Summary
O uso dos potenciais de EEG relacionados a eventos (ERPs), investigamos os efeitos das medicações antipsicóticas sobre ativações cerebrais anormais semânticas em indivíduos saudáveis com traços esquizotípicas. Usamos ERPs para acompanhar as mudanças distintas na atividade cerebral, derramando visão sobre os processos cognitivos associados à categorização semântica.
Abstract
No campo da neurociência cognitiva, a ressonância magnética funcional (fMRI) é um método popular de visualizar a função cerebral. Isto é em parte devido à sua excelente resolução espacial, o que permite aos pesquisadores identificar as áreas do cérebro associadas com processos cognitivos específicos. No entanto, na busca para localizar as funções cerebrais, é relevante notar que muitos, sensoriais, motoras e processos cognitivos têm distinções temporais que são imperativos para capturar, um aspecto que é deixado insatisfeito por resolução temporal abaixo do ideal de fMRI. Para entender melhor os processos cognitivos, é assim vantajoso utilizar potencial (ERP) de gravação de eventos relacionados como um método de recolha de informação sobre o cérebro. Algumas das suas vantagens incluem a sua resolução temporal fantástica, que dá os investigadores a capacidade para seguir a actividade do cérebro para baixo para o milissegundo. Também índices diretamente ambos os potenciais pós-sinápticos excitatórios e inibitóriosatravés da qual a maioria dos cálculos são realizados cerebrais. Isto fica em contraste com a IRMf, que capta um índice da actividade metabólica. Além disso, o método de ERP não-invasiva não exige uma condição contraste: ERPs matérias podem ser examinadas por apenas uma condição experimental, uma distinção de fMRI, onde as condições de controle deve ser subtraída da condição experimental, levando a incerteza em associar observações com ou experimental contrastar condições. Enquanto ele está limitado pela sua baixa resolução espacial e atividade subcortical, utilidade gravações de ERP ", em relação custo-eficácia e as vantagens associadas oferecem forte razão para o seu uso em neurociência cognitiva para acompanhar as alterações temporais rápidas na atividade neural. Em um esforço para promover o aumento da sua utilização como método de imagem pesquisa, e para garantir a coleta de dados adequada e precisa, o presente artigo irá delinear - no âmbito de um paradigma usando categorização semântica para examinar os efeitos do antipsicóticos e esquizotipia na N400 - o procedimento e aspectos-chave associados com a aquisição de dados do ERP.
Introduction
Embora os avanços de neuroimagem têm, inegavelmente, aumentado nossa compreensão das funções do cérebro, esses avanços têm uma ênfase grande parte estático na elucidação das estruturas do cérebro. Este, posteriormente, deixa as características temporais dinâmicos de redes cerebrais relativamente envolta na obscuridade, como métodos de neuroimagem que abordam esses aspectos temporais, como a ressonância magnética funcional e espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS), produzem resoluções temporais que são inadequados em comparação com a de EEG. É, portanto, pertinente para melhor compreender e empregar o uso de gravação de ERP, que é capaz de produzir grandes quantidades de informação significativa que de outra forma seria desconhecido. Gravação ERP é uma ferramenta analítica não-invasivo que permite neurocientistas cognitivos para rastrear as modulações temporais rápidas de actividade neural que são provocadas por processos cognitivos, sensoriais, motoras e. Ele envolve a colocação de eletrodos no couro cabeludo para capturar as respostas pós-sinápticas elétricas de grande npopulações euronal 2 a eventos ou estímulos específicos. ERPs são electroencephalographic alterações que são para sensoriais, motoras, cognitivas ou eventos tempo bloqueado, e acredita-se que representam a soma dos potenciais pós-sinápticos produzidos durante o processamento de informações 3. Estas formas de onda de ERP são caracterizados pela sua latência, a amplitude, polaridade, e da distribuição do couro cabeludo, proporcionando uma rica variedade de dados neurológico que pode estimular ainda mais o conhecimento sobre as conexões neurais que contribuem para a cognição.
O objetivo da gravação ERP e eletroencefalografia (EEG) é a obtenção de informações sobre os processos neurais fundamentais envolvidos no de ordem superior, as operações cognitivas complexas 4. ERPs são definidas pela sua flutuação negativa ou positiva, bem como a sua localização sobre o couro cabeludo e o tempo em que elas aparecem após o início do estímulo. Vários ERPs têm sido associados com os diferentes aspectos daprocessamento cognitivo. Por exemplo, temos estado a olhar para o N400 relacionados a eventos potencial cerebral 5, uma onda negativa que se suscitou 400 ms após o início dos estímulos significativos, tais como palavras 6, e cuja distribuição no couro cabeludo é conhecida a depender da categoria semântica destes estímulos. O N400 é um índice de ativações semânticas, e estudos têm mostrado que ele tem uma amplitude maior de palavras que ativam mais representações, tais como palavras concretas (por exemplo., Banana), que ativam as duas representações visuais e verbais, do que para palavras abstratas (por exemplo, , idéia), que ativam apenas representações verbais 7,8. A pesquisa também apoia a ideia de que mesmo sintomas leves de esquizofrenia, como medido por escalas esquizotipia, estão associados com a ativação semântica anormalmente excessiva do N400 9. Como tal, estamos explorando se a medicação antipsicótica, o que diminui apresentação sintoma esquizofrênico, normaliza se anormalativações semânticas do N400 em indivíduos saudáveis, com altos níveis de esquizotipia. Aqui, a utilização de um paradigma em ERPs categorização semântica é vantajosa para o estudo dos efeitos dos antipsicóticos na N400.
Como gravação ERP é um método não-invasivo e relativamente económico para avaliar o funcionamento neural, ele pode ser aplicado em uma ampla gama de domínios, como evidenciado pelo número considerável de estudos de ERP na neurociência cognitiva, neurologia, neuropsicologia, psicolingiiística, e psicologia cognitiva . Sua versatilidade permite que os investigadores a fazer perguntas pertinentes de pesquisa sobre o tempo relativo de eventos neurais em uma grande variedade de domínios, incluindo a linguagem, cognição, e no estudo de vários transtornos psiquiátricos, como a esquizofrenia 10, transtorno afetivo bipolar, depressão e transtorno de dependência de álcool e oferece vantagens substanciais sobre métodos alternativos de neuroimagem, como functional de ressonância magnética (fMRI). Algumas delas incluem a sua resolução temporal excelente, o que elucida a atividade cerebral até o milissegundo. Gravação de ERP também diretamente índices excitatórios potenciais pós-sinápticos (EPSPS) e os potenciais pós-sinápticos inibitórios (IPSPs), através do qual muitos cálculos do cérebro são realizadas, algo que fMRI não faz. Outra vantagem da gravação de ERP é que oferece a possibilidade de distinguir a actividade inibidora (hiperpolarizações neuronais) a partir de actividade excitatória (despolarização neuronal), enquanto que na IRMf, maiores sinais não são claramente diferenciados entre estes dois. Além disso, o método de ERP não exige uma condição contraste: ERPs matérias podem ser examinadas por apenas uma condição experimental, uma distinção de fMRI, onde as condições de controle deve ser subtraída da condição experimental, levando a incerteza em associar observações com condições experimentais ou de contraste. Utilitário gravações ERP ', relativarelação custo-eficácia e as vantagens associadas oferecem forte justificativa para o uso de ERPs em neurociência cognitiva, como forma de acompanhar as mudanças temporais rápidas na atividade neural. Seguido é um guia passo-a-passo para o básico de funcionamento de um experimento EEG e gravação de potenciais relacionados a eventos.
Protocol
Este protocolo segue as diretrizes estabelecidas pelo Conselho de Ética e Pesquisa Instituto Douglas.
1. Preparação do Paciente
- Quando o participante chega, explicar o experimento e obter uma assinatura de um termo de consentimento que tem recebido aprovação ética do Conselho de Revisão Institucional das instituições.
- Faça uma marca com o lápis vermelho na ponte do nariz (násio), entre as sobrancelhas. Usando uma fita métrica, meça a partir do nasion para a base inferior do crânio, o inion. Discernir este local, deslizando a mão até o pescoço até um galo na parte de trás da cabeça do participante é sentida.
- Tome 1/10 da medição entre o násio eo inion e faça uma marca até perto da linha do cabelo do násio, tendo o cuidado de garantir que estas medidas estão em linha com o nariz.
- Enrole a fita métrica Head (4 fita colorida) ao redor da cabeça ao nível da marcafeita no Passo 1.3. Determine o tamanho do cap com base em onde o fim não-cor da fita encontra o fim de cor: use um boné azul se cruzar na região azul, use um boné azul-vermelho se cruza entre as regiões azuis e vermelhas, etc.
2. Colocação de eletrodos
- Coloque a tampa na cabeça do participante. Alinhar os dois eléctrodos na parte da frente da tampa com os olhos. Insira os discos de esponjas descartáveis nos eletrodos frontais (FP1 e FP2), para manter o gel electro se espalhe.
- Segure os dois eletrodos frontais contra a marca perto da linha do cabelo e retire a tampa sobre a cabeça. Certifique-se de que a tampa se encaixa perfeitamente na cabeça de participantes.
- Coloque os eletrodos de ouvido Onto lóbulos das orelhas do participante como eletrodos de referência. Limpe as orelhas com álcool. Usando um aplicador de ponta de algodão, espalhe EEG pele abrasiva gel preparando para os lóbulos das orelhas para facilitar a condutividade.
- Pegue uma seringa e encha-o com o eletrólito gel. Em seguida, apertar o gel sobre o eléctrodo orelha. Com cuidado, coloque o eletrodo de ouvido cheio de gel para orelhas do participante.
- Prenda os fios da tampa e os eletrodos de ouvido para o amplificador de EEG. Definir o ganho do amplificador de 20.000. Prenda o cinto para a tampa com as tiras de tampa, certificando-se de que está confortavelmente mantendo a tampa no lugar.
- Iniciar a aplicação de gel de electrólito para o eléctrodo de terra, que é encontrada no meio anterior da tampa. Gel eletrólito aumenta a conectividade elétrica entre o couro cabeludo eo eletrodo.
- Use a seringa para espremer gel eletrólito para o eletrodo. Comece colocando a seringa para o eletrodo e balance-o para trás e para a frente até que ele está em contato com o couro cabeludo. Em seguida, aperte simultaneamente a seringa e puxe para cima, criando uma coluna vertical de gel.
- Repita o passo 2.7 para todos os eletrodos.
- Raspe o couro cabeludo por baixo dos eletrodos com uma agulha romba. Faça isso enquanto observing do monitor de computador, o qual deve apresentar um esquema dos eléctrodos. Destinam-se a arranhar o couro cabeludo até o eletrodo correspondente na tela se transforma na cor preta. Recomenda-se começar com os eletrodos de ouvido, e depois passar para os eletrodos de aterramento.
3. Eletroencefalografia EEG Experiment
- Leia as instruções para a experiência com o assunto. Abra o software de aquisição de EEG no computador.
- Observe a atividade de descanso dos eletrodos. Solucionar problemas de eletrodos "maus", como sinais de linha plana, ou sinais excessivamente ativas. Se houver algum, repita os passos 2.7 e 2.9 para minimizar impedância.
strong> NOTA: A impedância, que é medida usando uma corrente de 30 Hz, deve ser mantida abaixo de 5 kW. - Começar a gravar uma vez que os sinais de eletrodos com bom aspecto e não há sinais de linha plana ou excessivamente sinais activos. Olhe para qualquer movimento myograms ou olho, e garantir que a particiabstém-se da calça de piscar e enrijecer os músculos do maxilar e da testa, como estes irão produzir ruído excessivo nos dados. Em repouso, pode haver ritmos alfa e beta presente.
- Comece a experiência no segundo computador. O calendário do projeto experimental é importante. Observe com cuidado para garantir que o software experimento, tais como E-Prime, envia "marcadores" para indicar início do estímulo. Isto é crucial como início do estímulo é muitas vezes usado como um ponto de referência para um evento em paradigmas de ERP.
- Uma vez que a experiência é completa, garantir que os dados tenham sido salvos- este processo será diferente, dependendo do software utilizado. Com cuidado, retire a tampa e auxiliar o participante com a lavagem do cabelo e secagem.
- Retire a tampa e eletrodos de ouvido do amplificador, retire os discos de esponjas descartáveis, e limpar a tampa e ouvido eletrodos sob água corrente e com uma vara ou o fim de um cotonete. Use um sabonete neutro ou shampoo, bem como uma escova de dentes, suavemente clorelha do gel a partir dos eléctrodos. Lavar cuidadosamente. Permitir que o equipamento de ar seco.
4. Processamento de Dados
- Para obter componentes de ERP da EEG, determinar qual época será estudado. Por exemplo, para calcular a amplitude N400, utilizar as tensões médias no-janela de tempo para o cálculo 300-500 ms.
- Antes média das épocas de EEG, rejeitar os ensaios com os movimentos dos olhos excessivos ou saturação do amplificador. Dependendo do paradigma experimental, que pode ser relevante para rejeitar ensaios que correspondem às respostas incorrectas.
- Depois de média, filtrar os ERPs e plotar os dados (veja a Figura 1 Animated para obter instruções específicas sobre processamento de dados usando Matlab, EEGLab e ERPLab).
Representative Results
Cinco números foram incluídos para ajudar os pesquisadores na obtenção de gravação ERP ideal A figura 1 ilustra as formas de onda de ERP obtidos após a conclusão bem sucedida deste protocolo.; constitui um "bom" resultado devido a sua gravação precisas. A Figura 2, por outro lado, ilustra as formas de onda de ERP que caracterizariam uma má execução do protocolo, resultando em resultados "ruins", que são mais notavelmente identificados em sinais excessivamente barulhentos. A Figura 3 mostra os problemas comuns que podem surgir em gravação de ERP que pode dificultar a coleta de dados adequada. Alta atividade pode ser interpretada à alta freqüência e grandes amplitudes nas ondas. Em contraste, um "Flatline" indica uma falta de atividade ou conectividade impróprio. As Figuras 4 e 5 mostram os grandes médias para os principais resultados da nossa investigação sobre os efeitos do uso de antipsicóticos e esquizotipia sobreo N400, tal como medido utilizando um paradigma categorização semântica.
Figura 1. bom resultado. Esta figura ilustra as formas de onda de ERP médios de um sujeito sobre todos os ensaios seguintes a execução bem sucedida da técnica, resultando em nenhuma linha de planos ou ruído excessivo. Note-se que as ondas será um pouco diferente dependendo de tarefas do paradigma experimental utilizado- que dependem fortemente de diferentes processos (cognitiva, sensorial e motor) irá produzir diferentes formas de onda, dependendo do conteúdo da tarefa e as competências exigidas pela tarefa. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. mau resultado. Esta figura ilustra as formas de onda de ERP médios de um sujeito sobre todos os ensaios seguintes execução inadequada da técnica. As formas de onda mostradas aqui são pobres devido ao ruído, bem como a linha plana em FP2. Note-se também a falta de componentes ERP reconhecíveis no EEG. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
. Figura 3. Problemas Comuns Esta figura ilustra os problemas comuns que surgem com esta técnica; ou seja, o movimento dos olhos, o movimento muscular, ou a saturação. Note-se que estes problemas podem ocorrer em qualquer um dos canais, por isso certifique-se de verificar todos eles. Por favor clique aqui para viewa versão maior desta figura.
Figura 4. Efeito da esquizotipia. Esta figura ilustra os grandes ERPs médios na condição placebo. As linhas vermelhas correspondem aos participantes com alta pontuação no questionário de personalidade esquizóide. Linhas pretas correspondem aos participantes com baixa esquizotipia conforme determinado pelo questionário.
Figura 5. Efeitos da medicação em indivíduos de alto esquizotipia. Esta figura representa as grandes ERPs médios, em que o vermelho para medicação (olanzapina), e preto corresponde ao placebo. Por favor clique aqui para ver um versi maioressobre desta figura.
Figura 1. Esta figura animadas pode ser usado como um guia para o processamento dos dados e obtendo ERPs.
Discussion
Em nossa investigação dos efeitos da medicação antipsicótica na N400, descobrimos que na condição placebo, N400s anteriores foram maiores em indivíduos com alta esquizotipia do que nos indivíduos com baixa esquizotipia. Na condição de medicação no entanto, N400s fronto-central eram menores, mas apenas nos indivíduos com alta esquizotipia. Assim, o medicamento foi visto para diminuir esses grandes fronto-central N400s em indivíduos esquizotípicas altos, o que confirma pesquisas anteriores ilustrando menores N400s anteriores em pacientes esquizofrênicos tratados com medicamentos antipsicóticos, em relação aos pacientes que receberam um placebo 11,12. Em indivíduos com baixa esquizotipia, não houve efeito da medicação. Estes resultados foram obtidos com a aplicação adequada do protocolo, e falar com a importância da recolha de dados claros e precisos.
Para garantir resultados precisos e válidos, existem alguns pontos críticos para manter em mente. Aobter um bom sinal, é crucial que a tampa é perfeitamente apto e colocada de modo que os eletrodos sagital são exatamente no meio e que a impedância é ajustado. A tampa que é muito grande pode reduzir a qualidade da gravação, uma vez que será muito mais difícil de reduzir a impedância 13. Também é importante que os participantes entendem que eles devem evitar o movimento excessivo, piscando, ou flexionando seus músculos do rosto e da mandíbula, como essas ações irão introduzir alterações nos traços de EEG e, potencialmente, fazer interpretação de dados muito difícil 14. Após o experimento, os equipamentos devem ser limpos para garantir que os eletrodos não estão bloqueadas com resíduo de gel, o que poderia afetar coleção sinal futuro.
Se houver problemas no sinal, como ruído ou linhas planas, certifique-se de que tanto o solo e referência eletrodos são conectados corretamente. Reduzir a impedância dos eletrodos pode reduzir o ruído, por isso, sehá problemas na conectividade, reaplicar o gel e re-zero do couro cabeludo por baixo dos eletrodos. Se houver myograms, permitir que o sujeito para relaxar antes de prosseguir. Na concepção do experimento, é relevante para a gravação de ERP que o projeto experimental é responsável por cronometrar aspectos, tais como a duração da apresentação do estímulo e breves períodos de tempo que permitem que o participante a piscar.
Antes de iniciar uma experiência de EEG, é importante compreender as limitações associadas. A resolução espacial relativamente pobre pode ser algo a considerar, bem como a dificuldade de utilizar EEG para elucidar a atividade subcortical. O ruído introduzido pelo pisca e atividade muscular também é desfavorável, e os sinais neurais obtidos são manchadas como eles passam através do líquido céfalo-raquidiano, meninges e do crânio. Essas limitações podem ser tratadas com métodos de neuroimagem alternativas independently- como fMRI, NIRS & #8211; ou através da combinação de EEG com estas abordagens alternativas. No entanto, como mencionado anteriormente, essas abordagens também carregam suas próprias limitações. As condições necessárias de contraste e da falta de linha de base e polaridade em fMRI são exemplos notáveis. No que diz respeito às técnicas de imagiologia cerebral alternativas, a gravação de ERP tem muitas Vantagens- mais particularmente notável a sua resolução temporal, o que é ao nível de milésimos de segundo. Também é não-invasiva e minimamente desconfortável para o participante, e não está associada com quaisquer riscos significativos ou perigos. Gravação de ERP é economicamente viável, especialmente quando comparado com outras técnicas de neuroimagem, como a ressonância magnética funcional (fMRI) e tomografia por emissão de pósitrons (PET) 15. Ele oferece um olhar sobre os acontecimentos neurais que ocorrem nos processos cognitivos, sensoriais e motoras, e, no futuro, poderia ser aplicada para explorar processos pré-conscientes.
Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Os autores gostariam de agradecer a Fundação Brain and Behavior Research para o seu apoio generoso.
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
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