Använda händelserelaterade EEG potentialer (ERP), vi undersöka effekterna av antipsykotiska läkemedel på onormala semantiska hjärnaktive hos friska individer med schizotypiska egenskaper. Vi använder ERP för att spåra tydliga förändringar i hjärnans aktivitet, sprider inblick i de kognitiva processer som är förknippade med semantisk kategorisering.
Inom området för kognitiv neurovetenskap är funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) en populär metod för att visualisera hjärnans funktion. Detta är delvis på grund av dess utmärkta rumsupplösning, vilket gör det möjligt för forskarna att identifiera områden i hjärnan som förknippas med specifika kognitiva processer. Men i strävan att lokalisera hjärnfunktioner, är det relevant att notera att många kognitiva, sensoriska och motoriska processer har tids distinktioner som är absolut nödvändigt för att fånga, en aspekt som är kvar ouppfyllda av fMRI s suboptimal tidsupplösning. För att bättre förstå kognitiva processer är det således fördelaktigt att utnyttja händelserelaterade potentialen (ERP) inspelning som en metod för att samla in information om hjärnan. Några av dess fördelar är dess fantastiska tidsupplösning, vilket ger forskarna möjlighet att följa aktiviteten i hjärnan ner till millisekund. Det också direkt index både retande och hämmande postsynaptiska potentialergenom vilken de flesta hjärn beräkningar utförs. Detta sitter i kontrast till fMRI, som fångar ett index på metabolisk aktivitet. Vidare behöver icke-invasiv ERP metoden inte kräver en kontrast villkor: kan undersökas råa ERP vara för bara en experimentell skick, en skillnad från fMRI där kontrollförhållanden måste subtraheras från den experimentella tillstånd, vilket leder till osäkerhet associera observationer med experimentell eller kontrastförhållanden. Även om det är begränsad av dess dåliga rumsliga och subkortikala aktivitets upplösning, ERP inspelningar användbarhet, relativ kostnadseffektivitet, och tillhörande fördelar ger starka skäl för dess användning i kognitiv neurovetenskap för att spåra snabba tidsmässiga förändringar i neural aktivitet. I ett försök att främja ökad användning som ett forskningsavbildningsmetod, och för att säkerställa en korrekt och noggrann datainsamling, kommer denna artikel beskriva – inom ramen för ett paradigm med hjälp av semantisk kategorisering för att undersöka effekterna av antipsykotiskas och schizotypy på N400 – förfarandet och viktiga aspekter i samband med ERP datainsamling.
Medan Neuroimaging framsteg har onekligen förstärkt vår förståelse av hjärnans funktioner, dessa förskott har en stor del statisk vikt vid att belysa strukturer i hjärnan. Detta lämnar sedan de dynamiska tids funktioner i hjärnan nätverk relativt höljd i dunkel, eftersom neuroradiologiska metoder som tar itu med dessa temporala aspekter, såsom fMRI och nära infraröd spektroskopi (NIRS), producerar tids resolutioner som är otillräckliga i förhållande till den av EEG. Det är därför relevant att bättre förstå och sysselsätter användningen av ERP inspelning, som kan producera stora mängder meningsfull information som annars skulle vara okänd. ERP inspelning är en icke-invasiv analytiska verktyg som gör kognitiva neuroforskare att spåra de snabba temporala modulationer av neural aktivitet som framkallas av kognitiva, sensoriska och motoriska processer. Det innebär att placera elektroder i hårbotten för att fånga de elektriska postsynaptiska svar stora neuronal populationer 2 till specifika händelser eller stimuli. ERP är elektroencefalografiska förändringar som är tids låst till sensoriska, motoriska eller kognitiva händelser, och tros representera summan av postsynaptiska potentialer som produceras under informationsbehandling 3. Dessa ERP vågformer kännetecknas av sin latens, amplitud, polaritet, och hårbotten fördelning, vilket ger ett rikt utbud av neurologisk uppgifter som kan stimulera ytterligare inblick i de neurala kopplingar som bidrar till kognition.
Målet med ERP inspelning och elektroencefalografi (EEG) är att få information om de grundläggande neurala processer som ingår i högre ordning, komplexa kognitiva operationer 4. ERP definieras av deras negativa eller positiva fluktuation, samt deras plats i hårbotten och den tid som de förekommer efter debuten av stimulans. Olika ERP har förknippats med olika aspekter avkognitiv bearbetning. Till exempel har vi tittat på N400 händelserelaterade hjärnpotential 5, en negativ vågform som framkallas 400 ms efter debuten av meningsfulla stimuli såsom ord 6, och som distribueras i hårbotten är känd för att bero på den semantiska kategori av dessa stimuli. Den N400 är ett index för semantiska aktive, och studier har visat att den har en större amplitud efter ord som aktiverar fler representationer, såsom konkreta ord (t ex., Banan) som aktiverar både visuella och verbala representationer, än för abstrakta ord (t.ex. , idé), som aktiverar endast verbala representationer 7,8. Forskning stöder även tanken att även milda symptom på schizofreni, enligt mätning med schizotypy skalor, är förknippade med onormalt överdriven semantisk aktivering av N400 9. Som sådana är vi undersöker huruvida antipsykotisk medicinering, vilket minskar schizofrena symptom presentation, normaliserar onormala seMantic aktiveringar av N400 i friska individer med höga nivåer av schizotypy. Här är fördelaktigt för att studera effekterna av antipsykotiska läkemedel på N400 användning av ERP-system i en semantisk kategorisering paradigm.
Som ERP inspelning är en icke-invasiv och relativt ekonomisk metod för att bedöma neural funktion, kan den tillämpas på ett brett spektrum av områden, vilket framgår av det betydande antalet ERP studier i kognitiv neurovetenskap, neurologi, neuropsyko och kognitiv psykologi . Dess mångsidighet gör det möjligt för utredarna att ställa relevanta frågeställningar om den relativa tidpunkten för neurala händelser i ett stort antal olika områden, bland annat språk, kognition, och studiet av olika psykiatriska sjukdomar 10 såsom schizofreni, bipolär affektiv sjukdom, depression och alkoholberoende störning erbjuder och det betydande fördelar jämfört med alternativa metoder för neuroradiologiska, såsom funktional magnetisk resonanstomografi (fMRI). Några av dessa inkluderar dess utmärkta tidsupplösning, vilket belyser hjärnans aktivitet ner till millisekund. ERP inspelning också direkt index excitatoriska postsynaptiska potentialer (EPSP) och inhibitoriska postsynaptiska potentialer (IPSPs) genom vilka många hjärn beräkningar utförs, något som fMRI inte gör. En annan fördel med ERP inspelning är att det ger möjlighet att skilja hämmande aktivitet (neuronala hyperpolarizations) från excitatoriska aktiviteten (neuronal depolarisation), medan det i fMRI, är större signalerna inte tydligt differentierade mellan dessa två. Vidare behöver ERP metoden inte kräver en kontrast villkor: kan undersökas råa ERP vara för bara en experimentell skick, en skillnad från fMRI där kontrollförhållanden måste subtraheras från den experimentella tillstånd, vilket leder till osäkerhet associera observationer med experimentella eller kontrastförhållanden. ERP inspelningar användbarhet, släktingkostnadseffektivitet och tillhörande fördelar ger starka skäl för användning av ERP-system i kognitiv neurovetenskap som ett sätt att spåra snabba tidsmässiga förändringar i neural aktivitet. Följt är en steg-för-steg-guide till grunderna i att köra en EEG experiment och spela in händelserelaterade potentialer.
I vår undersökning av effekterna av antipsykotisk medicinering på N400, fann vi att i placebo skick, var främre N400s större hos individer med hög schizotypy än i individer med låg schizotypy. I medicinering villkoret var dock fronto-central N400s mindre, men bara i individer med hög schizotypy. Således var medicinering visats minska dessa stora fronto-central N400s i höga schizotypiska individer, vilket bekräftar tidigare forskning som visar mindre främre N400s hos schizofrena patienter som behandlas med antipsykotiska läkemedel, i förhållande till de patienter som fick placebo 11,12. Hos personer med låg schizotypy, sågs ingen effekt av medicinering. Dessa fynd erhölls med ett korrekt genomförande av protokollet, och tala om vikten av att samla in tydliga och exakta uppgifter.
För att garantera korrekta och giltiga resultat, finns det några viktiga punkter att tänka på. Tillfå en bra signal, är det viktigt att locket är tätt passform och placeras så att sagittal elektroder är exakt i mitten och att impedansen justeras. Ett lock som är för stor kan minska inspelningskvalitet, eftersom det kommer att bli mycket svårare att minska impedanser 13. Det är också viktigt att deltagarna förstår att de måste undvika alltför stora rörelser, blinkande, eller böja sina ansikte och käkmusklerna, eftersom dessa åtgärder kommer att införa förändringar i EEG-spår och eventuellt göra data tolkning mycket svår 14. Efter experimentet måste utrustningen rengöras ordentligt för att se till att elektroderna inte är blockerade med gel rester som kan påverka framtida signalsamling.
Om det finns problem i signalen, såsom buller eller platta linjer, kontrollera att se till att både mark- och referenselektroder är korrekt anslutna. Minska impedansen för dessa elektroder kan reducera brus, så omDet finns problem i anslutning, återigen tillämpa gel och åter skrapa hårbotten under elektroderna. Om det finns myograms, att motivet för att koppla av innan du fortsätter. Vid utformningen av experimentet, är det relevant för ERP inspelning som den experimentella designen står för tidsaspekter, till exempel hur länge stimulans presentation och korta tidsperioder som gör deltagaren att blinka.
Innan en EEG-experiment, är det viktigt att förstå de tillhörande begränsningar. Den relativt dåliga rumsliga upplösningen kan vara något att överväga, liksom svårigheten att med hjälp av EEG belysa subkortikala aktivitet. Bullret som infördes genom blinkningar och muskelaktivitet är också ofördelaktigt, och de neurala signaler som erhålls är fläckiga när de passerar genom cerebrospinalvätskan, hjärnhinnor, och skalle. Dessa begränsningar kan åtgärdas med alternativa neuroradiologiska metoder independently- såsom fMRI, NIRS & #8211; eller genom att kombinera EEG med dessa alternativa metoder. Emellertid, som tidigare nämnts, är dessa metoder också bära sina egna begränsningar. De erforderliga kontrastförhållanden och brist på baslinjen och polaritet i fMRI är typiska exempel. När det gäller alternativa hjärnavbildningstekniker, har ERP inspelning många advantages- mest synnerhet dess anmärkningsvärda tidsupplösning, vilket är i nivå med millisekunder. Det är också icke-invasiv och minimal obekvämt för deltagaren, och är inte förknippade med några betydande risker eller faror. ERP inspelning är ekonomiskt sunt, särskilt jämfört med andra neuroradiologiska tekniker såsom funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) och positronemissionstomografi (PET) 15. Det erbjuder en inblick i de neurala händelser i kognitiva, sensoriska och motoriska processer, och i framtiden, kan tillämpas för att undersöka förmedvetna processer.
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill tacka för den Hjärna och beteende Research Foundation för deras generösa stöd.
EEG acquisition software (Scan 4.5) | Neuroscan | http://www.neuroscan.com/scan.cfm | |
Digital EEG Amplifier (NuAmp) | Neuro Scan Labs | http://www.neuroscan.com/documents/AF573-01%20CURRY%20NuAmpsExpressPRESSD4.pdf | |
2 computers | |||
Matlab | The MathWorks, Inc | http://www.mathworks.com/products/matlab/ | |
EEGLab Matlab toolbox | http://sccn.ucsd.edu/eeglab/ | ||
ERPLAB Toolbox | http://erpinfo.org/erplab | ||
Stimulus generation software | E-Prime | ||
ECI Electrode cap | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/caps/ | |
Special Head Measuring Tape (4 Colour ribbon) | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
Disposable Sponge Disks | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
EEG Abrasive Skin Prepping Gel (Nuprep) | Weaver and Company | http://www.weaverandcompany.com/nuprep.html | |
Body harness | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
Cap straps | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
Electro-gel | Electro-cap International, Inc | ||
Blunt needle (BD Vacutainer PrecisionGlide Multiple Sample Needle) | Becton, Dickinson and Company | 367211; see http://www.bd.com/resource.aspx?IDX=7559 | |
Syringe | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
2 Ear Electrodes | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
Alcohol wipes | |||
Red pencil | |||
Cotton swabs | |||
Facilities and supplies for participants to wash their hair after the experiment- sink, shampoo, comb, towels, hair dryer |