Het onderzoeken van de Kenmerken van episodisch geheugen met behulp van Event-related potentials bij patiënten met de ziekte van Alzheimer

Summary

De methodologie voor het verzamelen van high-density event-related mogelijke gegevens, terwijl patiënten met de ziekte van Alzheimer het uitvoeren van een erkenning van het geheugen taak is beoordeeld. Dit protocol zal onder meer afhankelijk voorbereiding, kwaliteitsborging, data-acquisitie en data-analyse.

Abstract

Ons laboratorium maakt gebruik van event-related potentials EEG (ERP), te begrijpen en te ondersteunen gedrag onderzoeken van episodisch geheugen bij patiënten met een amnestische mild cognitive impairment (aMCI) en de ziekte van Alzheimer (AD). Overwegende dat de gedrags-gegevens ons te informeren over de patiënten de prestaties, ERP stelt ons in staat discrete wijzigingen vast te leggen in de hersenactiviteit. Verder kan ERP's geven ons inzicht in het ontstaan, de duur, en de interactie van de onafhankelijke cognitieve processen geassocieerd met het geheugen ophalen. In patiëntenpopulaties, zijn dit soort studies worden gebruikt om te onderzoeken welke aspecten van het geheugen aangetast zijn en welke nog vrij intact in vergelijking met een controlegroep. De methodologie voor het verzamelen van ERP-gegevens van een kwetsbare patiëntengroep, terwijl deze deelnemers het uitvoeren van een erkenning geheugen taak is beoordeeld. Dit protocol omvat deelnemer voorbereiding, kwaliteitsborging, data-acquisitie en data-analyse. Naast de basis setup en acquisitie, zullen we ook aantonen lokalisatie technieken tot een grotere ruimtelijke resolutie en bronlokalisatie behulp van hoge-dichtheid (128 kanalen) elektrode arrays te verkrijgen.

Protocol

1. Stel de EEG apparatuur

1. Ons laboratorium maakt gebruik van de 128-kanaals BioSemi ActiveTwo EEG acquisitie systeem met een "actieve" elektroden (Amsterdam, Nederland; http://www.biosemi.com ) en de ActiveTwo elektrode dop (Behavioral Brain Sciences Center, Birmingham, Verenigd Koninkrijk) te verkrijgen om ERP-data.
2. Zorg ervoor dat de batterij volledig is opgeladen en aangesloten op de versterker.
3. Verzamel alle materialen die nodig zijn om de deelnemer volledige set-up, inclusief: spuit, gel, meetlint, verschillende maten EEG caps, alcoholdoekjes, gezichts-elektrode stickers, en klittenband aan de elektrode kabels veilig te stellen.
4. Stickers op vijf gezicht elektroden.

2. Stel de stimuli Presentatie en Data Acquisition Computers

1. Zet zowel de stimuli presentatie computer en de data-acquisitie computer.
2. Ons laboratorium maakt gebruik van E-Prime software (Pittsburgh, PA) voor prikkels aanwezig zijn en gedragsmatige gegevens te verwerven.
3. Controleer of dat het experiment is de juiste trekker codes verzenden naar de data-acquisitie computer.
4. Om dit te doen:
   • Zet de versterker in de deelnemer kamer (Let op: geen elektroden of kabels moeten worden aangesloten om dit te doen), open data-acquisitie software op de data-acquisitie computer, druk op start (niet opslaan).
   • Ga naar de stimuli presentatie computer, open uw experiment bestand, en klik op rennen.
   • U ziet nu de juiste trekker codes die u hebt geprogrammeerd in je experiment bestand weergegeven op het data-acquisitie software programma.

3. Deelnemer Voorbereiding

1. Detail alle studie procedures met de deelnemer en het adres aan de veiligheid van. Verder verzekeren dat patiënten volledig het protocol te begrijpen door ze te laten verslag uit het protocol bij de onderzoeker in hun eigen woorden.
2. Heb deelnemer comfortabel zittend in gemiddelde lengte harde-backed stoel.
3. Zodra de deelnemer zit, ervoor zorgen dat zijn / haar lijn van de visie van het display is standaard voor het experiment (hier gebruiken we 48 inch).
4. Meet de omtrek van het hoofd van de deelnemer om te bepalen welke EEG cap moet worden gebruikt.
5. Vraag de deelnemer om eventuele sieraden of haaraccessoires, zodat verwijderen om een ​​goede pasvorm van de EEG cap en nauwkeurige registratie te verzekeren. Ook, indien de deelnemer draagt ​​een bril, is het het beste om hem / haar mee te nemen ze af op dit punt tot alle gezichts-elektroden zijn toegepast.
6. Het is ook belangrijk om de volgende review met elk onderwerp:
   • Verwijder alle kauwgom of snoep / pepermuntjes om de motor te verminderen bewegingen
   • Vraag de deelnemers om faciliteiten te gebruiken voordat u begint met betrekking tot niet onderbreken van de EEG-opname
   • Vraag de deelnemer om te proberen en bewegingen en ogen knippert tot een minimum te beperken, maar niet overdreven bezorgd te zijn over te doen
7. Met behulp van de alcoholdoekje, reinigen van de deelnemer huid van olie en / of make-up, waar het gezicht elektroden worden geplaatst: een op elke mastoideus, een op elke tempel, en een direct onder het linkeroog.
8. Plaats een kleine hoeveelheid van het voeren van gel op elk gezicht elektrode, verwijder de steun van de sticker en plaats deze op de deelnemer, het aanbrengen van een kleine hoeveelheid druk om ervoor te zorgen dat de elektrode zijn plaats blijft zitten.
9. Plaats nu de EEG kapje op het hoofd van de deelnemer en trek de riem onder zijn / haar kin. Als de deelnemer draagt ​​een bril, laat hem / haar te deze op vóór het opzetten van de dop.
10. Vervolgens maatregel (in centimeters) van de nasion (brug van de neus) naar de INION (uitstulping op de onderrug van het hoofd). Vermenigvuldig deze meting door 0,5 (het vinden van het midden), en dit is waar elektrode A1 moet worden geplaatst van voor naar achter. Vervolgens meten van de pre-auriculaire op een oor naar de andere (streepjes boven kraakbeen op oor). Het midden van deze meting is waar elektrode A1 moet worden geplaatst van links naar rechts.

4. Digitaliseren voor bronlokalisatie en Elektrodeplaatsing

1. Ons laboratorium maakt gebruik van de Polhemus Patriot digitizer / Locator (Colchester, VT) te verkrijgen drie-dimensionale representaties (of hoofd-modellen) van de elektrode posities op het hoofd van elke deelnemer. Deze controles voor variatie in de schedel vorm voor elke deelnemer en zorgt voor meer nauwkeurige bron lokalisatie. Verder kunnen deze kop modellen samen worden geregistreerd met structurele magnetische resonantie beelden te binden samen de superieure ruimtelijke resolutie van MRI en de superieure temporele resolutie van Erps.
2. Eerste plaats de lokalisatie zender onder de kap achter het linkeroor, met een overmaat koord verscholen in minder dan de kinband om zijn plaats te houden.
3. Bevestig de ontvanger aan een houten stoel in een positie onder het hoofd van de deelnemer, ongeveer 6 centimeter van de zender.
4. Open digitaliseren software en metingen van de elektrode locaties met stylus, zoals gevraagd door de software.
5. Het genereren van 3D-hoofd-model van de elektrode posities met behulp van MR Locator software en accepteren voor het lokaliseren van ruwe EEG-data.
6. Zodra de 3D-kop model voor de deelnemer is gecontroleerd op de computer weer te geven, zijn we klaar om de elektrode bij elke vooraf bepaalde locatie op de ActiveTwo dop.
7. Vul de elektrode putten op de dop met de uitvoering gel en steek de stekker in alle elektroden. Verzamel alle kabels en gezicht elektroden achter de deelnemer en steek ze in de versterker.
8. Bieden oudere deelnemers een pauze, in het bijzonder patiënten met de ziekte van Alzheimer, die misschien nodig hebben regelmatig een pauze om zich te concentreren en volgehouden aandacht voor de experimentele taak te houden.
9. ActiView software wordt gebruikt om te verzekeren dat alle elektroden zijn vrij van artefacten en weerstandsniveaus zijn aanvaardbaar. Nadat alle elektroden worden geplaatst, en de deelnemer klaar is om het experiment te beginnen, moet weerstand niveaus van de elektroden worden gecontroleerd op de data-acquisitie computer met behulp van ActiView software. Offset niveaus moeten binnen + /-25μV.
10. Zodra alle weerstand niveaus zijn acceptabel, het experiment is klaar om te worden uitgevoerd.

5. Data Acquisition voor zowel de EEG Data en Experiment

1. Ons laboratorium maakt gebruik van BioSemi's ActiView software te bekijken en het verwerven van ruwe EEG data.
2. Laad gedrag presentatie van gegevens bestand. Geef de deelnemer nummer. De experimentele software slaat de deelnemer reacties en genereert automatisch een bestand nadat het experiment eindigt lopen met deze deelnemer nummer.
3. Een check uitvoeren om ervoor te zorgen de deelnemer is 48 centimeter zit van het centrum van de monitor.
4. Als het experiment eenmaal is geladen, moet gedrags-instructies worden gelezen en gecontroleerd met de deelnemer.
5. In onze huidige erkenning geheugen ontwerp, het experiment begint met de studie fase, waarin de deelnemer zal worden gepresenteerd met ofwel een serie foto's of woorden.
6. Op te slaan ruwe EEG-data-bestand op de data-acquisitie computer.
7. Start stimulus levering op de stimulus presentatie computer.
8. Hebben een onderzoeker te werken met oudere volwassenen om input reacties op de knop doos. Dit is vooral belangrijk voor patiënten met cognitieve stoornissen.
9. Monitor de deelnemer tijdens de gedrags-taak, inclusief noodzaak voor pauzes.
10. Zodra alle gedrag stimuli zijn gepresenteerd, moeten ruwe EEG-data worden opgeslagen. Nogmaals, gedrags-gegevens automatisch bewaard door E-Prime-software.
11. Na het opslaan van de studie of coderen van gegevens, zal de voorgaande 9 stappen worden herhaald voor de test fase, waarin de deelnemer opnieuw zal worden gepresenteerd met ofwel een serie foto's of woorden. Tijdens de testfase, zal de helft van de items uit de studiefase en de helft van de items worden roman. De deelnemers zullen identificeren van de oude / nieuwe status van het item door verslaglegging hun antwoord hardop aan de onderzoeker. De onderzoeker zal dan input van de deelnemers antwoord op de button box.

6. Data Post-Processing Pipeline

1. Ons laboratorium maakt gebruik van EMSE Suite 5.3
2. De ruwe gegevens moeten eerst worden voorbereid en digitaal gefilterd om ruis en artefacten te verwijderen uit het signaal voor elk type van de analyse kan worden afgerond.
3. De eerste, tijdelijke filters, zoals de oneindige impulse response en bandpass filters moeten worden toegepast.
4. Vervolgens moeten de gegevens worden gerelateerd aan een bepaald punt op het hoofd. Selecteren referentie. In het huidige protocol, gebruiken we de gewone gemiddelde referentie.
5. Vervolgens moeten de gegevens ruimtelijk worden gefilterd en slechte kanalen geïnterpoleerd. Visuele inspectie van de gegevens wordt uitgevoerd en passende filters worden getroffen.
6. Ten slotte moet oculaire artefact correctie methoden worden gebruikt om het signaal voor oogwenk en oogbeweging artefact te corrigeren.

7. Representatieve resultaten

Ons werk heeft aangetoond dat het begin van de frontale oud / nieuw effect (hits> juiste afwijzingen) typisch, geassocieerd met conceptuele verwerking of gedenkteken bekendheid, intact blijven voor foto's bij patiënten met de ziekte van milde Alzheimer in vergelijking met gezonde oudere volwassenen, maar niet voor woorden (Ally , McKeever, Waring, & Budson, 2009). Ally et al.. (2009) hebben aangetoond dat de pariëtale oud / nieuw effect, meestal geassocieerd met de herinnering, is verminderd bij patiënten voor zowel foto's en woorden in vergelijking met hun leeftijdgenoten. Met andere woorden, de frontale gedenkteken processen die samenhangen met erkenning lijken gelijk te zijn voor foto's tussen de patiënten met AD en gezonde oudere volwassenen. In contrast, zijn deze processen verminderd voor woorden bij patiënten wanneer we onderzoeken de verschillen tussen de twee groepen. Dit significant verschil tussen de groepen is evident voor de achterste geheugen processen voor zowel de foto's en woorden. Hoewel er veel discussie met betrekking tot de bijbehorende cognitieve proces met de vroege frontale effect, veronderstellen we dat patiënten met de ziekte van Alzheimer milde succes kan conceptueel verwerken of gedenkteken bekendheid gebruiken om hun discriminatie voor foto's te verhogen in vergelijking met woorden, en deze processen waarschijnlijk de robuuste foto superioriteit effect ten grondslag liggen bij patiënten met de ziekte van Alzheimer.

Frontale ERP-activiteit in verband met de succesvolle ophalen van woorden en foto's is aangetoond voor patiënten met de ziekte zeer mild van Alzheimer en gezonde oudere controles (figuur 1). Deze beelden zijn genomen tijdens de 300 tot 500 ms tijdsinterval doorgaans geassocieerd met conceptuele verwerking of gedenkteken bekendheid. Let op de soortgelijke frontale oud / nieuw effect voor foto's (rood pseudocolor) maar verminderd effect voor woorden tussen de groepen. (Cyaan pseudocolor).

Figuur 1: Representatieve ERP-activiteit tijdens Retrieval Task in de ziekte van Alzheimer patiënten en gezonde proefpersonen.

Discussion

ERP-en gedragsgegevens kan ons met verschillende en aanvullende informatie. Overwegende dat de gedrags-gegevens informeert ons over de patiënten de prestaties, ERP stelt ons in staat discrete wijzigingen vast te leggen in de hersenactiviteit. Door hun uitstekende temporele resolutie hebben ERP's bewezen zeer nuttig in dissociëren en begrijpen van de rol van het gedenkteken processen (bijvoorbeeld, conceptuele verwerking en vertrouwdheid, herinnering, post-retrieval controle processen) die eerder in verband gebracht met specifieke oude / nieuwe componenten van de ERP golf (begin frontale, pariëtale, laat frontale, respectievelijk) (zie Ally & Budson, 2007). Bij het bestuderen van patiënten met cognitieve stoornissen, event-related potentials (ERP's) zijn zeer nuttig in het begrijpen van de hersenen fysiologie, met name bij het verkrijgen van zinvolle behavioural data moeilijk is (Ally, 2011). Echter, er zijn vele valkuilen geconfronteerd bij het interpreteren van ERP-gegevens in deze populaties. Bijvoorbeeld, als gevolg van de heterogeniteit van Alzheimer pathologie, ERP-gegevens van patiënten vaak aanzienlijk zijn variantie tussen vakken. Het huidige protocol highlights manieren waarop de variantie kan worden geminimaliseerd. De resultaten van dit protocol helpen om de cognitieve en neurale onderbouwing van geheugenverlies geassocieerd met de ziekte mild van Alzheimer te begrijpen, en te helpen verhelderen welke gedenkteken processen zijn aangetast en die relatief intact bij de ziekte mild van Alzheimer. Ons werk laat zien dat sommige frontaal-gemedieerde geheugen processen, misschien conceptuele verwerking of gedenkteken bekendheid, intact blijven voor de foto's in patiënten (Ally et al.., 2009). Dit inzicht kan op zijn beurt zorgen dat nieuwe medicijnen therapieën en het begin van gedragsinterventies worden ontwikkeld en houden de patiënten bezig en wonen in de gemeenschap voor langere tijd.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
BioSemi Active Two EEG Acquisition System*	Cortech Solutions, Inc.
Polhemus Patriot Digitizer	Cortech Solutions, Inc.
E-Prime 2.0 Professional Software	Psychology Software Tools, Inc.
* This system includes the amplifier, Active Two EEG caps, syringes, SignaGel (conductive gel), and facial electrode stickers.