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

Dette arbeidet ble utført delvis ved high performance computing cluster (HPCC), som støttes av informasjons- og kommunikasjonsteknologikontor (ICTO) ved University of Macau. Denne studien ble støttet av MYRG2019-00082-FHS og MYRG 2018-00081-FHS tilskudd fra University of Macau i Macao, og også finansiert av The Science and Technology Development Fund, Macau SAR (FDCT 0011/2018/A1 og FDCT 025/2015/A1).

Før eksperimentelle tester signerte alle deltakerne informerte samtykkedokumenter. Protokollen for den nåværende studien ble godkjent av etikkkomiteen ved Universitetet i Macao.
1. Maskinvare- og programvareinnstilling for samtidige EEG- og fNIRS-opptak
<ol><li>Konstruer en hodehette for samtidige EEG-fNIRS-opptak.<ol>
<li>Velg riktig cap størrelse i henhold til hodet omkrets av deltakerne. I denne studien, bruk en middels stor hette siden den er egnet for de fleste unge og voksne deltak...

<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>

I denne protokollen ble kombinerte EEG- og fNIRS-opptak utført for å undersøke hjerneaktiveringsmønstrene som involverte et hendelsesrelatert Flanker-paradigme ved å registrere nevrale signaler fra hele hjernen og samtidige hemodynamiske responser fra prefrontal cortex. ERP-resultatene viste at N200 hos Fz var i stand til å skille de kongruent og urimelig forholdene (P =0,037). I mellomtiden viste HbO-signalene i SFC (kanal 21) også en betydelig forskjell mellom de kongruente og urimelige forholdene, som viste evn...

Denne studien tar sikte på å utvikle en arbeidsprotokoll for å avsløre det nevrale aktiveringsmønsteret som ligger til grunn for Flanker-oppgaven ved hjelp av smeltede EEG- og fNIRS-neuroimaging-teknikker. Interessant, samtidige fNIRS-EEG-opptak tillater inspeksjon av forholdet mellom de hemodynamiske signalene i prefrontal cortex og ulike hendelsesrelaterte potensielle (ERP) komponenter i hele hjernen forbundet med Flanker oppgaven.
Integreringen av ulike ikke-invasive neuroimaging modaliteter, inkludert funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS), elektroencefalografi (EEG), og funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) er avgjørende for å forbedre forståelsen av hvor og når informasjonsbehandling finner sted i hjernen1,2,3. I tillegg er det potensial til å kombinere fNIRS og EEG for å undersøke forholdet mellom lokal nevrale aktivitet og påfølgende endringer i hemodynamiske svar, der EEG og fNIRS kan være komplementære i å avsløre den nevrale mekanismen for human hjernekognitiv funksjon. fNIRS er en vaskulær-basert funksjonell neuroimaging teknikk som er avhengig av hemodynamiske svar på utlede hjerneaktivering. fNIRS måler de relative oksyhemoglobin (HbO) og deoxyhemoglobin (HbR) konsentrasjonsendringer i hjernebarken, som spiller en viktig rolle i studien av kognitiv behandling3,4,5,6,7. Ifølge den nevrovaskulære og nevrometabolske koblingsmekanismen8, er endringen av lokal nevrale aktivitet forbundet med kognitiv behandling generelt ledsaget av påfølgende endringer i den lokale blodstrømmen og blodoksygen med en forsinkelse på 4-7 sekunder. Det er vist at den nevrovaskulære koblingen sannsynligvis er en krafttransduser, som integrerer den raske dynamikken i nevrale aktivitet i vaskulær inngang av langsom hemodynamikk9. Spesielt er fNIRS mest brukt til å inspisere den nevrovaskulære aktiviteten i frontallappen, spesielt prefrontal cortex som er ansvarlig for høye kognitive funksjoner, for eksempel utøvende funksjoner10,11,12, resonnement og planlegging13, beslutningstaking14, og sosial kognisjon og moralsk dom15. Imidlertid fanger de hemodynamiske svarene målt av fNIRS bare indirekte nevrale aktiviteten med lav temporal oppløsning, mens EEG kan tilby tidsmessig fine og direkte tiltak for nevrale aktiviteter. Følgelig kan kombinasjonen av EEG- og fNIRS-opptak identifisere flere funksjoner og avsløre mer informasjon knyttet til hjernens funksjon.
Enda viktigere, multi-modal oppkjøpav EEG og fNIRS signaler har blitt utført for å inspisere hjernen aktivering underliggende ulike kognitive oppgaver16,,17,18,19,20,21,22 eller hjernen-datamaskin grensesnitt23,24. Spesielt samtidige ERP (hendelsesrelatert potensial) og fNIRS-opptak ble utført basert på det hendelsesrelaterte auditive oddballparadigmet1, der fNIRS kan identifisere de hemodynamiske endringene i frontotemporal cortex flere sekunder etter utseendet på P300-komponenten. Horovitz et al. demonstrerte også samtidige målinger av fNIRS-signaler og P300-komponenten under en semantisk behandlingsoppgave25. Interessant, tidligere studier basert på samtidige EEG og fNIRS opptak viste at P300 under oddball stimuli viste en betydelig korrelasjon med fNIRS signaler26. Det ble oppdaget at de multi-modale tiltakene har potensial til å avsløre den omfattende kognitive nevrale mekanismen basert på det hendelsesrelaterte paradigmet26. I tillegg til oddball oppgaven, flanker oppgave forbundet med ERP komponent N200 er også et viktig paradigme, som kan brukes til undersøkelse av kognitiv evne deteksjon og evaluering med sunne kontroller og pasienter med ulike lidelser. Spesielt var N200 en negativ komponent som topper 200-350 ms fra fremre cingulated cortex frontal27 og overlegen temporal cortex28. Selv om tidligere studier undersøkte forholdet mellom den overlegne frontal cortex og alfa oscillasjon i Flanker oppgave29, har korrelasjonen mellom N200 amplitude og hemodynamiske svar under Flanker oppgaven ikke blitt utforsket.
I denne protokollen ble det benyttet en hjemmelaget EEG/fNIRS-patch basert på standard EEG-hette for samtidige EEG- og fNIRS-opptak. Arrangementene av optoder/elektroder med støtte ble oppnådd gjennom plassering av fNIRS-optoder smeltet inn i EEG-hetten. Samtidige EEG- og fNIRS-datainnhentinger ble utført med de samme stimulioppgavene som genereres av E-prime-programvare. Vi hypoteser om at ERP-komponenter forbundet med Flanker-oppgaven kan vise en betydelig korrelasjon med de hemodynamiske svarene i prefrontal cortex. I mellomtiden kan de kombinerte ERP- og fNIRS-opptakene trekke ut flere signalindikatorer for å identifisere hjerneaktiveringsmønstrene med forbedret nøyaktighet. For å teste hypotesen ble fNIRS-oppsettet og EEG-maskinen integrert for å avsløre den komplekse nevrale kognisjonsmekanismen som tilsvarer den hendelsesrelaterte Flanker-oppgaven.

<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

Samtidige EEG- og fNIRS-opptak gir en utmerket mulighet til å få en full forståelse av den nevrale mekanismen for kognitiv behandling ved å inspisere forholdet mellom nevrale og hemodynamiske signaler. EEG er en elektrofysiologisk teknologi som kan måle den raske nevronale aktiviteten til cortex, mens fNIRS er avhengig av de hemodynamiske responsene på infer hjerneaktivering. Kombinasjonen av EEG og fNIRS neuroimaging teknikker kan identifisere flere funksjoner og avsløre mer informasjon knyttet til hjernens funksjon. I denne protokollen ble det utført sammensmeltede EEG-fNIRS-målinger for samtidige opptak av fremkalt-elektriske potensialer og hemodynamiske svar under en Flanker-oppgave. I tillegg ble de kritiske trinnene for å sette opp maskinvare- og programvaresystemet samt prosedyrene for datainnsamling og analyse gitt og diskutert i detalj. Det forventes at den nåværende protokollen kan bane en ny vei for å forbedre forståelsen av nevrale mekanismer underliggende ulike kognitive prosesser ved hjelp av EEG og fNIRS signaler.

Figur 2 viser HbO-signalene for alle kanaler, mens figur 3 viser ERPs på Fz og FCz for de to betingelsene for Flanker-oppgaven. Figure 4 illustrerte resultatene fra Pearsons korrelasjonsanalyse viste at fNIRS-signalene i SFC viste en signifikant korrelasjon med ERP N200-komponenten ved Fz for urimelig tilstand (P<0,05). Dette er imidlertid ikke tilfelle for de kongruente forholdene (P> 0,05)....

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

Den nåværende protokollen beskriver hvordan du utfører samtidige EEG- og fNIRS-opptak og hvordan man inspiserer forholdet mellom EEG- og fNIRS-dataene.

Gjennomføre samtidig elektroencefalografi og funksjonelle nær-infrarødspektroskopiopptak med en flanker oppgave

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

Målet med denne studien var å utvikle en arbeidsprotokoll for å avsløre neuro aktiveringsmønsteret, understreke flanker oppgaven ved hjelp av smeltet EEG og fNIRS neuro imaging teknikk. Samtidige fNIRS EEG-opptak gir mulighet for inspeksjon av forholdet mellom prefrontal cortex og ulike hendelser knyttet til de potensielle komponentene i hele hjernen. fNIRS i hjernebarken som ganske viktig lov i studiet av kognitiv behandling.Vi vet at fNIRS er mest brukt til å inspisere den nevrovaskulære aktiviteten i frontallappen. er relatert til kognitive funksjoner i høy hjerne. Men den hemodynamiske responsen som fNIRS har møtt, kan bare lese aktivitetene med lav temporal oppløsning, men EEG kan tilby midlertidig funn og direkte måling av nevroaktiviteter.Kombinasjonen av EEG- og fNIRS-opptak er i stand til å identifisere flere funksjoner og avsløre mer informasjon knyttet til hjernefunksjonene. I denne studien bruker du EEG fNIRS teknikker ble brukt for samtidige opptak av ERP komponenter og hemodynamisk respons med en flanker oppgave. Det er rasjonelt å anta at ERP-komponenter som assosierer med flankeroppgaven, kan vise betydelig korrelasjon med den hemododynamiske responsen.For å tether denne antagelsen ble fNIRS satt opp og EEG-maskinen integrert sammen for å avsløre den komplekse nevrokognisjonsmetismen som tilsvarer hendelsen med flankeroppgave. Før eksperimenttesten signerte alle deltakerne informerte samtykkedokumenter. Studien ble godkjent av etikkkomiteen ved Universitetet i Macao.Nummer én, maskinvare- og programvareinnstilling for samtidige EEG- og fNIRS-opptak. Konstruer en mulig hodehette for samtidige EEG- og fNIRS-opptak. Velg riktig cap størrelse i henhold til hodet omkrets av deltakerne.I denne studien brukes en mellomstor hette siden den passer for de fleste unge eller voksne deltakere. Tegn oppsettet i henhold til eksperimentdesignen i litteraturen. Grav 22 hull inne i EEG-hetten for å holde fNIRS optodes i tråd med en spesielt ut frontal cortex.Plasser 21 eller 71 EEG elektroder langs overflaten av EEG-hetten i henhold til 10-20 internasjonale systemet og monter ristene for optodene. Still inn avstanden mellom hvert kildedetektorpar som tre centimeter, og fest deretter optodene. I hver blå optodes er detektorer mens de røde er laserkilder.Stille inn EEG- og fNIRS-porten i programvaren. Angi parallellporten, eksempel H378 i denne studien for EEG-systemet. Angi serielle porter, eksempel 600 i denne studien for fNIRS-systemet.Porttypen og -nummeret bør endres angående ulike EEG- og fNIRS-oppsett. Ta kontakt med produsentene for mer informasjon. Forberedelse før eksperimentet.Varm opp fNIRS-systemet med lasere. Slå den på i 30 minutter. Still inn alle nødvendige driftsinfler for fNIRS-målesystemet.Skulle oppsettet, inkludert EEG og fNIRS målesystemer til deltaker. Mål og merk CZ-punktet i henhold til 10-20 internasjonale systemet. Identifiser elektrodeposisjonen til CZ ved halvparten av avstanden mellom og halvparten av avstanden mellom venstre og høyre interorbitale innrykk.Plasser den fremre delen av hetten langs deltakernes panne først, og trekk deretter ned den fremre økten på hetten mot nakken. Validerer stillingene. Merk at det anbefales sterkt at EEG-elektroder først skal stilles inn og deretter de nærmeste optodene.Hvis EEG ledende gel dekker hullene for plassering av nærmeste optodes, bør den være ren for å forhindre kontaminering av optoder. Forberedelse til EEG-opptakene. Fyll ledende gel ved å sette inn en stump nål gjennom hullene i EEG elektroderist.Plasser alle elektroder i EEG elektroder rutenettet i henhold til nivåene. Åpne EEG-programvaren og inspiser signalkvaliteten på elektrodene. Juster elektrodene på nytt ved å fylle på ledende gel hvis signalkvaliteten ikke oppfylte kravene.Forberedelse til fNIRS-opptakene. Forsiktig ikke utsette deltakerne øyne for laserstrålen av kilden direkte. Plasser de optiske fibrene langs holderarmene festet til fNIRS-målesystemet og ekstra holderen.Pass på at fibrene er ryddige og ryddige. Sett den optiske kilden og detektorene inn i hullene i henhold til oppsettet. Test signalkvaliteten.Hvis en kanal ikke har et signal-til-støyforhold på høyt nivå. Eksempel, hvis kanalen er merket med gult, bytter du forsiktig deltakerhår rundt de optiske sondene for å sikre at ingenting eksisterer mellom den optiske sonden og skallen. Hvis trinn 2.8.3 ikke kan forbedre signalkvaliteten, skrur du opp signalintensiteten.Hvis det er for mye signal. Eksempel hvis kanalen er merket med rødt, skrur du ned signalintensiteten. Kjør eksperimentet.Start eksperimentet når signalene er stabile med utmerket signal-til-støy-forhold og deltakerne er kjent med eksperimentinstruksjonene. Etter eksperimentet lagrer og eksporterer du dataene fra EEG fNIRS. Fjern EEG-elektroder og fNIRS optiske prober forsiktig.Måling av tredimensjonale 3D MNI koordinater av fNIRS optodes med 3D-digitalisering. La deltakerne sitte i en stol og bruke brillene med en sensor. Åpne digitaliseringsprogramvaren på datamaskinen.Kontroller at 3D-digitaliseringssystemet er i forbindelse med datamaskinen via en passende com-port. Last inn oppsettet for optodes satt i filen. Flytt 3D-digitaliseringsstilene som samsvarer med nøkkelposisjonene.NZ, LZ, venstre øre, høyre øre, CZ langs skjermen og trykk på knappen på pekepennen. Lokaliser optisk kilde og detektorer. Eksporter 3D-koordinatfilen.Dataanalyse. fNIRS dataanalyse. Behandle 3D MNI-koordinater-filen ved hjelp av registreringsalternativet i fNIRS SPM med MetLife 2019.Velg frittstående spesiell registrering med 3D-digitalisering. Velg tidligere, lagre den andre og opprinnelse tekstfil. Registrering. Forhåndsprosesser fNIRS-signaler med Homer2-programvare i henhold til følgende trinn.Anvendelsen av den endrede korrigeringen av bevegelsesartefakt. Deretter passerer du filtrering 0,015 hertz til 0,2 hertz. Normaliser en mer dynamisk signalalitud ved å dele gjennomsnittsverdiene.Generer fNIRS-dataene for hver kanal som baserer seg på en 3D-digitalisert informasjon. Velg kanalene som har en registreringssannsynlighet på 100 % eller mer i SFC i henhold til regresjonsberegningen av fNIRS SPM for videre analyse. Eksporter toppverdiene til HbO.EEG databehandling. Last inn den rå EEG-datamappen i EEG-laboratoriet ved hjelp av plugins. Velg BOC plugin for BDF-filen i denne studien.Merk, vennligst velg passende plugin i henhold til EEG datafilformat. Angi informasjon om kanalplassering for EEG-laboratoriet. Last inn den tilsvarende plasseringsfilen for hetten.Vi refererer i elektroder i ERP lab som er en plugin av EEG lab. Velg kanalene, plasser den i masselagringen som refererte elektroder. Pakk ut EEG-data basert på hendelses- og hyllefilene i ERP-laboratoriet.Filtrer EEG-datasegmentet i ERP-laboratoriet ved hjelp av IIR-filteret. Ved å filtrere de lave frekvensene med en cutoff på 30 Hertz og ved å filtrere de høye frekvensene med en kurve på 0,1 Hertz. Fjern okulære EEG artefakter i Bendon komponentanalyse i EEG lab.Avvis EEG-datasegment med amplitudeverdier som overskrider området fra positiv 100 til negativ 100 mikrovolt på hvilken som helst kanal i ERP-laboratoriet. EEG-datasegmentet i ERP-laboratoriet. Merk at dette er den vanligvis brukte dataanalysemetoden og programvaren for forhåndsbehandling av EEG- og fNIRS-data.Det er mange behandlingsprogramvare og metoder tilgjengelig. Korrelasjonsberegning. Generer forholdet mellom fNIRS og EEG-opptak med Pearson korrelasjonsanalyse.Representative resultater. fNIRS headset plassering og kanaler konfigurasjon. Den digitaliserte optodes layout konverteres til MNI koordinatsystemet og overlappet langs hjernebarken.HbO-signal for alle kanaler knyttet til flankeroppgaven. De rosa kurvene betegner kongruent tilstand mens de grønne indikerer den kongruent tilstand. ERP-signal for FZ- og FCZ-elektroder.De svarte kurvene definerer den urimelige tilstanden, mens de røde betegner den kongruenttilstanden. Korrelasjon mellom ERP N200 og fNIRS signal langs SFC for urimelig tilstand. Oppsummert kombinere EEG og fNIRS neuro imaging ble utført for å kartlegge hjernen aktivering involvert flankert ved å registrere nevrosignaler av hele hjernen og hemodynamisk respons av prefrontal cortex.Vi klarte å skaffe EEG- og fNIRS-dataene med en flankeroppgave. Vårt funn viste at fNIRS hemodynamisk respons og ERP N200 komponenter er betydelig korrelert som viser forskjellig perspektiv på kognitiv mekanisme forbundet med flanker oppgaven. Våre multimodale neuro imaging resultater støtter en viktig rolle i kombinert EEG og fNIRS teknikk i å bidra til hjernen som baner en ny vei for å forbedre forståelsen av nevromekanismen for ulike kognitiv behandling.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and 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

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

Samtidig opptak av samlokalisert Elektroencefalogram og lokale feltet potensialet i gnagere

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 feltet metoder å bruke funksjonell nær infrarødspektroskopi (NIRS) Neuroimaging å studere globale barns utvikling: landlige Sahara

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

Gjennomføre Hyperscanning eksperimenter med funksjonell nær infrarød spektroskopi

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

Bruke nær-infrarød fluorescens og høyoppløselig skanning å måle protein uttrykk i gnagere Brain

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

Fremstilling av akutte menneskelige hippocampale skiver for elektrofysiologiske opptak

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

Kvalitative og komparative kortikale aktivitetsdataanalyser fra et funksjonelt nær-infrarødt spektroskopieksperiment som bruker blokkdesign

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

Pålitelig anskaffelse av elektroencefalografidata under samtidig elektroencefalografi og funksjonell MR

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

Gruppesynkronisering under samarbeidstegning ved hjelp av funksjonell nær-infrarød spektroskopi

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