Die Untersuchung der Eigenschaften des episodischen Gedächtnisses mit Event-related potentials bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit

Published 8/30/2011
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Medicine

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Summary

Die Methodik zur Erfassung der High-Density-Ereignis im Zusammenhang mit möglichen Daten, während Patienten mit Alzheimer-Krankheit führen eine Anerkennung Gedächtnisaufgabe überprüft wird. Dieses Protokoll umfasst unterliegen, Qualitätssicherung, Datenerhebung und Datenanalyse.

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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

Unser Labor verwendet ereignisbezogene EEG-Potentiale (EKP) zu verstehen und zu unterstützen Verhaltensstörungen Untersuchungen des episodischen Gedächtnisses bei Patienten mit amnestischen mild cognitive impairment (AMCI) und der Alzheimer-Krankheit (AD). Während Verhaltensdaten informieren Sie uns über die Patienten die Leistungen, ermöglichen ERPs uns auf diskrete Veränderungen in der Hirnaktivität aufzeichnen. Darüber hinaus kann ERPs geben uns Einblick in die Entstehung, Dauer, und die Interaktion der unabhängigen kognitiven Prozessen mit Abrufen von Erinnerungen verbunden. In Patientengruppen sind diese Arten von Studien verwendet werden, um zu prüfen, welche Aspekte des Gedächtnisses beeinträchtigt werden und die immer noch relativ intakt im Vergleich zu einer Kontrollgruppe. Die Methodik zur Erfassung der ERP-Daten aus einer anfälligen Patientengruppe zu, während diese Teilnehmer eine Anerkennung Speicher Aufgabe überprüft wird. Dieses Protokoll umfasst Teilnehmer, Qualitätssicherung, Datenerhebung und Datenanalyse. Zusätzlich zu den grundlegenden Aufbau und Akquisition werden wir auch zeigen, Lokalisierungs-Techniken, um größere räumliche Auflösung und die Quelle Lokalisierung mit hoher Dichte (128 Kanäle) Elektroden-Arrays zu erhalten.

Protocol

1. Richten Sie das EEG Anlagen

  1. Unser Labor verwendet die 128-Kanal-BioSemi ActiveTwo EEG-Erfassungssystem mit "aktiven" Elektroden (Amsterdam, Niederlande; http://www.biosemi.com ) und die ActiveTwo Elektrodenkappe (Behavioral Brain Sciences Center, Birmingham, Großbritannien) zu erhalten ERP-Daten.
  2. Stellen Sie sicher, dass der Akku voll aufgeladen ist und an den Verstärker.
  3. Sammeln Sie alle notwendigen Materialien, um Teilnehmer Set-up komplett, einschließlich: Spritze, Gel, Maßband, verschieden große EEG-Hauben, Alkoholtupfer, Gesichts-Elektrode Aufkleber und Klettverschlüssen an die Elektrodenkabel zu sichern.
  4. Legen Sie Aufkleber auf fünf Gesichts-Elektroden.

2. Richten Sie die Stimuli Presentation and Data Acquisition Computers

  1. Schalten Sie sowohl die Stimuli-Präsentation Computer und Datenerfassung Computer.
  2. Unser Labor verwendet E-Prime-Software (Pittsburgh, PA) auf Reize präsentieren und zu erwerben Verhaltensdaten.
  3. Vergewissern Sie sich, dass das Experiment schickt die entsprechende Trigger-Codes, um die Datenerfassung Computer.
  4. Um dies zu tun:
    • Schalten Sie den Verstärker in den Teilnehmer Kammer (Hinweis: keine Elektroden oder Kabel müssen angeschlossen werden, um dies zu tun), offene Software zur Datenerfassung über die Datenerfassung Computer, drücken Sie Start (nicht speichern).
    • Gehen Sie auf die Reize Präsentation Computer, öffnen Sie Ihr Experiment-Datei, und klicken Sie laufen.
    • Sie sollten nun die entsprechende Trigger-Codes, die Sie in Ihrem Test-Datei angezeigt werden, auf der Datenerfassungs-Software programmiert.

3. Teilnehmer Vorbereitung

  1. Detail alle Studiengänge Verfahren mit dem Teilnehmer und Anschrift Bedenken bezüglich der Sicherheit. Darüber hinaus versichern, dass die Patienten über die Protokoll, indem er sie berichten das Protokoll zurück auf die Forscher in ihren eigenen Worten.
  2. Haben Teilnehmer bequem in mittlerer Höhe hart-backed Stuhl.
  3. Sobald die Teilnehmer sitzt, sicherzustellen, dass seine / ihre Blickrichtung von der Anzeige-Standard für das Experiment (hier benutzen wir 48 Zoll) ist.
  4. Messen Sie den Umfang des Teilnehmers den Kopf, um zu bestimmen, welche EEG-Haube verwendet werden soll.
  5. Bitten Sie die Teilnehmer für alle Schmuck-oder Haar-Accessoires so zu entfernen, da einwandfreien Sitz der EEG-Haube und genaue Aufzeichnung zu gewährleisten. Auch wenn der Teilnehmer trägt eine Brille, ist es am besten, ihn zu haben / sie nehmen sie an diesem Punkt, bis alle der Gesichts-Elektroden angewendet wurden.
  6. Es ist auch wichtig, die folgenden mit jedem Thema review:
    • Entfernen Sie alle Kaugummis oder Bonbons / Münzstätten zu motorischen Bewegungen zu reduzieren
    • Bitten Sie die Teilnehmer zu den Einrichtungen, bevor er als verwenden, um keine Unterbrechung des EEG-Aufzeichnung
    • Fragen Sie Teilnehmer zu versuchen und zu halten, Bewegungen und Auge blinkt auf ein Minimum, aber nicht übermäßig über das Tun so betroffen sein
  7. Mit dem Alkoholtupfer, reinigen die Teilnehmer die Haut von Öl und / oder Make-up, wo die Gesichts-Elektroden platziert werden soll: eine auf jedem Warzenfortsatzes, eine auf jeder Tempel, und eine direkt unter dem linken Auge.
  8. Legen Sie eine kleine Menge von leitenden Gel auf jede Gesichts-Elektrode, ziehen Sie die Schutzfolie von dem Aufkleber und auf den Teilnehmer, indem eine kleine Menge an Druck, um sicherzustellen, dass die Elektrode an ihrem Platz bleiben.
  9. Legen Sie nun die EEG-Haube auf die Teilnehmer den Kopf und befestigen Sie den Gurt unter seinem / ihrem Kinn. Wenn der Teilnehmer trägt eine Brille, habe ihm / ihr diese zu befestigen, bevor auf der Kappe.
  10. Dann messen (in Zentimeter) von der Nasion (Nasenrücken), um die Inion (Vorsprung an der unteren Rückseite des Kopfes). Multiplizieren Sie diese Messung durch .5 (Suche nach der Mitte) und das ist, wo Elektrode A1 von vorne nach hinten gelegt werden sollte. Anschließend messen Sie von der präaurikulär auf einem Ohr zum anderen (Gedankenstrich genannten Knorpel am Ohr). Der Mittelpunkt dieser Messung ist, wo Elektrode A1 von Seite zu Seite gestellt werden sollte.

4. Digitalisieren für Source Localization und Elektrodenplatzierung

  1. Unser Labor verwendet die Polhemus Patriot Digitizer / Locator (Colchester, VT), dreidimensionale Darstellungen (oder Kopf-Modelle) von Elektrodenpositionen auf jeder Teilnehmer den Kopf erhalten. Diese Kontrollen für Variabilität in Schädelform für jeden Teilnehmer und sorgt für eine genauere Quelle Lokalisierung. Weiterhin können diese Kopf-Modelle mit strukturellen Magnetresonanztomographie Bilder co-registriert sein, um zusammen binden die überlegene räumliche Auflösung der MRT und der oberen temporalen Auflösung von ERPs.
  2. Zuerst legen Sie die Lokalisierung Sender unter der Kappe hinter dem linken Ohr, mit überschüssigem Kabel versteckt in unter dem Kinnriemen, um im Platz zu halten.
  3. Attach-Empfänger zu einem hölzernen Stuhl in eine Position unterhalb der Kopfgröße des Teilnehmers, ca. 6 cm vom Sender.
  4. Öffnen Sie die Digitalisierung Software und Messungen von elektrOde Standorten mit Stift als Aufforderung durch die Software.
  5. Generate 3D-Kopf-Modell der Elektrodenpositionen mit MR Locator Software und übernehmen für die Lokalisierung von Roh-EEG-Daten.
  6. Sobald die 3D-Kopf-Modell für die Teilnehmer auf dem Computer-Display überprüft, sind wir bereit, die Elektrode an jedem vordefinierten Ort auf der ActiveTwo Kappe Ort.
  7. Füllen Sie die Elektrode Vertiefungen auf der Kappe mit dem leitenden Gel und Stecker in alle Elektroden. Sammeln Sie alle Kabel-und Gesichts-Elektroden hinter dem Teilnehmer und stecken Sie sie in den Verstärker.
  8. Angebot älteren Teilnehmer eine Pause, vor allem bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit, die häufig Pausen verlangen kann, um den Fokus und anhaltende Aufmerksamkeit auf die experimentelle Aufgabe zu erhalten.
  9. ActiView Software wird verwendet, um sicherzustellen, dass alle Elektroden frei von Artefakten und Widerstand sind akzeptabel. Nachdem alle Elektroden angebracht sind, und die Teilnehmer bereit ist, das Experiment zu beginnen, sollten Widerstandsstufen der Elektroden auf die Datenerfassung Computer mit ActiView Software überprüft werden. Offset-Spiegel sollten innerhalb von + /-25μV werden.
  10. Sobald alle Widerstandslinien akzeptabel sind, ist das Experiment bereit, ausgeführt werden.

5. Datenerfassung für beide EEG-Daten und Experiment

  1. Unser Labor verwendet BioSemi ist ActiView Software zum Anzeigen und erwerben Roh-EEG-Daten.
  2. Legen Sie Verhaltensdaten Präsentations-Datei. Geben Sie die Teilnehmernummer. Die experimentelle Software speichert die Teilnehmer Antworten und generiert automatisch eine Datei einmal das Experiment beendet läuft mit dieser Teilnehmernummer.
  3. Führen Sie eine Überprüfung, um sicherzustellen, den Teilnehmer 48 Zoll ist aus der Mitte des Displays Monitor sitzt.
  4. Nachdem das Experiment vollständig geladen hat, Handlungsanweisungen lesen und verifiziert werden mit Teilnehmer.
  5. In unserer aktuellen Erkenntnis-Speicher-Design, beginnt das Experiment mit der Studienphase, in denen die Teilnehmer entweder mit einer Reihe von Bildern oder Worten vorgestellt werden.
  6. Beginnen Sie sparen Roh-EEG-Daten-Datei auf der Datenerfassung Computer.
  7. Starten Reiz Lieferung auf den Stimulus Präsentation Computer.
  8. Haben Forscher arbeiten mit älteren Erwachsenen zur Eingabe Antworten auf die Schaltfläche Feld. Dies ist besonders wichtig für Patienten mit kognitiver Beeinträchtigung.
  9. Monitor-Teilnehmer während Verhaltensstörungen Aufgabe, einschließlich Notwendigkeit für Pausen.
  10. Nachdem alle Verhaltens-Stimuli präsentiert wurden, müssen Roh-EEG-Daten gespeichert werden. Auch hier sind Verhaltensstörungen Daten automatisch per E-Prime-Software gespeichert.
  11. Nach dem Speichern der Studie oder Codierung von Daten, wird die vorherige 9 Schritte für die Testphase, in denen die Teilnehmer wieder entweder mit einer Reihe von Bildern oder Worten vorgestellt wiederholt werden. Während der Testphase wird die Hälfte der Punkte aus der Studienphase und die Hälfte der Produkte werden neu sein. Die Teilnehmer werden die alten / neuen Status des Elements durch die Berichterstattung ihre Antwort laut dem Forscher identifizieren. Der Forscher wird danach die Teilnehmer die Antwort auf die Schaltfläche Feld.

6. Daten Post-Processing Pipeline

  1. Unser Labor verwendet EMSE Suite 5.3
  2. Die Rohdaten müssen zunächst vorbereitet und digital gefiltert, um Rauschen und Artefakte aus dem Signal zu entfernen, bevor jede Art von Analyse durchgeführt werden kann.
  3. Zunächst zeitliche Filter, wie Infinite Impulse Response und Bandpass-Filter angewendet werden müssen.
  4. Als nächstes müssen die Daten bis zu einem gewissen Punkt auf dem Kopf referenziert werden. Wählen Sie Referenz. In dem aktuellen Protokoll, verwenden wir die gemeinsamen durchschnittlichen Referenz.
  5. Als nächstes müssen die Daten räumlich gefiltert werden und schlechte Kanäle interpoliert. Sichtprüfung der Daten durchgeführt wird und entsprechende Filter eingerichtet.
  6. Schließlich muss Okular Artefaktkorrektur Methoden genutzt werden, um das Signal für Lidschlags und Augenbewegungen Artefakt zu korrigieren.

7. Repräsentative Ergebnisse

Unsere Arbeit hat gezeigt, dass die frühen frontal alt / neu-Effekt (hits> korrekte Ablehnungen), typischerweise mit konzeptuellen Verarbeitung oder Gedenkstätte Vertrautheit verbunden sind, intakt bleiben für Bilder bei Patienten mit leichter Alzheimer-Krankheit im Vergleich zu gesunden älteren Erwachsenen, aber nicht für Wörter (Ally , McKeever, Waring, und Budson, 2009). Ally et al. (2009) haben gezeigt, dass die parietale alt / neu-Effekt, in der Regel mit Erinnerung verbunden sind, bei Patienten, bei beiden Bildern und Worten im Vergleich zu ihren Altersgenossen beeinträchtigt ist. Mit anderen Worten, erscheinen die frontal Gedenkstätte Prozesse mit der Anerkennung verbundenen ähnlich zu sein für die Bilder zwischen den Patienten mit AD und gesunden älteren Erwachsenen. Im Gegensatz dazu sind diese Prozesse nach Worten von Patienten beeinträchtigt sein, wenn wir Unterschiede zwischen den beiden Gruppen zu untersuchen. Dieser deutliche Unterschied zwischen den Gruppen ist für hintere Speicher Prozesse sowohl für Bilder und Worte deutlich. Obwohl es erhebliche Diskussionen über die kognitiven Prozess zugeordnet worden mit der frühen frontal effect, vermuten wir, dass Patienten mit leichter Alzheimer-Krankheit kann erfolgreich nutzen konzeptionelle Verarbeitung oder Gedenkstätte Vertrautheit ihrer Diskriminierung für Bilder im Vergleich zu Worte zu erhöhen, und diese Prozesse wahrscheinlich unterliegen dem robusten Bild Überlegenheit Wirkung bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit.

Frontal ERP-Aktivität mit der erfolgreichen Abruf von Worten und Bildern verbunden ist, für Patienten mit sehr milder Alzheimer-Krankheit und gesunde ältere Steuerelemente (Abbildung 1) gezeigt. Diese Bilder wurden während der 300 bis 500 ms Zeitintervall in der Regel mit konzeptuellen Verarbeitung oder Gedenkstätte Vertrautheit verbunden genommen. Beachten Sie die ähnlich frontal alt / neu-Effekt für Bilder (rot Falschfarbendarstellung), sondern vermindert Wirkung für Wörter zwischen den Gruppen. (Cyan Falschfarbendarstellung).

Abbildung 1
Abbildung 1: Repräsentative ERP Activity Während Retrieval Task in der Alzheimer-Patienten und gesunden Probanden.

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Discussion

ERP-und Verhaltensdaten können uns mit unterschiedlichen und sich ergänzenden Informationen zu liefern. Während Verhaltensdaten informiert uns über die Patienten die Leistungen, ermöglichen ERPs uns auf diskrete Veränderungen in der Hirnaktivität aufzeichnen. Aufgrund ihrer hervorragenden zeitlichen Auflösung haben ERPs als sehr nützlich erwiesen in distanziert und das Verständnis der Rolle der Gedenkstätte Prozesse (zB konzeptionelle Verarbeitung und Vertrautheit, Erinnerung, post-Retrieval-Monitoring-Prozesse), die zuvor mit speziellen alten / neuen Komponenten des zugehörigen ERP-Welle (früh frontal, parietal, spät frontal,) (siehe Ally & Budson, 2007). Bei der Untersuchung bei Patienten mit kognitiver Beeinträchtigung, sind event-related potentials (ERP) sehr nützlich für das Verständnis Physiologie des Gehirns, insbesondere bei der Gewinnung aussagekräftige Verhaltensdaten ist schwierig (Ally, 2011). Allerdings gibt es viele Fallstricke bei der Interpretation konfrontiert ERP-Daten in diesen Populationen. Zum Beispiel, aufgrund der Heterogenität der Alzheimer Pathologie, ERP-Daten von Patienten haben oft erhebliche Unterschiede zwischen den Fächern. Das aktuelle Protokoll zeigt Wege auf, in denen die Varianz minimiert werden können. Die Ergebnisse aus diesem Protokoll helfen, die kognitiven und neuronalen Grundlagen der Gedächtnisverlust mit leichter Alzheimer-Krankheit zu verstehen und zu helfen, aufzuklären, die Gedenkstätte Prozesse beeinträchtigt werden und die relativ intakt sind in milden Alzheimer-Krankheit. Unsere Arbeit zeigt, dass einige frontal-vermittelte Gedächtnisprozesse, vielleicht konzeptionellen Verarbeitung oder Gedenkstätte Vertrautheit, intakt bleiben Bilder in Patienten (Ally et al., 2009). Dieses Verständnis kann wiederum ermöglichen neue medikamentöse Therapien und frühen verhaltenstherapeutischen Interventionen zu entwickeln und zu halten Patienten engagiert und Leben in der Gemeinschaft für längere Zeit.

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Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgements

Dieses Protokoll wurde von der National Institute on Aging gewähren K23 AG031925 und R01 AG038471 unterstützt.

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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