Summary
يظهر هنا إجراء استخدام c-grid (تخطيط كهربية الدماغ للأذن ، يباع تحت اسم cEEGrid) لتسجيل نشاط الدماغ داخل المختبر وخارجه لفترات طويلة. يصف هذا البروتوكول كيفية إعداد هذه المصفوفات وكيفية تسجيل نشاط الدماغ باستخدامها.
Abstract
الشبكة c (تخطيط كهربية الدماغ للأذن ، تباع تحت اسم cEEGrid) عبارة عن مجموعة أقطاب كهربائية غير مزعجة ومريحة يمكن استخدامها للتحقيق في نشاط الدماغ بعد لصقها حول الأذن. الشبكة c مناسبة للاستخدام خارج المختبر لفترات طويلة ، حتى طوال اليوم. يمكن دراسة العمليات المعرفية المختلفة باستخدام هذه الشبكات ، كما هو موضح في الأبحاث السابقة ، بما في ذلك البحث خارج المختبر. لتسجيل بيانات تخطيط كهربية الدماغ عالية الجودة ، من الضروري التحضير الدقيق. في هذا البروتوكول ، نوضح الخطوات اللازمة لتنفيذه بنجاح. أولا ، يتم عرض كيفية اختبار وظائف الشبكة قبل التسجيل. ثانيا ، يتم توفير وصف حول كيفية إعداد المشارك وكيفية ملاءمة الشبكة c ، وهي الخطوة الأكثر أهمية لتسجيل بيانات عالية الجودة. ثالثا ، يتم توفير مخطط تفصيلي حول كيفية توصيل الشبكات بمكبر للصوت وكيفية التحقق من جودة الإشارة. في هذا البروتوكول ، ندرج توصيات ونصائح أفضل الممارسات التي تجعل تسجيلات c-grid ناجحة. إذا اتبع الباحثون هذا البروتوكول ، فإنهم مجهزون بشكل شامل لتجربة الشبكة c داخل المختبر وخارجه.
Introduction
باستخدام تخطيط كهربية الدماغ المتنقل (EEG) ، يمكن تسجيل نشاط الدماغ في الحياة اليومية ، ويمكن اكتساب رؤى جديدة في المعالجة العصبية خارج المختبر1. لكي يكون مناسبا للحياة اليومية ، يجب أن يكون نظام تخطيط كهربية الدماغ المحمول شفافا وغير مزعج وسهل الاستخدام ومتسامحا مع الحركة ومريحا للارتداء حتى لعدة ساعات2. تهدف الشبكة c (التي تباع تحت اسم cEEGrid) ، وهو نظام EEG للأذن على شكل حرف C ، إلى تلبية هذه المتطلبات لتقليل التداخل مع السلوك الطبيعي. تتكون الشبكة من 10 أقطاب كهربائية Ag / AgCl مطبوعة على مادة Flexprint3. إلى جانب مكبر صوت مصغر متنقل وهاتف ذكي للحصول على البيانات 4,5 ، يمكن استخدام هذه الشبكات لجمع بيانات تخطيط كهربية الدماغ للأذن لأكثر من 8 ساعات 1,6.
أظهرت العديد من الدراسات التي أجريت في المختبر إمكانات شبكات c لدراسة العمليات السمعية وغيرها من العمليات المعرفية. تم استخدام شبكات C بنجاح لفك تشفير الانتباه السمعي بدقة أعلى منمستوى الفرصة 7،8،9،10،11. استخدم Segaert et al.12 هذه المصفوفات لتحديد ضعف اللغة لدى المرضى الذين يعانون من ضعف إدراكي معتدل. أظهر Garrett et al.13 أن هذه المصفوفات يمكنها التقاط إمكانات الدماغ السمعية الناشئة من جذع الدماغ. بصرف النظر عن البحث الذي يركز على المجال السمعي ، استخدم Knierim et al.14 الشبكات للتحقيق في تجارب التدفق (أي الإحساس بالمشاركة الكاملة في مهمة) ، كما تم قياسها من خلال التغيرات في قوة ألفا. أخيرا ، استخدم Pacharra et al.15 هذه الشبكات لمهمة بصرية. تعرض كل هذه الدراسات المعملية العمليات المعرفية المختلفة التي يمكن التقاطها باستخدام هذه الشبكات.
يمكن أيضا استخدام هذه الشبكات لتسجيلات EEG خارج المختبر ، كما هو موضح في العديد من الدراسات. على سبيل المثال ، تم استخدام هذه المصفوفات لتقييم الحمل العقلي في جهاز محاكاة القيادة 16,17 ولدراسة الصمم غير المتعمد ، وعدم إدراك أصوات الإنذار الحرجة ، في جهاز محاكاة الطيران18. الشبكات واعدة بشكل خاص للتسجيلات طويلة المدى ، مثل المراقبة طويلة المدى لنوبات الصرع2 ومرحلة النوم6. استخدم Hölle et al.1 هذه الشبكات لقياس الانتباه السمعي خلال يوم مكتبي لمدة 6 ساعات. باختصار ، تسلط كل هذه الدراسات الضوء على قدرتها على التحقيق في عمليات الدماغ المختلفة داخل وخارج المختبر.
يتطلب كل تسجيل EEG إعدادا دقيقا للحصول على نتائج صحيحة. هذا مهم بشكل خاص لتطبيقات الهاتف المحمول حيث يمكن توقع المزيد من القطع الأثرية أكثر من المختبر بسبب حركة المشارك. لضمان أفضل النتائج ، من الضروري اتخاذ خطوات تحضير محددة. نذكر الخطوات الحاسمة في إعداد الشبكات ، وإعداد المشارك لجمع البيانات ، وتركيب وربط الشبكات لتسجيلات EEG. نشير إلى الأخطاء المحتملة ونعرض أمثلة على جودة البيانات الرديئة عندما يكون المرفق غير مناسب. أخيرا ، يتم عرض النتائج التمثيلية لمهمة غريبة الأطوار تعزف على البيانو.
Protocol
تمت الموافقة على الإجراء العام المستخدم في هذا البروتوكول من قبل مجلس الأخلاقيات بجامعة أولدنبورغ. قدم المشارك موافقة خطية مستنيرة قبل مشاركته.
ملاحظة: يجب استخدام شبكات c فقط على الجلد غير التالف ومع المشاركين الذين ليس لديهم حساسية من المادة اللاصقة المستخدمة. لها وجهان. يوجد نص أسود في الخارج. توجد الأسطح الموصلة للأقطاب الكهربائية في الداخل ، وتواجه جلد المشارك أثناء التسجيل. الأهم من ذلك ، التعامل مع هذه الشبكات بعناية. لا تلمس الأسطح الموصلة ، ولا تطوي الشبكات ، ولا تثنيها بشكل مفرط ، وتجنب سحبها.
1. الاختبار
ملاحظة: إذا تم التعامل معها بحذر ، يمكن إعادة استخدام شبكات c عدة مرات. لضمان الأداء الأمثل ، تحقق من أن جميع الأقطاب الكهربائية تعمل بشكل صحيح قبل التسجيل التالي. قم بتنفيذ نفس الإجراء للشبكات الجديدة لتحديد المشكلات المحتملة (على سبيل المثال ، بسبب مشاكل في عملية التصنيع) قبل بدء التسجيل. هناك العديد من الخيارات للتحقق بسرعة من وجود مشاكل (على سبيل المثال ، قطب كهربائي مكسور).
- الخيار 1: المتر.
- اضبط مقياسا متعددا لقياس المقاومة.
- قم بتوصيل دبوس واحد من المتر المتعدد بالقطب والدبوس الآخر بجهة الاتصال المقابلة في نهاية الموصل.
- تحقق مما إذا كان يمكن قياس مقاومة منخفضة (<10 kΩ) لكل قطب كهربائي.
- الخيار 2: جل القطب
- استخدم جل القطب الكهربائي لربط جميع الأقطاب الكهربائية. تأكد من عدم وجود فجوات بين الأقطاب الكهربائية.
- قم بتوصيل الشبكة بموصل مكبر الصوت. لرؤية إشارة ، قم بتوصيل الشبكة بالجانب مع الأقطاب الكهربائية المرجعية والأرضية وفقا لتخطيط الموصل المستخدم.
- استخدم فحص مقاومة مكبر الصوت. تحقق من مقاومة القطب المرجعي وجميع أقطاب التسجيل الثمانية (10 أقطاب كهربائية في المجموع مطروحا منها الأرض والأقطاب الكهربائية المرجعية) ؛ يجب أن يكون لديهم جميعا مقاومة منخفضة (<10 كيلو أوم). بعد ذلك ، امسح الجل.
- الخيار 3: الماء
ملاحظة: استخدم هذا الخيار بحذر حتى لا تتسبب في أي تلف بالمياه للمعدات.- اغمر جميع الأقطاب الكهربائية في كوب من الماء ، ولكن تأكد من الحفاظ على ذيل الشبكة جافا. بدلا من ذلك ، ضع الشبكة c في صفيحة مملوءة بالماء (بحيث تواجه الأقطاب الكهربائية اللوحة).
- قم بتوصيل الشبكة بموصل مكبر الصوت.
- استخدم فحص مقاومة مكبر الصوت. تحقق من مقاومة القطب المرجعي وجميع أقطاب التسجيل الثمانية (10 أقطاب كهربائية في المجموع مطروحا منها الأرض والأقطاب الكهربائية المرجعية) ؛ يجب أن يكون لديهم جميعا مقاومة منخفضة (<10 كيلو أوم). بعد ذلك ، جفف الشبكة c بمنديل.
2. إعداد المشارك
ملاحظة: بالنسبة للتسجيلات عالية الجودة ، يجب أن يكون لدى المشارك شعر نظيف وجاف ، ويجب ألا يكون قد استخدم أي منتجات شعر (مثل منتجات تصفيف الشعر) أو منتجات البشرة ، ويجب ألا يضع المكياج. إذا أمكن ، يجب على المشاركين غسل شعرهم مباشرة قبل التسجيل بشامبو خفيف ومحايد وكذلك غسل المناطق المحيطة بالأذنين. اطلب من المشاركين الإشارة إلى ما إذا كانت أي من الخطوات التحضيرية غير مريحة لهم.
- لإعداد المشارك ، يحتاج المجرب إلى الوصول إلى المنطقة خلف الأذن وحولها. بالنسبة للمشاركين ذوي الشعر الطويل ، استخدم مشابك الشعر لتسهيل الوصول إليها.
- ضع شبكة c حول أذن المشارك لترى كيف تناسبها. بالإضافة إلى ذلك ، تحقق مما إذا كان يمكن وضعه حول الأذن دون لمس الأذن. تأكد من أنه لا يلمس الجزء الخلفي من الأذن أو شحمة الأذن ، لأن هذا قد يكون غير مريح بعد مرور بعض الوقت. يعطي هذا التركيب المسبق أيضا إشارة إلى المنطقة التي سيتم تغطيتها ، وبالتالي يجب تنظيفها.
ملاحظة: تأتي هذه الشبكات بحجم واحد ولا تناسب جميع أحجام الأذن. بالنسبة للآذان الكبيرة ، قم بقطع بعض البلاستيك حول الأقطاب الكهربائية الموجودة داخل C بمقص صغير. إيلاء اهتمام خاص لعدم قطع في الأقطاب الكهربائية أو المسار الموصل. - ضع قطرة صغيرة من جل القطب الكهربائي الكاشطة على منديل. استخدم الجل لتنظيف الجلد حول أذن المشارك ببعض الضغط ، ولكن تأكد من بقائه مريحا للمشارك. تأكد من تنظيف المنطقة بأكملها التي سيتم تغطيتها بسخاء.
- اغمس منديلا في بعض الكحول ، ونظف المنطقة خلف الأذن بهذا المنديل.
- جفف المنطقة النظيفة بمنشفة نظيفة.
- للحصول على مستويات أعلى من الراحة ، ضع اختياريا قطعة صغيرة من الشريط على الجانب الخلفي من الأذن.
- كرر جميع الخطوات المذكورة أعلاه (الخطوات 2.1-2.5) للأذن الأخرى.
3. إعداد وتركيب الشبكات
ملاحظة: هناك طرق مختلفة لتوصيل الشبكة c باستخدام شريط على الوجهين. يظهر هنا خياران: ملصقات على شكل حرف C (مقدمة من الشركة المصنعة) تغطي السطح بالكامل وملصقات دائرية صغيرة يتم وضعها بشكل فردي حول الأقطاب الكهربائية (على سبيل المثال ، عند إعادة الاستخدام).
- قم بتوصيل ملصقات لاصقة على الوجهين (إما ملصقات على شكل حرف C أو ملصقات فردية) حول كل قطب كهربائي. تأكد من أن الملصقات لا تغطي السطح الموصل للأقطاب الكهربائية.
- ضع قطرات صغيرة (بحجم العدس) من جل القطب على كل قطب كهربائي. تجنب استخدام الكثير من الجل ، لأن هذا قد ينسكب على المادة اللاصقة ويقلل من الالتصاق بالجلد. يمكن أن يؤدي الكثير من الجل أيضا إلى إنشاء جسور بين الأقطاب الكهربائية.
- قم بإزالة غطاء الملصق (الملصقات) اللاصقة. أعد وضع الجل في حالة إزالته أثناء هذه الخطوة. بدلا من ذلك ، قم بإزالة الغطاء الأول ، وقم بتطبيق الجل بعد ذلك ؛ ومع ذلك ، فإن هذا يتطلب يدا ثابتة للغاية حتى لا ينسكب الجل عن طريق الخطأ على المادة اللاصقة.
- اطلب من المشارك أن يمسك شعره بعيدا عن الأذن حتى لا يعيق التركيب. حرك أي شعر بعيدا قدر الإمكان حتى تلمس الملصقات الجلد مباشرة. اعتمادا على خط الشعر ، هذا ليس ممكنا دائما (على سبيل المثال ، عندما يكون هناك شعر فوق الأذن مباشرة).
- ضع الشبكة حول الأذن ، وعندما تكون في مكانها ، اضغط عليها في الجلد. تأكد من عدم وضعه بالقرب من الأذن ، لأن هذا قد يصبح غير مريح للمشارك. اترك بعض المساحة (1 مم إلى 2 مم) بين الشبكة والجانب الخلفي من الأذن. بالإضافة إلى ذلك ، اطلب من المشارك الضغط على الأقطاب الكهربائية.
- كرر جميع الخطوات المذكورة أعلاه (الخطوات 3.1-3.5) للأذن الأخرى.
- قم بإزالة أي مشابك شعر. ضع بعناية النظارات أو شرائط أقنعة الوجه على الأذنين إذا لزم الأمر.
4. الاتصال
- قم بتوصيل الموصل بمكبر الصوت. خلال هذه الخطوة ، تجنب الانحناء أو السحب المفرط على الشبكة c.
- قم بتوصيل جهات الاتصال بالموصل. تأكد من توصيل جهات الاتصال على الجانب الصحيح. تأكد من أن جهات الاتصال المكشوفة الموجودة داخل الشبكة c تواجه جهات الاتصال الموجودة في الموصل.
ملاحظة: من المهم معرفة تخطيط الموصل المستخدم (بما في ذلك موضع الأرض والأقطاب الكهربائية المرجعية). اعتمادا على النظام المستخدم ، قد يختلف التخطيط. لإنشاء موصل، تفضل بزيارة https://uol.de/psychologie/abteilungen/ceegrid. باستخدام الموصل الصحيح ، يمكن توصيل شبكات c بأي مكبر للصوت. - لتثبيت مكبر الصوت في مكانه ، استخدم عصابة رأس ، على سبيل المثال ، لتثبيته على الرأس.
ملاحظة: يستخدم مختبر أولدنبورغ مكبر للصوت مدمجا في مكبر صوت للرقبة يسمى nEEGlace. يجعل nEEGlace الإعداد أكثر راحة وأسرع.
5. تحقق من المعاوقة والبيانات
- قم بتوصيل مكبر الصوت بهاتف ذكي (اختياريا: كمبيوتر محمول) عبر البلوتوث.
- تحقق من مقاومة الأقطاب الكهربائية من خلال فحص مقاومة مكبر الصوت. عادة ما تتحسن المعاوقة بمرور الوقت (من 5 دقائق إلى 10 دقائق) ولا يجب أن تكون أقل من 10 كيلو أوم لكل قطب كهربائي في البداية. لا تحاول وضع المزيد من الجل تحت الأقطاب الكهربائية ذات المقاومة العالية.
- تحقق من إشارة EEG. اطلب من المشارك أن يضغط على فكيه ، وأن يرمش ، وأن يغلق عينيه (نشاط ألفا). راقب القطع الأثرية المقابلة ونشاط ألفا في الإشارة. تأكد من أن كل قطب كهربائي يوفر إشارة جيدة. إذا كانت إشارة EEG الناتجة ضعيفة ، فقم بإزالة الشبكة ، وامسح أي هلام متبقي حول أذن المشارك ، وقم بتركيب واحدة جديدة.
- ابدأ التسجيل.
6. إزالة وتنظيف
- بعد الانتهاء من تسجيل البيانات ، افصل الهاتف (أو الكمبيوتر المحمول) عن مكبر الصوت. افصل الشبكات عن مكبر الصوت ، وقم بإزالة مكبر الصوت من المشارك. قم بإزالة شبكات c برفق من المشارك. تأكد من عدم ثني الشبكة c كثيرا أو سحب شعر المشارك. اسمح للمشاركين بتنظيف أنفسهم بالمناديل أو المنشفة.
- نقع الشبكات في الماء لبضع دقائق. يمكن غمرها بالكامل.
- افصل الملصقات بعناية لتجنب التلف. اشطف أي جل متبقي. تجفيف الشبكات في الهواء. لا تفرك السطح الموصل للأقطاب الكهربائية.
- قم بتخزين شبكات c بأمان في مكان مظلم وجاف.
Representative Results
عند اتباع هذا البروتوكول ، تكون مقاومة كل قطب كهربائي عادة أقل من 10 kΩ أو تقترب من هذه القيمة بعد دقائق قليلة من وضع الشبكة (الشكل 1) ، مما يشير إلى ملامسة جيدة للقطب الكهربائي. تجدر الإشارة إلى أن المعاوقة قد تستمر في التحسن في غضون 2 ساعة بعد تركيبها.
يوضح الشكل 2 إشارات EEG المختلفة غير المعالجة. يوضح الشكل 2 أ كيف تبدو البيانات عند عدم استخدام هلام. مطلوب هلام موصل ، والشبكة لا تعمل بشكل صحيح دون استخدام هلام. إذا تم استخدام الكثير من الجل ، فقد يتم سد الأقطاب الكهربائية. يتم عرض بيانات هذا السيناريو في الشكل 2B. تظهر الأقطاب الكهربائية الجسرية نفس الإشارة بالضبط. عندما يتم التحضير والتركيب بعناية ، يمكن للمرء أن يتوقع بيانات عالية الجودة ، كما هو موضح في الشكل 2C.
يوضح الشكل 3 الإجراء والبيانات من نموذج نموذجي للإمكانات المتعلقة بالحدث (ERP) (مهمة غريبة) مع مشارك واحد. يوضح الشكل 3 أ النموذج. على وجه التحديد ، عزف المجرب تسلسلا محددا مسبقا من نوتتين مختلفتين على البيانو (وسط C ووسط G). تم لعب C الأوسط بشكل متكرر (328 مرة) ، وتم لعب G الأوسط بشكل غير متكرر (78 مرة) ؛ كان على المشارك حساب الملاحظات النادرة. سجل تطبيق AFEx مفتوح المصدر بدايات النغمة وارتفاع الصوت (RMS) والمحتوى الطيفي (PSD) لجميع النغمات. سجل تطبيق Record-A بشكل متزامن الميزات الصوتية و EEG4. في التحليلات ، تم التمييز بين النغمات النادرة والمتكررة بناء على الكثافة الطيفية للقدرة (PSD ؛ انظر Hölle et al.19 للحصول على التفاصيل). كانت بيانات EEG مرشحة بتمرير عالي عند 0.1 هرتز وتمرير منخفض تمت تصفيته عند 25 هرتز. تم حساب مرشح مكاني باستخدام تحلل المتجه الذاتي المعمم ، مما يزيد من إشارة الاهتمام20. في الشكل 3B ، C ، يمكن ملاحظة ERP الناتج مع المكونات النموذجية للمعالجة السمعية ، مثل N1 لكل من النغمات و P3 للنغمة النادرة التي يجب حسابها. تتوافق هذه النتائج مع الدراسات الغريبة السابقة مع كل من c-grids1,3 ومع cap-EEG21,22.
الشكل 1: مثال على المعاوقة الجيدة. جميع القيم بالكيلوزيت (kΩ). الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 2: رسم توضيحي لإشارات غير معالجة ذات صفات مختلفة . (أ) مثال على 10 ثوان من البيانات عند عدم استخدام هلام قطب كهربائي على الإطلاق. (ب) مثال على 10 ثوان من البيانات عند سد الأقطاب الكهربائية. (ج) مثال على 10 ثوان من البيانات الجيدة التي تم الحصول عليها في المختبر. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 3: نتائج من نموذج محتمل متعلق بالحدث (ERP) (مهمة غريبة) مع مشارك واحد. (أ) نظرة عامة على النموذج. استمع المشارك إلى سلسلة من النغمات التي تم عزفها على البيانو وكان عليه أن يحسب النغمة النادرة. سجل الهاتف الذكي بشكل متزامن EEG والميزات الصوتية (B) ERPs لجميع قنوات c-grid. الاختصارات: REF = القطب المرجعي ؛ DRL = قطب أرضي. (C) تخطيط موارد المؤسسات استنادا إلى المرشح المكاني المعروض في الزاوية العلوية اليسرى. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
Discussion
يتم توفير بروتوكول لتسجيلات تخطيط كهربية الدماغ مع شبكات c. يضمن اتباع خطوات هذا البروتوكول تسجيلات عالية الجودة. في الفقرات التالية ، يتم إجراء مقارنة مع cap-EEG ، وتتم مناقشة الخطوات الأكثر أهمية في البروتوكول جنبا إلى جنب مع بعض توصيات أفضل الممارسات ، ومناقشة بعض التعديلات.
مقارنة بين شبكات c و cap-EEG و EEG داخل الأذن
تسمح الشبكة c بالتسجيل غير المزعج لنشاط الدماغ في إعدادات الحياة اليومية وهي مناسبة تماما للتسجيلات الأطول. لديها العديد من المزايا مقارنة مع cap-EEG. أولا ، نظرا لوزنه وراحته وضعف رؤيته ، فإنه بالكاد يقيد المشاركين في أنشطتهم اليومية1. ثانيا ، يمكن ارتداؤها لفترات طويلة من الزمن - أكثر من 11 ساعة في دراسة واحدة 6- دون سقوط الأقطاب الكهربائية1،3،6 ، لأنها مختومة بواسطة الملصقات اللاصقة. على الجانب السلبي ، لا تغطي الشبكة c سوى جزء صغير من سطح cap-EEG ، وبالتالي لا يمكن أن تحل محل cap-EEG لجميع الأغراض. ومع ذلك ، في الحالات التي يكون فيها الحل الخفيف الوزن وغير المزعج وسريع الإعداد والحد الأدنى من التقييد ضروريا (على سبيل المثال ، في مكان العمل) ، يمكن أن توفر شبكات c معلومات عصبية ذات صلة.
من المحتمل أن تكون مقارنة النتائج عبر المشاركين أكثر صعوبة بالنسبة للشبكات c مقارنة ب cap-EEG. بالنسبة ل cap-EEG ، غالبا ما يتم استخدام نظام 10-20 الدولي لتسهيل مقارنة النتائج عبر الدراسات وعبر المشاركين بأحجام رؤوس مختلفة. في هذا النظام ، يتم وضع الأقطاب الكهربائية بالنسبة لمعالم تشريحية محددة (على سبيل المثال ، nasion و inion من الأمام إلى الخلف والأذنين من اليسار إلى اليمين). في الممارسة العملية ، يتم استخدام أحجام غطاء مختلفة لحساب أحجام الرأس المختلفة وبالتالي تقريب وضع القطب الأمثل. لا يمكن دمج الشبكة c بسهولة في هذا النظام لسببين. أولا ، هذه متوفرة حاليا بحجم واحد ، وبالتالي ، تغطي مساحة أكبر أو أقل حسب حجم الرأس. ثانيا ، يؤثر شكل الأذن على وضع الشبكات. بشكل عام ، سيكون القطبان العلويان فوق الأذن مباشرة ، ولكن اعتمادا على شكل الأذن ، قد يتم إمالتهما أكثر إلى الأمام أو إلى الخلف. لسنا على علم بأي دراسة بحثت فيما إذا كانت هذه التحولات في مواضع الأقطاب الكهربائية كبيرة بما يكفي لتكون ذات صلة.
هناك طريقة أخرى لقياس تخطيط كهربية الدماغ للأذن وهي وضع الأقطاب الكهربائية داخل الأذن ، على سبيل المثال ، في قناة الأذن الخارجية أو المحارة23،24،25. يوفر هذا النهج رؤية أقل من الشبكة c ولكنه يؤدي إلى تسجيل إشارات ذات سعات أقل بسبب المسافات الصغيرة بين الأقطاب الكهربائية26.
أهم الخطوات
لا يزال تخطيط كهربية الدماغ بشكل عام ، وخاصة تخطيط كهربية الدماغ المتمحور حول الأذن المتنقلة ، تقنية صعبة. لذلك ، يعد الإعداد الدقيق للمشارك ووضع الشبكات أمرا ضروريا لضمان جودة بيانات جيدة بمرور الوقت. يبدأ التحضير بشعر وجلد المشاركين. يجب غسل الشعر والجلد حول الأذن وتجفيفهما. بالإضافة إلى ذلك ، يحتاج المجرب إلى تنظيف المنطقة المحيطة بالأذن بعناية باستخدام الجل الكاشطة والكحول والتأكد من أن الشبكات متصلة بإحكام بالملصقات اللاصقة. هذه الخطوات مهمة ويجب تنفيذها بعناية لضمان التصاق جيد بالجلد الكهربائي ومقاومة منخفضة لفترات أطول. تنظيف الجلد بشكل خاص يمكن أن يحدث فرقا بين التسجيل الناجح وغير الناجح.
ومع ذلك ، حتى مع الرعاية المناسبة ، قد تظل مقاومة الأقطاب الكهربائية الفردية ضعيفة مباشرة بعد وضع الأقطاب الكهربائية. بشكل عام ، تستقر واجهة جلد القطب بمرور الوقت ، وغالبا ما نلاحظ أن المقاومة تنخفض في غضون 5 دقائق إلى 15 دقيقة. إذا ظلت جودة الإشارة رديئة ، فمن المستحسن إزالة الشبكات تماما ، ومسح أي هلام متبقي حول أذن المشارك ، وتركيب واحدة جديدة. من الأسرع تركيب واحدة جديدة بدلا من تنظيف وإعداد الشبكة التي تمت إزالتها مسبقا. لا ينصح بإضافة هلام القطب إلى الأقطاب الكهربائية الفردية بمجرد تركيب الشبكة لأن هذا يمكن أن يضر بقوة التصاق الملصقات ويمكن أن يؤدي حتى إلى سد الأقطاب الكهربائية المجاورة.
بعد وضع الشبكة وعندما تكون مقاومة الأقطاب الكهربائية منخفضة ، يمكن أن يبدأ تسجيل البيانات. بالنسبة للتسجيلات الأطول (>1 ساعة) ، يجب إجراء فحص موجز لجودة البيانات في البداية. على سبيل المثال ، تم توضيح مهمة غريبة السمع مدتها 3 دقائق في هذه الدراسة ، والتي يمكن إجراؤها وتحليلها بسرعة لضمان جودة إشارة جيدة.
في بعض الحالات ، قد لا يكون التسجيل باستخدام الشبكة c ممكنا على الإطلاق ، مثل عندما تكون الشبكة صغيرة جدا بالنسبة للأذن (حتى بعد القطع) أو عندما يكون خط الشعر قريبا جدا من الأذن ، مما يعني أن الشبكة لا تلتصق بالجلد. إذا كانت الشبكة "تحوم" فوق بعض الشعر ، فلا يمكن للباحثين توقع بيانات عالية الجودة.
استكشاف الاخطاء
مقاومة و / أو إشارة سيئة
لتجنب هذه المشاكل ، من الضروري تنظيف الجلد بعناية قبل التركيب. بالإضافة إلى ذلك ، يجب على المرء التأكد من اختبار وظائف كل قطب كهربائي قبل التركيب. على سبيل المثال ، يجب على المرء التحقق من توصيل الشبكة بشكل صحيح بالموصل وأن كل قطب كهربائي لديه اتصال قوي بالجلد ثم الانتظار لبضع دقائق حتى تتحسن المعاوقة والإشارة. لمزيد من التحقق من الوظيفة بعد التركيب ، يجب الضغط على الأقطاب الكهربائية الفردية ، ويجب فحص الإشارة الناتجة. إذا أظهرت الإشارة المقابلة لكل قطب استجابة ، فإن القطب يعمل من حيث المبدأ. إذا لم تساعد جميع الخطوات المذكورة أعلاه ، فيجب على المرء إزالة الشبكة ، ومسح الجل المتبقي حول أذن المشارك ، وتركيب واحدة جديدة.
حالات بدون إشارة
أولا ، يجب على المرء التأكد من توصيل الشبكة بشكل صحيح بمكبر الصوت ، بالإضافة إلى التأكد من أن موصل الشبكة ليس مقلوبا. لن تكون هناك إشارة إلا إذا تم توصيل الأقطاب الكهربائية الأرضية والمرجعية ؛ يعتمد ما إذا كانت الأرض والمرجع على اليسار أو اليمين أو على كلا الجانبين على الموصل.
تزداد الإشارة سوءا أثناء التسجيل
قد يكون هناك عدة أسباب لهذه المشكلة التي تحتاج إلى معالجة. أولا ، قد تكون بعض الأقطاب الكهربائية قد انفصلت عن الجلد. يمكن أن يحدث هذا عندما تتعرض المادة اللاصقة للخطر بسبب بقايا هلام القطب ، أو بسبب الشعر تحت الأقطاب الكهربائية ، أو بسبب تداخل من المشارك (على سبيل المثال ، الخدش حول الأذن أو ضبط النظارات). ثانيا ، قد تكون هناك مشاكل في الاتصال بين الشبكة ومكبر الصوت (على سبيل المثال ، ربما تم سحب الشبكة من مكبر الصوت ، أو ربما تغير موضعها). أخيرا ، قد تكون الشبكة قد تعرضت لأضرار أثناء الاستخدام. يمكن أن يحدث هذا إذا كان ذيل الشبكة c منحنيا بشدة.
القنوات التي تعرض إشارات متطابقة
في هذه الحالة ، يتم سد الأقطاب الكهربائية. يجب على المرء إزالة الشبكة ، ومسح الجل المتبقي حول أذن المشارك ، وتركيب واحدة جديدة. يجب على المرء أيضا التأكد من استخدام قطرات بحجم العدس فقط من هلام القطب على كل قطب كهربائي لتجنب التجسير.
أفاد المشاركون أن التنسيب غير مريح
السبب الأكثر شيوعا لانخفاض الراحة هو أن الشبكة توضع بالقرب من مؤخرة الأذن. يجب على المرء التأكد من ترك 1 مم إلى 2 مم بين الشبكة c والجانب الخلفي من الأذن. تساعد قطعة صغيرة من الشريط المتصل خلف الأذن على زيادة الراحة.
تعديلات على الطريقة
تأتي الشبكة c بحجم واحد. ومع ذلك ، فإنه يسمح ببعض المرونة فيما يتعلق بحجمه. عن طريق قطع البلاستيك من الجانب الداخلي ، يمكن تقليل الحجم ليناسب آذان أكبر. ينبغي للمرء أن يولي اهتماما خاصا حتى لا يقطع الأقطاب الكهربائية أو المسارات الموصلة.
اعتمادا على مكبر الصوت المستخدم وسيناريو التسجيل ، هناك طرق مختلفة لوضع مكبر الصوت على الجسم. يحد الطول الثابت لذيل الشبكة وحقيقة أنه يشير أفقيا بعيدا عن الأذن من المواقع المحتملة لوضع موصل مكبر الصوت. توفر الشركات المصنعة المختلفة كبلات محول تربط الشبكة بمكبر صوت معين (إما متنقل أو قائم على المختبر). تم اقتراح حلول مختلفة لوضع مكبر الصوت. يستخدم بعض الباحثين عصابة رأس3 ، بينما يدمجها آخرون في غطاء أساسي27. بالنسبة للتجارب الأقصر ، فإن عصابة الرأس مناسبة. بالنسبة للتجارب الأطول ، يمكن لصق مكبر الصوت على الملابس6 أو الجسم2 ، أو تخزينه في أحزمة مصنوعة خصيصا ، أو لصقه على سماعات الرأس التي يتم ارتداؤها حول الرقبة1 ، أو لصقه على واقي الرقبة الذي يشيع استخدامه لركوب الدراجات الجبلية. لقد طورنا نموذجا أوليا يجمع بين مكبر صوت الرقبة (لتقديم المحفزات السمعية) مع مضخم EEG متنقل وموصلات إلى الشبكة c (يمكن العثور على تعليمات البناء هنا: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). لقد استخدمنا هذا النهج بنجاح في دراسة حديثة (قيد الإعداد) سجلنا فيها تخطيط كهربية الدماغ للأذن لمدة 4 ساعات أثناء عمل المشاركين في مكتب.
التطبيقات المستقبلية
تعد c-grid أداة واعدة للتسجيلات طويلة المدى في الحياة اليومية. على سبيل المثال ، يمكن للمرء استخدامه للتحقيق في معالجة الصوت في الحياة اليومية1. مع التسجيلات طويلة المدى ، يمكن أيضا التحقيق في الاختلافات اليومية في الإدراك والوظيفة السمعية28,29. لأغراض التشخيص ، يمكن استخدام الشبكة للمراقبة طويلة الأجل لنوبات الصرع2 ، أو مرحلة النوم6 ، أو لقياس الانتباه لأجهزة السمع 7,11.
استنتاج
يجهز هذا البروتوكول الباحثين بشكل شامل لتجربة هذه الشبكات c داخل المختبر وخارجه. إذا اتبع الباحثون هذا البروتوكول ونفذوا الخطوات بعناية ، بما في ذلك أهم الخطوات ، مثل تنظيف الجلد وتركيب الشبكة c ، فيمكنهم توقع بيانات عالية الجودة لتجارب تخطيط كهربية الدماغ للأذن.
Disclosures
لم يبلغ المؤلفون عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
تم تمويل هذا العمل من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG) في إطار برنامج Emmy-Noether ، BL 1591 / 1-1 - معرف المشروع 411333557. نشكر سونغ نغوين ومانويلا ياغر وماريا ستولمان على مساعدتهم في تصوير الفيديو. نشكر جوانا سكانلون على التعليق الصوتي للفيديو.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Abrasive gel: Abralyt HiCl | easycap GmbH, Germany | ||
| AFEx app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://zenodo.org/record/5814670#.Y0AavXZByUk | |
| Alcohol | Carl Roth GmbH + Co. KG, Germany | 70% isopropanol, 30% destilled water | |
| c-grid: cEEGrid | TSMI, Oldenzaal, The Netherlands | ||
| cEEGrid connector | University of Oldenburg, Germany | costum build | |
| EEG acquisition app: Smarting | mBrainTrain, Serbia | ||
| Matlab | The MathWorks, Inc., USA | used for data analyses and creating the figures | |
| Medical tape: Leukosilk | BSN medical GmbH, Germany | ||
| mobile EEG amplifier: Smarting MOBI | mBrainTrain, Serbia | ||
| Multimeter | PeakTech Prüf- und Messtechnik GmbH, Germany | optional device to check functionality of electrodes | |
| nEEGlace | University of Oldenburg, Germany | costumized neckspeaker with integrated EEG amplifier (Smarting, mBrainTrain, Serbia) and cEEGrid connectors | |
| Paper wipes | - | ||
| Record-a app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://github.com/NeuropsyOL/Pocketable-Labs | |
| Smartphone: Google Pixel 3a | Google LLC, USA | ||
| Yahama Digital Piano P-35 | Hamamatsu, Japan | for our exemplary data recording |
References
- Hölle, D., Meekes, J., Bleichner, M. G. Mobile ear-EEG to study auditory attention in everyday life. Behavior Research Methods. 53 (5), 2025-2036 (2021).
- Bleichner, M. G., Debener, S. Concealed, unobtrusive ear-centered EEG acquisition: cEEGrids for transparent EEG. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 163 (2017).
- Debener, S., Emkes, R., De Vos, M., Bleichner, M. Unobtrusive ambulatory EEG using a smartphone and flexible printed electrodes around the ear. Scientific Reports. 5, 16743 (2015).
- Blum, S., Hölle, D., Bleichner, M. G., Debener, S. Pocketable labs for everyone: Synchronized multi-sensor data streaming and recording on smartphones with the lab streaming layer. Sensors. 21 (23), 8135 (2021).
- Bleichner, M. G., Emkes, R. Building an ear-EEG system by hacking a commercial neck speaker and a commercial EEG amplifier to record brain activity beyond the lab. Journal of Open Hardware. 4 (1), 5 (2020).
- Sterr, A., et al. Sleep EEG derived from behind-the-ear electrodes (cEEGrid) compared to standard polysomnography: A proof of concept study. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 452 (2018).
- Mirkovic, B., Bleichner, M. G., De Vos, M., Debener, S. Target speaker detection with concealed EEG around the ear. Frontiers in Neuroscience. 10, 349 (2016).
- Bleichner, M. G., Mirkovic, B., Debener, S. Identifying auditory attention with ear-EEG: cEEGrid versus high-density cap-EEG comparison. Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066004 (2016).
- Nogueira, W., et al. Decoding selective attention in normal hearing listeners and bilateral cochlear implant users with concealed ear EEG. Frontiers in Neuroscience. 13, 720 (2019).
- Denk, F., et al. Event-related potentials measured from in and around the ear electrodes integrated in a live hearing device for monitoring sound perception. Trends in Hearing. 22, 2331216518788219 (2018).
- Holtze, B., Rosenkranz, M., Jaeger, M., Debener, S., Mirkovic, B. Ear-EEG measures of auditory attention to continuous speech. Frontiers in Neuroscience. 16, 869426 (2022).
- Segaert, K., et al. Detecting impaired language processing in patients with mild cognitive impairment using around-the-ear cEEgrid electrodes. Psychophysiology. 59 (5), e13964 (2021).
- Garrett, M., Debener, S., Verhulst, S. Acquisition of subcortical auditory potentials with around-the-ear cEEGrid technology in normal and hearing impaired listeners. Frontiers in Neuroscience. 13, 730 (2019).
- Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. Open-source concealed EEG data collection for Brain-computer-interfaces - neural observation through OpenBCI amplifiers with around-the-ear cEEGrid electrodes. Brain-Computer Interfaces. 8 (4), 161-179 (2021).
- Pacharra, M., Debener, S., Wascher, E. Concealed around-the-ear EEG captures cognitive processing in a visual simon task. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 290 (2017).
- Wascher, E., et al. Evaluating mental load during realistic driving simulations by means of round the ear electrodes. Frontiers in Neuroscience. 13, 940 (2019).
- Getzmann, S., Reiser, J. E., Karthaus, M., Rudinger, G., Wascher, E. Measuring correlates of mental workload during simulated driving using cEEGrid electrodes: A test-retest reliability analysis. Frontiers in Neuroergonomics. 2, 729197 (2021).
- Somon, B., Giebeler, Y., Darmet, L., Dehais, F. Benchmarking cEEGrid and solid gel-based electrodes to classify inattentional deafness in a flight simulator. Frontiers in Neuroergonomics. 2, 802486 (2022).
- Hölle, D., Blum, S., Kissner, S., Debener, S., Bleichner, M. G. Real-time audio processing of real-life soundscapes for EEG analysis: ERPs based on natural sound onsets. Frontiers in Neuroergonomics. 3, 793061 (2022).
- Cohen, M. X. A tutorial on generalized eigendecomposition for denoising, contrast enhancement, and dimension reduction in multichannel electrophysiology. NeuroImage. 247, 118809 (2022).
- Meiser, A., Bleichner, M. G. Ear-EEG compares well to cap-EEG in recording auditory ERPs: A quantification of signal loss. Journal of Neural Engineering. 19 (2), (2022).
- Polich, J. Updating P300: An integrative theory of P3a and P3b. Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2128-2148 (2007).
- Kidmose, P., Looney, D., Mandic, D. P. Auditory evoked responses from ear-EEG recordings. Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS. , 586-589 (2012).
- Looney, D., Goverdovsky, V., Rosenzweig, I., Morrell, M. J., Mandic, D. P. Wearable in-ear encephalography sensor for monitoring sleep preliminary observations from nap studies. Annals of the American Thoracic Society. 13 (12), 2229-2233 (2016).
- Kappel, S. L., Makeig, S., Kidmose, P. Ear-EEG forward models: Improved head-models for ear-EEG. Frontiers in Neuroscience. 13, 943 (2019).
- Meiser, A., Tadel, F., Debener, S., Bleichner, M. G. The sensitivity of ear-EEG: Evaluating the source-sensor relationship using forward modeling. Brain Topography. 33 (6), 665-676 (2020).
- Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. Open-source concealed EEG data collection for brain-computer-interfaces. arXiv. , (2021).
- Aseem, A., Hussain, M. E. Circadian variation in cognition: a comparative study between sleep-disturbed and healthy participants. Biological Rhythm Research. 52 (4), 636-644 (2019).
- Basinou, V., Park, J. -S., Cederroth, C. R., Canlon, B.
