Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Modèles morphologiques potentiels d'evoked Visual

Published: May 12, 2019 doi: 10.3791/59146
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2, 1,2
1Department of Communication Sciences and Disorders, The University of Texas at Austin, 2Central Sensory Processes Laboratory, The University of Texas at Austin

Summary

Dans cet article, nous présentons un protocole pour étudier les modèles morphologiques potentiels évoqués visuels cortical différentiels par la stimulation des réseaux ventral et dorsal utilisant l'EEG de haute densité. Des paradigmes visuels d'objet et de stimulus de mouvement, avec et sans nervosité temporelle, sont décrits. Des analyses morphologiques potentielles évoquées visuelles sont également décrites.

Abstract

Cet article présente une méthodologie pour l'enregistrement et l'analyse des potentiels visuels corticaux évoqués (CVEP) en réponse à divers stimulus visuels utilisant l'électroencéphalographie à haute densité de 128 canaux (EEG). L'objectif spécifique des stimuli et des analyses décrits est d'examiner s'il est possible de reproduire les modèles morphologiques CVEP précédemment rapportés obtenus par un stimulus de mouvement apparent, conçu pour stimuler simultanément le centre ventral et le centre dorsal réseaux visuels, à l'aide de stimuli d'objets et de mouvements conçus pour stimuler séparément les réseaux corticaux visuels ventrales et dorsaux.  Quatre paradigmes visuels sont présentés : 1. Objets visuels randomisés avec présentation temporelle cohérente. 2. Objets visuels randomisés avec présentation temporelle incohérente (ou nervosité).  3. Mouvement visuel par l'intermédiaire d'un champ radial de mouvement central cohérent de point sans la nervosité.  4. Mouvement visuel par l'intermédiaire d'un champ radial de mouvement central cohérent de point avec la nervosité.  Ces quatre paradigmes sont présentés dans un ordre pseudo-randomisé pour chaque participant.  Jitter est introduit afin de voir comment les effets anticipatoires possibles peuvent affecter la morphologie de la réponse CVEP objet-début et motion-début.  Les analyses de données de l'EEG sont décrites en détail, y compris les étapes de l'exportation et de l'importation de données à partir des plates-formes de traitement des signaux, l'identification et l'élimination des mauvais canaux, le rejet des artefacts, la moyenne et la catégorisation de la morphologie cVEP moyenne type de modèle basé sur les plages de latence des pics de composants. Les données représentatives montrent que l'approche méthodologique est en effet sensible pour susciter des modèles morphologiques différentiels de cVEP objet-début et de motion-début et peut, par conséquent, être utile pour aborder l'objectif plus large de recherche. Compte tenu de la résolution temporelle élevée de l'EEG et de l'application possible de l'EEG à haute densité dans les analyses de localisation des sources, ce protocole est idéal pour l'étude des modèles morphologiques cVEP distincts et des mécanismes neuronaux sous-jacents qui génèrent ces réponses différentielles.

Introduction

L'électroencéphalographie (EEG) est un outil qui offre une approche peu coûteuse et non invasive à l'étude du traitement cortical, particulièrement comparé aux méthodes corticales d'évaluation telles que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), l'émission de positron la tomographie (PET), et l'imagerie par tenseur de diffusion (DTI)1. EEG fournit également une résolution temporelle élevée, qui n'est pas possible d'atteindre lors de l'utilisation de mesures telles que l'IRMf, TEP, ou DTI2. La résolution temporelle élevée est critique en examinant la fonction temporelle centrale afin d'obtenir milliseconde-précision des mécanismes neurophysiologiques liés au traitement de l'entrée ou des événements spécifiques.  Dans le système visuel central, les potentiels visuels corticaux évoqués (CVEP) sont une approche populaire dans l'étude des processus neuronaux verrouillés dans le temps dans le cortex cérébral.  Les réponses CVEP sont enregistrées et moyennes sur un certain nombre d'essais d'événements, ce qui donne lieu à des composants de pointe (p. ex. P1, N1, P2) à intervalles de milliseconde spécifiques. Le moment et l'amplitude de ces réponses neuronales de pointe peuvent fournir des informations concernant la vitesse et la maturation de traitement cortical, aussi bien que des déficits dans la fonction corticale3,4,5.

Les CVEP sont spécifiques au type d'entrée visuelle présentée au spectateur. En utilisant certains stimuli dans un paradigme CVEP, il est possible d'observer la fonction de réseaux visuels distincts tels que le flux ventral, impliqués dans le traitement de la forme et la couleur, ou parvocellulaire et entrée magnocellulaire6,7, 8, et le flux dorsal, qui traite en grande partie le mouvement ou l'entrée magnocellulaire9,10. Les CVEP générés par ces réseaux ont été utiles non seulement pour mieux comprendre les mécanismes neurophysiologiques typiques sous-jacents au comportement, mais aussi dans le traitement ciblé des comportements atypiques dans les populations cliniques. Par exemple, des composants cVEP retardés dans les réseaux dorsaux et ventral ont été rapportés chez les enfants dyslexiques, ce qui suggère que la fonction visuelle dans ces deux réseaux devrait être ciblée lors de la conception d'un plan d'intervention11.  Ainsi, les CVEP enregistrés via l'EEG offrent un outil clinique puissant permettant d'évaluer les processus visuels typiques et atypiques.

Dans une étude récente, l'EEG à haute densité a été utilisé pour mesurer les CVEP apparents de mouvement-début dans les enfants typiquement en développement, avec l'objectif d'examiner les réponses variables de CVEP et les générateurs corticaux visuels connexes à travers le développement. Les participants ont vu passivement les stimuli de mouvement apparent12,13,14,15, qui se composaient à la fois de changement de forme et de mouvement, conçu pour stimuler simultanément les flux dorsaux et ventral. On a constaté qu'environ la moitié des enfants ont répondu avec une forme d'onde CVEP, ou morphologie, composée de trois pics (P1-N1-P2, modèle A).  Cette morphologie est une réponse classique de CVEP observée dans toute la littérature. En revanche, l'autre moitié des enfants s'est présenté avec un modèle morphologique composé de cinq pics (P1-N1a-P2a-N1b-P2b, modèle B). À notre connaissance, l'occurrence robuste et la comparaison de ces modèles morphologiques n'ont pas été précédemment discutées dans la littérature de CVEP dans les populations d'enfant ou d'adulte, bien que la morphologie variable ait été notée dans le mouvement apparent et CVEP14,16. En outre, ces différences morphologiques n'auraient pas été apparentes dans la recherche utilisant d'autres méthodes d'évaluation fonctionnelle corticale, telles que l'IRMf ou le PET, en raison de la faible résolution temporelle de ces mesures.

Pour déterminer les générateurs corticaux de chaque pic dans les modèles A et B de CVEP, des analyses de localisation de source ont été exécutées, qui est une approche statistique utilisée pour estimer les régions corticales les plus susceptibles impliquées dans la réponse de CVEP12,13 . Pour chaque pic, quel que soit le modèle morphologique, les cortices visuels primaires et d'ordre supérieur ont été identifiés comme sources du signal CVEP.  Ainsi, il semble que la principale différence sous-jacente à la morphologie CVEP obtenue par le mouvement apparent est que ceux avec le modèle B activent les régions corticales visuelles des temps supplémentaires pendant le traitement. Puisque ces types de modèles n'ont pas été précédemment identifiés dans la littérature, le but du traitement visuel additionnel dans ceux avec le modèle B de CVEP demeure peu clair.  Par conséquent, le prochain objectif dans cette ligne de recherche est d'acquérir une meilleure compréhension de la cause de la morphologie différentielle cVEP et si de tels modèles peuvent se rapporter au comportement visuel dans les populations typiques et cliniques.

La première étape pour comprendre pourquoi certaines personnes pourraient démontrer une morphologie CVEP par rapport à une autre est de déterminer si ces réponses sont intrinsèques ou extrinsèques dans la nature.  En d'autres termes, si une personne démontre un modèle en réponse à un stimulus visuel, répondra-t-elle avec un modèle semblable à tous les stimulus ?  Ou est-ce que cette réponse est dépendante du stimulus, spécifique au réseau visuel ou aux réseaux activés ?

Pour répondre à cette question, deux paradigmes visuels passifs ont été conçus, destinés à activer séparément des réseaux visuels spécifiques. Le stimulus présenté dans l'étude initiale a été conçu pour stimuler simultanément les flux dorsaux et ventral ; ainsi, on ne savait pas si l'un ou les deux réseaux étaient impliqués dans la production de morphologie spécifique des formes d'onde. Dans l'approche méthodologique actuelle, le paradigme conçu pour stimuler le flux ventral est composé d'objets hautement identifiables dans des formes de base de carrés et de cercles, suscitant des CVEP objet-début. Le paradigme conçu pour stimuler le flux dorsal se compose d'un mouvement visuel via un champ radial de points centraux cohérents à une vitesse fixe vers un point de fixation, suscitant des CVEP de début de mouvement.

Une deuxième question qui a surgi à la suite de l'étude initiale était de savoir si la morphologie différentielle VEP pourrait être due à l'anticipation des participants de stimuli à venir13. Par exemple, la recherche a montré que l'activité oscillatoire corticale descendante se produisant avant un stimulus cible peut prévoir les réponses suivantes de CVEP et comportementales à un certain degré17,18,19. Le paradigme de mouvement apparent dans la première étude a employé des cadres non randomisés d'une étoile et d'un cercle radiaux avec des intervalles inter-stimulus cohérents (ISI) de 600 ms. Cette conception a pu avoir encouragé l'attente et la prédiction du stimulus à venir, avec activité oscillatoire qui en résulte affectant la morphologie CVEP subséquente12,13,19.

Pour résoudre ce problème, les paradigmes d'objet visuel et de mouvement dans le protocole actuel sont conçus à la fois avec des ISI cohérentes de la même valeur temporelle et des ISI randomisés avec des valeurs temporelles différentes (c.-à-d., la nervosité).  En utilisant cette approche, il peut être possible de déterminer comment la variation temporelle peut affecter la morphologie VEP au sein de réseaux visuels distincts. Dans l'ensemble, le but du protocole décrit est de déterminer si l'objet visuel et les stimuli de mouvement seraient sensibles aux variations de la morphologie cVEP et si la variation temporelle de la présentation des stimuli affecterait les caractéristiques de la réponse du CVEP, y compris la latence maximale, l'amplitude et la morphologie. Aux fins du présent document, l'objectif est de déterminer la faisabilité de l'approche méthodologique. On suppose que les objets visuels et le mouvement peuvent susciter une morphologie variable (c.-à-d. que les modèles A et B seront observés entre les sujets en réponse aux deux stimuli) et que la variation temporelle affecterait les composants CVEP à l'objet et au début du mouvement.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par la Commission d'examen institutionnel (IRB) pour la recherche humaine à l'Université du Texas à Austin.

1. Caractéristiques de Stimuli

  1. Créez des stimuli d'objets à l'aide d'images open source disponibles via la Bank of Standardized Stimuli (BOSS). Cette base de données se compose d'images standardisées utilisées tout au long des expériences cognitives visuelles.  Téléchargez quatre images (p. ex., ball02, book01a, brick, button03) avec un taux d'identification élevé (au-dessus de 75%)20,21.
  2. Créez des stimuli de mouvement à l'aide d'une version modifiée du script DotDemo, qui est disponible via l'ensemble source source Psychtoolbox-3 de fonctions exploitées via MATLAB, ainsi que la fonction film disponible dans MATLAB (voir le fichier supplémentaire).
    1. Configurer les paramètres du champ de points en fonction de la taille de l'écran de présentation et de la distance d'affichage.
    2. Entrez 3600 pour le nombre de cadres de film.
    3. Entrez 80 (en cm) pour la largeur du moniteur.
    4. Entrez la vitesse de point à 5 /s.
    5. Entrez une fraction à vie limitée de 0,05.
    6. Entrez 200 pour le nombre de points.
    7. Entrez le rayon minimum de l'annulus de champ comme 1 'et le maximum comme 15 '.
    8. Entrez 0,2 pour la largeur de chaque point.
    9. Entrez 0,35 degrés pour le rayon du point de fixation.
    10. Spécifiez que les points blancs sont utilisés sur un fond noir.
    11. Exportez le film en format .avi.

2. Conception de paradigme visuel

  1. Créez des paradigmes via un logiciel de stimulation-présentation. Générer des croisements de fixation avec Courier Nouvelle taille 18 police, gras, et centré sur l'écran de présentation.
  2. Concevoir le paradigme de l'objet visuel sans nervosité temporelle (c.-à-d. des valeurs ISI cohérentes) en créant une croix de fixation noire sur un fond blanc présenté pour 500 ms, suivie d'un des quatre objets présentés dans l'ordre randomisé : boule, livre, brique ou bouton.
    1. Présenter chaque objet sur 600 ms (figure 1A).  Afficher tous les objets 75 fois, pour un total de 300 essais et une durée de paradigme de 5,5 min.
  3. Concevoir le paradigme de l'objet visuel avec une nervosité temporelle pour se composer de la même croix de fixation noire sur un fond blanc, montré pour une période de 500 ou 1000 ms et suivi par l'un des quatre objets, d'une durée de 600 ou 1000 ms (figure1B).
    1. Créer quatre essais à l'aide d'un logiciel de stimulation-présentation : une croix de fixation d'une durée de 500 ms, suivie d'un objet de 600 ms; une croix de fixation d'une durée de 500 ms, suivie d'un objet de 1 000 ms; une croix de fixation d'une durée de 1 000 ms, suivie d'un objet de 600 ms; et une croix de fixation d'une durée de 1 000 ms suivie d'un objet de 1 000 ms.
      1. Randomisez ces essais. Présentez chaque essai 19 fois, culminant en 304 essais et résultant en un temps de visionnage d'environ 7,85 minutes.
  4. Créer le paradigme du mouvement visuel sans nervosité temporelle en générant une croix de fixation blanche centrée sur un fond noir, d'une durée de 500 ms, suivie du film de mouvement visuel, qui est tronqué pour être présent sur environ 1 000 ms (figure 2A).
    1. Répétez cette séquence un total de 300 fois, pour une durée d'affichage d'environ 7,5 min.
  5. Créez le paradigme du mouvement visuel avec une nervosité temporelle en utilisant la même croix de fixation, d'une durée de 500, 750 ou 1 000 ms.
    1. Après chaque croix de fixation, présentez le film de mouvement visuel d'une durée d'environ 600 ou 1 000 ms (figure2B).
    2. Créer six essais : une croix de fixation d'une durée de 500 ms, suivie d'un film de 600 ms, d'une croix de fixation d'une durée de 750 ms, suivie d'un film de 600 ms, d'une croix de fixation d'une durée de 1 000 ms, suivie d'un film de 600 ms , une croix de fixation d'une durée de 500 ms suivie d'un film de 1000 ms, d'une croix de fixation d'une durée de 750 ms suivie d'un film de 1 000 ms et d'une croix de fixation d'une durée de 1 000 ms suivie d'un film pour 1 000 ms.
      1. Randomiser ces essais, chacun montré 50 fois.  Présenter un total de 300 essais, pour une période d'observation d'environ 7,75 min.

3. Consentement des participants, antécédents et dépistage de la vision

  1. Accueillez le participant à l'arrivée. Obtenir un consentement éclairé en présentant au participant un consentement pour la participation au formulaire de recherche. Expliquez le formulaire de consentement au participant et répondez à toutes les questions qui se posent.
  2. Demandez au participant de remplir un formulaire d'antécédents de cas qui comprend de l'information sur la langue maternelle, la remise, l'état de l'audition, l'état de la vision et d'autres diagnostics que le participant peut avoir (p. ex., psychologiques et neurologiques). Exclure les participants qui signalent une perte auditive ou un diagnostic neurologique, comme des lésions cérébrales traumatiques.  Inclure tous les autres participants.
  3. Escortez le participant hors du laboratoire pour effectuer un dépistage de la vision à l'aide d'un tableau de Snellen afin de déterminer l'acuité visuelle. Demandez au participant de se tenir à 20 pieds du tableau et commencez par couvrir son œil gauche pour déterminer l'acuité visuelle de l'œil droit, puis changez d'œil pour déterminer l'acuité visuelle de l'œil gauche. Calculez l'acuité visuelle en fonction de la plus petite ligne de texte que le participant peut répéter au moins une fois plus de la moitié du nombre total de lettres.
    REMARQUE: Par exemple, si le participant répète 5 des 8 lettres sur la ligne 20/20, l'acuité visuelle est calculée comme 20/20 dans cet œil.
  4. Escortez le participant dans la salle d'enregistrement de l'EEG. Demandez au participant de s'asseoir dans la chaise désignée au centre d'une cabine insonorisée à double paroi magnétique.

4. Préparation de l'EEG

  1. Mesurez la circonférence de la tête du participant en centimètres et sélectionnez la taille nette EEG appropriée. Mesurer et marquer le point médian du cuir chevelu (à mi-chemin entre la nasion/inion et les mastoïdes droit et gauche) pour le placement de l'électrode de référence.
  2. Préparer une solution d'eau chaude (1 L) mélangée avec du shampooing pour bébé (5 ml) et du chlorure de potassium (11 g/10 cc), ce qui augmente la conductance électrique entre les électrodes et le cuir chevelu, ce qui entraîne des impédances de tension plus faibles et un rapport signal-bruit accru.
  3. Placez le filet EEG dans la solution. Laisser tremper le filet dans la solution pendant 5 min avant de le placer sur le cuir chevelu du participant.
  4. Allumez l'ordinateur de présentation de stimulus et l'ordinateur d'acquisition d'EEG.
  5. Placez une serviette ou tout autre matériau absorbant autour du cou du participant pour éviter que la solution ne s'égoutte sur ses vêtements.
  6. Connectez le filet EEG à l'amplificateur. Demandez au participant de fermer les yeux lorsqu'il met sur le filet EEG pour empêcher la solution de couler dans ses yeux.
  7. Saisissez fermement le filet EEG avec les deux mains et étalez-vous en place sur la tête du participant. Assurez-vous que le filet est placé symétriquement sur la tête du cuir chevelu, avec l'électrode de référence au point médian du cuir chevelu qui a été mesurée. Resserrer le menton et les lignes de filet oculaire pour assurer une connexion sécurisée entre le cuir chevelu et les électrodes. Demandez au participant s'il est à l'aise et s'il doit s'ajuster.
  8. Vérifiez les valeurs d'entrave à l'électrode appropriées, avec une cible moyenne de 10 k .
  9. Pour réduire les valeurs d'impédance après le placement du filet d'électrode, utilisez une pipette de 1 ml pour appliquer la solution de chlorure de potassium sur le cuir chevelu/électrodes qui ont une forte entrave. Poursuivez ce processus jusqu'à ce que des valeurs d'impédances adéquates à travers les électrodes soient atteintes.

5. Enregistrement EEG

  1. Demandez au participant de se concentrer sur les stimuli visuels qui apparaîtront sur le moniteur. La distance d'observation est d'environ 65 pouces.
  2. Utilisez un générateur de nombres pseudo-aléatoires pour déterminer l'ordre de présentation des quatre paradigmes visuels.
  3. Commencez les tâches visuelles et l'enregistrement EEG.
  4. Surveillez l'enregistrement de l'EEG au besoin. Si l'EEG en cours montre une activité myogène élevée ou 60 Hz, arrêtez l'expérience pour revérifier la connectivité électrode-scalp.
  5. Répétez les étapes 5.3 et 5.4 pour le paradigme de l'objet visuel, l'objet visuel avec le paradigme de la nervosité temporelle, le paradigme du mouvement visuel, et le mouvement visuel avec le paradigme de la nervosité temporelle.
  6. À la fin de l'expérience, demandez au participant de fermer les yeux afin d'empêcher la solution d'entrer dans ses yeux lors de l'enlèvement du filet. Commencez par desserrer le menton et les lignes de filet oculaire, puis retirez le filet en tirant doucement la sangle du menton vers le haut et sur la tête du participant, en veillant à tirer lentement pour s'assurer que le filet ne s'emmêlera pas dans les cheveux du participant.
  7. Déconnectez le filet EEG de l'amplificateur. Commencez le processus de désinfection en plaçant le bouchon EEG dans et hors d'un seau rempli d'eau et de rinçant sous un robinet. Ensuite, créez la solution désinfectante en ajoutant environ 2 l d'eau au seau désinfectant et en mélangeant 15 ml de désinfectant avec l'eau.
  8. Immerger l'extrémité du capteur du filet dans le désinfectant. Définir une minuterie pendant 10 min; pendant les 2 premières min, plongez continuellement le filet de haut en bas. Laisser le filet tremper pendant le reste des 10 min.
  9. Retirez le filet EEG de la solution désinfectante. Placez le filet EEG dans et hors du seau d'électrode rempli d'eau et sous l'eau courante pour rincer. Répétez quatre fois.  Laisser sécher le filet à l'air libre.

6. Analyses EEG

  1. Exporter des fichiers EEG pour des analyses dans MATLAB via la boîte à outils EEGLAB à l'aide d'un filtre à passage élevé de 1 Hz, segmentation autour de chaque essai (ou événement) de 100 ms pré-stimulus et 500 ms post-stimulus périodes.
  2. Importer des données à l'aide de la boîte à outils EEGLAB.
    1. Choisissez l'option Fichier dans le menu déroulant et cliquez sur les données Import.  Sélectionnez à l'aide des fonctions EEGLAB et des plugins du menu.  Cliquez ensuite sur le format de fichier d'exportation approprié.
  3. Réaffecter les emplacements des canaux en fonction du type de montage d'électrodes utilisé en choisissant Edit dans le menu déroulant et en sélectionnant les emplacements de channel.  Cliquez sur Rechercher des locs et sélectionnez les ellipses pour localiser le chemin du fichier de montage d'électrode d'intérêt.
  4. Attribuez les périodes de pré- et de post-stimulus aux temps de début et de fin de l'époque. Entrez une valeur de -0,1 s dans la case de temps de démarrage.
  5. Données de base correctes selon l'intervalle de pré-stimulus.
  6. Identifiez et supprimez les mauvais canaux en utilisant la probabilité à un seuil de z-score de 2,5.
    1. Vérifier l'identification et l'élimination réussies des mauvais canaux en traçant toutes les électrodes. Retirez manuellement les canaux avec des amplitudes de tension moyennes en dehors de la plage de 30 V.
  7. Effectuer le rejet d'artefacts en entrant des valeurs de -100 V et de 100 euros V.
    REMARQUE :     Cette méthode est efficace dans l'élimination de l'activité oculaire enregistrée aux électrodes oculaires (126, 127). Cependant, il peut être nécessaire d'enlever manuellement les essais avec l'artefact se produisant à l'amplitude à petite tension (c.-à-d., dans la gamme de '/- 100 'V) pour certains participants.
    1. Prenez note des canaux qui étaient mauvais pour des segments entiers (c.-à-d., avec des tensions en dehors de la plage de V de 100 euros) et mis en évidence en rouge. Supprimer manuellement ces mauvais canaux s'ils constituent 60 % ou plus des essais rejetés. Répétez cette étape autant de fois que nécessaire.
    2. Suivez les étapes de suppression des artefacts telles que décrites précédemment. Assurez-vous qu'un minimum de 100 balayages sont acceptés. Supprimer les essais marqués pour le rejet.
  8. Tracez le canal 75 (équivalent à Oz), ou le canal (s) d'intérêt, pour catégoriser les modèles morphologiques. Avant de tracer ce canal, assurez-vous d'effectuer la correction de base pré-stimulus.
  9. Choisissez le modèle A si la morphologie du CVEP se caractérise par un pic positif important d'environ 100-115 ms (P1), suivi d'un pic négatif à environ 140-180 ms (N1) et d'un pic positif à environ 165-240 ms (P2).
  10. Choisissez le modèle B si la morphologie du CVEP se caractérise par un pic positif important d'environ 100-115 ms (P1), suivi d'un pic négatif à environ 140-180 ms (N1a), un pic positif à environ 180-240 ms (P2a), puis un pic négatif à environ 230-280 ms (N1b) et un pic positif à environ 260-350 ms (P2b).
  11. Appensire ensemble des ensembles de données individuels selon le modèle morphologique observé visuellement pour créer une moyenne de groupe. Nommez et enregistrez le fichier de jeu de données nouvellement fusionné.
  12. Afficher les fichiers annexés en moyenne en traçant le canal (s) d'intérêt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

La figure 3 et la figure 4 montrent les résultats du CVEP représentatif d'objet-démarrage et de motion-onset de cinq participants, âgés de 19-24 ans, qui ont vu passivement chaque paradigme visuel. Cette conception a permis l'observation des réponses CVEP obtenues par des objets visuels (avec et sans nervosité) et le mouvement visuel (avec et sans nervosité) à l'intérieur et à travers les sujets selon chaque condition.  Les CVEP participants ont été regroupés selon le modèle morphologique obtenu par les stimuli visuels et grand-moyens pour créer un modèle moyen de CVEP.  Dans les objets sans état de nervosité temporelle (figure 3), deux participants se sont avérés présenter avec le modèle A, tandis que trois se sont présentés avec le modèle B (figure 3A).  De même, dans les objets avec l'état temporel de nervosité (figure 3B),deux sujets présentés avec le modèle A et trois avec le modèle B.  Fait intéressant, deux sujets présentés avec un modèle différent en raison du paradigme de la nervosité (c.-à-d., un sujet présentant avec le modèle A dans l'état sans nervosité présenté avec le modèle B dans l'état de nervosité, et un sujet présentant avec le modèle B dans le aucune condition de nervosité ne s'est présentée avec le modèle A dans l'état de nervosité).  On peut également observer que la nervosité affecte l'amplitude et la latence dans chaque modèle CVEP objet-début (Figure 3C,D).

Pour l'état de mouvement (figure 4), deux sujets ont démontré la morphologie de modèle A et trois sujets présentés avec le modèle B.  Cependant, contrairement aux CVEP d'objet-début, les modèles morphologiques de CVEP de motion-début pour chaque participant étaient cohérents à travers l'état de nervosité.  En outre, la moyenne du groupe de modèle B ne montre aucune preuve claire des multiples composantes de pointe généralement présentes.  Ce manque de morphologie différentielle s'est produit dans les deux paradigmes de mouvement sans et avec la nervosité temporelle (figure 4A,B). Semblable au paradigme de l'objet, la nervosité dans le paradigme de mouvement semble affecter les caractéristiques de CVEP de mouvement-début dans les deux modèles morphologiques (figure 4C,D).

Figure 1
Figure 1 : Exemple de paradigmes de stimuli d'objets visuels sans et avec la jitter temporelle. (A) Sans nervosité temporelle : Une croix de fixation est présentée sur 500 ms, suivie d'une présentation randomisée de l'un des quatre objets de la base de données BOSS (bouton, livre, boule, brique).  Chaque présentation d'objet est de 600 ms de durée. (B) Avec la nervosité temporelle : Une croix de fixation est présentée pour 500 ou 1000 ms, valeurs qui sont randomisées à travers les essais, puis l'un des quatre objets de la base de données BOSS (bouton, livre, boule, brique).  Chaque objet est présenté pour des valeurs randomisées de 600 ou 1000 ms. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2
Figure 2 : Exemple de paradigmes de stimuli de mouvement visuel sans et avec la jitter temporelle. (A) Sans nervosité temporelle : Une croix de fixation est présentée sur 500 ms, suivie d'un film de mouvement visuel d'un champ radial de points se déplaçant vers l'intérieur vers un point de fixation central (dénoté par des flèches blanches) pour 1 000 ms. (B) Avec une nervosité temporelle : A La croix de fixation est présentée pour 500, 750, ou 1000 ms, valeurs qui sont randomisées entre les essais. Un film de mouvement visuel est ensuite présenté pour 600 ou 1000 ms, valeurs qui sont randomisées entre les essais. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3
Figure 3 . Données CVEP de l'objet-démarrage représentatif sans et avec la jitter temporelle. (A) La morphologie du modèle A (c.-à-d. une réponse P1-N1-P2) a été observée chez deux participants (ligne noire solide) en réponse au paradigme de l'objet sans nervosité.  La morphologie du modèle B (c.-à-d. une réponse P1-N1a-P2a-N1b-P2b) a été observée chez 3 participants (ligne rouge pointillée) en réponse au paradigme de l'objet sans nervosité.  L'amplitude en microvolts est représentée sur l'axe vertical et le temps en millisecondes sur l'axe horizontal. (B) La morphologie du modèle A a été trouvée chez deux participants (ligne noire solide) obtenue par le paradigme de l'objet avec de la nervosité.  La morphologie du modèle B a été trouvée chez 3 participants (ligne pointillée rouge) obtenue par le paradigme de l'objet avec de la nervosité. (C) Modèle Une comparaison de morphologie dans les trois mêmes participants en réponse au paradigme de l'objet sans nervosité (ligne noire solide) et le paradigme de l'objet avec de la nervosité (ligne pointillée rouge). (D) Comparaison de morphologie du modèle B dans les deux mêmes participants comme le suscite le paradigme de l'objet sans nervosité (ligne noire solide) et le paradigme de l'objet avec de la nervosité (ligne pointillée rouge). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4
Figure 4 . Données CVEP de Motion-onset représentatives sans et avec la jitter temporelle. (A) La morphologie du modèle A (c.-à-d. une réponse P1-N1-P2) a été observée chez deux participants (ligne noire solide) en réponse au paradigme du mouvement sans nervosité.  La morphologie du modèle B (c.-à-d. une réponse P1-N1a-P2a-N1b-P2b) a été observée individuellement chez 3 participants (ligne rouge pointillée) en réponse au paradigme du mouvement sans nervosité. Notez, cependant, la morphologie typique de modèle B n'est pas observée dans la grande moyenne de groupe de CVEP.  L'amplitude en microvolts est représentée sur l'axe vertical et le temps en millisecondes sur l'axe horizontal. (B) La morphologie du modèle A a été trouvée chez deux participants (ligne noire solide) obtenue par le paradigme du mouvement avec nervosité.  La morphologie du modèle B a été trouvée individuellement chez 3 participants (ligne pointillée rouge) obtenue par le paradigme du mouvement avec de la nervosité. Encore une fois, la morphologie du modèle B n'est pas apparente dans la grande moyenne du CVEP. (C) Modèle Une comparaison de morphologie dans les trois mêmes participants en réponse au paradigme de mouvement sans nervosité (ligne noire solide) et le paradigme de mouvement avec la nervosité (ligne pointillée rouge). (D) Comparaison de la morphologie du modèle B dans les deux mêmes participants comme le suscite le paradigme du mouvement sans nervosité (ligne noire solide) et le paradigme de mouvement avec la nervosité (ligne pointillée rouge). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Dossier supplémentaire: Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

L'objectif de ce rapport méthodologique était d'évaluer la faisabilité de l'enregistrement de la morphologie différentielle du CVEP en utilisant des stimuli d'objets visuels et de mouvement spécialement conçus pour stimuler séparément les flux ventral et dorsal dans les tâches de visualisationpassive6 ,7,8, à la fois avec et sans variation de L'ISIs (jitter)19. Les conditions n'ont pas été conçues pour être directement comparées, plutôt, des observations ont été faites quant à savoir si la morphologie variable de CVEP était présente dans l'un ou l'autre état, et si la nervosité temporelle dans cette condition a affecté la morphologie. Les réponses CVEP à début d'objet et de mouvement ont été enregistrées et verrouillées dans le temps jusqu'au début des stimuli visuels d'objet et de mouvement, présentés en quatre paradigmes, par l'intermédiaire de l'EEG à haute densité de 128 canaux. Cinq jeunes adultes ont participé à l'observation passive de chaque paradigme visuel, et les réponses CVEP qui en ont résulté ont été classées visuellement, subjectivement, selon la morphologie du modèle A (P1-N1-P2) et le modèle CVEP B (P1-N1a-P2a-N1b-P2b), une méthode dans des recherches antérieures sur lesquelles cette approche est fondée12,13.

Les données représentatives suggèrent que les stimuli visuels décrits sont sensibles à la morphologie différentielle de CVEP. En outre, la nervosité semble affecter les caractéristiques spécifiques de la réponse du CVEP, comme la latence et l'amplitude, plutôt que la morphologie globale de la forme d'onde. Aucune autre conclusion ne peut être tirée en raison de la petite taille de l'échantillon et de l'absence de comparaisons statistiques.  Par conséquent, ces données montrent que la conception expérimentale peut être utile dans l'étude de la morphologie variable CVEP et le comportement visuel associé. Des recherches futures devraient se concentrer sur l'élargissement significatif du nombre de participants afin de vérifier si les modèles de CVEP obtenus par une variété de stimuli sont un phénomène intrinsèque ou extrinsèque et si certains réseaux corticaux visuels peuvent être plus impliqués que d'autres dans la génération de morphologies spécifiques. Les études futures incluront également la variation temporelle des paradigmes visuels pour une évaluation plus approfondie des effets d'anticipation possibles sur les réponses du CVEP, y compris une plus grande variabilité des valeurs de nervosité, comme les intervalles de nervosité limités inclus dans l'approche actuelle peut ne pas éliminer complètement la prévisibilité.  Enfin, des analyses de localisation à la source sur les composants de pointe du CVEP seront effectuées pour obtenir des informations qualitatives sur les réseaux corticaux visuels impliqués dans les modèles morphologiques de la génération CVEP, y compris la vérification que les stimuli présentés activent le réseaux visuels prévus.

Bien que les méthodes décrites montrent une approche efficace à l'étude de l'objet-début et le mouvement-début de la morphologie CVEP, des étapes critiques doivent être notées.  Par exemple, dans la création de stimuli visuels, il est important que des facteurs tels que la luminance soient cohérents et contrôlés pour, car ces changements d'ordre inférieur peuvent affecter les caractéristiques du CVEP22. Dans la préparation de l'EEG, il est impératif que l'on accorde une attention particulière aux valeurs d'entrave à l'électrode. Le système D'EEG à haute densité utilisé dans la présente étude est un système à haute impédance, ce qui signifie que l'activité de l'EEG peut être enregistrée avec succès avec des valeurs d'impédance d'électrode allant jusqu'à 50 k . Cependant, dans notre laboratoire, nous visons à maintenir ces valeurs en dessous de 20 k , et idéalement autour de 10 k . Des valeurs d'impédance plus faibles affectent grandement la qualité globale de l'enregistrement et donnent lieu à des analyses plus rapides et à un plus grand nombre d'essais acceptés.  En outre, il est important de surveiller l'état du sujet, d'autant plus que ces paradigmes sont de nature passive. Il peut être difficile pour certains participants de rester vigilants, ce qui entraîne des oscillations alpha et un artefact oculaire qui peuvent contaminer l'enregistrement. Dans les analyses de l'EEG, il est essentiel d'éliminer les mauvais canaux d'électrodes avant le rejet de l'artefact pour s'assurer que le nombre maximal d'essais est accepté dans la moyenne. Plus le nombre d'essais est élevé, meilleur est le rapport signal-bruit de la réponse CVEP. En outre, un grand nombre d'essais sont nécessaires pour les analyses de localisation à la source. Dans notre laboratoire, un minimum de 100 essais acceptés est typique pour les études visuelles12,13,22. La méthode d'analyse de l'EEG décrite dans cette étude peut également être modifiée selon la discrétion du chercheur. Il existe de nombreuses approches pour réussir l'analyse de l'EEG, et celle fournie a été développée dans notre laboratoire. D'autres approches qui peuvent être utiles peuvent être examinées à travers divers tutoriels fournis par les créateurs de la boîte à outils EEGLAB.

Bien que la méthodologie de l'EEG ait des limites, en particulier dans la résolution spatiale à des fins d'imagerie2, les avantages d'une approche peu coûteuse, non invasive et à haute résolution temporelle en font un outil idéal pour l'étude de la morphologie CVEP Modèles. Par exemple, la latence et l'amplitude des composants de pointe spécifiques qui constituent la forme d'onde CVEP ne seraient pas identifiables à l'aide d'une approche différente, sauf peut-être avec la magnétoencéphalographie (MEG).  En outre, les analyses de localisation à la source, qui sont possibles avec des enregistrements EEG à haute densité, ont progressé à un tel niveau que l'estimation de l'emplacement du générateur cortical a été acceptée dans une multitude d'études12,13, 23,24,25,26. Si la localisation spatiale demeure une préoccupation pour le chercheur, une approche multimodale peut être utilisée pour combiner la résolution temporelle de l'EEG avec la résolution spatiale d'autres mesures, telles que l'IRMf27. Il est important qu'une grande quantité d'essais soit recueillie dans chaque paradigme pour les analyses futures de localisation des sources, ce qui nécessite un rapport signal-bruit eEG élevé pour une estimation précise des générateurs corticaux12,13, 23.

Dans l'ensemble, le protocole décrit est utile et efficace pour l'observation et l'étude des modèles morphologiques du CVEP. Des méthodologies similaires ont été présentées dans la littérature14,15,28,29, mais n'ont pas porté sur la catégorisation des réponses des participants au groupe selon la morphologie, tel que décrit dans la section des analyses de l'EEG. La recherche future pourrait bénéficier de l'examen plus étroit de la morphologie du CVEP, car il a été démontré que des processus visuels distincts sous-tendent des modèles spécifiques12,13. Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour déterminer si la morphologie CVEP obtenue par divers stimuli et la fonction visuelle sous-jacente sont liées au comportement visuel, les paradigmes expérimentaux et les analyses de l'EEG discutées dans cette étude pilote fournissent un point initial à partir de laquelle mieux comprendre les processus corticaux visuels de base.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Les auteurs n'ont rien à révéler.

Acknowledgments

Cette recherche a été soutenue par l'Université du Texas à Austin Moody College of Communication Grant Preparation Award et l'Université du Texas à Austin Office du vice-président de la recherche spéciale Subvention de recherche.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
E-Prime 2.0 Psychology Software Tools, Inc Used in data acquisition
Net Amps 400 Electrical Geodesics, Inc Used in data acquisition
Net Station Acquisition V5.2.0.2 Electrical Geodesics, Inc Used in data acqusition
iMac (27 inch) Apple Used in data acquisition
Optiplex 7020 Computer Dell Stimulus computer
HydroCel GSN EEG net Electrical Geodesics, Inc Used in data acqusition
1 mL pipette Electrical Geodesics, Inc Used to lower impedances
Johnson's Baby Shampoo Johnson & Johnson Used in impedance solution
Potassium Chloride (dry) Electrical Geodesics, Inc Used in impedance solution
Control III Disinfectant Germicide Control III Used in disinfectant solution
32 inch LCD monitor  Vizio Used to present stimuli
Matlab (R2016b) MathWorks Used in data analysis
EEGlab v14.1.2 Swartz Center for Computational Neuroscience, University of California, San Diego https://sccn.ucsd.edu/eeglab/index.php Used in data analysis
BOSS Database Bank of Standardized Stimuli https://sites.google.com/site/bosstimuli/ Used in generation of visual object stimuli 
Psychtoolbox-3 Psychophysics Toolbox Version 3 (PTB-3) http://psychtoolbox.org/ Used in generation of visual motion stimuli

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lascano, A. M., Lalive, P. H., Hardmeier, M., Fuhr, P., Seeck, M. Clinical evoked potentials in neurology: A review of techniques and indications. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 88 (8), 688-696 (2017).
  2. Mehta, R. K., Parasuraman, R. Neuroergonomics: A review of applications to physical and cognitive work. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 889 (2013).
  3. Kuba, M., Kubova, Z., Kremlacek, J., Langrova, J. Motion-onset VEPs: Characteristics, methods, and diagnostic use. Vision Research. 47 (2), 189-202 (2007).
  4. Tobimatsu, S., Celesia, G. G. Studies of human visual pathophysiology with visual evoked potentials. Clinical Neurophysiology. 117 (7), 1414-1433 (2006).
  5. Tremblay, E., et al. Delayed early primary visual pathway development in premature infants: High density electrophysiological evidence. PLoS One. 9 (9), e107992 (2014).
  6. Allison, T., Puce, A., Spencer, D. D., McCarthy, G. Electrophysiological studies of human face perception. I: Potentials generated in occipitotemporal cortex by face and non-face stimuli. Cerebral Cortex. 9, 415-430 (1999).
  7. Grill-Spector, K. The neural basis of object perception. Current Opinions in Neurobiology. 13, 159-166 (2003).
  8. Mitchell, T. V., Neville, H. J. Asynchronies in the development of electrophysiological responses to motion and color. Journal of Cognitive Neuroscience. 16, 1363-1374 (2004).
  9. Armstrong, B. A., Neville, H. J., Hillyard, S. A., Mitchell, T. V. Auditory deprivation affects processing of motion, but not color. Cognitive Brain Research. 14, 422-434 (2002).
  10. Donner, T. H., Siegel, M., Oostenveld, R., Fries, P., Bauer, M., Engel, A. K. Population activity in the human dorsal pathway predicts the accuracy of visual motion detection. Journal of Neurophysiology. 98, 345-359 (2007).
  11. Bonfiglio, L., et al. Defective chromatic and achromatic visual pathways in developmental dyslexia: Cues for an integrated intervention programme. Restorative Neurology and Neuroscience. 35 (1), 11-24 (2017).
  12. Campbell, J., Sharma, A. Visual cross-modal re-organization in children with cochlear implants. PLoS ONE. 11 (1), e0147793-e0147718 (2016).
  13. Campbell, J., Sharma, A. Distinct visual evoked potential morphological patterns for apparent motion processing in school-aged children. Frontiers in Human Neuroscience. 10 (71), 277 (2016).
  14. Doucet, M. E., Gosselin, F., Lassonde, M., Guillemot, J. P., Lepore, F. Development of visual-evoked potentials to radially modulated concentric patterns. Neuroreport. 16 (6), 1753-1756 (2005).
  15. Doucet, M. E., Bergeron, F., Lassonde, M., Ferron, P., Lepore, F. Cross-modal reorganization and speech perception in cochlear implant users. Brain. 129 (12), 3376-3383 (2006).
  16. Kubova, Z., et al. Difficulties of motion-onset VEP interpretation in school-age children. Documenta Ophthalmologica. 128, 121-129 (2014).
  17. Gould, I. C., Rushworth, M. F., Nobre, A. C. Indexing the graded allocation of visuospatial attention using anticipatory alpha oscillations. Journal of Neurophysiology. 105, 1318-1326 (2011).
  18. Hanslmayr, S., Aslan, A., Staudigl, T., Klimesch, W., Hermann, C. S., Bauml, K. H. Prestimulus oscillations predict visual perception performance between and within subjects. Neuroimage. 37, 1465-1543 (2007).
  19. Toosi, T., Tousi, E. K., Esteky, H. Learning temporal context shapes prestimulus alpha oscillations and improves visual discrimination performance. Journal of Neurophysiology. 118 (2), 771-777 (2017).
  20. Brodeur, M. B., Dionne-Dostie, E., Montreuil, T., Lepage, M. The Bank of Standardized Stimuli (BOSS), a new set of 480 normative photos of objects to be used as visual stimuli in cognitive research. PLoS One. 5 (5), e10773 (2010).
  21. Brodeur, M. B., et al. The Bank of Standardized Stimuli (BOSS): Comparison between French and English norms. Behavior Research Methods. 44, 961-970 (2012).
  22. Suttle, C., Harding, G. Morphology of transient VEPs to luminance and chromatic pattern onset and offset. Vision Research. 39 (8), 1577-1584 (1999).
  23. Campbell, J., Sharma, A. Cross-modal re-organization in adults with early stage hearing loss. PLoS One. 9 (2), e90594 (2014).
  24. Campbell, J., Sharma, A. Compensatory changes in cortical resource allocation in adults with hearing loss. Frontiers in Systems Neuroscience. 7, 71 (2013).
  25. Debener, S., Hine, J., Bleeck, S., Eyles, J. Source localization of auditory evoked potentials after cochlear implantation. Psychophysiology. 45 (1), 20-24 (2008).
  26. Gilley, P. M., Sharma, A., Dorman, M. F. Cortical reorganization in children with cochlear implants. Brain Research. 1239, 56-65 (2008).
  27. Neuner, I., Arruba, J., Felder, J., Shah, N. J. Simultaneous EEG-fMRI acquisition at low, high and ultra-high magnetic fields up to 9.4 T: Perspectives and challenges. Neuroimage. 15 (102), 71-79 (2014).
  28. Schulte-Korne, G., Bartling, J., Deimel, W., Remschmidt, H. Visual evoked potential elicited by coherently moving dots in dyslexic children. Neuroscience Letters. 357 (3), 207-210 (2004).
  29. Zhang, R., Hu, Z., Roberson, D., Zhang, L., Li, H., Liu, Q. Neural processes underlying the “same”- “different” judgment of two simultaneously presented objects—an EEG study. PLoS One. 8 (12), e81737 (2013).

Tags

Neurosciences Numéro 147 Phénomènes électrophysiologiques Processus électrophysiologiques Potentiels évoqués Processus physiologiques Processus électrophysiologiques Conduction neuronale Phénomènes et Processus Phénomènes Physiologiques Visuels Potentiels évoqués modèles morphologiques flux ventral flux dorsal EEG à haute densité EEGLAB
Modèles morphologiques potentiels d'evoked Visual
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Campbell, J., Nielsen, M., LaBrec,… More

Campbell, J., Nielsen, M., LaBrec, A., Bean, C. Stimulus-specific Cortical Visual Evoked Potential Morphological Patterns. J. Vis. Exp. (147), e59146, doi:10.3791/59146 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter