Summary
מוצג כאן הנוהל לשימוש ברשת c (אוזניים-אלקטרואנצפלוגרפיה, הנמכרת תחת השם cEEGrid) לרישום פעילות המוח במעבדה ומחוצה לה לפרקי זמן ממושכים. פרוטוקול זה מתאר כיצד להגדיר מערכים אלה וכיצד להקליט את פעילות המוח באמצעותם.
Abstract
רשת c (אלקטרואנצפלוגרפיה של האוזן, נמכרת תחת השם cEEGrid) היא מערך אלקטרודות לא בולט ונוח שיכול לשמש לחקר פעילות המוח לאחר הצמדה סביב האוזן. רשת c מתאימה לשימוש מחוץ למעבדה לפרקי זמן ארוכים, אפילו לכל היום. ניתן לחקור תהליכים קוגניטיביים שונים באמצעות רשתות אלה, כפי שהראו מחקרים קודמים, כולל מחקר מעבר למעבדה. כדי להקליט נתוני אוזניים-EEG באיכות גבוהה, יש צורך בהכנה זהירה. בפרוטוקול זה אנו מסבירים את השלבים הדרושים ליישומו המוצלח. ראשית, כיצד לבדוק את הפונקציונליות של הרשת לפני הקלטה מוצגת. שנית, תיאור מסופק על איך להכין את המשתתף וכיצד להתאים את c-grid, שהוא הצעד החשוב ביותר להקלטת נתונים באיכות גבוהה. שלישית, מתווה מסופק כיצד לחבר את הרשתות למגבר וכיצד לבדוק את איכות האות. בפרוטוקול זה, אנו מפרטים המלצות וטיפים של שיטות עבודה מומלצות שהופכים הקלטות c-grid למוצלחות. אם החוקרים פועלים לפי פרוטוקול זה, הם מצוידים באופן מקיף לניסויים עם רשת c הן במעבדה והן מחוצה לה.
Introduction
באמצעות אלקטרואנצפלוגרפיה ניידת של האוזן (EEG), ניתן לרשום את פעילות המוח בחיי היומיום, וניתן לקבל תובנות חדשות על עיבוד עצבי מעבר למעבדה1. כדי להתאים לחיי היומיום, מערכת אוזניים-EEG ניידת צריכה להיות שקופה, לא פולשנית, קלה לשימוש, סובלנית לתנועה ונוחה ללבישה אפילו למשך מספר שעות2. רשת c (נמכרת תחת השם cEEGrid), מערכת ear-EEG בצורת c, שואפת לעמוד בדרישות אלה כדי למזער את ההפרעה להתנהגות הטבעית. הרשת מורכבת מ-10 אלקטרודות Ag/AgCl המודפסות על חומר Flexprint3. בשילוב עם מגבר ממוזער ונייד וסמארטפון לאיסוף נתונים4,5, רשתות אלה יכולות לשמש לאיסוף נתוני EEG לאוזן במשך יותר מ-8 שעות 1,6.
מספר מחקרים שנערכו במעבדה הראו את הפוטנציאל של רשתות c לחקר תהליכים שמיעתיים וקוגניטיביים אחרים. רשתות C שימשו בהצלחה לפענוח קשב שמיעתי עם דיוקים מעל רמת הסיכוי 7,8,9,10,11. Segaert et al.12 השתמשו במערכים אלה כדי לכמת ליקויי שפה במטופלים עם פגיעה קוגניטיבית קלה. Garrett et al.13 הראו כי מערכים אלה יכולים ללכוד פוטנציאלים מוחיים שמיעתיים שמקורם בגזע המוח. מלבד המחקר המתמקד בתחום השמיעתי, Knierim et al.14 השתמשו ברשתות כדי לחקור חוויות זרימה (כלומר, תחושה של מעורבות מוחלטת במשימה), כפי שנמדדו על ידי שינויים בכוח אלפא. לבסוף, Pacharra et al.15 השתמשו ברשתות אלה למשימה חזותית. כל המחקרים מבוססי המעבדה הללו מציגים את התהליכים הקוגניטיביים השונים שניתן ללכוד באמצעות רשתות אלה.
רשתות אלה יכולות לשמש גם להקלטות EEG מחוץ למעבדה, כפי שהודגם על ידי מספר מחקרים. לדוגמה, מערכים אלה שימשו להערכת עומס מנטלי בסימולטור נהיגה 16,17 ולחקר חירשות לא קשובה, אי-תפיסה של צלילי אזעקה קריטיים, בסימולטור טיסה18. הרשתות מבטיחות במיוחד להקלטות ארוכות טווח, כגון ניטור ארוך טווח של התקפים אפילפטיים2 והיערכות שינה6. Hölle et al.1 השתמשו ברשתות אלה כדי למדוד תשומת לב שמיעתית במהלך יום במשרד במשך 6 שעות. לסיכום, כל המחקרים הללו מדגישים את הפוטנציאל שלהם לחקור תהליכים מוחיים שונים במעבדה ומחוצה לה.
כל רישום EEG דורש הכנה קפדנית כדי להשיג תוצאות תקפות. זה חשוב במיוחד עבור יישומים ניידים שבהם ניתן לצפות יותר חפצים מאשר במעבדה בשל התנועה של המשתתף. כדי להבטיח תוצאות אופטימליות, יש צורך בשלבי הכנה ספציפיים. אנו מציינים את השלבים הקריטיים בהכנת הרשתות, הכנת המשתתף לאיסוף נתונים, והתאמת וחיבור הרשתות להקלטות EEG. אנו מצביעים על טעויות פוטנציאליות ומציגים דוגמאות לאיכות נתונים ירודה כאשר הקובץ המצורף אינו תקין. לבסוף, מוצגות תוצאות מייצגות של משימת כדור מוזר המנוגן בפסנתר.
Protocol
הנוהל הכללי המשמש בפרוטוקול זה אושר על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת אולדנבורג. המשתתף נתן הסכמה מדעת בכתב לפני השתתפותו.
הערה: יש להשתמש ברשתות c רק על עור לא פגום ועם משתתפים שאין להם אלרגיה לדבק שבו נעשה שימוש. יש לו שני צדדים. יש טקסט שחור מבחוץ. המשטחים המוליכים של האלקטרודות נמצאים מבפנים, והם פונים לעורו של המשתתף במהלך ההקלטה. חשוב מכך, טפל ברשתות אלה בזהירות. אין לגעת במשטחים המוליכים, אין לקפל את הרשתות, לא לכופף אותם יתר על המידה, ולהימנע מלמשוך אותם.
1. בדיקה
הערה: אם מטפלים בהן בזהירות, ניתן לעשות שימוש חוזר ברשתות c מספר פעמים. כדי להבטיח תפקוד מיטבי, בדוק שכל האלקטרודות פועלות כראוי לפני ההקלטה הבאה. בצע את אותו הליך עבור רשתות חדשות כדי לזהות בעיות פוטנציאליות (למשל, עקב בעיות בתהליך הייצור) לפני תחילת ההקלטה. ישנן מספר אפשרויות לבדיקה מהירה של בעיות (למשל, אלקטרודה שבורה).
- אפשרות 1: מולטימטר.
- הגדר מולטימטר למדידת התנגדות.
- חבר פין אחד של המולטימטר לאלקטרודה ואת הסיכה השנייה למגע המתאים בקצה המחבר.
- בדוק אם ניתן למדוד התנגדות נמוכה (<10 kΩ) עבור כל אלקטרודה.
- אפשרות 2: ג'ל אלקטרודות
- השתמש בג'ל אלקטרודות כדי לגשר על כל האלקטרודות. ודא שאין רווחים בין האלקטרודות.
- חבר את הרשת למחבר של מגבר. כדי לראות אות, חבר את הרשת לצד עם אלקטרודות הייחוס וההארקה בהתאם לפריסת המחבר שבה נעשה שימוש.
- השתמש בבדיקת העכבה של המגבר. בדוק את העכבה של אלקטרודת הייחוס ואת כל שמונה אלקטרודות ההקלטה (10 אלקטרודות בסך הכל פחות אלקטרודות הקרקע והייחוס); כולם חייבים להיות בעלי עכבה נמוכה (<10 kΩ). לאחר מכן, נגבו את הג'ל.
- אפשרות 3: מים
הערה: השתמש באפשרות זו בזהירות כדי לא לגרום נזק למים לציוד.- טבלו את כל האלקטרודות בכוס מים, אך הקפידו לשמור על זנב הרשת יבש. לחלופין, הניחו את רשת c בצלחת מלאה במים (כאשר האלקטרודות פונות לצלחת).
- חבר את הרשת למחבר המגבר.
- השתמש בבדיקת העכבה של המגבר. בדוק את העכבה של אלקטרודת הייחוס ואת כל שמונה אלקטרודות ההקלטה (10 אלקטרודות בסך הכל פחות אלקטרודות הקרקע והייחוס); כולם חייבים להיות בעלי עכבה נמוכה (<10 kΩ). לאחר מכן, יבש את רשת c עם רקמה.
2. הכנת המשתתף
הערה: עבור הקלטות באיכות גבוהה, על המשתתף להיות בעל שיער נקי ויבש, לא להשתמש במוצרי שיער (למשל, מוצרי עיצוב) או במוצרי עור, ואסור לו להתאפר. במידת האפשר, על המשתתפים לשטוף את שיערם ישירות לפני ההקלטה בשמפו עדין וניטרלי וגם לשטוף את האזורים סביב האוזניים. בקשו מהמשתתפים לציין אם אחד מצעדי ההכנה אינו נוח להם.
- כדי להכין את המשתתף, הנסיין זקוק לגישה לאזור שמאחורי האוזן ומסביב לה. למשתתפים עם שיער ארוך יותר, השתמשו בקליפסים לשיער לגישה קלה יותר.
- הניחו רשת c סביב אוזנו של המשתתף כדי לראות כיצד היא מתאימה. בנוסף, בדקו אם ניתן למקם אותו סביב האוזן מבלי לגעת באוזן. ודא שזה לא נוגע בחלק האחורי של האוזן או את האונה האוזן, כמו זה יכול להיות לא נוח לאחר זמן מה. התאמה מוקדמת זו גם נותנת אינדיקציה לאזור שיכוסה ולכן יש לנקות אותו.
הערה: רשתות אלה מגיעות בגודל אחד ואינן מתאימות לכל גדלי האוזניים. לאוזניים גדולות יותר, חתכו חלק מהפלסטיק סביב האלקטרודות בחלק הפנימי של ה-C בעזרת זוג מספריים קטן. שימו לב מיוחדת לא לחתוך את האלקטרודות או את הנתיב המוליך. - יש למרוח טיפה קטנה של ג'ל אלקטרודה שוחקת על רקמה. השתמש בג'ל כדי לנקות את העור סביב אוזנו של המשתתף בלחץ מסוים, אך ודא שהוא נשאר נוח למשתתף. הקפידו לנקות בנדיבות את כל האזור שיכוסה.
- לטבול רקמה קצת אלכוהול, ולנקות את האזור מאחורי האוזן עם רקמה זו.
- יבשו את האזור המנוקה במגבת נקייה.
- לקבלת רמות גבוהות יותר של נוחות, ניתן להניח פיסת נייר דבק קטנה בצד האחורי של האוזן.
- חזור על כל השלבים לעיל (שלבים 2.1-2.5) עבור האוזן השנייה.
3. הכנה והתאמת הרשתות
הערה: ישנן דרכים שונות לחיבור רשת c באמצעות סרט דו-צדדי. מוצגות כאן שתי אפשרויות: מדבקות בצורת c (המסופקות על ידי היצרן) המכסות את כל המשטח ומדבקות עגולות קטנות הממוקמות בנפרד סביב האלקטרודות (למשל, בעת שימוש חוזר).
- חברו מדבקות דבק דו-צדדיות (בצורת c או מדבקות בודדות) סביב כל אלקטרודה. ודא שהמדבקות אינן מכסות את המשטח המוליך של האלקטרודות.
- שים טיפות קטנות (בגודל עדשים) של ג'ל אלקטרודה על כל אלקטרודה. הימנעו משימוש רב מדי בג'ל, שכן זה עלול להישפך על חומר ההדבקה ולהפחית את ההדבקה לעור. יותר מדי ג'ל יכול גם ליצור גשרים בין האלקטרודות.
- הסר את הכיסוי של מדבקות ההדבקה. יש למרוח מחדש את הג'ל במקרה שהוסר בשלב זה. לחלופין, הסר את הכיסוי הראשון, ומרוח את הג'ל לאחר מכן; עם זאת, זה דורש יד יציבה מאוד כדי שהג'ל לא יישפך בטעות על הדבק.
- בקשו מהמתלוננת להחזיק את שיערה הרחק מהאוזן כדי שלא יחסום את ההתאמה. הזיזו כל שערה מהדרך ככל האפשר, כך שהמדבקות יגעו ישירות בעור. בהתאם לקו השיער, זה לא תמיד אפשרי (למשל, כאשר יש שיער ישירות מעל האוזן).
- מקמו את הרשת סביב האוזן, וכאשר היא במקומה, לחצו אותה לתוך העור. הקפידו לא למקם אותו קרוב מדי לאוזן, שכן הדבר עלול להיות לא נוח למשתתף. השאירו מרווח (1 מ"מ עד 2 מ"מ) בין הרשת לצד האחורי של האוזן. בנוסף, בקשו מהמשתתף ללחוץ על האלקטרודות.
- חזור על כל השלבים לעיל (שלבים 3.1-3.5) עבור האוזן השנייה.
- הסירו את כל קליפס השיער. בזהירות להניח משקפיים או רצועות של מסכות פנים על האוזניים במידת הצורך.
4. חיבור
- חבר את המחבר למגבר. במהלך שלב זה, הימנע כיפוף מוגזם או משיכה על רשת c.
- חבר את אנשי הקשר למחבר. ודא שאנשי הקשר מחוברים בצד הנכון. ודא שהמגעים החשופים בחלק הפנימי של רשת c פונים למגעים במחבר.
הערה: חשוב לדעת את פריסת המחבר שבו נעשה שימוש (כולל מיקום הקרקע ואלקטרודות הייחוס). בהתאם למערכת שבה נעשה שימוש, הפריסה עשויה להיות שונה. כדי לבנות מחבר, בקר https://uol.de/psychologie/abteilungen/ceegrid. עם המחבר הנכון, ניתן לחבר רשתות c לכל מגבר. - כדי להחזיק את המגבר במקומו, השתמש ברצועת ראש, למשל, כדי לקבע אותו על הראש.
הערה: מעבדת אולדנבורג משתמשת במגבר המובנה בתוך רמקול צוואר בשם nEEGlace. ה- nEEGlace הופך את ההתקנה לנוחה ומהירה יותר.
5. בדוק את העכבה והנתונים
- חבר את המגבר לסמארטפון (אופציונלי: מחשב נייד) באמצעות Bluetooth.
- בדוק את העכבה של האלקטרודות עם בדיקת העכבה של המגבר. העכבה בדרך כלל משתפרת עם הזמן (5 דקות עד 10 דקות) ואינה חייבת להיות מתחת ל-10 kΩ עבור כל אלקטרודה בהתחלה. אל תנסה לשים יותר ג'ל מתחת לאלקטרודות עם עכבה גבוהה.
- בדוק את אות ה- EEG. בקשו מהמשתתפים לשמוט את לסתותיהם, למצמץ ולעצום את עיניהם (פעילות אלפא). שימו לב לממצאים המתאימים ולפעילות האלפא באות. ודא שכל אלקטרודה מספקת אות טוב. אם אות ה- EEG המתקבל גרוע, הסר את הרשת, נגב את שאריות הג'ל סביב אוזנו של המשתתף והתאם ג'ל חדש.
- התחל להקליט.
6. הסרה וניקוי
- לאחר סיום הקלטת הנתונים, נתק את הטלפון (או המחשב הנייד) מהמגבר. נתק את הרשתות מהמגבר, והסר את המגבר מהמשתתף. הסר בעדינות את רשתות c מהמשתתף. הקפידו לא לכופף את רשת ה-c יותר מדי ולא לשלוף את שיערו של המשתתף. אפשרו למשתתפים לנקות את עצמם באמצעות רקמות או מגבת.
- משרים את הרשתות במים למשך מספר דקות. הם יכולים להיות שקועים לחלוטין.
- נתקו בזהירות את המדבקות כדי למנוע נזק. יש לשטוף את כל הג'ל שנותר. ייבשו את הרשתות באוויר ויבשו. אין לשפשף על פני השטח המוליכים של האלקטרודות.
- אחסן את רשתות ה- c בבטחה במקום חשוך ויבש.
Representative Results
כאשר עוקבים אחר פרוטוקול זה, העכבה של כל אלקטרודה היא בדרך כלל מתחת ל-10 kΩ או מתקרבת לערך זה כמה דקות לאחר הצבת הרשת (איור 1), מה שמעיד על מגע טוב בין אלקטרודה לעור. יש לציין כי העכבה עדיין עשויה להשתפר תוך שעתיים לאחר התאמתה.
איור 2 מדגים אותות EEG שונים שאינם מעובדים. איור 2A ממחיש כיצד הנתונים נראים כאשר לא נעשה שימוש בג'ל. ג'ל מוליך נדרש, והרשת אינה פועלת כראוי ללא שימוש בג'ל. אם משתמשים ביותר מדי ג'ל, ניתן לגשר על האלקטרודות. הנתונים עבור תרחיש זה מוצגים באיור 2B. אלקטרודות מגושרות מראות בדיוק את אותו האות. כאשר ההכנה וההתאמה מבוצעות בקפידה, ניתן לצפות לנתונים איכותיים, כפי שהם מוצגים באיור 2C.
איור 3 ממחיש את הפרוצדורה והנתונים מפרדיגמת פוטנציאל הקשורה לאירוע מופתי (ERP) (משימת כדור מוזר) עם משתתף אחד. איור 3A ממחיש את הפרדיגמה. באופן ספציפי, הנסיין ניגן רצף מוגדר מראש של שני תווים שונים על הפסנתר (C האמצעי וה- G האמצעי). אמצע C הושמע לעתים קרובות (328 פעמים), ו- G האמצעי ניגן לעתים רחוקות (78 פעמים); המשתתף היה צריך לספור את ההערות הנדירות. אפליקציית הקוד הפתוח AFEx רשמה את ערכות הטון, עוצמת הקול (RMS) והתוכן הספקטרלי (PSD) עבור כל הצלילים. אפליקציית Record-A הקליטה במקביל את התכונות האקוסטיות ואת EEG4. בניתוחים נבדלו צלילים נדירים ותכופים על סמך צפיפות הספקטרלית של ההספק (PSD; ראו Hölle et al.19 לפרטים). נתוני ה-EEG היו מסוננים במעבר גבוה ב-0.1 הרץ ומעבר נמוך מסונן ב-25 הרץ. מסנן מרחבי חושב על ידי שימוש בפירוק eigenvector כללי, אשר ממקסם את אות העניין20. באיור 3B,C, ניתן לראות את ה-ERP המתקבל עם רכיבים אופייניים של עיבוד שמיעתי, כגון N1 עבור שני הצלילים וה-P3 עבור הטון הנדיר שהיה צריך לספור. תוצאות אלה עולות בקנה אחד עם מחקרים קודמים של כדורים מוזרים הן עם רשתות c 1,3 והן עם cap-EEG21,22.
איור 1: דוגמה לעכבה טובה. כל הערכים הם בקילואוהם (kΩ). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 2: איור של אותות לא מעובדים בעלי איכויות שונות. (A) דוגמה ל-10 שניות של נתונים כאשר לא נעשה שימוש כלל בג'ל אלקטרודה. (B) דוגמה ל-10 שניות של נתונים בעת גישור על האלקטרודות. (C) דוגמה ל-10 שניות של נתונים טובים שנרכשו במעבדה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 3: תוצאות מפרדיגמת פוטנציאל הקשורה לאירוע (ERP) (משימת כדור מוזר) עם משתתף אחד. (A) סקירה כללית של הפרדיגמה. המשתתף הקשיב לרצף של צלילים שנוגנו על פסנתר והיה צריך לספור את הנדיר. הסמארטפון הקליט במקביל את ה-EEG והתכונות האקוסטיות (B) ERPs של כל ערוצי c-grid. קיצורים: REF = אלקטרודת ייחוס; DRL = אלקטרודה קרקעית. (C) ERP מבוסס על המסנן המרחבי המוצג בפינה השמאלית העליונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
Discussion
מסופק כאן פרוטוקול להקלטות אוזניים-EEG עם רשתות c. ביצוע השלבים של פרוטוקול זה מבטיח הקלטות באיכות גבוהה. בפסקאות הבאות, מתבצעת השוואה עם cap-EEG, נדונים השלבים הקריטיים ביותר בפרוטוקול יחד עם כמה המלצות לשיטות עבודה מומלצות, וכמה שינויים נדונים.
השוואה בין רשתות c ל-cap-EEG ו-EEG בתוך האוזן
רשת c מאפשרת הקלטה לא פולשנית של פעילות המוח במסגרות חיי היומיום ומתאימה היטב להקלטות ארוכות יותר. יש לו מספר יתרונות בהשוואה ל- cap-EEG. ראשית, בשל משקלו, נוחותו וראייתו הנמוכה, הוא בקושי מגביל את המשתתפים בפעילויות היומיומיות שלהם1. שנית, ניתן לענוד אותו לפרקי זמן ממושכים - יותר מ-11 שעות במחקר אחד 6 - מבלי שהאלקטרודות ייפלומ-1,3,6, מכיוון שהן אטומות על ידי מדבקות הדבק. על החיסרון, רשת c מכסה רק חלק קטן משטח של cap-EEG, ולכן, לא יכול להחליף cap-EEG לכל מטרה. עם זאת, במקרים שבהם יש צורך בפתרון קל משקל, לא פולשני, מהיר להתקנה ומוגבל באופן מינימלי (למשל, במקום העבודה), רשתות c יכולות לספק מידע עצבי רלוונטי.
השוואת התוצאות בין המשתתפים עשויה להיות קשה יותר עבור רשתות c בהשוואה ל- cap-EEG. עבור cap-EEG, לעתים קרובות המערכת הבינלאומית 10-20 משמשת כדי להקל על השוואת התוצאות בין מחקרים ובין משתתפים עם גדלי ראש שונים. במערכת זו, האלקטרודות ממוקמות ביחס לציוני דרך אנטומיים ספציפיים (כלומר, הנאסיון והאיניון מלפנים ומאחור והאוזניים משמאל לימין). בפועל, גדלים שונים של כובעים משמשים כדי להסביר גדלים שונים של הראש ובכך להעריך את מיקום האלקטרודה האופטימלי. לא ניתן לשלב בקלות את רשת c במערכת זו משתי סיבות. ראשית, אלה זמינים כיום בגודל אחד, ובכך, לכסות פחות או יותר שטח בהתאם לגודל הראש. שנית, צורת האוזן משפיעה על מיקום הרשתות. באופן כללי, שתי האלקטרודות העליונות ביותר יהיו ישירות מעל האוזן, אך בהתאם לצורת האוזן, הן עשויות להיות מוטות יותר לחזית או לאחור. לא ידוע לנו על שום מחקר שבדק אם התזוזות האלה במיקומי האלקטרודות גדולות מספיק כדי להיות רלוונטיות.
גישה נוספת למדידת ear-EEG היא למקם את האלקטרודות בתוך האוזן, למשל, בתעלת האוזן החיצונית או בקונצ'ה23,24,25. גישה כזו מציעה ראות נמוכה אף יותר מרשת c אך מובילה להקלטת אותות עם אמפליטודות נמוכות יותר בשל המרחקים הקטנים בין האלקטרודות26.
השלבים הקריטיים ביותר
EEG בכלל, ובמיוחד EEG ממוקד אוזניים נייד, נותרה טכנולוגיה מאתגרת. לכן, הכנה זהירה של המשתתף ומיקום של רשתות הוא חיוני כדי להבטיח איכות נתונים טובה לאורך זמן. התכשיר מתחיל בשיער ובעור של המשתתפים. השיער והעור סביב האוזן צריכים להיות שטף ומיובש. בנוסף לכך, הנסיין צריך לנקות בזהירות את האזור סביב האוזן עם ג'ל שוחק ואלכוהול ולוודא כי הרשתות מחוברות היטב עם מדבקות דבק. שלבים אלה חשובים ויש לבצעם בקפידה כדי להבטיח הידבקות טובה של אלקטרודה-עור ועכבה נמוכה לתקופות ארוכות יותר. ניקוי העור במיוחד יכול לעשות את ההבדל בין הקלטה מוצלחת להקלטה לא מוצלחת.
עם זאת, גם עם טיפול נאות, העכבה לאלקטרודות בודדות עדיין עשויה להיות גרועה מיד לאחר מיקום האלקטרודות. באופן כללי, ממשק האלקטרודה-עור מתייצב עם הזמן, ולעתים קרובות אנו רואים כי העכבה פוחתת תוך 5 דקות עד 15 דקות. אם איכות האות נשארת ירודה, מומלץ להסיר לחלוטין את הרשתות, לנגב כל ג'ל שיורי סביב אוזנו של המשתתף, ולהתאים אחד חדש. זה מהיר יותר להתאים אחד חדש לעומת ניקוי והכנת הרשת שהוסרה בעבר. לא מומלץ להוסיף ג'ל אלקטרודות לאלקטרודות בודדות לאחר התקנת הרשת, שכן הדבר עלול לפגוע בחוזק ההדבקה של המדבקות ואף להוביל לגישור בין האלקטרודות השכנות.
לאחר הצבת הרשת וכאשר העכבה של האלקטרודות נמוכה, הקלטת הנתונים יכולה להתחיל. עבור הקלטות ארוכות יותר (>1 שעות), יש לבצע בדיקת איכות נתונים קצרה בהתחלה. לדוגמה, משימה מוזרה שמיעתית בת 3 דקות מודגמת במחקר זה, אשר ניתן לערוך ולנתח במהירות כדי להבטיח איכות אות טובה.
במקרים מסוימים, הקלטה עם c-grid עשויה שלא להיות אפשרית כלל, כגון כאשר הרשת קטנה מדי עבור האוזן (גם לאחר החיתוך) או כאשר קו השיער קרוב מדי לאוזן, כלומר הרשת אינה נדבקת לעור. אם הרשת "מרחפת" מעל חלק מהשיער, החוקרים לא יכולים לצפות לנתונים באיכות גבוהה.
פתרון בעיות
עכבה ו/או אות רעים
כדי למנוע בעיות אלה, זה הכרחי כי העור הוא ניקה בקפידה לפני ההתאמה. בנוסף, יש להקפיד לבדוק את הפונקציונליות של כל אלקטרודה לפני ההתאמה. לדוגמה, יש לבדוק כי הרשת מחוברת כראוי למחבר וכי לכל אלקטרודה יש מגע מוצק עם העור ולאחר מכן לחכות כמה דקות עד העכבה ואת האות לשפר. כדי לבדוק עוד יותר את הפונקציונליות לאחר ההתאמה, יש ללחוץ על האלקטרודות הבודדות, ולבדוק את האות המתקבל. אם האות המתאים של כל אלקטרודה מראה תגובה, האלקטרודה היא פונקציונלית באופן עקרוני. אם כל השלבים הנ"ל לא עוזרים, יש להסיר את הרשת, לנגב את שאריות הג'ל סביב אוזנו של המשתתף, ולהתאים אחד חדש.
מצבים ללא אות
ראשית, יש לוודא שהרשת מחוברת כראוי למגבר, כמו גם לוודא שמחבר הרשת אינו הפוך. יהיה אות רק אם הקרקע ואלקטרודות הייחוס מחוברות; אם הקרקע וההפניה יהיו משמאל, מימין או משני הצדדים תלויה במחבר.
האות מחמיר במהלך ההקלטה
יכולות להיות מספר סיבות לבעיה זו שיש לטפל בהן. ראשית, ייתכן שחלק מהאלקטרודות נותקו מהעור. זה יכול לקרות כאשר הדבק נפגע על ידי שרידי ג'ל האלקטרודה, על ידי שיער מתחת לאלקטרודות, או עקב הפרעה של המשתתף (למשל, שריטה סביב האוזן או התאמת משקפיים). שנית, ייתכן שיש בעיות בחיבור בין הרשת למגבר (כלומר, ייתכן שהרשת נשלפה מהמגבר, או שמיקומה השתנה). לבסוף, ייתכן שהרשת ספגה נזק במהלך השימוש. זה יכול לקרות אם הזנב של רשת c כפוף חזק מדי.
ערוצים המציגים אותות זהים
במקרה זה, האלקטרודות מגושרות. יש להסיר את הרשת, לנגב את שאריות הג'ל סביב אוזנו של המשתתף, ולהתאים אחד חדש. כמו כן, יש להקפיד להשתמש רק בטיפות בגודל עדשים של אלקטרודה על כל אלקטרודה, כדי למנוע גישור.
משתתפים המדווחים כי השיבוץ אינו נוח
הסיבה הנפוצה ביותר לירידה בנוחות היא שהרשת ממוקמת קרוב מדי לחלק האחורי של האוזן. יש להקפיד להשאיר 1 מ"מ עד 2 מ"מ בין רשת c לצד האחורי של האוזן. פיסת סרט קטנה המחוברת מאחורי האוזן מסייעת להגביר את הנוחות.
שינויים בשיטה
רשת c מגיעה בגודל אחד. עם זאת, הוא מאפשר גמישות מסוימת לגבי גודלו. על ידי חיתוך הפלסטיק של הצד הפנימי, ניתן להקטין את הגודל כך שיתאים לאוזניים גדולות יותר. יש להקדיש תשומת לב מיוחדת כדי לא לחתוך את האלקטרודות או את הנתיבים המוליכים.
בהתאם למגבר המשמש ולתרחיש ההקלטה, ישנן דרכים שונות למקם את המגבר על הגוף. האורך הקבוע של זנב הרשת והעובדה שהוא מצביע אופקית הרחק מהאוזן מגביל את המיקומים האפשריים להצבת מחבר המגבר. יצרנים שונים מספקים כבלי מתאם המחברים את הרשת למגבר ספציפי (נייד או מבוסס מעבדה). פתרונות שונים הוצעו להצבת המגבר; חלק מהחוקרים משתמשים ברצועת ראש3, בעוד שאחרים משלבים אותהב-basecap 27. לניסויים קצרים יותר, סרט ראש מתאים. לניסויים ארוכים יותר, ניתן להדביק את המגבר לבגדים6 או לגוף2, לאחסן אותו ברצועות בהתאמה אישית, להדביק לאוזניות הנלבשות סביב הצוואר1, או להדביק אותו למגן צוואר המשמש בדרך כלל לאופני הרים. פיתחנו אב טיפוס המשלב רמקול צוואר (להצגת גירויים שמיעתיים) עם מגבר EEG נייד ומחברים לרשת c (הוראות בנייה ניתן למצוא כאן: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). השתמשנו בגישה זו בהצלחה במחקר שנערך לאחרונה (בהכנה) שבו רשמנו את ה-ear-EEG במשך 4 שעות בזמן שהמשתתפים עבדו במשרד.
יישומים עתידיים
רשת c היא כלי מבטיח להקלטות ארוכות טווח בחיי היומיום. לדוגמה, אפשר להשתמש בו כדי לחקור עיבוד קול בחיי היומיום1. עם הקלטות ארוכות טווח, וריאציות צירקדיות בקוגניציה ובתפקוד השמיעה יכולות להיחקר גם28,29. למטרות אבחון, הרשת יכולה לשמש לניטור ארוך טווח של התקפים אפילפטיים2, היערכות שינה6, או למדידת קשב למכשירי שמיעה 7,11.
מסקנה
פרוטוקול זה מצייד באופן מקיף את החוקרים בניסויים ברשתות c אלה במעבדה ומחוצה לה. אם החוקרים יפעלו לפי פרוטוקול זה ויבצעו בקפידה את השלבים, כולל החשובים ביותר, כגון ניקוי העור והתאמת רשת ה-c, הם יכולים לצפות לנתונים באיכות גבוהה עבור ניסויי ה-EEG שלהם באוזן.
Disclosures
המחברים אינם מדווחים על ניגוד עניינים.
Acknowledgments
עבודה זו מומנה על ידי דויטשה Forschungsgemeinschaft (DFG, קרן המחקר הגרמנית) במסגרת תוכנית אמי-נוטר, BL 1591/1-1 - פרויקט מזהה 411333557. אנו מודים לסונג נגוין, מנואלה יגר ומריה סטולמן על עזרתם בצילום הסרטון. אנו מודים לג'ואנה סקנלון על הקריינות בסרטון.
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.
