Ad alta densità di eventi legati potenziale acquisizione dei dati in Neuroscienze Cognitive

I potenziali correlati agli eventi ad alta densità, o ERP, permettono di monitorare la rapida dinamica temporale del cervello umano in funzione. Per acquisire dati ERP ad alta densità, innanzitutto si posiziona il cappuccio elettrodico sulla testa del partecipante e le posizioni degli elettrodi vengono digitalizzate per adattarsi alla variabilità e alla forma della testa tra i soggetti. Successivamente, le impedenze degli elettrodi vengono ridotte iniettando del gel in ciascun elettrodo.

I dati vengono acquisiti mentre vengono presentati stimoli visivi al partecipante. Al termine della registrazione, il casco di elettrodi viene accuratamente pulito. I dati acquisiti vengono utilizzati per esaminare la dinamica spaziale e temporale dell'attività cerebrale associata a un determinato processo cognitivo.

Ciao, sono Scott Slotnik del Laboratorio di Memoria e Percezione del Dipartimento di Psicologia del Boston College. Oggi vi mostreremo un protocollo per l'acquisizione di potenziali correlati agli eventi ad alta densità. Utilizziamo questa procedura nel nostro laboratorio per studiare la dinamica spaziotemporale dell'attività cerebrale durante la memoria di elementi visivi.

Iniziamo. I potenziali correlati a evento, o ERP, forniscono un metodo per catturare la dinamica spaziotemporale della funzione cerebrale umana con un'eccellente risoluzione temporale. I dati vengono tipicamente misurati in una stanza schermata, riducendo al minimo le interferenze con il segnale neurale captato dagli elettrodi.

Ogni elettrodo è collegato a un amplificatore, che a sua volta è collegato a un computer per l'acquisizione dati posizionato all'esterno della stanza schermata. Un computer separato viene utilizzato per la presentazione degli stimoli a causa del possibile interferenza con il segnale neurale. All'interno della camera schermata dovrebbero essere collocati solo i componenti essenziali alimentati, come il display per gli stimoli e la tastiera per le risposte.

Durante gli esperimenti, i partecipanti sono seduti su una sedia comoda con braccioli e un’altezza della schienale che garantisce un supporto alle spalle, al fine di ridurre al minimo l’artefatto muscolare del collo. Cominciamo osservando come posizionare il cappuccio elettrodico. Le elettrodi del partecipante sono incorporate in un cappuccio di lycra, il che riduce notevolmente il tempo di applicazione necessario per posizionare il cappuccio e collocare le elettrodi secondo il sistema elettrodico dieci-cinque. Durante l’applicazione, assicurarsi che il cappuccio sia simmetrico rispetto ai lati sinistro e destro, con le elettrodi della linea mediana posizionate sulla linea mediana della testa.

Inoltre, assicurarsi che gli elettrodi inferiori più posteriori siano posizionati al di sopra del margine cervicale del cranio per evitare artefatti muscolari del collo. Una volta posizionato il cappuccio, fissare le cinghie laterali con una cinghia per il mento o una cintura appositamente realizzata a livello della vita per migliorare il contatto laterale degli elettrodi con la testa. Applicare elettrodi adiacenti agli occhi per consentire successivamente la rimozione degli artefatti dovuti ai movimenti oculari o agli sbattimenti delle palpebre; per compensare la variabilità nel posizionamento degli elettrodi e nella forma della testa tra i soggetti, le posizioni degli elettrodi vengono misurate per ogni partecipante mediante un digitizzatore Polyus Fast Track.

Il digitalizzatore comprende un trasmettitore, tre ricevitori, che vanno montati sul cappuccio, e uno stilo per registrare la posizione di ciascun elettrodo con il cappuccio in posizione e la digitalizzazione degli elettrodi completata. Passiamo ora a ridurre le impedenze degli elettrodi: faccia accomodare comodamente il partecipante sulla sedia di registrazione. Ad alcuni partecipanti risulta più comodo quando un asciugamano piegato viene inserito leggermente tra le spalle e lo schienale della sedia.

Ora, collegare il cappuccio con elettrodi multipli agli amplificatori. Successivamente, l'impedenza di ciascun elettrodo deve essere ridotta in modo che sia inferiore a circa cinque chiloohm. Nel nostro laboratorio, ciò viene ottenuto misurando in tempo reale le impedenze mediante il software neuros scan scan, utilizzando al contempo una siringa sterile e un ago a punta smussata per iniettare un gel conduttivo in ciascun foro dell'elettrodo.

Esistono diverse tecniche che possono accelerare il processo di riduzione dell'impedenza, l'aspetto più lungo della registrazione multicanale. Partendo dall'elettrodo di terra o di riferimento, utilizzare la mano dominante per effettuare alcuni cerchi con la siringa mentre questa poggia sulla testa. Per spostare i capelli intermedi, assicurarsi di non premere la siringa contro la testa del partecipante.

Il processo di applicazione del gel non deve mai causare disagio al partecipante. Successivamente, premendo leggermente l'elettrodo verso il basso con la mano non dominante, iniettare una piccola quantità di gel sul cuoio capelluto, quindi allontanare lentamente la siringa continuando a iniettare. Il ponte di gel creato tra il cuoio capelluto e il gel dell'elettrodo che fuoriesce dall'apertura dell'elettrodo deve essere rimosso con un fazzoletto e smaltito in questa fase.

Se il primo set di impedenze degli elettrodi rimane elevato, è necessario riapplicare il gel sugli elettrodi di massa e di riferimento, poiché il gel di solito diventa più conduttivo nel tempo. Una strategia consiste nell'iniettare gel negli elettrodi all'interno di un quadrante del cuoio capelluto, ad esempio il quadrante posteriore destro, finché tutte le impedenze non iniziano a diminuire. Successivamente, iniettare il gel negli elettrodi del quadrante successivo finché tutte le impedenze non iniziano a calare, quindi procedere ciclicamente attraverso i quadranti.

Riiniettare il gel negli elettrodi con l'impedenza più elevata. In alcuni casi, il gel conduttivo può collegarsi a elettrodi adiacenti, determinando un collegamento tra le impedenze. Ciò riduce la risoluzione spaziale, ma di solito rappresenta un problema di scarsa entità poiché vi è un elevato numero di elettrodi con impedenze ridotte.

Vediamo come registrare i dati prima di iniziare una sessione di registrazione. Chiedere al partecipante di assumere una posizione comoda e rilassata e di rimanere immobile. Questo ridurrà al minimo gli artefatti muscolari e da movimento.

Una volta che il partecipante si è accomodato, consegnategli una tastiera di risposta e rimuovete o spegnete tutte le apparecchiature non essenziali vicine al partecipante, come le luci, per consentire un'analisi successiva degli eventi correlati. L'inizio di ogni evento stimolo deve essere segnalato o attivato dal computer che eroga lo stimolo e registrato insieme ai dati elettrofisiologici. Inviamo impulsi di trigger all'inizio di ogni stimolo attraverso la porta parallela mediante programmi ePrime che includono l'inizializzazione personalizzata della porta in linea e script di trigger liberamente disponibili.

Questi trigger vengono ricevuti e memorizzati dal software di scansione. Durante la registrazione dei dati elettrofisiologici, utilizzare un filtro passa-alto standard per rimuovere le componenti a frequenza molto bassa, come la corrente continua, che sono irrilevanti rispetto alla risposta neurale transitoria. In ambienti con interferenze molto ridotte, può essere utilizzato un filtro passa-basso con una frequenza di taglio molto elevata, come 200 hertz, negli ambienti con livelli più elevati di interferenza elettromagnetica ambientale.

È possibile utilizzare un filtro passa-basso con una frequenza di taglio di circa 80 hertz e un filtro notch a 60 hertz, in modo che la risposta sia dominata dal segnale neurale. Vediamo ora come pulire il cap. Al termine di una sessione, il cap con multi-elettrodi deve essere accuratamente pulito e disinfettato immediatamente dopo il completamento della registrazione.

Iniziare immergendo il cappuccio in acqua calda per cinque-dieci minuti, quindi risciacquare ogni elettrodo con un flusso d'acqua corrente. Per rimuovere completamente il gel conduttivo, utilizzare l'estremità smussata di un bastoncino di legno o un bastoncino di ovatta per pulire i fori negli elettrodi. Successivamente, immergere il cappuccio in un bagno di acqua calda saponata composto da quattro litri di acqua e da uno a due once di sapone dial per 30 minuti, per assicurarsi che tutto il gel sia stato rimosso, quindi risciacquare accuratamente il cappuccio con acqua.

Per evitare contaminazioni incrociate tra partecipanti, il cappuccio deve essere immerso un'ultima volta per 15-30 minuti in una miscela disinfettante acqua-sostanza chimica, ad esempio quattro parti di acqua per una parte di ide, quindi risciacquato accuratamente nuovamente con acqua prima di appendere il cappuccio ad asciugare. Deve essere posizionato in modo simmetrico e senza tensione, poiché potrebbe mantenere in parte la posizione assunta durante l'asciugatura, il che potrebbe ridurre la facilità di successiva riduzione dell'impedenza. Concludiamo esaminando alcuni risultati rappresentativi.

Ora mostreremo alcuni risultati rappresentativi ottenuti dopo l'acquisizione e l'analisi dei dati ERP. La topografia del voltaggio del cuoio capelluto a sinistra e a destra riflette una rapida riattivazione retinotopica delle regioni corticali visive durante il ricordo accurato di elementi precedentemente presentati rispettivamente nel campo visivo destro e sinistro. Vi ho appena mostrato come acquisire dati ERP ad alta densità utilizzando questa procedura.

È importante ricordare che il comfort del partecipante viene sempre prima. Questo è tutto. Grazie per aver guardato e buona fortuna con i vostri esperimenti.