Examinant les caractéristiques de la mémoire épisodique à l'aide d'événements liés à des potentiels chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer

Published 8/30/2011
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Medicine

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Summary

La méthode de collecte de haute densité liées à l'événement de données potentielles tandis que les patients atteints de la maladie d'Alzheimer effectuer une tâche de mémoire de reconnaissance est revu. Ce protocole comprend la préparation du sujet, l'assurance qualité, l'acquisition de données et l'analyse des données.

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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

Notre laboratoire utilise les potentiels EEG (ERP) afin de comprendre et appuyer les enquêtes comportementales de la mémoire épisodique chez les patients avec déficience cognitive amnésique légère (AMCI) et la maladie d'Alzheimer (MA). Alors que les données comportementales nous informent sur les performances des patients, les ERP permettent d'enregistrer des variations discrètes de l'activité cérébrale. De plus, les ERP peuvent nous donner un aperçu de l'apparition, la durée, et l'interaction des processus cognitifs indépendants associés à la récupération de la mémoire. Dans les populations de patients, ces types d'études sont utilisés pour examiner les aspects de la mémoire sont altérées et qui restent relativement intactes par rapport à une population témoin. La méthodologie de collecte des données de l'ERP à partir d'une population de patients vulnérables alors que ces participants effectuent une tâche de mémoire de reconnaissance est revu. Ce protocole inclut la préparation des participants, l'assurance qualité, l'acquisition de données et d'analyse de données. En plus de la configuration de base et l'acquisition, nous allons également démontrer les techniques de localisation afin d'obtenir une plus grande résolution spatiale et la localisation de source en utilisant à haute densité matrices d'électrodes (128 canaux).

Protocol

1. Mettre en place l'équipement EEG

  1. Notre laboratoire utilise les 128 canaux BioSemi ActiveTwo système d'acquisition EEG avec "active" électrodes (Amsterdam, Pays-Bas; http://www.biosemi.com ) et le capuchon de l'électrode ActiveTwo (Behavioral Brain Sciences Centre, Birmingham, Royaume-Uni) afin d'obtenir données de l'ERP.
  2. Assurez-vous que la batterie est complètement chargée et attachée à l'amplificateur.
  3. Rassemblez tous les documents nécessaires pour compléter des participants mis en place, y compris: seringue, ruban à mesurer de gel, de tailles variées bouchons EEG, tampons d'alcool, autocollants électrodes faciales, et des sangles velcro pour fixer les câbles d'électrode.
  4. Placez des autocollants sur cinq électrodes faciales.

2. Mettre en place la présentation Stimuli et ordinateurs d'acquisition de données

  1. Allumez l'ordinateur de présentation des stimuli et l'ordinateur d'acquisition de données.
  2. Notre laboratoire utilise le logiciel E-Prime (Pittsburgh, Pennsylvanie) pour présenter des stimuli et d'acquérir des données comportementales.
  3. Assurez-vous que l'expérience est d'envoyer les codes appropriés déclenchent à l'ordinateur d'acquisition de données.
  4. Pour ce faire:
    • Allumez l'amplificateur dans la chambre de participant (Remarque: pas d'électrodes ou de câbles doivent être branchés pour ce faire), ouvrez le logiciel d'acquisition de données sur l'ordinateur d'acquisition de données, cliquez sur Start (ne pas sauvegarder).
    • Allez à l'ordinateur de présentation des stimuli, ouvrez votre fichier expérience, et frapper courir.
    • Vous devriez maintenant voir les codes de déclenchement approprié que vous avez programmé dans votre fichier expérience montrant sur le programme de données du logiciel d'acquisition.

3. Préparation des participants

  1. Détail de toutes les procédures d'étude avec le participant et répondre aux préoccupations de sécurité. En outre, s'assurer que les patients comprennent bien le protocole en leur faisant le rapport du protocole de retour au chercheur dans leurs propres mots.
  2. Avez participant assis confortablement en hauteur durs chaise au dossier moyen.
  3. Une fois que le participant est assis, s'assurer que son / sa ligne de vision de l'écran est standard pour l'expérience (ici, nous utilisons 48 pouces).
  4. Mesurez la circonférence de la tête du participant afin de déterminer qui coiffent l'EEG doit être utilisé.
  5. Demandez au participant de supprimer tout bijoux ou accessoires pour les cheveux afin d'assurer un bon ajustement de la PAC de l'EEG et un enregistrement précis. Aussi, si le participant porte des lunettes, il est préférable de l'avoir / elle les enlever à ce point jusqu'à ce que toutes les électrodes faciales ont été appliquées.
  6. Il est également important d'examiner les points suivants avec chaque sujet:
    • Retirez toute la gomme à mâcher ou des bonbons / menthes de réduire les mouvements du moteur
    • Demandez aux participants d'utiliser les installations avant de commencer pour ne pas interrompre l'enregistrement EEG
    • Demandez des participants pour essayer de garder les mouvements et les clignements d'un minimum, mais pas trop s'inquiéter sur le faire
  7. Utiliser le tampon d'alcool, nettoyez la peau au participant de pétrole et / ou de maquillage, où les électrodes faciales seront placés: un sur chaque mastoïde, un sur chaque tempe, et l'un directement en dessous de l'œil gauche.
  8. Placer une petite quantité de gel conducteur sur chaque électrode du visage, enlever la pellicule de l'adhésif et la placer sur le participant, en appliquant une petite quantité de pression pour s'assurer que l'électrode va rester en place.
  9. Maintenant, placez le capuchon sur la tête de l'EEG du participant et fixez-la sous son / son menton. Si le participant porte des lunettes, lui ont / elle mettre ces avant de mettre sur le bouchon.
  10. Ensuite, la mesure (en centimètres) de la nasion (pont du nez) à l'inion (protubérance sur le bas du dos de la tête). Multipliez cette mesure par 0,5 (trouver le milieu) et c'est là que l'électrode A1 doit être placé avant vers l'arrière. Ensuite, mesurez à partir du pré-auriculaires sur une oreille à l'autre (tirets ci-dessus du cartilage sur l'oreille). Le point médian de cette mesure est où A1 électrode doit être placée d'un côté à-côté.

4. La numérisation pour la localisation des électrodes source et de placement

  1. Notre laboratoire utilise le Patriot Polhemus numériseur / Locator (Colchester, VT) pour obtenir des représentations tridimensionnelles (ou modèles de tête) de positions d'électrodes sur la tête de chaque participant. Ce contrôle de la variabilité dans la forme du crâne pour chaque participant et permet une localisation des sources plus précises. De plus, ces modèles de tête peuvent être co-enregistrées avec les images par résonance magnétique structurelle pour attacher ensemble la résolution spatiale supérieure de l'IRM et la résolution temporale supérieure des ERP.
  2. D'abord, placer l'émetteur de localisation sous le bouchon derrière l'oreille gauche, avec l'excès de corde rentré sous la mentonnière à maintenir en place.
  3. Fixez le récepteur sur une chaise en bois dans une position en dessous la tête du participant, à environ 6 pouces de l'émetteur.
  4. Ouvrez le logiciel de numérisation et de prendre des mesures de électrlieux ode à stylet comme invité par le logiciel.
  5. Générer modèle de tête 3D des positions de l'électrode à l'aide du logiciel RM Locator et accepter pour la localisation des premières données de l'EEG.
  6. Une fois le modèle de tête 3D pour le participant a été vérifiée sur l'écran d'ordinateur, nous sommes prêts à placer l'électrode à chaque endroit pré-défini sur le bouchon ActiveTwo.
  7. Remplir les puits d'électrodes sur le bouchon avec la gel conducteur et de brancher toutes les électrodes. Rassemblez tous les câbles et les électrodes faciales derrière le participant et les brancher sur l'amplificateur.
  8. Offrez une pause les participants plus âgés, particulièrement les patients atteints de la maladie d'Alzheimer, qui peut exiger des pauses fréquentes pour maintenir l'attention et l'attention soutenue à la tâche expérimentale.
  9. ActiView logiciel est utilisé pour assurer que toutes les électrodes sont libres de niveaux d'artefacts et de résistance sont acceptables. Après toutes les électrodes sont placées, et le participant est prêt à commencer l'expérience, les niveaux de résistance des électrodes doit être vérifié sur l'ordinateur d'acquisition de données en utilisant le logiciel ActiView. Niveaux de décalage doit être de + /-25μV.
  10. Une fois tous les niveaux de résistance sont acceptables, l'expérience est prête à être exécutée.

5. Acquisition de données pour les données de l'EEG et l'expérience

  1. Notre laboratoire utilise un logiciel de BioSemi ActiView à voir et à acquérir premières données de l'EEG.
  2. Chargez le fichier de présentation de données comportementales. Entrez le numéro de participant. Le logiciel expérimental sauve les réponses du participant et génère automatiquement un fichier de données une fois l'expérience terminée courir avec ce numéro de participant.
  3. Effectuez une vérification pour s'assurer le participant est assis 48 cm du centre de l'écran d'affichage.
  4. Une fois que l'expérience a chargé, des instructions comportementales doivent être lus et vérifiés avec le participant.
  5. Dans notre conception de la reconnaissance actuelle de la mémoire, l'expérience commence avec la phase d'étude, où le participant sera présenté avec soit une série de photos ou de mots.
  6. Commencer à économiser premières fichier EEG données sur l'ordinateur d'acquisition de données.
  7. Démarrer la livraison de relance sur l'ordinateur la présentation du stimulus.
  8. Avoir un travail de chercheur avec les personnes âgées à des réponses d'entrée sur la boîte de bouton. Ceci est particulièrement important pour les patients souffrant de troubles cognitifs.
  9. Moniteur participants lors de la tâche comportementale, y compris le besoin pour les pauses.
  10. Une fois que tous les stimuli comportementaux ont été présentés, premières données de l'EEG doit être sauvé. Encore une fois, les données comportementales sont enregistrées automatiquement par le logiciel E-Prime.
  11. Après avoir enregistré les données de l'étude ou l'encodage, le 9 étapes précédentes seront répétées pour la phase de test, lorsque le participant sera à nouveau présenté avec soit une série d'images ou de mots. Pendant la phase de test, la moitié des articles seront de la phase d'étude et de la moitié des articles seront roman. Les participants vont identifier le statut ancien / nouveau de l'objet par rapport leur réponse à haute voix pour le chercheur. Le chercheur sera alors saisie de réponse du participant sur la boîte à boutons.

6. Post-traitement des données de pipelines

  1. Notre laboratoire utilise EMSE Suite 5.3
  2. Les données brutes doivent d'abord être préparée et numériquement filtrées pour éliminer le bruit et les artefacts du signal avant tout type d'analyse peut être complétée.
  3. D'abord, les filtres temporels, tels que la réponse impulsionnelle infinie et filtres passe-bande doit être appliquée.
  4. Ensuite, les données doivent être référencées à un point sur la tête. Sélectionnez référence. Dans le protocole actuel, nous utilisons la moyenne de référence commun.
  5. Ensuite, les données doivent être filtrées spatialement et canaux mauvaise interpolées. L'inspection visuelle des données est effectuée et les filtres appropriés sont mis en place.
  6. Enfin, les méthodes de correction des artefacts oculaires doivent être utilisées pour corriger le signal d'artefact du clignement de paupières et les mouvements oculaires.

7. Les résultats représentatifs

Nos travaux ont montré que le début frontale anciens / nouveaux effets (hits> rejets corrects), généralement associées avec le traitement conceptuel ou la familiarité mémorial, restent intacts pour des images chez les patients avec une maladie bénigne d'Alzheimer par rapport aux personnes âgées en santé, mais pas pour des mots (Ally , McKeever, Waring, & Budson, 2009). Ally et al. (2009) ont montré que l'effet pariétal ancien / nouveau, typiquement associés avec recueillement, est altérée chez les patients pour les deux images et des mots par rapport à leurs pairs. En d'autres termes, le processus monument frontale associée à la reconnaissance semblent être les mêmes pour les images entre les patients atteints de MA et de personnes âgées en santé. En revanche, ces processus sont altérés chez les patients pour des mots lorsque l'on examine les différences entre les deux groupes. Cette différence significative entre les groupes est évidente pour les processus de mémoire postérieure à la fois pour des photos et des mots. Bien qu'il y ait eu un débat considérable quant au processus cognitifs associés à l'e début frontaleFFET, nous faisons l'hypothèse que les patients atteints de la maladie d'Alzheimer légère peut utiliser avec succès le traitement conceptuel ou la familiarité mémorial à accroître leur discrimination par rapport aux images des mots, et ces processus sous-tendent vraisemblablement l'effet d'image robuste supériorité chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer.

Frontale ERP activité associée à la récupération réussie des mots et des images est démontré pour les patients atteints de la maladie d'Alzheimer très doux et sain des contrôles plus âgés (figure 1). Ces images ont été prises pendant l'intervalle de 300 à 500 ms typiquement associés avec le traitement conceptuel ou la familiarité mémorial. Remarquez le même effet frontale ancien / nouveau pour les photos (rouge pseudo) mais diminution de l'effet des mots entre les groupes. (Cyan pseudo).

Figure 1
Figure 1: Représentant ERP activité pendant la tâche de récupération chez les patients Alzheimer et de sujets sains.

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Discussion

ERP et les données comportementales peuvent nous fournir des informations différentes et complémentaires. Alors que les données comportementales nous informe sur les performances des patients, les ERP permettent d'enregistrer des variations discrètes de l'activité cérébrale. Grâce à leur excellente résolution temporelle, ERP sont avérées très utiles à dissocier et à la compréhension du rôle des processus de mémoire (par exemple, le traitement conceptuel et la familiarité, le recueillement, les processus de surveillance post-recherche) qui ont déjà été associés à des composants spécifiques ancien / nouveau de l' ERP onde (début frontal, pariétal, frontal fin, respectivement) (voir Ally & Budson, 2007). En étudiant des patients souffrant de troubles cognitifs, les potentiels évoqués (ERP) sont extrêmement utiles dans la compréhension de la physiologie du cerveau, en particulier lors de l'obtention de données comportementales significatives est difficile (Ally, 2011). Cependant, il ya de nombreux pièges rencontrés lors de l'interprétation des données ERP dans ces populations. Par exemple, en raison de l'hétérogénéité de la maladie d'Alzheimer pathologie, les données ERP de patients ont souvent des écarts importants entre les sujets. Le protocole actuel met en lumière des façons dont la variance peut être minimisé. Les résultats de ce protocole aider à comprendre les fondements cognitifs et neuronaux de la perte de mémoire associée à la maladie d'Alzheimer légère, et pour aider à élucider quels processus mémorial sont affaiblies et qui sont relativement intactes dans la maladie d'Alzheimer légère. Notre travail montre que certains processus de mémoire frontalement à médiation, peut-être le traitement conceptuel ou la familiarité mémorial, restent intacts pour des images chez les patients (Ally et al., 2009). Cette compréhension peut à son tour permettra de nouvelles thérapies et au début des interventions comportementales à développer et maintenir les patients engagés et vivant dans la collectivité pendant de plus longues périodes de temps.

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Disclosures

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Acknowledgements

Ce protocole a été soutenu par le National Institute on Aging octroi K23 AG031925 et 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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