Name: conducting concurrent electroencephalography and functional near-infrared spectroscopy recordings with a flanker task
Uploaded: 2020-05-24T12:30:00
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Questo lavoro è stato svolto in parte presso il cluster di calcolo ad alte prestazioni (HPCC), che è supportato dall'ufficio di tecnologia dell'informazione e della comunicazione (ICTO) dell'Università di Macao. Questo studio è stato sostenuto da MYRG2019-00082-FHS e MYRG 2018-00081-FHS sovvenzioni dall'Università di Macao a Macao, e anche finanziato da The Science and Technology Development Fund, Macao SAR (FDCT 0011/2018/A1 e FDCT 025/2015/A1).

Prima dei test sperimentali, tutti i partecipanti hanno firmato documenti di consenso informato. Il protocollo per il presente studio è stato approvato dal Comitato Etico dell'Università di Macao.
1. Impostazione hardware e software per le registrazioni EEG e fNIRS simultanee
<ol><li>Costruire un tappo di testa per le registrazioni EEG-fNIRS simultanee.<ol>
<li>Selezionare la dimensione del tappo appropriata in base alla circonferenza della testa dei partecipanti. In questo studio, utilizz...

<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 questo protocollo, sono state eseguite registrazioni combinate Di EEG e fNIRS per esaminare i modelli di attivazione del cervello che coinvolgono un paradigma Flanker relativo agli eventi registrando i segnali neurali dell'intero cervello e le risposte emodinamiche simultanee della corteccia prefrontale. I risultati dell'ERP hanno mostrato che N200 a Fz era in grado di distinguere in modo significativo le condizioni congruenti e incongruenti (P-0.037). Nel frattempo, i segnali HbO in SFC (canali 21) hanno anche mostra...

Questo studio mira a sviluppare un protocollo di lavoro per rivelare il modello di attivazione neurale alla base del compito Flanker utilizzando tecniche di neuroimaging FLEE e fNIRS fuse. È interessante notare che le registrazioni fNIRS-EEG simultanee consentono l'ispezione della relazione tra i segnali emodinamici nella corteccia prefrontale e vari componenti potenziali legati agli eventi (ERP) dell'intero cervello associati al compito Flanker.
L'integrazione di varie modalità di neuroimaging non invasivo, tra cui la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS), l'elettroencefalografia (EEG) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) è essenziale per migliorare la comprensione di dove e quando l'elaborazione delle informazioni avviene nel cervello1,2,3. Inoltre, c'è il potenziale per combinare fNIRS ed EEG per esaminare la relazione tra l'attività neurale locale e i successivi cambiamenti nelle risposte emodinamiche, in cui EEG e fNIRS possono essere complementari nel rivelare il meccanismo neurale della funzione cognitiva del cervello umano. fNIRS è una tecnica di neuroimaging funzionale basata su vascolare che si basa sulle risposte emodinamiche per dedurre l'attivazione del cervello. fNIRS misura i relativi cambiamenti di concentrazione di ossiemoglobina (HbO) e deoxyhemoglobina (HbR) nella corteccia cerebrale, che svolge un ruolo importante nello studio dell'elaborazione cognitiva3,4,5,6,7.7 Secondo il meccanismo di accoppiamento neurovascolare e neurometabolico8, il cambiamento dell'attività neurale locale associata all'elaborazione cognitiva è generalmente accompagnato da successive alterazioni del flusso sanguigno locale e dell'ossigeno nel sangue con un ritardo di 4-7 secondi. È dimostrato che l'accoppiamento neurovascolare è probabilmente un trasduttore di potenza, che integra la dinamica veloce dell'attività neurale nell'input vascolare dell'emodinamica lenta9. In particolare, fNIRS è utilizzato principalmente per ispezionare l'attività neurovascolare nel lobo frontale, in particolare la corteccia prefrontale che è responsabile di alte funzioni cognitive, come le funzioni esecutive10,11,12, ragionamento e pianificazione13, processo decisionale14, e cognizione sociale e giudizio morale15. Tuttavia, le risposte emodinamiche misurate da fNIRS catturano solo indirettamente l'attività neurale con una bassa risoluzione temporale, mentre EEG può offrire misure temporali fini e dirette delle attività neurali. Di conseguenza, la combinazione di EEG e registrazione fNIRS può identificare più caratteristiche e rivelare più informazioni associate al funzionamento del cervello.
Ancora più importante, l'acquisizione multimodale dei segnali EEG e fNIRS è stata condotta per ispezionare l'attivazione del cervello alla base di varie attività cognitive16,17,18,19,20,21,22 o interfaccia cervello-computer23,24. In particolare, le registrazioni eRP simultanee (potenziale correlato agli eventi) e fNIRS sono state effettuate in base al paradigma di oddball uditiva relativo agli eventi1, in cui fNIRS può identificare i cambiamenti emodinamici nella corteccia frontotemporale alcuni secondi dopo la comparsa del componente P300. Horovitz et al. ha anche dimostrato le misurazioni simultanee dei segnali fNIRS e del componente P300 durante un'attività di elaborazione semantica25. È interessante notare che studi precedenti basati su registrazioni simultanee di EEG e fNIRS hanno mostrato che P300 durante gli stimoli oddball mostrava una correlazione significativa con i segnali fNIRS26. Si è scoperto che le misure multimodali hanno il potenziale per rivelare il meccanismo neurale cognitivo completo basato sul paradigma correlato all'evento26. Oltre al compito di oddball, il compito Flanker associato al componente ERP N200 è anche un paradigma importante, che può essere utilizzato per lo studio del rilevamento cognitivo delle capacità e della valutazione con controlli sani e pazienti con vari disturbi. In particolare, N200 era un componente negativo che raggiungeva i picchi di 200-350 ms dalla corteccia frontale cingulataanteriore 27 e dalla corteccia temporale superiore28. Anche se studi precedenti hanno esaminato la relazione tra la corteccia frontale superiore e l'oscillazione alfa nell'attività Flanker29, la correlazione tra l'ampiezza N200 e le risposte emodinamiche durante il compito Flanker non è stata esplorata.
In questo protocollo, è stata utilizzata una patch EEG/fNIRS fatta in casa basata sul tappo EEG standard per le registrazioni EEG e fNIRS simultanee. Le disposizioni degli optodi/elettrodi con supporto sono state ottenute attraverso il posizionamento di optodi fNIRS fusi nel tappo EEG. Le acquisizioni simultanee di dati EEG e fNIRS sono state effettuate con gli stessi compiti di stimolo generati dal software E-prime. Ipotizziamo che i componenti ERP associati all'attività Flanker possano mostrare una correlazione significativa con le risposte emodinamiche nella corteccia prefrontale. Nel frattempo, le registrazioni combinate Di ERP e fNIRS possono estrarre più indicatori di segnale per identificare i modelli di attivazione del cervello con una maggiore precisione. Per testare l'ipotesi, la configurazione fNIRS e la macchina EEG sono state integrate per rivelare il complesso meccanismo di cognizione neurale corrispondente all'attività Flanker relativa all'evento.

<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

Le registrazioni EEG e fNIRS simultanee offrono un'ottima opportunità per ottenere una piena comprensione del meccanismo neurale dell'elaborazione cognitiva controllando la relazione tra i segnali neurali ed emodinamici. EEG è una tecnologia elettrofisiologica in grado di misurare la rapida attività neuronale della corteccia, mentre fNIRS si basa sulle risposte emodinamiche per dedurre l'attivazione cerebrale. La combinazione di tecniche di neuroimaging EEG e fNIRS può identificare più caratteristiche e rivelare più informazioni associate al funzionamento del cervello. In questo protocollo, sono state eseguite misurazioni EEG-fNIRS fuse per registrazioni simultanee di potenziali elettrici evocati e risposte emodinamiche durante un'attività Flanker. Inoltre, sono stati forniti e discussi in dettaglio i passaggi critici per la configurazione del sistema hardware e software, nonché le procedure per l'acquisizione e l'analisi dei dati. Si prevede che l'attuale protocollo possa aprire una nuova strada per migliorare la comprensione dei meccanismi neurali alla base di vari processi cognitivi utilizzando i segnali EEG e fNIRS.

Figura 2 Mostra i segnali HbO per tutti i canali, mentre Figura 3 visualizza gli ERP a Fz e FCz per le due condizioni dell'attività Flanker. Figure 4 ha illustrato i risultati dell'analisi di correlazione di Pearson ha mostrato che i segnali fNIRS in SFC hanno mostrato una correlazione significativa con il componente ERP N200 di Fz per la condizione incongruente (P<0.05). Tuttavia, questo non è il ca...

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

Il protocollo attuale descrive come eseguire registrazioni EEG e fNIRS simultanee e come controllare la relazione tra i dati EEG e fNIRS.

Condurre l'elettroencefalografia simultanea e le registrazioni della spettroscopia funzionale vicino all'infrarosso con un compito Flanker

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

Lo scopo di questo studio era quello di sviluppare un protocollo di lavoro per rivelare il modello di attivazione neurologica, sottolineare il compito del flanker utilizzando la tecnica di neuro imaging EEG e fNIRS fusa. Le registrazioni simultanee fNIRS EEG consentono l'ispezione della relazione tra la corteccia prefrontale e i diversi eventi relativi ai potenziali componenti dell'intero cervello. fNIRS nella corteccia cerebrale che legge piuttosto importante nello studio dell'elaborazione cognitiva.Sappiamo che fNIRS è usato principalmente per ispezionare l'attività neurovascolare nel lobo frontale. è correlato ad alte funzioni cognitive cerebrali. Tuttavia la risposta emodinamica soddisfatta da fNIRS può leggere solo le attività a bassa risoluzione temporale, ma EEG può offrire una ricerca temporanea e una misurazione diretta delle attività neuro.La combinazione di registrazioni EEG e fNIRS è in grado di identificare più caratteristiche e rivelare più informazioni relative alle funzioni cerebrali. In questo studio, si utilizzano le tecniche FNIRS EEG utilizzate per registrazioni simultanee di componenti ERP e risposta emodinamica con un'attività flanker. È razionale supporre che i componenti ERP associati al compito del flanker possano mostrare una correlazione significativa con la risposta emodinamica.Per tether questa ipotesi, il fNIRS impostato e la macchina EEG sono stati integrati insieme per rivelare il complesso metismo di neuro cognizione corrispondente all'evento con compito flanker. Prima del test dell'esperimento, tutti i partecipanti hanno firmato documenti di consenso informati. Lo studio è stato approvato dal comitato etico dell'Università di Macao.Numero uno, impostazione hardware e software per registrazioni EEG e fNIRS simultanee. Costruire un copricapo fattibile per registrazioni EEG e fNIRS simultanee. Selezionare la dimensione del cappuccio giusto in base alla circonferenza della testa dei partecipanti.In questo studio, viene utilizzato un cappuccio di medie dimensioni poiché è adatto alla maggior parte dei partecipanti adolescenti o adulti. Disegna il layout in base al design dell'esperimento in letteratura. Scavare 22 fori all'interno del tappo EEG per tenere gli optodi fNIRS in linea con una corteccia frontale specificamente fuori.Posizionare 21 o 71 elettrodi EEG lungo la superficie del cappuccio EEG secondo il sistema internazionale 10-20 e montare le griglie per gli optodi. Impostare la distanza tra ogni coppia di rilevatori di origine come tre centimetri, quindi fissare gli optodi. In ognuno gli optodi blu sono rivelatori mentre quelli rossi sono sorgenti laser.Impostazione della porta EEG e fNIRS nel software. Impostare la porta parallela, ad esempio H378 in questo studio per il sistema EEG. Impostare le porte seriali, ad esempio 600 in questo studio per il sistema fNIRS.Il tipo e il numero di porta devono essere modificati per quanto riguarda varie configurazioni EEG e fNIRS. Si prega di contattare i produttori per ulteriori informazioni. Preparazione prima dell'esperimento.Riscaldare il sistema fNIRS con i laser. Accendilo per 30 minuti. Impostare tutti i permettitori di funzionamento necessari per il sistema di misurazione fNIRS.Nel caso in cui la configurazione, compresi i sistemi di misurazione EEG e fNIRS, Misurare e contrassegnare il punto CZ secondo il sistema internazionale 10-20. Identificare la posizione dell'elettrodo di CZ a metà della distanza tra la e la metà della distanza tra le rientranze interorbitali sinistra e destra.Posizionare prima la parte anteriore del cappuccio lungo la fronte dei partecipanti e quindi tirare giù la sessione posteriore del cappuccio verso il collo. Convalidare le posizioni. Si noti che si consiglia vivamente di impostare gli elettrodi EEG e successivamente gli optodi più vicini.Se il gel conduttivo EEG copre i fori per il posizionamento degli optodi più vicini, dovrebbe essere pulito per prevenire la contaminazione degli optodi. Preparazione per le registrazioni EEG. Riempire il gel conduttivo inserendo un ago smussato attraverso i fori della griglia dell'elettrodo EEG.Posizionare tutti gli elettrodi nella griglia degli elettrodi EEG in base ai livelli. Aprire il software EEG e ispezionare la qualità del segnale degli elettrodi. Riregolare gli elettrodi riempiendo il gel conduttivo se la qualità del segnale non è in grado di soddisfare i requisiti.Preparazione per le registrazioni fNIRS. Attenzione non esporre direttamente gli occhi dei partecipanti al raggio laser della sorgente. Posizionare le fibre ottiche lungo i bracci portanti attaccati al sistema di misurazione fNIRS e al supporto aggiuntivo.Assicurarsi che le fibre siano pulite e ordinate. Inserire la sorgente ottica e i rilevatori nei fori in base al layout. Testare la qualità del segnale.Se un canale non ha un rapporto segnale/rumore di alto livello. Ad esempio, se il canale è contrassegnato in giallo, scambia delicatamente i capelli dei partecipanti che circondano le sonde ottiche per assicurarti che non esista nulla tra la sonda ottica e il cranio. Se il passaggio 2.8.3 non è in grado di migliorare la qualità del segnale, alzare l'intensità del segnale.Se c'è troppo segnale. Esempio se il canale è contrassegnato in rosso, abbassare l'intensità del segnale. Esegui l'esperimento.Inizia l'esperimento quando i segnali sono stabili con un eccellente rapporto segnale/rumore e i partecipanti hanno familiarità con le istruzioni dell'esperimento. Dopo l'esperimento, salvare ed esportare i dati dal fNIRS EEG. Rimuovere con cura gli elettrodi EEG e le sonde ottiche fNIRS.Misurazione delle coordinate MNI 3D tridimensionali degli optodi fNIRS con digitalizzatore 3D. Lascia che i partecipanti si siedano su una sedia e indossi gli occhiali con un sensore. Aprire il software del digitalizzatore nel computer.Assicurarsi che il sistema di digitalizzatore 3D sia in connessione con il computer tramite un'apposta porta com. Caricare il layout degli optodi impostati nel file. Spostare gli stili del digitalizzatore 3D in base alle posizioni chiave.Nuova Zelanda, LZ, orecchio sinistro, orecchio destro, CZ lungo lo schermo e premere il pulsante sullo stilo. Localizzare la sorgente ottica e i rivelatori. Esportare il file delle coordinate 3D.Analisi dei dati. analisi dei dati fNIRS. Elaborare il file di coordinate MNI 3D utilizzando l'opzione di registrazione in fNIRS SPM con MetLife 2019.Seleziona la registrazione speciale autonoma con digitalizzazione 3D. Scegliere l'oggetto in precedenza, salvarlo altri e origin file di testo. Registrazione. Pre-elaborare i segnali fNIRS con il software Homer2 secondo i seguenti passaggi.Applicazione della correzione dell'artefatto Motion modificata. Quindi passare filtrando 0,015 hertz a 0,2 hertz. Normalizzare un'ampiezza del segnale più dinamica dividendo i valori medi.Generare i dati fNIRS per ogni canale basandosi su un'informazione digitalizzata 3D. Selezionare i canali con una probabilità di registrazione del 100% o più in SFC in base al calcolo di regressione dell'SPM fNIRS per ulteriori analisi. Esportare i valori massimi di HbO.Elaborazione dei dati EEG. Caricare la cartella dati EEG non elaborati nel lab EEG utilizzando i plug-in. Scegliere il plug-in BOC per il file BDF in questo studio.Si prega di scegliere il plug-in adatto in base al formato del file di dati EEG. Impostare le informazioni sulla posizione del canale per il lab EEG. Caricare il file di percorso corrispondente del cappuccio.Facciamo riferimento negli elettrodi nel laboratorio ERP che è un plugin del laboratorio EEG. Scegliete i canali, posizionali nello stoccaggio di massa come elettrodi a cui si fa riferimento. Estrarre i dati EEG in base ai file dell'evento e della collocazione nel laboratorio ERP.Filtrare il segmento di dati EEG nel lab ERP utilizzando il filtro IIR. Filtrando le basse frequenze con un cutoff di 30 Hertz e filtrando le alte frequenze con una curva di 0,1 Hertz. Rimuovere gli artefatti EEG oculari all'interno dell'analisi dei componenti Bendon nel laboratorio EEG.Rifiuta il segmento di dati EEG con valori di ampiezza superiori all'intervallo da 100 positivi a 100 microvolt negativi a qualsiasi canale in laboratorio ERP. il segmento di dati EEG nel laboratorio ERP. Si noti che questi sono il metodo di analisi dei dati generalmente utilizzato e il software per la pre-elaborazione dei dati EEG e fNIRS.Sono disponibili numerosi software e metodi di elaborazione. Calcolo della correlazione. Generare la relazione tra registrazioni fNIRS ed EEG con l'analisi di correlazione di Pearson.Risultati rappresentativi. Posizionamento delle cuffie fNIRS e configurazione dei canali. Il layout degli optodi digitalizzati viene convertito nel sistema di coordinate MNI e sovrapposto lungo la corteccia cerebrale.Segnale HbO per tutti i canali associati all'attività flanker. Le curve rosa che denotano una condizione congruente mentre quelle verdi indicano la condizione congruente. Segnale ERP per elettrodi FZ e FCZ.Le curve nere definiscono la condizione incongruente mentre quelle rosse denotano la condizione congruente. Correlazione tra il segnale ERP N200 e fNIRS lungo l'SFC per la condizione incongruente. In sintesi, è stata eseguita la neuro imaging EEG e fNIRS per mappare l'attivazione cerebrale coinvolta, affiancata dalla registrazione dei neuro segnali di tutto il cervello e dalla risposta emodinamica della corteccia prefrontale.Abbiamo acquisito con successo i dati EEG e fNIRS con un compito di flanker. La nostra scoperta ha dimostrato che la risposta emodinamica fNIRS e i componenti ERP N200 sono significativamente correlati che mostrano una diversa prospettiva del meccanismo cognitivo associato al compito del flanker. I nostri risultati di neuro imaging multimodale supportano un ruolo essenziale della tecnica combinata EEG e fNIRS nel contribuire al cervello che apre una nuova strada per migliorare la comprensione del meccanismo neuro delle diverse elaborazioni cognitive.

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