Undersöka egenskaperna hos episodiskt minne med hjälp av Event-related potentials hos patienter med Alzheimers sjukdom

Summary

Den metod för insamling av hög densitet event-relaterade potentiella uppgifter medan patienter med Alzheimers sjukdom utföra en uppgift erkännande minne är över. Detta protokoll kommer att innehålla ämnet beredning, kvalitetssäkring, datainsamling och dataanalys.

Abstract

Vårt laboratorium använder event-relaterade EEG potentials (ERP) för att förstå och stödja beteendemässiga undersökningar av episodiskt minne hos patienter med amnestic mild kognitiv svikt (aMCI) och Alzheimers sjukdom (AD). De beteendemässiga data som informerar oss om patientens prestanda, ERP-system ger oss möjlighet att spela in diskreta förändringar i hjärnans aktivitet. Dessutom kan ERP-system ger oss inblick i början, varaktighet och interaktion oberoende kognitiva processer i samband med minnet hämtning. I patientgrupper, är dessa typer av studier som används för att undersöka vilka delar av minnet är nedsatt och som fortfarande är relativt intakt jämfört med en kontrollgrupp befolkning. Den metod för insamling av ERP-data från en utsatt patientgrupp, medan dessa deltagare utföra en uppgift erkännande minne är över. Detta protokoll omfattar deltagare förberedelser, kvalitetssäkring, datainsamling och dataanalys. Utöver grundläggande inställning och förvärv, kommer vi också visa lokalisering tekniker för att få större rumslig upplösning och källa lokalisering med hög densitet (128 kanaler) elektrod matriser.

Protocol

1. Ställ in EEG-utrustning

1. Vårt laboratorium använder 128-kanalen BioSemi ActiveTwo EEG förvärv system med "aktiv" elektroder (Amsterdam, Nederländerna, http://www.biosemi.com ) och ActiveTwo elektroden locket (Behavioral Brain Sciences Center, Birmingham, Storbritannien) för att erhålla ERP-data.
2. Se till att batteriet är fulladdat och bifogas till förstärkaren.
3. Samla allt material som behövs för att slutföra deltagare set-up, inklusive: spruta, gel, måttband, olika storlekar EEG mössor, spritkompresser, ansikts klistermärken elektroden och kardborrband för att fästa elektroden kablar.
4. Sätt klistermärken på fem ansikts-elektroder.

2. Ställ in Stimuli Presentation och Data Datorer Acquisition

1. Slå på både stimuli presentationen datorn och datainsamling dator.
2. Vårt laboratorium använder E-Prime programvara (Pittsburgh, PA) för att presentera stimuli och skaffa beteendemässiga data.
3. Kontrollera att se till att experimentet sänder rätt utlösa koder till datainsamling dator.
4. För att göra detta:
   • Slå på förstärkaren i deltagarens kammaren (Obs: ingen elektroder eller kablar behöver kopplas in för att göra detta), öppen datainsamling programvara på datainsamling datorn, tryck start (inte spara).
   • Gå till stimuli presentationen datorn öppnar experimentet filen och slå köra.
   • Du bör nu se en lämplig utlösa koder som du programmerat in ditt experiment fil visas upp på datainsamling programvara.

3. Deltagare Förberedelser

1. Detalj alla studie förfaranden med deltagaren och åtgärda eventuella säkerhetsproblem. Vidare försäkrar att patienterna helt förstår protokollet genom att låta dem rapportera protokollet tillbaka till forskare i sina egna ord.
2. Har deltagaren sitter bekvämt i medellängd hårda stol.
3. När deltagaren sitter, se till att hans / hennes synfält från displayen är standard för experimentet (här använder vi 48 inches).
4. Mät omkretsen på deltagarens huvud för att avgöra vilken EEG-cap bör användas.
5. Be deltagaren att ta bort alla smycken eller tillbehör hår för att säkerställa korrekt passform EEG mössa och noggrann inspelning. Dessutom, om deltagaren har glasögon, är det bäst att ha honom / henne ta av dem vid denna punkt tills alla ansikts elektroderna har tillämpats.
6. Det är också viktigt att se över följande med varje ämne:
   • Ta bort alla tuggummi eller godis / myntverk att minska motoriska rörelser
   • Be deltagarna att använda dessa anordningar innan för att inte störa EEG-inspelning
   • Be deltagaren att försöka hålla rörelser och blinkar öga till ett minimum, men inte vara alltför bekymrade över detta
7. Med hjälp av tuss, rena deltagarens huden av olja och / eller smink, där ansiktet elektroderna ska placeras: en på varje mastoideus, en på varje tempel, och en direkt under vänster öga.
8. Placera en liten mängd ledande gel på varje ansikts elektroden, ta bort skyddspapperet från klistermärke och plats på deltagaren, med en litet tryck för att säkerställa att elektroden kommer att stanna på plats.
9. Placera nu EEG locket på deltagarens huvudet och fäst remmen under hans / hennes haka. Om deltagaren bär glasögon, har han / hon sätter dessa på innan du sätter på locket.
10. Nästa åtgärd (i centimeter) från nasion (näsryggen) till Inion (utstick på nedre baksidan av huvudet). Multiplicera denna mätning med 0,5 (att hitta mittpunkten) och det är där elektrod A1 bör placeras från framsidan till baksidan. Därefter mäter från pre-öron på ena örat till det andra (strecksatserna ovan brosket på örat). Mittpunkten av denna mätning är där elektrod A1 bör placeras från sida till sida.

4. Digitalisering för Källa Lokalisering och elektrodplacering

1. Vårt laboratorium använder Polhemus Patriot Digitizer / Locator (Colchester, VT) för att erhålla tredimensionella representationer (eller huvud modeller) av elektrod positioner på varje deltagares huvud. Detta reglage för variabilitet i skallen form för varje deltagare och ger mer exakt källa lokalisering. Vidare kan dessa huvudet modeller samtidigt registreras med strukturell magnetisk resonans bilder att knyta ihop den överlägsna rumsliga upplösningen i MRI och den överlägsna temporala upplösningen i ERP.
2. Först, placera lokalisering sändaren under locket bakom vänster öra, med ett överskott sladden instoppad under hakbandet att hålla på plats.
3. Anslut mottagaren till en trästol i en position under deltagarens huvud, ca 6 inches från sändaren.
4. Öppna digitalisering programvara och göra mätningar av elektriskode platser med pekpennan uppmanas genom programvaran.
5. Skapa 3D-chef modell av elektrod position med hjälp av MR Locator mjukvara och acceptera för lokalisering av rå EEG-data.
6. När 3D-huvudet-modellen för deltagaren har verifierats på datorns skärm, är vi redo att placera elektroden vid varje fördefinierad plats på ActiveTwo locket.
7. Fyll elektroden brunnar på locket med ledande gel och koppla in alla elektroder. Samla ihop alla kablar och ansikts elektroder bakom deltagaren och anslut dem till förstärkaren.
8. Erbjud äldre deltagarna en paus, särskilt hos patienter med Alzheimers sjukdom, som kan kräva täta pauser för att bibehålla fokus och ihållande uppmärksamhet på den experimentella uppgiften.
9. ActiView programvara används för att säkerställa att alla elektroder är fria från artefakter och motstånd nivåerna är acceptabla. Efter att alla elektroder placeras, och deltagaren är redo att påbörja experimentet bör motstånd av elektroderna kontrolleras på datainsamling datorn med ActiView programvara. Offset nivåer bör vara inom + /-25μV.
10. När alla motståndsnivåer är acceptabla, är försöket redo att köra.

5. Datainsamling för både EEG-data och experiment

1. Vårt laboratorium använder BioSemi är ActiView mjukvara för att visa och få rå EEG-data.
2. Ladda beteendemässiga presentation av data fil. Skriv in deltagare nummer. De experimentella mjukvara sparar deltagarens svar och automatiskt genererar en datafil när experimentet slutar köra med denna deltagare nummer.
3. Gör en kontroll för att säkerställa att deltagaren sitter 48 inches från mitten av bildskärm.
4. När experimentet har laddats bör beteendemässiga instruktioner läsas och verifieras med deltagare.
5. I vår nuvarande erkännande minne design, börjar experimentera med studien fas, där deltagaren kommer att presenteras med antingen en serie bilder eller ord.
6. Börja spara råa EEG-datafil på datainsamling dator.
7. Start stimulans leverans på den stimulans presentationen dator.
8. Ha en forskare arbeta med äldre vuxna till ingång svar på knappen rutan. Detta är särskilt viktigt för patienter med kognitiv svikt.
9. Övervaka deltagare under beteendemässiga uppgiften, inklusive behovet av pauser.
10. När alla beteende stimuli har presenterats, skall obehandlad EEG-data sparas. Återigen är beteendemässiga data som sparas via E-Prime programvara.
11. Efter att ha räddat studier eller koda data, kommer den tidigare 9 steg upprepas för testfasen, där deltagaren kommer återigen att presenteras med antingen en serie bilder eller ord. Under testfasen, kommer hälften av posterna från studien fas och hälften av produkterna kommer att romanen. Deltagarna kommer att identifiera den gamla / nya status för objektet genom att rapportera sitt svar högt för forskaren. Forskaren kommer då in deltagarens svar på knappen rutan.

6. Data efterbearbetning Pipeline

1. Vårt laboratorium använder EMSE Suite 5,3
2. Rådata måste först beredas och digitalt filtreras för att ta bort brus och artefakter från signalen innan någon typ av analys kan slutföras.
3. Först temporala filter, såsom oändligt impulssvar och filter bandpass måste tillämpas.
4. Därefter måste uppgifterna referera till någon gång på huvudet. Välj referens. I det nuvarande protokollet, använder vi den gemensamma genomsnittet referens.
5. Därefter måste uppgifterna filtreras rumsligt och dåliga kanaler interpoleras. Visuell kontroll av uppgifterna utförs och lämpliga filter sätts på plats.
6. Slutligen måste okulär artefakt korrigering metoder användas för att korrigera signalen för eyeblink och ögonrörelser artefakt.

7. Representativa resultat

Vårt arbete har visat att den tidiga främre gamla / nya effekt (träffar> rätt avslag), vanligtvis förknippas med konceptuell bearbetning eller minnesmärke förtrogenhet, förbli intakt för bilder hos patienter med mild Alzheimers sjukdom jämfört med friska äldre vuxna, men inte för ord (Ally , McKeever, Waring, & Budson, 2009). Ally et al. (2009) har visat att parietalceller gamla / nya effekt, vanligtvis förknippas med minnen, är nedsatt hos patienter för både bilder och ord jämfört med sina jämnåriga. Med andra ord, främre minnesmärke processer i samband med erkännandet tycks vara den samma för bilder mellan patienter med AD och friska äldre vuxna. Däremot är dessa processer försämras efter ord i patienter när vi undersöker skillnader mellan de två grupperna. Denna signifikanta skillnad mellan grupperna är uppenbart för posterior minne processer för både bilder och ord. Även om det har förekommit omfattande debatt om den kognitiva processen i samband med den tidiga främre effect, hypotes vi att patienter med mild Alzheimers sjukdom framgångsrikt kan använda konceptuella bearbetning eller minnesmärke kunskap för att öka deras diskriminering bilder jämfört med ord, och dessa processer troligen ligger bakom den kraftiga effekten bilden överlägsenhet hos patienter med Alzheimers sjukdom.

Frontal ERP-verksamhet i anknytning till framgångsrika hämtning av ord och bilder visas för patienter med mycket mild Alzheimers sjukdom och friska äldre kontroller (Figur 1). Dessa bilder togs under de 300 till 500 ms tidsintervall som vanligtvis förknippas med konceptuell bearbetning eller minnesmärke förtrogenhet. Lägg märke till liknande frontala gamla / nya effekt för bilder (röd pseudofärger) men effekten avtar efter ord mellan grupper. (Cyan pseudofärger).

Figur 1: Representativa ERP aktivitet under Retrieval uppgift i Alzheimers patienter och friska försökspersoner.

Discussion

ERP-system och beteendemässiga data som kan förse oss med olika och kompletterande information. De beteendemässiga data som informerar oss om patientens prestanda, ERP-system ger oss möjlighet att spela in diskreta förändringar i hjärnans aktivitet. På grund av deras utmärkta tidsupplösning, har ERP-system visat sig vara mycket användbart i isär och förstå betydelsen av minnesmärket processer (t.ex. konceptuell bearbetning och förtrogenhet, minne, efter hämtning processer övervakning) som tidigare har samband med särskilda gamla / nya komponenter i ERP-vågen (tidigt frontal, parietal, sen frontal, respektive) (se Ally & Budson, 2007). När man studerar patienter med kognitiv nedsättning, event-related potentials (ERP) är mycket användbara för att förstå hjärnans fysiologi, särskilt när få meningsfulla beteendemässiga data är svårt (Ally, 2011). Men det finns många fallgropar möter vid tolkning ERP-data i dessa populationer. Till exempel, på grund av den heterogenitet Alzheimer patologi, ERP data från patienter har ofta betydande skillnader mellan ämnen. Den nuvarande protokollet visar hur variansen kan minimeras. Resultaten från detta protokoll hjälp att förstå de kognitiva och neurala grunderna för minnesförlust i samband med mild Alzheimers sjukdom, och för att belysa vilka minnesmärke processer är nedsatt och som är relativt intakt i mild Alzheimers sjukdom. Vårt arbete visar att en del frontalt-medierad minne processer, kanske konceptuell bearbetning eller minnesmärke förtrogenhet, förblir intakta efter bilder på patienter (Ally et al., 2009). Denna förståelse kan i sin tur möjliggör nya läkemedelsbehandlingar och tidiga interventioner på beteendet att utvecklas och hålla patienter engagerade och som bor i samhället under längre perioder.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
BioSemi Active Two EEG Acquisition System*	Cortech Solutions, Inc.
Polhemus Patriot Digitizer	Cortech Solutions, Inc.
E-Prime 2.0 Professional Software	Psychology Software Tools, Inc.
* This system includes the amplifier, Active Two EEG caps, syringes, SignaGel (conductive gel), and facial electrode stickers.