التحقيق في الإدراك الاجتماعي في الرضع والبالغين باستخدام تخطيط كهربية الدماغ الكثيفة صفيف ( د EEG)

Summary

وتستخدم مجموعة كثيفة تخطيط كهربية الدماغ بصورة متزايدة لدراسة الوظائف المعرفية الاجتماعية لدى الرضع والبالغين. هنا نقدم منهجية تثبت ذلك يمثل تحسنا كبيرا عن المنهجيات التقليدية لدراسة التخطيط الدماغي عند الأطفال والبالغين.

Abstract

Dense array electroencephalography (_dEEG), which provides a non-invasive window for measuring brain activity and a temporal resolution unsurpassed by any other current brain imaging technology^1,2, is being used increasingly in the study of social cognitive functioning in infants and adults. While _dEEG is enabling researchers to examine brain activity patterns with unprecedented levels of sensitivity, conventional EEG recording systems continue to face certain limitations, including 1) poor spatial resolution and source localization^3,4,2) the physical discomfort for test subjects of enduring the individual application of numerous electrodes to the surface of the scalp, and 3) the complexity for researchers of learning to use multiple software packages to collect and process data. Here we present an overview of an established methodology that represents a significant improvement on conventional methodologies for studying EEG in infants and adults. Although several analytical software techniques can be used to establish indirect indices of source localization to improve the spatial resolution of _dEEG, the HydroCel Geodesic Sensor Net (HCGSN) by Electrical Geodesics, Inc. (EGI), a dense sensory array that maintains equal distances among adjacent recording electrodes on all surfaces of the scalp, further enhances spatial resolution^4,5,6 compared to standard _dEEG systems. The sponge-based HCGSN can be applied rapidly and without scalp abrasion, making it ideal for use with adults^7,8, children^9,10,11, and infants¹², in both research and clinical^{4,5,6,13,14,15} settings. This feature allows for considerable cost and time savings by decreasing the average net application time compared to other _dEEG systems. Moreover, the HCGSN includes unified, seamless software applications for all phases of data, greatly simplifying the collection, processing, and analysis of _dEEG data.

The HCGSN features a low-profile electrode pedestal, which, when filled with electrolyte solution, creates a sealed microenvironment and an electrode-scalp interface. In all Geodesic _dEEG systems, EEG sensors detect changes in voltage originating from the participant’s scalp, along with a small amount of electrical noise originating from the room environment. Electrical signals from all sensors of the Geodesic sensor net are received simultaneously by the amplifier, where they are automatically processed, packaged, and sent to the data-acquisition computer (DAC). Once received by the DAC, scalp electrical activity can be isolated from artifacts for analysis using the filtering and artifact detection tools included in the EGI software. Typically, the HCGSN can be used continuously for only up to two hours because the electrolyte solution dries out over time, gradually decreasing the quality of the scalp-electrode interface.

In the Parent-Infant Research Lab at the University of Toronto, we are using _dEEG to study social cognitive processes including memory, emotion, goals, intentionality, anticipation, and executive functioning in both adult and infant participants.

Protocol

1. إعداد برنامج الإعداد التجريبي قبل وصول المشاركين في المختبر ، تأكد من أن النظام جيوديسي EEG (GES) ومكونات الكمبيوتر والبرمجيات السيطرة التجربة (محطة صافي) تعمل بشكل صحيح. إزالة كافة العناصر غير الضرورية وتشتيت يحتمل من غرفة التجربة. انشاء غرفة التجربة وفقا لنموذج خاص التجريبية التي يجري تنفيذها. هنا نستخدم نماذج تتراوح بين الكمبيوتر المستندة إلى المهام تدار عن طريق برنامج العرض E – رئيس لمختلف الرضع الوالدين ونماذج التفاعل المجرب والرضيع. كفالة أن تحمل كاميرات الفيديو والكاميرات في ترتيب زوايا مثالية لإعداد التجريبية الحالية. 2. تبادل المعلومات عند وصول المشاركين في المختبر ، ووصف جيوديسي بروتوكول تطبيق الاستشعار الصافية وشرح التجربة. بعد التأكد من أن المشارك لديه فهم جيد لبروتوكول تجريبي ، تأكد من أنه أو أنها (أو الوصي القانوني له أو لها) يوقع على استمارة الموافقة قبل المضي قدما في التجربة. للدراسات EEG ، غالبا ما يكون من المفيد الحصول على معلومات من المشاركين معينة قد يكون من المتوقع أن يكون لها تأثير على نشاط الدماغ الكهربائية المسجلة. على سبيل المثال ، قد يكون من المعلومات حول النعاس ، وجبة الماضي ، والماضي النوم تكون ذات فائدة. هالي في المختبر ، يتم الحصول على هذه المعلومات بالإدارة استبيانات معيارية. للمساعدة في المضي قدما في التجربة في الوقت المناسب ، فإنه من المستحسن أن يكون اثنين من المجربون الحاضر : واحدة لإدارة الاستبيانات ، واحدة للقيام بالأعمال التحضيرية HCGSN المفصلة أدناه. 3. التحضير لتطبيق الاستشعار HydroCel جيوديسي صافي إعداد HydroCel حل بالكهرباء المالحة من الماء المقطر ، وكلوريد البوتاسيوم ، والشامبو الطفل ، مع التأكد من تحريك جيدا حتى يذوب كل من كلوريد البوتاسيوم في الحل. باستخدام شريط قياس وقياس محيط رأس المشاركين وتسجيل وقياس بالسنتيمتر. استرداد HCGSN بحجم مناسب ، أي ذلك الذي يشمل مجموعة من محيطه الذي رأسه في محيط المشارك رئيس السقوط. يغرق في نهاية الاستشعار من HCGSN في حل المنحل بالكهرباء والسماح لها ينقع لمدة 5 دقائق ، ويجري التأكد من الحفاظ على نهاية الموصل بعيدا عن كل السوائل. فمن المستحسن استخدام جهاز توقيت أو ساعة توقيت لضمان دقة التوقيت. افتح البرنامج محطة صافي السيطرة على جهاز الكمبيوتر وبدء جلسة تجريبية للسيطرة يسمح باتخاذ صفر والحصول على قياسات قبل توصيل موصل HCGSN وجمع البيانات. 4. تطبيق الاستشعار HydroCel صافي جيوديسي من أجل السماح للتحليل صحيح وثابت من البيانات التي تم جمعها EEG ، يجب تطبيق الإجراء تكون موحدة صافية للغاية. ويتحقق هذا التوحيد عن طريق أخذ قياسات للرئيس المشارك (كما هو موضح أعلاه) لضمان تنسيب دقيقة ومتناسقة من الأقطاب الكهربائية من مشارك مشارك. إذا لم يتم تحديد المواقع المثلى حققت صافي في البداية ، إزالة الصافية وتطبيق. في انتظار الانتهاء من صافي استشعار لنقع في حل المنحل بالكهرباء ، وتوجيه المشاركين إلى غرفة التجربة وتكليف له أو لها على الجلوس على كرسي. وينبغي أن يكون من دون كرسي عجلات لتجنب التنقل غير المرغوب فيها أثناء التطبيق استشعار الصافية. في حالة وجود مشارك الرضع ، وولي الرضيع الجلوس على كرسي مع الرضيع جالسا في حضن تستقيم له أو لها ، وعقد الرضع من وسطه حتى رأس الرضيع كلها يمكن الحصول عليها والرضع لا تزال موجودة. باستخدام شريط القياس وقلم رصاص علامة الصين ، وتحديد مكان وبمناسبة قمة بأخذ القياسات التالية : الأذن إلى الأذن أكثر من أعلى الرأس Nasion لinion فوق الجزء العلوي من الرأس ويمكن التعرف على قمة الرأس والنقطة التي عبر هذه القياسين. إزالة صافي الاستشعار من دلو بالكهرباء ووضعه على منشفة جافة ونظيفة. يربت بلطف صافي الاستشعار مع منشفة لإزالة الزائدة حل بالكهرباء. تعطي نهاية موصل للHCGSN إلى المشارك أو إلى المجرب الثانية لعقد خلال تطبيق الصافية. التقط HCGSN ، ووضع يديه الاثنتين في داخل الشباك. الاستمرار على هذه الشبكة التي يتم دفعها الإبهام بحزم (ولكن برفق) على جانبي القطب ، وسط معظم الأمامية وأصابعك الخنصر يتم دفعها بحزم ضد الفرقة التي تربط معظم الصف الخلفي من الأقطاب الكهربائية. يجب الحرص على عدم الإطالة الزائدة في الشباك. ينبغي الخاص أصابع الست المتبقية تكون فضفاضة داخل الشباك للسماح للجزء مركز لسقوط يعرج. الانحناء أو الركوع بحيث أنت في العينالمستوى مع المشاركين. من الخلف إلى الأمام ، وسحب الشباك استشعار على رأس المشاركين. غالبا ما يكون من المفيد أن يكون هدية المجرب الثاني عندما صافي تطبيق الاستشعار عن مشاركا الرضع ، لإلهاء الرضع وتقليل حركة الرأس. باستخدام أطراف أصابعك ، برفق على عصابة من الشباك وتعديله بحيث يجلس على قمة القطب نقطة ذروة ملحوظة سابقا مع قلم علامة الصين. تشديد أطواق الأذن والذقن. تفقد مواقع المعالم التشريحية والتماثل الصافية لمعرفة ما إذا كان وضعه على الشبكة بشكل صحيح ، وإجراء التعديلات اللازمة. 5. قياس ممانعات الكهربائي كما يتم قياس EEG فرق الجهد (الفولت) بين موقع وموقع المرجعية قياسه. مقاومة عالية في فروة الرأس ، واجهة الكهربائي يؤدي إلى انخفاض في الجهد يقاس ، من السعة توهين الإشارة ، وزيادة في وجود ضوضاء. بينما بعد الاستحواذ التصفية في بعض الدراسات (مثل دراسات التقليدية ERP) يمكن التخلص من هذه الضوضاء ، ومقاومة عالية الدقة عموما تنازلات من البيانات EEG المكتسبة. ولذا فمن المهم لجعل ممانعات تأكد من ضمن المواصفات المسموح قبل البدء في تسجيل البيانات EEG. سد الموصل في نهاية HCGSN في كابل واجهة وتحويل رافعة لقفله في مكانه. بدوره على الكاميرا. في غرفة التحكم ، وفتح دورة جديدة في محطة الصافية ، أدخل معلومات المشاركين ، وفوق بدء الدورة. لأن synched الفيديو وإشارات EEG د ، يجب أن يكون العلف لقطات فيديو حية من غرفة التجربة تظهر على الشاشة. حدد القائمة المنسدلة لوحات ، معاوقة فتح ، وانقر على زر قس. وهناك مونتاج لمجموعة أجهزة الاستشعار HCGSN تظهر على الشاشة. اسحب الإطار إلى حافة الشاشة بحيث أنه يفتح على شاشة في غرفة التجربة. باستخدام المتاح ماصة ، أشعل النار جانبا الشعر المشارك بحيث يجلس كل قطب كهربائي على فروة الرأس مباشرة المشارك. الرجوع إلى إطار قياس المعاوقة عرض المونتاج HCGSN على الشاشة. وأجهزة الاستشعار التي ليست من صنع اتصالات جيدة مع ظهور فروة الرأس الحمراء. جعل علما أرقام الاستشعار الكهربائي. استخدم ماصة وكمية صغيرة من الحل بالكهرباء أعدت بالفعل لتحسين مقاومة من هذه المجسات. سوف الأقطاب على المونتاج يتحول إلى اللون الأخضر كما هو تحسين مقاومة لها. عندما ممانعات مرضية (أي ، عندما تكون جميع الأقطاب على المونتاج والأخضر) ، انقر فوق الزر حفظ وإغلاق في إطار قياس المعاوقة في غرفة التحكم. في محطة الصافية ، افتح العرض الموجي الكثيف. التمرير من خلال ملاحظة أي الطول الموجي والقنوات التي تعرض السعة العالية الضجيج بسبب الاتصال فروة الرأس الفقراء. 6. أخذ تسجيلات الأساس قبل البدء في النموذج التجريبي ، واتخاذ بعض الأساس تسجيلات د EEG من المشاركين يستريح نشاط الدماغ الكهربائية. تسجيلات الأساس يستريح مهمة في الدراسات المتواصلة EEG د بسبب وجود درجة عالية من التباين في نشاط الدماغ الكهربائي من مشارك مشارك. نتيجة لذلك ، يجب أن معظم الدراسات مستمرة EEG د تنفيذ التصميم داخل الموضوعات التجريبية ، وتحليل الاختلافات بين كل حالة ومرحلة تجريبية الأساس قبل التجربة. للدراسات ذات الصلة بالحدث EEG ، قد يكون مرحلة الأساس لا يكون ضروريا. مغادرة المشاركين وحده في غرفة التجربة وتكليف له أو لها على الجلوس بهدوء والتقليل من الحركة. للمشاركين الرضع ، يجب أن الوالد / الوصي البقاء في الغرفة مع الطفل الرضيع جالسا بهدوء في حضنه أو لها. هالي في المختبر ، ولعب اطفال فيلم بعنوان موزار ، وهو مزيج السمعية والبصرية من الموسيقى الكلاسيكية والتصاميم الملونة المتحركة ، لضمان الهدوء والرضع لا تزال. في حين أن المرحلة الأساسية التفاعلية قد لا تكون دائما مثالية ، ويمكن استخدامه بمثابة مرحلة ما قبل الأساس لتهدئة الطفل قبل اتخاذ التسجيلات خط الأساس. في محطة الصافية ، انقر فوق الزر سجل لبدء تسجيل الفيديو والبيانات الموجي. على العرض الموجي الكثيف ، يمكن إدراج علامات الحدث لربط الأحداث وسلوكية في النشاط الكهربائي في كافة مراحل التجربة. اضافة الى وجود علامة "خط" الحدث على الشاشة الموجي. سجل خط الأساس لفترة زمنية قياسية. هالي في المختبر ، وهي مرحلة أساسية قياسية يستمر 2 دقيقة. 7. تجربة تشغيل في الدراسات EEG د ، فمن الضروري أن يكون اثنين على الأقل المجربون حاضرين طوال الدراسة. واحد المجرب يكون مسؤولا عن التفاعل مع المشاركين وتنفيذ النموذج السلوكي ، في حين أن الثانية سوف المجرب رصد العرض الموجي الكثيف. تنفيذ الفقرة التجريبيةdigm. رصد العرض الموجي الكثيف في جميع أنحاء تجربة لتحديد ما إذا كان يتم عرض أي قنوات زيادة مستويات الضوضاء. قد يكون الضجيج المتزايد يعكس زيادة ممانعات. يمكن استعادت مستويات مقاومة مقبولة باستخدام المزيد من حل بالكهرباء. وينبغي أن يتم ذلك في فترة انقطاع في البروتوكول التجريبي. 8. استخلاص المعلومات المشارك عند اكتمال التجربة ، وتخفيف وإزالة بعناية HCGSN من الرأس المشارك. شطف وتطهير وتجفيف الشباك. إعطاء المشاركين منشفة التي لتمحو أي حل بالكهرباء الزائدة. منح المشاركين أي استبيانات المتبقية التي تحتاج إلى أن تكتمل. 9. تحليل كما يستخدم البرنامج EGI نفسها التي استخدمت للحصول على البيانات dEEG لتحليل البيانات ، والسماح لانتقال سلس وسهل من عملية جمع البيانات لتحليل البيانات. لأن HCGSN يختار أيضا الضجيج يصل الكهربائية الناشئة عن البيئة ، يجب أولا أن تكون البيانات التي تمت تصفيتها وتنظيفها قبل أن يتم تحليلها. وترد جميع الأدوات اللازمة في محطة الصافية. في محطة الصافية ، وانقر على فتح لوحة أدوات الموجي. تشغيل ملف البيانات المكتسبة عن طريق التصفية وأدوات للكشف عن القطع الأثرية بعد تعيين المعلمات المطلوب. أداة الكشف عن القطع الأثرية ويحدد المسامير الناجمة عن يومض العين أو حركات العين ويكشف القنوات السيئة. في كثير من الحالات ، قد إضافية اليد التحرير وإزالة قطعة أثرية من الضروري (خصوصا عندما تعمل مع السكان الرضع ، والتي لا يمكنك التحكم يومض وحركات العين). الجزء بيانات منفصلة وذلك لاختلاف الظروف التجريبية على أساس علامات الحدث المدرجة. تطبيق أي تحليل المطلوب. هالي في المختبر ، يتم استخدام تحليل الترددات لتحليل الترددات كيف تميز بين نشاط الدماغ تختلف الظروف التجريبية ، وبين مناطق الدماغ المختلفة. انخفاض في طاقة الأمواج هي انعكاس محتمل لزيادة نشاط الخلايا العصبية في تلك المنطقة. 10. ممثل البيانات الشكل 1. الطول الموجي EEG أولية تبين التقلبات في التيار الكهربائي المسجل (μv) عبر الزمن (ق) ، واحد في القطب (القطب 30). الطول الموجي للتمثيل البيانات التي تم جمعها خلال 1000ms الأولى من كل من 3 مراحل تجريبية : خط الأساس ، والتظاهر ، ونذكر على الفور. الشكل 2. البيانات الخام التي تم جمعها من فروة الرأس بأكمله (128 مسرى المونتاج) خلال ثلاث مراحل تجريبية (خط الأساس ، مظاهرة ، نذكر على الفور) من الرضع المشاركة. يتم تقديم البيانات على الخريطة الطوبوغرافية ويوضح الاختلافات في مستوى سطح نشاط الدماغ الكهربائي (μv) عبر مناطق الدماغ والمرحلة التجريبية المهمة دمية.

Discussion

وHydrocel صافي الاستشعار من جيوديسي EGI يشكل طريقة غير الغازية وسهلة لتقديم طلب الحصول على بيانات من كل من _د EEG الكبار والمشاركين الرضع. يجمع بين هذه التكنولوجيا عالية الدقة الزمنية والمكانية مع زيادة فرصة للتنقل ، مما يجعلها مثالية للاستخدام في نماذج سلوكية معقدة للتحقيق في الأنشطة المعرفية التي يمكن أن تنعكس فقط في التغييرات الطفيفة في النشاط الكهربائي. يعطى اهتماما متزايدا في التحقيق في تنمية الإدراك الرضع والندرة النسبية للتقنيات تصوير الدماغ مناسبة للاستخدام في عدد الرضع ، واستخدام HCGSN من المرجح أن يزداد ، مما يؤدي بنا إلى فهم أعمق للمعرفة الرضع.