शिशुओं और वयस्कों के घने ऐरे Electroencephalography का उपयोग सामाजिक अनुभूति जांच ( घ ईईजी)

Summary

घने सरणी electroencephalography तेजी से इस्तेमाल किया जा रहा है सामाजिक शिशुओं और वयस्कों में संज्ञानात्मक कार्यों का अध्ययन. यहाँ हम एक स्थापित पद्धति है कि शिशुओं और वयस्कों में ईईजी के अध्ययन के लिए एक पारंपरिक तरीके पर महत्वपूर्ण सुधार का प्रतिनिधित्व करता है वर्तमान.

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. प्रायोगिक सेटअप की तैयारी प्रयोगशाला में भागीदार के आगमन से पहले, यह सुनिश्चित है कि जियोडेसिक ईईजी प्रणाली (GES) के घटकों और प्रयोग नियंत्रण कंप्यूटर और सॉफ्टवेयर (नेट स्टेशन) ठीक से काम कर रहे हैं. प्रयोग के कमरे से सभी unneeded और संभवतः ध्यान भंग आइटम निकालें. प्रयोग कमरे में विशेष रूप से प्रयोगात्मक कार्यान्वित किया जा रहा प्रतिमान के अनुसार सेट. यहाँ हम कंप्यूटर आधारित ई प्रधानमंत्री प्रस्तुति सॉफ्टवेयर के माध्यम से विभिन्न अभिभावक शिशु और experimenter शिशु बातचीत मानदंड को दिलाई कार्यों से लेकर मानदंड का उपयोग करें. सुनिश्चित करें कि वीडियो कैमरों चार्ज किया जाता है और वर्तमान प्रयोगात्मक स्थापना के लिए आदर्श कोण पर कैमरे की व्यवस्था है. 2. सूचना का आदान प्रदान प्रयोगशाला में भागीदार के आगमन पर, जियोडेसिक सेंसर नेट अनुप्रयोग प्रोटोकॉल का वर्णन और प्रयोग समझाने. सुनिश्चित करना है कि भागीदार प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल की एक अच्छी समझ है करने के बाद, यह सुनिश्चित करें कि वह या वह (या उसके या उसकी कानूनी अभिभावक) प्रयोग के साथ आगे बढ़ने से पहले एक सहमति फार्म संकेत. ईईजी अध्ययन के लिए, यह अक्सर भागीदार कुछ जानकारी है कि दर्ज बिजली के मस्तिष्क गतिविधि पर एक प्रभाव है उम्मीद की जा सकती है से प्राप्त करने के लिए उपयोगी है. उदाहरण के लिए, उनींदापन, आखरी भोजन, और पिछले नींद के बारे में जानकारी ब्याज की हो सकती है. हेली प्रयोगशाला में, ऐसी जानकारी को मानकीकृत प्रश्नावली प्रशासन द्वारा प्राप्त की है. एक समय पर ढंग में आगे बढ़ने के प्रयोग में मदद करने के लिए, यह सलाह दी जाती है दो प्रयोगकर्ताओं मौजूद है: एक प्रश्नावली प्रशासन के लिए, और एक नीचे विस्तृत HCGSN तैयारी को ले जाने के लिए. 3. HydroCel जियोडेसिक सेंसर नेट अनुप्रयोग के लिए तैयारी आसुत जल, पोटेशियम क्लोराइड, और बच्चे का शैम्पू HydroCel खारा इलेक्ट्रोलाइट समाधान तैयार, अच्छी तरह से हलचल जब तक सभी पोटेशियम क्लोराइड के समाधान में भंग कर रहा है सुनिश्चित करें. एक मापने टेप का प्रयोग, भागीदार के सिर की परिधि को मापने, सेंटीमीटर में माप रिकॉर्डिंग. उचित आकार HCGSN यानी, एक है कि सिर circumferences जो में भागीदार सिर परिधि गिरता की सीमा शामिल पुनर्प्राप्त करें. डूब इलेक्ट्रोलाइट समाधान में HCGSN सेंसर अंत और यह 5 मिनट के लिए लेना, संबंधक अंत सभी तरल पदार्थ से दूर रखना सुनिश्चित किया जा रहा की अनुमति. यह सलाह दी जाती है एक टाइमर या स्टॉपवॉच का उपयोग करने के लिए सही समय की गारंटी है. नियंत्रण कंप्यूटर पर नेट स्टेशन सॉफ्टवेयर खोलें और एक प्रयोगात्मक नियंत्रण सत्र शुरू करने के लिए शून्य और लाभ माप HCGSN कनेक्टर को जोड़ने और डेटा एकत्रित करने से पहले लिया जा करने की अनुमति. 4. HydroCel जियोडेसिक सेंसर नेट लागू आदेश में एकत्र ईईजी डेटा की वैध और लगातार विश्लेषण के लिए अनुमति देने के लिए, शुद्ध आवेदन प्रक्रिया बहुत मानकीकृत किया जाना चाहिए. इस तरह के मानकीकरण भागीदार के सिर पर (जैसा ऊपर वर्णित) के माप लेने के लिए भागीदार से भाग लेने के लिए इलेक्ट्रोड का सटीक और लगातार स्थान सुनिश्चित करने के द्वारा हासिल की है. यदि इष्टतम शुद्ध पोजीशनिंग शुरू नहीं हासिल की है, शुद्ध हटाने और पुन: लागू. हालांकि सेंसर नेट के लिए इंतज़ार कर रहे इलेक्ट्रोलाइट समाधान में भिगोने समाप्त करने के लिए, प्रयोग कमरे में भागीदार गाइड और उसे या उसके हिदायत एक कुर्सी पर बैठना. कुर्सी पहियों के बिना सेंसर नेट अनुप्रयोग के दौरान अवांछित आंदोलन से बचना चाहिए. एक शिशु भागीदार के मामले में है, शिशु के अभिभावक ईमानदार शिशु उसके या उसकी गोद में बैठे के साथ कुर्सी पर बैठने, कमर ताकि शिशु के पूरे सिर पहुँचा जा सकता है और शिशु अभी भी बनी हुई है द्वारा शिशु पकड़े. एक टेप को मापने और एक चीन मार्कर पेंसिल का उपयोग करने का पता लगाने, और निम्न माप लेने के द्वारा शीर्ष निशान: सिर के शीर्ष पर कान के लिए कान सिर के शीर्ष पर inion के लिए Nasion शीर्ष बिंदु के रूप में पहचाना जा सकता है है जो इन दो माप पार. इलेक्ट्रोलाइट बाल्टी से सेंसर नेट निकालें और यह एक साफ, सूखे तौलिया पर जगह है. धीरे अतिरिक्त इलेक्ट्रोलाइट समाधान निकालने के लिए तौलिया के साथ सेंसर नेट पॅट. भाग लेने के लिए या एक दूसरे के लिए शुद्ध आवेदन के दौरान पकड़ experimenter HCGSN के संबंधक अंत दे. HCGSN उठाओ, नेट के इंटीरियर में दोनों हाथ डाल. शुद्ध ऐसे पकड़ो कि अपने अंगूठे मजबूती धकेल रहे हैं (लेकिन धीरे) केंद्रीय सबसे ललाट इलेक्ट्रोड और अपने pinkie उंगलियों के दोनों तरफ इलेक्ट्रोड के सबसे पीछे पंक्ति जोड़ने के बैंड के खिलाफ मजबूती से धक्का दिया. शुद्ध नहीं overstretch सावधान रहें. अपने शेष छह उंगलियों नेट के भीतर ढीले होने के लिए केंद्र भाग लंगड़ा गिर करने के लिए अनुमति चाहिए. क्राउच या इतना नीचे घुटना टेकना है कि आप आँख पर हैंभागीदार के साथ स्तर. वापस सामने से, भागीदार के सिर पर सेंसर नेट खींच. यह अक्सर एक दूसरे experimenter मौजूद है जब एक शिशु भागीदार पर सेंसर नेट लागू करने, शिशु विचलित और सिर आंदोलन कम से कम उपयोगी है. अपनी उंगलियों का प्रयोग, नेट के बैंड पर धीरे से खींच और इसे समायोजित इतना है कि शीर्ष इलेक्ट्रोड शिखर पहले चीन मार्कर पेंसिल के साथ चिह्नित बिंदु पर बैठता है. कान और ठोड़ी पट्टियाँ कस दें. संरचनात्मक ऐतिहासिक स्थानों और शुद्ध समरूपता का निरीक्षण करने के लिए देखना है कि क्या नेट सही ढंग से तैनात है, और आवश्यक समायोजन करें. 5. इलेक्ट्रोड impedances मापना ईईजी संदर्भित साइट और साइट मापा के बीच संभावित अंतर (वोल्टेज) के रूप में मापा जाता है. खोपड़ी इलेक्ट्रोड इंटरफ़ेस में उच्च प्रतिबाधा मापा वोल्टेज संकेत आयाम के क्षीणन, और शोर की उपस्थिति में वृद्धि में एक बूंद का कारण बनता है. जबकि कुछ अध्ययनों में फ़िल्टरिंग अधिग्रहण के बाद (उदाहरण के लिए, पारंपरिक ईआरपी अध्ययन) इस शोर से छुटकारा मिल सकता है, उच्च प्रतिबाधा आम तौर पर अधिग्रहीत ईईजी डेटा की निष्ठा समझौता. इसलिए यह महत्वपूर्ण है बनाने के लिए यकीन है कि impedances सहनीय विनिर्देशों के भीतर ईईजी डेटा रिकॉर्ड की शुरुआत से पहले. इंटरफ़ेस केबल में HCGSN के अंत संबंधक प्लग और लीवर बारी के लिए यह जगह में बंद. कैमरे पर मुड़ें. नियंत्रण कक्ष में, नेट स्टेशन में एक नया सत्र खोलते हैं, भागीदार जानकारी दर्ज करें, और सत्र शुरू करने के लिए क्लिक करें. क्योंकि वीडियो और घ ईईजी संकेतों synched कर रहे हैं, प्रयोग के कमरे से एक जीवित वीडियो फ़ीड स्क्रीन पर दिखाई देनी चाहिए. पैनलों ड्रॉपडाउन मेनू, खुले प्रतिबाधा का चयन करें, और उपाय बटन क्लिक करें. HCGSN संवेदक सरणी के एक असेंबल स्क्रीन पर दिखाई देगा. स्क्रीन के किनारे इतना है कि यह मॉनीटर पर प्रयोग के कमरे में खुलती खिड़की खींचें. एक डिस्पोजेबल विंदुक रैक, एक तरफ भागीदार है बाल ताकि प्रत्येक इलेक्ट्रोड सीधे प्रतिभागी खोपड़ी पर बैठा है का उपयोग करना. प्रतिबाधा मापन विंडो प्रदर्शित मॉनिटर पर HCGSN असेंबल करने के लिए संदर्भ लें. सेंसर कि खोपड़ी के साथ अच्छे संपर्क नहीं कर रहे हैं लाल दिखाई देगा. इलेक्ट्रोड सेंसर संख्या के नोट करें. विंदुक और पहले से ही तैयार इलेक्ट्रोलाइट समाधान की एक छोटी राशि का उपयोग करने के लिए इन सेंसरों के प्रतिबाधा सुधार. संग्रथित पर इलेक्ट्रोड हरी बारी के रूप में उनके प्रतिबाधा में सुधार है. जब impedances संतोषजनक (यानी, जब असेंबल पर सभी इलेक्ट्रोड हरा कर रहे हैं) हैं, सहेजें और बंद करें बटन नियंत्रण कक्ष में प्रतिबाधा मापन खिड़की पर क्लिक करें. नेट स्टेशन में, घने तरंग प्रदर्शन खुला. Waveforms के माध्यम से स्क्रॉल करें और किसी भी चैनल है कि गरीब खोपड़ी से संपर्क करने के लिए उच्च आयाम कारण शोर प्रदर्शित कर रहे हैं ध्यान दें. 6. आधारभूत रिकॉर्डिंग लेना प्रयोगात्मक प्रतिमान की शुरुआत से पहले, भागीदार के आराम बिजली मस्तिष्क गतिविधि के कुछ आधारभूत घ ईईजी रिकॉर्डिंग ले. आराम कर आधारभूत रिकॉर्डिंग सतत घ ​​ईईजी अध्ययन में महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वहाँ भागीदार से भाग लेने के लिए बिजली के मस्तिष्क गतिविधि में परिवर्तनशीलता के एक उच्च डिग्री है . एक परिणाम के रूप में, सबसे सतत घ ​​ईईजी अध्ययन भीतर विषयों प्रयोगात्मक डिजाइन को लागू करने, प्रत्येक प्रयोगात्मक हालत और आधारभूत पूर्व प्रयोग चरण के बीच मतभेदों का विश्लेषण करना होगा. घटना से संबंधित ईईजी अध्ययन के लिए एक आधारभूत चरण आवश्यक नहीं किया जा सकता है. प्रयोग के कमरे में अकेले प्रतिभागी छोड़ दो और उसे हिदायत या उसे चुपचाप बैठ जाओ और आंदोलन को कम. शिशु प्रतिभागियों के लिए, माता – पिता / अभिभावक के कमरे में शिशु उसके या उसकी गोद में चुपचाप बैठी है के साथ रहना चाहिए. हेली प्रयोगशाला में, एक फिल्म बेबी मोजार्ट, दृश्य – श्रव्य शास्त्रीय संगीत और रंगीन चलती डिजाइन का एक संयोजन, शीर्षक करने के लिए सुनिश्चित करें कि शिशुओं को शांत रहते हैं और अभी भी खेला जाता है . जबकि एक इंटरैक्टिव आधारभूत चरण हमेशा आदर्श नहीं हो सकता, यह एक पूर्व आधारभूत चरण के रूप में इस्तेमाल किया जा आधारभूत रिकॉर्डिंग लेने से पहले शिशु को शांत कर सकते हैं. नेट स्टेशन में रिकॉर्ड करने के लिए वीडियो रिकॉर्डिंग और तरंग डेटा शुरू बटन पर क्लिक करें. घने तरंग प्रदर्शन में, घटना मार्करों के प्रयोग भर में बिजली की गतिविधि के व्यवहार की घटनाओं लिंक डाला जा सकता है. 'आधारभूत' तरंग प्रदर्शन पर घटना मार्कर डालें. एक मानकीकृत समय अवधि के लिए रिकॉर्ड आधारभूत. हेली प्रयोगशाला में मानक आधारभूत चरण 2 मिनट तक रहता है. 7. प्रयोग रनिंग घ ईईजी अध्ययन में, यह आवश्यक है करने के लिए कम से कम दो अध्ययन के दौरान मौजूद प्रयोगकर्ताओं है. एक experimenter भागीदार के साथ बातचीत और व्यवहार प्रतिमान को लागू करने के लिए जिम्मेदार हो सकता है, जबकि दूसरा experimenter घने तरंग प्रदर्शन की निगरानी करेंगे. प्रयोगात्मक पैरा लागूdigm. निर्धारित करने के लिए कि क्या किसी भी चैनल शोर के स्तर में वृद्धि को प्रदर्शित कर रहे हैं प्रयोग भर घने तरंग प्रदर्शन मॉनिटर. शोर बढ़ाने बढ़ती impedances के चिंतनशील हो सकता है. स्वीकार्य प्रतिबाधा स्तर अधिक इलेक्ट्रोलाइट समाधान का उपयोग करके आ जा सकता है. यह प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल में एक को तोड़ने में किया जाना चाहिए. 8. प्रतिभागी डीब्रीफिंग जब प्रयोग पूरा हो गया है, सावधानी से ढीला और भागीदार सिर से HCGSN दूर. कुल्ला, कीटाणुरहित, और शुद्ध सूखी. भागीदार एक तौलिया के साथ जो किसी भी अतिरिक्त इलेक्ट्रोलाइट समाधान पोंछ को दे. भागीदार किसी भी शेष प्रश्नावली है कि पूरा होने की जरूरत है दीजिए. 9. विश्लेषण उसी EGI dEEG डेटा प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया सॉफ्टवेयर भी डेटा का विश्लेषण करने के लिए प्रयोग किया जाता है, एक चिकनी और आसान डेटा संग्रह से डेटा का विश्लेषण करने के लिए संक्रमण के लिए अनुमति देता है. क्योंकि HCGSN भी ऊपर बिजली के वातावरण से होने वाले शोर उठाता है, पहले डेटा और फ़िल्टर्ड किया जाना चाहिए साफ पहले यह विश्लेषण किया जा सकता है. आवश्यक उपकरणों के सभी नेट स्टेशन में शामिल हैं. नेट स्टेशन में, पर क्लिक करें और तरंग उपकरण पैनल खुला. फ़िल्टरिंग और इच्छित पैरामीटर सेट करने के बाद विरूपण साक्ष्य का पता लगाने उपकरण के माध्यम से प्राप्त डेटा फ़ाइल चलाएँ. विरूपण साक्ष्य का पता लगाने उपकरण आँख झपकाए या आँख आंदोलनों से परिणामस्वरूप spikes के दिखाता है और बुरा चैनल का पता लगाता है है. कई मामलों में, अतिरिक्त हाथ – संपादन और artifact हटाने के लिए आवश्यक हो सकता है (खासकर जब शिशु आबादी, जिसमें आप आँख झपकाए और आंदोलनों पर नियंत्रण नहीं कर सकते हैं के साथ काम). खंड डेटा इतनी के रूप में सम्मिलित घटना मार्करों के आधार पर विभिन्न प्रयोगात्मक शर्तों के अलग करने के लिए. किसी भी वांछित विश्लेषण लागू. हेली प्रयोगशाला में, आवृत्ति विश्लेषण के विश्लेषण कैसे मस्तिष्क गतिविधि की विशेषता आवृत्तियों प्रयोगात्मक शर्तों के बीच और अलग मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच बदलता है किया जाता है. तरंग शक्ति में कमी का उस क्षेत्र में न्यूरॉन्स की वृद्धि की गतिविधि के संभावित प्रतिबिंबित करता है. 10. प्रतिनिधि डेटा चित्रा 1 कच्चे ईईजी waveforms एक एकल इलेक्ट्रोड (30 इलेक्ट्रोड) समय (ओं) के पार दर्ज की वोल्टेज (μv) में उतार चढ़ाव दिखा. आधारभूत, प्रदर्शन, और तत्काल याद: waveforms 3 प्रयोगात्मक चरणों में से प्रत्येक के पहले 1000ms के दौरान एकत्रित किए गए डेटा का प्रतिनिधित्व करते हैं. चित्रा 2 कच्चे डेटा एक भाग लेने वाले शिशु की प्रयोगात्मक तीन चरणों (आधारभूत, प्रदर्शन, तत्काल याद) के दौरान पूरे खोपड़ी (128 इलेक्ट्रोड असेंबल) से एकत्र की . एक स्थलाकृतिक नक्शे के रूप में डेटा प्रस्तुत किया जाता है और सतह स्तर मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि में मस्तिष्क क्षेत्रों के पार (μv) मतभेद और कठपुतली कार्य की प्रायोगिक चरण दिखाता है.

Discussion

Hydrocel EGI से जियोडेसिक सेंसर नेट दोनों वयस्क और शिशु प्रतिभागियों से _घ ईईजी डेटा प्राप्त करने के एक गैर इनवेसिव और आसानी से लागू विधि का गठन किया . इस तकनीक गतिशीलता के लिए एक अवसर के साथ बढ़ उच्च अस्थायी और स्थानिक संकल्प को जोड़ती है, यह जटिल व्यवहार मानदंड में उपयोग करने के लिए संज्ञानात्मक गतिविधियों है कि बिजली की गतिविधि में सूक्ष्म परिवर्तन में ही परिलक्षित हो सकता है की जांच के लिए आदर्श बना रही है. शिशु अनुभूति और मस्तिष्क इमेजिंग शिशु आबादी में इस्तेमाल के लिए उपयुक्त तकनीक के सापेक्ष कमी के विकास की जांच में बढ़ती रुचि को देखते हुए, HCGSN का उपयोग को बढ़ाने के लिए, हमें शिशु अनुभूति का एक गहरी समझ के लिए अग्रणी होने की संभावना है.