פרוטוקול להעריך את האבולוציה של הזמן. העצבי לגירויים חוזרים חיצוניים מוצג הקלטות מצב יציב של אותו מצב ניסיוני נרכשים וממוצעים בתחום הזמן. הדינמיקה מצב יציב מנותח על ידי התוויית משרעת התגובה כפונקציה של זמן.
מתייחס לסנכרון של הפעילות העצבית. לתקופתיות של גירויים חושיים סנכרון זה מגדיר את הדור של תגובות מעורר המצב היציב (כלומר, תנודות בשלב האלקטרונצגרם-נעול לגירוי הנהיגה). הפרשנות הקלאסית של משרעת התגובה היציבה של המצב היציב מניח תגובת הזמן הסטריאוטיפית ותנודות ברקע אקראי, כגון בממוצע על מצגות חוזרות ונשנות של הגירוי משחזרת את ה התגובה סטריאוטיפית. גישה זו מתעלמת מדינאמיקה של המצב היציב, כמו במקרה של הסתגלות שמעוררת על ידי חשיפות ממושכות לגירוי. כדי לנתח את הדינמיקה של תגובות מצב יציב, ניתן להניח כי האבולוציה הזמן של משרעת התגובה היא זהה בגירוי שונים מופרדים על ידי הפסקות ארוכות מספיק. מבוסס על הנחה זו, שיטה לאפיון האבולוציה הזמן של תגובות מצב יציב מוצג. מספר גדול מספיק של הקלטות נרכשים בתגובה לאותו מצב ניסיוני. מסלולים ניסיוניים (הקלטות) הם הממוצע עמודה (כלומר, פועל ממוצעים אבל התקופה בתוך הקלטות אינם ממוצעים עם הקטעים הקודמים). ממוצע העמודות בממוצע מאפשר ניתוח של תגובות למצב יציב בהקלטות עם יחסי אות לרעש גבוהים במידה ניכרת. לכן, האות הממוצע מספק ייצוג מדויק של האבולוציה הזמן של התגובה מצב יציב, אשר ניתן לנתח הן בתחומי הזמן והתדר. במחקר זה, מסופק תיאור מפורט של השיטה, באמצעות המצב היציב הפוטנציאל מעורר חזותית כדוגמה לתגובה. היתרונות והאזהרות מוערכים על בסיס השוואה עם שיטות בודדות שנועדו לנתח את התנועה העצבית.
כאשר הוקלט מתוך הקרקפת, פעילות המוח החשמלי הוא נצפתה שינויים רציפים וקבועים במתח לאורך זמן. פעילות חשמלית זו נקראת אלקטרונצאלוגרם (EEG) ותוארה לראשונה על ידי הנס ברגר בשנות העשרים המאוחרות שלהמאה הקודמת. מחקרים הזרע הבאים תיאר את EEG כסדרה בזמן מורכב, שבו דפוסים שונים קצבית או חוזרים ניתן להבחין2,3,4. בימים אלה, EEG מחולק בדרך כלל לחמש להקות תדר מבוססות היטב, דלתא, תטא, אלפא, בטא וגמא, המשויכים לתהליך החושי והקוגניטיבי השונים.
במשך שנים, המחקר של תנודות במוח באמצעות EEG היה מוגבל לניתוח של הספקטרום בפעילות מתמשכת או שינויים בפעילות מנדנוד שעורר על ידי אירועים סנסוריים שאינם תקופתיים. בעשורים האחרונים יושמו מתודולוגיות שונות ליצירת תנודות מתמשכות של EEG ולחקר ההשפעות של מודולונים כאלה על תהליכים תפיסתית וקוגניטיביים, כולל הצגת גירוי חושי קצבי ל גרימת הסתבכות עצבית. המונח “כניסה עצבית” מתייחס לסנכרון הפעילות העצבית עם המאפיינים התקופתיים של גירויים חושיים. תהליך זה מוביל לדור הפוטנציאל העורר של המצב היציב (כלומר, תנודות EEG שננעלו על המאפיינים התקופתיים של גירוי הנהיגה). המצב היציב של הפוטנציאל המתמשך מעורר בדרך כלל על ידי גירוי חזותי, שמיעתי ומישוש, תוך שימוש בגירויים ארעיים המוצגים בקצב קבוע או גירוי רציף מאופנן במישרעת בתדירות הריבית. הואיל והוא מוקלט בתגובה לגירוי מישוש חוזר של5,6, מצב יציב ומעורר באופן חזותי (ssseps) מוקלטים בדרך כלל על ידי התקופתיות הצגה של הבהוב בוהק, תמונות ופרצופים7,8. תגובות שמיעה המדינה יציבה (assrs) מופקים בדרך כלל על ידי רכבות של גירויים אקוסטיים חולף או על ידי הצגת רציפה של משרעת-הטונים מאופנן9,10.
החילוץ של המצב יציב הפוטנציאל מעורר מ EEG נמדד למעשה מסתמך על ממוצע כתוצאה מכך נרכש לאחר מכן הזמן הנעלה של הגירוי11. בשל התקופתיות של התגובות, ניתן לנתח אותם בתחומים הזמן והתדר. לאחר שינוי השכיחות בתחום, התגובה החושית נצפתה כפסגות של משרעת בקצב המצגת או תדירות האפנון של הגירויים החיצוניים, וההרמוניה המקבילה שלהם. הליכים אלה (תחום הזמן ממוצע ושינוי התדר העוקב אחר התחום) היו חיוניים לפיתוח מבחן שמיעה המבוסס על איתור שיטות ה-assr עם מטרות קליניות12,13,14 ,15,16.
יתרה מזאת, התחום הקלאסי של הזמן ממוצע בממוצע של מוצרי EEG היה שימושי ביותר לניתוח תהליכים פיזיולוגיים כגון הדור וההכחדה של ssvep17,18. הצגת רכבות רצופות של אורות הבהובים וממוצע התקופות הבאות בהקלטה, וואקר ואח ‘19 ציין כי מדד נעילת הפאזה של ה-SSVEP גדל במהירות במהלך 400 אלפיות הראשונה של גירוי ונשאר גבוה לאחר מכן . הם דיווחו גם כי חסון ויזואלי הוקמה בין 700-1 100 ms לאחר התפרצות גירוי. מידה מסויימת של האנריינט נשארה אפקטיבית לאחר היסט הרכבת הגירוי, שנמשכה כשלוש תקופות של התגובה הנדנוד17,19. התנהגויות אלה יפורשו כאפקט מרתק/מנתק של תנודות שנצפו, שהיא תוצאה של עיבוד מידע לא לינארית במערכת הראייה האנושית17. לחילופין, ידוע כי בתנאים ניסיוניים מסוימים, גירוי הבהוב יכול לעורר את התגובות בהתחלה, ומחוץ לתגובות בתום הרכבות הגירוי במקום במצב של הסתבכות עצבית18.
ההנחה העיקרית הממוצעת ברצף EEG שנרכשו ברציפות היא כי אות EEG מייצג שילוב ליניארי של התגובה החושית ואת רעש הרקע20. יתר על כן, משרעת, התדר, והשלב של התגובה מנדנוד מניחים להיות נייח, ואילו רעשי הרקע נחשבים כפעילות אקראית. עם זאת, במקרים שבהם לא מתקיימים הנחה זו, משרעת התגובה שחושבה לאחר שמספר התקופות אינן מתאימות בהכרח לשרעת היכולת הנקודתית של הפוטנציאל העורר.
זה כבר דווח לאחרונה כי assr שנוצר במוח של חולדות מסתגל למצגת רציפה של משרעת-הטונים מאופנן (כלומר, משרעת התגובה ירידה אקספוננציאלית לאורך זמן)21,22. הסתגלות הייתה מתורגמת כמנגנון עצבי המשקף את אובדן החדשנות של גירוי חושי חדגוניות חוזר, ומגבירה את הרגישות לתנודות רלוונטיות בסביבה האקוסטית23,24. במסלול השמיעה, הסתגלות עשויה לשפר את הבנת הדיבור בסביבות רועשות. בנוסף, תהליך זה עשוי להיות חלק ממנגנון קיים כדי לפקח על המשוב השמיעתית של הקול עצמו כדי לשלוט בייצור הדיבור.
ניתוח האבולוציה של הזמן של 40 Hz AR בבני אדם, ואן אייאקלי ואח ‘25 נצפתה ירידה משמעותית אך קטנה במשרעת התגובה לאורך זמן (סביב-0.0002 μv/s מבוסס על ניתוח קבוצתי, כאשר בהנחה ירידה ליניארית לאורך זמן). כתוצאה מכך, מחברים אלה הסיקו כי 40 Hz ASSR בבני אדם אינו מסתגל לגירוי. בבני אדם, התנהגויות לא נייח נצפו בעת ניתוח היציבות של SSVEP26. מחברים אלה הבחינו שהמשרעת של התדר הבסיסי וההרמוניה השנייה של SSVEP היו נייחים רק ב -30% ו-66.7% מהנושאים שהם בדקו, בהתאמה. השלבים הן של רכיבי תדר SSVEP, למרות יציב יחסית לאורך הזמן,הציגו קטן של22.
לכן, למרות שתחום הזמן הקלאסי ממוצע בממוצע של כרכים שנרכשו לאחר מכן מאפשר לחקור מאפיינים נייחים של מתודולוגיה עצבית, המתודולוגיה הזו צריכה להיות מתוקנת כאשר דינמיקה ארוכת טווח של התנועה היא המוקד של ה מחקר, או כאשר הממוצע של דינמיקה לטווח קצר פגום על ידי התרחשות של דינמיקה ארוכת טווח. כדי לאפיין התנהגויות שאינן נייחות של תגובות המצב היציב, התגובה המחושבת שחושבה בחלון זמן נתון לא אמורה להיות מסוכצת על-ידי אלה שחושבו במקטעי ה-EEG הקודמים. במילים אחרות, יש להפיק את הפוטנציאל העורר מרעשי הרקע מבלי להיות בתחום הזמן הממוצע עם מקטעי ה-EEG הקודמים.
במחקר זה, שיטה להערכת הדינמיקה של האנטריה העצבית מוצגת. תגובות מצב יציב נרשמות באופן חוזר בתגובה לגירוי זהה, שבו הקלטות רצופות משולבים על ידי מרווח מנוחה של שלוש פעמים את אורך הריצה ניסיוני. בהתחשב בכך שאם האבולוציה בזמן של התגובה הפיסיולוגית זהה ברצפים שונים של ניסיוני עצמאיים (הקלטות עצמאיות), הקלטות הן מבחינת טור וממוצעים. במילים אחרות, ממוצע האפוקסי התואם לאותו מיקום בהקלטות השונות מקביל, ללא חישוב בממוצע בהקלטה. כתוצאה מכך, משרעת התגובה שחושבה בכל מרווח גירוי, יתאימו לשרעת הזמן הנקודתית של הפוטנציאל העורר. ניתן לנתח את התגובות התחושתיות בזמן התחום או להפוך לתחום התדרים, בהתאם למטרת הניסוי. בכל מקרה, ניתן להתוות את ההגברה כפונקציה של זמן לניתוח התפתחות הזמן של תגובת המצב היציב. הדור והכחדה של פוטנציאל המצב היציב ניתן להעריך על ידי הגבלת הניתוח לבין הראשון והאחרון של ההקלטות.
ניתן לנתח את הדינמיקה של המעטפת העצבית באמצעות גישות אחרות, כגון סינון אמצעות של מדידות חד-מתליות סביב תדירות הריבית והמחשוב המעטפה של אות החשמל באמצעות סינון מעבר נמוך25 וה ההמרה של הילברט27. בהשוואה למתודולוגיות אלו, ממוצע העמודים בממוצע הטורים מאפשר למיחשוב פרמטרים של מצב יציב ומבוסס על אותות עם יחס אותות הרעש הגבוה יותר (SNR). לאחרונה, מסנן קלמן התפתחה כטכניקה מבטיחה להערכת ההגברה של 40-הרץ המוני28,29,30. יישום הסינון של קלמן יכול לשפר את הזיהוי של התגובות למצב היציב הקרוב יותר להסף האלקטרו-פיזיולוגי ולצמצם את זמן מבחן השמיעה29. יתרה מזאת, אין צורך בתגובות נייחות להנחה כאשר משתמשים בגישה לסינון קלמן להערכת משרעת ה-ASSR30. למרות זאת, רק מחקר אחד ניתח את האבולוציה של ה-ASSRs באמצעות הסינון של קלמן25. סיום המחקר הוא כי משרעת ה-ASSR 40-Hz יציבה על מרווח הגירוי. לכן, סינון קלמן צריך להיבדק בתנאים שבהם ה-ASRR אינו נייח.
למרות שהשיטה צורכת זמן רב, השיטה הממוצע לעמודות היא ללא מודל ואינה זקוקה לערכי אתחול ו/או הגדרות פריורי של התנהגות הרעש. יתרה מזאת, כיוון שהיא אינה כרוכה במועדי התכנסות, ממוצע הטורים הממוצע עשוי לספק ייצוג אמין יותר של התפרצות התנועה העצבית. לפיכך, התוצאות המתקבלות באמצעות השיטה הממוצע לעמודות יכולות להיחשב כאמת הקרקעית לניתוח דינמיקה של השימוש העצבי בעזרת הסינון של קלמן.
תיאור זה של הפרוטוקול מבוסס על דוגמה של SSVEP. עם זאת, חשוב לציין כי השיטה המוצגת כאן היא ללא מודאליות, כגון זה יכול לשמש גם כדי לנתח את האבולוציה הזמן של SSSEP ו-ASSR.
עבודה זו מתארת נוהל ניסיוני לניתוח הדינמיקה של תגובות מוחי מנדנוד. מתודולוגיה כזאת מורכבת מרכישת מספר מספיק של מריצות נסיוניות עצמאיות של אותו מצב ניסיוני, ותחום הזמן ממוצע הגוונים המתאים לאותו חלון זמן בהקלטות השונות (בממוצע עמודות ממוצע ב איור 1B). משרעת שחושבה בנתוני הממוצע מייצגים את משרעת מיידית של תגובת הנדנוד. התוויית המוני אלה כפונקציה של זמן (או מספר העמודות בערכת הנתונים) מאפשר לנתח את האבולוציה זמן של זמן תגובה מנדנוד-נעול על הגירוי. מתודולוגיה זו מהווה שינוי של ההצעה המוצעת על-ידי ריטר ואח ‘23 לניתוח ההסתגלות של הפוטנציאלים הבקורטיקלית הארעית. השיטה שימש כדי לנתח את הדינמיקה של פוטנציאל מעורר שמיעתי בשני בני אדם24 ודגמי בעלי חיים20,21.
מבחינה מתודולוגיים, השילוב של הפרמטרים המשמשים לעורר את התגובה מצב יציב ואלה מיושם כדי לחלץ את התגובה העצבית מרעשי הרקע הוא קריטי כדי לנתח את האבולוציה הזמן של המצב היציב הפוטנציאל המעורר 22. אורך הגירוי המשמש בניסוי המוצג כאן (40 s) נבחר בהתבסס על תוצאות שהתקבלו במחקר פיילוט. אורך זה גירוי היה מספיק כדי לנתח את ההסתגלות של assr שנוצר במוח החולדה גזע21,22. יתר על כן, אורך הגירוי צריך לחרוג מהזמן שבו הכוח הארוך אסימפטוטית של SSVEPs הוא הגיע (איור 1 ב labecki ואח ‘26). עם זאת, ניתן להגיע אל מעבר לשישים במקרים מסוימים (איור 2 ב לאבצקי ואח ‘26). לכן, הפעלת מחקר מדגם קטן מומלץ להגדיר את אורך הגירוי של הגירוי. אחרת, אורך הגירוי יותר מ 90 s מומלץ להשיג ייצוג מלאה של האבולוציה הזמן של התגובה. שימוש בהפסקות ארוכות כראוי בין הקלטות עוקבות מרמז על מסלולים ניסיוניים רציפים להיות עצמאיים מבחינה סטטיסטית (כלומר, אמצעים שונים, עצמאיים של אותו משתנה). למיטב ידיעתנו, לא נערכו ניסויים כדי לנתח את ההשהיה האופטימלית בין הרצפים (הפסקה מינימלית הנדרשת כדי לבצע רצפים עצמאיים זה מזה). הcriterium של שימוש בהפסקות לפחות 3 x יותר מאשר אורך הגירוי הוא שמרני מספיק כדי להבטיח כי התגובה מדינה יציבה שנרשמה בכל הפעלה נתונה לא מושפע הגירוי הקודם.
לאחרונה, גירויים לסירוגין (תנאים ניסיוניים) הוצע כבחירה כדי להפחית את ההשהיה בין הפעלת ניסיוני, הימנעות אפקט הסתגלות נוספת25. כמו כן, מספר הרצפים הניסיוניים (30) מיושם בפרוטוקול ניסיוני זה הוא שמרני, מאז RNL אסימפטוטיק ו pSNR מגיעים בדרך כלל לאחר בממוצע 20 ריצות ניסיוני, בערך. כאשר גירויים נופלים בתוך האזור הבינוני-עליון של הטווח הדינמי של התגובה (רמות התחושה הגבוהה), סביר להניח שמספר הרצפים הנמוכים ביותר צריך לנתח את הדינמיקה של התגובה המעוברת. אף על פי כן, במקרים שבהם נבדקים מצבים ניסיוניים שונים, מספר הריצות הניסיוני הוא חיוני לביצוע השוואות בין התנאים (כלומר, רמות תחושה שונות).
בנוסף לממוצע העמודות של האפוקסי, הדינמיקה של פוטנציאל מעורר מסובב הייתה מנותח על ידי סינון המידות החד-משפט ברצועת תדר צרה סביב תדירות הריבית והמחשוב המעטפת של הכוח אות באמצעות סינון מעבר נמוך26. כמו כן, ניתוח ניסיון יחיד יושם כדי לאפיין את תקופת המעבר הקודמת לאזור היציב של SSVEP48, ואת השינויים משרעת והשלב של ssvep במהלך האזור היציב של התגובה49. בעוד ניתוח משפטי יחיד לאפשר אפליה של תנודות מהירות יחסית בשרעת תגובה, עיצובים ניסיוניים לנתח את התגובה הממוצעת בלוקים מופרדים עם מרווח נתון בין לחסום רק לבין וריאציות לטווח ארוך ב משרעת של הפוטנציאל מעורר50,51. ממוצע העמודים של האפוקסי עומד בין שתי אפשרויות אלה. המרת האות הממוצע לתדר-תחום באמצעות FFT מרמז על ניתוח הדינמיקה של התגובה עם רזולוציה שווה לאורך התקופה. בדוגמה שהוצגה כאן, ה-SSVEP דווח על כל 4 ס’. למרות שהרזולוציה של 4 s מספיקה לתאר את הדינמיקה המתרחשת במרווחי זמן של עשרות שניות, כגון זה של ssvep26, האפוקסי החופף חלקית בהקלטות המקוריות מאפשר לתאר את התפתחות הזמן של ה תגובה מדינה יציבה באופן מעודן יותר25.
הדינמיקה של התגובות מצב יציב המתקבל לאחר ממוצע העמודה בממוצע של האפוקסי מייצגים בעיקר האבולוציה של פעילות מנדנוד המסונכרן בין פלחי EEG הממוצע (אלה אשר לשרוד את הממוצע). לפיכך, בעיה מרכזית בנוגע לכדאיות של המתודולוגיה היא הנחת התגובה האפשרית עקב וריאציות בשלב התנודות העצביות של מרוץ ניסיוני עצמאי אחד למשנהו (כלומר, בין ההקלטות). נושא זה צריך להיות ממוען לניסויים. עם זאת, ראיות מעידות על כך ששלב התגובות במוח הוא פחות משתנה מהצפוי. למעשה, מספר מחקרים דיווחו על סדירות בשלב הצפוי של האדם 80 Hz assr47,48,49. כאשר השהיות מוערכות בהתאם לשלב הפעילות הנדנוד, ההשפעה הצפויה של העוצמה ותדר המנשא של הגירויים האקוסטיים על השהיית תגובות השמיעה נצפתה (כלומר, ירידה בהשהיה כ עוצמה ועלייה בתדר המוביל)52,53,54. יתר על כן, שינויים מורזיים טיפוסיים משרעת והשמאל-לימין סימטריה ברמות השמיעה נצפו גם כאשר השהיות מוערך משלב של assr47,55,56 , 57 , 58. כאשר מתארים את האבולוציה הזמן של ssvep באמצעות ניתוח חד פעמי, labecki ואח ‘26 ציין כי למרות שינויים בין משפט של הגברה התגובה בתוך אותו נושא היה גבוה במידה ניכרת, השונות של ה שלב היה פחות מבוטא באופן משמעותי.
בהתבסס על התצפיות שלהם, Labecki ואח ‘26 הציע כי מינימום של 50 מבחנים צריך להיות ממוצע כדי לקבל שערוך אמין של מעטפת כוח ממוצע של התגובה. תוצאות אלה מצביעות על כך, שגם כאשר משרעת התגובה מחושבת בניסויים בודדים, יש צורך בחישוב ממוצע (של מעטפות במקרה זה) כדי לדווח על תוצאות אמינות. יתרה מזאת, השונות הבין-משפט בשרעת ה-SSVEP שדווחה על-ידי לאבצקי ואח ‘26 מצביעה על כך שהמיחשוב של פרמטר זה בניסויים בודדים יכול להיות מושפע מאוד מרעשי הרקע. בהתחשב באבולוציה של יחס אות לרעש המוצג באיור 2, מיחשוב התגובה באות בממוצע במקום ניסויים בודדים מפחית באופן משמעותי את מספר פלחי EEG הדרושים לעיבוד כדי לקבל אמין דידות. בנוסף, השונות הנמוכה בשלב שהושג על-ידי לאבצקי ואח ‘26 תומכת ברעיון שממוצע העמודים של האפוקסי המוצג כאן הוא הליך חוקי למחשוב את הדינמיקה של הפוטנציאל המעורר.
חישוב ממוצע הנתונים ברמות שונות מוביל לפרשנות שונה של התוצאות. בנוגע לפוטנציאלים מסובבים, מחשב את משרעת התגובה לאחר שהתחום הזמני של הריצות העצמאיות מרמז על ניתוח תנודות בזמן בלבד (קרי, אלה ששרדו את הממוצע). הליך זה עשוי לסנן מידע רלבנטי לגבי הדינמיקה של התגובה בניסויים בודדים. עם זאת, הוא מבטיח יחס מספיק גבוה לרעש של המידות. היבט זה עשוי להיות משמעותי כאשר התגובות קרובות לסף האלקטרולוגי, מצב שבו ניתן להתפשר על זיהוי של התגובה בגלל היחס של אות לרעש נמוך של המדידה.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מכירים בהכרת תודה לוסיה Zepeda, גרייס א. ויטאקר וניקולא ניוטו על תרומתם להפקת וידאו. עבודה זו נתמכת בחלק על ידי תוכניות CONICYT בסיס FB0008, MEC 80170124 ו PhD מלגה 21171741, כמו גם המכון הלאומי על חירשות ובעיות תקשורת אחרות של המוסדות הלאומיים לבריאות תחת מספר הפרס P50DC015446. התוכן הינו באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את ההשקפות הרשמיות של המכון הלאומי לבריאות.
Active electrodes | Biosemi | P32-1020-32ACMS (ABC) | for channels 1-32 |
Active electrodes | Biosemi | P32-1020-32A (ABC) | for channels 33-64 |
Active electrodes | Biosemi | 8 x TP FLAT | external electrodes |
Active-Two adquisition system | Biosemi | version 7.0 | EEG adquisition system |
alcohol | Salcobrand | Code: 3309011 | for cleaning the scalp |
Electrode cap 64 channels | Biosemi | CAP MS xx yy | cap |
Electrode cap 64 channels | Biosemi | CAP ML xx yy | cap |
gel | Biosemi | SIGNA BOX12 | conductive gel |
Laptop | Asus | Core i7 1TB DD + 128GB SSD 8GB RAM | computer for stimulation |
Laptop | Asus | Core i7 1TB DD + 128GB SSD 8GB RAM | computer for recording |
LED screen | in-house production | – | The screen consists of four light-emitting diodes (LEDs) situated on the center of a 50×50 cm black screen, as vertexes of a square of 5×5 cm |
sterile gauze | Salcobrand | Code: 8730277 | for cleaning the scalp |