Examinando as características de memória episódica com potenciais relacionados a eventos em Pacientes com Doença de Alzheimer

Published 8/30/2011
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Medicine

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Summary

A metodologia para a coleta de alta densidade de eventos relacionados com o potencial de dados, enquanto os pacientes com doença de Alzheimer executar uma tarefa de memória de reconhecimento é revisado. Este protocolo incluirá preparação assunto, garantia de qualidade, aquisição de dados e análise de dados.

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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

Nosso laboratório emprega potenciais relacionados a eventos EEG (ERPs) para compreender e apoiar investigações comportamentais de memória episódica em pacientes com comprometimento cognitivo leve amnésica (AMCI) e doença de Alzheimer (AD). Considerando que os dados comportamentais nos informar sobre o desempenho dos pacientes, permitem-nos ERPs para registrar as mudanças discretas na atividade cerebral. Além disso, ERPs pode nos dar insights sobre o início, duração e interação de processos independentes cognitivos associados com a recuperação da memória. Em populações de pacientes, estes tipos de estudos são utilizados para examinar os aspectos da memória estão prejudicadas e que permanecem relativamente intactas em comparação com uma população controle. A metodologia de coleta de dados ERP a partir de uma população de pacientes vulneráveis, enquanto esses participantes executar uma tarefa de memória de reconhecimento é revisado. Este protocolo inclui a preparação dos participantes, garantia de qualidade, aquisição de dados e análise de dados. Além de configuração básica e aquisição, nós também vamos demonstrar técnicas de localização para obter maior resolução espacial e localização de fontes usando arrays de alta densidade (128 canais) do eletrodo.

Protocol

1. Configurar o equipamento de EEG

  1. Nosso laboratório emprega os 128 canais BioSemi ActiveTwo sistema de aquisição de EEG com "ativo" eletrodos (Amsterdam, Países Baixos; http://www.biosemi.com ) ea tampa do eletrodo ActiveTwo (Behavioral Brain Sciences Center, Birmingham, UK) para obter dados do ERP.
  2. Certifique-se que a bateria está completamente carregada e ligado ao amplificador.
  3. Reúna todos os materiais necessários para completar participante set-up, incluindo: medida seringa, fita de gel, de vários tamanhos tampas de EEG, o algodão, as etiquetas eletrodo facial, e tiras de velcro para fixar os cabos dos eletrodos.
  4. Coloque etiquetas em cinco eletrodos facial.

2. Configurar apresentação dos estímulos e computadores de Aquisição de Dados

  1. Ligue o computador de apresentação dos estímulos e do computador de aquisição de dados.
  2. Nosso Laboratório usa E-Prime software (Pittsburgh, PA) para apresentar os estímulos e aquisição de dados comportamentais.
  3. Certifique-se de que o experimento está enviando os códigos de disparo adequada para o computador de aquisição de dados.
  4. Para fazer isso:
    • Ligue o amplificador na câmara participante (Nota: nenhum dos eletrodos ou cabos precisa ser conectado para fazer isso), software de aquisição de dados abertos no computador de aquisição de dados, comece a bater (não salvar).
    • Vá para o computador apresentação dos estímulos, abra o arquivo de experimento, e bateu executado.
    • Agora você deve ver os códigos de disparo apropriado que você programou em seu arquivo experimento aparecendo no programa de aquisição de dados.

3. Preparação participante

  1. Detalhadamente todos os procedimentos do estudo com o participante e endereço quaisquer preocupações de segurança. Além disso, assegurar que os pacientes entender completamente o protocolo, tendo-lhes relatar o protocolo de volta para o pesquisador em suas próprias palavras.
  2. Tem participante sentado confortavelmente em meio de altura cadeira dura-backed.
  3. Uma vez que o participante está sentado, certifique-se que o seu / sua linha de visão da tela é padrão para a experiência (aqui usamos 48 polegadas).
  4. Medir a circunferência da cabeça do participante, a fim de determinar qual cap EEG deve ser usado.
  5. Peça ao participante para remover qualquer jóia ou acessórios para o cabelo, de modo a assegurar o ajuste apropriado da tampa EEG e gravação precisas. Além disso, se o participante usa óculos, é melhor ter ele / ela tirá-los neste ponto até que todos os eletrodos faciais foram aplicadas.
  6. Também é importante rever o seguinte com cada assunto:
    • Remova qualquer goma de mascar ou doces / balas para reduzir movimentos motores
    • Peça aos participantes para utilizar as instalações antes de começar a não interromper a gravação EEG
    • Pergunte participante para tentar manter os movimentos e piscar de olhos a um mínimo, mas não ser excessivamente preocupados com isso
  7. Usando o algodão embebido em álcool, limpe a pele do participante de petróleo e / ou composição, onde os eletrodos faciais serão colocados: um em cada mastóide, um em cada templo, e um diretamente abaixo do olho esquerdo.
  8. Coloque uma pequena quantidade de gel condutor para cada eletrodo facial, retire o apoio do adesivo e coloque sobre o participante, aplicando uma pequena quantidade de pressão para garantir que o eletrodo vai ficar no lugar.
  9. Agora coloque a tampa EEG na cabeça do participante e prenda a tira com his / seu queixo. Se o participante usa óculos, tem ele / ela colocar esses antes de colocar a tampa.
  10. Medida, ao lado (em centímetros) a partir do násio (ponte do nariz) para o ínion (protrusão na parte inferior traseira da cabeça). Multiplique esta medida por 0,5 (encontrar o ponto médio), e este é o lugar onde A1 eletrodo deve ser colocado de frente para trás. Medida, ao lado da pré-auricular em uma orelha à outra (travessões acima da cartilagem na orelha). O ponto médio dessa medida é onde A1 eletrodo deve ser colocado de lado a lado.

4. Digitalização para localização de origem e Eletrodo Placement

  1. Nosso laboratório emprega os Polhemus Patriot Digitizer / Locator (Colchester, VT) para obter representações tridimensionais (ou modelos de cabeça) de posições de eletrodos na cabeça de cada participante. Isto controla a variabilidade no formato do crânio para cada participante e faz para localização de fontes mais precisas. Além disso, esses modelos de cabeça pode ser co-registradas com imagens de ressonância magnética estrutural de unir a resolução espacial superior da MRI ea resolução temporal superior de ERPs.
  2. Primeiro, coloque o transmissor de localização sob o tampão atrás da orelha esquerda, com o cabo excedente dobrados sob a chinstrap para manter no lugar.
  3. Anexar receptor para uma cadeira de madeira em uma posição abaixo da cabeça do participante, cerca de 6 centímetros do transmissor.
  4. Abra o software de digitalização e fazer medições de electrlocais ode com estilete conforme solicitado pelo software.
  5. Gerar modelo de cabeça de posições em 3D usando eletrodo MR software Locator e aceitar para a localização de dados brutos de EEG.
  6. Uma vez que o modelo de cabeça 3D para o participante tenha sido verificada na tela do computador, estamos prontos para colocar o eletrodo em cada localização pré-definida na tampa ActiveTwo.
  7. Preencha os poços eletrodo na tampa com o gel condutor e conecte todos os eletrodos. Reúna todos os cabos e eletrodos facial atrás do participante e ligá-los para o amplificador.
  8. Oferecer aos participantes mais velhos de uma pausa, especialmente pacientes com doença de Alzheimer, que pode exigir pausas frequentes para manter o foco e atenção sustentada para a tarefa experimental.
  9. ActiView software é usado para garantir que todos os eletrodos estão livres de artefato e os níveis de resistência são aceitáveis. Depois de todos os eletrodos são colocados, eo participante está pronto para começar o experimento, os níveis de resistência dos eletrodos deve ser verificado no computador de aquisição de dados utilizando software ActiView. Níveis de compensação deve estar dentro de + /-25μV.
  10. Uma vez que todos os níveis de resistência são aceitáveis, o experimento está pronto para ser executado.

5. Aquisição de Dados para ambos os dados EEG e Experimento

  1. Nosso laboratório utiliza software BioSemi de ActiView para ver e adquirir dados brutos EEG.
  2. Carregar o arquivo de apresentação de dados comportamentais. Digite o número de participante. O software experimental salva respostas do participante e gera automaticamente um arquivo de dados uma vez que o experimento acaba de executar com este número de participantes.
  3. Executar uma verificação para garantir que o participante está sentado 48 polegadas do centro do monitor.
  4. Uma vez que o experimento foi carregado, instruções comportamentais devem ser lidos e verificados com o participante.
  5. Em nossa concepção atual de reconhecimento da memória, a experiência começa com a fase de estudo, onde o participante será apresentado com um uma série de imagens ou palavras.
  6. Começar a guardar-prima arquivo de dados de EEG no computador de aquisição de dados.
  7. Iniciar a entrega de estímulo no computador apresentação do estímulo.
  8. Ter um trabalho pesquisador com adultos mais velhos com as respostas de entrada na caixa de botão. Isto é particularmente importante para pacientes com prejuízo cognitivo.
  9. Monitorar participante durante tarefas comportamentais, incluindo necessidade de pausas.
  10. Uma vez que todos os estímulos comportamentais têm sido apresentados, dados brutos EEG deve ser salvo. Novamente, os dados comportamentais são salvos automaticamente pelo E-Prime software.
  11. Depois de salvar os dados do estudo ou codificação, o 9 passos anteriores será repetido para a fase de teste, onde o participante será novamente apresentado com um uma série de imagens ou palavras. Durante a fase de teste, metade dos itens será a partir da fase de estudo e metade dos itens serão romance. Os participantes irão identificar o estado velho / novo do item, informando a sua resposta em voz alta para o pesquisador. O pesquisador, então, de entrada a resposta do participante na caixa de botão.

6. Pipeline de dados de pós-processamento

  1. Nosso laboratório emprega EMSE Suíte 5,3
  2. Os dados brutos devem ser previamente preparados e digitalmente filtrado para remover ruídos e artefatos a partir do sinal antes de qualquer tipo de análise possa ser concluída.
  3. Primeiro, filtros temporais, como resposta ao impulso infinita e filtros passa-banda devem ser aplicadas.
  4. Em seguida, os dados devem ser referenciados a algum ponto na cabeça. Selecione referência. No protocolo atual, nós usamos a referência média comum.
  5. Em seguida, os dados devem ser filtrados espacialmente e canais ruins interpolados. Inspeção visual dos dados é realizada e filtros apropriados são colocados no lugar.
  6. Finalmente, os métodos de correção ocular artefato deve ser utilizado para corrigir o sinal para piscar de olhos e artefato movimento do olho.

7. Resultados representante

Nosso trabalho mostrou que os primeiros efeitos velho / novo frontal (hits> rejeições correto), tipicamente associados com o processamento conceitual ou familiaridade memorial, permanecem intactos por imagens em pacientes com doença de Alzheimer leve em comparação com adultos mais idosos saudáveis, mas não para palavras (Ally , McKeever, Waring, e Budson, 2009). Ally et al. (2009) têm mostrado que o efeito parietal velho / novo, tipicamente associados com o recolhimento, é prejudicada em pacientes de ambos os quadros e as palavras em comparação com seus pares. Em outras palavras, os processos memorial frontal associado com o reconhecimento parecem ser semelhantes para fotos entre os pacientes com DA e idosos saudáveis. Em contraste, esses processos são prejudicados por palavras em pacientes quando examinamos as diferenças entre os dois grupos. Esta diferença significativa entre os grupos é evidente para os processos de memória posterior para ambas as imagens e palavras. Embora tenha havido um debate considerável quanto ao processo cognitivo associado ao início e frontalFEITOS, temos a hipótese de que pacientes com doença de Alzheimer leve pode utilizar com sucesso o processamento conceitual ou familiaridade memorial para aumentar a sua discriminação para fotos em comparação com palavras, e esses processos estão na base da provável efeito superioridade robusta imagem em pacientes com doença de Alzheimer.

Frontal atividade ERP associado à recuperação bem sucedida de palavras e imagens é demonstrada para pacientes com doença de Alzheimer é muito leve e saudável controles mais antigos (Figura 1). Estas imagens foram tiradas durante o intervalo de tempo 300-500 ms tipicamente associadas com o processamento conceitual ou familiaridade memorial. Observe o efeito frontal semelhante velho / novo para fotos (vermelho pseudo), mas de redução do efeito de palavras entre os grupos. (Ciano pseudo).

Figura 1
Figura 1: Representante Atividade ERP Durante Task Recuperação em Pacientes de Alzheimer e indivíduos saudáveis.

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Discussion

ERPs e os dados comportamentais podem nos fornecer informações diferentes e complementares. Considerando que os dados comportamentais nos informa sobre o desempenho dos pacientes, permitem-nos ERPs para registrar as mudanças discretas na atividade cerebral. Devido à sua excelente resolução temporal, ERPs têm se mostrado muito útil em dissociar e compreender o papel dos processos de memorial (por exemplo, processamento, conceitual e familiaridade, o recolhimento, os processos de recuperação pós-monitoramento) que tenham sido previamente associados com componentes específicos velho / novo do ERP onda (início frontal, parietal, frontal tarde, respectivamente) (ver Ally & Budson, 2007). Ao estudar pacientes com prejuízo cognitivo, potenciais relacionados a eventos (ERPs) são extremamente úteis para a compreensão da fisiologia do cérebro, particularmente quando a obtenção de dados significativos de comportamento é difícil (Ally, 2011). No entanto, existem muitas armadilhas enfrentadas ao interpretar os dados ERP nestas populações. Por exemplo, devido à heterogeneidade de Alzheimer patologia, dados do ERP de pacientes muitas vezes têm variação significativa entre os indivíduos. O protocolo atual destaques maneiras em que a variação pode ser minimizada. Os resultados deste protocolo ajudar a compreender os fundamentos cognitivos e neural de perda de memória associada à doença de Alzheimer leve, e para ajudar a elucidar quais os processos memorial são prejudicados e que são relativamente intactos na doença de Alzheimer leve. Nosso trabalho revela que alguns processos frontalmente mediada memória, talvez processamento conceitual ou familiaridade memorial, permanecem intactos para fotos com pacientes (Ally et al., 2009). Esse entendimento pode permitir, por sua vez novas terapias com drogas e início de intervenções comportamentais a serem desenvolvidos e manter os pacientes envolvidos e vivendo na comunidade por longos períodos de tempo.

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgements

Este protocolo foi apoiado pelo National Institute on Aging conceder K23 AG031925 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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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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