Summary
イベント関連の脳波電位（ERP）を用いて、我々は統合失調形質を有する健康な個体における異常なセマンティックな脳活性化に対する抗精神病薬の効果を調べる。私たちは、セマンティックの分類に関連付けられた認知プロセスへの洞察を流して、脳活動における明確な変化を追跡するためにERPを使用しています。
Abstract
認知神経科学の分野内では、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、脳機能を可視化する一般的な方法である。これは、研究者が特定の認知プロセスに関連する脳領域を識別することができ、優れた空間分解能の一部である。しかし、脳機能をローカライズするための探求には、多くの認知、感覚、および運動プロセスは、fMRIの最適以下の時間分解能によって満たされていない残っている側面をキャプチャすることが不可欠である時間的な区別があることに留意することが適切である。優れた認知プロセスを理解するためには、脳の情報を収集する方法として、事象関連電位（ERP）の記録を利用することが有利である。その利点のいくつかは、研究者、ミリ秒までの脳の活動を追跡する機能を提供し、その幻想的な時間分解能が含まれる。また、直接索引の両方興奮性と抑制性シナプス後電位これにより、ほとんどの脳の計算が行われる。これは、代謝活性の指標をキャプチャfMRIのとは対照的に座っている。また、非侵襲的なERPの方法は、コントラスト状態を必要としない：生のERPは、ひとつの実験条件について検査することができ、制御の条件は、実験またはで観察を関連付けるの不確実性をもたらす実験条件から差し引かなければならないのfMRIとの区別を条件を対比。それは、その貧弱な空間的および皮質下の活動の分解能によって制限されている間、ERPの録音 'ユーティリティ、相対的な費用対効果、および関連する利点は、神経活動の急速な時間的変化を追跡するための認知神経科学におけるその使用のための強力な理論的根拠を提供します。研究イメージング法としての使用の増加を促進する、適切かつ正確なデータ収集を確実にするための努力において、本物品は、概説する - パラダイムの枠組みの中で抗精神病薬の効果を調べるためにセマンティック分類を使用してsおよびN400にschizotypy - プロシージャとERPのデータ収集に関連した重要な側面。
Introduction
ニューロイメージングの進歩は紛れもなく、脳の機能の理解を増強しているが、これらの進歩は、脳の構造を解明する上で、主に静的な重点を持っている。これはその後、そのようなfMRIの近赤外分光法（NIRS）、これらの時間的側面に対処EEGに比べて不十分である時間分解能を生成ない神経画像法のような比較的不分明に包ま脳ネットワークの動的な時間的な特徴を残す。そうでなければ未知であると意味のある膨大な量の情報を生成することである、より良いERP記録の使用を理解し、採用することが適切である。 ERPの記録は、認知神経科学、認知、感覚、および運動プロセスによって誘発される神経活動の迅速な一時的な変調を追跡することを可能にする非侵襲的な分析ツールです。これは、大規模なn個の電気シナプス後応答をキャプチャするために頭皮に電極を配置することを含む特定のイベントまたは刺激にeuronal集団2。 ERPは、タイムロック感覚、運動、または認識事象にある脳波の変化であり、情報処理3中に生成シナプス後電位の合計を表すと考えられている。これらのERP波形は認知に貢献した神経の接続へのさらなる洞察を刺激することができる神経学的データの豊富な配列を提供し、彼らの待ち時間、振幅、極性、及び頭皮分布によって特徴づけられる。
ERP記録脳波（EEG）の目的は、高次に関与する基本的神経プロセス、複雑な認知機能の操作4についての情報を得ることである。 ERPは、それらの負または正の変動だけでなく、頭皮上の位置と、それらが刺激の開始後に表示される時間によって定義される。様々な事象関連電位は、さまざまな側面に関連している認知処理。例えば、我々はN400イベント関連脳電位5、400ミリ秒などの意味カテゴリに依存するように分布頭皮に知られている言葉6などの意味のある刺激の発症後に誘発される負の波形を見てきたこれらの刺激の。 N400は、意味論的活性化の指標であり、研究では、そのような具体的な言葉（ 例えば 、バナナ）より抽象的な単語について、両方の視覚と口頭表現を活性化する（ 例えば 、より表現を活性化する単語の大きな振幅を有することが示されている唯一の口頭表現7,8を活性化し 、アイデア）、。研究はまた、統合失調症の症状は軽度であっても、schizotypyスケールによって測定されるように、N400 9の異常に過剰な意味論的活性化と関連していること。考えを支持このように、我々は統合失調症の症状のプレゼンテーションを減少させる抗精神病薬は、異常なSEを正規化するかどうか模索しているschizotypy高レベルの健康な個体ではN400のmanticアクティベー。ここで、セマンティック分類パラダイムにおけるERPの使用は、N400に対する抗精神病薬の効果を研究するために有利である。
ERP記録は、神経機能を評価するための非侵襲的かつ比較的経済的な方法であるように、認知神経科学、神経学、神経心理学、心理言語学、認知心理学ERP研究のかなりの数によって証明されるように、領域の広い範囲で適用することができる。その汎用性は、言語、認知、および統合失調症、双極性感情障害、うつ病など様々な精神疾患10の研究、およびアルコール依存の障害を含むドメインの多種多様な、ニューラルイベントの相対的なタイミングについての関連研究の質問をする研究者を可能に、およびこのような上げ機能として神経画像の代替法にわたって実質的な利点を提供するional磁気共鳴画像法（fMRI）。これらのいくつかは、ミリ秒までの脳の活動を解明し、その優れた時間分解能を含む。 ERPの記録も直接インデックス興奮性シナプス後電位（EPSPS）と多くの脳の計算が実行されるときに通過する抑制性シナプス後電位（IPSPsの）、fMRIをしておりません何か。 ERP記録の他の利点は、fMRIの中で、一方、より大きな信号が明らかにこれら二つの間で区別されていない、興奮性活性（神経細胞の脱分極）の阻害活性（神経細胞の過分極）を区別する可能性を提供することである。生のERPはちょうど1実験条件について検討することができる、制御条件が、実験やコントラスト条件での観測を関連付けるの不確実性につながる、実験条件から差し引かなければならないのfMRI区別：さらに、ERPの方法はコントラスト条件を必要としません。 ERPの録音 'ユーティリティ、相対的費用対効果と関連する利点は、神経活動の急速な時間的変化を追跡する方法として、認知神経科学におけるERPの使用のための強力な理論的根拠を提供します。脳波実験を実行し、事象関連電位を記録することの基礎についてステップバイステップガイドがあるが続く。
Protocol
このプロトコルは、ダグラス研究所研究倫理委員会によって定められたガイドラインに従っています。
1.患者の準備
- 参加者が到着すると、実験を説明し、機関の治験審査委員会から倫理の承認を受けたインフォームドコンセントフォームに署名を得る。
- 眉間に、鼻（ナジオン）の橋で赤鉛筆を使ってマークを作る。巻尺を使用して、頭蓋骨の下底にナジオンからイニオンを測定します。参加者の頭部の背面にバンプが感じられるまで首を手をスライドさせて、この場所を見分ける。
- ナジオンとイニオン間の測定の1/10を取り、これらの測定は、鼻に沿ったものであることを保証するために注意しながら、ナジオンから生え際付近にマークを構成している。
- マークのレベルで頭の周りヘッド巻き尺（4カラーリボン）を包むステップ1.3で行われた。それは、青色領域の交差した場合など、それは青と赤の領域の間に交差した場合に青赤のキャップを使用して、青色のキャップを使用します。リボンの非着色エンド着色終わりを満たしている場所に基づいてキャップサイズを決定
2.電極配置
- 参加者の頭部の上にキャップを置きます。目でキャップの前面に2つの電極をラインアップ。広がるの電気ゲルを保つために、正面の電極（FP1とFP2）で使い捨てのスポンジディスクを挿入します。
- 生え際近くにマークに対して2正面の電極を持ち、頭の上にキャップを引き抜きます。キャップは、参加者の頭にぴったりとフィットしていることを確認してください。
- 基準電極として、参加者の耳たぶの上に耳電極を配置します。アルコールで耳たぶを清掃してください。綿棒を使用して、導電性を容易にするために、耳たぶの上にEEG研磨用の皮膚準備中にゲルを広げる。
- 注射器を取ると、電解質gのそれを埋めるエル。そして、耳の電極上にゲルを絞る。慎重に、参加者の耳たぶの上にゲル充填耳電極を配置。
- 脳波アンプにキャップと耳の電極からの配線を接続します。 20,000アンプのゲインを設定します。それはぴったりの場所にキャップを保っていることを確認して、キャップストラップでキャップにハーネスを取り付けます。
- キャップの真ん中前方に発見された接地電極に電解質ゲルの適用を開始。電解質ゲルは、頭皮と電極の間の電気的接続性を増大させる。
- 電極に電解質ゲルを圧迫する注射器を使用してください。電極中に注射器を挿入することにより開始し、頭皮に接触するまで前後に揺する。すると、同時にシリンジを絞るとゲルの垂直列を作成、プルアップ。
- すべての電極を繰り返し、ステップ2.7。
- 鈍針で電極の下に頭皮を研磨。このしばらくの操作を行いobservi電極の概略を表示する必要があり、コンピュータのモニタを、ngの。画面上の対応する電極の色が黒に変わるまで頭皮に傷をすることを目指しています。それは、耳の電極を起動し、接地電極に移動することをお勧めします。
3.脳波脳波実験
- 被写体までの実験のために手順をお読みください。コンピュータ上の脳波取得ソフトウェアを開きます。
- 電極の休息活動を観察します。フラットライン信号、あるいは過度に積極的な信号として "悪い"電極のためのトラブルシューティングを行います。いずれかがある場合は、繰り返しインピーダンスを最小限に抑えるために2.7と2.9を繰り返します。
strong>注：30Hzの電流を使用して測定されるインピーダンスは、5kΩのよりも低く抑えてください。 - 電極信号が似合うと全くフラットライン信号または過度にアクティブ信号が存在しない、一度録音を開始。どんなmyogramsまたは眼の動きを探し、particiことを確認してくださいこれらは、データの過度のノイズが発生するように、点滅とその顎と額の筋肉を緊張からパンツ控える。安静時、ベータおよびアルファリズムが存在してもよい。
- 第二コンピュータ上で実験を開始します。実験計画のタイミングが重要である。そのようなE-総理として実験ソフトウェアは、刺激開始を示すために「マーカー」を送信することを確実にするために慎重に観察します。刺激開始は、多くの場合、ERPパラダイムにおけるイベントのための基準点として使用されるので、これは重要である。
- 実験が完了すると、このプロセスは使用するソフトウェアによって異なりますsaved-データがあったことを確認してください。慎重にキャップを外し、ヘア洗浄及び乾燥して参加者を支援する。
- 、アンプからキャップと耳の電極を切り離し使い捨てスポンジディスクを取り外し、スティックや綿棒の先端を使って流水でキャップと耳の電極を清掃してください。に優しくCL、マイルド石鹸やシャンプーだけでなく、歯ブラシを使用してください耳電極からゲル。徹底的にすすぐ。空気乾燥設備を許可します。
4.データ処理
- 脳波からのERPコンポーネントを取得するには、研究されるであろう画期的決定します。例えば、N400振幅を計算するために、計算のための300-500ミリ秒時間窓における平均電圧を使用する。
- 脳波エポックを平均する前に、過剰な眼球運動やアンプ飽和度との裁判を拒否します。実験パラダイムによっては、誤った応答に対応する試行を拒否することが関連し得る。
- 平均化した後に、ERPをフィルタリングし、（MATLAB、EEGLAB、およびERPLabを用いたデータ処理上の特定の手順については、アニメーションの図1を参照）データをプロット。
Representative Results
5桁は、最適なERP記録を得ることに、研究者を助けるために含まれている。図1は 、このプロトコルが正常に完了した後に得られたERP波形を示している。それは、その正確な記録に「良好な」結果を構成している。一方、 図2、最も顕著には過度に雑音の多い信号で識別される「悪い」の結果、その結果、プロトコルの不適切な実行を特徴付けるであろうERP波形を示す。 図3は 、適切なデータ収集を妨げる可能性がERPの記録で発生する可能性のある一般的な問題を示しています。高い活性が波のように高周波および大きな振幅で解釈することができる。対照的に、「flatlineは」活性または不適切な接続性の欠如を示している。 図4および図5は、抗精神病薬およびオンschizotypyの影響への私達の調査の主要な結果のための壮大な平均値を示しているN400、セマンティック分類パラダイムを用いて測定した。
図1.良い結果。この図は無い平らな線や過度のノイズで、その結果、技術が正常に実行された後、すべての試行にわたって一人の被験者の平均化されたERP波形を示している。波が異なるプロセスに大きく依存している実験的なパラダイムused-タスクによって若干違って見えることに注意してください（感覚認知、およびモータ）タスクとタスクによって必要なスキルの内容に応じて異なる波形を生成します。 してくださいこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2.悪い結果。この図は、技術の不十分な実行以下のすべての試験を介して1つの対象の平均化されたERP波形を示している。ここに示された波形は、ノイズだけでなく、FP2フラットラインに劣る。脳波で認識のERPコンポーネントの不足にも注意してください。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3.一般的な問題この図は、この技術で発生する一般的な問題を示している。すなわち、眼球運動、筋肉運動、または彩度。これらの問題はいずれかのチャネルで発生する可能性があることに注意してくださいので、それらのすべてを確認してください。 争うためにこちらをクリックしてくださいこの図のWA拡大版。
Schizotypyの図4.効果。この図は、プラセボ条件で壮大平均ERPを示している。赤い線は統合失調症パーソナリティアンケートに高得点を持つ参加者に対応しています。アンケートによって決定されるように黒い線が低いschizotypyを持つ参加者に対応しています。
高schizotypyの個人における薬物療法の図5.効果。この図は、プラセボと壮大平均のERP、薬物療法に赤い対応（オランザピン）、ブラック対応を示している。 大きなversiをを見るにはこちらをクリックしてくださいこの図の上で。
アニメーション図1.この図は、データを処理し、ERPを得るためのガイドとして使用することができる。
Discussion
N400上の抗精神病薬の効果の我々の調査では、我々はプラセボ状態で、前方N400sが低schizotypyの被験者に比べて高いschizotypy有する個体において大きかったことがわかった。しかし投薬状態では、前頭中央N400sはなく、唯一の高schizotypyを持つ個人で、小さかった。したがって、薬はプラセボ11,12を受けた患者と比較して抗精神病薬で治療統合失調症患者、小さく前方N400sを示す先行研究を確認し、高い統合失調個人、これらの大前頭中央N400sを減少させることが見られた。低schizotypyを持つ個体では、投薬の効果はなかった。これらの知見は、プロトコルの適切な実装を用いて得られた、明確かつ正確なデータを収集することの重要性を話した。
正確で有効な結果を確保するために、心に留めておくべきいくつかの重要なポイントがあります。へ良好な信号を得る、それは矢状電極が真ん中に正確にされ、そのインピーダンスが調整されるように、キャップがぴったりとフィットし、置かれていることが重要です。これはインピーダンス13を減少させるためにはるかに困難であるように大きすぎるキャップは、記録品質を低下させることができる。これは、参加者は、彼らがこれらのアクションは、EEGトレースの変化を紹介し、潜在的に14個のデータの解釈が非常に困難になりますので、点滅、または自分の顔と顎の筋肉を曲げ、過度の運動を避ける必要があることを理解することも重要です。実験の後、機器が正常に電極が将来の信号収集に影響を与える可能性ゲル残基でブロックされていないことを保証するために洗浄されなければならない。
そのようなノイズやフラットラインなどの信号に問題がある場合、両方のグランド電極と参照電極が正しく接続されていることを確認してください。ので、もしこれらの電極のインピーダンスを低減することは、ノイズを低減することができ接続性の問題、ゲルおよび再スクラッチ電極の下に頭皮を再適用があります。 myogramsがある場合、被験者は先に進む前にリラックスすることができます。実験の設計では、ERPは、刺激提示の期間および参加者が点滅することを可能に短い期間などの側面のタイミングのための実験計画アカウント、ことを記録するために適切である。
EEG実験を開始する前に、関連する制限を理解することが重要である。比較的乏しい空間分解能は考慮すべきもの、ならびに皮質下活動を解明するためにEEGを使用することの難しさであってもよい。点滅し、筋活動によって導入されるノイズも不利であり、それらは脳脊髄液、髄膜、頭蓋骨を通過するようにして得られた神経信号が汚れている。これらの制限は、そのようなfMRIの、NIRS＆＃などの代替神経画像法independently-で対処することができる8211;またはこれらの代替アプローチと脳波を組み合わせることで。しかし、前述したように、これらのアプローチは、独自の制限を行う。必要なコントラスト状態とfMRIのベースラインと極性の欠如は顕著な例である。代替的な脳画像化技術に関しては、ERPの記録が多くadvantages-最も特にミリ秒のレベルであり、その顕著な時間分解能を有している。また、非侵襲的かつ参加者の最小限の不快感であり、任意の有意なリスクまたは危険性と関連していない。 ERP記録は、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）及び陽電子放出断層撮影（PET）15のような他の神経画像技術と比較する場合は特に、経済的に健全である。それは、認知、感覚、および運動のプロセスで発生する神経イベントに外観を提供し、将来的には、前意識のプロセスを探求するために適用することができた。
Disclosures
著者らは、開示することは何もない。
Acknowledgments
著者は、彼らの寛大な支援のための脳と行動研究財団を承認したいと思います。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| EEG acquisition software (Scan 4.5) | Neuroscan | http://www.neuroscan.com/scan.cfm | |
| Digital EEG Amplifier (NuAmp) | Neuro Scan Labs | http://www.neuroscan.com/documents/AF573-01%20CURRY%20NuAmpsExpressPRESSD4.pdf | |
| 2 computers | |||
| Matlab | The MathWorks, Inc | http://www.mathworks.com/products/matlab/ | |
| EEGLab Matlab toolbox | http://sccn.ucsd.edu/eeglab/ | ||
| ERPLAB Toolbox | http://erpinfo.org/erplab | ||
| Stimulus generation software | E-Prime | ||
| ECI Electrode cap | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/caps/ | |
| Special Head Measuring Tape (4 Colour ribbon) | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| Disposable Sponge Disks | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| EEG Abrasive Skin Prepping Gel (Nuprep) | Weaver and Company | http://www.weaverandcompany.com/nuprep.html | |
| Body harness | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| Cap straps | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| Electro-gel | Electro-cap International, Inc | ||
| Blunt needle (BD Vacutainer PrecisionGlide Multiple Sample Needle) | Becton, Dickinson and Company | 367211; see http://www.bd.com/resource.aspx?IDX=7559 | |
| Syringe | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| 2 Ear Electrodes | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| Alcohol wipes | |||
| Red pencil | |||
| Cotton swabs | |||
| Facilities and supplies for participants to wash their hair after the experiment- sink, shampoo, comb, towels, hair dryer |
References
- Debruille, J. B., Rodier, M., Prevost, M., Lionnet, C., Molavi, S. Effects of a small dose of olanzapine on healthy subjects according to their schizotypy: an ERP study using a semantic categorization and an oddball task. Europeam Neuropsychopharmacology. 23 (5), 339-350 (2013).
- Bressler, S. L. The Handbook of Brain Theory and Neural Networks. Arbib, M. A. , MIT Press. Cambridge, MA. 412-415 (2002).
- Peterson, N. N., Schroeder, C. E., Arezzo, J. C. Neural generators of early cortical somatosensory evoked potentials in the awake monkey. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 96 (3), 248-260 (1995).
- Blackwood, D. H., Muir, W. J. Cognitive brain potentials and their application. The British Journal of Psychiatry Supplement. 9, 96-100 (1990).
- Debruille, J. B. The N400 potential could index a semantic inhibition. Brain Research Reviews. 56 (2), 472-477 (2007).
- Kutas, M., Hillyard, S. A.Event-Related Brain Potentials (ERPs) Elicited by Novel Stimuli during Sentence Processing. Annals of the New York Academy of Sciences. 425 (1), 236-241 (1984).
- Holcomb, P. J., Kounios, J., Anderson, J. E., West, W. C. Dual-coding, context-availability, and concreteness effects in sentence comprehension: an electrophysiological investigation. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition. 25, 721-742 (1999).
- Renoult, L., Brodeur, M. B., Debruille, J. B. Semantic processing of highly repeated concepts presented in single-word trials: electrophysiological and behavioral correlates. Biological Psychology. 84, 206-220 (2010).
- Prevost, M., et al. Schizotypal traits and N400 in healthy subjects. Psychophysiology. 47, 1047-1056 (2010).
- Sur, S., Sinha, V. K.
- Condray, R., Siegle, G. J., Cohen, J. D., van Kammen, D. P., Steinhauer, S. R. Automatic activation of the semantic network in schizophrenia: evidence from event-related brain potentials. Biological Psychiatry. 54, 1134-1148 (2003).
- Condray, R., Steinhauer, S. R., Cohen, J. D., van Kammen, D. P., Kasparek, A. Modulation of language processing in schizophrenia: effects of context and haloperidol on the event-related potential. Biological Psychiatry. 45, 1336-1355 (1999).
- Light, G. A., et al. Electroencephalography (EEG) and event-related potentials (ERPs) with human participants. Current Protocols in Neuroscience. , 21-24 (2010).
- Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , MIT Press. Cambridge, Mass. (2005).
- Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , 2nd edition, MIT Press. Cambridge, Mass. (2005).
