アルツハイマー病患者における事象関連電位を用いたエピソード記憶の特性を調べる

Published 8/30/2011
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Medicine

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Summary

アルツハイマー病の患者は、再認記憶のタスクを実行しながら、高密度事象関連電位のデータを収集するための方法論が見直されている。このプロトコルは、被験者の準備、品質保証、データ収集、およびデータの分析が含まれます。

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Hussey, E., Ally, B. Examining the Characteristics of Episodic Memory using Event-related Potentials in Patients with Alzheimer's Disease. J. Vis. Exp. (54), e2715, doi:10.3791/2715 (2011).

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Abstract

当研究室では、健忘軽度認知障害(aMCI)とアルツハイマー病(AD)患者におけるエピソード記憶の行動調査を理解し、サポートするイベント関連の脳波電位(ERPの)を使用しています。行動データは、患者のパフォーマンスについての私達を知らせるのに対し、事象関連電位は、私たちは脳の活動に離散的な変化を記録することができます。さらに、事象関連電位は、発症、持続時間、およびメモリの取得に関連付けられている独立した認知過程の相互作用に私達に洞察を与えることができます。患者集団では、研究のこれらのタイプは、メモリの側面は対照集団に比べて障害となるが、相対的に無傷のままにしているかを調べるために使用されます。これらの参加者が再認記憶のタスクを実行している間、脆弱な患者集団からERPのデータを収集するための方法論が見直されている。このプロトコルは、参加者の準備、品質保証、データ収集、およびデータの分析が含まれます。基本的な設定と取得に加えて、我々はまた、高密度(128チャンネル)の電極アレイを用いてより大きな空間分解能と音源定位を得るためにローカライズ技術のデモンストレーションを行います。

Protocol

1。 EEG装置を設定する

  1. 、当研究室では、"アクティブ"電極(アムステルダム、オランダで128チャネルBioSemi ActiveTwo脳波収集システムを使用してhttp://www.biosemi.com取得するとActiveTwo電極キャップ(行動脳科学総合研究センター、バーミンガム、英国)) ERPのデータ。
  2. バッテリーが完全に充電し、アンプに接続されていることを確認してください。
  3. 電極ケーブルを固定するために注射器、ゲル、テープメジャー、様々なサイズの脳波キャップ、アルコール綿棒、フェイシャル電極のステッカー、およびベルクロストラップ:を含む参加者のセットアップを完了するために必要なすべての材料を、集める。
  4. five顔の電極上にステッカーを置きます。

2。刺激のプレゼンテーションやデータ収集コンピュータを設定する

  1. 刺激のプレゼンテーションのコンピュータとデータ収集コンピュータ両方の電源を入れます。
  2. 当研究室では、刺激を提示し、行動データを取得するためにE -プライムソフト(ピッツバーグ、PA)を使用します。
  3. 実験はデータ収集コンピュータに適切なトリガーのコードを送信していることを確認してください。
  4. これを行うには:
    • 参加者のチャンバー内にアンプの電源を入れます(注:電極やケーブルは、これを行うにプラグインする必要はありません)、データ収集コンピュータ、ヒットスタート(保存しない)のオープンデータ収集ソフト。
    • あなたの実験ファイルを開く、刺激のプレゼンテーションのコンピュータに移動し、実行を押します。
    • これで、データ集録ソフトウェアのプログラム上に現れるあなたの実験ファイルにプログラムを適切なトリガーコードが表示されるはずです。

3。参加者の準備

  1. 詳細参加者とアドレス、任意の安全性への懸念を持つすべての試験の手順。さらに、患者は完全に彼らが戻って自分の言葉で研究者へのプロトコルを報告することによって、プロトコルを理解していることを保証する。
  2. 中背ハードの椅子で快適に座った参加者を持っている。
  3. 参加者が着席されると、ディスプレイからビジョンの彼/彼女のラインの実験(ここでは48インチを使用)するための標準であることを確認してください。
  4. EEGキャップを使用すべきかを決定するために、参加者の頭部の円周を測定します。
  5. 脳波キャップと正確な記録の適切なフィットを確保するために、あらゆる宝石やヘアアクセサリーを削除するには、参加者に依頼してください。また、参加者が眼鏡を身に着けているなら、それは彼を持っている/顔の電極のすべてが適用されるまで、彼女はこの時点でそれらを離陸するのが最善です。
  6. それぞれの被験者では、次を確認することも重要です。
    • モーターの動きを減らすために、任意のチューインガムやキャンディー/ミントを削除します。
    • 脳波記録を中断しないために開始する前に施設を使用するために、参加者に依頼
    • 試してみて、最小限に動き、まばたきを保つために参加者を求めるが、過度にそう心配することは
  7. アルコール綿棒を使用して、顔の電極が配置される油及び/またはメイクアップの参加者の肌を、清潔に:それぞれの乳様突起上の1つ、各寺院の1つ、および直接左目下の画像。
  8. それぞれの顔の電極の上にゲルを行うの少量を置き、電極が所定の位置にとどまることを保証するために圧力の少量を適用し、参加者にステッカーと場所からバッキングを取り外します。
  9. 今すぐ参加者の頭の上にEEGキャップを置き、彼/彼女のあごの下にストラップを固定します。参加者はメガネを着用する場合、彼/彼女は、キャップを装着する前にこれらを入れています。
  10. [後]頭骨(鼻の橋)からイニオンの隣に、尺度(単位:cm)(ヘッドの下部背面にある突起)。 0.5(中間点を見つけること)することにより、この測定値を乗算し、電極A1が前面から背面に配置する必要がある場所です。他の1つの耳(耳の軟骨上記のインデント)で事前に耳から次に、測定。この測定値の中間点は、電極A1が横方向からのどこに置くかです。

4。ソースのローカライズと電極配置のために数値化

  1. 当研究室では、各参加者の頭の上に電極位置の三次元表現(またはヘッドモデル)を取得するPolhemus社パトリオットデジタイザ/ロケータ(コルチェスター、バーモント州)を使用します。これは、各参加者の頭蓋骨の形状のばらつきのためにコントロールし、より正確な音源定位になります。さらに、これらのヘッドのモデルは、MRIの優れた空間分解能とERPの優れた時間分解能を結び付けるために構造的磁気共鳴画像と同じ場所に登録することができます。
  2. 最初に、場所を保つためにヒゲの下に隠れて過剰なコードを使用して、左耳の後ろのキャップの下のローカリゼーションの送信機を置きます。
  3. 送信機から約6インチ、参加者の頭の下の位置にある木製の椅子に受信機を取り付けます。
  4. デジタル化ソフトウェアを開いて、であるelectrの測定値を取るスタイラスとODEの場所は、ソフトウェアによって求められます。
  5. MRロケータのソフトウェアを使用して、電極位置の3次元頭部モデルを生成し、生の脳波データのローカライズのために受け入れる。
  6. 参加者のための3次元頭部モデルをコンピュータのディスプレイ上で確認されると、我々はActiveTwoキャップ上の各事前定義された位置に電極を配置する準備ができました。
  7. 全ての電極の導電性ゲルとプラグとキャップの電極の井戸を埋める。参加者の背後にあるすべてのケーブルと顔の電極を収集し、アンプのプラグを差し込んでください。
  8. 実験的なタスクにフォーカスし、持続的な関心​​を維持するために頻繁に休憩を必要とする可能性のある、特に古い参加者は休憩、アルツハイマー病患者を、提供しています。
  9. ActiViewソフトウェアは、すべての電極が許容されるアーティファクトと抵抗のレベルの自由であることを保証するために使用されます。すべての電極が配置された、と参加者が実験を開始できるように準備してされた後、電極の抵抗値レベルは、ActiViewソフトウェアを使用してデータ収集コンピュータ上でチェックする必要があります。オフセットのレベルは+ / -25μV以内である必要があります。
  10. すべての抵抗のレベルが許容範囲であると、実験は実行する準備ができました。

5。脳波データと実験の両方のデータ収集

  1. 当研究室では、生の脳波データを表示および取得するBioSemiのActiViewソフトウェアを使用しています。
  2. 行動データのプレゼンテーションファイルをロードします。参加者の番号を入力します。実験的なソフトウェアは、参加者の応答を保存し、実験は、この参加者の数と実行を終了すると自動的にデータファイルを生成します。
  3. 参加者は、ディスプレイモニタの中心から48インチを装着されるようにするには、チェックを実行します。
  4. 実験がロードされると、行動の指示を読んで、参加者に確認する必要があります。
  5. 私たちの現在の認識のメモリの設計では、実験では参加者が絵や単語のどちらかのシリーズで提示される研究段階から始まります。
  6. データ収集コンピュータ上で生の脳波データファイルの保存を開始します。
  7. 刺激提示のコンピュータ上で刺激の配信を開始します。
  8. ボタンボックスの入力のレスポンスに高齢者と研究者の仕事を持っている。これは、認知障害の患者さんのために特に重要です。
  9. 休憩の必要性を含む行動課題中に参加者を、監視する。
  10. すべての行動の刺激が提示されれば、生の脳波データを保存する必要があります。再び、行動データを自動的にE -総理ソフトウェアによって保存されます。
  11. 研究や符号化データを保存した後、前の9段階は、参加者が再び画像または一連の単語のいずれかで提出される試験の段階、のために繰り返されます。テストフェーズ中に、項目の半分は、小説となる項目の研究段階と後半からになります。参加者は研究者に声を出して自分の答えを報告することでアイテムの古い/新しい状態を識別します。研究者は、入力ボタンのボックス上で参加者の応答を転送します。

6。データのポストプロセッシングパイプライン

  1. 当研究室では、EMSEスイート5.3を使用しています
  2. 生データは、最初に準備するとデジタルな種類の分析が完了する前に、信号からノイズやアーティファクトを除去しなければなりません。
  3. このような無限インパルス応答とバンドパスフィルタとして最初に、時間的なフィルタは、適用する必要があります。
  4. 次に、データは頭の上にいくつかの点を基準にする必要があります。参照を選択します。現在のプロトコルでは、我々は一般的な平均の参照を使用してください。
  5. 次に、データを空間的にフィルタリングし、不正なチャネルが補間されている必要があります。データの目視検査を行い、適切なフィルタは、場所に置かれます。
  6. 最後に、眼球アーチファクトの補正方法は、瞬目や眼球運動アーチファクトのための信号を補正するために利用されている必要があります。

7。代表的な結果

私たちの仕事は、(一般的に概念的な処理や記念の熟知に関連付けられている初期の前頭葉古い/新しい効果が(ヒット>正しい拒否)、、健康な高齢者に比べて軽度アルツハイマー病患者の画像に対してではなく、言葉のためにそのまま残っている味方を示している、マッキーバー、ワーリング、&Budson、2009)。同盟国ら。 (2009)一般的に記憶に関連付けられている頭頂新しい/古い効果は、、同僚と比較して写真と言葉の両方の患者で障害されていることが示されている。言い換えれば、認識に関連する前頭葉記念プロセスは、ADと健康な高齢者の患者の間での画像の似ているように見える。我々は2群間の差を調べる際には対照的に、これらのプロセスは、患者の言葉のために損なわれている。グループ間のこの大きな違いは、写真と言葉の両方の後部メモリプロセスのために明白である。初期の前頭電子に関連する認知過程にとしてかなりの論争があったが、ffectは、我々は、軽度のアルツハイマー病患者が正常に言葉に比べて画像のための彼らの差別を増大し、これらのプロセスは、おそらくアルツハイマー病患者における堅牢な画像優位性効果の根底にあることが概念的な処理や記念の知識を利用できると仮定した。

言葉と絵の正常な取得に関連する前頭葉ERPの活性は非常に軽度のアルツハイマー病と健常高齢対照(図1)患者のために示されている。これらの画像は、通常、概念的な処理や記念の熟知に関連付けられている300から500 msの時間間隔の間に採取した。画像の類似の正面古い/新しい効果(赤、擬似カラー)が、グループ間での単語の減少効果に注目してください。 (シアン疑似カラー)。

図1
図1:アルツハイマー病患者と健常者で検索タスクの間に代表ERP活動。

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Discussion

事象関連電位と行動データが異なると補完的な情報をご提供することができます。行動データは、患者のパフォーマンスについての私達を知らせるのに対し、事象関連電位は、私たちは脳の活動に離散的な変化を記録することができます。彼らの優れた時間分解能に起因する、事象関連電位は、以前の特定の古い/新しいコンポーネントに関連付けられている追悼のプロセスの役割(例えば、概念的な処理と親しみ、記憶、ポスト検索の監視プロセス)を解離し、理解する上で非常に有用であることが証明されているERP波(それぞれ、後半に前頭葉、前頭葉、頭頂初期)(アリー&Budson、2007を参照)。認知障害の患者を研究に、事象関連電位(ERPのは)(アリー、2011)が困難な意味のある行動データを取得する場合は特に、脳の生理学を理解するのに非常に便利です。しかし、これらの集団におけるERPのデータを解釈するときに直面する多くの落とし穴があります。例えば、アルツハイマー病病理の異質性のために、患者からERPのデータは、多くの場合、被験者間に有意な差異を持っている。現在のプロトコルは、分散を最小化することができる方法を強調。このプロトコルの結果は、軽度のアルツハイマー病に関連した記憶喪失の認知と神経基盤を理解する助けになる、と記念プロセスが障害と軽度アルツハイマー病では比較的無傷であるかされているの解明に役立ちます。私たちの仕事は、おそらくいくつかの正面を介したメモリのプロセスが、概念的な処理や記念精通ことを明らかに、患者(アリーら、2009)での写真はそのまま残ります。この理解はで開発される新たな薬物療法と早期行動介入を行うことができるにして、患者が従事し、長期間のコミュニティに住んで保つかもしれない。

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Disclosures

利害の衝突は宣言されません。

Acknowledgements

このプロトコルは、助成金K23 AG031925とR01 AG038471の国立老化研究所によってサポートされていました。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
BioSemi Active Two EEG Acquisition System* Cortech Solutions, Inc.
Polhemus Patriot Digitizer Cortech Solutions, Inc.
E-Prime 2.0 Professional Software Psychology Software Tools, Inc.
* This system includes the amplifier, Active Two EEG caps, syringes, SignaGel (conductive gel), and facial electrode stickers.

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References

  1. Ally, B. A., Budson, A. E. The worth of pictures: Using high density event-related potentials to understand the memorial power of pictures and the dynamics of recognition memory. Neuro Image. 35, 378-395 (2007).
  2. Ally, B. A., McKeever, J. D., Waring, J. D., Budson, A. E. Pictures preserve frontal memorial processes in patients with mild cognitive impairment. Neuro psychologia. 47, 2044-2055 (2009).
  3. Ally, B. A. Using EEG and MEG to understanding brain physiology in dementia. The Handbook of Alzheimer's disease and other dementias. Budson, A. E., Kowall, N. W. Blackwell Publishing. (2011).

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