Esaminando le caratteristiche della memoria episodica con potenziali evento-correlati nei pazienti con malattia di Alzheimer

Published 8/30/2011
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Medicine

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Summary

La metodologia per la raccolta ad alta densità evento dati relativi potenziali mentre i pazienti con malattia di Alzheimer svolgere un compito di memoria di riconoscimento è recensione. Questo protocollo prevede la preparazione soggetto, garanzia di qualità, acquisizione dati e analisi dei dati.

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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

Il nostro laboratorio utilizza le potenzialità EEG evento-correlati (ERP) per comprendere e sostenere indagini comportamentali della memoria episodica nei pazienti amnesici con danno cognitivo lieve (AMCI) e la malattia di Alzheimer (AD). Mentre i dati comportamentali ci informano sulle prestazioni dei pazienti ', ERP ci permettono di registrare i cambiamenti nell'attività cerebrale discreto. Inoltre, ERP può darci comprensione l'inizio, la durata e l'interazione di indipendente processi cognitivi associati con recupero della memoria. In popolazioni di pazienti, questi tipi di studi sono utilizzati per esaminare quali aspetti della memoria sono danneggiate e che rimangono relativamente intatte rispetto ad una popolazione di controllo. La metodologia per la raccolta di dati ERP da una popolazione di pazienti vulnerabili, mentre questi partecipanti svolgere un compito di memoria di riconoscimento è recensione. Questo protocollo comprende la preparazione dei partecipanti, garanzia di qualità, acquisizione dati e analisi dei dati. Oltre alla configurazione di base e l'acquisizione, ci dimostrano anche le tecniche di localizzazione di ottenere una maggiore risoluzione spaziale e la localizzazione di origine utilizzando ad alta densità (128 canali) schiere di elettrodi.

Protocol

1. Impostare l'apparecchiatura EEG

  1. Il nostro laboratorio utilizza il 128-canale BioSemi sistema di acquisizione EEG ActiveTwo con "attivo" elettrodi (Amsterdam, Paesi Bassi, http://www.biosemi.com ) e il cappuccio dell'elettrodo ActiveTwo (Cervello Behavioral Sciences Center, Birmingham, UK) per ottenere dati ERP.
  2. Assicurarsi che la batteria è completamente carica e collegato all'amplificatore.
  3. Raccogliere tutto il materiale necessario per completare partecipante set-up, tra cui: siringa, gel, metro a nastro, diverse dimensioni tappi EEG, tamponi imbevuti di alcool, adesivi elettrodi viso, e le cinghie in velcro per fissare i cavi degli elettrodi.
  4. Luogo adesivi su cinque elettrodi viso.

2. Impostare la Presentazione stimoli e computer di acquisizione dati

  1. Accendere sia il computer di stimoli presentazione e il computer di acquisizione dati.
  2. Il nostro laboratorio utilizza il software E-Prime (Pittsburgh, PA) per presentare gli stimoli e acquisire dati comportamentali.
  3. Verificare che l'esperimento sta inviando i codici di attivazione appropriata al computer di acquisizione dati.
  4. Per fare questo:
    • Accendere l'amplificatore nella camera partecipante (NB: non elettrodi o cavi devono essere collegati per fare questo), aprire il software di acquisizione dati sul computer di acquisizione dati, avviare colpito (non salvare).
    • Vai al computer presentazione stimoli, aprire il file esperimento, e ha colpito eseguire.
    • Ora dovreste vedere i codici di attivazione appropriate che si programmato sul file di esperimento che mostra sul programma software di acquisizione dati.

3. Preparazione dei partecipanti

  1. Dettaglio tutte le procedure di studio con il partecipante e risolvere eventuali problemi di sicurezza. Inoltre, assicurarsi che i pazienti comprendere appieno il protocollo facendoli riferire il protocollo torna al ricercatore con parole proprie.
  2. Hanno partecipante seduto comodamente in altezza medio-dura sedia con lo schienale.
  3. Una volta che il partecipante è seduto, in modo che il suo / la sua linea di visione del display è di serie per l'esperimento (qui usiamo 48 pollici).
  4. Misurare la circonferenza della testa del partecipante al fine di determinare quali tappo EEG dovrebbe essere usato.
  5. Chiedere al partecipante di togliere qualunque gioielli o accessori per capelli in modo da garantire la misura adeguata del tappo di registrazione EEG e precisa. Inoltre, se il partecipante porta gli occhiali, è meglio avere lui / lei toglierli a questo punto fino a quando tutti gli elettrodi facciali sono state applicate.
  6. E 'inoltre importante rivedere quanto segue con ciascun soggetto:
    • Rimuovere eventuali gomme da masticare o caramelle / zecche per ridurre i movimenti del motore
    • Chiedere ai partecipanti di utilizzare strutture prima di iniziare per non interrompere la registrazione EEG
    • Chiedere partecipante per cercare di mantenere i movimenti degli occhi e lampeggia al minimo, ma non essere eccessivamente preoccupati per farlo
  7. Utilizzando il tampone imbevuto di alcool, pulire la pelle del partecipante di petrolio e / o di trucco, in cui gli elettrodi viso sarà posto: uno su ciascun mastoide, uno su ogni tempio, e una direttamente sotto l'occhio sinistro.
  8. Mettere una piccola quantità di gel conduttore su ogni elettrodo viso, rimuovere il supporto da l'adesivo e il luogo del partecipante, applicando una piccola quantità di pressione per garantire che l'elettrodo rimarrà al suo posto.
  9. Ora posto il tappo EEG sulla testa dei partecipanti e fissare la cinghia sotto il suo / il mento. Se il partecipante porta gli occhiali, lo hanno / metterla su questi prima di indossare il cappuccio.
  10. Successivamente, misura (in centimetri) dal nasion (ponte del naso) al inion (sporgenza sulla parte posteriore inferiore della testa). Moltiplicate questa misura da 0,5 (trovare il punto medio) e questo è dove elettrodo A1 deve essere collocato da davanti a dietro. Successivamente, misura dal pre-auricolare da un orecchio all'altro (trattini precedenti sulla cartilagine dell'orecchio). Il punto centrale di questa misura è dove A1 elettrodo deve essere collocato dal lato a lato.

4. Digitalizzazione per la localizzazione di origine e di posizionamento di elettrodi

  1. Il nostro laboratorio utilizza il Polhemus Patriot digitalizzatore / Locator (Colchester, VT) per ottenere rappresentazioni tridimensionali (o modelli testa) delle posizioni degli elettrodi sulla testa di ogni partecipante. Questo controlla la variabilità nella forma del cranio per ogni partecipante e fa per la localizzazione fonte più accurata. Inoltre, questi modelli di testa può essere co-registrate con immagini di risonanza magnetica strutturale per legare insieme la risoluzione spaziale superiore della risonanza magnetica e la risoluzione temporale superiore di ERP.
  2. In primo luogo, posizionare il trasmettitore di localizzazione sotto il tappo dietro l'orecchio sinistro, con il cavo in eccesso infilato sotto il sottogola a mantenere al suo posto.
  3. Collegare il ricevitore a una sedia di legno in una posizione sotto la testa del partecipante, circa 6 centimetri dal trasmettitore.
  4. Software open digitalizzazione e prendere le misure di elettrluoghi ode con lo stilo, come richiesto dal software.
  5. Generare modelli 3D capo di posizioni dell'elettrodo con MR software Locator e accettare per la localizzazione dei dati grezzi EEG.
  6. Una volta che il modello di testa 3D per il partecipante è stata verificata sul display del computer, siamo pronti a posizionare l'elettrodo in ogni pre-definita posizione sul tappo ActiveTwo.
  7. Riempire i pozzetti elettrodo sul tappo con il gel conduzione e collegare tutti gli elettrodi. Raccogliere tutti i cavi e gli elettrodi viso dietro il partecipante e collegarli alla dell'amplificatore.
  8. Offerta più anziani partecipanti una pausa, soprattutto i pazienti con malattia di Alzheimer, che può richiedere pause frequenti per mantenere la concentrazione e attenzione sostenuta al compito sperimentale.
  9. ActiView software è usato per assicurare che tutti gli elettrodi sono privi di livelli di artefatto e la resistenza sono accettabili. Dopo tutti gli elettrodi sono posti, e il partecipante è pronto per iniziare l'esperimento, i livelli di resistenza degli elettrodi deve essere verificata sul computer utilizzando un software di acquisizione dati ActiView. Livelli di offset dovrebbe essere entro + /-25μV.
  10. Una volta che tutti i livelli di resistenza sono accettabili, l'esperimento è pronto per essere eseguito.

5. Acquisizione dei dati sia per dati EEG e Experiment

  1. Il nostro laboratorio utilizza il software ActiView BioSemi per visualizzare e acquisire dati grezzi EEG.
  2. Carico comportamentali presentazione dei dati del file. Inserire il numero di partecipanti. Il software sperimentale salva le risposte del partecipante e genera automaticamente un file di dati, una volta l'esperimento finisce in esecuzione con questo numero di partecipanti.
  3. Eseguire un controllo per garantire il partecipante è seduto 48 pollici dal centro del monitor.
  4. Una volta che l'esperimento è stato caricato, istruzioni comportamentali dovrebbe essere letto e verificato con il partecipante.
  5. Nel nostro progetto attuale memoria di riconoscimento, l'esperimento inizia con la fase di studio, in cui il partecipante sarà presentato sia con una serie di immagini o parole.
  6. Iniziare a salvare file raw EEG i dati sul computer di acquisizione dati.
  7. Inizio consegna stimolo sul computer presentazione dello stimolo.
  8. Avere un lavoro di ricercatore con gli anziani alle risposte di ingresso sul pulsante scatola. Questo è particolarmente importante per i pazienti con deterioramento cognitivo.
  9. Partecipante monitor durante il compito comportamentali, tra cui necessità per le pause.
  10. Una volta che tutti gli stimoli comportamentali sono stati presentati, dati grezzi EEG devono essere salvati. Ancora una volta, dati comportamentali vengono salvati automaticamente dal software E-Prime.
  11. Dopo aver salvato i dati dello studio o la codifica, il precedente 9 passi verrà ripetuto per la fase di test, in cui il partecipante sarà nuovamente presentato sia con una serie di immagini o parole. Durante la fase di test, la metà degli articoli verranno dalla fase di studio e la metà degli elementi saranno romanzo. I partecipanti potranno identificare lo stato di vecchio / nuovo dell'elemento riportando la loro risposta ad alta voce al ricercatore. Il ricercatore sarà quindi risposta con ingresso dei partecipanti sulla scatola pulsante.

6. Dati Post-Processing Pipeline

  1. Il nostro laboratorio utilizza EMSE Suite 5,3
  2. I dati grezzi devono prima essere preparati e digitale filtrata per eliminare il rumore e artefatti dal segnale prima di qualsiasi tipo di analisi può essere completata.
  3. In primo luogo, filtri temporali, come la risposta all'impulso infinita e filtri passa-banda deve essere applicato.
  4. Successivamente, i dati devono essere riferiti a un certo punto sulla testa. Selezionare riferimento. Nel protocollo attuale, si usa il media di riferimento comune.
  5. Successivamente, i dati devono essere filtrati spazialmente e canali male interpolati. Ispezione visiva dei dati è eseguito e filtri appropriati sono messe in atto.
  6. Infine, oculare metodi di correzione degli artefatti devono essere utilizzati per correggere il segnale per eyeblink artefatto e il movimento degli occhi.

7. Rappresentante Risultati

Il nostro lavoro ha dimostrato che i primi frontale vecchio / nuovo effetto (hits> rifiuti corretto), tipicamente associati con l'elaborazione concettuale o familiarità memoriale, rimangono intatte per immagini nei pazienti con malattia lieve di Alzheimer rispetto agli adulti sani anziani, ma non per le parole (Ally , McKeever, Waring, e Budson, 2009). Ally et al. (2009) hanno dimostrato che l'effetto parietale vecchio / nuovo, tipicamente associati con raccoglimento, è ridotta nei pazienti sia per le immagini e le parole rispetto ai loro coetanei. In altre parole, i processi di memoria frontali associate con il riconoscimento sembrano essere simili per le immagini tra i pazienti con AD e adulti sani anziani. Al contrario, questi processi sono alterate nei pazienti per le parole quando esaminiamo le differenze tra i due gruppi. Questa differenza significativa tra i gruppi è evidente per i processi di memoria posteriori sia per immagini e parole. Anche se c'è stato un considerevole dibattito riguardo al processo cognitivo associato con l'e primi frontaleffect, ipotizziamo che i pazienti con malattia di Alzheimer lieve possono utilizzare con successo l'elaborazione concettuale o familiarità memoria per aumentare la loro discriminazione per le immagini rispetto alle parole, e questi processi probabilmente alla base del robusto effetto superiorità immagine nei pazienti con malattia di Alzheimer.

Frontale attività ERP associata con il recupero di successo delle parole e delle immagini è dimostrata per i pazienti con malattia molto lieve di Alzheimer e controlli sani anziani (Figura 1). Queste immagini sono state scattate durante l'intervallo di 300-500 ms tipicamente associati con l'elaborazione concettuale o familiarità memoriale. Notare l'analogo effetto frontale vecchio / nuovo per le foto (rosso pseudocolori), ma diminuisce per effetto di parole tra i gruppi. (Ciano pseudocolori).

Figura 1
Figura 1: Rappresentante attività ERP Durante un'attività di recupero in pazienti di Alzheimer e soggetti sani.

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Discussion

ERP e dati comportamentali possono fornirci informazioni diverse e complementari. Mentre i dati comportamentali ci informa sulle prestazioni dei pazienti ', ERP ci permettono di registrare i cambiamenti nell'attività cerebrale discreto. Grazie alla loro eccellente risoluzione temporale, ERP si sono rivelate molto utili per distinguere e comprendere il ruolo dei processi di memoria (ad esempio, l'elaborazione concettuale e la familiarità, il raccoglimento, la post-recupero processi di monitoraggio) che sono stati precedentemente associati a specifici componenti vecchio / nuovo ERP onda (inizio frontale, parietale, frontale in ritardo, rispettivamente) (vedere Ally & Budson, 2007). Nello studio i pazienti con deterioramento cognitivo, potenziali evento-correlati (ERP) sono estremamente utili per la comprensione della fisiologia del cervello, in particolare quando si ottengono significativi dati comportamentali è difficile (Ally, 2011). Tuttavia, ci sono molti trabocchetti di fronte quando si interpretano i dati ERP in queste popolazioni. Per esempio, a causa della eterogeneità della patologia di Alzheimer, i dati ERP di pazienti hanno spesso significativo scostamento tra i soggetti. Il protocollo attuale mette in evidenza i modi in cui la varianza può essere minimizzato. I risultati di questo protocollo aiutare a comprendere le basi cognitive e neurali di perdita di memoria associata a malattia di Alzheimer lieve, e per contribuire a chiarire che i processi di memoria sono danneggiate e che sono relativamente intatte nella malattia di Alzheimer lieve. Il nostro lavoro mostra che alcuni frontalmente-mediata processi di memoria, forse l'elaborazione concettuale o familiarità memoriale, rimangono intatti per le immagini in pazienti (Ally et al., 2009). Questa comprensione può a sua volta permetterà nuove terapie farmacologiche e comportamentali primi interventi da sviluppare e mantenere i pazienti impegnati e che vivono nella comunità per periodi più lunghi di tempo.

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Disclosures

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Acknowledgements

Questo protocollo è stato sostenuto dal National Institute on Aging concedere AG031925 K23 e R01 AG038471.

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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