Investigando Cognição Social em Crianças e Adultos usando eletroencefalografia Matriz Densa ( _D EEG)

Summary

Eletroencefalografia matriz densa está sendo usado cada vez mais para estudo social funções cognitivas em crianças e adultos. Aqui apresentamos uma metodologia estabelecida que representa uma melhoria significativa em metodologias convencionais para o estudo de EEG em crianças e adultos.

Abstract

Eletroencefalografia matriz densa _(d EEG), que fornece uma janela não-invasivo para medir a atividade cerebral e uma resolução temporal insuperável por qualquer outro cérebro atuais ^1,2 tecnologia de imagem, está sendo usado cada vez mais no estudo do funcionamento cognitivo social em crianças e adultos . Enquanto _d EEG é permitir aos pesquisadores para examinar padrões de atividade cerebral com níveis sem precedentes de sensibilidade, os sistemas convencionais de gravação de EEG continuam a enfrentar certas limitações, incluindo: 1) a localização espacial pobres resolução e fonte de ^3,4, 2) o desconforto físico para os indivíduos de resistir a aplicação de eletrodos individuais numerosos na superfície do couro cabeludo, e 3) a complexidade para os pesquisadores de aprender a usar vários pacotes de software para coletar e processar dados. Aqui apresentamos uma visão geral de uma metodologia estabelecida que representa uma melhoria significativa em metodologias convencionais para o estudo de EEG em crianças e adultos. Embora várias técnicas de software analítico pode ser usada para estabelecer índices indiretos de localização de fontes para melhorar a resolução espacial de _d EEG, o HydroCel Net Sensor Geodésico (HCGSN) por Geodesics Elétrica, Inc. (EGI), uma matriz densa sensoriais que mantém distâncias iguais entre os eletrodos de registro em todas as superfícies adjacentes do couro cabeludo, aumenta ainda mais a resolução espacial ^4,5,6 em comparação com sistemas padrão _d EEG. O HCGSN esponja baseada pode ser aplicado rapidamente e sem abrasão do couro cabeludo, tornando-se ideal para uso com adultos ^{7,8, 9,10,11} crianças, e crianças ^12, em pesquisa e clínica ^{4,5,6,13,14 , 15} definições. Este recurso permite a considerável custo e economia de tempo, diminuindo o tempo de aplicação líquida média em comparação com outros sistemas _d EEG. Além disso, o HCGSN inclui unificada, aplicações de software perfeita para todas as fases de dados, simplificando a coleta, processamento e análise dos dados _d EEG.

O HCGSN possui um pedestal eletrodo de perfil baixo, que, quando preenchido com solução eletrolítica, cria um microambiente fechado e uma interface eletrodo couro cabeludo. Em todos os sistemas geodésicos _d EEG, sensores EEG detectar alterações na tensão provenientes do couro cabeludo do participante, juntamente com uma pequena quantidade de ruído elétrico proveniente do ambiente de sala. Sinais elétricos de todos os sensores da rede de sensores Geodésico são recebidos simultaneamente por o amplificador, onde são automaticamente processados, embalados e enviados para o computador de aquisição de dados (DAC). Uma vez recebida pelo DAC, a atividade elétrica do couro cabeludo podem ser isoladas de artefatos para análise usando a filtragem e ferramentas de detecção de artefato incluídos no software EGI. Normalmente, o HCGSN pode ser usado continuamente por apenas até duas horas porque a solução eletrolítica seca ao longo do tempo, gradualmente, diminuindo a qualidade da interface eletrodo couro cabeludo.

No Laboratório de Pesquisa pais-bebê na Universidade de Toronto, estamos usando _d EEG para estudar os processos sociais cognitivas, incluindo memória, emoção, objetivos, intencionalidade, a antecipação, e funcionamento executivo em ambos os adultos e os participantes infantil.

Protocol

1. Preparando o Setup Experimental

1. Antes da chegada do participante no laboratório, verifique se o Sistema Geodésico EEG (GES) e componentes do computador de controle de experiência e software (Estação Net) estão funcionando corretamente.
2. Remover todos os itens desnecessários e potencialmente perturbador da sala de experiência.
3. Configurar a sala de experiência, de acordo com o paradigma experimental particular a ser implementado. Aqui usamos paradigmas que variam de computador baseado em tarefas administrada via E-Prime software de apresentação a vários pais-bebê e paradigmas experimentador infanto-interação.
4. Garantir que as câmeras de vídeo são cobrados e organizar as câmeras em ângulos ideais para a configuração atual experimental.

2. Troca de informações

1. Após a chegada do participante no laboratório, descrever o protocolo de aplicação Geodésico Sensor Net e explicar o experimento.
2. Depois de garantir que o participante tenha um bom entendimento do protocolo experimental, certifique-se que ele ou ela (ou seu responsável legal) assina um termo de consentimento antes de prosseguir com o experimento.
3. Para estudos de EEG, muitas vezes é útil para obter as informações certas participante que se pode esperar para ter uma influência sobre a atividade cerebral registrados elétrica. Por exemplo, informações sobre a sonolência, a última refeição, e último sono pode ser do seu interesse. No laboratório Haley, essas informações são obtidas através da administração de questionários padronizados. Para ajudar a continuar o experimento em tempo hábil, é aconselhável ter dois experimentadores presentes: uma para administrar os questionários, e uma para realizar os preparativos HCGSN detalhadas abaixo.

3. Preparando-se para HydroCel Aplicação Sensor Geodésico Net

1. Prepare a solução de eletrólitos HydroCel Saline de água destilada, cloreto de potássio, e shampoo de bebê, certificando-se mexa bem até que todo o cloreto de potássio é dissolvido em solução.
2. Utilizando uma fita métrica, meça a circunferência da cabeça do participante, a gravação a medição em centímetros.
3. Recuperar o tamanho adequado HCGSN, ou seja, aquela que abrange a faixa de perímetro cefálico em que a circunferência da cabeça do participante cai.
4. Final submergir o sensor do HCGSN na solução eletrolítica e deixe-o de molho por cinco minutos, tendo a certeza de manter a extremidade do conector longe de todos os líquidos. É aconselhável a utilização de um temporizador ou cronómetro para garantir a cronometragem precisa.
5. Abra o software Net Station no computador de controle e começar uma sessão de controle experimental para permitir medições zero e ganhar a serem tomadas antes de ligar o conector HCGSN e coleta de dados.

4. Aplicação do Net Sensor HydroCel Geodésico

, A fim de permitir a análise válida e consistente de dados coletados EEG, o processo de candidatura deve ser líquida altamente padronizados. Essa padronização é obtida por medições da cabeça do participante (como descrito acima) para garantir a colocação precisa e consistente dos eletrodos de participante para participante. Se o posicionamento ideal net não é atingida inicialmente, remover o líquido e reaplicar.

1. Enquanto aguarda a rede de sensores para concluir a imersão em solução eletrolítica, guia do participante na sala de experiência e instruí-la a sentar em uma cadeira. A cadeira deve ser sem rodas, para evitar movimentos indesejados durante a aplicação líquida sensor. No caso de um participante infantil, têm guarda da criança se sentar na cadeira com o bebê sentado no colo dele, segurando a criança pela cintura de modo que a cabeça inteira do bebê é acessível ea criança ainda permanece.
2. Utilizando uma fita métrica e um lápis marcador china, localizar e marcar o vértice tomando as seguintes medidas:
   1. Orelha a orelha ao longo do topo da cabeça
   2. Násio para ínion por cima da cabeça
   O vértice pode ser identificado como o ponto em que estas duas medidas cruz.
3. Remova a rede de sensores do balde de eletrólitos e colocá-lo em uma toalha limpa e seca. Pat delicadamente a rede de sensores com a toalha para remover excesso de solução eletrolítica.
4. Dê a extremidade do conector do HCGSN para o participante ou para um segundo experimentador para segurar durante a aplicação líquida.
5. Pegue o HCGSN, colocando as duas mãos no interior da rede. Segure o tal líquido que os polegares são colocados com firmeza (mas com cuidado) de cada lado do eletrodo central, mais frontal e os dedos mindinho são empurrados firmemente contra a banda de conexão a linha mais posterior de eletrodos. Tenha cuidado para não esticar a rede. Seu restantes seis dedos devem estar solto dentro da rede para permitir que a porção central a cair limp.
6. Crouch ou ajoelhar-se de modo que você está no olhonível com o participante.
7. De trás para frente, puxe a rede de sensores sobre a cabeça do participante. Muitas vezes, é útil ter um presente experimentador segunda quando da aplicação da rede de sensores em um participante infantil, para distrair a criança e minimizar o movimento da cabeça.
8. Usando a ponta dos dedos, puxe suavemente sobre a banda da rede e ajustá-lo para que o eletrodo fica no vértice o ponto vértice previamente marcado com o lápis marcador china. Apertar a orelha e cintas de queixo. Inspecionar locais marco anatômico e simetria net para ver se a rede está posicionada corretamente, e fazer os ajustes necessários.

5. Medição Impedâncias Eletrodo

EEG é medido como a diferença de potencial (tensão) entre o local de referência eo local medido. Alta impedância na interface eletrodo-couro cabeludo provoca uma queda na tensão medida, a atenuação da amplitude do sinal, e um aumento na presença de ruído. Enquanto pós-aquisição de filtragem em certos estudos (por exemplo, estudos convencionais ERP) pode se livrar deste ruído, de alta impedância geralmente compromete a fidelidade dos dados adquiridos EEG. Portanto, é importante fazer impedâncias certeza estão dentro das especificações tolerável antes de começar a registrar os dados EEG.

1. Conecte a extremidade do HCGSN no cabo de interface e vire a alavanca para trancá-lo no lugar. Ligue a câmera.
2. Na sala de controle, abra uma nova sessão no Estação Net, insira as informações do participante, e clique em Iniciar sessão. Porque o vídeo e _d sinais de EEG são sincronizados, um vídeo ao vivo da sala de experiência deve aparecer na tela.
3. Selecione o menu dropdown Painéis, impedância de abrir, e clique no botão Measure. A montagem da matriz de sensor HCGSN aparecerá na tela. Arraste a janela para a borda da tela para que ela abre no monitor da sala de experiência.
4. Usando uma pipeta descartável comissão, além do cabelo do participante para que cada eletrodo é encaixado diretamente no couro cabeludo do participante.
5. Referem-se à janela de Medição da Impedância exibindo a montagem HCGSN no monitor. Sensores que não estão fazendo um bom contato com o couro cabeludo vai aparecer vermelho. Anote os números do sensor do eletrodo. Use a pipeta e uma pequena quantidade da solução eletrolítica já preparados para melhorar a impedância destes sensores. Eletrodos na montagem ficará verde como seu impedância é melhorada.
6. Quando impedâncias são satisfatórias (ie, quando todos os eletrodos na montagem são verdes), clique no botão Salvar e Fechar na janela Medição da Impedância na sala de controle.
7. Na Estação Net, abra a tela de forma de onda densa. Percorra as formas de onda e observe todos os canais que estão exibindo o ruído de alta amplitude devido ao contato do couro cabeludo pobres.

6. Tomando Recordings Base

Antes de começar o paradigma experimental, tomar algumas gravações de base _d EEG de atividade do participante cérebro descansando elétrica. Gravações de base de descanso são importantes em estudos de EEG contínua _d porque há um alto grau de variabilidade na atividade elétrica cerebral de participante para participante. Como resultado, a maioria dos estudos contínuos _d EEG deve implementar um projeto dentro-sujeitos experimentais, analisando as diferenças entre cada condição experimental e uma fase de linha de base pré-experimento. Para o evento estudos relacionados com EEG, uma fase inicial pode não ser necessário.

1. Deixe o participante sozinho na sala de experiência e instruí-la a sentar-se calmamente e minimizar o movimento. Para os participantes do bebê, o pai / responsável deve permanecer na sala com o bebê sentado calmamente no colo dele ou dela. No laboratório Haley, um filme intitulado Baby Mozart, uma combinação áudio-visual da música clássica e coloridos desenhos em movimento, é jogado para garantir que as crianças mantenham a calma e imóvel. Enquanto uma fase inicial interativa nem sempre pode ser ideal, ele pode ser usado como uma fase pré-inicial para acalmar a criança antes de tomar gravações de referência.
2. Na Estação Net, clique no botão Gravar para começar a gravação de vídeo e dados de forma de onda. No Visor de Waveform Densa, marcadores de evento pode ser inserida para vincular eventos de comportamento para atividade elétrica durante todo o experimento. Inserir um "base" marcador de eventos no visor waveform.
3. Linha de base recorde para um período de tempo padronizado. No laboratório Haley, a fase de linha de base padrão dura 2 minutos.

7. Executando o Experimento

_D em estudos de EEG, é essencial ter pelo menos dois pesquisadores presentes ao longo do estudo. Um pesquisador será responsável por interagir com o participante e implementar o paradigma de comportamento, enquanto o segundo experimentador vai acompanhar a exibição de forma de onda densa.

1. Implementar o parágrafo experimentalvolvimento.
2. Monitorar a tela de forma de onda densa durante todo o experimento para determinar se todos os canais estão exibindo os níveis de ruído crescente. Aumentando o ruído pode ser reflexo de impedâncias crescente. Níveis aceitáveis ​​de impedância pode ser recuperado com a solução de mais de eletrólitos. Isto deve ser feito em uma ruptura do protocolo experimental.

8. Debriefing o Participante

1. Quando a experiência é completa, com cuidado soltar e remover a HCGSN da cabeça do participante. Enxaguar, desinfetar e secar o líquido.
2. Dar ao participante uma toalha com que limpe qualquer solução de eletrólitos em excesso.
3. Dar ao participante qualquer questionários restantes que precisam ser concluídas.

9. Análise

O software EGI mesmo utilizado para adquirir dados Deeg também é usado para analisar os dados, permitindo uma transição suave e fácil a partir de coleta de dados para análise de dados. Porque o HCGSN também pega ruídos elétricos provenientes do ambiente, os dados devem primeiro ser filtrados e limpos antes que ele possa ser analisado. Todas as ferramentas necessárias estão incluídas no Estação Net.

1. Na Estação Net, clicar e abrir o Waveform painel Ferramentas. Executar o arquivo de dados obtidos através da filtragem e ferramentas de detecção de artefato depois de definir os parâmetros desejados. A ferramenta de detecção de artefato identifica picos resultantes de piscar os olhos ou os movimentos dos olhos e detecta canais ruim. Em muitos casos, a remoção de edição de mão e artefatos adicionais podem ser necessárias (especialmente quando se trabalha com populações infantil, em que você não pode controlar piscar de olhos e movimentos).
2. Segmentar os dados de modo a separar as diferentes condições experimentais, com base em marcadores evento inserido.
3. Aplicar qualquer análise desejada. No laboratório Haley, análise de freqüência é usada para analisar como freqüências características da atividade cerebral varia entre condições experimentais e entre diferentes regiões cerebrais. A diminuição da energia das ondas é potencialmente um reflexo do aumento da atividade dos neurônios na região.

10. Dados representativos

Figura 1. Raw ondas EEG mostrando as flutuações na voltagem gravada (mV) ao longo do tempo (s), em um único eletrodo (eletrodo 30). As ondas representam dados coletados durante a 1000ms primeiro de cada uma das três fases experimentais: linha de base, demonstração e memória imediata.

Figura 2. Raw dados coletados de todo o couro cabeludo (128 eletrodos montage) durante três fases experimentais (linha de base, a demonstração recall imediato) de uma criança participante. Os dados são apresentados como um mapa topográfico e ilustra as diferenças na superfície do nível de atividade elétrica cerebral (mV) em todas as regiões do cérebro e da fase experimental da tarefa de fantoches.

Discussion

A Net Sensor Hydrocel Geodésico da EGI constitui um método não-invasivo e fácil de aplicar de obtenção de dados _d EEG de adultos e participantes infantil. Esta tecnologia combina resolução temporal e espacial de alta com uma maior oportunidade para a mobilidade, tornando-a ideal para utilização em complexos paradigmas comportamentais para investigar as atividades cognitivas que pode ser refletida apenas em mudanças sutis na atividade elétrica. Dado o interesse crescente na investigação do desenvolvimento da cognição infantil e à relativa escassez de técnicas de imagem cerebral adequado para uso na população infantil, o uso do HCGSN tende a aumentar, levando-nos a uma compreensão mais profunda da cognição infantil.