Bu kavram kanıtı protokolü, elektriksel ve mekanik uyarılma ile ortaya çıkan somatosensorik uyarılan potansiyellerin EEG kaydını detaylandırır; bu tür paradigmalar kullanılarak tuhaf ve gezici paradigmaları kullanır.
Yöntem makalesi
Bu kavram kanıtı protokolü, elektriksel ve mekanik uyarılma ile ortaya çıkan somatosensorik uyarılan potansiyellerin EEG kaydını detaylandırır; bu tür paradigmalar kullanılarak tuhaf ve gezici paradigmaları kullanır.
Haptik arayüzlerde gerçekçi dokunsal geri beslemenin gelişimi, elektriksel ve mekanik uyarıcıların sinirsel işlemesini anlamaya bağlıdır. İki yöntemin elektroensefalografi (EEG) kullanılarak doğrudan karşılaştırılması için bir protokol sunulur. Protokol, hassas EEG-uyarıcı senkronizasyonu sağlamak, konuya özgü elektriksel ve mekanik uyarıcıları kalibre etmek ve erken olayla ilişkili potansiyel (ERP) ile uyumsuzluk negatifliği (MMN) bileşenini karşılaştırmak için hem tuhaf hem de gezici paradigmaları uygulamak için prosedürleri detaylandırıyor. Kavram kanıtı protokolü, her biri farklı deneysel koşullara atanmış dört sağlıklı katılımcı üzerinde doğrulandı: sağ işaret parmak ucunun mekanik veya elektriksel uyarılması, hareketli veya tuhaf paradigmalar altında ve süreyi manipüle etme (100 ms vs. 145 ms). Ayrıca, beşincikatılımcı 100 ms hızında tüm uyarıcılarla dönüşümlü modalitelerle gezici bir paradigma geçirdi. Tek modal uyarım altında, gezici paradigma, her iki modalitede de somatosensory ERP'leri ve elektriksel uyarım için belirgin bir MMN benzeri bileşeni tespit etmede garip bir paradigmadan daha hassas olduğunu kanıtladı. Gezici paradigma kullanılarak yapılan çapraz modal karşılaştırma, yalnızca elektriksel uyarık için açık bir MMN benzeri bileşen ortaya koydu. Bu sonuçlar, mevcut protokolün sinirsel aktivite ile algıyı ilişkilendirmek ve yapay ile doğal hislerin kortikal işlemesini doğrudan karşılaştırmak için uygun olduğunu göstermektedir. Bu çerçeve, mekanik dokunuştan ayırt edilemeyen kortikal yanıtlar ortaya çıkaran elektriksel uyarım protokollerinin geliştirilmesine yönelik gerekli bir adımdır.
Haptik teknolojide temel bir zorluk, deri-makine arayüzleri aracılığıyla doğal dokunsal hisleri yeniden yaratmaktır. Bu, doğal uyaranların ortaya çıkardığı sinirsel aktivitenin kesin uzaylı-zamansal desenlerini çoğaltmayı gerektirir. Mekanik aktüatörler fiziksel etkileşimleri taklit edebilse de, mekanoreseptörlerin epidermal elektriksel uyarılması kompakt ve çok yönlü bir alternatifsunar 1. Ancak, elektriksel uyarılma genellikle doğal olmayan veya hoş olmayan parestezi ortaya çıkarır. Elektriksel ve mekanik uyarıma yönelik sinirsel yanıtların doğrudan karşılaştırılması, yeni bir ilgi alanı 2,3 olup, şu soruyu gündeme getiriyor: Gelişmiş elektriksel protokoller, doğal mekanik dokunuşu yakından taklit eden kortikal yanıtlar uyandırabilir mi?
Elektroensefalografi (EEG), somatosensorik uyarılara kortikal yanıtları yüksek zamansal çözünürlükle yakalayarak bu sorunu ele almak için ideal bir araçsağlar 4. Kritik metrikler arasında, uyarıcıözelliklerin 5'in başlangıç kortikal işlemesini yansıtan erken olayla ilgili potansiyeller (ERP'ler) ve uyumsuzluk negatifliği (MMN)bileşeni 6,7 yer alır. MMN, genellikle tuhaf bir paradigmada ortaya çıkan ve nadir bir sapkın uyarı 8 tarafından kesilen tekrarlayan standart uyaranlar zincirinin duyusal tahmin ihlali olduğunu gösteren önceden dikkatli, değişim algılama tepkisidir. Bu yanıt, duyusal ayrım ve hafıza arasında sağlam bir elektrofizyolojik korelasyondur. Tamamlayıcı bir yaklaşım, tekrarlayan bir uyarıcının kısa dizileri sunarak verimli bir şekilde MMN üreten gezici paradigmadır; Yeni bir trenin ilk uyarıcısı, yeniliği nedeniyle sapkın olarak hareket eder ve klasik tuhafparadigma 9'a göre daha dengeli sayıda standart ve sapma sağlar.
MMN, işitsel ve görsel alanlarda kapsamlı şekilde tanımlanmış olsa da, somatosensory alt modaliteler arasında MMN'yi karşılaştırmak için standart bir çerçeve yoktur. Önceki çalışmalar, mekanik 6,7 ve elektrikseluyarılar 10,11,12'ye karşı güvenilir MMN yanıtlarını ayrı ayrı olarak ortaya koymuştur. Ancak, zamansal olarak hassas ve algısal olarak eşleşen uyaranlar kullanılarak doğrudan ve konu içi bir karşılaştırmanın olmaması, anlamlı sonuçlar çıkarmayı engeller. Bu metodolojik boşluk, yapay olarak uyarılan elektriksel tepkilerin doğal mekanik dokunuşla aynı öncelikli değişim algılama mekanizmalarını uygulayıp kullanmadığını değerlendirme yeteneğini temelde sınırlar.
Bu metodolojik sınırlamayı gidermek için, elektriksel ve mekanik uyarıların doğrudan sinirsel karşılaştırmasını mümkün kılan standartlaştırılmış bir EEG protokolü geliştirilmiştir. Mevcut yöntem şunları sağlar: hassas EEG-stimulatör senkronizasyonu, katılımcıya özgü elektriksel kalibrasyonu belirgin ama kaçınıcı olmayan bir seviyeye doğrultma, standart mekanik uyarıcının uygulanması ve hem garip hem de hareketli paradigmaların uygulanması için ERP ile MMN'leri modaliteler arasında karşılaştırmaktır.
Her paradigmanın farklı süreli mekanik ve elektriksel uyarılara yanıt olarak net ERP ve MMN çıkarabilme yeteneği ilk olarak değerlendirildi. Tuhaf paradigma, yalnızca elektriksel uyarım için ayırt edilebilir ERP'ler üretti ve her iki modalite için de MMN çıkaramadı. Buna karşılık, gezici paradigma hem modaliteler için hem ERP'leri hem de elektriksel uyarımda dikkat çekici bir MMN benzeri bileşeni başarıyla ortaya çıkardı. Gezgin paradigmanın hassasiyetinden yararlanarak, mekanik ve elektriksel uyarıcının dönüşümlü dizileri kullanılarak doğrudan çapraz modal bir karşılaştırma yapıldı. Her iki modalitede de net ERP'ler gözlemlenirken, şeffaf MMN benzeri bir bileşen yalnızca elektriksel uyarımla ortaya çıktı. Bu ilk sonuçlar her durum başına tek bir katılımcıya dayansa da, bu standartlaştırılmış çerçevenin, doğal mekanik dokunuştan ayırt edilemez kortikal yanıtlar ortaya çıkarabilecek elektriksel uyarı protokollerinin geliştirilmesini yönlendirme potansiyelini göstermektedir.
MMN'nin elektriksel ve mekanik uyarıma yanıtları ancak yakın zamanda doğrudan karşılaştırılmıştır ve şu ana kadar sadece manyetoensefalografi12,13 kullanılarak yapılmıştır. Bu nedenle, önerilen protokol, hem elektriksel hem de mekanik uyarımla ortaya çıkan ve aynı deneysel tasarım içinde standart ve sapkın uyaranlar olarak uygulanan somatosensorik MMN kaydı için birleşik ve ayrıntılı bir EEG çerçevesi sağlayan ilk protokoldür. Bu protokolün temel yeniliği, EEG hazırlığında değil, uyarım, kayıt, senkronizasyon ve analizin somatosensorik işlemin doğrudan çapraz modal karşılaştırmasını mümkün kılan kapsamlı ve uçtan uca bir metodolojiye entegre edilmesidir. EEG hazırlık prosedürleri yerleşik en iyi uygulamaları takip eder ve daha önce yayımlanmışprotokollere dayanır 14. EEG kurulumunun bazı yönleri video tabanlı formatlarda dagösterilmiş olsa da, bu yaklaşımlar hassas kontrol edilen elektriksel ve mekanik dokunsal uyarımla birleştirilmemiş veya MMN paradigmalarına uygulanmamıştır. Bu unsurları entegre ederek, mevcut protokol mevcut metodolojileri genişletir ve somatosensorik tahmin ve sapma algısının mekanistik incelenmesi için aktarılabilir bir çerçeve sağlar.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Mevcut deneysel protokol, Sirius Üniversitesi İnsan Araştırma Komitesi'nin etik yönergelerine uygun olarak yürütülmüştür (Onay Tarihi: 10.06.2025). Veri toplanmadan önce her katılımcıdan yazılı bilgilendirilmiş onay alınır. Dışlama kriterleri arasında implante edilmiş kalp pili veya diğer elektronik cihazların varlığı, epilepsi veya nöbet bozuklukları öyküsü, hamilelik veya uyarı bölgesinde dermatolojik durumlar bulunuyordu.
1. Çok modlu uyarım sistemi
2. Deneysel kurulum
3. EEG hazırlığı
4. Uyarım kurulumu ve eşik belirleme
5. Uyarı dizilerinin hazırlanması
6. Uyarı sırasında EEG kaydı
7. EEG verilerinin ön işlemesi ve analizi
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Oddball paradigması
Mekanik uyarım sırasında nadir sapkın uyarıların (145 ms) sık standart uyarılar (100 ms) arasında sunulması, net ve güvenilir ERP'ler ortaya çıkaramadı. Sonuç olarak, standart ve sapkın yanıtlar arasında anlamlı bir fark gözlemlenmedi (Şekil 1). Buna karşılık, elektriksel tuhaf paradigma belirgin çift taraflı ERP dalga formları üretti. Ancak, standart ve sapkın uyarıcıların karşılaştırılması yine de anlamlı veya tutarl...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu çalışma, yapay elektriksel ve doğal mekanik dokunsal uyarımların doğrudan, konuyla ilgili sinirsel karşılaştırması için standartlaştırılmış bir EEG protokolü oluşturmaktadır. Temel metodolojik katkı, hassas zamansal kontrol, katılımcıya özgü algısal kalibrasyon ve kortikal yanıtların değerlendirilmesi için farklı deneysel paradigmaların uygulanmasını sağlayan bir çerçevedir. İlk kavram kanıtı sonuçları, sınırlı bir örnekleme dayansa da, protokolün etkinliğini göstermekte ve daha doğal...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Bu çalışma, «Sirius» Federal Bölgesi'nin «Sirius» Federal Bölgesi'nin bilimsel ve teknolojik gelişimi'nin devlet programının (Anlaşma No. 28-03, tarih 27.09.2024) ile desteklenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| actiCHamp Plus Çok Konulu hepsi bir arada laboratuvar amplifikatörü | Brain Products GmbH | S/N ACBM17120955 | Birincil EEG veri toplama sistemi |
| actiCAP slim / snap | Brain Products GmbH | BP-185-2200 | 64 kanallı aktif elektrot kapağı |
| Digitimer DS7A | Digitimer Ltd | UDI-DI 5060490360003 | Elektriksel Sırmalatör |
| MatLab | The MathWorks, Inc., Natick, MA, ABD | ||
| Mini sarsıcı tip 4810 | Brü el & Kjæ r | BP-0232 | Mekanik uyarıcı |
| Fotoğraf Sensörü | Brain Products GmbH | Yok | Uyarı başlangıcının optik algılanması için |
| Kalkanlı oda Neiroiconica "Uzman | Neiroiconica Assistive Ltd | S/N 20210119011 | Elektromanyetik korumalı oda |
| TriggerBox Plus | Brain Products GmbH | S/N TB-A100009-0624 | TTL tetikleyicileri için senkronizasyon arayüzü |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste
20210119011