アルツハイマー病患者における事象関連電位を用いたエピソード記憶の特性を調べる

本実験の全体的な目的は、記憶障害を伴う軽度認知障害およびアルツハイマー病患者における、写真と単語の認識に関連した脳生理学的機能の違いを理解することです。これは、アルツハイマー病患者が写真と単語に対する認識記憶の判断を行っている間に、EEGを用いて頭皮の電気活動を測定することで達成されます。

これを達成するために、被験者に電極の配置、DEGのセットアップ、およびスキャルピング（頭皮の処理）の準備をさせます。空間局在化データは、専用の3Dデジタイザーを用いて取得します。次に、生EEGデータを記録しながら、行動記憶タスクを実施します。

次に、画像と単語の記憶に関連する事象関連電位を調べるため、生のEEGデータを後処理し、ERP波形として平均化する必要があります。各条件について、これらの平均化されたERPを条件間で統計的に比較することができます。本研究で得られた結果は、アルツハイマー病患者において、単語ではなく画像に関する記憶の親近感または概念的な処理が、健康な高齢者と比較して維持されていることを示しています。これは、刺激提示後約300から500ミリ秒に発生する、早期前頭部ERPの「既知・未知（old-new）」効果を検討することによって達成されます。

こんにちは。私はヴァンダービルト大学神経科の助教授であり、記憶障害研究ラボのディレクターを務めているブランドン・アリーです。こんにちは、私は記憶障害研究ラボのラボマネージャーを務めているアーロン・ハッセイです。本日は、アルツハイマー病患者における脳生理学を理解するための実験的手法について解説します。

この手法は、これらの患者において記憶のどのような側面が維持されているかといった重要な疑問に答えるのに役立ちます。本日のプロトコルの開始にあたり、アーロンがその手法を実演します。まず、実験に使用するEEG装置を適切にセットアップする必要があります。ERPデータを取得するため、アクティブ電極を備えた128チャンネルのBiosemi ActiveTwo acquisition systemをActiveTwo電極キャップと併せて使用します。バッテリーが完全に充電されており、アンプに接続されていることを確認してください。

次に、シリンジジェル、巻尺、さまざまなサイズのEEGキャップ、アルコール綿、顔面電極用ステッカー、および電極ケーブルを固定するためのベルクロストラップなど、被験者の準備に必要なすべての材料を集めます。5つの顔面電極にステッカーを貼り、実験に備えます。続いて、刺激提示用コンピュータとデータ収集用コンピュータの両方の電源を入れ、ソフトウェアをセットアップします。

本プロトコルでは、刺激の提示および行動データの取得にePrimeソフトウェアを使用します。アンプがデータ収集用コンピュータに適切なトリガーコードを送信しているかを確認するため、生のEEGデータを取得するにはSemi-active viewを使用します。まず、電極やケーブルを接続していない状態で、被験者室のアンプの電源を入れてください。

次に、データ収集用コンピュータでソフトウェアを開き、データ収集を開始しますが、保存はしないでください。続いて、刺激提示用コンピュータに移動し、実験ファイルを開いてパラダイムを実行します。

実験ファイルにプログラムされたトリガーコードが、データ収集ソフトウェアプログラムに表示されているはずです。参加者が到着したら、まずすべての研究手順を説明し、安全上の懸念事項に対処した後、被験者がプロトコルを完全に理解していることを確認するために書面による同意を得てください。その後、プロトコルの内容を被験者自身の言葉で説明させてください。

被験者を実験室にある中程度の高さの背もたれのある硬い木製椅子に、楽な姿勢で座らせます。次に、刺激提示ディスプレイまでの視線距離が、本実験の標準距離であることを確認して測定します。ここでは、48 inchesの距離を使用します。

次に、使用するEEGキャップを決定するため、被験者の頭囲を測定します。その後、EEGキャップを適切にフィットさせ、正確な記録を行うために、ジュエリーやヘアアクセサリーを取り外すよう被験者に依頼してください。また、被験者が眼鏡をかけている場合は、この時点で外してもらうのが最適です。

アルコール綿を使用して、顔面電極を配置する部位の被験者の皮膚を清浄します。電極は、両側の乳様突起に1つずつ、両側の側頭部に1つずつ、そして左目の直下に1つ配置します。次に、各顔面電極に導電性ゲルを少量塗布します。

次に、ステッカーの剥離紙を剥がし、被験者に貼り付けます。電極がしっかりと固定されるよう、軽く圧力をかけます。必要に応じて、被験者は眼鏡をかけ直しても構いません。

次に、被験者の頭にEEGキャップを被せ、あごの下のストラップを締めます。続いて、ナシオンからイニオンまでをセンチメートル単位で測定します。この測定値に0.5を掛け合わせて中間点を求め、前方向から後方向に向かって、ここに電極A1を配置します。

次に、片方の耳の耳前点からもう片方の耳までの距離を測定します。この測定値の中点が、左右方向における電極A1を配置する位置となります。続いて、被験者間の頭蓋骨形状の個体差を制御し、将来的には可能であればMRIデータと共登録（coregister）させるため、参加者の頭部における電極配置の3次元表現を取得します。

まず、palus Patriot Digitizerロケーターを使用します。定位送信機を被験者の左耳の後ろのキャップの下に配置し、余ったコードをあご紐の下に挟んで固定します。次に、受信機を木製の椅子に、被験者の頭より低い位置で、送信機から約6インチ離れた場所に設置します。その後、デジタイズソフトを起動し、ソフトの指示に従ってスタイラスで電極位置の測定を行います。

MR Locatorソフトウェアを使用して、電極位置の3D頭部モデルを生成できます。次に、生のEEGデータの局在化を除いて、処理を行います。参加者の3D頭部モデルがコンピュータ画面上で確認できたら、キャップの電極ウェルに導電性ジェルを充填します。

その後、アクティブ2キャップの各所定の位置に電極を配置します。この時点で、高齢の参加者には休憩を提供することが望ましいです。これは特に、実験タスクへの集中力や持続的な注意力を維持するために頻繁な休憩を必要とする可能性のある、アルツハイマー病の患者において重要です。

休憩後、ケーブルと顔面電極をアンプに接続します。次に、データ収集装置で電極のオフセットレベルを確認してください。オフセットレベルが25 microvolts以内であることを確認します。

すべての抵抗値が許容範囲内となり、すべての電極からアーティファクトが除去された時点で、実験の準備が完了したことになります。本実験では、生のEEGデータを取得および閲覧するためにBIOS semi-activeソフトウェアを使用します。まず、行動データの提示ファイルを読み込み、被験者番号を入力してください。

実験用ソフトウェアが参加者の回答を保存し、データファイルを自動的に生成します。実験の実行が完了したら、参加者がディスプレイモニターの中央から48インチの位置に座っていることを確認してください。実験がロードされたら、行動指示を参加者と共に読み、内容を確認してください。

ここで、記録用コンピュータで生のEEGデータの保存を開始します。次に、刺激提示を開始します。刺激提示用コンピュータ上で操作してください。

高齢者または認知機能障害のある患者を対象とする場合は、ボタンボックスを用いて回答を入力させるための補助研究員を配置してください。本実験は学習フェーズから始まり、参加者に一連の画像または単語が提示されます。行動タスク中の参加者を監視し、休憩の必要性を判断してください。すべての行動刺激の提示が完了したら、必ずEEGの生データファイルを保存してください。

次に、テストフェーズにおいて前述の手順を繰り返します。このフェーズでは、参加者に再び一連の画像または単語が提示されます。テストフェーズで提示される項目の半分は前の学習フェーズで提示されたものであり、残りの半分は新規の項目です。参加者は、提示された項目が既知（old）か新規（new）かを判断し、その回答を研究者に口頭で伝えます。研究者はその後、ボタンボックスを介して参加者の回答を入力し、データの後処理を開始します。

分析を完了させる前に、まず生データを準備し、デジタルフィルタリングを行って信号からノイズとアーティファクトを除去する必要があります。まずEMSE Suite 5.3ソフトウェアを使用します。無限インパルス応答フィルタやバンドパスフィルタなどの時間フィルタを適用する必要があります。

次に、データを頭部のいずれかの点に参照させる必要があります。ここでは共通平均参照（common average reference）を選択します。続いて、データを空間的にフィルタリングし、不良チャネルを相互に関連付けます。データの視覚的検査を行い、適切なフィルターを使用してください。

最後に、まばたきや眼球運動によるアーチファクトを補正するために、眼球アーチファクト補正法を用いる必要があります。ここでは、ごく軽度のアルツハイマー病患者および健康な高齢コントロール群において、単語と画像の想起成功に関連する前頭部ERP活動が示されています。これらの画像は、通常、概念処理や記憶の親近感に関連する300から500ミリ秒の時間間隔で取得されました。

画像では同様の前頭部の「既知・未知効果（old new effect）」が見られますが、単語ではグループ間の効果が減少していることに注目してください。したがって、既知および未知の応答に対する脳反応の解析を終えた後、アルツハイマー病患者グループと健康な高齢者を比較するための統計解析を容易に行うことができます。この手法を用いる際は、患者が動き回ったり多く話したりする傾向があり、信号に不要なアーチファクトが生じやすいことを覚えておくことが重要です。

したがって、不要なアーティファクトによって一部の試行を除外せざるを得ない場合でも、信頼性の高い統計解析を行えるだけの十分な試行回数を確保しておくことが重要です。ご視聴ありがとうございました。