Utilizando mediciones Electroencefalografía para la comparación de eficiencia en las tareas específicas de los nervios: Tareas de Inteligencia Espacial

Resumen

Este manuscrito describe un método para medir la actividad neuronal de los seres humanos, mientras que la solución de problemas de ingeniería espacialmente focalizadas. La metodología electroencefalograma ayuda a interpretar las mediciones de ondas cerebrales beta en términos de eficiencia neural, con el objetivo de hacer que finalmente permite comparaciones de rendimiento de las tareas entre ambos tipos de problemas y entre los participantes.

Resumen

La inteligencia espacial suele estar relacionada con el éxito en la enseñanza de la ingeniería y de ingeniería profesiones. El uso de electroencefalografía permite el cálculo comparativo de la eficiencia de los nervios de los individuos a medida que realizan tareas sucesivas que requieren habilidad espacial para derivar soluciones. eficiencia neural aquí se define como tener una menor activación beta, y por lo tanto gastar menos recursos neuronales, para realizar una tarea en comparación con otros grupos u otras tareas. Para las comparaciones entre las tareas de tareas con duraciones similares, estas medidas pueden permitir una comparación del tipo de tarea dificultad. Para las comparaciones intra-participantes y entre los participantes, estas mediciones proporcionan una visión potencial en el nivel de la capacidad espacial y diferentes tareas de resolución de problemas de ingeniería del participante. El rendimiento en las tareas seleccionadas puede ser analizada y correlacionada con la actividad beta. Este trabajo presenta un protocolo de investigación detallado estudio de la eficiencia neural de estudiantes engenvejecido en la resolución de la capacidad espacial típica y los problemas de Estática. Los estudiantes completaron los problemas específicos de la prueba de corte Mental (MCT), Purdue espacial prueba de visualización de rotaciones (taquicardia supraventricular paroxística: R), y la estática. En el ejercicio de la solución de estos problemas, las ondas cerebrales de los participantes se midieron con EEG permitiendo que los datos que deben recogerse respecto alfa y beta del cerebro de onda de activación y uso. La obra se presenta para correlacionar el rendimiento funcional en las tareas espaciales puras con las tareas de ingeniería espacialmente intensivos para identificar las vías para acceder a un desempeño exitoso en la ingeniería y las mejoras resultantes en la enseñanza de la ingeniería que pueden seguir.

Introducción

La capacidad espacial es vital para la Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas (STEM) y los campos de educación y se correlaciona con éxito en estas áreas ^1,2,3. Por lo tanto, es importante entender el desarrollo de la forma espacial afecta la capacidad de resolución de problemas ^4. La capacidad espacial se ha relacionado con ^un interés del ^{5, 6} rendimiento, el éxito en el mundo académico de ingeniería ⁷ y el éxito en profesionales de la ingeniería ^8. Sin embargo, no hay una gran cantidad de trabajo que indica los procesos neuronales específicos en la solución de los problemas típicos de muchos instrumentos de la capacidad espacial, ni el contenido de ingeniería específica que es altamente espacial.

Este documento proporciona una introducción a los métodos utilizados para la recogida y el análisis de las puntuaciones del instrumento capacidad espaciales combinadas con mediciones neuronales datos. La intención de la publicación con JoVe es hacer que estos métodos sean más accesibles a un público más amplio. público en general de hardware y software de were utilizado en este estudio. Como métodos de papel, no se reportan resultados completos / conjuntos de datos, ni son múltiples muestras proporcionadas. Todas las imágenes fueron capturadas específicamente para esta publicación. Los métodos que se detallan a continuación se utilizaron en la preparación de un informe de la conferencia preliminar ⁹ sobre ^la base de datos de los participantes, de segundo año de edad de ocho universitarios, tres de los cuales eran mujeres.

Muchos instrumentos existentes se utilizan para indicar los niveles de habilidad espacial inherente a la o aprendida por los individuos. Dos válidos y fiables ^10,11 instrumentos que se utilizan comúnmente son los Mental Test de corte (MCT) ¹² y la prueba de Purdue Visualización Espacial de rotaciones (taquicardia supraventricular paroxística: I) ^13. Aunque originalmente diseñado ocupacionalmente ¹⁴ estos instrumentos de prueba diferentes etapas del desarrollo de la visualización espacial descrito por la teoría de Piaget ^10,15. El uso de estos instrumentos crea una necesidad de comprender los fenómenos cognitivos fisiológicos subyacentes existing cuando las personas trabajan a través de estos problemas. Por esta razón, este estudio tiene como objetivo mostrar los procedimientos que utilizan datos fisiológicos empírica de que en última instancia puede mejorar el análisis y la comprensión del pensamiento espacial, verificar las capacidades de pruebas de métricas existentes, y aumentar la aplicabilidad de las evaluaciones espaciales problemas más complejos típicos de la formación en ingeniería. Muchos de estos problemas se pueden encontrar en la ingeniería de la Estática.

La estática es una mecánica fundamentales supuesto entregados a la mayoría de los estudiantes de ingeniería (por ejemplo., Biológicos, mecánicos, Civil, Ambiental, Ingeniería Aeroespacial) ^16,17. Es una de las primeras experiencias de resolución de problemas extensos que los estudiantes se dan en el contenido de ingeniería núcleo ^18. Estática implica el estudio de la interacción de las fuerzas sobre un cuerpo rígido que está en reposo o se mueve a una velocidad constante. Desafortunadamente Estática tiene una alta deserción, la retirada, y las tasas de fracaso (14% como se ve en las InvesUniversidad tigated) y esto puede estar relacionado con los modelos de prestación de conferencia y del plan de estudios tradicionales que omiten las avenidas principales de apoyo, como los enfoques mejorados espacialmente a la educación. Por ejemplo, los enfoques mejorados espacialmente en la Estática pueden dirigirse a la visualización de cómo interactúan las fuerzas fuera del análisis analítico típico y reforzar el conocimiento procedimental de los estudiantes con la conceptualización a tierra. La eficacia de estas intervenciones que hay que investigar desde una perspectiva neurocientífica cognitiva.

Electroencefalografía (EEG) presenta un método único y móvil de medir la actividad de las ondas cerebrales de los estudiantes. Las personas que realizan tareas que provocan la activación beta son generalmente muy ocupados con los detalles de la tarea y están atentos a lo que están haciendo ^19,20. Como tarea exige aumento, la amplitud de los aumentos de onda beta, al igual que el tamaño de la zona cortical las frecuencias de ancho de banda ocupan. Los más neuronas que se activan dentro dela gama de frecuencias beta (alfa: 8 - 12 Hz, beta: 12 - 24 Hz) se puede definir como un mayor poder beta. En relación con esto, como uno se vuelve más experiencia en una tarea, la amplitud de las ondas beta disminuye, la generación de energía menos beta. Esto es parte de la hipótesis de la eficiencia neural ^21-28, en el que una mayor experiencia tarea cuando se realiza una tarea está relacionada con una disminución en la potencia de la frecuencia. Aunque EEG se ha utilizado anteriormente en el estudio de las habilidades espaciales (a menudo para la rotación mental y tareas de navegación espacial) - y de datos aplicables se han identificado en el alfa, beta, theta y bandas ^27-33 - se observaron bandas alfa y beta para este estudio, y beta se seleccionaron para su posterior análisis representativo en este documento y en el informe de la conferencia preliminar ^9. Los procedimientos definidos a continuación por lo tanto se centran en el análisis de la banda beta, pero una investigación sobre las tres bandas, en función de los datos registrados, se recomienda en el futuro.

loshipótesis de la eficiencia neuronal ha sido probado en varias tareas, incluyendo el ajedrez, memoria visuoespacial, el equilibrio, y el descanso. Todos han indicado experiencia tarea como un factor en la disminución del poder de frecuencia cuando se realizan tareas familiares. Un estudio en particular ²⁵ ha presentado pruebas de que, aunque la inteligencia de una persona (tal como se mide por IQ) puede ayudar al individuo a adquirir los conocimientos necesarios para realizar una tarea, la experiencia con la tarea mayor que la inteligencia en su contribución a la eficiencia neural. En otras palabras, cuanta más experiencia que un individuo es, más eficiente neural que él o ella se vuelve.

Existentes estudios de eficiencia neural que afecta la habilidad espacial se han centrado principalmente en la rotación espacial, y diferentes conjuntos de problemas se han utilizado para comparar las diferentes poblaciones (por ejemplo., Hombres / mujeres) ^27-28. Estudios de EEG de las tareas de la capacidad espacial también han proporcionado información comparando el rendimiento de otros tipos de tareas (por ejemplo., Tareas verbales)^27,29,30. Los métodos descritos en este documento se centran en y comparar problemas de la MCT, la taquicardia supraventricular paroxística: R, así como las tareas de equilibrio estático, que están relacionados con la capacidad espacial, pero no se limitan a la rotación espacial y la navegación. Otras tareas espaciales pueden ser utilizados en lugar de los dados como ejemplos en este manuscrito. De esta manera, una visión adicional se puede obtener en el futuro en relación con las diferentes poblaciones (por ejemplo., Macho / hembra o experto / novato) que en última instancia, ayudar a mejorar las prácticas educativas de ingeniería.

En un esfuerzo por investigar la capacidad espacial y la aptitud de ingeniería, hemos desarrollado un protocolo que utiliza mediciones de EEG para identificar las activaciones beta de la onda de bajo rendimiento a los participantes de alto rendimiento durante una batería limitada de tareas espaciales y de ingeniería específicos. En este caso, el alto desempeño término está relacionado con el rendimiento del participante, y no es un reflejo de la cantidad de tiempo invertido en el campo por elalumno, ya que todos los participantes eran aproximadamente en el mismo momento de su educación. Además, el conjunto problema en cuestión es bastante específica y básica; por tanto, los términos "expertos" o "alto rendimiento" en este documento no deben ser vistos en el sentido de un experto, ingeniero empleado profesionalmente, pero que representa sólo el alto rendimiento en este estrecho trozo de ingeniería mecánica de plan de estudios y los instrumentos de la capacidad espacial. Las mediciones neuronales también se pueden utilizar para identificar cualquier tendencia brutos para los que los tipos de tareas pueden reclutar más recursos cognitivos que otros, con interpretación posible respecto a los niveles de dificultad. Esta información puede potencialmente dar una idea de la evaluación e intervención futuro con respecto a la capacidad espacial. Otros visión futuro puede derivarse considerando regiones más específicas del cerebro, que no era posible en este estudio debido al número limitado de canales disponibles en el hardware utilizado EEG.

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Protocolo

Declaración de ética relacionada con el uso de las personas participantes

Procedimientos involucrados en este trabajo han sido aprobados por la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la Universidad del Estado de Utah para el estudio de los sujetos humanos. Se recomienda que cualquier trabajo similar también debe ser aprobado por el IRB relevante. Los participantes se les permite detener o retirarse del estudio en cualquier momento durante el experimento.

1. Selección de los participantes

1. Seleccionar a los participantes sobre una base voluntaria de los estudiantes matriculados en un curso de Estática. Asegúrese de que los participantes han sido previamente expuestos al contenido Estática verán mientras que en el estudio.
   Nota: Lo ideal sería que los participantes deben tener la exposición al material a través de conferencia al menos cuatro semanas antes de su participación en el estudio por lo que hay tiempo para la consolidación de conceptos y el desarrollo de los niveles de rendimiento diferenciales.
2. Llevar a cabo el reclutamiento siguiendo todos los protocolos del IRB. Expliquetodos los procedimientos y restricciones a los posibles participantes en detalle. Describir el alcance del contacto en el futuro y cómo los resultados del estudio pueden ser publicados y / o puestos a disposición de los participantes. Definir ninguna compensación por la participación en el estudio. Si un voluntario opta por inscribirse en el estudio, él o ella con un código de identificación de doble codificado sólo conocido y controlado por el investigador principal.
   Nota: el reclutamiento específico población requerirá un análisis estadístico para verificar el poder estadístico de la muestra y el número de participantes necesarios para analizar las diferencias individuales en los datos de ondas cerebrales. Si el investigador quiera llevar a cabo un estudio comparativo entre las poblaciones, a continuación, un análisis de potencia debe llevarse a cabo para desarrollar los tamaños de grupo participante apropiado para ambas poblaciones.
3. Seleccione actividades o problemas que son representativos de las experiencias deseadas para los participantes.
   Nota: En este protocolo, estudiante de segundo nivel de ingenieríaSe seleccionaron los estudiantes matriculados en un curso de Estática. Las actividades que se consideran relevantes fueron los problemas de contenido Estática introductoria, así como dos instrumentos de la capacidad espacial de uso común: el Mental Test de corte plano (MCT) y la visualización espacial de prueba de Purdue (taquicardia supraventricular paroxística-R). Cada instrumento evalúa diferentes construcciones de la capacidad espacial y el nivel de desarrollo espacial en esta población estudiante seleccionado.
4. Establecer un calendario para organizar las sesiones de laboratorio para los participantes.

2. Preparación de Instrumentos

1. Configurar los auriculares EEG (también conocido como tapas) según las instrucciones del fabricante. Complete esta preparación antes de que el participante llega para el estudio. Para reiterar, este procedimiento es específico para auriculares para móvil generales como Emotiv, a diferencia de las configuraciones EEG de grado médico.
   1. Cargar los auriculares EEG - idealmente al menos una carga de 1 hora por sesión. Para un laboratorio que se utiliza con regularidad, tener por lo menos dos auriculares de carga de unat todo momento.
   2. Coloque todos los líquidos necesarios en una zona accesible, incluyendo el líquido para amortiguar los electrodos EEG (por ejemplo., Agua) y un limpiador abrasivo para asegurar un buen contacto de los nodos de referencia en el EEG.
   3. Inserte los fieltros en cada caja (asegurando el contacto de oro se asienta firmemente en cada carcasa). Saturar los fieltros con el líquido de amortiguación utilizando una jeringa. Permitir a los electrodos humedecidas para descansar.
2. Configurar cualquier cámara de video necesaria para medir el comportamiento de los participantes. Para el protocolo actual, utilice dos cámaras de vídeo por participante. Volver a ajustar las cámaras una vez que el participante está en su lugar. Asegúrese de que el vídeo es una marca de tiempo.
   1. Enfoca una cámara en la cara del participante si el objetivo de registrar las expresiones faciales y obtener audio de alta calidad.
   2. Enfoque la otra cámara en la zona delante del participante para capturar movimiento de la mano, incluyendo las acciones de escritura a mano (si se espera de escritura a mano, asegúrese de usar un escrito eninstrumento que es oscuro y / o suficiente para ser capturado por la cámara de espesor), y lo suficientemente del monitor de la computadora para que se conozca como tarea a la que está siendo resuelto en ese momento.
   3. A su vez en el equipo y compruebe que el software está en para registrar los datos de ondas cerebrales. Verificar que todos los dispositivos de software y de recopilación de datos están interconectando suficiente para la recolección de datos.

3. Preparación de las participantes del estudio y Sesión de Inicio

1. Verificar la recepción de consentimiento documentado de los participantes por el acuerdo IRB se discutió anteriormente. Responder a cualquier pregunta que los participantes tienen antes de comenzar el estudio. Recuerde a los participantes que los datos recogidos serán referenciados por código de identificación y no habrá ninguna información de identificación que vincula los datos a la participante, y que pueden retirarse en cualquier momento.
2. Pida a cada participante que complete una encuesta de demografía antes de la participación en el estudio. Esta encuesta puede preguntar acerca de género, unage, la experiencia previa que pueda afectar sus habilidades en el estudio (por ejemplo., cursos de ingeniería pasado o espacialmente intensivos, aficiones mejorar la capacidad espacial y preguntas relativas a los criterios de exclusión, como las lesiones cerebrales traumáticas que puedan haber sufrido, que la mano que utilizan).
   1. Excluir a los participantes del grupo de voluntarios para el análisis del EEG cuando se cumple alguna de las siguientes condiciones: (a) el participante es zurdo o ambidiestro, con el fin de controlar la lateralidad cerebral confunde; (segundo); el individuo no puede participar en las sesiones de laboratorio debido a una discapacidad física; o (c) la persona ha sufrido una lesión cerebral grave. Notificar a los participantes potenciales de estas limitaciones durante el proceso de contratación, o tan pronto como sea posible para evitar el gasto innecesario de tiempo y recursos.
3. A su llegada, asegúrese de que el participante sea cómoda y resolver cualquier pregunta o preocupación restantes.
   1. Demostrar la jeringa usada para saturar elnodo y explicar que sólo se utiliza para mantener el EEG fieltros húmedos. Si el participante tiene un miedo extremo a las agujas, considerar la aplicación de otras medidas de precaución (por ejemplo., Manteniendo la jeringa fuera de su plano focal cuando se vuelva a mojar los fieltros).
   2. Pedir al participante que se quite cualquier electrónica de su persona.
4. Coloque el auricular EEG en el participante.
   1. Compruebe los fieltros de la humedad y colocar las combinaciones de fieltro / carcasa en el auricular EEG.
   2. Limpiar los puntos de referencia (por ejemplo., Apófisis mastoides) del participante con el limpiador abrasivo. Limpie cualquier residuo.
   3. Coloque el auricular en el participante con los nodos de referencia debidamente alineados con los puntos de referencia. No doble excesivamente los brazos de los auriculares. Deja un espacio entre el nodo de referencia y la parte posterior de la oreja con el fin de no causar molestias, y alinear y el espacio el auricular adecuadamente con la cabeza del participante.

4. Ejecución del software dentro de la Sesión

1. Inicie el software de registro de EEG. Asegúrese de que existe una buena conexión entre el dispositivo de registro (por ejemplo., Un ordenador personal) y un auricular EEG mediante la comprobación de que todos los canales se visualizan en el dispositivo de registro. Compruebe que todos los canales de visualización inicialmente comportamiento similar con oscilaciones de baja amplitud. Compruebe el EEG para asegurar una buena conectividad con el participante - rehumedecimiento y el ajuste de los fieltros a fin de lograr los cuadros persistentes en el dispositivo de registro - inmediatamente anterior a los períodos de descanso y antes del inicio de cada nuevo tipo de problema.
   Nota: El EEG funciona a 128 Hz. Electrooculografía no se utiliza para registrar el movimiento del ojo, y no se utilizó de referencia oído vinculado.
2. Instruir al participante permanecer lo más quieto y silencioso como sea posible durante los ejercicios de tarea.
3. Iniciar el software de presentación de tareas.
   Nota: Durante la recolección de datos, todos los pre-comunicación visual planificada con el participante se produce a través de la pantalla del ordenador. En este caso, aparecerá una serie de problemas espaciales y de ingeniería en la pantalla del ordenador, y se pidió a los participantes para resolverlos. Las respuestas correctas no se les proporcionó a los participantes durante la recolección de datos. Las imágenes de problemas avanzado a través de la entrada del usuario, por lo que la sincronización se basan en la duración de resolución de problemas.
   1. Problemas con la visualización espacial de tipo 1 (por ejemplo, taquicardia supraventricular paroxística:. R - una prueba de opción múltiple, problemas de rotación o verdadero o falso - ver Figura 1) ^13. Nota: (. Por ejemplo, 30 segundos) La duración de estos problemas se utiliza como el intervalo de tiempo para el análisis de datos. Cinco problemas fueron incluidos en este conjunto.
   2. Problemas con la visualización espacial de tipo 2 (por ejemplo, MCT -. Una prueba de elección múltiple o de corte mentales verdadero o falso problemas - ver figura 2) ^12. Nota: La duración de estos problemas se (por ejemplo, 30 seg.)ser utilizado como el intervalo de tiempo para el análisis de datos. Cinco problemas fueron incluidos en este conjunto.
   3. Ingeniería de visualización del tipo de problema ¹⁷ (. Por ejemplo, problemas de Estática - desglosadas para centrarse en los principios específicos de la ingeniería estática, o cualquier otro tipo de problema aplicada la hipótesis de tener componentes espaciales - ver Figura 3). Nota: Estos problemas tienen significativamente más tiempo para resolver que los problemas espaciales. El número de problemas que se muestran a los participantes varió de cuatro a diez.
   4. Asignar tiempos de descanso al principio y al final de la recolección de datos - se utiliza para la obtención de datos de referencia. Asegúrese de que cada uno de estos tienen la misma duración (por ejemplo., 120 s).
4. Si se desea, llevar a cabo una entrevista de salida con el participante. Esto puede incluir sus pensamientos en la presentación experimental, el uso de los auriculares EEG, el proceso de comunicación utilizado durante la preparación y el reclutamiento de los participantes, y / or cualquier protocolo que requiere respuestas verbales mencionados anteriormente. Un cuestionario validado el usuario puede proporcionar a los participantes en lugar de llevar a cabo una entrevista.
5. Desactivar el software de tareas de presentación, el software de registro de EEG, retire el auricular del EEG, y apague el equipo de grabación de vídeo.

5. Conclusión de la Sesión

1. Descartar el participante en el estudio. Gracias al participante y les proporcionará una visión general de cualquier contacto futuro (por ejemplo., Para las entrevistas de seguimiento o posteriores sesiones de estudio), explican cómo los resultados del estudio pueden ser publicados y / o puestos a disposición de los participantes, y proporcionar los refrescos o el pago (o una explicación de cómo se proporcionará el pago) acordadas como parte de la compensación por la participación en el estudio.
2. Los registros de datos de transferencia a cualquier dispositivo de almacenamiento requerida a largo plazo o transferencia. Almacenar el formulario de consentimiento firmado de manera adecuada y según lo señalado por el protocolo IRB.
3. A Limpiar el espacio y los instrumentos de laboratorio.
   1. Retire los fieltros de los auriculares y desinfectar o disponer de ellos.
   2. Devolver las cajas de electrodos EEG y los auriculares a la ubicación de almacenamiento adecuada.
   3. Desechar las jeringas usadas y basura adecuadamente.
   4. Volver a los lugares de almacenamiento de líquidos adecuados.
   5. Asegure el laboratorio si no se utiliza por otros investigadores.

Análisis 6. Datos

1. Identificar y extraer los datos en bruto para cada marcador de datos de los registros de datos de EEG canal y. Use marcadores bits ASCII para identificar el comienzo y el final de la recogida de datos, así como las transiciones entre diferentes fases de recogida de datos (por ejemplo., Los tipos de problemas) y problemas individuales. Asegúrese de que cada tipo de fase tiene un valor de marcador diferente a fin de permitir la diferenciación durante el análisis. Nombre de los datos de una manera que hace referencia al código de ID participante como la fuente.
   Nota: Los comandos son d EEGLABefined en este documento, pero EEGLAB requiere MATLAB para esta ejecución.
   1. Haga clic en Archivo> Importar datos> Uso de las funciones EEGLAB y plugins> Desde archivos EDF / EDF GDF + (BioSig caja de herramientas)
   2. Seleccione el archivo de datos adecuado. Haga clic en Abrir para cargar los datos.
   3. Seleccione la lista de canales. Haga clic en OK para aceptar.
   4. Proporcionar un nombre de conjunto de datos. Especificar un nombre descriptivo para los datos que reflejan la fuente y la fecha de recogida. En este caso, PSF1448 indica los datos de identificación del participante 48 en el otoño de 2014.
2. En el mapa los datos extraídos al montaje (es decir, el diseño de los nodos de EEG.) Seleccionando el montaje proporcionado por el auricular proveedor EEG (por ejemplo, un 10 -. Sistema 20). Asegúrese de que el montaje se utiliza para el análisis coincide con el diseño de los auriculares EEG utilizado durante la sesión. Esto es específico del fabricante.
   1. Editar ubicaciones canal haciendo clic en Editar> Channel ubicaciones.
   2. Seleccionar Montage. En este caso el default montaje es apropiado, por lo que basta con hacer clic en OK para aceptar.
   3. Seleccione: Detalles técnicos del canal. En este caso, el valor predeterminado es el caso, por lo que basta con hacer clic en OK para aceptar.
3. Reducir los datos del canal de EEG a lo que es más representativo de la actividad cerebral, como se define a continuación.
   1. Aplicar un filtro inicial a los datos. Típicamente, aplicar un paso alto, el filtro de paso bajo (con 0,1 Hz como el límite inferior del filtro de paso alto y 59 Hz como el límite superior del filtro de paso bajo). La aplicación de un filtro de paso bajo de menos de 60 Hz elimina el ruido de la red eléctrica de Estados Unidos. Guarde el conjunto de datos con un nuevo nombre como un punto de restauración.
      1. Haga clic en Herramientas> Filtro FIR básico (nuevo, por defecto).
      2. Establecer parámetros de los filtros básicos. Establecer Borde inferior a 0,1 Hz, con el borde superior a 59 Hz, no trazar la respuesta de frecuencia, y haga clic en OK para aceptar.
      3. Especificar un nuevo nombre para los datos filtrados (añadiendo "_filtered" al nombre del conjunto de datos existente). Compruebe la bbuey para guardar los datos como un archivo, y use el mismo nombre para la cabecera. Haga clic en OK para aceptar.
   2. Retire todos los datos que se encuentran antes de que el primer marcador de EEG o después del último marcador de EEG - teniendo en cuenta la latencia en la grabación de los marcadores EEG. Registrar la latencia (tiempo) de la marca que indica el inicio de la grabación de datos y la latencia del marcador que indica el final de los datos. Guarde el conjunto de datos con un nuevo nombre como un punto de restauración.
      1. Los valores de latencia se pueden encontrar en los "valores de eventos Editar - pop_editeventvals) (" pantalla; presione el botón ">>" para ir al marcador definitivo que significa el final de los datos de EEG. No se necesita un cambio aceptado, así que haga clic en Cancelar una vez que los valores han sido registrados.
      2. Haga clic en Editar> Seleccionar datos.
      3. Introduzca el comienzo y el final de latencia valores (tiempo), separadas por un espacio, en el "Intervalo de tiempo [min max] (s)" campo y haga clic en OK para aceptar.
      4. Especificar un nuevo nombre para elrecortada de datos (añadiendo "_cropped" al nombre del conjunto de datos existente). Marque la casilla para guardar los datos como un archivo, y utilizar el mismo nombre para la cabecera. Haga clic en OK para aceptar.
   3. Rechazar secciones de datos con los artefactos de gran tamaño. Los pasos incluyen a continuación describen cómo hacer esto manualmente, mientras que la inspección visual de los datos. Nota: la eliminación de los datos también causará artefactos ^34,35.
      1. Normalizar los datos en cada canal (quitar la media y poner cada canal en la misma escala). También eliminar el offset CC (esto altera los datos, pero no la visualización).
         1. Haga clic Terreno> Datos del Canal (de desplazamiento).
         2. Haga clic en Configuración> Intervalo de tiempo que se vea.
         3. Especifica el intervalo de tiempo (. Por ejemplo, 30 segundos) que se muestra en el diagrama de la "longitud nueva ventana (s):" campo. El intervalo de tiempo se basa en el tiempo entre los marcadores para los problemas dentro de una fase dada (o dentro de las dos fases de problemas espaciales). El intervalo de tiempo puede ser de based en el máximo, mínimo, o el tiempo promedio entre los marcadores.
         4. Haga clic en el botón de "norma" para normalizar los datos en la trama (esto es sólo cosmético y no altera los datos subyacentes).
         5. Haga clic en Mostrar> Eliminar desplazamiento de CC para eliminar el offset de DC en la trama (esto es sólo cosmético y no altera los datos subyacentes).
      2. Eliminar grandes artefactos que no se repiten con regularidad en el tiempo.
         1. Marcar todos los datos de artefactos aspecto anormal. Una vez que todos los datos de artefactos se han marcado, haga clic en el botón Rechazar.
            Nota: Estos pueden aparecer picos como anormalmente altos o anchos en los datos - en canales individuales o múltiples - o tendencias, siempre que aparecen en un pequeño número de canales. Los datos son sospechosos si los datos de canales separados parecen cruzar entre sí en la trama. Estos representan los artefactos que no son parte del espectro de las ondas cerebrales y, probablemente, representan el movimiento muscular por el participante o un nodo (s) wla mala conectividad i. Algo parecido a una onda cuadrada no es representativo de la actividad del cerebro humano.
      3. Guarde el conjunto de datos con un nuevo nombre como un punto de restauración.
         1. Haga clic en Archivo> Guardar como conjunto de datos actual.
         2. Especificar un nuevo nombre para los datos modificados (añadiendo "_manRej" al nombre del conjunto de datos existente). Haga clic en Guardar para aceptar.
      4. Si un canal en particular parece ser defectuosa, eliminar los datos de la misma forma individual. Esto representa una gran pérdida de datos, por lo que lo hacen con gran precaución. Mira los datos de la canal durante un período de tiempo largo, ya que a menudo se instala en el tiempo y proporciona datos útiles.
   4. Ejecutar un Análisis de Componentes Independientes (ICA) y seleccionar las mejores representaciones de la actividad de las ondas cerebrales.
      Nota: Este ayuda en la eliminación de conjuntos de artefactos repetitivos en los datos. Estos conjuntos contienen artefactos que van a aparecer varias veces a intervalos más o menos regulares con un sha repetidaEducación física. Típicamente son el resultado de las funciones biológicas, tales como el parpadeo o pulso - cada uno de los cuales tendrá su propio conjunto.
      1. En el mapa los datos separados-ICA a una representación del cráneo basado en el montaje. Rechazar los resultados asociados con el parpadeo, el pulso, la tensión muscular o - que a menudo aparecen en los resultados de la ACI como áreas de énfasis sobre los ojos, cerca de las sienes, o sobre las orejas, respectivamente. Rechazar cualquier componente que muestra todo el cráneo que se dediquen, ya que no es representativo de la actividad cerebral (véase la Figura 4) ³⁵ aceptar otros resultados (ver Figuras 5 - 6)..
         1. Haga clic en Herramientas> Ejecutar ICA.
         2. Seleccione el algoritmo ICA predeterminado (rúnica). Haga clic en OK para aceptar.
         3. Haga clic en Plot> Propiedades del componente.
         4. Seleccionar los índices de componentes (los 14 canales de electrodos EEG cargados en la memoria) y las opciones espectrales. Como antes, el borde inferior es de 0,1 Hz, y el borde superior es 59Hz. Haga clic en Aceptar para aceptar las entradas.
         5. Dentro de la ventana Aceptar / Rechazar, haga clic en el botón Aceptar para cambiar el estado de Rechazar (y haga clic de nuevo para cambiarlo de nuevo a Aceptar). Haga clic en Aceptar para registrar el etiquetado Aceptar / Rechazar.
      2. Representar gráficamente los datos separados por ICA en una parcela de color 2-D. Rechazar los resultados que aparecen rayado, blanco, o salpicada de discontinuidades, a continuación, guarde el conjunto de datos con un nombre nuevo como un punto de restauración (ver Figuras 5 - 6).
         1. Dentro de la ventana Aceptar / Rechazar, haga clic en el botón Aceptar para cambiar el estado de Rechazar (y haga clic de nuevo para cambiarlo de nuevo a Aceptar). Haga clic en Aceptar para registrar el etiquetado Aceptar / Rechazar.
         2. Haga clic en Herramientas> quitar componentes - para eliminar realmente los datos marcados previamente para el rechazo.
         3. Haga clic en OK para continuar. Los índices de los componentes registrados para el rechazo se muestran en la ventana "Quitar componentes".
         4. Haga clic en Aceptar en la ventana de "Confirmación" para continuac con la poda de los datos.
         5. Especificar un nuevo nombre para los datos podadas (añadiendo "_manRejPruned" al nombre del conjunto de datos existente). Marque la casilla para guardar los datos como un archivo, y utilizar el mismo nombre para la cabecera. Haga clic en OK para aceptar.
            Nota: Rayas que duran más de 0,5 seg se considera razonable para el rechazo. Relativa "bondad" puede necesitar ser utilizado aquí, dependiendo de lo bien que otros conjuntos de datos parecen ser - es deseable mantener al menos la mitad de los componentes. Los buenos resultados son a menudo representados por gradaciones continuas sobre una parcela de color continua de datos 2-D ^34.
4. Retire los valores límites que quedan en los datos. Guarde el conjunto de datos con un nuevo nombre como un punto de restauración.
   1. Haga clic en Editar> valores de eventos.
   2. Desplazarse a través de los eventos y haga clic en el botón Eliminar evento cuando el tipo de evento es un límite. Cuando todos se han eliminado, haga clic en OK.
   3. specifel ya nuevo nombre para los datos borrados-límite (añadiendo "_deleteBoundaries" al nombre del conjunto de datos existente). Haga clic en Guardar para aceptar. Utilizar la misma selección de elementos de menú que antes de llegar a esta pantalla (consulte el paso 6.3.3.3.1).
5. Calcular las métricas y el poder absoluto para cada tipo de ejercicio. Esta es una basada en la potencia logarítmica transformar basado en la medida microvoltios y el tiempo -. Calculado para cada banda de frecuencia (Delta, Theta, Alfa, Beta y Gamma) ²²
   1. Chunk los datos en bloques, utilizando marcadores para indicar el principio y el final de cada tarea.
      1. Haga clic en Editar> Seleccionar datos usando eventos.
      2. Utilizar marcos de tiempo apropiados para cada tipo de tarea. Definir el calendario de los períodos de descanso por la duración de un período de descanso. Para los problemas espaciales (que son más o menos similares en duración), o bien utilizar la duración media de todas las tareas espaciales o la duración máxima de todas las tareas espaciales. Para el aplicado (por ejemplo., Engineering Estática) problemas, identificar la duración media de cada problema. Guarde el conjunto de datos con un nuevo nombre como un punto de restauración.
         1. Introduzca el tipo de marcador en el "Tipo (s) Evento ([] = all)" campo, (por ejemplo., Tipo de marcador 50 se utilizó para marcar los eventos de descanso). eventos de descanso tuvieron una duración de 120 segundos en este caso, por lo tanto introduzca "1 120" para la matriz de plazos. Haga clic en OK para aceptar.
         2. Especificar un nuevo nombre para los datos del evento (añadiendo "_Resto" al nombre del conjunto de datos existente en este caso). Marque la casilla para guardar los datos como un archivo, y utilizar el mismo nombre para la cabecera. Haga clic en OK para aceptar.
            Nota: Si las porciones aplicados pueden reducirse por lo que toman más o menos la misma cantidad de tiempo que las tareas espaciales, a continuación, utilizar el mismo tamaño de marco de tiempo como las tareas espaciales. Dado que el EEG es una medida sensible al tiempo, más precisos serán las épocas de tiempo son para cada condición, los menos confundido a los datos están en el final (es decir., El número de muestras recogidas para cada condila será más consistente).
6. Comparación de resultados para el análisis final.
   1. Calcular el porcentaje de cada fragmento con respecto a las mediciones de línea de base de descanso. Ver el archivo de código suplementario, y en las Tablas 1 - 8.
      1. Abra la secuencia de comandos AbsolutePower en MATLAB y haga clic en el botón Ejecutar para ejecutar la secuencia de comandos en los datos cargados en el espacio de trabajo durante el paso 6.6 (por ejemplo., Los datos de reposo).
      2. Seleccionar datos absolutepowermatrix en el área de trabajo de MATLAB para la transferencia a un programa de hoja de cálculo (por ejemplo., MS Excel).
   2. Repita los pasos 6.5 - 6.6.1.2 para cada tipo de ejercicio / marcador.
   3. Comparar los resultados con plazos similares (por ejemplo, tareas espaciales.) Entre sí para conocer a fondo la dificultad relativa.
   4. Compara los resultados entre los participantes identificar intérpretes relativas más altas en comparación con los artistas más bajos en las habilidades que se está evaluando. Nota: Las empresas de alto rendimiento pueden mostrar muy loco aumento en la activación de la beta en relación con la línea de base, mientras que las bajas artistas pueden mostrar un aumento del orden del 70% ^21-26.

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Resultados

En esta sección, los pasos anteriores se ilustran con las figuras de la muestra como se describe a continuación. resúmenes de datos completos con las pruebas estadísticas no se proporcionan, ya que el objetivo de este trabajo es centrarse en los métodos. Ejemplos de potencial taquicardia supraventricular paroxística: R, MCT, y problemas espaciales se dan en la Figura 1, Figura 2, y la Figura 3, respectivamente.

La tapa de EEG recogerá la activación del cerebro a través de l...

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Discusión

El protocolo discute la aplicación de la electroencefalografía para medir la actividad cerebral de los participantes problemas de trabajo a partir de dos instrumentos típicos de la capacidad espacial y problemas de ingeniería altamente Estática espaciales. Los métodos se detallan en esta última instancia, puede ser capaz de ayudar a entender la eficiencia neural de artistas de alto y bajo que trabajen estos problemas. Es de vital importancia para entender las diferencias en la eficiencia de los nervios de los est...

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Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Emotiv EPOC Model 1.0	Emotiv	Model: Emotiv Premium	"High resolution, multi-channel, portable EEG system."
Emotiv Control Panel (software)	Emotiv		Used for data collection.
Emotiv Testbench (software)	Emotiv		Used for data collection.
Virtual Serial Port Emulator - VSPE (software)	ETERLOGIC.COM		Used COM10 in data collection. Available as a free download, depending on the operating system.
E-Prime 2.0 (software)	Psychology Software Tools		Used for data collection (presentation of problems to participants and collection of markers for different phases).
EEGLab 13.4.4b (software)	Swartz Center for Computational Neuroscience (SCCN)		Used for data analysis. "An open source environment for electrophysiological signal processing". SCCN is a Center of the Institute for Neural Computation, the University of California San Diego.
MATLAB R2014b	The Mathworks, Inc.		Used to run EEGLab
Microsoft Excel 2013	Microsoft		Used to assemble and compare tabulated results from EEGLab & MATLAB, to create tables
Camcorder with built in Mic	Canon	CNVHFR50	Used to record sessions
Syringe Kit (5 cc syringe & 16 G blunted needles x 2)	Electro-Cap Intnl. Inc.	E7	For keeping the EEG cap's felts damp.
Nuprep EEG Skin Prep Gel	Weaver and Company	10-30	For cleaning the mastoid process.
Sanitizer	Purell	S-12808	For sanitizing hands