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

עבודה זו בוצעה בחלקו באשכול המחשוב הגבוה (HPCC), הנתמכת על-ידי משרד המידע וטכנולוגיית התקשורת (ICTO) של אוניברסיטת מקאו. מחקר זה נתמך על ידי MYRG2019-00082-FHS ו-מלגות 2018-00081-FHS מאוניברסיטת מקאו במקאו, וגם ממומן על ידי קרן המדע והטכנולוגיה לפיתוח, מקאו SAR (FDCT 0011/2018/A1 ו FDCT 025/2015/A1).

לפני המבחנים הניסיוניים, חתמו כל המשתתפים על מסמכי הסכמה מעודכנים. פרוטוקול המחקר הנוכחי אושר על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת מקאו.
1. הגדרת חומרה ותוכנה עבור הקלטות EEG ו-fNIRS בו
<ol><li>לבנות כובע ראש עבור הקלטות EEG-fNIRS בו.<ol>
<li>בחר את גודל הכיפה המתאים בהתאם להיקף הראשי של המשתתפ...

<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>

בפרוטוקול זה, הקלטות משולבות של EEG ו-fNIRS בוצעו כדי לבחון את דפוסי ההפעלה של המוח הכרוכים בפרדיגמה הקשורה לאירועים, על ידי הקלטת אותות עצביים של המוח כולו ותגובות הומודינמיות בו של הקליפה הקדם-חזיתית. תוצאות ERP הראו כי N200 ב Fz היה מסוגל להבדיל באופן משמעותי את התנאים הקלקל (P = 0.037). בינתיים, את הא...

מחקר זה נועד לפתח פרוטוקול עובד כדי לחשוף את דפוס ההפעלה העצבית הבסיסית של המשימה פלקר באמצעות EEG התמזגו ו fNIRS שיטות נוירוהדמיה. מעניין, ההקלטות המקבילות של ה-fNIRS-EEG מאפשרות לבדוק את היחסים בין אותות המודינמיים בקליפת המוח הקדמית ובין מרכיבים פוטנציאליים הקשורים לאירועים (ERP) של כל השכל הקשור למשימה של פלקר.
שילוב של שיטות נוירוהדמיה שונות, כולל ספקטרוסקופיית כמעט אינפרא-אדום פונקציונלי (fnirs), אלקטרונצאלוגרפיה (EEG), ודימות תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI) חיוני לשפר את ההבנה של היכן ומתי עיבוד המידע מתרחש במוח1,2,3. בנוסף, יש את הפוטנציאל לשלב fNIRS ו-EEG לבחון את הקשר בין פעילות עצבית מקומית לבין שינויים הבאים בתגובות הומודינמיות, שבו EEG ו-fNIRS יכול להיות משלים בחשיפת המנגנון העצבי של תפקוד המוח האנושי קוגניטיבי. fNIRS היא טכניקה המבוססת על כלי דם תפקודית נוירודימות המסתמכת על תגובות הומודינמיקה כדי להסיק הפעלת המוח. fnirs מודד את מדידת האוקסיהמוגלובין היחסי (HbO) ו deoxyhemoglobin (hbr) שינויים הריכוז בקליפת המוח, אשר ממלא תפקיד חשוב במחקר של עיבוד קוגניטיבי3,4,5,6,7. לדברי neurovascular ומנגנון neurometabolic צימוד8, השינוי של פעילות עצבית מקומית הקשורים לעיבוד קוגניטיבי מלווה בדרך כלל על ידי שינויים הבאים זרימת הדם המקומי וחמצן בדם עם עיכוב של 4-7 שניות. זה מראה כי צימוד neurovascular הוא כנראה מתמר כוח, אשר משלב את הדינמיקה המהירה של פעילות עצבית לתוך קלט כלי הדם של הומודינמיקה איטית9. במיוחד, fnirs משמש בעיקר עבור בדיקת הפעילות נוירוכלי באונה הקדמית, במיוחד בקליפת המוח הקדם האחראית פונקציות קוגניטיביות גבוהות, כגון פונקציות ההנהלה10,11,12, הסקת מסקנות ותכנון13, קבלת החלטות14, וקוגניציה חברתית ושיפוט מוסרי15. עם זאת, התגובות הומודינמיות שנמדדות באמצעות fNIRS מאפשרות ללכוד בעקיפין את הפעילות העצבית ברזולוציה נמוכה בלבד, ואילו EEG יכול להציע מדדים באופן זמני ובאמצעים ישירים של פעילויות עצביות. כתוצאה מכך, השילוב של הקלטת EEG ו-fNIRS יכול לזהות תכונות נוספות ולחשוף מידע נוסף הקשור לתפקוד המוח.
חשוב יותר, הרכישה רב מודאליות של האותות EEG ו-fnirs נערך לבחון את הפעלת המוח בבסיס משימות קוגניטיביות שונות16,17,18,19,20,21,22 או ממשק המוח מחשב23,24. בפרט, ב-ERP (הפוטנציאל הקשור לאירועים) והקלטות fNIRS בוצעו בהתבסס על הפרדיגמה הקשורה לזיהוי השמיעה השמיעתית1, שבה fnirs יכול לזהות את השינויים ההדינמיים בקליפת המוח הפרוטואלית מספר שניות לאחר הופעתו של רכיב P300. הורוביץ הציג גם את המידות הסימולטניות של אותות fNIRS ואת הרכיב P300 במהלך משימת עיבוד סמנטית25. מעניין, מחקרים קודמים מבוסס על הקלטות EEG ו fNIRS הראו כי P300 במהלך גירוי מוזר הציג קורלציה משמעותית עם אותות fNIRS26. התגלה כי האמצעים הרב-מודאליים הם בעלי פוטנציאל לחשוף את המנגנון הנוירולוגי המקיף את התחום המבוסס על הפרדיגמה הקשורה לאירועים26. מלבד משימה מוזר, המשימה פלקר הקשורים לרכיב ERP N200 היא גם פרדיגמה חשובה, אשר יכולה לשמש לחקירת זיהוי היכולת הקוגניטיבית והערכה עם פקדים בריאים וחולים עם הפרעות שונות. באופן ספציפי, N200 היה מרכיב שלילי כי פסגות 200-350 ms מתוך הקליפה הקדמית cingulated הקדמי27 וקליפת הרקה העליונה28. למרות מחקרים קודמים בחנו את היחסים בין קליפת המוח הקדמית העליונה ותנודות אלפא בפעילות פלקר29, הקורלציה בין משרעת N200 ואת התגובות הומודינמיקה במהלך המשימה פלקר לא נחקרו.
בפרוטוקול זה, תיקון מתוצרת בית EEG/fNIRS המבוסס על כובע EEG רגיל היה מנוצל עבור EEG ו-fNIRS במקביל הקלטות. הסדרים של אלקטרואופטיקה/אלקטרודות עם תמיכה הושגו באמצעות הצבת אלקטרואופטיקה fNIRS התמזגו לתוך כובע EEG. ה-EEG הסימולטני ורכישות הנתונים של fNIRS בוצעו באותן משימות גירויים שנוצרו על-ידי תוכנת E-prime. אנו מציגים את ההשערה שרכיבי ERP המשויכים לפעילות הפלנקר יכולים להציג קשר משמעותי עם תגובות ההודינמיקה בקליפת המוח הקדם-חזיתית. בינתיים, ההקלטות משולבות של ERP ו-fNIRS יכולות לחלץ מספר מחוונים של אותות כדי לזהות את דפוסי הפעלת המוח בדיוק משופר. כדי לבדוק את ההשערה, הכיוונון fNIRS ומכונת EEG שולבו כדי לחשוף את מנגנון ההכרה העצבי המורכב המתאים למשימה הקשורה לאירוע פלקר.

<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

הקלטות EEG ו-fNIRS במקביל מציעות הזדמנות מצוינת להשיג הבנה מלאה של המנגנון העצבי של עיבוד קוגניטיבי על-ידי בדיקת הקשר בין האותות העצביים וההומודינמיים. EEG היא טכנולוגיה אלקטרופיסיולוגית שיכולה למדוד את הפעילות העצבית המהירה של קליפת המוח, ואילו fNIRS מסתמך על תגובות הומודינמיות כדי להסיק הפעלת המוח. השילוב של EEG ו fNIRS טכניקות נוירוהדמיה יכול לזהות תכונות נוספות ולחשוף מידע נוסף הקשור לתפקוד המוח. בפרוטוקול זה, מדידות EEG-fNIRS התמזגו בוצעו עבור הקלטות בו של מעורר-חשמל פוטנציאל ותגובות הומודינמיקה במהלך משימה פלקר. בנוסף, השלבים הקריטיים להגדרת מערכת החומרה והתוכנה, כמו גם ההליכים לרכישת נתונים וניתוח סופקו ונדונו בפרוטרוט. צפוי כי הפרוטוקול הנוכחי יכול לסלול שדרה חדשה לשיפור ההבנה של המנגנונים העצביים בבסיס תהליכים קוגניטיביים שונים באמצעות אותות EEG ו fNIRS.

איור 2 מציג את האותות HbO עבור כל הערוצים בעוד איור 3 מציג את Erps ב Fz ו-fz עבור שני התנאים של המשימה פלקר. Figure 4 מומחש התוצאות ניתוח מתאם פירסון הראו כי אותות fnirs ב SFC הציגו מתאם משמעותי עם רכיב ERP N200 ב fz עבור המצב קלקל (P< 0.05). עם זאת, זה ...

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

הפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד לבצע הקלטות EEG ו-fNIRS במקביל וכיצד לבחון את הקשר בין נתוני EEG ו-fNIRS.

ביצוע בו אלקטרונצגרפיה והקלטות ספקטרוסקופיית כמעט אינפרא-אדום עם משימה פלנקר

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

מטרת מחקר זה הייתה לפתח פרוטוקול עבודה כדי לחשוף את דפוס ההפעלה העצבית, מדגיש את המשימה flanker באמצעות EEG התמזגו וטכניקת הדמיה נוירו fNIRS. הקלטות ה- fNIRS EEG בו זמנית מאפשרות בדיקה של הקשר בין קליפת המוח הקדם-מצחית לבין אירועים שונים הקשורים למרכיבים הפוטנציאליים של המוח כולו. fNIRS בקליפת המוח אשר חוק די חשוב בחקר עיבוד קוגניטיבי.אנו יודעים כי fNIRS משמש בעיקר לבדיקת הפעילות הנוירו-וסקולרית באונה הקדמית. קשור לתפקודים קוגניטיביים גבוהים במוח. עם זאת התגובה המודינמית נפגשו על ידי fNIRS יכול רק לקרוא את הפעילויות עם רזולוציה זמנית נמוכה אבל EEG יכול להציע זמני למצוא ומדידה ישירה של פעילויות נוירו.השילוב של הקלטות EEG ו- fNIRS מסוגל לזהות תכונות נוספות ולחשוף מידע נוסף הקשורים לפונקציות המוח. במחקר זה, אתה משתמש בטכניקות EEG fNIRS שימשו להקלטות בו זמנית של רכיבי ERP ותגובה המודינמית עם משימה פלאנקר. זה רציונלי להניח כי רכיבי ERP לשייך עם המשימה flanker יכול להפגין מתאם משמעותי עם התגובה המודינמית.כדי לקשור הנחה זו, fNIRS להגדיר ואת מכונת EEG שולבו יחד כדי לחשוף את metism קוגניציה נוירו מורכבת המתאימה לאירוע עם המשימה פלאנקר. לפני ניסוי הניסוי, כל המשתתפים חתמו על מסמכי הסכמה מדעת. המחקר אושר על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת מקאו.מספר אחד, הגדרת חומרה ותוכנה עבור הקלטות EEG ו- fNIRS בו-זמניות. בנה מכסה ראש ריאלי עבור הקלטות EEG ו- fNIRS בו-זמניות. בחר את גודל המכסה הימני בהתאם להיקף הראש של המשתתפים.במחקר זה נעשה שימוש בכובע בגודל בינוני מכיוון שהוא מתאים לרוב המשתתפים המתבגרים או הבוגרים. צייר את הפריסה בהתאם לעיצוב הניסוי בספרות. לחפור 22 חורים בתוך מכסה EEG להחזקת fNIRS optodes בקנה אחד עם קליפת המוח הקדמית במיוחד.מקום 21 או 71 אלקטרודות EEG לאורך פני השטח של כובע EEG על פי המערכת הבינלאומית 10-20 ולהרים את סורגים עבור optodes. הגדר את המרחק בין כל זוג גלאי מקור כשלושה סנטימטרים ולאחר מכן לתקן את optodes. בכל אופודה כחולה הם גלאים ואילו האדומים הם מקורות לייזר.הגדרת יציאת EEG ו- fNIRS בתוכנה. הגדר את היציאה המקבילית, לדוגמה H378 במחקר זה עבור מערכת EEG. הגדר את היציאות הטוריות, לדוגמה 600 במחקר זה עבור מערכת fNIRS.יש לשנות את סוג היציאה ואת המספר בנוגע לתצורות שונות של EEG ו- fNIRS. נא פנה ליצרנים לקבלת מידע נוסף. הכנה לפני הניסוי.לחמם את מערכת fNIRS עם לייזרים. תדליק את זה במשך 30 דקות. הגדר את כל מאפשרי הפעולה הדרושים עבור מערכת המדידה fNIRS.האם ההתקנה, כולל מערכות המדידה EEG ו- fNIRS למשתתף. למדוד ולסמן את נקודת CZ על פי המערכת הבינלאומית 10-20. זהה את מיקום האלקטרודה של CZ במחצית המרחק בין החלק וחצי של המרחק בין הכניסות הבין-סיביות השמאלית והימין.מניחים תחילה את החלק הקדמי של הכובע לאורך המצח ולאחר מכן מושכים את החלק האחורי של הכובע לכיוון הצוואר. אימות המיקומים. הערה, מומלץ מאוד כי אלקטרודות EEG צריך להיות מוגדר תחילה ולאחר מכן optodes הקרוב ביותר.אם ג'ל מוליך EEG מכסה את החורים עבור המיקום של optodes הקרוב ביותר זה צריך להיות נקי כדי למנוע את הזיהום של optodes. הכנה להקלטות EEG. מלא ג'ל מוליך על ידי החדרת מחט קהה דרך החורים של EEG אלקטרודה grate.מניחים את כל האלקטרודות ברשת אלקטרודות EEG בהתאם לרמות. פתח את תוכנת EEG ולבדוק את איכות האות של האלקטרודות. הסתגל מחדש אלקטרודות על ידי מילוי ג'ל מוליך אם איכות האות לא יכול לענות על הדרישות.הכנה להקלטות fNIRS. זהירות לא לחשוף את העיניים המשתתפים קרן לייזר של המקור ישירות. מניחים את הסיבים האופטיים לאורך זרועות המחזיק המחוברות למערכת המדידה fNIRS ומחזיק נוסף.ודא כי הסיבים מסודרים ומסודרים. הכנס את המקור האופטי ואת הגלאים לתוך החורים בהתאם לפריסה. בדוק את איכות האות.אם לערוץ אין יחס אות לרעש ברמה גבוהה. לדוגמה, אם הערוץ מסומן בצהוב בעדינות להחליף שיער משתתף המקיף את הבדיקות האופטיות כדי להבטיח כי שום דבר לא קיים בין החללית האופטית לגולגולת. אם שלב 2.8.3 אינו יכול לשפר את איכות האות, להגביר את עוצמת האות.אם יש יותר מדי אות. דוגמה אם הערוץ מסומן באדום, הנמיך את עוצמת האות. תריץ את הניסוי.התחל את הניסוי כאשר האותות יציבים עם יחס אות לרעש מעולה והמשתתפים מכירים את הוראות הניסוי. לאחר הניסוי, שמור וייצא את הנתונים מחוץ ל- EEG fNIRS. הסר אלקטרודות EEG ובדיקות אופטיות fNIRS בזהירות.מדידה של קואורדינטות MNI תלת-ממדיות תלת-ממדיות של אופודיות fNIRS עם דיגיטייזר תלת-ממדי. תן למשתתפים לשבת על כיסא וללבוש את המשקפיים עם חיישן. פתח את תוכנת הדיגיטייזר במחשב.ודא שמערכת הדיגיטייזר תלת-מימדית מחוברת למחשב באמצעות יציאת com מתאימה. טען את הפריסה של optodes להגדיר בקובץ. הזזת סגנונות הדיגיטייזר תלת-מימדי ממקמים את מיקומי המקשים.ניו זילנד, LZ, אוזן שמאל, אוזן ימין, CZ לאורך המסך ולחץ על הכפתור על העט. לוקליזציה של מקור אופטי וגלאים. יצא את קובץ הקואורדינטות תלת-מימדי.ניתוח נתונים. ניתוח נתוני fNIRS. עבד את קובץ הקואורדינטות של MNI תלת-מימדי באמצעות אפשרות הרישום ב- fNIRS SPM עם MetLife 2019.בחרו רישום מיוחד עצמאי עם דיגיטציה תלת-מימדית. בחר את הקודמים, שמור אותו לאחרים וקובץ טקסט מקור. רישום. אותות fNIRS לפני התהליך עם תוכנת Homer2 בהתאם לשילים הבאים.היישום של תיקון חפץ תנועה שונה. לאחר מכן לעבור סינון 0.015 הרץ כדי 0.2 הרץ. לנרמל משרעת אות דינמית יותר על-ידי חלוקת הערכים הממוצעים.צור את נתוני fNIRS עבור כל ערוץ המתבסס על מידע תלת-ספרתי עם דיגיטציה. בחר את הערוצים שיש להם הסתברות רישום של 100% או יותר ב- SFC בהתאם לחישוב הרגרסיה של fNIRS SPM לניתוח נוסף. יצא את ערכי השיא של HbO.עיבוד נתוני EEG. טען את תיקיית נתוני EEG הגולמית למעבדת EEG באמצעות התוספים. בחר את תוסף BOC עבור קובץ BDF במחקר זה.שים לב, נא בחר תוסף מתאים בהתאם לתבנית קובץ הנתונים EEG. הגדר את פרטי מיקום הערוץ עבור מעבדת EEG. טען את קובץ המיקום המתאים של הכובע.אנו מתייחסים אלקטרודות במעבדת ERP שהוא תוסף אחד של מעבדת EEG. בחר את הערוצים, מקם אותו באחסון בנפח גדול כפי שהתייחסו אלקטרודות. חלץ נתוני EEG בהתבסס על קבצי האירועים והמחסנים במעבדת ERP.סנן את מקטע נתוני EEG במעבדת ERP באמצעות מסנן IIR. על ידי סינון התדרים הנמוכים עם ניתוק של 30 הרץ ועל ידי סינון התדרים הגבוהים עם עקומה של 0.1 הרץ. הסר ממצאים עיניים EEG בתוך ניתוח רכיב בנדון במעבדת EEG.דחה מקטע נתוני EEG עם ערכי משרעת החורגים מהטווח מ- 100 חיובי ל- 100 microvolt השלילי בכל ערוץ במעבדת ERP. מקטע נתוני EEG במעבדת ERP. שים לב, אלה הם שיטת ניתוח נתונים בשימוש בדרך כלל ואת התוכנה לעיבוד מראש EEG ו fNIRS נתונים.ישנן תוכנות עיבוד רבות ושיטות זמינות. חישוב מתאם. צור את הקשר בין הקלטות fNIRS ו- EEG עם ניתוח מתאם פירסון.תוצאות מייצגות. מיקום אוזניות fNIRS ותצורת ערוצים. פריסת optodes דיגיטציה מומרים למערכת הקואורדינטות MNI וחופפים לאורך קליפת המוח.אות HbO עבור כל הערוצים המשויכים למשימה פלאנקר. העקומות הוורודות מציינות מצב קונגרונטי בעוד הירוקים מציינים את התנאי הקונגרנטי. אות ERP עבור אלקטרודות FZ ו- FCZ.העקומות השחורות מגדירות את התנאי הבלתי מושלם ואילו העקומות האדומות מציינות את התנאי הקונגרנטי. מתאם בין אות ERP N200 ו- fNIRS לאורך ה- SFC עבור המצב הבלתי מתאים. לסיכום, ההדמיה העצבית EEG ו- fNIRS בוצעה כדי למפות את הפעלת המוח המעורבת על ידי הקלטת האותות הנוירוכירורגיים של המוח כולו והתגובה ההמודינמית של קליפת המוח הקדם-מצחית.רכשנו בהצלחה את נתוני EEG ו- fNIRS עם משימת פלאנקר. הממצאים שלנו הראו כי התגובה המודינמית fNIRS ורכיבי ERP N200 מתואמים באופן משמעותי אשר מפגינים פרספקטיבה שונה של מנגנון קוגניטיבי הקשורים המשימה פלאנקר. תוצאות ההדמיה העצבית הרב-מודאלית שלנו תומכות בתפקידים חיוניים בשילוב טכניקת EEG ו- fNIRS בתרומה למוח אשר סוללת שדרה חדשה לשיפור ההבנה של מנגנון נוירו של עיבוד קוגניטיבי שונה.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

מיפוי פונקציונלית עם מג סימולטני 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

שימוש MazeSuite והתפקודי ליד ספקטרוסקופית אינפרא אדום כדי ללמוד למידה מרחבית ניווט

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

הקלטה בו זמנית של שותף מקומי אלקטרואנצפלוגרם ופוטנציאל שדה מקומי במכרסם

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

שיטות דימות מוחי שדה שימוש פונקציונלי ליד דימות מוחי ספקטרוסקופית אינפרא אדום (NIRS) לחקר התפתחות הילד גלובלית: כפריים אפריקה שמדרום לסהרה

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

ניסויים Hyperscanning עם ספקטרוסקופיית אינפרא אדום הפונקציונליים

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

שימוש בקרוב-אינפרא אדום פלואורסצנטית ברזולוציה גבוהה סריקה למדוד חלבון הביטוי במוח מכרסם

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

הכנת פרוסות היפוקמפוס אנושיות חריפות להקלטות אלקטרופיזיולוגיות

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

ניתוחי נתונים איכותיים והשוואתיים של פעילות קליפת המוח מניסוי ספקטרוסקופיה כמעט אינפרא-אדום פונקציונלי החלת עיצוב בלוק

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

רכישה אמינה של נתוני אלקטרואנצפלוגרפיה במהלך אלקטרואנצפלוגרפיה סימולטנית ו-MRI פונקציונלי

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

סנכרון קבוצתי במהלך ציור שיתופי באמצעות ספקטרוסקופיה פונקציונלית של אינפרה-אדום קרוב

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