Enquêter cognition sociale chez les nourrissons et les adultes en utilisant électroencéphalographie réseau dense ( D EEG)

Résumé

Électroencéphalographie tableau dense est en plus utilisé pour l'étude sociale des fonctions cognitives chez les nourrissons et les adultes. Nous présentons ici une méthodologie établie qui représente une amélioration significative sur les méthodologies conventionnelles pour étudier l'EEG chez les nourrissons et les adultes.

Résumé

Électroencéphalographie réseau dense (EEG _d), qui fournit une fenêtre non-invasive pour mesurer l'activité cérébrale et une résolution temporelle inégalée par tout autre ^1,2 cérébrale actuelle technologie d'imagerie, est utilisé de plus en plus dans l'étude du fonctionnement cognitif chez les nourrissons et sociale des adultes . Alors que l'EEG est _d permettant aux chercheurs d'examiner les modèles d'activité du cerveau avec des niveaux sans précédent de la sensibilité, les systèmes classiques d'enregistrement EEG continuent de faire face certaines limites, notamment: 1) mauvaise résolution spatiale et la source de localisation ^3,4, 2) la gêne physique pour des sujets de test de supporter l'application individuelle des électrodes à la surface de nombreux du cuir chevelu, et 3) la complexité pour les chercheurs d'apprendre à utiliser plusieurs logiciels pour recueillir et traiter des données. Nous présentons ici un aperçu d'une méthodologie établie qui représente une amélioration significative sur les méthodologies conventionnelles pour étudier l'EEG chez les nourrissons et les adultes. Bien que plusieurs techniques de logiciels d'analyse peuvent être utilisées pour établir des indices indirects de la localisation de la source afin d'améliorer la résolution spatiale de l'EEG _d, le Net HydroCel capteur géodésique (HCGSN) par géodésiques électrique, Inc (EGI), un réseau dense sensorielles qui maintient des distances égales parmi les électrodes d'enregistrement adjacents sur toutes les surfaces du cuir chevelu, améliore encore la résolution spatiale ^4,5,6 par rapport à la norme des systèmes _d EEG. Le HCGSN éponge base peuvent être appliquées rapidement et sans abrasion du cuir chevelu, le rendant idéal pour une utilisation avec des adultes ^7,8, les enfants ^9,10,11 et ¹² nourrissons, à la fois dans la recherche clinique et ^{4,5,6,13,14 , 15} paramètres. Cette fonctionnalité permet des économies considérables et des économies de temps en diminuant le temps d'application moyen net par rapport aux autres systèmes _d EEG. Par ailleurs, le HCGSN comprend unifiée, les applications logicielles transparente pour toutes les phases de données, ce qui simplifie grandement la collecte, le traitement et l'analyse des données EEG _d.

Les caractéristiques HCGSN un piédestal d'électrode à profil bas, qui, lorsqu'il est rempli avec une solution électrolyte, crée un microenvironnement scellé et une interface électrode-cuir chevelu. Dans tous les systèmes _d géodésique EEG, capteurs EEG détecter des changements dans la tension provenant du cuir chevelu du participant, avec une petite quantité de bruit électrique provenant de l'environnement de la salle. Les signaux électriques de tous les capteurs du réseau de capteurs géodésiques sont reçues simultanément par l'amplificateur, où ils sont automatiquement transformés, emballés et envoyés à l'ordinateur d'acquisition de données (CED). Une fois reçu par le CAD, l'activité du cuir chevelu électrique peut être isolé du artefacts pour analyse en utilisant les outils de filtrage et de détection d'artefacts inclus dans le logiciel EGI. Typiquement, le HCGSN peut être utilisé en continu pendant que jusqu'à deux heures parce que la solution électrolyte se dessèche au fil du temps, diminuant progressivement la qualité de l'interface du cuir chevelu-électrode.

Dans le laboratoire de recherche parent-enfant à l'Université de Toronto, nous utilisons _d EEG à l'étude sociale des processus cognitifs tels que la mémoire, l'émotion, des buts, l'intentionnalité, l'anticipation, et des fonctions exécutives dans les deux adultes et les participants du nourrisson.

Protocole

1. Préparer le dispositif expérimental

1. Avant l'arrivée du participant au laboratoire, s'assurer que le système géodésique EEG (GES) et les composants de l'ordinateur contrôle d'expérience et des logiciels (Station net) fonctionnent correctement.
2. Retirez tous les éléments inutiles et potentiellement source de distraction de la salle d'expérimentation.
3. Mettre en place la salle d'expérimentation en conformité avec le paradigme expérimental particulier étant mis en œuvre. Ici, nous utilisons des paradigmes allant de l'ordinateur basé sur les tâches administré via un logiciel de présentation E-Prime au parent-enfant et les différents paradigmes d'interaction expérimentateur infantile.
4. Assurez-vous que les caméras vidéo sont facturés et d'organiser les caméras à angle idéal pour la configuration expérimentale actuelle.

2. Échange d'informations

1. À l'arrivée du participant au laboratoire, décrire le protocole de capteur géodésique Net et d'expliquer l'expérience.
2. Après s'être assuré que le participant a une bonne compréhension du protocole expérimental, assurez-vous qu'il ou elle (ou son tuteur légal) signe un formulaire de consentement avant de procéder à l'expérimentation.
3. Pour les études EEG, il est souvent utile d'obtenir de l'information sur les participants de certains qui peuvent s'attendre à avoir une influence sur l'activité électrique du cerveau enregistrées. Par exemple, des informations sur la somnolence, le dernier repas et le sommeil derniers pourraient être d'intérêt. Dans le laboratoire de Haley, ces informations sont obtenues en administrant des questionnaires standardisés. Pour aider à l'expérience procéder en temps opportun, il est conseillé d'avoir deux expérimentateurs présents: l'un pour administrer les questionnaires, et une pour effectuer les préparatifs HCGSN détaillées ci-dessous.

3. Préparation pour l'application HydroCel géodésique Sensor Net

1. Préparer la solution électrolytique HydroCel Saline d'eau distillée, le chlorure de potassium, et du shampoing pour bébé, en veillant à bien mélanger jusqu'à ce que tous le chlorure de potassium sont dissous dans la solution.
2. En utilisant un ruban à mesurer, mesurer la circonférence de la tête du participant, l'enregistrement de la mesure en centimètres.
3. Récupérer la taille appropriée HCGSN-dire, celle qui englobe toute la gamme des circonférences de la tête dans lequel circonférence de la tête du participant tombe.
4. Immerger l'extrémité du capteur de l'HCGSN dans la solution électrolytique et laisser tremper pendant 5 minutes, en étant sûr de garder l'extrémité du connecteur loin de tous les liquides. Il est conseillé d'utiliser une minuterie ou un chronomètre pour garantir une synchronisation précise.
5. Ouvrez le logiciel station net sur l'ordinateur de contrôle et de commencer une session de contrôle expérimental pour permettre des mesures de zéro et le gain à prendre avant de brancher le connecteur HCGSN et collecte des données.

4. En appliquant le Net capteur HydroCel géodésique

Afin de permettre l'analyse valable et cohérent des données recueillies EEG, la procédure de demande nette doit être hautement standardisés. Une telle normalisation est obtenue en prenant des mesures de la tête du participant (tel que décrit ci-dessus) pour assurer le positionnement précis et cohérent des électrodes d'un participant à. Si le positionnement optimal net n'est pas d'abord obtenu, enlever le filet et réappliquer.

1. En attendant que le réseau de capteurs pour terminer le trempage dans la solution électrolytique, le guide du participant dans la salle d'expérimentation et d'instruire lui-même ou à s'asseoir sur une chaise. Le président doit être sans roues pour éviter les mouvements indésirables lors de l'application réseau de capteurs. Dans le cas d'un participant du nourrisson, ont un tuteur de l'enfant assis sur la chaise avec le nourrisson en position assise sur les genoux de son, tenant l'enfant par la taille de telle sorte que toute la tête du nourrisson est accessible et l'enfant reste.
2. En utilisant un ruban à mesurer et un crayon marqueur de la Chine, de localiser et de marquer le sommet en prenant les mesures suivantes:
   1. Oreille à l'oreille sur le dessus de la tête
   2. Nasion inion sur le dessus de la tête
   Le sommet peut être identifié comme le point où ces deux mesures croix.
3. Retirez le filet du capteur du seau électrolyte et le placer sur une serviette propre et sèche. Tapoter doucement le filet de capteur avec la serviette pour enlever l'excès de solution d'électrolyte.
4. Donner l'extrémité du connecteur de l'HCGSN au participant ou à un second expérimentateur à tenir pendant l'application nette.
5. Ramassez la HCGSN, mettant les deux mains à l'intérieur du filet. Tenir le filet qui tels les pouces sont poussés fermement (mais gentiment) sur chaque côté de la centrale, la plupart des électrodes frontales et vos doigts pinkie sont poussés fermement contre la bande de liaison de la ligne la plus postérieure des électrodes. Soyez prudent de ne pas trop le net. Votre six autres doigts doivent être desserrés dans le filet pour permettre à la partie centrale de tomber mou.
6. S'accroupir ou s'agenouiller afin que vous soyez à hauteur des yeuxniveau avec le participant.
7. De retour à l'avant, tirer le réseau de capteurs sur la tête du participant. Il est souvent utile d'avoir un second expérimentateur présents lors de l'application du filet de capteur sur un participant du nourrisson, pour distraire l'enfant et de minimiser les mouvements de la tête.
8. En utilisant vos doigts, tirez doucement sur la bande du filet et l'ajuster de telle sorte que l'électrode de vertex est assis sur le point de vertex préalablement marqué au crayon marqueur de la Chine. Serrer l'oreille et mentonnières. Inspectez endroits repère anatomique et la symétrie nette pour voir si le filet est positionné correctement, et faire les ajustements nécessaires.

5. Mesure Impédances électrode

EEG est mesurée comme la différence de potentiel (tension) entre le site référencé et le site mesuré. Haute impédance à l'interface électrode-cuir chevelu provoque une chute de tension mesurée, l'atténuation de l'amplitude du signal, et une augmentation de la présence de bruit. Bien après l'acquisition de filtrage dans certaines études (par exemple, les études classiques ERP) peuvent se débarrasser de ce bruit, haute impédance compromis général de la fidélité de l'acquisition des données EEG. Il est donc important de faire assurer impédances sont tolérables dans les spécifications avant de commencer à enregistrer les données EEG.

1. Branchez l'extrémité du connecteur du HCGSN dans le câble d'interface et tournez le levier pour le verrouiller en place. Allumez l'appareil photo.
2. Dans la salle de contrôle, ouvrez une nouvelle session dans la station de Net, entrez les informations du participant, et cliquez sur Commencer la session. Parce que la vidéo et _d signaux EEG sont synchronisés, un flux vidéo en direct de la salle d'expérimentation devrait apparaître sur l'écran.
3. Sélectionnez le menu déroulant Panneaux, Impédance ouvrir, puis cliquez sur le bouton Mesurer. Un montage du réseau de capteurs HCGSN apparaîtra sur l'écran. Faites glisser la fenêtre vers le bord de l'écran afin qu'il s'ouvre à l'écran dans la salle d'expérimentation.
4. Avec une pipette jetables, râteau côté poils du participant afin que chaque électrode est assis directement sur le cuir chevelu du participant.
5. Reportez-vous à la fenêtre de mesure d'impédance affichant le montage HCGSN sur le moniteur. Les capteurs qui ne sont pas bien en contact avec le cuir chevelu est rouge. Prenez note des numéros de capteur de l'électrode. Utilisez la pipette et une petite quantité de la solution électrolytique déjà préparé pour améliorer l'impédance de ces capteurs. Électrodes sur le montage devient vert que leur impédance est améliorée.
6. Lorsque les impédances sont satisfaisants (ie, lorsque tous les électrodes sur le montage sont de couleur verte), cliquez sur le bouton Enregistrer et fermer dans la fenêtre de mesure d'impédance dans la salle de contrôle.
7. Dans la gare Net, ouvrez l'affichage de forme d'onde dense. Faites défiler les courbes et noter toutes les chaînes qui font preuve de grande amplitude du bruit dû au contact du cuir chevelu pauvres.

6. Prendre Enregistrements de base

Avant de commencer le paradigme expérimental, prendre quelques enregistrements de base _d EEG de repos du participant activité électrique du cerveau. Enregistrements de base de repos sont importants en continu _d études EEG car il ya un haut degré de variabilité dans l'activité électrique cérébrale d'un participant au participant. En conséquence, la plupart continue _d études EEG doivent mettre en œuvre une conception intra-sujets expérimentaux, en analysant les différences entre chaque condition expérimentale et une phase initiale de pré-expérimentation. Pour l'événement études liées à l'EEG, une phase initiale peut ne pas être nécessaire.

1. Laisser le participant seul dans la salle d'expérimentation et de l'instruire ou à s'asseoir tranquillement et de minimiser le mouvement. Pour les participants du nourrisson, le parent / tuteur doit rester dans la chambre avec le bébé assis tranquillement sur les genoux de son. Dans le laboratoire de Haley, un film intitulé Baby Mozart, une combinaison de l'audio-visuel de la musique classique et design colorés en mouvement, est joué pour s'assurer que les nourrissons de rester calme et immobile. Alors qu'une phase de référence interactifs peuvent pas toujours être idéal, il peut être utilisé comme une phase de pré-base pour calmer l'enfant avant de prendre des enregistrements de base.
2. Dans la gare net, cliquez sur le bouton Enregistrer pour commencer l'enregistrement vidéo et de données de forme d'onde. Sur l'affichage de forme d'onde dense, des marqueurs d'événements peuvent être insérés pour lier les événements comportementaux à l'activité électrique à travers l'expérience. Insérer un marqueur «de base» événement sur l'affichage de forme d'onde.
3. Base d'enregistrement pour une période de temps standardisées. Dans le laboratoire de Haley, la phase initiale standard dure 2 minutes.

7. Exécution de l'expérience

En _d études EEG, il est essentiel d'avoir au moins deux expérimentateurs présents tout au long de l'étude. Un expérimentateur sera responsable de l'interaction avec le participant et la mise en œuvre du paradigme comportemental, tandis que le second expérimentateur suivra l'affichage de forme d'onde dense.

1. Mettre en œuvre le paragraphe expérimentaleparadigme.
2. Surveiller l'affichage de forme d'onde dense tout au long de l'expérience pour déterminer si des canaux sont affichant des niveaux de bruit augmente. L'augmentation du bruit peut être le reflet de l'augmentation impédances. Niveaux d'impédance acceptable peut être retrouvé en utilisant solution plus électrolyte. Cela devrait être fait lors d'une pause dans le protocole expérimental.

8. Débriefing du participant

1. Lorsque l'expérience est terminée, détachez prudemment et retirer le HCGSN de la tête du participant. Rincez, désinfecter et sécher le net.
2. Donnez au participant une serviette avec laquelle essuyer tout excès de solution d'électrolytes.
3. Donnez au participant tous les questionnaires restants qui doivent être remplis.

9. Analyse

Le même logiciel utilisé EGI pour acquérir des données Deeg est également utilisé pour analyser les données, permettant une transition en douceur et facile à partir de la collecte de données à l'analyse des données. Parce que le HCGSN reprend aussi le bruit électrique provenant de l'environnement, les données doivent d'abord être filtrée et nettoyée avant d'être analysés. Tous les outils nécessaires sont inclus dans la gare net.

1. Dans la gare net, cliquez sur et ouvrez le panneau de forme d'onde Outils. Exécutez le fichier de données acquises par le filtrage et outils de détection d'artefact après avoir réglé les paramètres désirés. L'outil de détection d'artefact identifie les pics résultant de clignotements des yeux ou des mouvements des yeux et détecte les chaînes mauvais. Dans de nombreux cas, d'autres à la main l'édition et l'élimination des artefacts peut être nécessaire (surtout quand on travaille avec les populations infantiles, dans lequel vous ne pouvez pas contrôler clignements et mouvements).
2. Segmenter les données de manière à séparer les différentes conditions expérimentales sur la base des marqueurs d'événements insérés.
3. Appliquer une analyse désirée. Dans le laboratoire de Haley, l'analyse de fréquence est utilisée pour analyser comment les fréquences caractéristiques de l'activité cérébrale varie entre conditions expérimentales et entre différentes régions du cerveau. Une diminution de la puissance des vagues est potentiellement reflet de l'activité accrue des neurones dans cette région.

10. Les données représentant

Figure 1. Raw ondes EEG montrant les fluctuations de la tension enregistrée (mV) à travers le temps (s), à une seule électrode (électrode 30). Les formes d'onde représentent les données recueillies lors de la première de 1000ms chacune des trois phases expérimentales: de base, la démonstration et le rappel immédiat.

Figure 2. Les données brutes recueillies auprès de l'ensemble du cuir chevelu (128-électrode montage) au cours de trois phases expérimentales (référence, de démonstration, le rappel immédiat) d'un enfant participant. Les données sont présentées comme une carte topographique et illustre les différences dans la surface de niveau d'activité électrique du cerveau (mV) dans toutes les régions du cerveau et de la phase expérimentale de la tâche de marionnettes.

Discussion

Le réseau de capteurs Hydrocel géodésique EGI constitue une méthode non-invasive et facile à appliquer, d'obtenir des données de l'EEG à partir _d adultes et les participants du nourrisson. Cette technologie allie haute résolution temporelle et spatiale avec une possibilité accrue de mobilité, le rendant idéal pour une utilisation dans des paradigmes comportementaux complexes pour enquêter sur des activités cognitives qui peut être reflété que dans de subtils changements dans l'activité électrique. Etant donné l'intérêt croissant dans les enquêtes sur le développement de la cognition chez les nourrissons et la rareté relative des techniques d'imagerie cérébrale adaptés pour une utilisation dans la population infantile, l'utilisation de la HCGSN est susceptible d'augmenter, nous conduisant à une meilleure compréhension de la cognition du nourrisson.