Summary
Her præsenteres proceduren for anvendelse af c-gitteret (øreelektroencefalografi, solgt under navnet cEEGrid) til registrering af hjerneaktivitet i og uden for laboratoriet i længere tid. Denne protokol beskriver, hvordan du opsætter disse arrays, og hvordan du registrerer hjerneaktivitet ved hjælp af dem.
Abstract
C-gitteret (øre-elektroencefalografi, solgt under navnet cEEGrid) er et diskret og behageligt elektrodearray, der kan bruges til at undersøge hjerneaktivitet efter fastgørelse omkring øret. C-gitteret er velegnet til brug uden for laboratoriet i lang tid, selv hele dagen. Forskellige kognitive processer kan studeres ved hjælp af disse gitre, som det fremgår af tidligere forskning, herunder forskning uden for laboratoriet. For at registrere øre-EEG-data af høj kvalitet er omhyggelig forberedelse nødvendig. I denne protokol forklarer vi de trin, der er nødvendige for dens vellykkede implementering. Først vises det, hvordan man tester gitterets funktionalitet, før en optagelse vises. For det andet gives der en beskrivelse af, hvordan deltageren forberedes, og hvordan c-gitteret monteres, hvilket er det vigtigste trin til registrering af data af høj kvalitet. For det tredje gives en oversigt over, hvordan man tilslutter nettene til en forstærker, og hvordan man kontrollerer signalkvaliteten. I denne protokol viser vi anbefalinger og tip til bedste praksis, der gør c-grid-optagelser vellykkede. Hvis forskere følger denne protokol, er de omfattende udstyret til at eksperimentere med c-gitteret både i og uden for laboratoriet.
Introduction
Med mobil øreelektroencefalografi (EEG) kan hjerneaktivitet registreres i hverdagen, og ny indsigt i neural behandling uden for laboratoriet kan opnås1. For at være egnet til hverdagen skal et mobilt øre-EEG-system være gennemsigtigt, diskret, let at bruge, bevægelsestolerant og behageligt at have på selv i flere timer2. C-gitteret (sælges under navnet cEEGrid), et c-formet øre-EEG-system, sigter mod at opfylde disse krav for at minimere interferens med naturlig adfærd. Gitteret består af 10 Ag/AgCl elektroder trykt på Flexprint materiale3. Kombineret med en miniaturiseret, mobil forstærker og en smartphone til dataindsamling 4,5 kan disse gitre bruges til at indsamle øre-EEG-data i mere end 8 timer 1,6.
Flere undersøgelser udført i laboratoriet har vist potentialet for c-grids til at studere auditive og andre kognitive processer. C-gitre er med succes blevet brugt til auditiv opmærksomhedsafkodning med nøjagtigheder over chanceniveau 7,8,9,10,11. Segaert et al.12 brugte disse arrays til at kvantificere sprogforringelse hos patienter med mild kognitiv svækkelse. Garrett et al.13 viste, at disse arrays kan fange auditive hjernepotentialer, der stammer fra hjernestammen. Bortset fra forskningen med fokus på det auditive domæne brugte Knierim et al.14 gitterene til at undersøge flowoplevelser (dvs. følelsen af total involvering i en opgave) målt ved ændringer i alfaeffekt. Endelig brugte Pacharra et al.15 disse gitre til en visuel opgave. Alle disse laboratoriebaserede undersøgelser viser de forskellige kognitive processer, der kan fanges med disse gitre.
Disse gitre kan også bruges til EEG-optagelser uden for laboratoriet, som illustreret af flere undersøgelser. For eksempel er disse arrays blevet brugt til at evaluere mental belastning i en køresimulator 16,17 og til at studere uopmærksomhedsdøvhed, ikke-opfattelsen af kritiske alarmlyde, i en flysimulator18. Nettene er især lovende til langsigtede optagelser, såsom langtidsovervågning af epileptiske anfald2 og søvnstadietrin6. Hölle et al.1 brugte disse gitre til at måle auditiv opmærksomhed i løbet af en kontordag i 6 timer. Alt i alt fremhæver alle disse undersøgelser deres potentiale til at undersøge forskellige hjerneprocesser i og uden for laboratoriet.
Hver EEG-registrering kræver omhyggelig forberedelse for at opnå gyldige resultater. Dette er især vigtigt for mobile applikationer, hvor der kan forventes flere artefakter end i laboratoriet på grund af deltagerens bevægelse. For at sikre optimale resultater er specifikke forberedelsestrin nødvendige. Vi angiver de kritiske trin i forberedelsen af nettene, forberedelsen af deltageren til dataindsamling og montering og tilslutning af nettene til EEG-optagelser. Vi påpeger potentielle fejl og viser eksempler på dårlig datakvalitet, når vedhæftningen ikke er korrekt. Endelig vises repræsentative resultater af en klaverspillet oddball-opgave.
Protocol
Den generelle procedure, der anvendes i denne protokol, blev godkendt af det etiske råd ved universitetet i Oldenburg. Deltageren gav skriftligt informeret samtykke forud for deres deltagelse.
BEMÆRK: C-gitterne bør kun bruges på ubeskadiget hud og med deltagere, der ikke har allergi over for det anvendte klæbemiddel. Det har to sider. Der er sort tekst på ydersiden. Elektrodernes ledende overflader er på indersiden, og de vender mod deltagerens hud under optagelsen. Det er vigtigt, at du håndterer disse gitre med omhu. Rør ikke ved de ledende overflader, fold ikke gitterene, bøj dem ikke for meget, og undgå at trække i dem.
1. Afprøvning
BEMÆRK: Hvis c-gitter håndteres med forsigtighed, kan de genbruges flere gange. For at sikre optimal funktion skal du kontrollere, at alle elektroderne fungerer korrekt inden næste optagelse. Udfør den samme procedure for nye gitre for at identificere potentielle problemer (f.eks. på grund af problemer i fremstillingsprocessen), før optagelsen starter. Der er flere muligheder for hurtigt at kontrollere for problemer (f.eks. En ødelagt elektrode).
- Mulighed 1: Multimeter.
- Indstil et multimeter til måling af modstand.
- Fastgør en stift på multimeteret til elektroden og den anden stift til den tilsvarende kontakt på stikket.
- Kontroller, om der kan måles en lav modstand (<10 kΩ) for hver elektrode.
- Mulighed 2: Elektrodegel
- Brug elektrodegel til at bygge bro over alle elektroderne. Sørg for, at der ikke er mellemrum mellem elektroderne.
- Fastgør gitteret til stikket på en forstærker. For at se et signal skal du fastgøre gitteret til siden med reference- og jordelektroderne i henhold til det anvendte stiklayout.
- Brug forstærkerens impedanskontrol. Kontroller impedansen for referenceelektroden og alle otte registreringselektroder (10 elektroder i alt minus jord- og referenceelektroderne). de skal alle have en lav impedans (<10 kΩ). Tør derefter gelen af.
- Mulighed 3: Vand
BEMÆRK: Brug denne indstilling med forsigtighed for ikke at forårsage vandskade på udstyret.- Nedsænk alle elektroderne i et glas vand, men sørg for at holde gitterets hale tør. Alternativt kan du placere c-gitteret i en plade fyldt med vand (med elektroderne vendt mod pladen).
- Fastgør gitteret til forstærkerens stik.
- Brug forstærkerens impedanskontrol. Kontroller impedansen for referenceelektroden og alle otte registreringselektroder (10 elektroder i alt minus jord- og referenceelektroderne). de skal alle have en lav impedans (<10 kΩ). Tør derefter c-gitteret med et væv.
2. Forberedelse af deltageren
BEMÆRK: Ved optagelser i høj kvalitet skal deltageren have rent og tørt hår, må ikke have brugt hårprodukter (f.eks. stylingprodukter) eller hudprodukter og må ikke bære make-up. Hvis det er muligt, skal deltagerne vaske deres hår direkte før optagelsen med en mild og neutral shampoo og også vaske områderne omkring ørerne. Bed deltagerne om at angive, om nogle af de forberedende trin er ubehagelige for dem.
- For at forberede deltageren har eksperimentatoren brug for adgang til området bag og omkring øret. For deltagere med længere hår skal du bruge hårklemmer for lettere adgang.
- Placer et c-gitter rundt om deltagerens øre for at se, hvordan det passer. Kontroller desuden, om det kan placeres rundt om øret uden at røre øret. Sørg for, at det ikke rører bagsiden af øret eller øreflippen, da dette kan være ubehageligt efter nogen tid. Denne formontering giver også en indikation af det område, der vil blive dækket og derfor skal rengøres.
BEMÆRK: Disse gitre findes i én størrelse og passer ikke til alle ørestørrelser. For større ører skal du klippe noget af plastikken omkring elektroderne på indersiden af C med en lille saks. Vær særlig opmærksom på ikke at skære ind i elektroderne eller den ledende vej. - Påfør en lille dråbe slibende elektrodegel på et væv. Brug gelen til at rense huden omkring deltagerens øre med et vist tryk, men sørg for, at det forbliver behageligt for deltageren. Sørg for generøst at rengøre hele det område, der vil blive dækket.
- Dyp et væv i noget alkohol, og rengør området bag øret med dette væv.
- Tør det rensede område med et rent håndklæde.
- For højere komfortniveauer skal du eventuelt placere et lille stykke tape på bagsiden af øret.
- Gentag alle ovenstående trin (trin 2.1-2.5) for det andet øre.
3. Klargøring og montering af gitre
BEMÆRK: Der er forskellige måder at fastgøre c-gitteret ved hjælp af dobbeltklæbende tape. Her præsenteres to muligheder: c-formede klistermærker (leveret af producenten), der dækker hele overfladen og små cirkulære klistermærker, der placeres individuelt omkring elektroderne (f.eks. Ved genbrug).
- Fastgør dobbeltsidede klæbende klistermærker (enten de c-formede eller individuelle klistermærker) omkring hver elektrode. Sørg for, at klistermærkerne ikke dækker elektrodernes ledende overflade.
- Sæt små dråber (linsestørrelse) elektrodegel på hver elektrode. Undgå at bruge for meget gel, da dette kan spildes på klæbematerialet og reducere vedhæftningen til huden. For meget gel kan også skabe broer mellem elektroderne.
- Fjern dækslet på selvklæbende klistermærke(r). Påfør gelen igen, hvis den blev fjernet under dette trin. Alternativt kan du fjerne det første dæksel og derefter påføre gelen; Dette kræver dog en meget rolig hånd, så gelen ikke spildes ved et uheld på klæbemidlet.
- Bed deltageren om at holde håret væk fra øret, så det ikke blokerer tilpasningen. Flyt ethvert hår af vejen så meget som muligt, så klistermærkerne berører huden direkte. Afhængigt af hårgrænsen er dette ikke altid muligt (f.eks. når der er hår direkte over øret).
- Placer gitteret omkring øret, og tryk det ind i huden, når det er på plads. Sørg for ikke at placere den for tæt på øret, da dette kan blive ubehageligt for deltageren. Sørg for, at der er lidt plads (1 mm til 2 mm) mellem gitteret og bagsiden af øret. Bed desuden deltageren om at trykke på elektroderne.
- Gentag alle ovenstående trin (trin 3.1-3.5) for det andet øre.
- Fjern eventuelle hårklemmer. Placer forsigtigt briller eller strimler af ansigtsmasker på ørerne, hvis det er nødvendigt.
4. Tilslutning
- Tilslut stikket til forstærkeren. I løbet af dette trin skal du undgå overdreven bøjning eller træk i c-gitteret.
- Sæt kontakterne i stikket. Sørg for, at kontakterne er tilsluttet på den rigtige side. Sørg for, at de udsatte kontakter på indersiden af c-gitteret vender mod kontakterne i stikket.
BEMÆRK: Det er vigtigt at kende layoutet af det stik, der bruges (herunder jordens position og referenceelektroderne). Afhængigt af det anvendte system kan layoutet variere. Hvis du vil oprette en connector, skal du gå til https://uol.de/psychologie/abteilungen/ceegrid. Med det rigtige stik kan c-grids tilsluttes enhver forstærker. - For at holde forstærkeren på plads skal du f.eks. bruge et pandebånd til at fastgøre det på hovedet.
BEMÆRK: Oldenburg-laboratoriet bruger en forstærker, der er indbygget i en halshøjttaler kaldet nEEGlace. nEEGlace gør opsætningen mere behagelig og hurtigere.
5. Kontroller impedansen og dataene
- Tilslut forstærkeren til en smartphone (valgfrit: en bærbar computer) via Bluetooth.
- Kontroller elektrodernes impedans med forstærkerens impedanskontrol. Impedansen forbedres normalt over tid (5 min til 10 min) og behøver ikke at være under 10 kΩ for hver elektrode i starten. Forsøg ikke at lægge mere gel under elektroder med høj impedans.
- Kontroller EEG-signalet. Bed deltageren om at knytte kæberne, blinke og lukke øjnene (alfaaktivitet). Overhold de tilsvarende artefakter og alfaaktivitet i signalet. Sørg for, at hver elektrode giver et godt signal. Hvis det resulterende EEG-signal er dårligt, skal du fjerne gitteret, tørre eventuel resterende gel omkring deltagerens øre og montere en ny.
- Begynd optagelsen.
6. Fjernelse og oprydning
- Når du er færdig med dataoptagelsen, skal du frakoble telefonen (eller den bærbare computer) fra forstærkeren. Fjern gitterene fra forstærkeren, og fjern forstærkeren fra deltageren. Fjern forsigtigt c-gitterene fra deltageren. Sørg for hverken at bøje c-gitteret for meget eller at trække håret ud af deltageren. Lad deltagerne rense sig med væv eller et håndklæde.
- Sug gitterene i vand i nogle minutter. De kan nedsænkes helt.
- Fjern forsigtigt klistermærkerne for at undgå skader. Skyl eventuel resterende gel af. Lufttør gitterene. Gnid ikke over elektrodernes ledende overflade.
- Opbevar c-gitterene sikkert på et mørkt og tørt sted.
Representative Results
Når du følger denne protokol, er impedansen for hver elektrode normalt under 10 kΩ eller nærmer sig denne værdi et par minutter efter placering af gitteret (figur 1), hvilket indikerer en god elektrode-hudkontakt. Bemærk, at impedansen stadig kan forbedres inden for 2 timer efter montering.
Figur 2 illustrerer forskellige ubehandlede EEG-signaler. Figur 2A illustrerer, hvordan dataene ser ud, når der ikke anvendes gel. En ledende gel er påkrævet, og gitteret fungerer ikke korrekt uden brug af gel. Hvis der anvendes for meget gel, kan elektroderne blive brolagt. Dataene for dette scenarie er vist i figur 2B. Broelektroder viser nøjagtigt det samme signal. Når forberedelsen og monteringen udføres omhyggeligt, kan man forvente data af høj kvalitet, som vist i figur 2C.
Figur 3 illustrerer proceduren og dataene fra et eksemplarisk begivenhedsrelateret potentiale (ERP) paradigme (oddball opgave) med en deltager. Figur 3A illustrerer paradigmet. Specifikt spillede eksperimentatoren en foruddefineret sekvens af to forskellige toner på klaveret (mellem C og mellem G). Mellem C blev spillet ofte (328 gange), og mellemste G blev spillet sjældent (78 gange); Deltageren måtte tælle de sjældne noter. Open source AFEx-appen registrerede tonedebut, lydstyrke (RMS) og spektralindhold (PSD) for alle toner. Record-A-appen optog samtidig de akustiske funktioner og EEG4. I analyserne blev sjældne og hyppige toner differentieret baseret på effektspektraltætheden (PSD; se Hölle et al.19 for detaljer). EEG-dataene blev højpasfiltreret ved 0,1 Hz og lavpasfiltreret ved 25 Hz. Et rumligt filter blev beregnet ved hjælp af generaliseret egenvektornedbrydning, hvilket maksimerer signalet af interesse20. I figur 3B,C kan den resulterende ERP med typiske komponenter i auditiv behandling observeres, såsom N1 for begge toner og P3 for den sjældne tone, der skulle tælles. Disse resultater er i overensstemmelse med tidligere oddball-undersøgelser både med c-gitter1,3 og med cap-EEG21,22.
Figur 1: Eksempel på god impedans. Alle værdier er i kiloohm (kΩ). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Illustration af ubehandlede signaler med forskellige kvaliteter . (A) Eksempel på 10 s data, når der slet ikke anvendes elektrodegel. (B) Eksempel på 10 s data, når elektroderne er brolagt. (C) Eksempel på 10 s gode data erhvervet i laboratoriet. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Resultater fra et hændelsesrelateret potentialeparadigme (ERP) (oddball-opgave) med én deltager . (A) Oversigt over paradigmet. Deltageren lyttede til en række toner spillet på et klaver og måtte tælle den sjældne. Smartphonen registrerede samtidig EEG og akustiske funktioner (B) ERP'er for alle c-grid-kanalerne. Forkortelser: REF = referenceelektrode; DRL = jordelektrode. (C) ERP baseret på det rumlige filter, der vises i øverste venstre hjørne. Klik her for at se en større version af denne figur.
Discussion
Forudsat her er en protokol til øre-EEG-optagelser med c-grids. Ved at følge trinene i denne protokol sikres optagelser i høj kvalitet. I de følgende afsnit foretages en sammenligning med cap-EEG, de mest kritiske trin i protokollen sammen med nogle anbefalinger om bedste praksis diskuteres, og nogle ændringer diskuteres.
Sammenligning af c-grids med cap-EEG og in-ear EEG
C-gitteret tillader diskret registrering af hjerneaktivitet i hverdagen og er velegnet til længere optagelser. Det har flere fordele sammenlignet med cap-EEG. For det første begrænser det på grund af sin vægt, komfort og lave synlighed næppe deltagerne i deres daglige aktiviteter1. For det andet kan den bæres i længere tid - mere end 11 timer i en undersøgelse 6 - uden at elektroderne falder af 1,3,6, da de er forseglet med klæbende klistermærker. På den negative side dækker c-gitteret kun en brøkdel af overfladen af cap-EEG og kan derfor ikke erstatte cap-EEG til alle formål. Men i tilfælde, hvor en let, diskret, hurtig at konfigurere, minimalt begrænsende løsning er nødvendig (f.eks. på arbejdspladsen), kan c-grids give relevant neural information.
Sammenligningen af resultater på tværs af deltagere er potentielt vanskeligere for c-net sammenlignet med cap-EEG. For cap-EEG bruges ofte det internationale 10-20-system til at lette sammenligningen af resultater på tværs af undersøgelser og på tværs af deltagere med forskellige hovedstørrelser. I dette system er elektroderne placeret i forhold til specifikke anatomiske landemærker (dvs. nasion og inion for front til ryg og ørerne for venstre mod højre). I praksis bruges forskellige hættestørrelser til at tage højde for forskellige hovedstørrelser og derved tilnærme den optimale elektrodepositionering. C-nettet kan ikke let integreres i dette system af to grunde. For det første er disse i øjeblikket tilgængelige i en størrelse og dækker således mere eller mindre plads afhængigt af hovedstørrelsen. For det andet påvirker ørets form placeringen af gitterene. Generelt vil de to øverste elektroder være direkte over øret, men afhængigt af øreformen kan de vippes mere foran eller bagpå. Vi er ikke bekendt med nogen undersøgelse, der har undersøgt, om disse skift i elektrodepositioner er store nok til at være relevante.
En anden metode til måling af øre-EEG er at placere elektroderne inde i øret, for eksempel i den ydre øregang eller concha23,24,25. En sådan tilgang giver endnu lavere synlighed end c-nettet, men fører til optagelse af signaler med lavere amplituder på grund af de små afstande mellem elektroderne26.
Mest kritiske trin
EEG generelt, og især mobil ørecentreret EEG, er fortsat en udfordrende teknologi. Derfor er omhyggelig forberedelse af deltageren og placering af nettene afgørende for at sikre god datakvalitet over tid. Forberedelsen starter med deltagernes hår og hud. Håret og huden omkring øret skal vaskes og tørres. Derudover skal eksperimentatoren omhyggeligt rengøre området omkring øret med slibende gel og alkohol og sikre, at gitterene er fastgjort med klæbende klistermærker. Disse trin er vigtige og bør udføres omhyggeligt for at sikre god elektrode-hudvedhæftning og en lav impedans i længere perioder. Især hudrensningen kan gøre forskellen mellem en vellykket og en mislykket optagelse.
Selv med passende pleje kan impedansen for individuelle elektroder dog stadig være dårlig direkte efter placeringen af elektroderne. Generelt stabiliseres grænsefladen mellem elektrode og hud over tid, og vi observerer ofte, at impedansen falder inden for 5 min til 15 min. Hvis signalkvaliteten forbliver dårlig, anbefales det at fjerne gitterene helt, tørre eventuel resterende gel omkring deltagerens øre af og montere en ny. Det er hurtigere at montere en ny i modsætning til rengøring og klargøring af det tidligere fjernede gitter. Det anbefales ikke at tilføje elektrodegel til individuelle elektroder, når gitteret er monteret, da dette kan kompromittere klistermærkernes vedhæftningsstyrke og endda kan føre til brobygning af naboelektroderne.
Når gitteret er placeret, og når elektrodernes impedans er lav, kan dataregistreringen begynde. Ved længere optagelser (>1 time) skal der udføres en kort datakvalitetskontrol i begyndelsen. For eksempel er en 3 minutters auditiv oddball-opgave eksemplificeret i denne undersøgelse, som kan udføres og analyseres hurtigt for at sikre en god signalkvalitet.
I nogle tilfælde er optagelse med c-gitteret muligvis slet ikke muligt, såsom når gitteret er for lille til øret (selv efter klipning), eller når hårgrænsen er for tæt på øret, hvilket betyder, at gitteret ikke klæber til huden. Hvis gitteret "svæver" over noget hår, kan forskere ikke forvente data af høj kvalitet.
Fejlfinding
Dårlig impedans og/eller signal
For at undgå disse problemer er det bydende nødvendigt, at huden rengøres omhyggeligt inden montering. Derudover skal man sørge for at teste funktionaliteten af hver elektrode inden monteringen. For eksempel skal man kontrollere, at gitteret er tilsluttet korrekt til stikket, og at hver elektrode har fast kontakt med huden og derefter vente et par minutter, indtil impedansen og signalet forbedres. For yderligere at kontrollere funktionaliteten efter montering skal de enkelte elektroder trykkes, og det resulterende signal skal kontrolleres. Hvis det tilsvarende signal fra hver elektrode viser et svar, er elektroden i princippet funktionel. Hvis alle ovenstående trin ikke hjælper, skal man fjerne gitteret, tørre den resterende gel omkring deltagerens øre og montere en ny.
Situationer uden signal
For det første skal man sikre sig, at nettet er tilsluttet korrekt til forstærkeren, samt sikre, at netstikket ikke er vendt på hovedet. Der vil kun være et signal, hvis jord- og referenceelektroderne er tilsluttet; Om jorden og referencen vil være til venstre, højre eller på begge sider afhænger af stikket.
Signalet bliver værre under optagelsen
Der kan være flere grunde til dette problem, der skal løses. For det første kan nogle af elektroderne have løsnet sig fra huden. Dette kan ske, når klæbemidlet kompromitteres af resterne af elektrodegelen, af hår under elektroderne eller på grund af interferens fra deltageren (f.eks. Ridser rundt om øret eller justerer briller). For det andet kan der være problemer med forbindelsen mellem nettet og forstærkeren (dvs. gitteret kan være trukket ud af forstærkeren, eller dets position kan have flyttet sig). Endelig kan nettet have lidt skade under brug. Dette kan ske, hvis halen på c-gitteret bøjes for stærkt.
Kanaler, der viser identiske signaler
I dette tilfælde brolægges elektroderne. Man skal fjerne gitteret, tørre den resterende gel omkring deltagerens øre af og montere en ny. Man bør også sørge for kun at bruge linser-størrelse dråber elektrode gel på hver elektrode for at undgå brobygning.
Deltagere, der rapporterer, at placeringen er ubehagelig
Den mest almindelige årsag til nedsat komfort er, at gitteret er placeret for tæt på bagsiden af øret. Man skal sørge for at efterlade 1 mm til 2 mm mellem c-gitteret og bagsiden af øret. Et lille stykke tape fastgjort bag øret hjælper med at øge komforten.
Ændringer af metoden
C-gitteret kommer i én størrelse. Det giver dog mulighed for en vis fleksibilitet med hensyn til dens størrelse. Ved at skære plasten på indersiden kan størrelsen reduceres for at passe til større ører. Man bør være særlig opmærksom for ikke at skære ind i elektroderne eller de ledende stier.
Afhængigt af den anvendte forstærker og optagelsesscenariet er der forskellige måder at placere forstærkeren på kroppen. Den faste længde af gitterets hale og det faktum, at den peger vandret væk fra øret, begrænser de mulige placeringer for placering af forstærkerens stik. Forskellige producenter leverer adapterkabler, der forbinder nettet til en bestemt forstærker (enten mobil eller laboratoriebaseret). Der er foreslået forskellige løsninger til placering af forstærkeren; Nogle forskere bruger et pandebånd3, mens andre integrerer det i en BaseCap27. Til kortere eksperimenter er et pandebånd egnet. Til længere eksperimenter kan forstærkeren tapes til tøjet6 eller krop2, opbevares i specialfremstillede stropper, tapes til hovedtelefoner, der bæres rundt om halsen1, eller tapes til en halsbeskytter, der almindeligvis bruges til mountainbiking. Vi har udviklet en prototype, der kombinerer en halshøjttaler (til præsentation af auditive stimuli) med en mobil EEG-forstærker og stik til c-grid (byggevejledning kan findes her: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). Vi har brugt denne tilgang med succes i en nylig undersøgelse (under udarbejdelse), hvor vi registrerede øre-EEG i 4 timer, mens deltagerne arbejdede på et kontor.
Fremtidige applikationer
C-grid er et lovende værktøj til langsigtede optagelser i hverdagen. For eksempel kan man bruge den til at undersøge lydbehandling i hverdagen1. Med langtidsregistreringer kan cirkadiske variationer i kognition og auditiv funktion også undersøges28,29. Til diagnostiske formål kan gitteret bruges til langtidsovervågning af epileptiske anfald2, søvnstadietrin6 eller til måling af opmærksomhed på høreapparater 7,11.
Konklusion
Denne protokol udstyrer omfattende forskere til at eksperimentere med disse c-gitter i og uden for laboratoriet. Hvis forskere følger denne protokol og omhyggeligt udfører trinene, herunder de vigtigste, såsom hudrensning og montering af c-gitteret, kan de forvente data af høj kvalitet til deres øre-EEG-eksperimenter.
Disclosures
Forfatterne rapporterer ingen interessekonflikter.
Acknowledgments
Dette arbejde blev finansieret af Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) under Emmy-Noether-programmet, BL 1591/1-1 - Project ID 411333557. Vi takker Suong Nguyen, Manuela Jäger og Maria Stollmann for deres hjælp med at filme videoen. Vi takker Joanna Scanlon for videovoiceoveren.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Abrasive gel: Abralyt HiCl | easycap GmbH, Germany | ||
| AFEx app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://zenodo.org/record/5814670#.Y0AavXZByUk | |
| Alcohol | Carl Roth GmbH + Co. KG, Germany | 70% isopropanol, 30% destilled water | |
| c-grid: cEEGrid | TSMI, Oldenzaal, The Netherlands | ||
| cEEGrid connector | University of Oldenburg, Germany | costum build | |
| EEG acquisition app: Smarting | mBrainTrain, Serbia | ||
| Matlab | The MathWorks, Inc., USA | used for data analyses and creating the figures | |
| Medical tape: Leukosilk | BSN medical GmbH, Germany | ||
| mobile EEG amplifier: Smarting MOBI | mBrainTrain, Serbia | ||
| Multimeter | PeakTech Prüf- und Messtechnik GmbH, Germany | optional device to check functionality of electrodes | |
| nEEGlace | University of Oldenburg, Germany | costumized neckspeaker with integrated EEG amplifier (Smarting, mBrainTrain, Serbia) and cEEGrid connectors | |
| Paper wipes | - | ||
| Record-a app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://github.com/NeuropsyOL/Pocketable-Labs | |
| Smartphone: Google Pixel 3a | Google LLC, USA | ||
| Yahama Digital Piano P-35 | Hamamatsu, Japan | for our exemplary data recording |
References
- Hölle, D., Meekes, J., Bleichner, M. G. Mobile ear-EEG to study auditory attention in everyday life. Behavior Research Methods. 53 (5), 2025-2036 (2021).
- Bleichner, M. G., Debener, S. Concealed, unobtrusive ear-centered EEG acquisition: cEEGrids for transparent EEG. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 163 (2017).
- Debener, S., Emkes, R., De Vos, M., Bleichner, M. Unobtrusive ambulatory EEG using a smartphone and flexible printed electrodes around the ear. Scientific Reports. 5, 16743 (2015).
- Blum, S., Hölle, D., Bleichner, M. G., Debener, S. Pocketable labs for everyone: Synchronized multi-sensor data streaming and recording on smartphones with the lab streaming layer. Sensors. 21 (23), 8135 (2021).
- Bleichner, M. G., Emkes, R. Building an ear-EEG system by hacking a commercial neck speaker and a commercial EEG amplifier to record brain activity beyond the lab. Journal of Open Hardware. 4 (1), 5 (2020).
- Sterr, A., et al. Sleep EEG derived from behind-the-ear electrodes (cEEGrid) compared to standard polysomnography: A proof of concept study. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 452 (2018).
- Mirkovic, B., Bleichner, M. G., De Vos, M., Debener, S. Target speaker detection with concealed EEG around the ear. Frontiers in Neuroscience. 10, 349 (2016).
- Bleichner, M. G., Mirkovic, B., Debener, S. Identifying auditory attention with ear-EEG: cEEGrid versus high-density cap-EEG comparison. Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066004 (2016).
- Nogueira, W., et al. Decoding selective attention in normal hearing listeners and bilateral cochlear implant users with concealed ear EEG. Frontiers in Neuroscience. 13, 720 (2019).
- Denk, F., et al. Event-related potentials measured from in and around the ear electrodes integrated in a live hearing device for monitoring sound perception. Trends in Hearing. 22, 2331216518788219 (2018).
- Holtze, B., Rosenkranz, M., Jaeger, M., Debener, S., Mirkovic, B. Ear-EEG measures of auditory attention to continuous speech. Frontiers in Neuroscience. 16, 869426 (2022).
- Segaert, K., et al. Detecting impaired language processing in patients with mild cognitive impairment using around-the-ear cEEgrid electrodes. Psychophysiology. 59 (5), e13964 (2021).
- Garrett, M., Debener, S., Verhulst, S. Acquisition of subcortical auditory potentials with around-the-ear cEEGrid technology in normal and hearing impaired listeners. Frontiers in Neuroscience. 13, 730 (2019).
- Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. Open-source concealed EEG data collection for Brain-computer-interfaces - neural observation through OpenBCI amplifiers with around-the-ear cEEGrid electrodes. Brain-Computer Interfaces. 8 (4), 161-179 (2021).
- Pacharra, M., Debener, S., Wascher, E. Concealed around-the-ear EEG captures cognitive processing in a visual simon task. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 290 (2017).
- Wascher, E., et al. Evaluating mental load during realistic driving simulations by means of round the ear electrodes. Frontiers in Neuroscience. 13, 940 (2019).
- Getzmann, S., Reiser, J. E., Karthaus, M., Rudinger, G., Wascher, E. Measuring correlates of mental workload during simulated driving using cEEGrid electrodes: A test-retest reliability analysis. Frontiers in Neuroergonomics. 2, 729197 (2021).
- Somon, B., Giebeler, Y., Darmet, L., Dehais, F. Benchmarking cEEGrid and solid gel-based electrodes to classify inattentional deafness in a flight simulator. Frontiers in Neuroergonomics. 2, 802486 (2022).
- Hölle, D., Blum, S., Kissner, S., Debener, S., Bleichner, M. G. Real-time audio processing of real-life soundscapes for EEG analysis: ERPs based on natural sound onsets. Frontiers in Neuroergonomics. 3, 793061 (2022).
- Cohen, M. X. A tutorial on generalized eigendecomposition for denoising, contrast enhancement, and dimension reduction in multichannel electrophysiology. NeuroImage. 247, 118809 (2022).
- Meiser, A., Bleichner, M. G. Ear-EEG compares well to cap-EEG in recording auditory ERPs: A quantification of signal loss. Journal of Neural Engineering. 19 (2), (2022).
- Polich, J. Updating P300: An integrative theory of P3a and P3b. Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2128-2148 (2007).
- Kidmose, P., Looney, D., Mandic, D. P. Auditory evoked responses from ear-EEG recordings. Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS. , 586-589 (2012).
- Looney, D., Goverdovsky, V., Rosenzweig, I., Morrell, M. J., Mandic, D. P. Wearable in-ear encephalography sensor for monitoring sleep preliminary observations from nap studies. Annals of the American Thoracic Society. 13 (12), 2229-2233 (2016).
- Kappel, S. L., Makeig, S., Kidmose, P. Ear-EEG forward models: Improved head-models for ear-EEG. Frontiers in Neuroscience. 13, 943 (2019).
- Meiser, A., Tadel, F., Debener, S., Bleichner, M. G. The sensitivity of ear-EEG: Evaluating the source-sensor relationship using forward modeling. Brain Topography. 33 (6), 665-676 (2020).
- Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. Open-source concealed EEG data collection for brain-computer-interfaces. arXiv. , (2021).
- Aseem, A., Hussain, M. E. Circadian variation in cognition: a comparative study between sleep-disturbed and healthy participants. Biological Rhythm Research. 52 (4), 636-644 (2019).
- Basinou, V., Park, J. -S., Cederroth, C. R., Canlon, B.
