Neuroscience

고밀도 이벤트 관련인지 신경 과학 잠재적인 데이터 수집

Published: April 16, 2010 doi: 10.3791/1945

¹Department of Psychology, Boston College

Summary

이벤트 관련 전위 (ERP) 녹음 데이터 수집 기술은 쉽게 제공되지 않으므로 아래의인지 신경 과학의 활용이 방법은 종종 가난한 공간 해상도를 가지고있다. 인지 신경 과학, 고밀도 ERP 데이터 수집에 관련된 현재 기사 세부 핵심 기술의 ERPs의 증가를 사용을 육성한다.

Abstract

fMRI 데이터 수집 및 분석 기법은 즉시 사용할 수 있기 때문에 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)은 현재 부분적으로,인지 신경 과학 분야의 뇌 기능을 평가의 기준 방법입니다. fMRI는 우수한 공간 해상도지만 가난 시간적 해상도를 가지고 있기 때문에이 방법은 특정 인지적 프로세스 (및 뇌 활동의 시간 코스에 대해 거의 아무것도 없었습니다)과 관련된 뇌 활동의 공간적 위치를 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 반대로, 이벤트와 관련된 잠재적인 (ERP) 녹음, 자주는 fMRI보다 사용하는 방법은, 우수한 현세의 해상도를 가지고 있으므로 신경 활동에 급격한 시간적 modulations을 추적할 수 있습니다. 데이터 수집 기술은 쉽게 사용할 수 없으며 저밀도 ERP 녹음이 가난한 공간 해상도를 가지고 있기 때문에 불행히도, ERPs은 아래의인지 신경 과학에서 널리 사용하고 있습니다. 인지 신경 과학, 고밀도 ERP 데이터 수집에 관련된 현재 기사 세부 핵심 기술의 ERPs의 증가 사용을 촉진하기 위해. 비판적, 고밀도 ERPs은 인간의 뇌 기능의 공간적 시간적 - 역학을 캡처하는 데 필요한 뛰어난 시간적 해상도와 좋은 공간 해상도의 약속 (또는 fMRI와 결합하면 우수한 공간 해상도) 제공합니다.

Protocol

I. 소개

인지 신경 과학, 기능성 자기 공명 이미징 분야의 (fMRI) 분석의 표준 방법이되었습니다. fMRI의 인기는 주어진인지 과정과 관련된 뇌 영역을 강조 쉽게 interpretable 결과 이외에 즉시 사용 가능한 데이터 수집 및 분석 기법의 일부 때문이다. 그러나, fMRI는 가난한 현세의 해상도를 가지고 있으며 따라서 작동하는 두뇌의 급속한 시간적 역학을 추적할 수 없습니다. 인지 Neuroscientists는 주로 fMRI를 계속 사용하는 경우, 뇌 기능의 결과 그림 심각한 결함 것입니다. 이 방법은 우수한 시간적 해상도를 제공하는 경우에도 이벤트 관련 후보 (ERPs)가 훨씬 적은 빈도로 사용됩니다. 현재 기사의 목적은 상세 고밀도 ERP 데이터 수집에 관련된 핵심 기술을하는 것입니다. 그것은이 정보인지 신경 과학의 ERPs의 증가 사용을 육성 것으로 기대된다.

II. 일반 장비 설치

ERP 데이터는 일반적으로 신경 신호 간섭을 최소화하기 위해 주위 전자기 필드 강도의 낮은 수준과 위치를 측정하고 있습니다. 이러한 간섭을 최소화하기 위해 ERPs 종종 차폐된 금속 챔버 (즉, 패러데이 케이지)에서 측정하지만 주변 필드 강도 허용 수준 (사용 측정할 수 이하 1 MG 또는과 unshielded 위치를 찾을 수 있습니다 전자기장 미터). 각 전극은 차례로 데이터 수집 컴퓨터에 연결할 앰프에 연결됩니다. 별도의 컴퓨터가 자극 프레 젠 테이션에 사용됩니다. 신경 신호 간섭을 최소화하기 위해, 오직 필수 전원 구성 요소가 차폐 챔버 내부 또는 자극 표시로 녹화 위치 및 응답 키보드 (예를 들어 근처에 위치해해야 램프는 전극 응용 프로그램을 지원하는 데 사용할 수 있지만되어야합니다 ) 녹화 도중 해제 전원. 비디오 스위치는 단일 모니터에서 데이터 수집 컴퓨터 또는 자극 프레 젠 테이션 컴퓨터 중 하나를 표시하는 데 사용할 수 있습니다. 차폐된 챔버를 사용하는 경우, 모든 케이블은 벽에 작은 도관 (직경 몇 인치입니다) 또는 금이 문으로 실행할 수 있습니다. 참가자는 암 달려와 목 근육 유물을 최소화하기 위해 어깨 지원을 제공하는 다시 높이와 편안한 의자에 앉아 있지만, 후속 전극 임피던스 감소 후부 하부 전극에 액세스할 수 있어야합니다. 우리는 차폐 챔버 (차폐 주식 회사, 파사익, 뉴저지에있는 글로벌 파트너에 의해 만들어진)과 128 채널 ^{Quik-Cap/SynAmps이} NeuroScan 시스템 (Compumedics 미국, 샬롯, NC)를 사용합니다.

III. 캡 배정 및 전극 정보화

전극은 일반적으로 크게 응용 프로그램 시간을 줄여 스판덱스 뚜껑에 포함됩니다. 그러나 모자를 상대 전극 위치는 같은 정확하게에 위치하고있는 10-20 전극 시스템 ^1이나 10-5 전극 시스템 ^2로 높은 밀도 변형, 같은 표준 전극 구성을 사용의 가능성을 제거하는 고정되어 있습니다 개별 참가자 기초. 표준 형식으로 최종 결과의 프레 젠 테이션을 위해, 우리는 대략적인 위치에서 각 참가자에 대한 위치 전극 오즈 (그들의 대략 10-5 전극 시스템 위치에 따라 라벨 후 전극의 모든 이상) 10-5 전극 시스템에 의해 결정. 뚜껑을 적용할 때, 머리의 정중선 위에 위치 정중선 전극과, 그것이 왼쪽에서 오른쪽으로 대칭을 보장하고, 가장 후부 - 열등 전극은 목 근육 유물을 피하기 위해 두개골 목 경계에 우수한됩니다. 턱 스트랩은 적절하게 위치에 뚜껑을 유지하지만, 벨크로의 체결을 사용하여 허리 수준에서 사용자 정의 만든 벨트로 사이드 스트랩을 연결하면 머리 측면 전극 접촉을 향상시킬 수 있습니다. 눈에 인접한 전극도 눈을 깜박 운동이나 유물의 후속 제거를위한 적용할 수 있습니다.

그렇게 전극 배치는 참가자에 걸쳐 비교적 일관성이 가정하는 합리적이지만, 머리 크기와 전극 캡 배치의 차이는 전극의 위치를 변화를 생산합니다. 이러한 다양성을 해결하기 위해, 전극 위치는 각 참가자에 대해 측정할 수 있습니다. 우리는 송신기, 벨크로를 (참가자 모션에 대한 해결하기 위해)를 사용하여 모자를 마운트 세 수신기, 각 전극 위치를 (이 하드웨어 Neuroscan의 SCAN /와 호환되는 기록을 위해 스타일러스를 포함 Polhemus FASTRAK 디지타이저를 (콜체스터, VT)을 사용 우리는 데이터 수집에 사용되는 3DSpaceDx 소프트웨어). 관계없이 사용되는 디지타이저의 그것과 같은 큰 금속 물체에 근접을 피하고 및 송신기와 수신기 케이블을 분리로 지정된 가이드에 따라 설치되어야합니다. 디지타이저는 보정 및 테스트 정확성과 이동해야해야한다면 nece공간 현지화 때까지 다른 위치로 ssary이 정확합니다.

IV. 전극 임피던스를 감소

전극 위치는 디지털 후에는 참가자가 기록 의자에 편안하게 앉아서해야합니다. 접힌 핸드 타월을 살짝 어깨 뒤로 의자 사이에 자리잡고 있습니다 때 일부 참가자는 더 편안하게 찾으십시오. 그런 다음 다중 전극 모자는 앰프에 연결해야합니다. 각 전극의 임피던스는 그 아래에 미리 결정된 임계값는 그러한 감소해야합니다. 이것은 두피와 overlying 전극 사이에 흐르는 전류 있도록 각 전극 열기로 수행 젤 주사에 의해 이루어집니다. 교차 참가자 오염, 새로운 살균 주사기와 뭉툭한 팁 바늘의 가능성을 제거하기 위해 각 참가자에 대해 사용해야합니다. 그것은 5 K & Omegal는 표준 임피던스 한계이지만, 주위 전자기 필드 강도가 매우 낮은 경우 다소 높은 임계값을 사용할 수 주목할 것입니다. 우리는 실시간으로 모든 전극에 대한 색상의 임피던스 레벨을 표시 전극 임피던스를 측정하는 NeuroScan SCAN 소프트웨어를 사용합니다. ERP 데이터 수집의 가장 시간이 많이 소요되는 부분입니다 임피던스 감소 과정을 속도를 수있는 기술은 여러 가지가있을 수 있습니다. 목표는 두피와 즉시 overlying 전극 사이에 겔 응용 프로그램을 제한하는 것을 염두에 두어야하는 것이 중요합니다. 이것은 비 지배적인 손으로 다른 기능을 수행하는 동안 지배 손이 젤의 주사기 및 응용 프로그램을 제어하는 것이 좋습니다. 주사기가 젤없이 참가자 불편과 머리에 대해 쉴 수 주례로 가득하지만, 머리에 누를해서는 안됩니다. 첫째, 주어진 전극에 대해, 그것이 개입 머리를 이동, 머리에 달려있는 동안 주사기와 몇 동그라미를 만들기 위해 종종 유용합니다. 이 후, 가볍게 비 지배적인 손으로 전극을 누르면서, 젤 작은 금액은 두피에 주입해야하며 두피와 사이 젤 다리를 만들기 위해 젤 주사 계속하면서 다음 주사기는 꺼냈다해야 전극. 전극 열 protrudes가 휴지로 닦아 내려하고 폐기해야한다는 젤. 어떤 경우에는, 젤을 실시하면 임피던스가 연결됩니다 그러한 인접한 전극을 연결합니다 - 이것은 공간 해상도를 감소하지만, 전극의 높은 숫자가 같은 사소한 우려 일반적이다. 젤 먼저 지상과 참조 전극에 적용해야하며, 전극 임피던스의 첫 번째 집합이 모두 남아있는 경우에는 높은 겔은이 두 전극을 다시 적용해야합니다. 젤 일반적으로 시간이 지남에 따라 더 많은 전도성 해짐에 따라 하나의 전략은 모든 임피던스가 감소 모든 임피던스가 감소하기 시작 전까지 다음 사분면 내의 전극에서 젤 주입하기 시작까지 두피의 사분면 (예 : 오른쪽 후부 두피 등) 내의 전극에서 젤 주입하는 것입니다 다음 사이클 quadrants을 통해 다시 주입 가장 높은 임피던스 전극에 젤. 이것은 겔 신청 절차는 참가자 불편의 원인이 결코해야한다고 강조되어야하고, 그것은 해당 작업이 중지 될 수 있도록 그들이 어떤 불편을 말로해야한다는 참가자에게 명확하게해야합니다.

V. 데이터 레코딩

녹음이 개시하기 전에 참가자가 편안한 자세로 휴식, 목 근육 유물을 최소화하고, 사후 전극 다시 의자 사이의 접촉을 생산 수도 헤드 움직임을 방지하도록해야합니다. 그것은 녹음하는 동안 그들은 의자의 중요한 움직임 (일반적으로 금속 프레임을 포함)로 전자기 간섭을 만들 수 있습니다 상대적으로 남아 있어야하는 참가자에 강조해야합니다. 참가자는 다음 응답 키보드와 같은 조명과 같은 참가자 근처 모든 중요하지 않은 장비를 받아야 제거하거나 해제해야합니다. 이후 이벤트 관련 분석을위한 허용하려면 각 경기 부양 이벤트의 시작은 신호 / 트리거 자극 컴퓨터에 의해받을와 electrophysiological 데이터와 함께 저장해야합니다. 우리는 E - 프라임 정의 인라인 포트 초기화 및 실행 자유롭게 ^세 사용할 수있는 스크립트를 포함 프로그램 (심리학 소프트웨어 도구, 주식 회사, 피츠버그, PA), 그리고 트리거를 통해 병렬 포트를 통해 각각의 자극 증상에이 트리거 펄스를 보내 접수 및 스캔 소프트웨어에 의해 저장됩니다. 포트 구성 핀 아웃은 유효한 트리거 값을 사용하기 위해 참조해야합니다. 목표는 일시적 신경 응답성이 매우 낮은 주파수 구성 요소를 (예 : DC 등) 제거하는 간단이므로 관련, 대부분의 앰프 높은 패스 필터 설정이 가능합니다. 반면, 수용 로우 패스 필터 설정은 녹화 환경에 따라 다릅니다. 매우 높은 주파수 컷오프 (예 : 200 Hz에서와 같은)과 낮은 패스 필터를 사용할 수 매우 낮은 주위 전자기 간섭과 환경에서, 어떤H는 높은 주파수를 포함 않는 신경 응답의 왜곡을 최소화합니다. 간섭의 높은 수준, 낮은 주파수 컷오프 (예 : 80 Hz에서) 및 60 Hz에서 노치 필터와 환경에서 electrophysiological 응답이 신경 신호에 의해 지배는 그러한 사용할 수 있습니다. 데이터가 취득한 후 증폭기 단계에서 필터링하는 것은 덜 자주 신호 왜곡을 생산하고 있지만 필터링도 소프트웨어에서 실시 수 있습니다.

VI. 뚜껑을 청소

데이터 레코딩이 완료되면 다중 전극 모자는 철저하게 청소하고 즉시 소독해야합니다. 우리는 5-10 분 정도 따뜻한 물에 뚜껑을 몸으로하고 철저하게 실시 젤을 모두 제거하려면 실행중인 물의 흐름과 각 전극을 rinsing하여 시작합니다. 나무 스틱 면봉의 뭉툭한 끝은 전극에 구멍을 취소하는 데 사용할 수 있습니다. 그럼 우리 모두 겔은 물을 rinsing 철저한 다음, 제거된 보장하기 위해 30 분 동안 비누의 온수 욕조 (물 다이얼 1-2 오즈의 4쿼트 구성된)의 뚜껑을 만끽해보세요. 교차 참가자 오염을 방지하기 위해 뚜껑은 적절한 물 / 살균제 혼합 (예 : 1 부품 Envirocide 물을 4 부분)에 15-30분에 대한 배어 있어야하며 다음 물로 깨끗이 씻어서해야합니다. 그것이 일부의 건조 위치도, 불규칙은 이후 임피던스 감소의 용이성을 줄일 수있다면. 유지 수 있으므로 건조하기 위해 뚜껑을 끊겠 때, 그것은 대칭과 긴장없이 배치해야

VII. 분석 개요

데이터 사전 처리 ⁴ 가난한 또는 간헐적인 접촉을했다 전극, 깜박임 유물, 기본 수정, 추가 높은 - 패스 또는 로우 패스 필터링을 제거 배제를 포함한 여러 단계로 구성되어 있습니다. 사전 처리는 이벤트 관련 평균 뒤에 있으며, 공간 해상도 ERP 소스 현지화 ⁵ 실시하여 향상시킬 수 있습니다. 우리는 서면 사용자 정의 스크립트를 사용하여 내보낸 이벤트 관련 평균 파일 실시한 추가 분석, 사전 처리, 이벤트 관련 평균에 대한 BESA 분석 소프트웨어 (Gräfelfing, 독일), 그리고 소스 지역화 (BESA 정기적으로 이틀 분석 과정을 제공)을 사용 MATLAB (MathWorks, 내틱, MA) 인치

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Disclosures

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

Acknowledgments

이 작품은 NSF 교부금 BCS0745880에 의해 지원되었다.

References

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