Name: conducting concurrent electroencephalography and functional near-infrared spectroscopy recordings with a flanker task
Uploaded: 2020-05-24T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task at JoVE.com

Dit werk werd gedeeltelijk uitgevoerd op het high performance computing cluster (HPCC), dat wordt ondersteund door information and communication technology office (ICTO) van de Universiteit van Macau. Deze studie werd ondersteund door MYRG2019-00082-FHS en MYRG 2018-00081-FHS subsidies van de Universiteit van Macau in Macau, en ook gefinancierd door The Science and Technology Development Fund, Macau SAR (FDCT 0011/2018/A1 en FDCT 025/2015/A1).

Voorafgaand aan de experimentele tests ondertekenden alle deelnemers geïnformeerde toestemmingsdocumenten. Het protocol voor deze studie werd goedgekeurd door de Ethische Commissie van de Universiteit van Macau.
1. Hardware- en software-instelling voor gelijktijdige EEG- en fNIRS-opnamen
<ol><li>Bouw een hoofddop voor gelijktijdige EEG-fNIRS opnames.<ol>
<li>Selecteer de juiste dopgrootte op basis van de hoofdomtrek van de deelnemers. Gebruik in deze studie een middelgrote dop omdat deze ge...

<ol>
	<li>Kennan, R. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+recording+of+event-related+auditory+oddball+response+using+transcranial+near+infrared+optical+topography+and+surface+EEG.">Simultaneous recording of event-related auditory oddball response using transcranial near infrared optical topography and surface EEG.</a> NeuroImage. 16 (3), 587-592 (2002).</li><li>Horovitz, S. G., Gore, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+event-related+potential+and+near-infrared+spectroscopic+studies+of+semantic+processing.">Simultaneous event-related potential and near-infrared spectroscopic studies of semantic processing.</a> Human Brain Mapping. 22 (2), 110-115 (2004).</li><li>Yuan, Z., Ye, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fusion+of+fNIRS+and+fMRI+data:+identifying+when+and+where+hemodynamic+signals+are+changing+in+human+brains.">Fusion of fNIRS and fMRI data: identifying when and where hemodynamic signals are changing in human brains.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 7, 676 (2013).</li><li>Lin, X., Sai, L., Yuan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+Concealed+Information+with+Fused+Electroencephalography+and+Functional+Near-infrared+Spectroscopy.">Detecting Concealed Information with Fused Electroencephalography and Functional Near-infrared Spectroscopy.</a> Neuroscience. 386, 284-294 (2018).</li><li>Ieong, H. F., Yuan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emotion+recognition+and+its+relation+to+prefrontal+function+and+network+in+heroin+plus+nicotine+dependence:+a+pilot+study.">Emotion recognition and its relation to prefrontal function and network in heroin plus nicotine dependence: a pilot study.</a> Neurophotonics. 5 (02), 1 (2018).</li><li>Hu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Mapping+of+Brain+Activation+and+Connectivity+in+Occipitotemporal+Cortex+During+Chinese+Character+Recognition.">Optical Mapping of Brain Activation and Connectivity in Occipitotemporal Cortex During Chinese Character Recognition.</a> Brain Topography. 31 (6), 1014-1028 (2018).</li><li>Wang, M. -. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concurrent+mapping+of+brain+activation+from+multiple+subjects+during+social+interaction+by+hyperscanning:+a+mini-review.">Concurrent mapping of brain activation from multiple subjects during social interaction by hyperscanning: a mini-review.</a> Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 8 (8), 819-837 (2018).</li><li>Scholkmann, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+continuous+wave+functional+near-infrared+spectroscopy+and+imaging+instrumentation+and+methodology.">A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology.</a> NeuroImage. 85, 6-27 (2014).</li><li>Wan, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neural+basis+of+the+hemodynamic+response+nonlinearity+in+human+primary+visual+cortex:+Implications+for+neurovascular+coupling+mechanism.">The neural basis of the hemodynamic response nonlinearity in human primary visual cortex: Implications for neurovascular coupling mechanism.</a> NeuroImage. 32 (2), 616-625 (2006).</li><li>Miller, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+prefontral+cortex+and+cognitive+control.">The prefontral cortex and cognitive control.</a> Nature Reviews Neuroscience. 1 (1), 59-65 (2000).</li><li>Miller, E. K., Cohen, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrative+theory+of+prefrontal+cortex+function.">An integrative theory of prefrontal cortex function.</a> Annual review of Neuroscience. 24 (1), 167-202 (2001).</li><li>Mansouri, F. A., Tanaka, K., Buckley, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conflict-induced+behavioural+adjustment:+a+clue+to+the+executive+functions+of+the+prefrontal+cortex.">Conflict-induced behavioural adjustment: a clue to the executive functions of the prefrontal cortex.</a> Nature Reviews Neuroscience. 10 (2), 141-152 (2009).</li><li>Wood, J. N., Grafman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+prefrontal+cortex:+processing+and+representational+perspectives.">Human prefrontal cortex: processing and representational perspectives.</a> Nature Reviews Neuroscience. 4 (2), 139-147 (2003).</li><li>Wallis, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Orbitofrontal+Cortex+and+Its+Contribution+to+Decision-Making.">Orbitofrontal Cortex and Its Contribution to Decision-Making.</a> Annual Review of Neuroscience. 30 (1), 31-56 (2007).</li><li>Forbes, C. E., Grafman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Role+of+the+Human+Prefrontal+Cortex+in+Social+Cognition+and+Moral+Judgment.">The Role of the Human Prefrontal Cortex in Social Cognition and Moral Judgment.</a> Annual Review of Neuroscience. 33 (1), 299-324 (2010).</li><li>Nguyen, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+continuous+EEG-fNIRS+recording+of+temporal+lobe+seizures.">Non-invasive continuous EEG-fNIRS recording of temporal lobe seizures.</a> Epilepsy Research. 99 (1-2), 112-126 (2012).</li><li>Peng, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fNIRS-EEG+study+of+focal+interictal+epileptiform+discharges.">fNIRS-EEG study of focal interictal epileptiform discharges.</a> Epilepsy Research. 108 (3), 491-505 (2014).</li><li>Liu, Y., Ayaz, H., Shewokis, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multisubject+"learning"+for+mental+workload+classification+using+concurrent+EEG,+fNIRS,+and+physiological+measures.">Multisubject "learning" for mental workload classification using concurrent EEG, fNIRS, and physiological measures.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 11, (2017).</li><li>Aghajani, H., Garbey, M., Omurtag, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+mental+workload+with+EEG+fNIRS.">Measuring mental workload with EEG+fNIRS.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 11, (2017).</li><li>Balconi, M., Vanutelli, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemodynamic+(fNIRS)+and+EEG+(N200)+correlates+of+emotional+inter-species+interactions+modulated+by+visual+and+auditory+stimulation.">Hemodynamic (fNIRS) and EEG (N200) correlates of emotional inter-species interactions modulated by visual and auditory stimulation.</a> Scientific Reports. 6, (2016).</li><li>Donohue, S. E., Appelbaum, L. G., McKay, C. C., Woldorff, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neural+dynamics+of+stimulus+and+response+conflict+processing+as+a+function+of+response+complexity+and+task+demands.">The neural dynamics of stimulus and response conflict processing as a function of response complexity and task demands.</a> Neuropsychologia. 84, 14-28 (2016).</li><li>Liu, Y., Ayaz, H., Shewokis, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mental+workload+classification+with+concurrent+electroencephalography+and+functional+near-infrared+spectroscopy.">Mental workload classification with concurrent electroencephalography and functional near-infrared spectroscopy.</a> Brain-Computer Interfaces. 4 (3), 175-185 (2017).</li><li>Fazli, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+performance+by+a+hybrid+NIRS-EEG+brain+computer+interface.">Enhanced performance by a hybrid NIRS-EEG brain computer interface.</a> NeuroImage. 59 (1), 519-529 (2012).</li><li>Putze, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+fNIRS-EEG+based+classification+of+auditory+and+visual+perception+processes.">Hybrid fNIRS-EEG based classification of auditory and visual perception processes.</a> Frontiers in Neuroscience. 8, 373 (2014).</li><li>Horovitz, S. G., Gore, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+event-related+potential+and+near-infrared+spectroscopic+studies+of+semantic+processing.">Simultaneous event-related potential and near-infrared spectroscopic studies of semantic processing.</a> Human Brain Mapping. 22 (2), 110-115 (2004).</li><li>Lin, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+the+small-world+properties+of+brain+networks+in+Chinese+to+English+simultaneous+interpreting+by+using+functional+near-infrared+spectroscopy.">Mapping the small-world properties of brain networks in Chinese to English simultaneous interpreting by using functional near-infrared spectroscopy.</a> Journal of Innovative Optical Health Sciences. 11 (03), 1840001 (2018).</li><li>Folstein, J. R., Van Petten, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+cognitive+control+and+mismatch+on+the+N2+component+of+the+ERP:+A+review.">Influence of cognitive control and mismatch on the N2 component of the ERP: A review.</a> Psychophysiology. 45 (1), 152 (2008).</li><li>Patel, S. H., Azzam, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+N200+and+P300:+Selected+studies+of+the+Event-Related+Potential.">Characterization of N200 and P300: Selected studies of the Event-Related Potential.</a> International Journal of Medical Sciences. 2 (4), 147-154 (2005).</li><li>Suzuki, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+the+superior+frontal+cortex+and+alpha+oscillation+in+a+flanker+task:+Simultaneous+recording+of+electroencephalogram+(EEG)+and+near+infrared+spectroscopy+(NIRS).">The relationship between the superior frontal cortex and alpha oscillation in a flanker task: Simultaneous recording of electroencephalogram (EEG) and near infrared spectroscopy (NIRS).</a> Neuroscience Research. 131, 30-35 (2018).</li><li>Keles, H. O., Barbour, R. L., Omurtag, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemodynamic+correlates+of+spontaneous+neural+activity+measured+by+human+whole-head+resting+state+EEG+++fNIRS.">Hemodynamic correlates of spontaneous neural activity measured by human whole-head resting state EEG + fNIRS.</a> NeuroImage. 138, 76-87 (2016).</li><li>Eriksen, B. A., Eriksen, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+noise+letters+upon+the+identification+of+a+target+letter+in+a+nonsearch+task.">Effects of noise letters upon the identification of a target letter in a nonsearch task.</a> Perception &amp; Psychophysics. 16 (1), 143-149 (1974).</li><li>Huppert, T. J., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HomER:+a+review+of+time-series+analysis+methods+for+near-infrared+spectroscopy+of+the+brain.">HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain.</a> Applied optics. 48 (10), 280-289 (2009).</li><li>Kocsis, L., Herman, P., Eke, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+modified+Beer-Lambert+law+revisited.">The modified Beer-Lambert law revisited.</a> Physics in Medicine and Biology. 51 (5), (2006).</li><li>Herold, F., Wiegel, P., Scholkmann, F., M&#252;ller, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+Functional+Near-Infrared+Spectroscopy+(fNIRS)+Neuroimaging+in+Exercise-Cognition+Science:+A+Systematic,+Methodology-Focused+Review.">Applications of Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) Neuroimaging in Exercise-Cognition Science: A Systematic, Methodology-Focused Review.</a> Journal of Clinical Medicine. 7 (12), 466 (2018).</li><li>Duncan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+pathlength+measurements+on+adult+head,+calf+and+forearm+and+the+head+of+the+newborn+infant+using+phase+resolved+optical+spectroscopy.">Optical pathlength measurements on adult head, calf and forearm and the head of the newborn infant using phase resolved optical spectroscopy.</a> Physics in Medicine and Biology. 40 (2), 295-304 (1995).</li><li>Brigadoi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+artifacts+in+functional+near-infrared+spectroscopy:+A+comparison+of+motion+correction+techniques+applied+to+real+cognitive+data.">Motion artifacts in functional near-infrared spectroscopy: A comparison of motion correction techniques applied to real cognitive data.</a> NeuroImage. 85, 181-191 (2014).</li><li>Lopez-Calderon, J., Luck, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ERPLAB:+an+open-source+toolbox+for+the+analysis+of+event-related+potentials.">ERPLAB: an open-source toolbox for the analysis of event-related potentials.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 8, 213 (2014).</li></ol>

In dit protocol werden gecombineerde EEG- en fNIRS-opnames uitgevoerd om de hersenactiveringspatronen met een gebeurtenisgerelateerd flankerparadigma te onderzoeken door de neurale signalen van het hele brein en gelijktijdige hemodynamische reacties van de prefrontale cortex te registreren. Uit de ERP-resultaten bleek dat N200 bij Fz de congruente en incongruente omstandigheden aanzienlijk kon onderscheiden (P=0.037). Ondertussen vertoonden de HbO-signalen in SFC (kanalen 21) ook een significant verschil tussen de congru...

Deze studie is gericht op het ontwikkelen van een werkend protocol om het neurale activeringspatroon te onthullen dat ten grondslag ligt aan de Flanker-taak met behulp van gesmolten EEG- en fNIRS-neuroimagingtechnieken. Interessant is dat de gelijktijdige fNIRS-EEG-opnames het mogelijk maken om de relatie tussen de hemodynamische signalen in de prefrontale cortex en verschillende gebeurtenisgerelateerde potentiële (ERP)-componenten van het hele brein in verband met de Flanker-taak te inspecteren.
De integratie van verschillende niet-invasieve neuroimaging modaliteiten, waaronder functionele nabij-infrarood spectroscopie (fNIRS), elektro-encefalografie (EEG), en functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) is essentieel om het begrip van waar en wanneer informatieverwerking plaatsvindt in de hersenen1,2,3te verbeteren. Daarnaast is er het potentieel om fNIRS en EEG te combineren om de relatie tussen lokale neurale activiteit en latere veranderingen in hemodynamische reacties te onderzoeken, waarbij EEG en fNIRS complementair kunnen zijn bij het onthullen van het neurale mechanisme van de cognitieve functie van de menselijke hersenen. fNIRS is een vasculaire functionele neuroimaging techniek die is gebaseerd op de hemodynamische reacties op afte leiden hersenactivatie. fNIRS meet de relatieve oxyhemoglobine (HbO) en deoxyhemoglobine (HbR) concentratieveranderingen in de hersenschors, die een belangrijke rol speelt in de studie van cognitieve verwerking3,4,5,6,7. Volgens het neurovasculaire en neurometabolische koppelingsmechanisme8gaat de verandering van lokale neurale activiteit in verband met cognitieve verwerking over het algemeen gepaard met latere veranderingen in de lokale bloedstroom en bloedzuurstof met een vertraging van 4-7 seconden. Het is aangetoond dat de neurovasculaire koppeling is waarschijnlijk een macht transducer, die de snelle dynamiek van neurale activiteit integreert in de vasculaire input van langzame hemodynamica9. Specifiek, fNIRS wordt meestal gebruikt voor de inspectie van de neurovasculaire activiteit in de frontale kwab, met name de prefrontale cortex die verantwoordelijk is voor hoge cognitieve functies, zoals uitvoerende functies10,11,12, redeneren en planning13, besluitvorming14, en sociale cognitie en moreel oordeel15. Echter, de hemodynamische reacties gemeten door fNIRS alleen indirect vangen de neurale activiteit met een lage temporele resolutie, terwijl EEG kan bieden tijdelijk fijne en directe maatregelen van neurale activiteiten. Bijgevolg kan de combinatie van EEG en fNIRS-opname meer functies identificeren en meer informatie onthullen die verband houdt met de werking van de hersenen.
Wat nog belangrijker is, de multimodale verwerving van EEG en fNIRS signalen is uitgevoerd om de hersenactivatie die ten grondslag liggen aan verschillende cognitieve taken16,17,,18,19,20,,21,,22 of brain-computer interface23,24te inspecteren . In het bijzonder werden gelijktijdige ERP -opnames (event-related potential) en fNIRS-opnames uitgevoerd op basis van het gebeurtenisgerelateerde auditieve oddball paradigma1, waarin fNIRS enkele seconden na het verschijnen van p300-component de hemodynamische veranderingen in de frontotemporale cortex kan identificeren. Horovitz et al. demonstreerden ook de gelijktijdige metingen van fNIRS-signalen en de P300-component tijdens een semantische verwerkingstaak25. Interessant is dat eerdere studies op basis van gelijktijdige EEG- en fNIRS-opnames toonden aan dat P300 tijdens oddballstimuli een significante correlatie vertoonde met fNIRS-signalen26. Het werd ontdekt dat de multi-modale maatregelen hebben het potentieel om de uitgebreide cognitieve neurale mechanisme op basis van de gebeurtenis-gerelateerde paradigma26onthullen. Naast de oddball taak, de Flanker taak in verband met ERP component N200 is ook een belangrijk paradigma, die kan worden gebruikt voor het onderzoek van cognitieve vermogen detectie en evaluatie met gezonde controles en patiënten met verschillende aandoeningen. Specifiek, N200 was een negatieve component die pieken 200-350 ms van de voorste cingulated cortex frontale27 en superieure temporele cortex28. Hoewel eerdere studies onderzocht de relatie tussen de superieure frontale cortex en alfa oscillatie in de Flanker taak29, de correlatie tussen de N200 amplitude en de hemodynamische reacties tijdens de Flanker taak is niet onderzocht.
In dit protocol werd een zelfgemaakte EEG/fNIRS patch op basis van standaard EEG cap gebruikt voor de gelijktijdige EEG en fNIRS opnames. De regelingen van optodes/elektroden met steun werden bereikt door de plaatsing van fNIRS optodes die in de EEG glb worden gesmolten. De gelijktijdige EEG- en fNIRS-data-acquisities werden uitgevoerd met dezelfde stimulitaken gegenereerd door E-prime software. We veronderstellen dat ERP-componenten in verband met de Flanker taak een significante correlatie kunnen vertonen met de hemodynamische reacties in de prefrontale cortex. Ondertussen kunnen de gecombineerde ERP- en fNIRS-opnames meerdere signaalindicatoren extraheren om de hersenactiveringspatronen met verbeterde nauwkeurigheid te identificeren. Om de hypothese te testen, werden de fNIRS setup en EEG machine geïntegreerd om het complexe neurale cognitiemechanisme te onthullen dat overeenkomt met de gebeurtenisgerelateerde Flankertaak.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:605px;" width="606">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">EEG cap</td>
			<td style="width:104px;">EASYCAP GmbH</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td style="width:167px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">EEG system</td>
			<td style="width:104px;">BioSemi</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">fNIRS system</td>
			<td style="width:104px;">TechEn</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>CW6 System</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

conducting concurrent electroencephalography and functional near-infrared spectroscopy recordings with a flanker task

Gelijktijdige EEG- en fNIRS-opnames bieden een uitstekende gelegenheid om een volledig begrip te krijgen van het neurale mechanisme van cognitieve verwerking door de relatie tussen de neurale en hemodynamische signalen te inspecteren. EEG is een elektrofysiologische technologie die de snelle neuronale activiteit van de cortex kan meten, terwijl fNIRS vertrouwt op de hemodynamische reacties op hersenactivering. De combinatie van EEG en fNIRS neuroimaging technieken kunnen identificeren meer functies en onthullen meer informatie in verband met de werking van de hersenen. In dit protocol werden gefuseerde EEG-fNIRS-metingen uitgevoerd voor gelijktijdige opnames van opgeroepen-elektrische potentialen en hemodynamische reacties tijdens een Flanker-taak. Daarnaast werden de cruciale stappen voor het opzetten van het hardware- en softwaresysteem en de procedures voor het verzamelen en analyseren van gegevens in detail gegeven en besproken. De verwachting is dat het huidige protocol een nieuwe weg kan effenen voor het verbeteren van het begrip van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan verschillende cognitieve processen met behulp van de EEG- en fNIRS-signalen.

Figuur 2 toont de HbO-signalen voor alle kanalen, terwijl figuur 3 de ERP's van Fz en FCz weergeeft voor de twee voorwaarden van de flankertaak. Figure 4 illustreerde de Pearson correlatie analyse resultaten bleek dat de fNIRS signalen in SFC vertoonde een significante correlatie met de ERP N200 component op Fz voor de incongruente voorwaarde (P<0,05). Dit is echter niet het geval voor de congruente vo...

Watch this Scientific Journal Video about Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task at JoVE.com

Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task

Het huidige protocol beschrijft hoe gelijktijdige EEG- en fNIRS-opnamen moeten worden uitgevoerd en hoe de relatie tussen de EEG- en fNIRS-gegevens kan worden geinspecterd.

Het uitvoeren van gelijktijdige elektro-encefalografie en functionele nabij-infrarood spectroscopie-opnamen met een flanker taak

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by ...

Het doel van deze studie was om een werkend protocol te ontwikkelen om het neuroactiveringspatroon te onthullen, de flankertaak te onderstrepen met behulp van gefuseerde EEG- en fNIRS-neurobeeldvormingstechniek. De gelijktijdige fNIRS EEG-opnames zorgen voor de inspectie van de relatie tussen de prefrontale cortex en verschillende gebeurtenissen met betrekking tot de potentiële componenten van de hele hersenen. fNIRS in de hersenschors die vrij belangrijk recht in studie van cognitieve verwerking.We weten dat fNIRS meestal wordt gebruikt voor het inspecteren van de neurovasculaire activiteit in de frontale kwab. is gerelateerd aan hoge cognitieve functies in de hersenen. Maar de hemodynamische reactie van fNIRS kan alleen de activiteiten met een lage temporele resolutie lezen, maar EEG kan tijdelijke vondst en directe meting van neuro-activiteiten bieden.De combinatie van EEG en fNIRS opnames is in staat om meer functies te identificeren en onthullen meer informatie met betrekking tot de hersenfuncties. In deze studie gebruikt u de EEG fNIRS technieken werden gebruikt voor gelijktijdige opnames van ERP componenten en hemodynamische respons met een flanker taak. Het is rationeel om aan te nemen dat ERP-componenten die associëren met de flankertaak een significante correlatie kunnen vertonen met de hemodynamische respons.Om deze veronderstelling tether, werden de fNIRS opgezet en de EEG-machine samen geïntegreerd om de complexe neuro cognitie metisme te onthullen die overeenkomt met de gebeurtenis met flankertaak. Voorafgaand aan de experimenttest ondertekenden alle deelnemers documenten voor geïnformeerde toestemming. De studie werd goedgekeurd door de ethische commissie van de Universiteit van Macau.Nummer één, hardware- en software-instelling voor gelijktijdige EEG- en fNIRS-opnames. Bouw een haalbare hoofdkap voor gelijktijdige EEG- en fNIRS-opnames. Selecteer de juiste cap grootte op basis van de hoofdomtrek van de deelnemers.In deze studie wordt een middelgrote dop gebruikt omdat het geschikt is voor de meeste adolescente of volwassen deelnemers. Teken de lay-out volgens het experimentontwerp in de literatuur. Graaf 22 gaten in de EEG-dop voor het houden van fNIRS optodes in lijn met een specifiek uit frontale cortex.Plaats 21 of 71 EEG-elektroden langs het oppervlak van de EEG-dop volgens het 10-20 internationale systeem en monteer de roosters voor de optodes. Stel de afstand tussen elk brondetectorpaar in op drie centimeter en bevestig de optodes. In elk van de blauwe optodes zijn detectoren, terwijl de rode zijn laserbronnen.Het instellen van de EEG- en fNIRS-poort in de software. Stel de parallelle poort, bijvoorbeeld H378 in deze studie voor het EEG-systeem. Stel de seriële poorten, bijvoorbeeld 600 in deze studie voor het fNIRS-systeem.Het poorttype en het nummer moeten worden gewijzigd met betrekking tot verschillende EEG- en fNIRS-opstellingen. Neem contact op met de fabrikanten voor meer informatie. Voorbereiding voor het experiment.Warm het fNIRS-systeem op met lasers. Schakel het 30 minuten in. Stel alle benodigde besturingssysteem voor het fNIRS-meetsysteem in.Moet de setup, met inbegrip van de EEG en fNIRS meetsystemen aan de deelnemer. Meet en markeer het CZ-punt volgens het internationale 10-20-systeem. Identificeer de elektrodepositie van CZ op de helft van de afstand tussen de en de helft van de afstand tussen de linker- en rechter interorbitale inkepingen.Plaats het voorste deel van de dop eerst langs het voorhoofd van de deelnemers en trek vervolgens de rugsessie van de dop naar de nek. Validatie van de posities. Let op, het is ten zeerste aan te raden eeg-elektroden eerst in te stellen en vervolgens de dichtstbijzijnde optodes.Als EEG geleidende gel de gaten bedekt voor de plaatsing van dichtstbijzijnde optodes, moet deze schoon zijn om besmetting van optodes te voorkomen. Voorbereiding op de EEG-opnames. Vul geleidende gel door het inbrengen van een stompe naald door de gaten van EEG elektrode rooster.Plaats alle elektroden in het EEG-elektrodenrooster volgens de niveaus. Open de EEG-software en inspecteer de signaalkwaliteit van de elektroden. Pas elektroden aan door geleidende gel bij te vullen als de signaalkwaliteit niet aan de eisen kon voldoen.Voorbereiding op de fNIRS-opnames. Let op stelt de ogen van de deelnemers niet direct bloot aan een laserstraal van de bron. Plaats de optische vezels langs de houderarmen die aan het fNIRS-meetsysteem en de extra houder zijn bevestigd.Zorg ervoor dat de vezels netjes en netjes zijn. Plaats de optische bron en detectoren in de gaten volgens de lay-out. Test de signaalkwaliteit.Als een kanaal geen signaal-ruisverhouding op hoog niveau heeft. Bijvoorbeeld, als het kanaal is gemarkeerd in geel voorzichtig swap deelnemer haar rond de optische sondes om ervoor te zorgen dat er niets bestaat tussen de optische sonde en schedel. Als stap 2.8.3 de signaalkwaliteit niet kan verbeteren, zet de signaalintensiteit omhoog.Als er te veel signaal is. Als het kanaal bijvoorbeeld rood is gemarkeerd, schakelt u de signaalintensiteit lager uit. Voer het experiment uit.Start het experiment wanneer de signalen stabiel zijn met een uitstekende signaal-ruisverhouding en deelnemers bekend zijn met de experimentinstructies. Sla na het experiment de gegevens op en exporteer ze uit de EEG fNIRS. Verwijder EEG-elektroden en fNIRS optische sondes zorgvuldig.Meting van driedimensionale, 3D MNI coördinaten van fNIRS optodes met 3D digitizer. Laat de deelnemers in een stoel zitten en draag de bril met een sensor. Open de digitizer software op de computer.Zorg ervoor dat het 3D-digitizer-systeem in verbinding staat met de computer via een geschikte com-poort. Laad de lay-out van optodes die in het bestand zijn ingesteld. Verplaats de 3D-digitizer stijlen geven de sleutelposities.NZ, LZ, linkeroor, rechteroor, CZ langs het scherm en druk op de knop op de stylus. Lokaliseer optische bron en detectoren. Exporteer het 3D-coördinatenbestand.Data-analyse. fNIRS-gegevensanalyse. Verwerk het 3D MNI-coördinatenbestand met behulp van de registratieoptie in fNIRS SPM met MetLife 2019.Selecteer stand alone speciale registratie met 3D digitaliseren. Kies het eerder, sla het op anderen en oorsprongstekstbestand. Registratie. Pre-process fNIRS signalen met Homer2 software volgens de volgende stappen.De toepassing van de gewijzigde bewegingsartefactcorrectie. Geef vervolgens 0,015 hertz door naar 0,2 hertz. Normaliseer een meer dynamische signaalamplitude door de gemiddelde waarden te delen.Genereer de fNIRS-gegevens voor elk kanaal dat gebaseerd is op een gedigitaliseerde 3D-informatie. Selecteer de kanalen met een registratiekans van 100% of meer in SFC volgens de regressieberekening van de FNIRS SPM voor verdere analyse. Exporteer de piekwaarden van HbO.EEG-gegevensverwerking. Laad de map met ruwe EEG-gegevens in het EEG-lab met behulp van de plug-ins. Kies in dit onderzoek de BOC-plug-in voor BDF-bestand.Let op, kies geschikte plugin volgens de EEG-gegevensbestandsindeling. Stel de locatiegegevens van het kanaal in voor EEG-lab. Laad het bijbehorende locatiebestand van de dop.We verwijzen in elektroden in ERP lab dat is een plugin van EEG lab. Kies de kanalen, plaats het in de massaopslag als verwezen elektroden. Haal EEG-gegevens uit op basis van de gebeurtenis- en opslaglocatiebestanden in het ERP-lab.Filter het EEG-gegevenssegment in het ERP-lab met behulp van het IIR-filter. Door de lage frequenties te filteren met een cutoff van 30 Hertz en door de hoge frequenties te filteren met een curve van 0,1 Hertz. Verwijder oculaire EEG-artefacten in Bendon component analyse in EEG lab.Afstoten EEG-gegevenssegment met amplitudewaarden die het bereik overschrijden van positieve 100 tot de negatieve 100 microvolt op elk kanaal in ERP-lab. het EEG-datasegment in ERP-lab. Let op, dit zijn de algemeen gebruikte data-analyse methode en de software voor pre-processing EEG en fNIRS gegevens.Er zijn tal van verwerkingssoftware en -methoden beschikbaar. Correlatieberekening. Genereer de relatie tussen fNIRS- en EEG-opnames met Pearson-correlatieanalyse.Representatieve resultaten. fNIRS headset plaatsing en kanalen configuratie. De gedigitaliseerde optodes lay-out worden omgezet in de MNI coördinaat systeem en overlapt langs de hersenschors.HbO signaal voor alle kanalen in verband met de flanker taak. De roze rondingen die congruente voorwaarde aanduiden terwijl de groene de congruente voorwaarde wijzen. ERP-signaal voor FZ- en FCZ-elektroden.De zwarte krommen definiëren de incongruente toestand, terwijl de rode de congruente toestand aanduiden. Correlatie tussen de ERP N200 en fNIRS signaal langs de SFC voor de incongruente aandoening. Samengevat combineren de EEG en fNIRS neuro imaging werd uitgevoerd om de betrokken hersenen activering geflankeerd door het opnemen van de neuro signalen van de hele hersenen en hemodynamische reactie van de prefrontale cortex in kaart.We hebben met succes de EEG- en fNIRS-gegevens verworven met een flankertaak. Onze bevinding toonde aan dat de fNIRS hemodynamische respons en ERP N200 componenten zijn aanzienlijk gecorreleerd die verschillende perspectief van cognitieve mechanisme in verband met de flanker taak vertonen. Onze multimodale neuro imaging resultaten ondersteunen een essentiële rol van de gecombineerde EEG en fNIRS techniek bij te dragen aan de hersenen die een nieuwe weg voor het verbeteren van het begrip van neuro mechanisme van verschillende cognitieve verwerking effent.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

Functionele Mapping met gelijktijdige MEG en EEG

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to locate and determine the temporal evolution in brain areas involved in the ...

Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation

Met behulp van MazeSuite en functionele Near Infrared Spectroscopy te Study Leren in Spatial Navigation

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments1. MazeSuite can be used to design and edit adapted ...

Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent

Gelijktijdige opname van elektro-encefalografie mede gelokaliseerde en lokale veld potentieel in knaagdier

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the ...

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy NIRS Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Neuroimaging veld methoden met behulp van functionele in de buurt van infrarood spectroscopie (NIRS) Neuroimaging te bestuderen van Global Child Development: landelijke sub-Sahara Afrika

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in ...

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Hyperscanning experimenten met functionele nabij-infrarood spectroscopie

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding ...

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

Het gebruiken van dichtbijgelegen-infrarode fluorescentie en hoge resolutie het scannen om eiwituitdrukking in de knaagdieren hersenen te meten

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...

Preparation of Acute Human Hippocampal Slices for Electrophysiological Recordings

Voorbereiding van acute menselijke hippocampal slices voor elektrofysiologische opnames

Epilepsy affects about 1% of the world population and leads to a severe decrease in quality of life due to ongoing seizures as well as high risk for ...

Qualitative and Comparative Cortical Activity Data Analyses from a Functional Near-Infrared Spectroscopy Experiment Applying Block Design

Kwalitatieve en vergelijkende corticale activiteit data-analyses van een functionele near-infrared spectroscopie experiment toepassen blok ontwerp

Neuroimaging studies play a pivotal role in the evaluation of pre- vs. post-interventional neurological conditions such as in rehabilitation and surgical ...

Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI

Betrouwbare verwerving van elektro-encefalografiegegevens tijdens gelijktijdige elektro-encefalografie en functionele MRI

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI), EEG-fMRI, combines the complementary properties of scalp EEG ...

Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy

Groepssynchronisatie tijdens gezamenlijk tekenen met behulp van functionele nabij-infraroodspectroscopie

Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a noninvasive method particularly suitable for measuring cerebral cortex activation in multiple subjects, ...