Yöntem makalesi

Kulak-Elektroensefalografi ile Beyin Aktivitesinin Kaydedilmesi

DOI:

10.3791/64897

⸱

31 Mart 2023

 , 
1Neurophysiology of Everyday Life Group, Department of Psychology, University of Oldenburg, 2Research Center for Neurosensory Science, University of Oldenburg

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, laboratuarın içinde ve ötesinde beyin aktivitesini uzun süreler boyunca kaydetmek için c-ızgarasını (cEEGrid adı altında satılan kulak-elektroensefalografi) kullanma prosedürü sunulmaktadır. Bu protokol, bu dizilerin nasıl kurulacağını ve bunları kullanarak beyin aktivitesinin nasıl kaydedileceğini açıklar.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

C-grid (cEEGrid adı altında satılan kulak elektroensefalografisi), kulağın etrafına yapıştırıldıktan sonra beyin aktivitesini araştırmak için kullanılabilecek göze çarpmayan ve rahat bir elektrot dizisidir. C-grid, laboratuvar dışında, hatta tüm gün boyunca uzun süreler boyunca kullanıma uygundur. Laboratuvarın ötesindeki araştırmalar da dahil olmak üzere önceki araştırmalarda gösterildiği gibi, bu ızgaralar kullanılarak çeşitli bilişsel süreçler incelenebilir. Yüksek kaliteli kulak-EEG verilerini kaydetmek için dikkatli bir hazırlık gereklidir. Bu protokolde, başarılı bir şekilde uygulanması için gereken adımları açıklıyoruz. İlk olarak, bir kayıttan önce ızgaranın işlevselliğinin nasıl test edileceği gösterilir. İkincisi, katılımcının nasıl hazırlanacağı ve yüksek kaliteli verilerin kaydedilmesi için en önemli adım olan c-ızgarasının nasıl takılacağı konusunda bir açıklama yapılmıştır. Üçüncüsü, ızgaraların bir amplifikatöre nasıl bağlanacağı ve sinyal kalitesinin nasıl kontrol edileceği konusunda bir taslak sağlanmıştır. Bu protokolde, c-grid kayıtlarını başarılı kılan en iyi uygulama önerilerini ve ipuçlarını listeliyoruz. Araştırmacılar bu protokolü izlerlerse, hem laboratuvarın içinde hem de ötesinde c-ızgarası ile deney yapmak için kapsamlı bir şekilde donatılmıştır.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mobil kulak-elektroensefalografi (EEG) ile beyin aktivitesi günlük yaşamda kaydedilebilir ve laboratuvarın ötesinde nöral işleme hakkında yeni bilgiler edinilebilir1. Mobil bir kulak-EEG sisteminin günlük yaşama uygun olması için şeffaf, göze çarpmayan, kullanımı kolay, harekete dayanıklı ve birkaç saat boyunca bile giyilmesi rahat olmalıdır2. C şeklinde bir kulak-EEG sistemi olan c-grid (cEEGrid adı altında satılmaktadır), doğal davranışa müdahaleyi en aza indirmek için bu gereksinimleri karşılamayı amaçlamaktadır. Izgara, Flexprint malzemesi3 üzerine basılmış 10 Ag/AgCl elektrottan oluşur. Minyatürleştirilmiş, mobil bir amplifikatör ve veri toplama 4,5 için bir akıllı telefon ile birleştirildiğinde, bu ızgaralar 8 saatten fazla kulak-EEG verilerini toplamak için kullanılabilir 1,6.

Laboratuvarda yapılan çeşitli çalışmalar, c-ızgaralarının işitsel ve diğer bilişsel süreçleri incelemek için potansiyelini göstermiştir. C-ızgaraları, 7,8,9,10,11 şans seviyesinin üzerindeki doğruluklarla işitsel dikkat kod çözme için başarıyla kullanılmıştır. Segaert ve ark.12, hafif bilişsel bozukluğu olan hastalarda dil bozukluğunu ölçmek için bu dizileri kullandılar. Garrett ve ark.13, bu dizilerin beyin sapından kaynaklanan işitsel beyin potansiyellerini yakalayabildiğini göstermiştir. İşitsel alana odaklanan araştırmanın yanı sıra, Knierim ve ark.14, alfa gücündeki değişikliklerle ölçülen akış deneyimlerini (yani, bir göreve toplam katılımın hissini) araştırmak için ızgaraları kullandılar. Son olarak, Pacharra ve ark.15 bu ızgaraları görsel bir görev için kullandılar. Tüm bu laboratuvar tabanlı çalışmalar, bu ızgaralarla yakalanabilecek çeşitli bilişsel süreçleri sergilemektedir.

Bu ızgaralar, çeşitli çalışmalarda gösterildiği gibi, laboratuvarın ötesindeki EEG kayıtları için de kullanılabilir. Örneğin, bu diziler bir sürüş simülatörü16,17'deki zihinsel yükü değerlendirmek ve bir uçuş simülatörü18'de dikkatsizlik, kritik alarm seslerinin algılanmaması üzerine dikkatsizliği incelemek için kullanılmıştır. Izgaralar özellikle epileptik nöbetlerin uzun süreli izlenmesi2 ve uyku evrelemesi6 gibi uzun vadeli kayıtlar için umut vericidir. Hölle ve ark.1, bu ızgaraları bir ofis günü boyunca 6 saat boyunca işitsel dikkati ölçmek için kullandılar. Özetle, tüm bu çalışmalar laboratuvar içindeki ve dışındaki çeşitli beyin süreçlerini araştırma potansiyellerini vurgulamaktadır.

Her EEG kaydı, geçerli sonuçlar elde etmek için dikkatli bir hazırlık gerektirir. Bu, özellikle katılımcının hareketi nedeniyle laboratuvardan daha fazla eserin beklenebileceği mobil uygulamalar için önemlidir. Optimum sonuçları sağlamak için, özel hazırlık adımları gereklidir. Izgaraların hazırlanmasında, katılımcının veri toplanmasına hazırlanmasında ve EEG kayıtları için ızgaraların takılmasında ve bağlanmasında kritik adımları belirtiyoruz. Olası hatalara dikkat çekiyoruz ve ek uygun olmadığında düşük veri kalitesi örnekleri gösteriyoruz. Son olarak, piyano çalınan bir oddball görevinin temsili sonuçları gösterilir.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokolde kullanılan genel prosedür Oldenburg Üniversitesi etik kurulu tarafından onaylanmıştır. Katılımcı, katılımından önce yazılı bilgilendirilmiş onam vermiştir.

NOT: C-ızgaraları sadece hasarsız ciltte ve kullanılan yapıştırıcıya alerjisi olmayan katılımcılarla kullanılmalıdır. İki tarafı vardır. Dışarıda siyah metin var. Elektrotların iletken yüzeyleri içeridedir ve kayıt sırasında katılımcının cildine bakarlar. Daha da önemlisi, bu ızgaraları dikkatli bir şekilde kullanın. İletken yüzeylere dokunmayın, ızgaraları katlamayın, aşırı bükmeyin ve üzerlerine çekmekten kaçının.

1. Test Etme

NOT: Dikkatli bir şekilde kullanılırsa, c-ızgaraları birkaç kez yeniden kullanılabilir. En iyi şekilde çalışmasını sağlamak için, bir sonraki kayıttan önce tüm elektrotların düzgün çalışıp çalışmadığını kontrol edin. Kayıt başlamadan önce potansiyel sorunları (örneğin, üretim sürecindeki sorunlardan dolayı) tanımlamak için yeni şebekeler için aynı prosedürü uygulayın. Sorunları hızlı bir şekilde kontrol etmek için birkaç seçenek vardır (örneğin, kırık bir elektrot).

  1. 1. Seçenek: Multimetre.
    1. Direnci ölçmek için bir multimetre ayarlayın.
    2. Multimetrenin bir pimini elektrota, diğer pimi konektör ucundaki ilgili kontağa takın.
    3. Her elektrot için düşük direnç (<10 kΩ) ölçülüp ölçülemeyeceğini kontrol edin.
  2. Seçenek 2: Elektrot jeli
    1. Tüm elektrotları köprülemek için elektrot jeli kullanın. Elektrotlar arasında boşluk olmadığından emin olun.
    2. Izgarayı bir amplifikatörün konektörüne takın. Bir sinyali görmek için, ızgarayı, kullanılan konektör düzenine göre referans ve topraklama elektrotlarıyla yana doğru takın.
    3. Amplifikatörün empedans kontrolünü kullanın. Referans elektrodunun ve sekiz kayıt elektrodunun tümünün empedansını kontrol edin (toplam 10 elektrot eksi toprak ve referans elektrotları); hepsinin empedansı düşük olmalıdır (<10 kΩ). Daha sonra, jeli silin.
  3. Seçenek 3: Su
    NOT: Ekipmana herhangi bir su hasarı vermemek için bu seçeneği dikkatli kullanın.
    1. Tüm elektrotları bir bardak suya batırın, ancak ızgaranın kuyruğunu kuru tuttuğunuzdan emin olun. Alternatif olarak, c-ızgarayı suyla dolu bir plakaya yerleştirin (elektrotlar plakaya bakacak şekilde).
    2. Izgarayı amplifikatörün konektörüne takın.
    3. Amplifikatörün empedans kontrolünü kullanın. Referans elektrodunun ve sekiz kayıt elektrodunun tümünün empedansını kontrol edin (toplam 10 elektrot eksi toprak ve referans elektrotları); hepsinin empedansı düşük olmalıdır (<10 kΩ). Daha sonra, c-ızgarasını bir doku ile kurulayın.

2. Katılımcının hazırlanması

NOT: Yüksek kaliteli kayıtlar için katılımcının temiz ve kuru saçları olmalı, herhangi bir saç ürünü (ör. şekillendirme ürünleri) veya cilt ürünleri kullanmamış olmalı ve makyaj yapmamalıdır. Mümkünse, katılımcılar kayıttan hemen önce saçlarını hafif ve nötr bir şampuanla yıkamalı ve ayrıca kulakların etrafındaki alanları yıkamalıdır. Katılımcılardan, hazırlık adımlarından herhangi birinin kendileri için rahatsız edici olup olmadığını belirtmelerini isteyin.

  1. Katılımcıyı hazırlamak için, deneycinin kulağın arkasındaki ve etrafındaki alana erişmesi gerekir. Daha uzun saçlı katılımcılar için, daha kolay erişim için saç tokaları kullanın.
  2. Nasıl uyduğunu görmek için katılımcının kulağının etrafına bir c-ızgara yerleştirin. Ek olarak, kulağa dokunmadan kulağın etrafına yerleştirilip yerleştirilemeyeceğini kontrol edin. Kulağın arkasına veya kulak memesine dokunmadığından emin olun, çünkü bu bir süre sonra rahatsız edici olabilir. Bu ön montaj aynı zamanda kaplanacak alanın bir göstergesini verir ve bu nedenle temizlenmesi gerekir.
    NOT: Bu ızgaralar tek bir boyutta gelir ve tüm kulak boyutlarına uymaz. Daha büyük kulaklar için, C'nin içindeki elektrotların etrafındaki plastiğin bir kısmını küçük bir makasla kesin. Elektrotları veya iletken yolu kesmemeye özellikle dikkat edin.
  3. Bir doku üzerine küçük bir damla aşındırıcı elektrot jeli uygulayın. Jeli katılımcının kulağının etrafındaki cildi bir miktar basınçla temizlemek için kullanın, ancak katılımcı için rahat kaldığından emin olun. Kaplanacak tüm alanı cömertçe temizlediğinizden emin olun.
  4. Bir mendili biraz alkole batırın ve kulağın arkasındaki alanı bu dokuyla temizleyin.
  5. Temizlenen alanı temiz bir havluyla kurulayın.
  6. Daha yüksek konfor seviyeleri için, isteğe bağlı olarak kulağın arka tarafına küçük bir bant parçası yerleştirin.
  7. Diğer kulak için yukarıdaki adımların tümünü (adım 2.1-2.5) tekrarlayın.

3. Izgaraların hazırlanması ve takılması

NOT: Çift taraflı bant kullanarak c ızgarasını takmanın farklı yolları vardır. Burada iki seçenek sunulmaktadır: tüm yüzeyi kaplayan c şeklindeki çıkartmalar (üretici tarafından sağlanan) ve elektrotların etrafına ayrı ayrı yerleştirilen küçük dairesel çıkartmalar (örneğin, yeniden kullanırken).

  1. Her elektrotun etrafına çift taraflı yapışkan çıkartmalar (c şeklinde veya ayrı ayrı çıkartmalar) takın. Çıkartmaların elektrotların iletken yüzeyini örtmediğinden emin olun.
  2. Her elektrot üzerine küçük damlalar (mercimek büyüklüğünde) elektrot jeli koyun. Çok fazla jel kullanmaktan kaçının, çünkü bu yapışkan malzemeye dökülebilir ve cilde yapışmayı azaltabilir. Çok fazla jel, elektrotlar arasında köprüler de oluşturabilir.
  3. Yapışkan etiket(ler)in kapağını çıkarın. Bu adımda çıkarılması durumunda jeli tekrar uygulayın. Alternatif olarak, ilk kapağı çıkarın ve jeli uygulayın; Bununla birlikte, bu çok sabit bir el gerektirir, böylece jel yanlışlıkla yapıştırıcının üzerine dökülmez.
  4. Katılımcıdan saçlarını kulaktan uzak tutmasını isteyin, böylece bağlantı parçasını engellemez. Herhangi bir saçı mümkün olduğunca yoldan uzaklaştırın, böylece çıkartmalar doğrudan cilde temas eder. Saç çizgisine bağlı olarak, bu her zaman mümkün değildir (örneğin, kulağın hemen üzerinde saç olduğunda).
  5. Izgarayı kulağın etrafına yerleştirin ve yerine oturduğunda cilde bastırın. Kulağa çok yakın yerleştirmediğinizden emin olun, çünkü bu katılımcı için rahatsız edici olabilir. Izgara ile kulağın arka tarafı arasında biraz boşluk (1 mm ila 2 mm) bırakın. Ek olarak, katılımcıdan elektrotlara basmasını isteyin.
  6. Diğer kulak için yukarıdaki adımların tümünü (3.1-3.5 arası adımlar) tekrarlayın.
  7. Tüm saç tokalarını çıkarın. Gerekirse gözlükleri veya yüz maskesi şeritlerini kulaklara dikkatlice yerleştirin.

4. Bağlantı

  1. Konektörü amplifikatöre bağlayın. Bu adım sırasında, c-ızgarasını aşırı bükmekten veya çekmekten kaçının.
  2. Kontakları konektöre takın. Kişilerin doğru tarafa takılı olduğundan emin olun. C ızgarasının iç kısmındaki açıkta kalan kontakların konektördeki kontaklara baktığından emin olun.
    NOT: Kullanılan konektörün düzenini bilmek önemlidir (topraklamanın konumu ve referans elektrotları dahil). Kullanılan sisteme bağlı olarak, düzen farklı olabilir. Bir bağlayıcı oluşturmak için https://uol.de/psychologie/abteilungen/ceegrid ziyaret edin. Doğru konektörle, c-ızgaraları herhangi bir amplifikatöre bağlanabilir.
  3. Amplifikatörü yerinde tutmak için, örneğin kafaya sabitlemek için bir kafa bandı kullanın.
    NOT: Oldenburg laboratuvarı, nEEGlace adı verilen bir boyun hoparlörüne yerleştirilmiş bir amplifikatör kullanır. nEEGlace, kurulumu daha konforlu ve hızlı hale getirir.

5. Empedansı ve verileri kontrol edin

  1. Amplifikatörü Bluetooth üzerinden bir akıllı telefona (isteğe bağlı olarak: bir dizüstü bilgisayar) bağlayın.
  2. Elektrotların empedansını amplifikatörün empedans kontrolü ile kontrol edin. Empedans genellikle zamanla iyileşir (5 dakika ila 10 dakika) ve başlangıçta her elektrot için 10 kΩ'un altında olması gerekmez. Yüksek empedanslı elektrotların altına daha fazla jel koymaya çalışmayın.
  3. EEG sinyalini kontrol edin. Katılımcıdan çenelerini sıkmasını, göz kırpmasını ve gözlerini kapatmasını isteyin (alfa aktivitesi). Sinyaldeki ilgili yapıları ve alfa aktivitesini gözlemleyin. Her elektrotun iyi bir sinyal sağladığından emin olun. Ortaya çıkan EEG sinyali zayıfsa, ızgarayı çıkarın, katılımcının kulağının etrafındaki artık jelleri silin ve yenisini takın.
  4. Kayda başlayın.

6. Çıkarma ve temizleme

  1. Veri kaydını bitirdikten sonra, telefonu (veya dizüstü bilgisayarı) amplifikatörden ayırın. Izgaraları amplifikatörden ayırın ve amplifikatörü katılımcıdan çıkarın. C-ızgaralarını katılımcıdan yavaşça çıkarın. C-ızgarasını çok fazla bükmediğinizden veya katılımcının saçını çekmediğinizden emin olun. Katılımcıların kendilerini mendil veya havlu ile temizlemelerine izin verin.
  2. Izgaraları birkaç dakika suya batırın. Tamamen suya batırılabilirler.
  3. Hasarı önlemek için çıkartmaları dikkatlice çıkarın. Kalan jelleri durulayın. Izgaraları hava ile kurutun. Elektrotların iletken yüzeyine sürtmeyin.
  4. C-ızgaralarını karanlık ve kuru bir yerde güvenle saklayın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokolü takip ederken, her elektrotun empedansı genellikle 10 kΩ'un altındadır veya ızgarayı yerleştirdikten birkaç dakika sonra bu değere yaklaşır (Şekil 1), iyi bir elektrot-cilt temasını gösterir. Not olarak, empedans takıldıktan sonra 2 saat içinde hala iyileşebilir.

Şekil 2 , farklı işlenmemiş EEG sinyallerini göstermektedir. Şekil 2A , jel kullanılmadığında verilerin nasıl göründüğünü göstermektedir. İletken bir jel gereklidir ve ızgara jel kullanmadan düzgün çalışmaz. Çok fazla jel kullanılırsa, elektrotlar köprülenebilir. Bu senaryonun verileri Şekil 2B'de gösterilmiştir. Köprülü elektrotlar tam olarak aynı sinyali gösterir. Hazırlık ve montaj dikkatli bir şekilde gerçekleştirildiğinde, Şekil 2C'de gösterildiği gibi yüksek kaliteli veriler beklenebilir.

Şekil 3, bir katılımcıyla örnek bir olayla ilgili potansiyel (ERP) paradigmasından (tuhaf görev) prosedürü ve verileri göstermektedir. Şekil 3A, paradigmayı göstermektedir. Spesifik olarak, deneyci piyanoda iki farklı notanın önceden tanımlanmış bir dizisini çaldı (orta C ve orta G). Orta C sık sık (328 kez) ve orta G nadiren (78 kez) oynandı; katılımcı nadir notları saymak zorunda kaldı. Açık kaynaklı AFEx uygulaması, tüm tonlar için ton onsetlerini, ses yüksekliğini (RMS) ve spektral içeriği (PSD) kaydetti. Record-A uygulaması aynı anda akustik özellikleri ve EEG4'ü kaydetti. Analizlerde, seyrek ve sık tonlar güç spektral yoğunluğuna göre farklılaştırılmıştır (PSD; ayrıntılar için bkz. EEG verileri 0.1 Hz'de yüksek geçişli filtrelenmiş ve 25 Hz'de düşük geçişli filtrelenmiştir. Uzamsal bir filtre, ilgilenilen sinyali en üst düzeye çıkaran genelleştirilmiş özvektör ayrışması kullanılarak hesaplandı20. Şekil 3B, C'de, her iki ton için N1 ve sayılması gereken nadir ton için P3 gibi tipik işitsel işleme bileşenlerine sahip ortaya çıkan ERP gözlemlenebilir. Bu sonuçlar, hem c-grids1,3 hem de cap-EEG 21,22 ile yapılan önceki oddball çalışmaları ile tutarlıdır.

figure-results-1
Şekil 1: İyi empedans örneği. Tüm değerler kiloohm (kΩ) cinsindendir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: Farklı niteliklere sahip işlenmemiş sinyallerin gösterimi . (A) Hiçbir elektrot jeli kullanılmadığında 10 sn veri örneği. (B) Elektrotlar köprülendiğinde 10 sn veri örneği. (C) Laboratuvarda elde edilen 10 saniyelik iyi veri örneği. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: Bir katılımcıyla olayla ilgili potansiyel (ERP) paradigmasından (tuhaf görev) elde edilen sonuçlar. (A) Paradigmaya genel bakış. Katılımcı bir piyanoda çalınan bir dizi tonu dinledi ve nadir olanı saymak zorunda kaldı. Akıllı telefon, tüm c-grid kanallarının EEG ve akustik özelliklerini (B) ERP'lerini eşzamanlı olarak kaydetti. Kısaltmalar: REF = referans elektrodu; DRL = toprak elektrodu. (C) Sol üst köşede görüntülenen uzamsal filtreye dayalı ERP. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada c-ızgaraları ile kulak-EEG kayıtları için bir protokol sağlanmıştır. Bu protokolün adımlarını takip etmek yüksek kaliteli kayıtlar sağlar. İlerleyen paragraflarda kap-EEG ile karşılaştırma yapılmış, protokoldeki en kritik adımlar ile birlikte bazı en iyi uygulama önerileri tartışılmış ve bazı değişiklikler tartışılmıştır.

C-gridlerinin kapak-EEG ve kulak içi EEG ile karşılaştırılması
C-grid, günlük yaşam ortamlarında beyin aktivitesinin göze çarpmayan bir şekilde kaydedilmesini sağlar ve daha uzun kayıtlar için çok uygundur. Kap-EEG'ye göre birçok avantajı vardır. İlk olarak, ağırlığı, konforu ve düşük görünürlüğü nedeniyle, katılımcıları günlük aktivitelerinde zar zor kısıtlar1. İkincisi, uzun süreler boyunca - bir çalışmada 11 saatten fazla 6 - elektrotlar 1,3,6'dan düşmeden, yapışkan çıkartmalarla kapatıldıkları için giyilebilir. Dezavantajı, c-ızgarası kapak-EEG yüzeyinin sadece bir kısmını kaplar ve bu nedenle her amaç için kapak-EEG'nin yerini alamaz. Bununla birlikte, hafif, göze çarpmayan, hızlı kurulan, minimum kısıtlayıcı bir çözümün gerekli olduğu durumlarda (örneğin, işyerinde), c-ızgaraları ilgili sinirsel bilgileri sağlayabilir.

Sonuçların katılımcılar arasında karşılaştırılması, c-gridler için kapak-EEG'ye kıyasla potansiyel olarak daha zordur. Kapak-EEG için, genellikle uluslararası 10-20 sistemi, çalışmalar arasında ve farklı kafa boyutlarına sahip katılımcılar arasında sonuçların karşılaştırılmasını kolaylaştırmak için kullanılır. Bu sistemde, elektrotlar belirli anatomik işaretlere göre konumlandırılır (yani, önden arkaya ve soldan sağa kulaklar için burun ve inion). Uygulamada, farklı kafa boyutlarını hesaba katmak ve böylece optimum elektrot konumlandırmasına yaklaşmak için farklı kapak boyutları kullanılır. C-grid, iki nedenden dolayı bu sisteme kolayca entegre edilemez. İlk olarak, bunlar şu anda tek bir boyutta mevcuttur ve bu nedenle, kafa boyutuna bağlı olarak daha fazla veya daha az alanı kaplar. İkincisi, kulağın şekli ızgaraların konumlandırılmasını etkiler. Genel olarak, en üstteki iki elektrot doğrudan kulağın üzerinde olacaktır, ancak kulak şekline bağlı olarak, öne veya arkaya daha fazla eğilebilirler. Elektrot pozisyonlarındaki bu kaymaların alakalı olacak kadar büyük olup olmadığını araştıran herhangi bir çalışmanın farkında değiliz.

Kulak-EEG'yi ölçmeye yönelik bir başka yaklaşım, elektrotları kulağın içine, örneğin dış kulak kanalına veyakonka 23,24,25'e yerleştirmektir. Böyle bir yaklaşım, c-gridinden bile daha düşük görünürlük sağlar, ancak elektrotlar arasındaki küçük mesafeler nedeniyle daha düşük genlikli sinyallerin kaydedilmesine yol açar26.

En kritik adımlar
Genel olarak EEG ve özellikle mobil kulak merkezli EEG, zorlu bir teknoloji olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, katılımcının dikkatli bir şekilde hazırlanması ve ızgaraların yerleştirilmesi, zaman içinde iyi veri kalitesi sağlamak için esastır. Hazırlık, katılımcıların saçları ve derileri ile başlar. Kulak çevresindeki saç ve deri yıkanmalı ve kurutulmalıdır. Buna ek olarak, deneycinin kulağın etrafındaki alanı aşındırıcı jel ve alkolle dikkatlice temizlemesi ve ızgaraların yapışkan çıkartmalarla sıkıca tutturulmasını sağlaması gerekir. Bu adımlar önemlidir ve iyi elektrot-cilt yapışması ve daha uzun süre düşük empedans sağlamak için dikkatlice yapılmalıdır. Özellikle cilt temizliği, başarılı ve başarısız bir kayıt arasındaki farkı yaratabilir.

Bununla birlikte, uygun bakımla bile, bireysel elektrotlar için empedans, elektrotların yerleştirilmesinden hemen sonra hala zayıf olabilir. Genel olarak, elektrot-cilt arayüzü zamanla stabilize olur ve empedansın 5 dakika ila 15 dakika içinde azaldığını sıklıkla gözlemleriz. Sinyal kalitesi düşük kalırsa, ızgaraları tamamen çıkarmanız, katılımcının kulağının etrafındaki artık jelleri silmeniz ve yenisini takmanız önerilir. Daha önce çıkarılan ızgarayı temizlemek ve hazırlamak yerine yenisini takmak daha hızlıdır. Izgara takıldıktan sonra tek tek elektrotlara elektrot jeli eklenmesi önerilmez, çünkü bu, çıkartmaların yapışma mukavemetini tehlikeye atabilir ve hatta komşu elektrotların köprülenmesine yol açabilir.

Izgara yerleştirildikten sonra ve elektrotların empedansı düşük olduğunda, veri kaydı başlayabilir. Daha uzun kayıtlar için (>1 saat), başlangıçta kısa bir veri kalitesi kontrolü yapılmalıdır. Örneğin, bu çalışmada, iyi bir sinyal kalitesi sağlamak için hızlı bir şekilde yürütülebilen ve analiz edilebilen 3 dakikalık bir işitsel tuhaf top görevi örneklendirilmiştir.

Bazı durumlarda, ızgaranın kulak için çok küçük olması (kesimden sonra bile) veya saç çizgisinin kulağa çok yakın olması, yani ızgaranın cilde yapışmaması gibi c-ızgara ile kayıt yapmak hiç mümkün olmayabilir. Izgara bazı saçların üzerinde "gezinirse", araştırmacılar yüksek kaliteli veriler bekleyemez.

Sorun giderme
Kötü empedans ve/veya sinyal
Bu sorunlardan kaçınmak için, takılmadan önce cildin dikkatlice temizlenmesi zorunludur. Ek olarak, montajdan önce her elektrotun işlevselliğini test ettiğinizden emin olunmalıdır. Örneğin, ızgaranın konektöre doğru şekilde takılıp takılmadığını ve her elektrotun ciltle sıkı bir teması olup olmadığını kontrol etmeli ve ardından empedans ve sinyal iyileşene kadar birkaç dakika beklemelidir. Takıldıktan sonra işlevselliği daha fazla kontrol etmek için, bireysel elektrotlara basılmalı ve ortaya çıkan sinyal kontrol edilmelidir. Her elektrotun karşılık gelen sinyali bir yanıt gösteriyorsa, elektrot prensipte işlevseldir. Yukarıdaki adımların tümü yardımcı olmazsa, ızgarayı çıkarmalı, katılımcının kulağının etrafındaki artık jeli silmeli ve yenisini takmalıdır.

Sinyal olmayan durumlar
İlk olarak, ızgaranın amplifikatöre düzgün bir şekilde bağlandığından emin olunmalı ve ızgara konektörünün baş aşağı olmadığından emin olunmalıdır. Sadece toprak ve referans elektrotları bağlıysa bir sinyal olacaktır; zeminin ve referansın solda, sağda veya her iki tarafta olup olmayacağı konektöre bağlıdır.

Kayıt sırasında sinyalin kötüleşmesi
Bu sorunun ele alınması gereken birkaç nedeni olabilir. İlk olarak, elektrotların bazıları deriden ayrılmış olabilir. Bu, yapıştırıcı elektrot jelinin kalıntıları, elektrotların altındaki saçlar veya katılımcının girişimi nedeniyle (örneğin, kulağın etrafını çizmek veya gözlükleri ayarlamak) tehlikeye girdiğinde meydana gelebilir. İkincisi, ızgara ve amplifikatör arasındaki bağlantıda sorunlar olabilir (yani, ızgara amplifikatörden çekilmiş olabilir veya konumu değişmiş olabilir). Son olarak, ızgara kullanım sırasında sürekli hasar görmüş olabilir. Bu, c-ızgarasının kuyruğu çok kuvvetli bir şekilde bükülürse olabilir.

Aynı sinyalleri gösteren kanallar
Bu durumda, elektrotlar köprülenir. Kişi ızgarayı çıkarmalı, katılımcının kulağının etrafındaki artık jeli silmeli ve yenisini takmalıdır. Ayrıca, köprülenmeyi önlemek için her elektrotta sadece mercimek büyüklüğünde elektrot jeli damlaları kullanıldığından emin olunmalıdır.

Yerleşimin rahatsız edici olduğunu bildiren katılımcılar
Konforun azalmasının en yaygın nedeni, ızgaranın kulağın arka tarafına çok yakın yerleştirilmesidir. C-ızgarası ile kulağın arka tarafı arasında 1 mm ila 2 mm bırakıldığından emin olunmalıdır. Kulağın arkasına takılan küçük bir bant parçası konforu artırmaya yardımcı olur.

Yöntemin modifikasyonları
C-ızgarası tek bir boyutta gelir. Bununla birlikte, büyüklüğü ile ilgili bazı esnekliklere izin verir. İç tarafın plastiğini keserek, boyut daha büyük kulaklara sığacak şekilde küçültülebilir. Elektrotları veya iletken yolları kesmemek için özel dikkat gösterilmelidir.

Kullanılan amplifikatöre ve kayıt senaryosuna bağlı olarak, amplifikatörü gövdeye yerleştirmenin farklı yolları vardır. Izgara kuyruğunun sabit uzunluğu ve kulaktan yatay olarak uzağa işaret etmesi, amplifikatörün konektörünü yerleştirmek için olası yerleri sınırlar. Farklı üreticiler, ızgarayı belirli bir amplifikatöre (mobil veya laboratuvar tabanlı) bağlayan adaptör kabloları sağlar. Amplifikatörün yerleştirilmesi için farklı çözümler önerilmiştir; Bazı araştırmacılar kafa bandı3 kullanırken, diğerleri bunu bir taban başlığı27'ye entegre eder. Daha kısa deneyler için bir kafa bandı uygundur. Daha uzun deneyler için, amplifikatör giysi6 veya gövde2'ye bantlanabilir, özel yapım kayışlarda saklanabilir, boyun1'in etrafına takılan kulaklıklara bantlanabilir veya dağ bisikleti için yaygın olarak kullanılan bir boyun koruyucusuna bantlanabilir. Bir boyun hoparlörünü (işitsel uyaranları sunmak için) mobil bir EEG amplifikatörü ve c-ızgarasına konektörlerle birleştiren bir prototip geliştirdik (bina talimatları burada bulunabilir: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). Bu yaklaşımı, katılımcılar bir ofiste çalışırken 4 saat boyunca kulak-EEG'yi kaydettiğimiz yeni bir çalışmada (hazırlık aşamasında) başarıyla kullandık.

Gelecekteki uygulamalar
C-grid, günlük yaşamda uzun vadeli kayıtlar için umut verici bir araçtır. Örneğin, günlük yaşamda ses işlemeyi araştırmak için kullanılabilir1. Uzun süreli kayıtlarla, biliş ve işitsel fonksiyondaki sirkadiyen farklılıklar da araştırılabilir28,29. Tanısal amaçlar için, ızgara epileptik nöbetlerin uzun süreli izlenmesi içinkullanılabilir 2, uyku evrelemesi6 veya işitme cihazları 7,11 için dikkati ölçmek için.

Son
Bu protokol, araştırmacıları laboratuvar içinde ve ötesinde bu c-ızgaralarıyla deney yapmak için kapsamlı bir şekilde donatıyor. Araştırmacılar bu protokolü takip ederse ve cilt temizliği ve c-ızgarasına uydurma gibi en önemli adımlar da dahil olmak üzere adımları dikkatlice uygularlarsa, kulak-EEG deneyleri için yüksek kaliteli veriler bekleyebilirler.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması bildirmemektedir.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Alman Araştırma Vakfı) tarafından Emmy-Noether programı, BL 1591/1-1 - Project ID 411333557 kapsamında finanse edilmiştir. Suong Nguyen, Manuela Jäger ve Maria Stollmann'a videonun çekimindeki yardımları için teşekkür ederiz. Video seslendirmesi için Joanna Scanlon'a teşekkür ederiz.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Aşındırıcı jel: Abralyt HiCleasycap GmbH, Almanya
AFEx uygulamasıOldenburg Üniversitesi, AlmanyaÖrnek veri kaydımız için, açık kaynak: https://zenodo.org/record/5814670#.Y0AavXZByUk
AlcoholCarl Roth GmbH + Co. KG, Almanya%70 izopropanol, %30 damıtılmış su
c-grid: cEEGridTSMI, Oldenzaal, Hollanda
cEEGrid konektörüOldenburg Üniversitesi, Almanyacostum build
EEG edinme uygulaması: SmartingmBrainTrain, Sırbistan
analizleri ve rakamların oluşturulması için kullanılanMatlabThe MathWorks, Inc., ABD
Tıbbi bant: LeukosilkBSN medical GmbH, Almanya
mobil EEG amplifikatörü: Smarting MOBImBrainTrain, Sırbistan
MultimetrePeakTech Prü f- und Messtechnik GmbH, Almanyaelektrotların işlevselliğini kontrol etmek için isteğe bağlı cihaz
nEEGlaceUniversity of Oldenburg, Almanyaentegre EEG amplifikatörü (Smarting, mBrainTrain, Sırbistan) ve cEEGrid konektörlerine sahip özelleştirilmiş boyun hoparlörü
Kağıt mendiller -
Record-a appOldenburg Üniversitesi, örnekveri kaydımız için, açık kaynak: https://github.com/NeuropsyOL/Pocketable-Labs
Akıllı Telefon: Google Pixel 3a Google LLC, ABD
Yahama Dijital Piyano P-35Hamamatsu, Japonya
Veri of Örnek veri kaydımız için

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. Bleichner, M. G., Debener, S. Concealed, unobtrusive ear-centered EEG acquisition: cEEGrids for transparent EEG. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 163(2017).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Wascher, E., et al. Evaluating mental load during realistic driving simulations by means of round the ear electrodes. Frontiers in Neuroscience. 13, 940(2019).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Cohen, M. X. A tutorial on generalized eigendecomposition for denoising, contrast enhancement, and dimension reduction in multichannel electrophysiology. NeuroImage. 247, 118809(2022).
  21. 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).
  22. Polich, J. Updating P300: An integrative theory of P3a and P3b. Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2128-2148 (2007).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Kappel, S. L., Makeig, S., Kidmose, P. Ear-EEG forward models: Improved head-models for ear-EEG. Frontiers in Neuroscience. 13, 943(2019).
  26. 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).
  27. Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. Open-source concealed EEG data collection for brain-computer-interfaces. arXiv. , (2021).
  28. 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).
  29. Basinou, V., Park, J. -S., Cederroth, C. R., Canlon, B. Circadian regulation of auditory function. Hearing Research. 347 (3), 47-55 (2017).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Ear ElectroencephalographyBrain Activity RecordingcEEGrid ElectrodeEEG Signal QualityElectrode PreparationMobile EEG AmplifierElectrode ImpedanceCognitive ProcessesElectrode Gel ApplicationEvent Related Potentials

İlgili makaleler