Untersuchung Social Cognition in Kinder und Erwachsene mit Dense Array Elektroenzephalographie ( _D EEG)

Das übergeordnete Ziel dieses Videos besteht darin, ein Protokoll zur Untersuchung der sozialen Kognition bei Säuglingen oder Erwachsenen mithilfe der dichtgepackten Elektroenzephalographie (EEG) zu demonstrieren. Dies wird erreicht, indem zunächst der experimentelle Aufbau für die Datenerfassung vorbereitet und das Hydrozellen-Sensornetz für die Anwendung vorbereitet wird. Zweitens wird das geodätische Hydrozellen-Sensornetz angelegt und die Elektrodenimpedanzen werden gemessen.

Als Nächstes werden Baseline-Aufzeichnungen vorgenommen und das Experiment durchgeführt. Der letzte Schritt des Verfahrens ist die Analyse der Daten. Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die mithilfe der Analyse der elektrischen Aktivität an der Kopfoberfläche mit hoher zeitlicher Auflösung deutliche neuronale Aktivitätsmuster im Zusammenhang mit sozialkognitiven Prozessen zeigen.

Hallo, mein Name ist Kemi, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Entwicklungs- und psychobiologischen Eltern-Kind-Labor von Dr. David Haley. Heute werden Joanna und ich diesen Studienprotokollablauf demonstrieren. Hallo, ich bin Joanna.

Diese Methode kann verwendet werden, um zentrale Fragen auf dem Gebiet der Entwicklungsneurowissenschaft zu beantworten, beispielsweise wie das Gehirn kognitive Prozesse nutzt, um soziale Reize zu verarbeiten. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden bildgebenden Verfahren des Gehirns und herkömmlichen EEG-Systemen liegt in der hohen zeitlichen Auflösung, der verbesserten räumlichen Auflösung sowie der einfachen Anwendung des Sensornetzes. Hallo, ich bin David Haley.

Wir verwenden das EEG-System, um die Gehirnaktivität von Eltern und Säuglingen während sozialer und kognitiver Aufgaben zu untersuchen. Stellen Sie vor der Ankunft des Probanden im Labor sicher, dass der Experiment-Steuerungscomputer, die Net-Station-Software und die Komponenten des geodätischen EEG-Systems ordnungsgemäß funktionieren. Entfernen Sie außerdem alle nicht benötigten und potenziell ablenkenden Gegenstände aus dem Versuchsraum. Richten Sie den Raum gemäß dem verwendeten experimentellen Paradigma ein.

Diese können von computergestützten Aufgaben bis hin zu verschiedenen Paradigmen der Interaktion zwischen Eltern, Säuglingen und experimentellen Säuglingsinteraktionen reichen. Wie in diesem Video gezeigt wird, stellen Sie sicher, dass die Videokameras geladen sind, und positionieren Sie die Kameras in einem für den jeweiligen Versuchsaufbau idealen Winkel. Wenn der Teilnehmer im Labor eintrifft, beschreiben Sie ihm oder ihr den Anwendungsprotokoll des GDS-Sensornetzes und erläutern Sie die Einzelheiten des Experiments.

Stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer oder sein gesetzlicher Vormund das experimentelle Protokoll gut versteht, und holen Sie eine schriftliche, informierte Zustimmung ein, bevor Sie mit dem Experiment fortfahren. Bei EEG-Studien ist es oft hilfreich, bestimmte Informationen vom Teilnehmer einzuholen, die sich auf die aufgezeichnete elektrische Hirnaktivität auswirken könnten. Solche Informationen können durch die Anwendung standardisierter Fragebögen gewonnen werden, um sicherzustellen, dass das Experiment zeitgerecht abläuft.

Es empfiehlt sich, zwei Versuchspersonen anwesend zu haben: eine, die die Fragebögen ausfüllt, und eine zweite, die die Vorbereitungen des Hydro-Cell-Geoge-Sensor-Netzes wie im folgenden Abschnitt dieses Protokolls beschrieben durchführt. Bereiten Sie zunächst eine Hydro-Cell-Saline-Elektrolytlösung aus einem Liter destilliertem Wasser, 11 Gramm Kaliumchlorid und fünf Milliliter Babyshampoo vor und rühren Sie gründlich um, bis das gesamte Kaliumchlorid in der Lösung vollständig gelöst ist. Messen Sie anschließend mithilfe eines Maßbandes den Kopfumfang der Versuchsperson.

Notieren Sie die Messung in Zentimetern und entnehmen Sie das entsprechend dimensionierte hydrozelluläre geodätische Sensornetz. Wählen Sie eine Größe, die den Bereich der Kopfumfänge abdeckt, in den die Messung des Teilnehmers fällt. Tauchen Sie das Sensorende des Sensornetzes in die vorbereitete Elektrolytlösung ein und lassen Sie es fünf Minuten lang einweichen.

Stellen Sie sicher, dass das Anschlussende vom Flüssigkeitskontakt ferngehalten wird. Es empfiehlt sich, einen Timer oder eine Stoppuhr zu verwenden, um eine genaue Zeiteinhaltung zu gewährleisten. Öffnen Sie nun die Net-Station-Software auf dem Steuerungsrechner und beginnen Sie eine experimentelle Steuersitzung.

Ermöglichen Sie die Durchführung von Null- und Verstärkungsmessungen, bevor der Sensor-Netz-Stecker angeschlossen und Daten erfasst werden, während Sie darauf warten, dass das Sensor-Netz vollständig in dem Elektrolyt eingesäuert ist. Bringen Sie die Versuchsperson in den Versuchsraum und lassen Sie sie auf einem stabilen, nicht rollenden Stuhl Platz nehmen. Bei Säuglingen setzt sich die Betreuungsperson mit dem aufrecht sitzenden Säugling auf dem Schoß so auf den Stuhl, dass der gesamte Kopf des Säuglings zugänglich bleibt. Nehmen Sie mithilfe eines Maßbands und eines Porzellanzeichnerstifts die Messung von Ohr zu Ohr über die Kopfoberseite vor und markieren Sie den Mittelpunkt.

Danach messen Sie von der Nasion zur Inion entlang der Kopfoberseite. Markieren Sie erneut den Mittelpunkt. Der Vertex kann als der Schnittpunkt der Mittelpunkte dieser beiden Messungen identifiziert werden.

Nachdem das Einweichen abgeschlossen ist, nehmen Sie das Sensornetz aus der Elektrolytlösung und legen Sie es auf ein sauberes, trockenes Tuch. Tupfen Sie das Sensornetz vorsichtig mit dem Tuch ab, um überschüssige Elektrolytlösung zu entfernen. Reichen Sie anschließend das Anschlussende des Sensornetzes einem zweiten Experimentator zum Halten während der Netzapplikation.

Heben Sie nun das Sensornetz auf, indem Sie beide Hände in das Innere des Netzes einführen. Halten Sie das Netz so, dass Ihre Daumen fest, aber sanft auf beiden Seiten der mittleren vordersten Elektrode aufliegen und Ihre kleinen Finger fest gegen das Band gedrückt werden, das die hinterste Reihe der Elektroden verbindet. Achten Sie darauf, das Netz nicht übermäßig zu dehnen.

Ihre verbleibenden sechs Finger sollten locker im Netz liegen, damit der mittlere Bereich schlaff herunterhängen kann. Gehen oder knien Sie von hinten nach vorne, um auf Augenhöhe mit dem Probanden zu sein, und ziehen Sie das Sensornetz über den Kopf des Probanden. Es ist oft hilfreich, eine zusätzliche Versuchsperson anwesend zu haben, wenn das Sensornetz bei einem Säuglingsprobanden angelegt wird. Um den Säugling abzulenken und Bewegungen zu minimieren, ziehen Sie mit den Fingerspitzen vorsichtig am Band des Netzes und justieren Sie es so, dass die Vertex-Elektrode auf dem mit dem Chinamalkreide-Stift markierten Vertexpunkt sitzt.

Ziehen Sie die Ohr- und Kinnriemen fest, überprüfen Sie die Position der anatomischen Landmarken, um festzustellen, ob das Netz korrekt positioniert ist, und nehmen Sie gegebenenfalls Anpassungen vor. Vor Beginn des Verhaltensexperiments müssen die Elektrodenimpedanzen gemessen werden. Stecken Sie das Anschlussende des Sensornetzes in das Interface-Kabel.

Bringen Sie den Hebel in die Verriegelungsposition und schalten Sie die Kamera ein. Öffnen Sie anschließend im Kontrollraum eine neue Sitzung in der Net-Station-Software, geben Sie die Teilnehmerinformationen ein und klicken Sie auf „Sitzung beginnen“.

Da die Video- und EEG-Signale synchronisiert sind, sollte ein Live-Video-Feed aus dem Versuchsraum auf dem Bildschirm erscheinen. Wählen Sie nun das Dropdown-Menü des Panels aus, öffnen Sie die Impedanz und klicken Sie auf die Schaltfläche „Messen“. Eine Montage des Hydro-Cell-Go-Dsic-Sensor-Netz-Arrays wird auf dem Bildschirm erscheinen.

Ziehen Sie dieses Fenster an den Bildschirmrand, damit es sich auf dem Monitor im Experimentierraum öffnet. Stellen Sie sicher, dass jede Elektrode direkt auf der Kopfhaut des Teilnehmers sitzt. Beziehen Sie sich auf das Fenster zur Impedanzmessung, das die Array-Montage auf dem Monitor anzeigt.

Sensoren, die keinen guten Kontakt mit der Kopfhaut haben, erscheinen rot. Notieren Sie die Nummern dieser Elektrodensensoren. Geben Sie nun mit der Pipette eine kleine Menge der zuvor hergestellten Elektrolytlösung auf, um die Impedanz dieser Sensoren zu verbessern.

Die Elektroden auf der Montage werden grün, sobald ihre Impedanz verbessert ist, vorausgesetzt, die Impedanzen sind zufriedenstellend. Klicken Sie für alle Elektroden auf die Schaltfläche „Speichern und schließen“ im Impedanzmessfenster im Kontrollraum. Öffnen Sie nun in Net Station die dichte Wellenformanzeige.

Blättern Sie durch die Wellenform und notieren Sie alle Kanäle, die aufgrund eines schlechten Kopfhautkontakts ein Rauschen mit hoher Amplitude aufweisen. Kehren Sie in den Versuchsraum zurück und justieren Sie die Position der störanfälligen Elektroden so nach, dass sie direkt mit der Kopfhaut in Kontakt stehen. Gegebenenfalls ist mehr Elektrolytlösung erforderlich.

Basismessungen in Ruhephase sind bei EEG-Studien mit dichter Elektrodenanordnung wichtig, da zwischen den Teilnehmenden eine hohe Variabilität der elektrischen Hirnaktivität besteht. Daher sollten vor Beginn des experimentellen Paradigmas einige Basismessungen der ruhenden elektrischen Hirnaktivität der Säuglingsteilnehmenden durchgeführt werden. Die Eltern oder Betreuer sollten währenddessen im Raum bleiben, wobei das Säugling auf ihrem Schoß ruhig sitzt.

Ein Film wie Baby Mozart kann abgespielt werden, um sicherzustellen, dass Säuglinge während dieser Baseline-Phase ruhig und still bleiben. Baby Mozart ist eine audiovisuelle Kombination aus klassischer Musik und bunten, bewegten Mustern, die auf dem Monitor im Versuchsraum gezeigt werden können. Klicken Sie nun in Net Station auf die Aufnahmetaste, um die Video- und Wellenformdaten auf der dichten Wellenformanzeige aufzuzeichnen. Ereignismarkierungen können eingefügt werden, um Verhaltensereignisse mit der elektrischen Aktivität während des gesamten Experiments zu verknüpfen.

Fügen Sie einen Baseline-Ereignismarker in der Wellenformdarstellung ein, um die Baseline für einen standardisierten Zeitraum von etwa zwei Minuten aufzuzeichnen. Bei EEG-Studien mit dichter Elektrodenanordnung ist es unerlässlich, dass während der gesamten Studie mindestens zwei Versuchsleiter anwesend sind. Ein Versuchsleiter ist dafür verantwortlich, mit dem Teilnehmer zu interagieren und das Verhaltensparadigma durchzuführen.

Der zweite Versuchsleiter bleibt im Kontrollraum und ist dafür verantwortlich, die Videofeed zu überwachen und Ereignismarkierungen auf der dichten Wellenformanzeige einzufügen, wenn ein relevantes Ereignis eintritt. Beginnen Sie nun das Verhaltensexperiment unter Verwendung eines Face-to-Face-Interaktionsparadigmas für das Säuglingsprobanden. Hier wird ein Imitationsparadigma durchgeführt, bei dem der Versuchsleiter dem Säugling eine Reihe diskreter Handlungen mit einer Hasenpuppe präsentiert.

Überwachen Sie während des gesamten Experiments die dichte Wellenformdarstellung, um festzustellen, ob bei einigen Kanälen zunehmende Rauschpegel auftreten. Sobald das Experiment abgeschlossen ist, lösen und entfernen Sie das Sensornetz vorsichtig vom Kopf des Teilnehmers. Stellen Sie ein Handtuch bereit, mit dem überschüssige Elektrolytlösung abgewischt werden kann.

Danach das Netz spülen, desinfizieren und trocknen. Abschließend dem Teilnehmer alle verbleibenden Fragebögen aushändigen, die im Rahmen des Protokolls ausgefüllt werden müssen. Diese rohen EEG-Signalformen zeigen die Schwankungen der aufgezeichneten Spannung an einer einzelnen Elektrode während der ersten 1000 Millisekunden jeder der drei experimentellen Phasen.

Unterschiede bei der Baseline-Demonstration und dem unmittelbaren Abruf. Die elektrische Aktivität der oberflächlichen Gehirnareale kann ebenfalls als topographische Karte der Spannungsamplituden dargestellt werden. Die Amplituden werden über die gesamte Kopfoberfläche während der drei Phasen des Mitten-Schüttel-Paradigmas dargestellt, wobei die Einheiten des Farbspektrums in Mikrovolt angegeben sind.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die soziale Kognition bei Erwachsenen und Säuglingen mithilfe von hochauflösendem EEG untersucht. Wir haben dies anhand der Vorbereitung und Anwendung des Sensornetzes sowie der Erfassung und Analyse von EEG-Daten veranschaulicht.