Badanie poznania społecznego u niemowląt i dorosłych z wykorzystaniem gęstego układu elektrod elektroencefalografii (_dEEG)

Ogólnym celem tego filmu jest zaprezentowanie protokołu badania poznania społecznego u niemowląt lub dorosłych z wykorzystaniem gęstego układu elektrod w elektroencefalografii. Cel ten zostaje osiągnięty poprzez przygotowanie konfiguracji eksperymentalnej do gromadzenia danych oraz przygotowanie hydrocelowej siatki czujników do aplikacji. W drugim etapie aplikowana jest geodezyjna hydrocelowa siatka czujników, a następnie mierzone są impedancje elektrod.

Następnie wykonuje się kolejne pomiary bazowe i przeprowadza eksperyment. Ostatnim krokiem procedury jest analiza danych. W rezultacie, dzięki analizie aktywności elektrycznej powierzchni skóry głowy z wysoką rozdzielczością czasową, można uzyskać wyniki wykazujące wyraźną aktywność neuronalną powiązaną z procesami poznawczymi o charakterze społecznym.

Cześć, nazywam się Kemi i jestem asystentką badawczą w laboratorium psychobiologii rozwoju rodziców i niemowląt dr. Davida Haleya. Dzisiaj wraz z Joanną zaprezentujemy protokół tego badania. Cześć, jestem Joanna.

Tę metodę można wykorzystać do odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu neuronauki rozwojowej, takie jak sposób, w jaki mózg wykorzystuje funkcje poznawcze do przetwarzania bodźców społecznych. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami obrazowania mózgu oraz konwencjonalnymi systemami EEG jest wysoka rozdzielczość czasowa, ulepszona rozdzielczość przestrzenna oraz łatwość aplikacji siatki sensorów. Cześć, jestem David Haley.

Używamy systemu EEG do badania aktywności mózgu rodziców i niemowląt podczas zadań społecznych i poznawczych. Przed przybyciem uczestnika do laboratorium należy upewnić się, że komputer sterujący eksperymentem, oprogramowanie stacji sieciowej oraz komponenty systemu EEG geodesic działają prawidłowo. Należy również usunąć z pomieszczenia eksperymentalnego wszystkie niepotrzebne i potencjalnie rozpraszające przedmioty. Pomieszczenie należy przygotować zgodnie z wdrażanym paradygmatem eksperymentalnym.

Mogą one obejmować zarówno zadania komputerowe, jak i różnorodne paradygmaty interakcji między rodzicem a niemowlęciem oraz eksperymentalne paradygmaty interakcji z niemowlęciem. Jak zostanie pokazane w tym filmie, należy upewnić się, że kamery wideo są naładowane, a następnie ustawić je pod kątami optymalnymi dla aktualnej konfiguracji eksperymentalnej. Po przybyciu uczestnika do laboratorium należy opisać protokół aplikacji sieci czujników GDS oraz wyjaśnić mu lub jej szczegóły eksperymentu.

Należy upewnić się, że uczestnik lub jego opiekun prawny dobrze rozumie protokół eksperymentalny, a następnie uzyskać pisemną i świadomą zgodę przed przystąpieniem do eksperymentu. W przypadku badań EEG często przydatne jest pozyskanie od uczestnika pewnych informacji, które mogą mieć wpływ na rejestrowaną elektryczną aktywność mózgu. Takie informacje można uzyskać poprzez przeprowadzenie standaryzowanych kwestionariuszy, co pozwoli na sprawny przebieg eksperymentu.

Zaleca się obecność dwóch eksperymentatorów: jednego do przeprowadzania ankiet oraz drugiego do przygotowania sieci czujników geoge w komórce wodnej, zgodnie z opisem w następnej sekcji niniejszego protokołu. Aby rozpocząć, należy przygotować roztwór elektrolitu solnego do komórki wodnej, składający się z jednego litra wody destylowanej, 11 g chlorku potasu i pięciu ml szamponu dla niemowląt, dbając o dokładne mieszanie aż do całkowitego rozpuszczenia chlorku potasu w roztworze. Następnie, za pomocą taśmy mierniczej, należy zmierzyć obwód głowy uczestnika.

Po zapisaniu pomiaru w centymetrach, należy pobrać odpowiednio dobraną pod względem rozmiaru geodesiczną siatkę sensorów hydrocell. Wybierz rozmiar obejmujący zakres obwodów głowy, w który mieści się pomiar uczestnika. Zanurz koniec z sensorami siatki w przygotowanym roztworze elektrolitu i pozostaw do namoczenia na pięć minut.

Należy upewnić się, że końcówka złącza nie styka się z cieczą. Zaleca się użycie minutnika lub stoperaw celu zagwarantowania dokładnego odmierzania czasu. Teraz należy uruchomić oprogramowanie stacji sieciowej na komputerze sterującym i rozpocząć sesję kontrolną eksperymentu.

Przed podłączeniem konektora sieci czujników i rozpoczęciem zbierania danych należy przeprowadzić pomiary zera oraz wzmocnienia. W czasie, gdy sieć czujników namacza się w elektrolicie, należy wprowadzić uczestnika do pomieszczenia eksperymentalnego i poprosić go o zajęcie miejsca na stabilnym krześle bez kółek. W przypadku uczestników będących niemowlętami, opiekun powinien usiąść na krześle, trzymając niemowlę w pozycji pionowej na kolanach, w taki sposób, aby cała głowa dziecka była dostępna. Za pomocą taśmy mierniczej i markera chińskiego należy zmierzyć odległość od ucha do ucha górą przez czubek głowy i zaznaczyć punkt środkowy.

Następnie należy zmierzyć odległość od NA do inion przez górną część głowy. Ponownie zaznaczamy punkt środkowy. Vertex można zidentyfikować jako punkt przecięcia się środków tych dwóch pomiarów.

Po zakończeniu namaczania należy wyjąć siatkę z czujnikami z roztworu elektrolitu i położyć ją na czystym, suchym ręczniku. Delikatnie osusz siatkę z czujnikami za pomocą ręcznika, aby usunąć nadmiar roztworu elektrolitu. Następnie przekaż koniec z łącznikiem siatki drugiemu eksperymentatorowi, aby trzymał go podczas nakładania siatki.

Teraz podnieś siatkę z sensorami, wkładając obie dłonie do wnętrza siatki. Trzymaj siatkę w taki sposób, aby kciuki mocno, lecz delikatnie opierały się po obu stronach najbardziej centralnej przedniej elektrody, a małe palce były mocno dociśnięte do opaski łączącej najbardziej tylny rząd elektrod. Należy uważać, aby nie nadmiernie rozciągnąć siatki.

Pozostałe sześć palców powinno pozostawać luźno wewnątrz siatki, aby jej środkowa część mogła swobodnie opadać; kucając lub klękając, aby znajdować się na wysokości oczu uczestnika, naciągnij siatkę z czujnikami na głowę uczestnika od tyłu do przodu. Podczas zakładania siatki z czujnikami niemowlęciu często pomocna jest obecność dodatkowego eksperymentatora. Aby odwrócić uwagę niemowlęcia i zminimalizować jego ruchy, delikatnie pociągnij opuszkami palców za opaskę siatki i wyreguluj ją tak, aby elektroda wierzchołkowa spoczywała na punkcie vertex zaznaczonym markerem permanentnym.

Zaciśnij paski za uszami i podbródkiem, a następnie sprawdź położenie punktów anatomicznych, aby upewnić się, że siatka jest prawidłowo rozmieszczona, i wprowadź ewentualne korekty. Przed rozpoczęciem eksperymentu behawioralnego należy zmierzyć impedancję elektrod. Podłącz końcówkę złącza siatki sensorów do kabla interfejsu.

Obróć dźwignię, aby zablokować ją w miejscu, i włącz kamerę. Następnie w pokoju kontrolnym otwórz nową sesję w oprogramowaniu stacji sieciowej. Wprowadź dane uczestnika i kliknij rozpocznij sesję.

Ponieważ sygnały wideo i EEG są zsynchronizowane, na ekranie powinien pojawić się obraz z kamery w czasie rzeczywistym z pomieszczenia eksperymentalnego. Teraz należy wybrać menu rozwijane panelu, otworzyć zakładkę impedancji i kliknąć przycisk pomiaru. Na ekranie pojawi się montaż siatki sensorów hydro cell go dsic.

Przeciągnij to okno do krawędzi ekranu, aby wyświetliło się na monitorze w pomieszczeniu eksperymentalnym. Upewnij się, że każda elektroda przylega bezpośrednio do skóry głowy uczestnika. Sprawdź okno pomiaru impedancji, na którym wyświetlany jest montaż matrycy na monitorze.

Czujniki, które nie mają dobrego kontaktu ze skórą głowy, będą wyświetlać się na czerwono. Zanotuj numery tych czujników elektrod. Następnie za pomocą pipety nanieś niewielką ilość wcześniej przygotowanego roztworu elektrolitu, aby poprawić impedancję tych czujników.

Elektrody na montażu zmienią kolor na zielony w miarę poprawy ich impedancji, gdy osiągną one satysfakcjonujący poziom. Dla wszystkich elektrod kliknij przycisk zapisu i zamknięcia w oknie pomiaru impedancji w sterowni. Teraz w stacji sieciowej otwórz gęsty wyświetlacz przebiegów.

Przewiń przebieg sygnału i zwróć uwagę na kanały wykazujące szum o wysokiej amplitudzie wynikający ze słabego kontaktu ze skórą głowy. Wróć do pomieszczenia badawczego i skoryguj ułożenie wszystkich szumiących elektrod tak, aby miały bezpośredni kontakt ze skórą głowy. Może być konieczne zastosowanie większej ilości roztworu elektrolitu.

Rejestracje spoczynkowe poziomu bazowego są istotne w badaniach EEG z wykorzystaniem gęstych macierzy elektrod, ponieważ aktywność elektryczna mózgu wykazuje wysoki stopień zmienności między uczestnikami. Dlatego przed rozpoczęciem paradygmatu eksperymentalnego, w przypadku niemowląt należy wykonać kilka rejestracji EEG spoczynkowej aktywności elektrycznej mózgu uczestnika. Rodzic lub opiekun powinien pozostać w pomieszczeniu, podczas gdy niemowlę siedzi spokojnie na jego kolanach.

Aby zapewnić spokój i bezruch niemowląt podczas tej fazy bazowej, można odtworzyć film, taki jak Baby Mozart. Baby Mozart to audiowizualne połączenie muzyki klasycznej i kolorowych, ruchomych wzorów, które mogą być wyświetlane na monitorze w pomieszczeniu eksperymentalnym. Następnie w stacji sieciowej należy kliknąć przycisk nagrywania, aby rozpocząć rejestrację wideo i danych przebiegu fal; na gęstym wyświetlaczu przebiegów fal można wprowadzać znaczniki zdarzeń, aby powiązać zdarzenia behawioralne z aktywnością elektryczną w trakcie całego eksperymentu.

Wstaw marker zdarzenia bazowego na zapisie wyświetlania przebiegu fali dla ustandaryzowanego okresu czasu wynoszącego około dwóch minut. W badaniach EEG z gęstą siatką elektrod niezbędna jest obecność co najmniej dwóch eksperymentatorów przez cały czas trwania badania. Jeden z eksperymentatorów będzie odpowiedzialny za interakcję z uczestnikiem i realizację paradygmatu behawioralnego.

Drugi eksperymentator pozostanie w pomieszczeniu kontrolnym i będzie odpowiedzialny za monitorowanie przekazu wideo oraz wstawianie markerów zdarzeń na wyświetlaczu gęstej fali w momencie wystąpienia istotnego zdarzenia. Teraz należy rozpocząć eksperyment behawioralny z wykorzystaniem paradygmatu interakcji twarzą w twarz dla niemowlęcia. W tym przypadku wdrożono paradygmat naśladownictwa, w którym eksperymentator prezentuje niemowlęciu szereg odrębnych działań za pomocą pacynki królika.

Należy monitorować gęsty wyświetlacz przebiegów falowych przez cały czas trwania eksperymentu, aby ustalić, czy w którymkolwiek z kanałów występują zwiększone poziomy szumów. Po zakończeniu eksperymentu należy ostrożnie poluzować i zdjąć siatkę czujników z głowy uczestnika. Należy przekazać ręcznik do wytarcia nadmiaru roztworu elektrolitu.

Następnie opłucz, zdezynfekuj i osusz siatkę. Na koniec przekaż uczestnikowi pozostałe kwestionariusze, które muszą zostać wypełnione zgodnie z protokołem. Te surowe przebiegi fal EEG pokazują wahania zarejestrowanego napięcia na pojedynczej elektrodzie podczas pierwszych 1000 milisekund każdej z trzech faz eksperymentalnych.

Różnice w pomiarach bazowych i natychmiastowym przypominaniu. Aktywność elektryczna mózgu na poziomie powierzchniowej w różnych obszarach mózgu może być również przedstawiona w formie mapy topograficznej amplitud napięcia. Amplitudy są reprezentowane na całej powierzchni głowy podczas trzech faz paradygmatu potrząsania rękawiczką, a jednostki spektrum kolorów wyrażone są w mikrowoltach.

Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat badania poznania społecznego u dorosłych i niemowląt z wykorzystaniem gęstego EEG. Zaprezentowaliśmy tę metodę poprzez przygotowanie i aplikację siatki sensorów oraz poprzez akwizycję i analizę danych EEG.