Potenciais relacionados a eventos e a tarefa Oddball

Dada a quantidade esmagadora de informações sensoriais em nosso ambiente, o cérebro deve ser capaz de priorizar o processamento de certos estímulos, de modo que gaste menos esforço no que pode não ser atualmente importante, e atender ao que é.

Todos os dias, uma pessoa é exposta a múltiplos pontos turísticos e sons, como pessoas digitando no escritório ou visuais em uma tela de computador.

A atenção que alguém presta a tais estímulos depende, em parte, de seus objetivos a qualquer momento. Por exemplo, eles podem se concentrar propositalmente em seu monitor para revisar uma apresentação. Quando isso acontece, o cérebro ignora itens frequentes e sem importância — como a digitação de colegas de trabalho — e, em vez disso, atende aos slides na tela.

Este é um exemplo de um processo chamado atenção de cima para baixo, no qual o cérebro filtra informações não relacionadas a um objetivo.

Em contraste, a atenção de baixo para cima lida com estímulos únicos e inesperados, que têm a capacidade de capturar a atenção de uma pessoa, mesmo que elas não estejam relacionadas a um objetivo.

Esses ruídos raros ou pontos turísticos são chamados de estímulos estranhos, e - devido à sua novidade - são priorizados pelo cérebro para o processamento, pois podem ser importantes. Um barulho na cozinha pode significar que alguém está ferido, ou que pode haver lanches.

Em resposta a eventos sensoriais tão importantes — o acidente na cozinha — vários neurônios na mesma região do cérebro podem ser ativados, o que promove a propagação de um sinal elétrico.

Essa resposta elétrica pode ser medida no couro cabeludo com eletrodos através de técnicas de eletroencefalografia — abreviadas como EEG — e a medida resultante é chamada de potencial relacionado a eventos, ou ERP.

Neste vídeo, investigaremos os ERPs durante um paradigma estranho, no qual os sujeitos são mostrados estímulos visuais únicos e comuns. Vamos demonstrar como configurar um experimento de EEG, analisar dados de ERP e explorar como os pesquisadores estão aplicando essa técnica para estudar outros aspectos da atenção.

Neste experimento, a atividade cerebral dos participantes que visualizam dois tipos de estímulos baseados em forma - linha de base e oddball - é medida usando EEG, a fim de obter uma visão de como o cérebro identifica irrelevante a partir de informações sensoriais importantes.

Para se preparar para o EEG, os pesquisadores posicionam eletrodos — já inseridos em uma tampa — nos couros cabeludos dos participantes em locais anatômicos específicos, para que a atividade elétrica no cérebro possa ser registrada.

Eletrodos adicionais são colocados ao redor dos olhos para medir a atividade muscular — que pode produzir artefatos de movimento em dados de EEG — e atrás das orelhas em locais mastoides que servem como referências onde informações não neurais são coletadas.

Os participantes são então introduzidos aos dois tipos de estímulos que estarão vendo. Aqui, os visuais da linha de base consistem em um único círculo vermelho, enquanto uma imagem estranha é composta de um círculo verde individual.

Os participantes são instruídos a ficar atentos às formas verdes e orientados a apertar um botão sempre que um for mostrado na tela.

Durante a tarefa, cada círculo aparece para 1 s em um monitor de computador. Depois que o círculo desaparece, a tela permanece em branco por 1 s, e a próxima imagem é então apresentada.

O truque é que os participantes são mostrados círculos verdes esporadicamente — e muito menos frequentemente — entre várias imagens sequenciais de vermelhos. Dos 160 estímulos, apenas 64 são verdes.

A ideia é que essas imagens de destino "fora do lugar" capturem tanto a atenção de baixo para cima — como são raras — e atenção de cima para baixo — como o objetivo da tarefa é indicar quando essas formas aparecem.

Como resultado, o cérebro responderá a esses estímulos relacionados a metas, potencialmente importantes, produzindo sinais elétricos robustos.

Os dados de EEG são continuamente registrados em todos os 160 ensaios. Em seguida, a sequência é repetida e um segundo conjunto de 160 imagens é mostrado, o que garante que informações suficientes são coletadas para distinguir a verdadeira atividade induzida por oddball do ruído.

Posteriormente, os dados do EEG são processados para gerar formas de onda ERP para cada local anatômico sobre o qual um eletrodo é colocado.

Com base em pesquisas anteriores, os dados mais críticos são esperados perto do eletrodo Pz, localizado no centro do couro cabeludo em direção à parte de trás da cabeça, acima da junção dos lóbulos parietal.

Especificamente, um componente desses ERPs parietal, chamado P300 — assim chamado porque consiste em um pico positivo na forma de onda que ocorre aproximadamente 300 ms após um estímulo sensorial ser apresentado — são previstos para serem aprimorados em resposta a círculos de oddball verde.

Para iniciar o experimento, cumprimente o participante e certifique-se de que eles assinem todos os formulários de consentimento adequados. Confirme também que não utilizaram nenhum produto capilar, como mousse, o que poderia interferir nas gravações de EEG.

Antes de prosseguir, primeiro mexa o eletrodo-gel condutor para liberar quaisquer bolhas de ar. Em seguida, use-a para preencher uma seringa de 10 ml, que ajudará na aplicação dessa substância em arranjos de eletrodos mais tarde no protocolo.

Uma vez preparada a seringa, escove bem o cabelo e o couro cabeludo do participante e limpe a parte superior da cabeça com gaze de algodão encharcada em álcool.

Posteriormente, esterilize a pele atrás de cada uma das orelhas do participante acima e abaixo do olho esquerdo e nas posições horizontais distantes de ambos os olhos de forma semelhante.

Em seguida, coloque uma face de um disco adesivo de dois lados contra um eletrodo. Do outro lado, aplique gel no eletrodo exposto e, em seguida, afixe-o na área limpa acima do olho esquerdo. Repita este processo nas posições esterilizadas restantes no rosto.

Para determinar o tamanho da tampa EEG a ser usada, meça a distância da frente da cabeça do participante — diretamente entre as sobrancelhas — até a projeção de íons do crânio, localizada abaixo da colisão na parte de trás da cabeça. Acima do ponto médio, marca 10% da distância medida na testa.

Usando a medição olho-de-inion, escolha uma tampa que se encaixe dentro das faixas de circunferência padrão e coloque-a para que o eletrodo FPz — o mais central, frontal - esteja posicionado sobre a marca na testa. Em seguida, conecte cada um dos eletrodos faciais ao seu respectivo cabo na tampa.

Depois de recuperar a seringa cheia de gel, informe o participante que você estará inserindo a ponta em franqueada em cada eletrodo. Agora, levante cada um, e raspe o cabelo subjacente de lado, tomando cuidado para não ferir a pele.

Em seguida, prossiga para inserir o gel, e repita este processo para os eletrodos restantes da tampa para garantir que os sinais elétricos coletados no couro cabeludo sejam devidamente conduzidos.

Em seguida, leve o participante para uma sala tranquila com blindagem acústica e elétrica, e conecte toda a tampa ao sistema de gravação.

Usando o programa de computador associado, verifique as impedâncias das conexões eletrodo-couro cabeludo. Se a impedância estiver acima de 10 KΩ para qualquer eletrodo — o que pode resultar em ruído nos traços de EEG — verifique se ele tem gel condutor e que todo o cabelo subjacente foi removido.

Observe que todos os valores de impedância devem agora estar abaixo de 10 KΩ.

Na preparação para a tarefa comportamental, faça com que o participante se sente para que seja posicionado a aproximadamente 75 cm do monitor, e dê-lhes uma caixa de resposta para segurar. Enfatize que eles só devem pressionar o botão de cronometragem quando observam um círculo verde na tela.

Após o participante entender a tarefa, inicie o sistema EEG. Permita-lhes completar os 64 testes de estímulo de alvo intercalados com os 96 testes de controle sem alvo. Após os 160 ensaios, inicie a sequência para repetir.

Uma vez que todos os dados tenham sido coletados, importe os resultados em um programa de análise para iniciar o processamento off-line. Primeiro, isole apenas os sinais neurais fazendo referência às informações para valores mastoides medianos.

Continue dividindo as gravações contínuas de EEG em épocas — seções que começam 200 ms antes e terminam 1000 ms após o início de cada estímulo, neste caso, ou círculos verdes ou vermelhos.

Proceda para ajustar a linha de base esses períodos de tempo usando as porções que ocorrem 200 ms antes do início do estímulo.

Em seguida, para corrigir para artefatos de movimento, elimine períodos durante os quais uma mudança de sinal superior a ± 150 μV foi registrada em qualquer um dos eletrodos — não apenas aquele que coleta dados de um local anatômico de interesse.

Posteriormente, para cada eletrodo, médio os dados de EEG coletados de todos os ensaios de imagem da linha de base para produzir uma forma de onda ERP. Da mesma forma, os dados médios para testes oddball.

Para analisar os dados, exiba as médias do ERP do local de gravação do Pz para as formas de controle verde e vermelho. Para os componentes parietal P300, avalie a amplitude — a altura do componente acima do valor da linha de base de 0 μV — e sua latência — quanto tempo ele aparece em ms após o participante ver o círculo.

Em seguida, para essas amplitudes de pico e latências, use testes F para determinar se há diferença entre os estímulos de linha de base e oddball.

Observe que para formas verdes e estranhas, o traço atingiu aproximadamente 350 ms após o início do estímulo, enquanto nenhum pico P300 foi observado quando o participante viu os círculos de alvo vermelho de controle.

Coletivamente, esses dados sugerem que a atividade no lobo parietal aumenta quando são apresentados estímulos estranhos, refletindo os processos neurais que identificam estímulos relevantes e salientes.

Agora que você sabe como os pesquisadores usam o paradigma visual oddball no processamento de informações sensoriais, vamos dar uma olhada em como os cientistas estão aplicando essa técnica para analisar ERPs em outras áreas.

Embora tenhamos focado em ERPs produzidos por cérebros saudáveis, alguns pesquisadores estão usando o paradigma oddball para entender como concussões — lesões resultantes de traumas na cabeça — afetam processos cognitivos.

Por exemplo, existem evidências de que estudantes que sofreram uma concussão — e que apresentam sintomas como tontura ou confusão — produzem picos P300 significativamente mais baixos quando vêem uma imagem rara e estranha, em comparação com participantes de controle ilesos.

Isso sugere que as concussões podem afetar negativamente a forma como o cérebro responde e processa informações sensoriais potencialmente importantes.

Outros pesquisadores usaram uma modificação do paradigma oddball — que envolve sons inesperados, em vez de imagens — para entender melhor as diferenças entre a atenção de cima para baixo e de baixo para cima.

Ao estudar ERPs produzidos por tons estranhos, os cientistas determinaram que, não só o pico P300 também é aprimorado por sons raros, mas que este componente pode consistir de duas subpartas: uma porção inicial chamada P_3a, e um elemento P_3b posterior.

Curiosamente, esses dois picos são observados nos ERPs dos participantes, dado o objetivo de identificar estímulos sonoros raros. No entanto, apenas P_3a ocorre nas formas de onda dos participantes que dizem apenas ouvir passivamente os sons, e não deram o objetivo de identificar os ímpares.

Assim, acredita-se que o P_3a lida com a atenção de baixo para cima — e como o cérebro responde a novos estímulos — enquanto p_3b provavelmente reflete a atenção de cima para baixo, e como o cérebro classifica cognitivamente os alvos.

Você acabou de assistir ao vídeo de JoVE sobre o uso do paradigma oddball para investigar o processamento de estímulos sensoriais — particularmente no lobo parietal. Até agora, você deve saber como projetar diferentes estímulos, gravar EEGs, bem como gerar e analisar ERPs. Você também deve ter uma compreensão de como os ERPs podem fornecer insights sobre processos cognitivos e ser usados para entender melhor certas lesões.

Obrigado por assistir!