高密度のイベントに関連する認知神経科学における潜在的なデータ収集

高密度事象関連電位（ERP）を用いることで、機能しているヒトの脳における急速な時間的ダイナミクスを追跡することが可能になります。高密度ERPデータを取得するためには、まず電極キャップを被験者の頭部に装着し、被験者ごとの個体差や頭形状に対応させるため、電極位置をデジタル化します。その後、各電極にゲルを注入し、電極インピーダンスを低減させます。

被験者に視覚刺激を提示しながらデータを取得します。記録が終了したら、電極キャップを十分に洗浄します。取得したデータを用いて、特定の認知プロセスに関連する脳活動の空間的および時間的なダイナミクスを解析します。

こんにちは。ボストン大学心理学部、記憶と知覚研究室のスコット・スロットニックです。本日は、高密度事象関連電位（ERP）データ収集のプロトコルをご紹介します。私たちの研究室では、視覚項目の記憶における脳活動の時空間ダイナミクスを研究するために、この手法を用いています。

それでは始めていきましょう。事象関連電位（ERP）は、優れた時間分解能でヒトの脳機能の時空間ダイナミクスを捉える手法を提供します。データは通常、電極で検出される神経信号への干渉を最小限に抑えるため、遮蔽室で測定されます。

各電極はアンプに接続され、アンプはさらに遮蔽室の外に設置されたデータ収集用コンピューターに接続されます。神経信号への干渉の可能性があるため、刺激提示には別のコンピューターを使用します。刺激提示用ディスプレイや応答用キーボードなど、必要不可欠な電源コンポーネントのみを遮蔽チャンバー内に配置してください。

実験中、参加者はアームレスト付きの快適な椅子に座り、首の筋肉によるアーチファクトを最小限に抑えるため、肩をサポートする背もたれの高さに調整します。まず、電極キャップの装着方法について説明します。参加者の電極はスパンデックス製のキャップに組み込まれており、これによりキャップを配置するための装着時間が大幅に短縮されます。10-5電極系に従って電極Ozを配置し、キャップを装着する際は、正中線上の電極が頭部の正中線に配置され、左右対称になっていることを確認してください。

また、頸筋によるアーチファクトを避けるため、最も後下方の電極が頭蓋骨の頸部境界よりも上方に位置することを確認してください。キャップを装着したら、サイドストラップを顎ストラップまたは腰レベルに合わせた特注ベルトで固定し、頭部と側方電極との接触を改善します。後で眼球運動や瞬きのアーチファクトを除去できるよう、目の隣に電極を貼付します。被験者ごとの電極配置や頭形状のばらつきに対応するため、Polyus Fast Trackディジタイザーを用いて各参加者の電極位置を測定します。

デジタイザには、送信機、キャップに取り付ける3台の受信機、およびキャップを装着した状態で各電極の位置を記録し、電極のデジタル化を完了させるためのスタイラスが含まれています。次に、電極インピーダンスの低減へと進みます。被験者を記録用チェアに心地よく座らせてください。被験者によっては、折りたたんだハンドタオルを肩とチェアの背もたれの間に軽く挟むことで、より快適に感じることがあります。

次に、マルチ電極キャップをアンプに接続します。続いて、各電極のインピーダンスを約5 kΩ以下に下げる必要があります。当研究室では、NeurosCan社のソフトウェアを使用してリアルタイムでインピーダンスを測定しながら、滅菌シリンジと鈍針を用いて導電性ジェルを各電極の開口部に注入することでこれを実施しています。

マルチチャネル記録において最も時間を要するインピーダンス低減プロセスを迅速化するための手法がいくつかあります。まず、接地電極または参照電極から始め、利き手を用いて、シリンジを頭部に当てたまま数回円を描くように動かします。その際、間の髪の毛をどかすために、シリンジを被験者の頭部に強く押し付けないように注意してください。

ゲルの塗布プロセスによって、被験者に不快感を与えないようにしてください。次に、非利き手で電極を軽く押し下げながら、頭皮に少量のゲルを注入し、注入を続けながらシリンジを引き離します。頭皮と電極の間にゲルのブリッジを作成します。電極の開口部から突き出た余分なゲルは、この時点でティッシュで拭き取り、廃棄してください。

最初の電極インピーダンスのセットがすべて高いままである場合は、接地電極と参照電極にゲルを再塗布してください。通常、ゲルは時間の経過とともに導電性が高まるためです。一つの戦略として、右後頭部などの頭皮の四分の一の領域にある電極に、すべてのインピーダンスが低下し始めるまでゲルを注入する方法があります。その後、次の領域の電極にすべてのインピーダンスが低下し始めるまでゲルを注入し、このように各領域を順番に繰り返します。

インピーダンスが最も高い電極へゲルを再注入します。場合によっては、導電性ゲルが隣接する電極に接続され、インピーダンスが連動することがあります。これにより空間分解能は低下しますが、インピーダンスが低減される電極数が多いため、通常は大きな問題にはなりません。

記録セッションを開始する前に、データの記録方法を確認しましょう。被験者が心地よくリラックスした姿勢をとり、静止するように促してください。これにより、筋肉の緊張や動きによるアーティファクトを最小限に抑えることができます。

参加者がリラックスしたら、レスポンスキーボードを渡し、その後のイベント関連解析を可能にするため、照明など参加者の近くにある不要な機器をすべて取り除くか電源を切ってください。各刺激イベントの開始は、刺激用コンピュータによって信号が送られるかトリガーされる必要があり、電気生理学的データと共に保存されなければなりません。私たちは、カスタムのインラインポート初期化と自由に利用可能なトリガースクリプトを含むePrimeプログラムを介して、パラレルポートから各刺激開始時にトリガーパルスを送信しています。

これらのトリガーはスキャンソフトウェアによって受信され、保存されます。電気生理学的データを記録する際は、標準的なハイパスフィルターを使用して、一過性の神経応答に関係のないDCなどの極低周波成分を除去してください。干渉が非常に少ない環境では、200 hertzなどの非常に高い遮断周波数のローパスフィルターを使用でき、周囲の電磁干渉レベルが高い環境でも同様に使用可能です。

カットオフ周波数が80 hertz付近のローパスフィルターと60 hertzのノッチフィルターを使用することで、応答を神経信号が支配するようにできます。次に、キャップの洗浄方法について説明します。セッション終了後、記録が完了したら直ちにマルチ電極キャップを徹底的に洗浄し、消毒する必要があります。

まず、キャップをぬるま湯に5〜10分間浸し、その後、各電極を流水ですすぎます。導電性ジェルを完全に除去するために、綿棒の棒の部分を使用して電極の穴を掃除してください。次に、水4クォートにダイアル石鹸1〜2オンスを混ぜた石鹸入りのぬるま湯にキャップを30分間浸し、すべてのジェルが除去されたことを確認した後、キャップを水で十分にすすぎます。

参加者間の相互汚染を防ぐため、キャップを水と消毒剤の混合液（例：水4に対してアイオジン1の割合）に最後に15〜30分間浸し、その後、乾燥させるために吊るす際に再度水で十分にすすいでください。乾燥時の形状が維持される可能性があり、それがその後のインピーダンス低減を妨げる要因となるため、キャップは張力のない状態で対称的に配置する必要があります。最後に、代表的な結果を確認して締めくくりましょう。

ここでは、ERPデータの収集および解析後の一部の代表的な結果を示します。左右の頭皮電位トポグラフィーは、それぞれ右および左の視覚野に提示された項目を正確に記憶していた際、視覚皮質領域で迅速なレチノトピー的再活性化が起こったことを反映しています。以上の手順を用いて高密度ERPデータを取得する方法について説明しました。

参加者の快適さを常に最優先に考えることが重要です。以上となります。ご視聴ありがとうございました。皆様の実験の成功をお祈りしております。