el artefacto del músculo del cuello, y evitar movimientos de la cabeza que podría producir el contacto entre los electrodos y la posterior de la silla hacia atrás. Cabe destacar que los participantes que durante la grabación que debe permanecer relativamente inmóvil, como un movimiento significativo de la silla (que normalmente contiene un marco de metal) pueden crear interferencias electromagnéticas. Luego, los participantes deben recibir una respuesta del teclado y todos los equipos no esenciales, cerca de la participante, tales como luces, debe ser removido o desactivado. Para permitir posteriores relacionados con el evento de análisis, el inicio de cada evento de estímulo debe ser señalado / provocada por el estímulo y el equipo recibido y almacenado junto con los datos electrofisiológicos. Enviamos a estos pulsos de disparo en cada inicio del estímulo a través del puerto paralelo a través de los programas de E-Prime (Herramientas Psicología Software, Inc., de Pittsburgh, PA), que incluyen la inicialización de puerto personalizado en línea y activar scripts que están libremente disponibles ^3, y se activa la recibido y almacenado por el programa SCAN. Configuración del puerto de pines se debe hacer referencia a garantizar los valores válidos de disparo se utilizan. De relevancia, la mayoría de los amplificadores de paso alto configuración del filtro es aceptable ya que el objetivo es simplemente para eliminar los componentes de muy baja frecuencia (por ejemplo, DC) que son irrelevantes para la respuesta neuronal transitoria. Por el contrario, aceptables de paso bajo filtros varían en función del entorno de grabación. En ambientes con interferencias electromagnéticas muy bajas ambiente de un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte muy alta (por ejemplo, 200 Hz) se puede utilizar, lo queh minimiza la distorsión de la respuesta neuronal que contiene las frecuencias más altas. En ambientes con altos niveles de interferencia, una frecuencia de corte inferior (por ejemplo, 80 Hz) y un filtro notch de 60 Hz puede ser utilizado de tal manera que la respuesta electrofisiológica está dominada por la señal neuronal. Tenga en cuenta que el filtrado puede ser realizado en el software una vez adquiridos los datos, a pesar de filtrado en la etapa de amplificación a menudo produce menos distorsión de la señal.

VI. Limpieza de la tapa

La tapa del electrodo multinacionales deben ser limpiados y desinfectados inmediatamente después de la grabación de datos se ha completado. Comenzamos en remojo la tapa en agua caliente durante 5-10 minutos y luego enjuagar los electrodos con un chorro de agua corriente para eliminar completamente todo el gel conductor. El extremo romo de un hisopo de algodón palo de madera se puede utilizar para limpiar los orificios de los electrodos. Luego sumerja la tapa de un baño de agua tibia y jabón (que consta de 4 cuartos de galón de agua y 2.1 onzas de acceso telefónico) durante 30 minutos para asegurar que todo el gel se ha eliminado, seguido por un enjuague con agua. Para evitar la contaminación de los participantes, el tope se deben empapar por 15-30 minutos de manera adecuada el agua / desinfectante mezcla (por ejemplo, 4 partes de agua a Envirocide parte 1) y luego se deben enjuagar bien con agua. Al colgar el tapón que se seque, se debe colocar de forma simétrica y sin tensión, ya que puede mantener cierto grado de su posición de secado, que la irregular puede reducir la facilidad de la reducción de la impedancia posteriores.

VII. Análisis general

Los datos de pre-procesamiento consiste en ^cuatro pasos múltiples, incluyendo la exclusión de los electrodos que había un mal contacto o intermitente, la eliminación de los artefactos de parpadear, la corrección de línea de base, y de filtrado adicional de paso alto o paso bajo. Pre-procesamiento es seguido por eventos relacionados con el promedio, y la resolución espacial puede ser mejorada mediante la realización de localización de ERP fuente ^5. Utilizamos el software de análisis BESA (Gräfelfing, Alemania) para pre-procesamiento, relacionados con el evento en promedio, y la localización de la fuente (BESA ofrece regularmente cursos de dos días de análisis), con análisis adicionales realizados en exportar los archivos relacionados con eventos promedio de uso de scripts personalizados escritos en MATLAB (The Mathworks, Natick, MA).