고밀도 이벤트 관련인지 신경 과학 잠재적인 데이터 수집

고밀도 사건 관련 전위(High density event related potentials, ERPs)를 통해 인간 뇌 기능의 빠른 시간적 역동성을 추적할 수 있습니다. 고밀도 ERP 데이터를 획득하기 위해, 먼저 피험자의 머리에 전극 캡을 씌운 후, 피험자마다 다른 머리 모양과 변동성을 고려하여 전극 위치를 디지털화합니다. 그 다음, 각 전극에 젤을 주입하여 전극 임피던스를 낮춥니다.

참가자에게 시각 자극을 제시하는 동안 데이터를 수집합니다. 기록이 끝나면 전극 캡을 철저히 세척합니다. 수집된 데이터는 특정 인지 과정과 관련된 뇌 활동의 공간적 및 시간적 역동성을 조사하는 데 사용됩니다.

안녕하세요, 보스턴 칼리지 심리학과의 기억 및 지각 연구실 소속 Scott Slotnik입니다. 오늘은 고밀도 사건 관련 전위 데이터 획득 프로토콜을 보여드리겠습니다. 저희 연구실에서는 시각적 항목에 대한 기억 형성 중 뇌 활동의 시공간적 역동성을 연구하기 위해 이 절차를 사용합니다.

그럼 시작해 보겠습니다. 사건 관련 전위(Event related potentials) 또는 ERP는 뛰어난 시간 분해능으로 인간 뇌 기능의 시공간적 역동성을 포착하는 방법을 제공합니다. 데이터는 일반적으로 차폐실에서 측정되며, 이를 통해 전극으로 수집되는 신경 신호에 대한 간섭을 최소화합니다.

각 전극은 증폭기에 연결되며, 증폭기는 다시 차폐실 외부에 위치한 데이터 수집 컴퓨터에 연결됩니다. 신경 신호에 발생할 수 있는 간섭 때문에 자극 제시용으로는 별도의 컴퓨터를 사용합니다. 자극 디스플레이와 응답 키보드 같이 필수적인 전원 구성 요소만 차폐 챔버 내부에 배치해야 합니다.

실험 동안 참가자는 팔걸이가 있고 어깨를 지지할 수 있는 높이의 등받이가 있는 편안한 의자에 앉아 목 근육의 아티팩트를 최소화합니다. 먼저 전극 캡을 씌우는 방법부터 살펴보겠습니다. 전극들이 스판덱스 캡에 내장되어 있어 캡을 배치하는 데 걸리는 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 10-5 전극 시스템에 따라 Oz 전극을 배치하고, 캡을 씌울 때 머리의 중앙선을 따라 정중앙 전극들이 위치하도록 하여 좌우 대칭을 맞춥니다.

또한, 목 근육 아티팩트를 방지하기 위해 가장 후하방의 전극들이 두개골-목 경계보다 상단에 위치하도록 하십시오. 캡을 씌운 후에는 측면 스트랩을 턱 끈이나 허리 높이의 맞춤형 벨트로 고정하여 측면 전극과 머리의 접촉 상태를 개선합니다. 이후 안구 운동이나 깜빡임 아티팩트를 제거할 수 있도록 눈 주변에 전극을 부착합니다. 피험자마다 다른 전극 배치와 머리 모양으로 인한 가변성을 해결하기 위해, Polyus Fast Track digitizer를 사용하여 각 참가자의 전극 위치를 측정합니다.

디지타이저는 송신기, 캡에 장착되는 3개의 수신기, 그리고 캡을 착용한 상태에서 각 전극 위치를 기록하고 전극 디지타이징을 완료하기 위한 스타일러스로 구성됩니다. 이제 전극 임피던스를 낮추는 단계로 넘어가겠습니다. 피험자를 기록용 의자에 편안하게 앉히십시오. 일부 피험자의 경우, 접은 손수건을 어깨와 의자 등받이 사이에 가볍게 끼워 넣었을 때 더 편안함을 느끼기도 합니다.

이제 다중 전극 캡을 증폭기에 연결하십시오. 다음으로, 각 전극의 임피던스를 약 5 kΩ 이하로 낮추어야 합니다. 본 실험실에서는 멸균 주사기와 뭉툭한 팁 바늘을 사용하여 각 전극 개구부에 전도성 젤을 주입하는 동시에, neuros scan 소프트웨어로 실시간 임피던스를 측정하여 이를 수행합니다.

다채널 기록에서 가장 많은 시간이 소요되는 단계인 임피던스 감소 과정을 가속화할 수 있는 몇 가지 기술이 있습니다. 접지 전극 또는 참조 전극부터 시작하여, 주사용 손을 이용해 주사기를 머리에 댄 상태에서 몇 번 원을 그리듯 움직여 줍니다. 이때 사이의 머리카락을 옮기기 위해 주사기를 참가자의 머리에 너무 세게 누르지 않도록 주의하십시오.

겔 도포 과정에서 참가자가 불편함을 느껴서는 안 됩니다. 다음으로, 비우세손으로 전극을 가볍게 누르면서 두피에 소량의 겔을 주입한 다음, 계속해서 주입하면서 주사기를 떼어냅니다. 두피와 전극 사이에 겔 브리지가 형성되었을 때, 전극 개구부 밖으로 돌출된 겔은 티슈로 닦아내어 제거해야 합니다.

첫 번째 전극 임피던스 세트가 모두 높게 유지되는 경우, 시간이 지남에 따라 겔의 전도성이 높아지는 경향이 있으므로 접지 전극과 참조 전극에 겔을 다시 도포해야 합니다. 한 가지 방법은 우측 후두부와 같은 두피 사분면 내의 전극들에 겔을 주입하여 모든 임피던스가 감소하기 시작할 때까지 기다리는 것입니다. 그 다음, 모든 임피던스가 감소하기 시작할 때까지 다음 사분면의 전극들에 겔을 주입하며 모든 사분면을 순차적으로 반복합니다.

임피던스가 가장 높은 전극에 겔을 다시 주입합니다. 어떤 경우에는 전도성 겔이 인접한 전극과 연결되어 임피던스가 서로 연결될 수 있습니다. 이는 공간 분해능을 저하시키지만, 임피던스가 감소한 전극의 수가 많으므로 대개는 큰 문제가 되지 않습니다.

녹화 세션을 시작하기 전에 데이터를 기록하는 방법을 살펴보겠습니다. 참가자가 편안하고 이완된 자세를 취하고 움직이지 않도록 안내하십시오. 이렇게 하면 근육 및 움직임으로 인한 아티팩트를 최소화할 수 있습니다.

참가자가 편안해지면 응답 키보드를 건네주고, 이후의 사건 관련 분석(event related analysis)이 가능하도록 조명과 같이 참가자 주변의 불필요한 장비를 모두 제거하거나 끕니다. 각 자극 이벤트의 시작은 자극 컴퓨터에 의해 신호가 전달되거나 트리거되어야 하며, 전기생리학적 데이터와 함께 저장되어야 합니다. 당사는 사용자 정의 인라인 포트 초기화 및 무료로 제공되는 트리거 스크립트가 포함된 ePrime 프로그램을 통해 병렬 포트로 각 자극 시작 시점에 트리거 펄스를 전송합니다.

이 트리거들은 스캔 소프트웨어에 의해 수신 및 저장됩니다. 전기생리학적 데이터를 기록할 때는 일시적인 신경 반응과 무관한 DC와 같은 매우 낮은 주파수 성분을 제거하기 위해 표준 하이 패스 필터를 사용하십시오. 간섭이 매우 적은 환경에서는 매우 높은 차단 주파수를 가진 로우 패스 필터를 사용할 수 있으며, 주변 전자기 간섭 수준이 더 높은 환경에서는 200 hertz와 같은 필터를 사용할 수 있습니다.

신경 신호가 지배적으로 나타나도록 80 hertz 부근의 차단 주파수를 가진 저역 통과 필터와 60 hertz 노치 필터를 사용할 수 있습니다. 이제 캡을 세척하는 방법을 살펴보겠습니다. 세션이 종료되면, 기록이 완료된 직후 다전극 캡을 철저히 세척하고 소독해야 합니다.

먼저 캡을 따뜻한 물에 5~10분 동안 담근 후, 각 전극을 흐르는 물로 헹굽니다. 전도성 젤을 완전히 제거하기 위해 면봉의 뭉툭한 끝부분을 사용하여 전극의 구멍을 닦아냅니다. 다음으로, 4쿼트의 물과 1~2온스의 다이얼 비누를 섞은 따뜻한 비눗물에 캡을 30분 동안 담가 모든 젤이 제거되었는지 확인한 후, 캡을 물로 충분히 헹굽니다.

참가자 간 교차 오염을 방지하기 위해, 캡을 물과 살균제(예: 물 4: 살균제 1의 비율) 혼합액에 마지막으로 15~30분 동안 담가 두어야 하며, 캡을 걸어 건조시키기 전에 다시 한번 물로 충분히 헹궈내야 합니다. 건조 시의 형태가 어느 정도 유지되어 이후 임피던스 감소 효율을 떨어뜨릴 수 있으므로, 캡은 대칭적으로 팽팽하지 않게 배치해야 합니다. 이제 대표적인 결과들을 살펴보며 마무리하겠습니다.

이제 ERP 데이터 획득 및 분석 후의 대표적인 결과들을 보여드리겠습니다. 좌우의 두피 전압 토포그래피는 각각 이전에 오른쪽과 왼쪽 시야에 제시되었던 항목들에 대해 정확한 기억이 일어나는 동안 시각 피질 영역의 신속한 망막 주제적 재활성화(retinotopic reactivation)를 반영합니다. 지금까지 이 절차를 통해 고밀도 ERP 데이터를 획득하는 방법을 보여드렸습니다.

참가자의 편안함이 항상 최우선이라는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 이것으로 모든 설명을 마치겠습니다. 시청해주셔서 감사합니다. 여러분의 실험에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.