Overview
EEG היא טכניקה לא פולשנית שיכולה למדוד את פעילות המוח. הפעילות העצבית מייצרת אותות חשמליים המתועדים על ידי אלקטרודות EEG המונחות על הקרקפת. כאשר אדם עוסק בביצוע משימה קוגניטיבית, פעילות המוח משתנה ושינויים אלה ניתן להקליט בגרף EEG. לכן, זהו כלי רב עוצמה עבור מדען קוגניטיבי שמטרתו להבין טוב יותר את הקורלציה העצבית הקשורים להיבטים שונים של קוגניציה, אשר בסופו של דבר יעזור להם לתכנן טיפולים משופרים עבור חולים עם ליקויים קוגניטיביים.
כאן, JoVE מציג סקירה קצרה של EEG והיישומים שלה במחקר קוגניטיבי. ראשית, אנו דנים היכן וכיצד נוצרים אותות EEG. לאחר מכן, אנו מסבירים את השימוש ב- EEG בחקר קוגניציה יחד עם פרוטוקול מפורט שלב אחר שלב לביצוע ניסוי EEG. לבסוף, הווידאו סוקר כמה ניסויים קוגניטיביים ספציפיים המשתמשים EEG בשילוב עם טכניקות אחרות כגון הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) או גירוי זרם ישיר transcranial (tDCS).
Procedure
אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) היא טכניקה אלקטרופיזיולוגית הנפוצה בקרב חוקרים החוקרים קוגניציה. המוח מייצר כל הזמן פעילות חשמלית, אשר יכול להתרחש באופן ספונטני, או כאשר המושרה על ידי גירוי. EEG היא טכניקה לא פולשנית, ניידת וזולה שיכולה לזהות ולכומת שינויים בפעילות המוח, מה שהופך אותה לשימושית במיוחד עבור מחקרים קוגניטיביים. בסרטון זה, נסביר בקצרה כיצד נוצרים אותות EEG, כיצד EEG מוחל על מחקר קוגניטיבי, השיטה הסטנדרטית של הקלטת EEG וכמה יישומים ספציפיים.
כדי להתחיל, בואו נסתכל איפה ואיך אותות EEG נוצרים.
אות ה- EEG הוא פעילות חשמלית המתועדת מפני השטח של המוח באמצעות אלקטרודות המונחות על הקרקפת. הוא נוצר בעיקר בשכבה החיצונית ביותר- קליפת המוח-על ידי נוירונים פירמידליים מופעלים, שהם נוירוני הפלט העיקריים של קליפת המוח. נוירונים אלה מקבלים ומשלבים תשומות סינפטיות מחלקים אחרים של המוח, והפעילות הקולקטיבית שלהם משקפת את עיבוד המידע.
ראוי לציין, עירור נע יונים טעונים חיובית דרך הממברנה לתוך הנוירון, יצירת "כיור" הנוכחי באזור דנדריטי, אשר מנוטרל על ידי התנועה החיצונית של המטען סביב סומה -המקור הנוכחי. זה מביא את הנוירון למצב "דיפול", יצירת פוטנציאל חשמלי, ויצירת זרימות זרם בין דנדריט apical סומה. אלקטרודות ללכוד את סך הפוטנציאלים המיוצרים על ידי מספר גדול של אלה "דיפולים עצביים" מתנהג באופן סינכרוני.
עכשיו שאתם מכירים את הפיזיולוגיה שמאחורי אותות EEG, בואו נדבר על מה שהם מספרים לנו על תפקודים קוגניטיביים.
EEG רגיל תערוכות תנודות ספונטניות. פעילות קצבית זו מורכבת ממספר תת-מקצבים חופפים שניתן לחשוף על ידי טרנספורמציות מתמטיות, כגון התמרת פורייה. באמצעות טכניקה זו, סדרת הזמן EEG נרקבת לתוך תת-מקצבי הרכיבים שלה ומתוותת כ"ספקטרום כוח". כל תת-קצב, בהתבסס על תדירותו, מתוות על פי "הריכוז" או עוצמת האות שלו ברשומה הכוללת של ה- EEG.
התדרים למקצבי המוח הם: גל דלתא, שהוא האיטי ביותר בפחות מ-4 הרץ; גל תטא, ב 4-7 הרץ; גל אלפא, ב 8-12 הרץ; גל ביתא ב-13-30 הרץ; וגל גמא, המהיר ביותר ביותר ביותר מ-30 הרץ. כל קצב מתואם גם למצב התנהגותי: גלי דלתא ותטא נצפים במצב השינה, גלי אלפא מתרחשים במצב ער ונינוח, וגלי ביתא וגאמה מתרחשים במהלך קוגניציה פעילה.
שינוי בפעילות ה-EEG משמש כדי לחקור את תגובת המוח לגירוי במהלך משימות קוגניטיביות. לדוגמה, במהלך ניסוי קוגניטיבי, ייתכן שהנבדק יתבקש להציג פרצופים על מסך מחשב, ולהפלות ביניהם. הבדיקה חוזרת על עצמה מספר פעמים. תגובות EEG הבאות נעולות בזמן לתערומת הגירוי החזותי וממוצע; פעולה זו מעלה את רמת האות מעל רעשי הרקע. פעילות EEG ממוצעת המעוררת גירוי מסוים ידועה כפוטנציאל הקשור לאירוע. או ERP.
הפסגות בגרף ERP תואמות לפעילות עצבית מתואמת. כאן, שיא מוקדם יותר מתייחס לתגובה הישירה של מערכת הראייה. לאחר מכן, שיא מאוחר יותר של פעילות עצבית מסונכרנת מתייחס לעיבוד קוגניטיבי של הגירוי.
עכשיו שלמדתם כיצד משתמשים ב-EEG כדי ללמוד קוגניציה, בואו נסתכל על האופן שבו מתבצע ניסוי EEG.
ניסויי EEG דורשים כי רק אותות משמעותיים נאספים, כי פוטנציאל קליפת המוח בפועל הם קטנים מאוד. כדי ללכוד אותות אלה, אלקטרודות EEG עשויות מחומרים מוליכים מאוד, כגון כסף וכלוריד כסף, אשר מסודרים בכובע על פי מערכת מיקום סטנדרטית 10-20. מערכת זו מבטיחה מיקום עקבי של אלקטרודות כך שניסויים ניתנים לשחזור לאורך זמן ונבדקים. אלקטרודות מיועדות על פי אזורים מזוהים בקליפתי המוח ומיקום חצי הכדור, ומופרדות באופן שיטתי למרחק של 10% או 20% מהמרחק הכולל מלפנים לאחור או מימין לשמאל של הגולגולת.
ג'ל אלקטרוליט משמש עם אלקטרודות כדי להגביר את המוליכות. אותות אקטיביים מוגברים ביחס לאלקטרודה התייחסות, והמערכת מקורקעת להפחתת רעש. יתר על כן, אותות מסוננים כדי לאסוף רק את אלה הנופלים בטווח התדרים EEG. חפצים מתנועות גופניות, כגון מצמוץ עיניים, מנוטרים בדרך כלל ומופחתים מהנתונים.
לפני הניסוי, נהלים מוסברים למשתתף ומתקבלת הסכמה בכתב. היקף הראש של הנבדק נמדד, וגודל כובע אלקטרודה מתאים נבחר. ציוני דרך להצבת המכסה מסומנים ומעקב על פי מערכת המיקום 10-20. לאחר מכן, ג'ל מוליך מוזרק בתוך כל מחזיק אלקטרודה, מה שהופך ערימה של ג'ל נגד הקרקפת, רק מספיק כדי למנוע הפרעות בין אלקטרודות שכנות. אלקטרודות פעילות קבועות לאחר מכן למחזיקים. הנושא ממוקם כעת לניסוי, והוא נזכר למזער תנועות מיותרות. לבסוף, צג EEG נבדק כדי לוודא שהכל פועל כראוי.
עכשיו שלמדתם את היסודות של הפעלת ניסוי EEG, בואו נבחן כמה יישומים ספציפיים של טכניקה זו במחקר קוגניטיבי.
EEG משמש לחקר קוגניציה חברתית אצל מבוגרים ותינוקות. כאן, הניסוי כרוך בהדגמת בובות פנים אל פנים עם תינוק בכפוף לבדיקת החזרה וחיקוי מיידיים. נתונים שנאספו מכל הקרקפת מראים הבדלים בפעילות ה- EEG בנקודות זמן ניסיוניות שונות.
הדמיית תהודה מגנטית תפקודית, או fMRI, היא טכניקה לא פולשנית נוספת המודדת את פעילות המוח. הרגישות של fMRI למיקום ההפעלה יכולה להיות משולבת עם הרגישות של EEG לתזמון ההפעלה. יחד, טכניקות אלה מאפשרות מיפוי תפקודי ברמה גבוהה יותר כדי להבין תהליכים קוגניטיביים כגון שינה, תודעה, רגש, למידה וזיכרון.
לבסוף, EEG יכול להיות משולב עם גירוי זרם ישיר transcranial, או tDCS, טכניקה המאפשרת גירוי מוחי לווסת עירור נוירונים. tDCS טומן בחובו פוטנציאל לטיפול בהפרעות נוירולוגיות המשפיעות על היכולות הקוגניטיביות, ו-EEG משמש לניטור ומיטוב ההשפעות של גירוי ישיר. תוכנות המפעילות התמרת פורייה מהירה אוטומטית משמשות לצפייה בשינויים בספקטרום הכוח של EEG בזמן אמת.
הרגע צפית בסרטון של ג'וב ב"אי.ג'י.ג'י". וידאו זה דן כיצד נוצרים אותות EEG, כיצד טכניקה זו משמשת להבנת קוגניציה, את היסודות של עריכת ניסוי EEG, ולבסוף, כמה יישומים ספציפיים במחקרים קוגניטיביים. כמו תמיד, תודה שצפית!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.
