Summary
Här presenteras proceduren för att använda c-grid (öronelektroencefalografi, säljs under namnet cEEGrid) för att registrera hjärnaktivitet i och utanför labbet under längre tid. Detta protokoll beskriver hur du ställer in dessa arrays och hur du registrerar hjärnaktivitet med dem.
Abstract
C-grid (öronelektroencefalografi, säljs under namnet cEEGrid) är en diskret och bekväm elektroduppsättning som kan användas för att undersöka hjärnaktivitet efter anbringande runt örat. C-gallret är lämpligt för användning utanför laboratoriet under långa perioder, även för hela dagen. Olika kognitiva processer kan studeras med hjälp av dessa rutnät, vilket visats av tidigare forskning, inklusive forskning utanför labbet. För att spela in högkvalitativa öron-EEG-data krävs noggrann förberedelse. I detta protokoll förklarar vi de steg som behövs för en framgångsrik implementering. Först visas hur man testar nätets funktionalitet före en inspelning. För det andra ges en beskrivning av hur man förbereder deltagaren och hur man passar c-nätet, vilket är det viktigaste steget för inspelning av högkvalitativa data. För det tredje ges en översikt över hur man ansluter näten till en förstärkare och hur man kontrollerar signalkvaliteten. I det här protokollet listar vi rekommendationer och tips om bästa praxis som gör c-grid-inspelningar framgångsrika. Om forskare följer detta protokoll är de omfattande utrustade för att experimentera med c-nätet både i och utanför labbet.
Introduction
Med mobil öronelektroencefalografi (EEG) kan hjärnaktivitet registreras i vardagen, och nya insikter i neural bearbetning utanför labbet kan erhållas1. För att vara lämplig för vardagen bör ett mobilt öron-EEG-system vara transparent, diskret, lätt att använda, rörelsetolerant och bekvämt att bära även i flera timmar2. C-grid (säljs under namnet cEEGrid), ett c-format öron-EEG-system, syftar till att uppfylla dessa krav för att minimera störningar i naturligt beteende. Nätet består av 10 Ag/AgCl-elektroder tryckta på Flexprint-material3. Kombinerat med en miniatyriserad, mobil förstärkare och en smartphone för datainsamling 4,5 kan dessa nät användas för att samla in öron-EEG-data i mer än 8 timmar 1,6.
Flera studier som genomförts i labbet har visat potentialen hos c-grids för att studera auditiva och andra kognitiva processer. C-rutnät har framgångsrikt använts för avkodning av hörseluppmärksamhet med noggrannheter över slumpnivå 7,8,9,10,11. Segaert et al.12 använde dessa matriser för att kvantifiera språkstörning hos patienter med mild kognitiv svikt. Garrett et al.13 visade att dessa arrays kan fånga auditiva hjärnpotentialer som härrör från hjärnstammen. Förutom forskningen med fokus på den auditiva domänen använde Knierim et al.14 rutnäten för att undersöka flödesupplevelser (dvs. känslan av totalt engagemang i en uppgift), mätt genom förändringar i alfakraft. Slutligen använde Pacharra et al.15 dessa rutnät för en visuell uppgift. Alla dessa laboratoriebaserade studier visar de olika kognitiva processer som kan fångas med dessa rutnät.
Dessa rutnät kan också användas för EEG-inspelningar utanför labbet, vilket illustreras av flera studier. Till exempel har dessa arrays använts för att utvärdera mental belastning i en körsimulator 16,17 och för att studera oavsiktlig dövhet, icke-uppfattningen av kritiska larmljud, i en flygsimulator18. Rutnäten är särskilt lovande för långtidsinspelningar, såsom långtidsövervakning av epileptiska anfall2 och sömniscensättning 6. Hölle et al.1 använde dessa rutnät för att mäta hörseluppmärksamhet under en kontorsdag i 6 timmar. Sammanfattningsvis belyser alla dessa studier deras potential att undersöka olika hjärnprocesser i och utanför labbet.
Varje EEG-inspelning kräver noggrann förberedelse för att få giltiga resultat. Detta är särskilt viktigt för mobila applikationer där fler artefakter kan förväntas än i labbet på grund av deltagarens rörelse. För att säkerställa optimala resultat krävs specifika förberedelsesteg. Vi anger de kritiska stegen för att förbereda rutnäten, förbereda deltagaren för datainsamling och montera och ansluta näten för EEG-inspelningar. Vi pekar på potentiella misstag och visar exempel på dålig datakvalitet när bilagan inte är korrekt. Slutligen visas representativa resultat av en pianospelad udda uppgift.
Protocol
Det allmänna förfarandet som används i detta protokoll godkändes av etiknämnden vid universitetet i Oldenburg. Deltagaren gav skriftligt informerat samtycke innan de deltade.
OBS: C-gallren ska endast användas på oskadad hud och med deltagare som inte har någon allergi mot det använda limet. Den har två sidor. Det finns svart text på utsidan. Elektrodernas ledande ytor är på insidan och de möter deltagarens hud under inspelningen. Det är viktigt att hantera dessa galler med försiktighet. Rör inte vid de ledande ytorna, vik inte gallren, böj dem inte för mycket och undvik att dra i dem.
1. Testning
OBS: Om de hanteras med försiktighet kan c-grids återanvändas flera gånger. För att säkerställa optimal funktion, kontrollera att alla elektroder fungerar korrekt innan nästa inspelning. Utför samma procedur för nya rutnät för att identifiera potentiella problem (t.ex. på grund av problem i tillverkningsprocessen) innan inspelningen startar. Det finns flera alternativ för att snabbt söka efter problem (t.ex. en trasig elektrod).
- Alternativ 1: Multimeter.
- Ställ in en multimeter för att mäta motståndet.
- Fäst en stift på multimetern på elektroden och den andra stiftet på motsvarande kontakt på kontaktänden.
- Kontrollera om ett lågt motstånd (<10 kΩ) kan mätas för varje elektrod.
- Alternativ 2: Elektrodgel
- Använd elektrodgel för att överbrygga alla elektroder. Se till att det inte finns några luckor mellan elektroderna.
- Fäst gallret på kontakten på en förstärkare. För att se en signal, fäst gallret på sidan med referens- och jordelektroderna enligt den kontaktlayout som används.
- Använd förstärkarens impedanskontroll. Kontrollera impedansen hos referenselektroden och alla åtta inspelningselektroderna (totalt 10 elektroder minus jord- och referenselektroderna). De måste alla ha en låg impedans (<10 kΩ). Torka sedan av gelén.
- Alternativ 3: Vatten
OBS: Använd detta alternativ med försiktighet för att inte orsaka vattenskador på utrustningen.- Sänk ner alla elektroder i ett glas vatten, men se till att hålla svansen på gallret torrt. Alternativt kan du placera c-gallret i en platta fylld med vatten (med elektroderna vända mot plattan).
- Fäst gallret på förstärkarens kontakt.
- Använd förstärkarens impedanskontroll. Kontrollera impedansen hos referenselektroden och alla åtta inspelningselektroderna (totalt 10 elektroder minus jord- och referenselektroderna). De måste alla ha en låg impedans (<10 kΩ). Torka sedan c-gallret med en vävnad.
2. Förbereda deltagaren
OBS: För inspelningar av hög kvalitet bör deltagaren ha rent och torrt hår, inte ha använt några hårprodukter (t.ex. stylingprodukter) eller hudprodukter och bör inte bära smink. Om möjligt bör deltagarna tvätta håret direkt före inspelningen med ett milt och neutralt schampo och även tvätta områdena runt öronen. Be deltagarna att ange om något av de förberedande stegen är obekväma för dem.
- För att förbereda deltagaren behöver experimenteraren tillgång till området bakom och runt örat. För deltagare med längre hår, använd hårklämmor för enklare åtkomst.
- Placera ett c-rutnät runt deltagarens öra för att se hur det passar. Kontrollera dessutom om den kan placeras runt örat utan att röra vid örat. Se till att det inte rör vid baksidan av örat eller öronloben, eftersom det kan vara obekvämt efter en tid. Denna förmontering ger också en indikation på det område som kommer att täckas och därmed måste rengöras.
OBS: Dessa galler finns i en storlek och passar inte alla öronstorlekar. För större öron, skär lite av plasten runt elektroderna på insidan av C med en liten sax. Var särskilt uppmärksam på att inte skära i elektroderna eller den ledande vägen. - Applicera en liten droppe slipande elektrodgel på en vävnad. Använd gelén för att rengöra huden runt deltagarens öra med lite tryck, men se till att den förblir bekväm för deltagaren. Se till att generöst rengöra hela området som kommer att täckas.
- Doppa en vävnad i lite alkohol och rengör området bakom örat med denna vävnad.
- Torka det rengjorda området med en ren handduk.
- För högre komfortnivåer, placera eventuellt en liten tejpbit på baksidan av örat.
- Upprepa alla ovanstående steg (steg 2.1-2.5) för det andra örat.
3. Förbereda och montera gallren
OBS: Det finns olika sätt att fästa c-grid med dubbelsidig tejp. Här presenteras två alternativ: c-formade klistermärken (tillhandahålls av tillverkaren) som täcker hela ytan och små cirkulära klistermärken som placeras individuellt runt elektroderna (t.ex. vid återanvändning).
- Fäst dubbelsidiga självhäftande klistermärken (antingen de c-formade eller individuella klistermärkena) runt varje elektrod. Se till att klistermärkena inte täcker elektrodernas ledande yta.
- Sätt små droppar (linsstorlek) elektrodgel på varje elektrod. Undvik att använda för mycket gel, eftersom detta kan spillas på limmaterialet och minska vidhäftningen till huden. För mycket gel kan också skapa broar mellan elektroderna.
- Ta bort locket på det eller de självhäftande klistermärkena. Applicera gelén igen om den togs bort under detta steg. Alternativt kan du ta bort det första locket och applicera gelén då; Detta kräver dock en mycket stadig hand så att gelén inte spills av misstag på limet.
- Be deltagaren att hålla håret borta från örat så att det inte hindrar beslaget. Flytta håret ur vägen så mycket som möjligt så att klistermärkena rör vid huden direkt. Beroende på hårfästet är detta inte alltid möjligt (t.ex. när det finns hår direkt ovanför örat).
- Placera gallret runt örat och tryck in det i huden när det är på plats. Se till att inte placera den för nära örat, eftersom det kan bli obekvämt för deltagaren. Lämna lite utrymme (1 mm till 2 mm) mellan gallret och baksidan av örat. Be dessutom deltagaren att trycka på elektroderna.
- Upprepa alla ovanstående steg (steg 3.1-3.5) för det andra örat.
- Ta bort eventuella hårspännen. Placera försiktigt glasögon eller remsor av ansiktsmasker på öronen om det behövs.
4. Ansluta
- Anslut kontakten till förstärkaren. Undvik att böja eller dra i c-gallret under detta steg.
- Anslut kontakterna till kontakten. Se till att kontakterna är anslutna på rätt sida. Se till att de exponerade kontakterna på insidan av c-rutnätet vetter mot kontakterna i kontakten.
OBS: Det är viktigt att känna till layouten på kontakten som används (inklusive markens position och referenselektroderna). Beroende på vilket system som används kan layouten skilja sig åt. Om du vill skapa en anslutningsapp går du till https://uol.de/psychologie/abteilungen/ceegrid. Med rätt kontakt kan c-nät anslutas till valfri förstärkare. - För att hålla förstärkaren på plats, använd till exempel ett pannband för att fixera det på huvudet.
OBS: Oldenburg-labbet använder en förstärkare som är inbyggd i en halshögtalare som heter nEEGlace. nEEGlace gör installationen bekvämare och snabbare.
5. Kontrollera impedans och data
- Anslut förstärkaren till en smartphone (valfritt: en bärbar dator) via Bluetooth.
- Kontrollera elektrodernas impedans med förstärkarens impedanskontroll. Impedansen förbättras vanligtvis med tiden (5 min till 10 min) och behöver inte vara under 10 kΩ för varje elektrod i början. Försök inte lägga mer gel under elektroder med hög impedans.
- Kontrollera EEG-signalen. Be deltagaren att knyta käkarna, blinka och blunda (alfaaktivitet). Observera motsvarande artefakter och alfaaktivitet i signalen. Se till att varje elektrod ger en bra signal. Om den resulterande EEG-signalen är dålig, ta bort gallret, torka av eventuell kvarvarande gel runt deltagarens öra och passa en ny.
- Börja spela in.
6. Ta bort och städa upp
- När du har avslutat datainspelningen kopplar du bort telefonen (eller den bärbara datorn) från förstärkaren. Ta bort gallren från förstärkaren och ta bort förstärkaren från deltagaren. Ta försiktigt bort c-rutnäten från deltagaren. Se till att varken böja c-gallret för mycket eller att dra ut håret på deltagaren. Låt deltagarna rengöra sig med vävnader eller en handduk.
- Blötlägg gallren i vatten i några minuter. De kan sänkas helt.
- Ta försiktigt bort klistermärkena för att undvika skador. Skölj bort eventuell kvarvarande gel. Lufttorka gallren. Gnugga inte över elektrodernas ledande yta.
- Förvara c-gallren säkert på en mörk och torr plats.
Representative Results
När du följer detta protokoll är impedansen för varje elektrod vanligtvis under 10 kΩ eller närmar sig detta värde några minuter efter att gallret har placerats (figur 1), vilket indikerar en bra elektrod-hudkontakt. Observera att impedansen fortfarande kan förbättras inom 2 timmar efter montering.
Figur 2 illustrerar olika obearbetade EEG-signaler. Figur 2A illustrerar hur data ser ut när ingen gel används. En ledande gel krävs, och gallret fungerar inte ordentligt utan att använda gel. Om för mycket gel används kan elektroderna överbryggas. Data för det här scenariot visas i figur 2B. Bryggelektroder visar exakt samma signal. När förberedelsen och monteringen utförs noggrant kan man förvänta sig högkvalitativa data, som visas i figur 2C.
Figur 3 illustrerar proceduren och data från ett exemplariskt händelserelaterat potentiellt (ERP) paradigm (udda uppgift) med en deltagare. Figur 3A illustrerar paradigmet. Specifikt spelade experimenten en fördefinierad sekvens av två olika toner på pianot (mitten C och mitten G). Middle C spelades ofta (328 gånger) och mitten G spelades sällan (78 gånger); deltagaren var tvungen att räkna de sällsynta anteckningarna. AFEx-appen med öppen källkod spelade in tondebut, ljudstyrka (RMS) och spektralt innehåll (PSD) för alla toner. Record-A-appen spelade samtidigt in de akustiska funktionerna och EEG4. I analyserna differentierades sällsynta och frekventa toner baserat på effektspektraldensiteten (PSD; se Hölle et al.19 för detaljer). EEG-data filtrerades med hög pass vid 0,1 Hz och lågpassfiltrerades vid 25 Hz. Ett rumsligt filter beräknades med hjälp av generaliserad egenvektornedbrytning, vilket maximerar signalen av intresse20. I figur 3B,C kan den resulterande ERP med typiska komponenter för auditiv bearbetning observeras, såsom N1 för båda tonerna och P3 för den sällsynta tonen som måste räknas. Dessa resultat överensstämmer med tidigare oddball-studier både med c-grids1,3 och med cap-EEG21,22.
Figur 1: Exempel på god impedans. Alla värden är i kiloohm (kΩ). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Illustration av obearbetade signaler med olika kvaliteter . (A) Exempel på 10 s data när ingen elektrodgel används alls. (B) Exempel på 10 s data när elektroderna är överbryggade. (C) Exempel på 10 s bra data som förvärvats i labbet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Resultat från ett händelserelaterat potentialparadigm (ERP) (udda uppgift) med en deltagare. (A) Översikt över paradigmet. Deltagaren lyssnade på en sekvens av toner som spelades på ett piano och var tvungen att räkna den sällsynta. Smarttelefonen spelade samtidigt in EEG och akustiska funktioner (B) ERP: er för alla c-grid-kanaler. Förkortningar: REF = referenselektrod; DRL = jordelektrod. (C) ERP baserat på det rumsliga filtret som visas i det övre vänstra hörnet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
Här finns ett protokoll för öron-EEG-inspelningar med c-grids. Att följa stegen i detta protokoll säkerställer inspelningar av hög kvalitet. I följande stycken görs en jämförelse med cap-EEG, de mest kritiska stegen i protokollet tillsammans med några rekommendationer om bästa praxis diskuteras och vissa ändringar diskuteras.
Jämförelse av c-rutnät med cap-EEG och in-ear EEG
C-grid möjliggör diskret inspelning av hjärnaktivitet i vardagliga miljöer och är väl lämpad för längre inspelningar. Det har flera fördelar jämfört med cap-EEG. För det första, på grund av dess vikt, komfort och låga synlighet, begränsar det knappt deltagarna i deras dagliga aktiviteter1. För det andra kan den bäras under längre perioder - mer än 11 timmar i en studie 6 - utan att elektroderna faller av 1,3,6, eftersom de förseglas av de självhäftande klistermärkena. På nackdelen täcker c-gallret endast en bråkdel av ytan på cap-EEG och kan därför inte ersätta cap-EEG för alla ändamål. I de fall då en lätt, diskret, snabbinstallerad, minimalt begränsande lösning är nödvändig (t.ex. på arbetsplatsen) kan c-grids ge relevant neural information.
Jämförelsen av resultat mellan deltagare är potentiellt svårare för c-grids jämfört med cap-EEG. För cap-EEG används ofta det internationella 10-20-systemet för att underlätta jämförelsen av resultat mellan studier och mellan deltagare med olika huvudstorlekar. I detta system är elektroderna placerade i förhållande till specifika anatomiska landmärken (dvs nasion och inion för fram till bak och öronen för vänster till höger). I praktiken används olika kapsylstorlekar för att ta hänsyn till olika huvudstorlekar och därigenom approximera den optimala elektrodpositioneringen. C-grid kan inte enkelt integreras i det systemet av två skäl. För det första finns dessa för närvarande i en storlek och täcker därmed mer eller mindre utrymme beroende på huvudstorlek. För det andra påverkar örats form placeringen av gallren. I allmänhet kommer de två översta elektroderna att vara direkt ovanför örat, men beroende på öronformen kan de lutas mer framåt eller bakåt. Vi känner inte till någon studie som har undersökt om dessa förskjutningar i elektrodpositioner är tillräckligt stora för att vara relevanta.
Ett annat sätt att mäta öron-EEG är att placera elektroderna inuti örat, till exempel i den yttre hörselgången eller concha23,24,25. Ett sådant tillvägagångssätt ger ännu lägre synlighet än c-nätet men leder till inspelning av signaler med lägre amplituder på grund av de små avstånden mellan elektroderna26.
De mest kritiska stegen
EEG i allmänhet, och särskilt mobilt öroncentrerat EEG, är fortfarande en utmanande teknik. Därför är noggrann förberedelse av deltagaren och placering av rutnäten avgörande för att säkerställa god datakvalitet över tid. Förberedelserna börjar med deltagarnas hår och hud. Håret och huden runt örat ska tvättas och torkas. Utöver det måste experimenteraren noggrant rengöra området runt örat med slipgel och alkohol och se till att gallren är ordentligt fastsatta med limklistermärkena. Dessa steg är viktiga och bör utföras noggrant för att säkerställa god elektrod-hudvidhäftning och låg impedans under längre perioder. Hudrengöringen kan särskilt göra skillnaden mellan en lyckad och en misslyckad inspelning.
Även med korrekt vård kan impedansen för enskilda elektroder fortfarande vara dålig direkt efter placeringen av elektroderna. I allmänhet stabiliseras elektrod-hudgränssnittet över tiden, och vi observerar ofta att impedansen minskar inom 5 minuter till 15 min. Om signalkvaliteten förblir dålig rekommenderas att du helt tar bort gallren, torkar bort eventuell kvarvarande gel runt deltagarens öra och passar en ny. Det går snabbare att montera en ny i motsats till att rengöra och förbereda det tidigare borttagna gallret. Det rekommenderas inte att tillsätta elektrodgel till enskilda elektroder när gallret är monterat eftersom detta kan äventyra klistermärkenas vidhäftningsstyrka och till och med leda till överbryggning av de närliggande elektroderna.
Efter att gallret har placerats och när elektrodernas impedans är låg kan dataregistreringen börja. För längre registreringar (>1 h) bör en kort datakvalitetskontroll utföras i början. Till exempel exemplifieras en 3 minuters auditiv udda uppgift i denna studie, som kan genomföras och analyseras snabbt för att säkerställa en god signalkvalitet.
I vissa fall kanske inspelning med c-rutnätet inte är möjligt alls, till exempel när gallret är för litet för örat (även efter klippning) eller när hårfästet är för nära örat, vilket innebär att gallret inte fastnar på huden. Om gallret "svävar" över lite hår kan forskare inte förvänta sig högkvalitativa data.
Felsökning
Dålig impedans och/eller signal
För att undvika dessa problem är det absolut nödvändigt att huden rengörs noggrant innan den passas. Dessutom bör man se till att testa funktionaliteten hos varje elektrod innan monteringen. Till exempel bör man kontrollera att gallret är korrekt inkopplat i kontakten och att varje elektrod har fast kontakt med huden och sedan vänta några minuter tills impedansen och signalen förbättras. För att ytterligare kontrollera funktionaliteten efter montering bör de enskilda elektroderna tryckas in och den resulterande signalen bör kontrolleras. Om motsvarande signal för varje elektrod visar ett svar är elektroden i princip funktionell. Om alla ovanstående steg inte hjälper, bör man ta bort gallret, torka av den återstående gelén runt deltagarens öra och passa en ny.
Situationer utan signal
För det första bör man se till att nätet är ordentligt anslutet till förstärkaren, samt se till att nätkontakten inte är upp och ner. Det kommer endast att finnas en signal om jord- och referenselektroderna är anslutna; Om marken och referensen kommer att vara till vänster, höger eller på båda sidor beror på kontakten.
Signalen blir sämre under inspelningen
Det kan finnas flera orsaker till detta problem som måste åtgärdas. För det första kan några av elektroderna ha lossnat från huden. Detta kan hända när limet äventyras av resterna av elektrodgelén, av hår under elektroderna eller på grund av störningar från deltagaren (t.ex. repor runt örat eller justeringsglasögon). För det andra kan det finnas problem med anslutningen mellan nätet och förstärkaren (dvs. nätet kan ha dragits ut ur förstärkaren, eller dess position kan ha förskjutits). Slutligen kan nätet ha fått skador under användning. Detta kan hända om svansen på c-gallret böjs för starkt.
Kanaler som visar identiska signaler
I detta fall överbryggas elektroderna. Man ska ta bort gallret, torka av restgelen runt deltagarens öra och montera en ny. Man bör också se till att endast använda linsstora droppar elektrodgel på varje elektrod för att undvika överbryggning.
Deltagare som rapporterar att placeringen är obekväm
Den vanligaste orsaken till minskad komfort är att gallret placeras för nära örats baksida. Man bör se till att lämna 1 mm till 2 mm mellan c-gallret och baksidan av örat. En liten bit tejp fäst bakom örat hjälper till att öka komforten.
Ändringar av metoden
C-nätet finns i en storlek. Det möjliggör dock viss flexibilitet när det gäller dess storlek. Genom att klippa plasten på insidan kan storleken minskas för att passa större öron. Man bör ägna särskild uppmärksamhet för att inte skära in i elektroderna eller de ledande banorna.
Beroende på vilken förstärkare som används och inspelningsscenariot finns det olika sätt att placera förstärkaren på kroppen. Den fasta längden på gallrets svans och det faktum att den pekar horisontellt bort från örat begränsar de möjliga platserna för att placera förstärkarens kontakt. Olika tillverkare tillhandahåller adapterkablar som ansluter nätet till en specifik förstärkare (antingen mobil eller labbbaserad). Olika lösningar har föreslagits för att placera förstärkaren; Vissa forskare använder ett pannband3, medan andra integrerar det i en basecap27. För kortare experiment är ett pannband lämpligt. För längre experiment kan förstärkaren tejpas fast på kläderna6 ellerkropp 2, förvaras i skräddarsydda remmar, tejpas på hörlurar som bärs runt halsen1 eller tejpas fast på ett nackskydd som vanligtvis används för mountainbike. Vi har utvecklat en prototyp som kombinerar en nackhögtalare (för att presentera hörselstimuli) med en mobil EEG-förstärkare och kontakter till c-grid (bygginstruktioner finns här: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). Vi har använt detta tillvägagångssätt framgångsrikt i en nyligen genomförd studie (under förberedelse) där vi spelade in öron-EEG i 4 timmar medan deltagarna arbetade på ett kontor.
Framtida applikationer
C-grid är ett lovande verktyg för långtidsinspelningar i vardagen. Man kan till exempel använda den för att undersöka ljudbehandling i vardagen1. Med långtidsregistreringar kan även dygnsrytmvariationer i kognition och hörselfunktion undersökas28,29. För diagnostiska ändamål kan gallret användas för långvarig övervakning av epileptiska anfall2, sömnsteg6 eller för att mäta uppmärksamhet för hörapparater 7,11.
Slutsats
Detta protokoll utrustar forskare omfattande för att experimentera med dessa c-nät i och utanför labbet. Om forskare följer detta protokoll och noggrant utför stegen, inklusive de viktigaste, såsom hudrengöring och montering av c-nätet, kan de förvänta sig högkvalitativa data för sina öron-EEG-experiment.
Disclosures
Författarna rapporterar inga intressekonflikter.
Acknowledgments
Detta arbete finansierades av Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) under Emmy-Noether-programmet, BL 1591/1-1 - Project ID 411333557. Vi tackar Suong Nguyen, Manuela Jäger och Maria Stollmann för deras hjälp med att filma videon. Vi tackar Joanna Scanlon för videon voiceover.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Abrasive gel: Abralyt HiCl | easycap GmbH, Germany | ||
| AFEx app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://zenodo.org/record/5814670#.Y0AavXZByUk | |
| Alcohol | Carl Roth GmbH + Co. KG, Germany | 70% isopropanol, 30% destilled water | |
| c-grid: cEEGrid | TSMI, Oldenzaal, The Netherlands | ||
| cEEGrid connector | University of Oldenburg, Germany | costum build | |
| EEG acquisition app: Smarting | mBrainTrain, Serbia | ||
| Matlab | The MathWorks, Inc., USA | used for data analyses and creating the figures | |
| Medical tape: Leukosilk | BSN medical GmbH, Germany | ||
| mobile EEG amplifier: Smarting MOBI | mBrainTrain, Serbia | ||
| Multimeter | PeakTech Prüf- und Messtechnik GmbH, Germany | optional device to check functionality of electrodes | |
| nEEGlace | University of Oldenburg, Germany | costumized neckspeaker with integrated EEG amplifier (Smarting, mBrainTrain, Serbia) and cEEGrid connectors | |
| Paper wipes | - | ||
| Record-a app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://github.com/NeuropsyOL/Pocketable-Labs | |
| Smartphone: Google Pixel 3a | Google LLC, USA | ||
| Yahama Digital Piano P-35 | Hamamatsu, Japan | for our exemplary data recording |
References
- Hölle, D., Meekes, J., Bleichner, M. G. Mobile ear-EEG to study auditory attention in everyday life. Behavior Research Methods. 53 (5), 2025-2036 (2021).
- Bleichner, M. G., Debener, S. Concealed, unobtrusive ear-centered EEG acquisition: cEEGrids for transparent EEG. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 163 (2017).
- Debener, S., Emkes, R., De Vos, M., Bleichner, M. Unobtrusive ambulatory EEG using a smartphone and flexible printed electrodes around the ear. Scientific Reports. 5, 16743 (2015).
- Blum, S., Hölle, D., Bleichner, M. G., Debener, S. Pocketable labs for everyone: Synchronized multi-sensor data streaming and recording on smartphones with the lab streaming layer. Sensors. 21 (23), 8135 (2021).
- Bleichner, M. G., Emkes, R. Building an ear-EEG system by hacking a commercial neck speaker and a commercial EEG amplifier to record brain activity beyond the lab. Journal of Open Hardware. 4 (1), 5 (2020).
- Sterr, A., et al. Sleep EEG derived from behind-the-ear electrodes (cEEGrid) compared to standard polysomnography: A proof of concept study. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 452 (2018).
- Mirkovic, B., Bleichner, M. G., De Vos, M., Debener, S. Target speaker detection with concealed EEG around the ear. Frontiers in Neuroscience. 10, 349 (2016).
- Bleichner, M. G., Mirkovic, B., Debener, S. Identifying auditory attention with ear-EEG: cEEGrid versus high-density cap-EEG comparison. Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066004 (2016).
- Nogueira, W., et al. Decoding selective attention in normal hearing listeners and bilateral cochlear implant users with concealed ear EEG. Frontiers in Neuroscience. 13, 720 (2019).
- Denk, F., et al. Event-related potentials measured from in and around the ear electrodes integrated in a live hearing device for monitoring sound perception. Trends in Hearing. 22, 2331216518788219 (2018).
- Holtze, B., Rosenkranz, M., Jaeger, M., Debener, S., Mirkovic, B. Ear-EEG measures of auditory attention to continuous speech. Frontiers in Neuroscience. 16, 869426 (2022).
- Segaert, K., et al. Detecting impaired language processing in patients with mild cognitive impairment using around-the-ear cEEgrid electrodes. Psychophysiology. 59 (5), e13964 (2021).
- Garrett, M., Debener, S., Verhulst, S. Acquisition of subcortical auditory potentials with around-the-ear cEEGrid technology in normal and hearing impaired listeners. Frontiers in Neuroscience. 13, 730 (2019).
- Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. Open-source concealed EEG data collection for Brain-computer-interfaces - neural observation through OpenBCI amplifiers with around-the-ear cEEGrid electrodes. Brain-Computer Interfaces. 8 (4), 161-179 (2021).
- Pacharra, M., Debener, S., Wascher, E. Concealed around-the-ear EEG captures cognitive processing in a visual simon task. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 290 (2017).
- Wascher, E., et al. Evaluating mental load during realistic driving simulations by means of round the ear electrodes. Frontiers in Neuroscience. 13, 940 (2019).
- Getzmann, S., Reiser, J. E., Karthaus, M., Rudinger, G., Wascher, E. Measuring correlates of mental workload during simulated driving using cEEGrid electrodes: A test-retest reliability analysis. Frontiers in Neuroergonomics. 2, 729197 (2021).
- Somon, B., Giebeler, Y., Darmet, L., Dehais, F. Benchmarking cEEGrid and solid gel-based electrodes to classify inattentional deafness in a flight simulator. Frontiers in Neuroergonomics. 2, 802486 (2022).
- Hölle, D., Blum, S., Kissner, S., Debener, S., Bleichner, M. G. Real-time audio processing of real-life soundscapes for EEG analysis: ERPs based on natural sound onsets. Frontiers in Neuroergonomics. 3, 793061 (2022).
- Cohen, M. X. A tutorial on generalized eigendecomposition for denoising, contrast enhancement, and dimension reduction in multichannel electrophysiology. NeuroImage. 247, 118809 (2022).
- Meiser, A., Bleichner, M. G. Ear-EEG compares well to cap-EEG in recording auditory ERPs: A quantification of signal loss. Journal of Neural Engineering. 19 (2), (2022).
- Polich, J. Updating P300: An integrative theory of P3a and P3b. Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2128-2148 (2007).
- Kidmose, P., Looney, D., Mandic, D. P. Auditory evoked responses from ear-EEG recordings. Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS. , 586-589 (2012).
- Looney, D., Goverdovsky, V., Rosenzweig, I., Morrell, M. J., Mandic, D. P. Wearable in-ear encephalography sensor for monitoring sleep preliminary observations from nap studies. Annals of the American Thoracic Society. 13 (12), 2229-2233 (2016).
- Kappel, S. L., Makeig, S., Kidmose, P. Ear-EEG forward models: Improved head-models for ear-EEG. Frontiers in Neuroscience. 13, 943 (2019).
- Meiser, A., Tadel, F., Debener, S., Bleichner, M. G. The sensitivity of ear-EEG: Evaluating the source-sensor relationship using forward modeling. Brain Topography. 33 (6), 665-676 (2020).
- Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. Open-source concealed EEG data collection for brain-computer-interfaces. arXiv. , (2021).
- Aseem, A., Hussain, M. E. Circadian variation in cognition: a comparative study between sleep-disturbed and healthy participants. Biological Rhythm Research. 52 (4), 636-644 (2019).
- Basinou, V., Park, J. -S., Cederroth, C. R., Canlon, B.
