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Eletroencefalografia (EEG)

Overview

EEG é uma técnica não invasiva que pode medir a atividade cerebral. A atividade neural gera sinais elétricos que são registrados por eletrodos EEG colocados no couro cabeludo. Quando um indivíduo está empenhado em realizar uma tarefa cognitiva, a atividade cerebral muda e essas alterações podem ser registradas no gráfico EEG. Portanto, é uma poderosa ferramenta para cientista cognitivo com o objetivo de entender melhor as correlações neurais associadas a diferentes aspectos da cognição, o que, em última análise, os ajudará a elaborar tratamentos melhorados para pacientes com déficits cognitivos.

Aqui, o JoVE apresenta uma breve visão geral do EEG e suas aplicações em pesquisa cognitiva. Primeiro, discutimos onde e como os sinais de EEG são gerados. Em seguida, explicamos o uso do EEG no estudo da cognição, juntamente com um protocolo passo a passo detalhado para realizar um experimento de EEG. Por fim, o vídeo revisa alguns experimentos cognitivos específicos que usam EEG em combinação com outras técnicas como ressonância magnética funcional (fMRI) ou estimulação de corrente direta transcraniana (tDCS).

Procedure

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A eletroencefalografia, ou EEG, é uma técnica eletrofisiológica comumente usada por pesquisadores que estudam a cognição. O cérebro gera constantemente atividade elétrica, que pode ocorrer espontaneamente, ou quando induzida pela estimulação. EEG é uma técnica não invasiva, portátil e barata que pode detectar e quantificar alterações na atividade do cérebro, tornando-o particularmente útil para estudos cognitivos. Neste vídeo, explicaremos brevemente como os sinais de EEG são gerados, como o EEG é aplicado à pesquisa cognitiva, ao método padrão de gravação de EEG e algumas aplicações específicas.

Para começar, vamos ver onde e como os sinais EEG são gerados.

O sinal EEG é uma atividade elétrica registrada da superfície do cérebro usando eletrodos colocados no couro cabeludo. É gerado principalmente na camada mais externa - o córtex cerebral- por neurônios piramidais ativados, que são os principais neurônios de saída do córtex. Esses neurônios recebem e integram entradas sinápticas de outras partes do cérebro, e sua atividade coletiva reflete o processamento de informações.

Notavelmente, a excitação move-se positivamente através da membrana e para dentro do neurônio, criando uma atual "pia" na região dendrítica, que é neutralizada pelo movimento externo de carga em torno da soma-a "fonte" atual. Isso leva o neurônio a um estado de "dipolo", gerando um potencial elétrico, e criando fluxos de corrente entre dendrite apical e soma. Eletrodos capturam a soma total de potenciais produzidos por um grande número desses "dipolos neurais" agindo de forma sincronizada.

Agora que você está familiarizado com a fisiologia por trás dos sinais de EEG, vamos discutir o que eles nos dizem sobre funções cognitivas.

O EEG normal apresenta oscilações espontâneas. Esta atividade rítmica consiste em vários sub-ritmos sobrepostos que podem ser desmascarados por transformações matemáticas, como a transformação de Fourier. Usando essa técnica, a série temporal EEG é decomposta em seus sub-ritmos componentes e plotada como um "espectro de poder". Cada sub-ritmo, baseado em sua frequência, é plotado de acordo com sua "concentração" ou poder de sinal no registro total de EEG.

As frequências para os ritmos cerebrais são: onda Delta, que é a mais lenta a menos de 4 Hz; Onda, a 4-7 Hz; Onda alfa, a 8-12 Hz; Onda beta a 13-30 Hz; e onda gama, a mais rápida em mais de 30 Hz. Cada ritmo também está correlacionado com um estado comportamental: ondas Delta e Theta são observadas no estado de sono, ondas Alfa ocorrem em estado acordado e relaxado, e ondas Beta e Gama ocorrem durante a cognição ativa.

A mudança na atividade de EEG é usada para investigar a resposta do cérebro à estimulação durante tarefas cognitivas. Por exemplo, durante um experimento cognitivo, um sujeito pode ser solicitado a ver rostos em uma tela de computador, e discriminar entre eles. O teste é repetido várias vezes. As respostas subsequentes do EEG são bloqueadas no tempo para o início do estímulo visual e médias; isso eleva o nível de sinal acima do ruído de fundo. A atividade média de EEG evocada por um estímulo específico é conhecida como o potencial relacionado ao evento. ou ERP.

Os picos no gráfico ERP correspondem à atividade neural coordenada. Aqui, um pico anterior refere-se à resposta direta do sistema visual. Então, um pico posterior de atividade neural sincronizada se relaciona com o processamento cognitivo do estímulo.

Agora que você aprendeu como o EEG é usado para estudar cognição, vamos ver como um experimento de EEG é conduzido.

Experimentos de EEG exigem que apenas sinais significativos sejam coletados, porque os potenciais corticais reais são muito pequenos. Para capturar esses sinais, os eletrodos EEG são feitos de materiais altamente condutores, como cloreto de prata e prata, que são dispostos em uma tampa de acordo com o sistema padronizado de colocação 10-20. Este sistema garante um posicionamento consistente de eletrodos para que os experimentos sejam reprodutíveis ao longo do tempo e dos sujeitos. Os eletrodos são designados de acordo com áreas corticais identificadas e localização do hemisfério, e são sistematicamente separados para dentro de 10% ou 20% da distância total frente a trás ou da direita para a esquerda do crânio.

O gel de eletrólito é usado com eletrodos para aumentar a condutividade. Os sinais ativos são amplificados em relação a um eletrodo de referência, e o sistema é aterrado para reduzir o ruído. Além disso, os sinais são filtrados para coletar apenas aqueles que se enquadram na faixa de frequência EEG. Artefatos de movimentos corporais, como piscar os olhos, são tipicamente monitorados e subtraídos dos dados.

Antes do experimento, os procedimentos são explicados ao participante e um consentimento por escrito é obtido. A circunferência da cabeça do sujeito é medida, e um tamanho apropriado da tampa do eletrodo é selecionado. Os marcos para a colocação da tampa são marcados e seguidos de acordo com o sistema de colocação 10-20. Em seguida, o gel condutor é injetado dentro de cada suporte de eletrodo, fazendo uma pilha de gel contra o couro cabeludo, apenas o suficiente para evitar interferência entre eletrodos vizinhos. Os eletrodos ativos são então fixados nos suportes. O sujeito está agora posicionado para o experimento, e é lembrado para minimizar movimentos desnecessários. Finalmente, o visor EEG é verificado para ter certeza de que tudo está funcionando corretamente.

Agora que você aprendeu o básico de executar um experimento de EEG, vamos examinar algumas aplicações específicas desta técnica em pesquisa cognitiva.

O EEG é usado para estudar cognição social em adultos e bebês. Aqui, o experimento envolve uma demonstração de fantoches cara a cara com uma criança como sujeito a testar recall imediato e imitação. Os dados coletados de todo o couro cabeludo mostram diferenças na atividade de EEG em vários pontos de tempo experimentais.

A ressonância magnética funcional, ou ressonância magnética, é outra técnica não invasiva que mede a atividade cerebral. A sensibilidade da ressonância magnética ao local de ativação pode ser combinada com a sensibilidade do EEG ao tempo de ativação. Juntas, essas técnicas permitem o mapeamento funcional em um nível mais alto para entender processos cognitivos como sono, consciência, emoção, aprendizado e memória.

Finalmente, o EEG pode ser combinado com estimulação transcraniana de corrente direta, ou tDCS, uma técnica que permite estimulação cerebral para modular a excitabilidade dos neurônios. O TDCS tem potencial para o tratamento de distúrbios neurológicos que afetam as habilidades cognitivas, e o EEG é usado para monitorar e otimizar os efeitos da estimulação direta. Programas de software executando transformações automáticas rápidas Fourier são usados para observar alterações no espectro de energia EEG em tempo real.

Você acabou de assistir o vídeo do JoVE no EEG. Este vídeo discutiu como os sinais de EEG são gerados, como essa técnica é usada para entender a cognição, os fundamentos da realização de um experimento de EEG e, finalmente, algumas aplicações específicas em estudos cognitivos. Como sempre, obrigado por assistir!

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