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Neuroscience

Padrões morfológicos do potencial evocado cortical Visual específico do estímulo

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

Neste trabalho, apresentamos um protocolo para investigar os padrões morfológicos potenciais evocados visuais corticais diferenciais através da estimulação de redes ventrais e dorsais utilizando EEG de alta densidade. Os paradigmas do objeto visual e do estímulo do movimento, com e sem jitter temporal, são descritos. As análises morfológicas potenciais evocadas visuais são esboçadas igualmente.

Abstract

Este artigo apresenta uma metodologia para a gravação e análise de potenciais evocados visuais corticais (CVEPs) em resposta a vários estímulos visuais usando Eletroencefalografia de alta densidade de 128 canais (EEG). O objetivo específico dos estímulos e análises descritos é examinar se é viável replicar padrões morfológicos de CVEP previamente relatados, eliciados por um estímulo de movimento aparente, projetado para estimular simultaneamente a central ventral e dorsal redes visuais, utilizando estímulos de objeto e movimento projetados para estimular separadamente as redes corticais visuais ventrais e dorsais.  Quatro paradigmas visuais são apresentados: 1. objetos visuais randomizados com apresentação temporal consistente. 2. objetos visuais randomizados com apresentação temporal inconsistente (ou jitter).  3. movimento Visual através de um campo radial do movimento central coerente do ponto sem jitter.  4. movimento Visual através de um campo radial do movimento central coerente do ponto com jitter.  Estes quatro paradigmas são apresentados em ordem pseudorandomizada para cada participante.  O jitter é introduzido a fim ver como os efeitos antecipatory-relacionados possíveis podem afetar a morfologia da resposta do objeto-início e do movimento-início de CVEP.  As análises de dados do EEG são descritas detalhadamente, incluindo etapas de exportação de dados e importação para plataformas de processamento de sinais, identificação e remoção de maus canais, rejeição de artefato, média e categorização de médias morfológicas de CVEP tipo de padrão baseado em intervalos de latência de picos de componente. Os dados representativos mostram que a aproximação metodológica é certamente sensível em provocar padrões morfológicos diferenciais do objeto-início e do movimento-início de CVEP e pode, conseqüentemente, ser útil em endereçar o alvo maior da pesquisa. Dada a alta resolução temporal do EEG e a possível aplicação de EEG de alta densidade em análises de localização de fontes, este protocolo é ideal para a investigação de diferentes padrões morfológicos de CVEP e os mecanismos neurais subjacentes que geram essas respostas diferenciais.

Introduction

A electroencefalografia (EEG) é uma ferramenta que ofereça uma aproximação barata e não invasora ao estudo do processamento cortical, especial quando comparado aos métodos corticais da avaliação tais como a imagem latente de ressonância magnética funcional (fMRI), emissão do positrão tomography (animal de estimação), e imagem latente do tensor da difusão (DTI)1. O EEG também fornece alta resolução temporal, o que não é possível atingir ao usar medidas como fMRI, PET ou DTI2. A alta resolução temporal é crítica ao examinar a função temporal central para obter a precisão de milissegundos dos mecanismos neurofisiológicos relacionados ao processamento de insumos ou eventos específicos.  No sistema visual central, os potenciais evocados visuais corticais (CVEPs) são uma aproximação popular em estudar processos neural tempo-fechados no córtice cerebral.  As respostas do CVEP são registradas e médias em uma série de ensaios de eventos, resultando em componentes de pico (por exemplo, P1, N1, P2) que surgem em intervalos de milissegundos específicos. O tempo e a amplitude dessas respostas neurais máximas podem fornecer informações sobre velocidade e maturação do processamento cortical, bem como déficits na função cortical3,4,5.

Os CVEPs são específicos para o tipo de entrada visual apresentado ao visualizador. Usando determinados estímulos em um paradigma de cvep, é possível observar a função de redes visuais distintas, como o córrego ventral, envolvido na forma de processamento e cor, ou entrada parvocelular e magnocelular6,7, 8, e o córrego dorsal, que processa pela maior parte o movimento ou a entrada de magnocelular9,10. Os CVEPs gerados por estas redes têm sido úteis não só na melhor compreensão dos mecanismos neurofisiológicos típicos, como no comportamento subjacente, mas também no tratamento direcionado de comportamentos atípicos em populações clínicas. Por exemplo, os componentes de CVEP atrasados em ambas as redes dorsal e ventral foram relatados nas crianças com dislexia, que sugere que a função visual em ambas estas redes deva ser alvejada ao projetar um plano de intervenção11.  Assim, os CVEPs gravados via EEG oferecem uma poderosa ferramenta clínica para avaliar os processos visuais típicos e atípicos.

Em um estudo recente, o EEG high-density foi usado para medir os CVEPs aparentes do movimento-início em crianças tipicamente tornando-se, com o objetivo de examinar respostas variáveis de CVEP e de geradores corticais visuais relacionados através do desenvolvimento. Os participantes visualizaram passivamente os estímulos de movimento aparente12, 13,14,15, que consistiam de mudança de forma e movimento, projetados para estimular simultaneamente os córregos dorsal e ventral. Verificou-se que cerca de metade das crianças responderam com uma forma de onda de CVEP, ou morfologia, consistindo de três picos (P1-N1-P2, padrão A).  Essa morfologia é uma resposta clássica da CVEP observada em toda a literatura. Em contrapartida, a outra metade das crianças apresentou um padrão morfológico composto por cinco picos (P1-N1a-P2a-N1b-P2b, padrão B). A nosso conhecimento, a ocorrência e a comparação robustas destes testes padrões morfológicos não têm sido discutidas previamente na literatura de CVEP em populações da criança ou do adulto, embora a morfologia variável seja anotada no aparente-movimento e cveps do movimento-início14,16. Além disso, essas diferenças morfológicas não teriam sido evidentes em pesquisas utilizando outros métodos de avaliação funcional cortical, como a fMRI ou PET, devido à baixa resolução temporal dessas medidas.

Para determinar os geradores corticais de cada pico nos padrões de cvep a e B, foram realizadas análises de localização da fonte, que é uma abordagem estatística utilizada para estimar as regiões corticais mais prováveis envolvidas na resposta da cvep12,13 . Para cada pico, independentemente do padrão morfológico, os córtices visuais primários e de ordem superior foram identificados como fontes do sinal de CVEP.  Assim, parece que a principal diferença subjacente à morfologia da CVEP provocada pelo movimento aparente é que aqueles com padrão B ativam as regiões corticais visuais vezes adicionais durante o processamento. Porque estes tipos de testes padrões não têm sido identificados previamente na literatura, a finalidade do processamento visual adicional naqueles com teste padrão de CVEP B permanece obscura.  Portanto, o próximo objetivo nesta linha de pesquisa é obter uma melhor compreensão da causa da morfologia diferencial da CVEP e se esses padrões podem se relacionar com o comportamento visual em populações típicas e clínicas.

O primeiro passo para entender por que alguns indivíduos podem demonstrar uma morfologia do CVEP versus outro é determinar se essas respostas são intrínsecas ou extrínsecas na natureza.  Em outras palavras, se um indivíduo demonstrar um padrão em resposta a um estímulo visual, eles responderão com um padrão semelhante a todos os estímulos?  Ou é esta resposta estímulo-dependente, específico para a rede Visual ou redes ativadas?

Para responder a essa pergunta, dois paradigmas visuais passivos foram projetados, destinados a ativar separadamente redes visuais específicas. O estímulo apresentado no estudo inicial foi projetado para estimular simultaneamente os córregos dorsal e ventral; assim, não se sabe se uma ou ambas as redes estavam envolvidas na geração de morfologia de forma de onda específica. Na abordagem metodológica atual, o paradigma projetado para estimular o fluxo ventral é composto de objetos altamente identificáveis em formas básicas de praças e círculos, provocando CVEPs de início de objeto. O paradigma projetado para estimular o fluxo dorsal consiste em movimento Visual através de um campo radial de pontos de movimento ponto central coerente em uma velocidade fixa em direção a um ponto de fixação, eliciando CVEPs de início de movimento.

Uma segunda questão que surgiu como resultado do estudo inicial foi se a morfologia diferencial do VEP poderia ser devida à antecipação participante dos próximos estímulos13. Por exemplo, a pesquisa mostrou que a atividade oscilatória cortical de cima para baixo ocorrendo antes de um estímulo alvo pode prever respostas cvepe comportamentais subsequentes a algum grau17,18,19. O paradigma aparente do movimento no primeiro estudo empregou frames não-aleatorizados de uma estrela e de um círculo radiais com intervalos consistentes do Inter-estímulo (ISIs) de 600 MS. este projeto pode ter incentivado a expectativa e a predição do próximo estímulo, com atividade oscilatória resultante que afeta a morfologia subsequente da cvep12,13,19.

Para abordar esse problema, o objeto visual e os paradigmas de movimento no protocolo atual são projetados com ISIs consistente do mesmo valor temporal e ISIs randomizado com diferentes valores temporais (ou seja, jitter).  Usando essa abordagem, pode ser possível determinar como a variação temporal pode afetar a morfologia do VEP em redes visuais distintas. Ao todo, o objetivo do protocolo descrito é determinar se o objeto visual e os estímulos de movimento seriam sensíveis às variações na morfologia da CVEP e se a variação temporal da apresentação dos estímulos afetaria as características da resposta da CVEP, incluindo pico de latência, amplitude e morfologia. Para a finalidade do artigo atual, o objetivo é determinar a viabilidade da abordagem metodológica. É supor que ambos os objetos visuais e o movimento podem provocar A morfologia variável (isto é, os testes padrões A e B serão observados através dos assuntos em resposta a ambos os estímulos) e que A variação temporal afetaria componentes do objeto-início e do movimento-início de CVEP.

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Protocol

Todos os métodos descritos aqui foram aprovados pelo Conselho de revisão institucional (IRB) para pesquisa humana na Universidade do Texas em Austin.

1. características dos estímulos

  1. Crie estímulos de objeto usando imagens de código aberto disponíveis através do banco de estímulos padronizados (BOSS). Este banco de dados consiste em imagens padronizadas usadas em experimentos cognitivos visuais.  Baixe quatro imagens (por exemplo, ball02, book01a, Brick, button03) com uma alta taxa de identificação (acima de 75%)20,21.
  2. Crie estímulos de movimento usando uma versão modificada do script DotDemo, que está disponível através do conjunto de funções de fonte aberta psychtoolbox-3 operado via MATLAB, bem como a função de filme disponível no MATLAB (Veja o arquivo suplementar).
    1. Configure os parâmetros do campo de pontos de acordo com o tamanho da tela de apresentação e a distância de visualização.
    2. Digite 3600 para o número de quadros de filme.
    3. Insira 80 (em cm) para a largura do monitor.
    4. Insira a velocidade do ponto a 5 °/s.
    5. Digite uma fração de vida limitada de ponto de 0, 5.
    6. Digite 200 para o número de pontos.
    7. Introduza o raio mínimo do anel de campo como 1 ° e o máximo como 15 °.
    8. Insira 0,2 ° para a largura de cada ponto.
    9. Insira 0,35 ° para o raio do ponto de fixação.
    10. Especifique que os pontos brancos são usados em um fundo preto.
    11. Exporte o filme no formato. avi.

2. Visual paradigma design

  1. Criar paradigmas através de software de apresentação de estímulos. Gere cruzamentos de fixação com fonte Courier New Size 18, negrito e centralizado na tela de apresentação.
  2. Projetar o paradigma do objeto visual sem jitter temporal (ou seja, valores ISI consistentes) criando uma cruz de fixação preta em um fundo branco apresentado para 500 MS, seguido por um dos quatro objetos apresentados em ordem aleatória: bola, livro, tijolo ou botão.
    1. Apresente cada objeto para 600 MS (Figura 1a).  Mostrar todos os objetos 75 vezes, para um total de 300 ensaios e uma duração de paradigma de 5,5 min.
  3. Projete o paradigma do objeto visual com o jitter temporal para consistir na mesma Cruz preta da fixação em um fundo branco, mostrada por um período de 500 ou de 1.000 MS e seguido por um dos quatro objetos, durando para 600 ou 1000 MS (Figura 1b).
    1. Criar quatro ensaios utilizando software de apresentação de estímulos: uma cruz de fixação com uma duração de 500 MS, seguida por um objeto para 600 MS; uma cruz da fixação com uma duração de 500 MS, seguida por um objeto para 1.000 MS; uma cruz da fixação com uma duração de 1.000 MS, seguida por um objeto para 600 MS; e uma cruz da fixação com uma duração de 1.000 MS seguidas por um objeto para 1.000 MS.
      1. Randomize essas provações. Apresente cada julgamento 19 vezes, culminando em 304 ensaios e resultando em um tempo de visualização de aproximadamente 7,85 minutos.
  4. Crie o paradigma do movimento Visual sem jitter temporal gerando uma cruz branca da fixação centrada em um fundo preto, durando para 500 MS, seguido pelo filme visual do movimento, que é truncado para apresentar aproximadamente 1.000 MS (Figura 2a).
    1. Repita esta sequência um total de 300 vezes, para uma duração de visualização de aproximadamente 7,5 min.
  5. Crie o paradigma do movimento visual com o jitter temporal usando a mesma Cruz da fixação, durando para intervalos de 500, de 750, ou de 1.000 MS.
    1. Após cada Cruz da fixação, apresente o filme visual do movimento com uma duração de aproximadamente 600 ou 1.000 MS (Figura 2b).
    2. Criar seis ensaios: uma cruz de fixação com uma duração de 500 MS, seguido por um filme para 600 MS, uma cruz de fixação com uma duração de 750 MS, seguido por um filme para 600 MS, uma cruz de fixação com uma duração de 1.000 MS, seguido por um filme para 600 MS , uma cruz de fixação com uma duração de 500 MS seguida por um filme para 1000 MS, uma cruz de fixação com uma duração de 750 MS seguido por um filme para 1.000 MS e uma cruz de fixação com uma duração de 1.000 MS seguido por um filme para 1.000 MS.
      1. Randomize estes ensaios, com cada um mostrado 50 vezes.  Apresente um total de 300 ensaios, para um período de visualização de aproximadamente 7,75 min.

3. consentimento do participante, histórico de casos e triagem de visão

  1. Cumprimentar o participante na chegada. Obter o consentimento informado, apresentando o participante com o consentimento para a participação no formulário de pesquisa. Explique o formulário de consentimento para o participante e responda a quaisquer perguntas que surjam.
  2. Fazer com que o participante preencha um formulário de histórico de casos que inclua informações sobre idioma nativo, handedness, estado auditivo, status de visão e outros diagnósticos que o participante possa ter (por exemplo, psicológico e neurológico). Exclua os participantes que relatam perda auditiva e/ou diagnósticos neurológicos, como lesão cerebral traumática.  Inclua todos os outros participantes.
  3. Acompanhe o participante do laboratório para concluir uma triagem de visão usando um gráfico Snellen para determinar a acuidade visual. Ter o participante stand 20 metros de distância do gráfico e começar por cobrir o seu olho esquerdo para determinar a acuidade visual do olho direito, e depois mudar os olhos para determinar a acuidade visual do olho esquerdo. Calcule a acuidade visual com base na menor linha de texto que o participante pode repetir pelo menos um mais da metade do número total de letras.
    Nota: Por exemplo, se o participante repete 5 das 8 letras na linha 20/20, a acuidade visual é calculada como 20/20 nesse olho.
  4. Escolte o participante para a sala de gravação do EEG. Faça com que o participante se sente na cadeira designada no centro de uma cabine de isolamento acústico de paredes duplas com blindagem magnética.

4. preparação do EEG

  1. Meça a circunferência da cabeça do participante em centímetros e selecione o tamanho líquido adequado do EEG. Medir e marcar o ponto médio do couro cabeludo (a meio caminho entre Nasion/inion e mastoides direita e esquerda) para a colocação do eletrodo de referência.
  2. Prepare uma solução de água morna (1 L) misturada com o champô do bebê (5 mL) e o cloreto do potássio (11 g/10 centímetro cúbico), que aumenta a condutibilidade elétrica entre os elétrodos e o escalpe, conduzindo às impedâncias mais baixas da tensão e a uma relação sinal-ruído aumentada.
  3. Coloque a rede de EEG na solução. Deixe a rede mergulhar na solução por 5 min antes de colocar no couro cabeludo do participante.
  4. Gire sobre o computador do estímulo-apresentação e o computador da aquisição de EEG.
  5. Coloque uma toalha ou outro material absorvente ao redor do pescoço do participante para evitar que a solução pingar em suas roupas.
  6. Ligue a rede EEG ao amplificador. Instrua o participante para fechar seus olhos ao põr sobre a rede de EEG para impedir que a solução pingar em seus olhos.
  7. Segure firmemente a rede de EEG com ambas as mãos e espalhe-a no lugar na cabeça do participante. Assegure-se de que a rede seja colocada simetricamente na cabeça do couro cabeludo, com o eletrodo de referência no ponto médio da linha do couro cabeludo que foi medido. Aperte o queixo e as linhas líquidas da ocular para assegurar uma conexão segura entre o escalpe e os elétrodos. Pergunte ao participante se ele está confortável e se alguma coisa precisa ser ajustada.
  8. Verifique os valores adequados de impedância do eletrodo, com um alvo médio de 10 kΩ.
  9. Para reduzir os valores de impedância após a colocação da rede de eletrodos, use uma pipeta de 1 mL para aplicar a solução de cloreto de potássio no couro cabeludo/eletrodos que têm uma alta impedância. Continue este processo até que os valores adequados das impedâncias através dos elétrodos estejam alcançados.

5. gravação de EEG

  1. Instrua o participante a se concentrar nos estímulos visuais que serão exibidos no monitor. A distância de visualização é de aproximadamente 65 polegadas.
  2. Use um gerador de números pseudo-aleatórios para determinar a ordem de apresentação para os quatro paradigmas visuais.
  3. Comece as tarefas visuais e a gravação de EEG.
  4. Monitore a gravação de EEG conforme necessário. Se o EEG em andamento mostrar atividade miogênica ou 60 Hz alta, pause o experimento para verificar novamente a conectividade eletrodo-couro cabeludo.
  5. Repita as etapas 5,3 e 5,4 para o paradigma do objeto visual, o objeto visual com o paradigma de jitter temporal, o paradigma de movimento visual e o movimento visual com paradigma de jitter temporal.
  6. Na conclusão do experimento, instrua o participante a fechar os olhos para evitar que a solução entre em seus olhos ao remover a rede. Comece afrouxando as linhas líquidas do queixo e da ocular, a seguir remova a rede delicadamente puxando a cinta do queixo acima e sobre a cabeça do participante, certificando-se puxar lentamente para assegurar-se de que a rede não começ Tangled no cabelo do participante.
  7. Desligue a rede de EEG do amplificador. Comece o processo da desinfecção coloc a tampa de EEG dentro e fora de um balde enchido com a água e enxaguando uma torneira. Em seguida, crie a solução desinfetante adicionando aproximadamente 2 litros de água à caçamba desinfetante e misturando 15 ml de desinfetante com a água.
  8. Mergulhe a extremidade do sensor da rede no desinfetante. Definir um temporizador para 10 min; para os primeiros 2 min, mergulhe continuamente a rede para cima e para baixo. Deixe a rede de imersão para o restante do 10 min.
  9. Remova a rede de EEG da solução desinfetante. Coloc a rede de EEG dentro e fora da cubeta do elétrodo enchida com água e a água running para enxaguar. Repita quatro vezes.  Deixe a rede secar ao ar.

6. análises de EEG

  1. Exporte arquivos EEG para análises em MATLAB através da caixa de ferramentas EEGLAB usando um filtro passa-alto de 1 Hz, segmentação em torno de cada ensaio (ou evento) de 100 ms pré-estímulo e 500 MS pós-estímulo períodos.
  2. Importe dados usando a caixa de ferramentas EEGLAB.
    1. Escolha a opção de arquivo no menu suspenso e clique em importar dados.  Selecione usando funções EEGLAB e plugins a partir do menu.  Em seguida, clique no formato de arquivo de exportação apropriado.
  3. Reatribua os locais do canal com base no tipo de montagem do eletrodo usado escolhendo Editar no menu suspenso e selecionando locais do canal.  Clique em procurar locs e selecione as reticências para localizar o caminho do arquivo de montagem do eletrodo de interesse.
  4. Atribua épocas do pre-e do borne-estímulo aos tempos do começo e do fim do Epoch. Insira um valor de-0,1 s na caixa hora de início .
  5. Linha de base-dados corretos de acordo com o intervalo pré-estímulo.
  6. Identifique e remova canais ruins usando a probabilidade em um limiar de escore Z de 2,5.
    1. Verifique a identificação e a remoção bem sucedidas de canaletas ruins traçando todos os elétrodos. Remova manualmente os canais com amplitudes médias da tensão fora da escala de +/-30 μV.
  7. Realize a rejeição de artefato inserindo valores de-100 μV e + 100 μV.
    Nota:     este método é efetivo na remoção da atividade ocular registrada em eletrodos oculares (126, 127). No entanto, pode ser necessário remover manualmente os ensaios com artefato ocorrendo em amplitude de pequena voltagem (ou seja, dentro da faixa +/-100 μV) para determinados participantes.
    1. Anote os canais que foram ruins para segmentos inteiros (ou seja, com tensões fora da faixa +/-100 μV) e realçado em vermelho. Remova manualmente esses canais ruins se eles constituírem 60% ou mais dos julgamentos rejeitados. Repita esta etapa quantas vezes for necessário.
    2. Siga as etapas de remoção de artefato conforme descrito anteriormente. Certifique-se de que um mínimo de 100 varreduras são aceitos. Remova os ensaios marcados para rejeição.
  8. Plotar canal 75 (equivalente a Oz), ou o canal (s) de interesse, para categorizar padrões morfológicos. Antes de plotar este canal, certifique-se de executar a correção de linha de base pré-estímulo.
  9. Escolha o padrão A se a morfologia de CVEP é caracterizada por um grande pico positivo em aproximadamente 100-115 MS (P1), seguido por um pico negativo em aproximadamente 140-180 MS (N1) e um pico positivo em aproximadamente 165-240 MS (P2).
  10. Escolha o padrão B se a morfologia de CVEP é caracterizada por um grande pico positivo em aproximadamente 100-115 MS (P1), seguido por um pico negativo em aproximadamente 140-180 MS (N1a), um pico positivo em aproximadamente 180-240 MS (P2a), então um pico negativo em aproximadamente 230-280 MS (N1b) e pico positivo em aproximadamente 260-350 MS (P2b).
  11. Acrescente conjuntos de dados individuais juntos de acordo com o padrão morfológico visualmente observado para criar uma média de grupo. Nomeie e salve o arquivo de conjunto de dados recém-mesclado.
  12. Exibir arquivos anexados como uma média, plotando o canal (s) de interesse.

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Representative Results

A Figura 3 e a Figura 4 mostram os resultados representativos do cvep de início de objeto e de movimento de cinco participantes, com idade de 19-24 anos, que viram passivamente cada paradigma Visual. Este projeto permitiu a observação de respostas de cvep provocou por objetos visuais (com e sem jitter) e pelo movimento Visual (com e sem jitter) dentro e através dos assuntos de acordo com cada circunstância.  Os CVEPs participantes foram agrupados de acordo com o padrão morfológico eliciado por estímulos visuais e de grande média para criar um padrão médio de CVEP.  Nos objetos sem condição de jitter temporal (Figura 3), foram encontrados dois participantes com padrão a, enquanto três apresentavam padrão B (Figura 3a).  Da mesma forma, nos objetos com condição de jitter temporal (Figura 3B), dois sujeitos apresentavam padrão A e três com padrão B.  Curiosamente, dois sujeitos apresentavam um padrão diferente como resultado do paradigma do jitter (i.e., um sujeito que apresentava padrão a na condição de não jitter apresentado com o padrão B na condição de jitter, e um sujeito apresentando-se com o padrão B na nenhuma condição do jitter apresentou com teste padrão A na condição do jitter).  Também pode ser observado que o jitter afeta a amplitude e a latência em cada padrão de CVEP de início de objeto (Figura 3C,D).

Para a condição de movimento (Figura 4), dois sujeitos demonstraram padrão uma morfologia e três sujeitos apresentaram padrão B.  Entretanto, em contraste com os CVEPs do objeto-início, os testes padrões morfológicos de CVEP do movimento-início para cada participante eram consistentes através da condição do jitter.  Além disso, a média do grupo B padrão não mostra nenhuma evidência clara dos componentes de pico múltiplos tipicamente presentes.  Essa falta de morfologia diferencial ocorreu em ambos os paradigmas de movimento sem e com jitter temporal (figura 4a,B). Semelhante ao paradigma do objeto, o jitter no paradigma do movimento parece afetar as características de CVEP de início de movimento em ambos os padrões morfológicos (Figura 4C,D).

Figure 1
Figura 1 : Exemplo de paradigmas de estímulos de objeto visual sem e com jitter temporal. (A) sem jitter temporal: uma cruz de fixação é apresentada para 500 MS, seguida de uma apresentação randomizada de um dos quatro objetos do banco de dados Boss (botão, livro, bola, tijolo).  Cada apresentação de objeto é 600 MS em duração. (B) com jitter temporal: uma cruz de fixação é apresentada para 500 ou 1.000 MS, valores que são randomizados em ensaios e, em seguida, um dos quatro objetos do banco de dados Boss (botão, livro, bola, tijolo).  Cada objeto é apresentado para valores randomizados de 600 ou 1000 MS. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2 : Exemplo de paradigmas de estímulos de movimento Visual sem e com jitter temporal. (A) sem jitter temporal: uma cruz da fixação é apresentada para 500 MS, seguida por um filme visual do movimento de um campo radial dos pontos que movem-se para dentro para um ponto de fixação central (denotado por setas brancas) para 1.000 MS. (B) com jitter temporal: A a Cruz da fixação é apresentada para 500, 750, ou 1.000 MS, valores que são aleatorizados através dos ensaios. Um filme de movimento Visual é então apresentado para 600 ou 1.000 MS, valores que são randomizados em ensaios. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3 . Objeto representativo-dados CVEP de início sem e com jitter temporal. (A) padrão uma morfologia (ou seja, uma resposta P1-N1-P2) foi observada em dois participantes (linha preta sólida) em resposta ao paradigma do objeto sem jitter.  A morfologia do teste padrão B (isto é, uma resposta P1-N1a-P2a-N1b-P2b) foi observada em 3 participants (linha vermelha tracejada) em resposta ao paradigma do objeto sem jitter.  A amplitude em microvolts é descrita no eixo vertical e o tempo em milissegundos no eixo horizontal. (B) teste padrão uma morfologia foi encontrada em dois participantes (linha preta contínua) provocou pelo paradigma do objeto com jitter.  A morfologia do teste padrão B foi encontrada em 3 participants (linha tracejada vermelha) provocou pelo paradigma do objeto com jitter. (C) teste padrão uma comparação da morfologia nos mesmos três participants em resposta ao paradigma do objeto sem jitter (linha preta contínua) e o paradigma do objeto com jitter (linha tracejada vermelha). (D) comparação da morfologia do padrão B nos mesmos dois participantes como eliciados pelo paradigma do objeto sem jitter (linha preta sólida) e o paradigma do objeto com jitter (linha tracejada vermelha). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4 . Dados representativos do movimento-início CVEP sem e com jitter temporal. (A) padrão uma morfologia (ou seja, uma resposta P1-N1-P2) foi observada em dois participantes (linha preta sólida) em resposta ao paradigma de movimento sem jitter.  A morfologia do teste padrão B (isto é, uma resposta P1-N1a-P2a-N1b-P2b) foi observada individualmente em 3 participants (linha vermelha tracejada) em resposta ao paradigma do movimento sem jitter. Entretanto, observa-se que a morfologia típica do padrão B não é observada na média do grupo CVEP.  A amplitude em microvolts é descrita no eixo vertical e o tempo em milissegundos no eixo horizontal. (B) teste padrão uma morfologia foi encontrada em dois participantes (linha preta contínua) provocou pelo paradigma do movimento com jitter.  A morfologia do padrão B foi encontrada individualmente em 3 participantes (linha tracejada vermelha) provocada pelo paradigma do movimento com jitter. Novamente, a morfologia do padrão B não é aparente na grande média da CVEP. (C) teste padrão uma comparação da morfologia nos mesmos três participants em resposta ao paradigma do movimento sem jitter (linha preta contínua) e o paradigma do movimento com jitter (linha tracejada vermelha). (D) comparação da morfologia do padrão B nos mesmos dois participantes como eliciados pelo paradigma de movimento sem jitter (linha preta sólida) e o paradigma de movimento com jitter (linha tracejada vermelha). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Arquivo complementar: Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

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Discussion

O objetivo deste relato metodológico foi avaliar a viabilidade no registro da morfologia diferencial da CVEP por meio de estímulos de objeto visual e de movimento especificamente projetados para estimular separadamente córregos ventrais e dorsais em tarefas de visualização passiva6 ,7,8, ambos com e sem variação de ISIs (jitter)19. As condições não foram projetadas para serem comparadas diretamente, em vez disso, foram feitas observações sobre se a morfologia variável do CVEP estava presente em qualquer condição, e se o jitter temporal dentro dessa condição afetou a morfologia. As respostas do objeto-início e do movimento-início de CVEP foram gravadas e tempo-Locked ao início do objeto visual e dos estímulos do movimento, apresentados em quatro paradigms, através do EEG high-density da 128-canaleta. Cinco jovens adultos participaram da visualização passiva de cada paradigma Visual, e as respostas resultantes da CVEP foram categorizadas visualmente, subjetivamente, de acordo com a morfologia do padrão CVEP A (P1-N1-P2) e a morfologia do padrão CVEP B (P1-N1a-P2a-N1b-P2b), um método usado em pesquisas anteriores sobre as quais essa abordagem se baseia12,13.

Os dados representativos sugerem que os estímulos visuais descritos são sensíveis à morfologia diferencial de CVEP. Além disso, o jitter parece afetar as características específicas da resposta do CVEP, como latência e amplitude, em vez da morfologia geral da forma de onda. Não podem ser tiradas mais conclusões devido ao pequeno tamanho amostral e à falta de comparações estatísticas.  Portanto, esses dados mostram que o delineamento experimental pode ser útil no estudo da morfologia da variável CVEP e do comportamento visual associado. A pesquisa futura é planeada centrar-se sobre significativamente ampliar o número de participants para verificar se os testes padrões de cvep eliciados por uma variedade de estímulos são um fenômeno intrínseco ou extrínseca e se determinadas redes corticais visuais podem ser mais envolvidas que outros na geração de morfologia específica. Estudos futuros também incluirão variações temporais em paradigmas visuais para posterior avaliação de possíveis efeitos antecipatórios sobre as respostas da CVEP, incluindo maior variabilidade nos valores de jitter, como os intervalos limitados de jitter incluídos na abordagem atual Não pode eliminar completamente a previsibilidade.  Por fim, serão realizadas análises de localização de origem em componentes de pico da CVEP para informações qualitativas sobre redes corticais visuais envolvidas nos padrões morfológicos da geração CVEP, incluindo a verificação de que os estímulos apresentados ativam a redes visuais pretendidas.

Embora os métodos descritos mostrem uma aproximação eficaz à investigação da morfologia do objeto-início e do movimento-início do CVEP, as etapas críticas devem ser anotadas.  Por exemplo, na criação de estímulos visuais, é importante que fatores como a luminância sejam consistentes e controlados, pois essas alterações de ordem inferior podem afetar as características da CVEP22. Na preparação de EEG, é imperativo que a atenção próxima é pagada aos valores da impedância do elétrodo. O sistema EEG de alta densidade utilizado no estudo atual é um sistema de alta impedância, o que significa que a atividade do EEG pode ser registrada com sucesso com valores de impedância de eletrodo de até 50 kΩ. No entanto, em nosso laboratório, pretendemos manter esses valores abaixo de 20 kΩ, e idealmente em torno de 10 kΩ. Valores mais baixos de impedância afetam grandemente a qualidade geral da gravação e resultam em análises mais rápidas e um maior número de ensaios aceitos.  Além disso, é importante monitorar o estado do sujeito, especialmente porque esses paradigmas são de natureza passiva. Pode ser um desafio para alguns participantes permanecerem alertas, resultando em oscilações alfa e artefato ocular que podem contaminar a gravação. Em análises de EEG, é crítico remover os canais maus do elétrodo antes da rejeição do artefato para assegurar-se de que o número máximo de experimentações seja aceitado na média. Quanto maior o número de ensaios, melhor a relação sinal-ruído da resposta CVEP. Além disso, um grande número de ensaios é necessário para análises de localização de origem. Em nosso laboratório, um mínimo de 100 ensaios aceitos é típico para estudos visuais12,13,22. O método de análise de EEG descrito neste estudo também pode ser modificado de acordo com o critério do pesquisador. Há muitas aproximações à análise bem sucedida de EEG, e essa fornecida foi desenvolvida em nosso laboratório. Outras abordagens que podem ser úteis podem ser revisadas através de vários tutoriais fornecidos pelos criadores da caixa de ferramentas EEGLAB.

Enquanto a metodologia do EEG tem limitações, especificamente na resolução espacial para fins de imagem2, os benefícios de um baixo custo, abordagem não invasiva e alta resolução temporal tornam esta uma ferramenta ideal para a investigação da CVEP morfológica Padrões. Por exemplo, a latência e a amplitude dos componentes de pico específicos que constituem a forma de onda CVEP não seriam identificáveis usando uma abordagem diferente, exceto possivelmente com magnetoencefalografia (MEG).  Além disso, as análises da localização da fonte, que são possíveis com gravações high-density de EEG, avançaram a tal nível que a estimativa da posição cortical do gerador estêve aceitada em uma multidão de estudos12,13, 23,24,25,26. Se a localização espacial continua sendo uma preocupação para o pesquisador, uma abordagem multimodal pode ser usada para combinar a resolução temporal do EEG com a resolução espacial de outras medidas, como a fMRI27. É importante que uma grande quantidade de ensaios seja coletada em cada paradigma para futuras análises de localização de fontes, o que requer uma alta relação sinal-ruído do EEG para a estimativa exata dos geradores corticais12,13, a 23.

Globalmente, o protocolo descrito é útil e efetivo para a observação e estudo dos padrões morfológicos da CVEP. Metodologias semelhantes têm sido apresentadas na literatura14,15,28,29, mas não se concentraram na categorização das respostas dos participantes do grupo de acordo com a morfologia, como descrito em a seção de análise de EEG. Futuras pesquisas podem se beneficiar da análise da morfologia do cvep de forma mais estreita, já que processos visuais distintos foram mostrados para fundamentam padrões específicos12,13. Enquanto o trabalho adicional é necessário para esclarecer se a morfologia do CVEP eliciada por vários estímulos e função visual subjacente estão relacionadas ao comportamento visual, os paradigmas experimentais e as análises de EEG discutidas neste estudo piloto fornecem um ponto inicial para melhor compreender os processos corticais visuais básicos.

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Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

Esta pesquisa foi apoiada pela Universidade do Texas em Austin Moody College de comunicação Grant Preparation Award e da Universidade do Texas, em Austin Office do vice-presidente de pesquisa especial Research Grant.

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

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References

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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).

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