Высокая связанные с событиями Плотность Потенциальные сбора данных в когнитивной неврологии

Событийно-связанные потенциалы (ССП) высокой плотности позволяют отслеживать быструю временную динамику функционирования человеческого мозга. Для получения данных ССП высокой плотности сначала на голову участника надевают электродный шлем, после чего координаты электродов оцифровывают, чтобы учесть индивидуальные особенности формы головы испытуемых. Затем импеданс электродов снижают путем введения геля в каждый электрод.

Сбор данных осуществляется во время предъявления участнику зрительных стимулов. По завершении записи электродный шлем тщательно очищают. Полученные данные используются для изучения пространственной и временной динамики активности мозга, связанной с определенным когнитивным процессом.

Здравствуйте, я Скотт Слотник из Лаборатории памяти и восприятия кафедры психологии Бостонского колледжа. Сегодня мы представим вам протокол сбора данных вызванных потенциалов с использованием электродов высокой плотности. Мы применяем эту процедуру в нашей лаборатории для изучения пространственно-временной динамики мозговой активности при запоминании визуальных объектов.

Итак, приступим. Событийные потенциалы или ERP предоставляют метод регистрации пространственно-временной динамики функций человеческого мозга с отличным временным разрешением. Данные обычно регистрируются в экранированной комнате, что сводит к минимуму помехи для нейронного сигнала, улавливаемого электродами.

Каждый электрод подключается к усилителю, который, в свою очередь, соединен с компьютером для сбора данных, расположенным за пределами экранированной комнаты. Для предъявления стимулов используется отдельный компьютер во избежание возможных помех для нейронного сигнала. Внутри экранированной камеры должны находиться только необходимые компоненты с электропитанием, такие как дисплей для предъявления стимулов и клавиатура для ответов.

Во время экспериментов участники располагаются в удобном кресле с подлокотниками и спинкой достаточной высоты для поддержки плеч, чтобы минимизировать артефакты от мышц шеи. Начнем с того, как надевать электродный шлем. Электроды для участника встроены в шлем из спандекса, что значительно сокращает время подготовки; при позиционировании шлема установите электрод Oz в соответствии с системой «10-20». При надевании шлема убедитесь в наличии лево-правой симметрии, при этом срединные электроды должны быть расположены по средней линии головы.

Также убедитесь, что самые задние нижние электроды расположены выше границы черепа и шеи, чтобы избежать артефактов от мышц шеи. После того как шапочка будет надета, закрепите боковые ремни с помощью подбородочного ремня или специально изготовленного пояса на уровне талии для улучшения латерального контакта электродов с головой. Разместите электроды рядом с глазами, чтобы в дальнейшем можно было удалить артефакты движений глаз или моргания; для учета вариативности в расположении электродов и форме головы разных испытуемых положение электродов для каждого участника измеряют с помощью дигитайзера polyus fast track.

Дигитайзер состоит из передатчика, трех приемников, которые крепятся на колпак, и стилуса для фиксации координат каждого электрода при надетом колпаке и завершенном процессе дигитализации электродов. Перейдем к снижению импеданса электродов: удобно усадите участника в кресло для записи. Некоторым участникам удобнее, если между плечами и спинкой кресла аккуратно подложено сложенное махровое полотенце.

Теперь подключите многоэлектродный шлем к усилителям. Далее необходимо снизить импеданс каждого электрода до значения примерно ниже 5 кОм. В нашей лаборатории это достигается путем измерения импеданса в режиме реального времени с помощью программного обеспечения neuroscan, при этом для введения проводящего геля в каждое отверстие электрода используются стерильный шприц и игла с тупым концом.

Существует ряд методов, позволяющих ускорить процесс снижения импеданса, который является самым трудоемким этапом многоканальной записи. Начиная с заземляющего или референсного электрода, доминирующей рукой сделайте несколько круговых движений шприцем, прижимая его к голове. Чтобы отодвинуть мешающие волосы, следите за тем, чтобы не давить шприцем на голову участника.

Процесс нанесения геля ни в коем случае не должен вызывать дискомфорта у участника. Далее, слегка прижимая электрод недоминирующей рукой, введите небольшое количество геля на кожу головы, а затем отведите шприц, продолжая введение. На этом этапе излишки геля, выступающие из отверстия электрода и образующие гель-мостик между кожей головы и электродом, следует удалить салфеткой и выбросить.

Если значения первого набора импедансов электродов остаются высокими, следует повторно нанести гель на заземляющий и референтный электроды, так как со временем проводимость геля обычно увеличивается. Одним из способов является введение геля в электроды в пределах одного квадранта скальпа, например, в правую заднюю часть, до тех пор, пока все значения импедансов не начнут снижаться. Затем вводите гель в электроды следующего квадранта до снижения всех импедансов, и так далее, последовательно обрабатывая все квадранты.

Повторное введение геля в электроды с самым высоким импедансом. В некоторых случаях проводящий гель может соединить соседние электроды, в результате чего их импедансы будут взаимосвязаны. Это снижает пространственное разрешение, но обычно не вызывает серьезных опасений, так как количество электродов с пониженным импедансом остается значительным.

Рассмотрим, как записывать данные перед началом сеанса регистрации. Попросите участника принять удобное, расслабленное положение и оставаться неподвижным. Это позволит свести к минимуму мышечные артефакты и артефакты движения.

Когда участник будет готов, передайте ему клавиатуру для ответов и удалите или выключите все второстепенное оборудование рядом с ним (например, источники света), чтобы обеспечить возможность последующего анализа вызванных потенциалов. Начало каждого стимульного события должно быть обозначено или инициировано компьютером стимуляции и сохранено вместе с электрофизиологическими данными. Мы посылаем триггерные импульсы при каждом начале стимула через параллельный порт с помощью программ ePrime, которые включают пользовательскую инициализацию порта во встроенном коде и общедоступные скрипты триггеров.

Эти триггеры принимаются и сохраняются программным обеспечением для сканирования. При записи электрофизиологических данных используйте стандартный фильтр высоких частот для удаления компонентов с очень низкой частотой, таких как постоянный ток, которые не имеют отношения к переходному нейронному ответу. В условиях с очень низким уровнем помех можно использовать фильтр низких частот с очень высокой частотой среза, например 200 hertz, в средах с более высоким уровнем окружающих электромагнитных помех.

Для того чтобы в отклике преобладал нейронный сигнал, можно использовать фильтр нижних частот с частотой среза около 80 hertz и режекторный фильтр на 60 hertz. Теперь разберем, как очищать шлем. После завершения сеанса многоэлектродный шлем необходимо тщательно очистить и продезинфицировать сразу после окончания записи.

Начните с замачивания шлема в теплой воде на 5–10 минут, после чего промойте каждый электрод под проточной водой. Для полного удаления проводящего геля используйте тупой конец ватной палочки, чтобы очистить отверстия в электродах. Затем замочите шлем на 30 минут в растворе теплой мыльной воды (четыре кварты воды и 1–2 унции жидкого мыла), чтобы убедиться, что весь гель удален, и тщательно промойте шлем водой.

Чтобы избежать перекрестного загрязнения между участниками, колпак необходимо в последний раз замочить на 15–30 минут в дезинфицирующем растворе на водной основе (например, в соотношении четырех частей воды к одной части антисептика), а затем снова тщательно промыть водой перед тем, как повесить колпак для просушки. Его следует разместить симметрично и без натяжения, так как в процессе высыхания он может сохранить определенную форму, что может затруднить последующее снижение импеданса. В завершение рассмотрим несколько репрезентативных результатов.

Теперь мы продемонстрируем репрезентативные результаты, полученные после регистрации и анализа данных ERP. Топография напряжения на скальпе слева и справа отражает быструю ретинотопическую реактивацию областей зрительной коры при точном воспроизведении элементов, которые ранее предъявлялись в правом и левом полях зрения соответственно. Я только что показал вам, как регистрировать данные ERP высокой плотности при использовании данной процедуры.

Важно помнить, что комфорт участника всегда является приоритетом. На этом все. Спасибо за просмотр и успехов в ваших экспериментах.