Name: conducting concurrent electroencephalography and functional near-infrared spectroscopy recordings with a flanker task
Uploaded: 2020-05-24T12:30:00
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Este trabalho foi realizado em parte no cluster de computação de alto desempenho (HPCC), que é apoiado pelo Escritório de Tecnologia da Informação e Comunicação (ICTO) da Universidade de Macau. Este estudo foi apoiado por bolsas MYRG2019-00082-FHS e MYRG 2018-00081-FHS da Universidade de Macau, em Macau, e também financiado pelo Fundo de Desenvolvimento de Ciência e Tecnologia, Macau SAR (FDCT 0011/2018/A1 e FDCT 025/2015/A1).

Antes dos testes experimentais, todos os participantes assinaram documentos de consentimento informado. O protocolo para o presente estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética da Universidade de Macau.
1. Configuração de hardware e software para gravações eEG simultâneas e fNIRS
<ol><li>Construa uma tampa de cabeça para gravações EEG-fNIRS simultâneas.<ol>
<li>Selecione o tamanho da tampa apropriada de acordo com a circunferência da cabeça dos participantes. Neste estudo, utilize u...

<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>

Neste protocolo, foram realizadas gravações combinadas de EEG e fNIRS para examinar os padrões de ativação cerebral envolvendo um paradigma Flanker relacionado a eventos, registrando os sinais neurais de todo o cérebro e respostas hemodinâmicas simultâneas do córtex pré-frontal. Os resultados do ERP mostraram que n200 em Fz foi capaz de distinguir significativamente as condições congruentes e incongruentes (P=0,037). Enquanto isso, os sinais de HbO em SFC (canais 21) também apresentaram diferença significat...

Este estudo tem como objetivo desenvolver um protocolo de trabalho para revelar o padrão de ativação neural subjacente à tarefa flanker usando técnicas de eEG fundido e neuroimagem fNIRS. Curiosamente, as gravações simultâneas fNIRS-EEG permitem a inspeção da relação entre os sinais hemodinâmicos no córtex pré-frontal e vários componentes potenciais relacionados a eventos (ERP) de todo o cérebro associados à tarefa flanker.
A integração de várias modalidades de neuroimagem não invasivas, incluindo espectroscopia funcional de quase infravermelho (fNIRS), eletroencefalografia (EEG) e ressonância magnética funcional (fMRI) é essencial para melhorar a compreensão de onde e quando o processamento de informações está ocorrendo no cérebro1,2,3. Além disso, há o potencial de combinar fNIRS e EEG para examinar a relação entre a atividade neural local e subsequentes mudanças nas respostas hemodinâmicas, nas quais o EEG e o fNIRS podem ser complementares na revelação do mecanismo neural da função cognitiva cerebral humana. fNIRS é uma técnica de neuroimagem funcional baseada em vasculares que se baseia nas respostas hemodinâmicas para inferir a ativação cerebral. fNIRS mede as alterações relativas de concentração de oxihemoglobina (HbO) e desoxiemoglobina (HbR) no córtex cerebral, que desempenha um papel importante no estudo do processamento cognitivo3,4,5,6,7. De acordo com o mecanismo de acoplamento neurovascular e neurometabólico8,a mudança da atividade neural local associada ao processamento cognitivo é geralmente acompanhada de alterações subseqüentes no fluxo sanguíneo local e oxigênio no sangue com um atraso de 4-7 segundos. Mostra-se que o acoplamento neurovascular é provavelmente um transdutor de energia, que integra a dinâmica rápida da atividade neural na entrada vascular da hemodinâmica lenta9. Especificamente, o fNIRS é mais utilizado para inspecionar a atividade neurovascular no lobo frontal, especialmente o córtex pré-frontal responsável por altas funções cognitivas, como funções executivas10,11,12, raciocínio e planejamento13, tomada de decisão14, e cognição social e julgamento moral15. No entanto, as respostas hemodinâmicas medidas pelo FNIRS capturam apenas indiretamente a atividade neural com baixa resolução temporal, enquanto o EEG pode oferecer medidas temporais finas e diretas de atividades neurais. Consequentemente, a combinação de gravação de EEG e fNIRS pode identificar mais recursos e revelar mais informações associadas ao funcionamento do cérebro.
Mais importante, a aquisição multimodal de sinais EEG e fNIRS tem sido realizada para inspecionar a ativação cerebral subjacente a várias tarefas cognitivas16,17,,18,,19,20,21,,22 ou interface cérebro-computador23,24. Em particular, foram realizadas gravações simultâneas de ERP (potencial relacionado a eventos) e fNIRS com base no paradigma oddball auditivo relacionado ao evento1, no qual o fNIRS pode identificar as alterações hemodinâmicas no córtex frontotemporal vários segundos após o aparecimento do componente P300. Horovitz et al. também demonstraram as medições simultâneas dos sinais fNIRS e do componente P300 durante uma tarefa de processamento semântico25. Curiosamente, estudos anteriores baseados em registros simultâneos de EEG e fNIRS mostraram que P300 durante estímulos oddball apresentaram correlação significativa com os sinais fNIRS26. Descobriu-se que as medidas multimodais têm o potencial de revelar o mecanismo neural cognitivo abrangente com base no paradigma26relacionado ao evento . Além da tarefa oddball, a tarefa flanker associada ao componente ERP N200 também é um importante paradigma, que pode ser utilizado para a investigação da detecção e avaliação da capacidade cognitiva com controles saudáveis e pacientes com diversos transtornos. Especificamente, N200 foi um componente negativo que atinge 200-350 ms do córtex anterior cingulado frontal27 e córtex temporal superior28. Embora estudos anteriores tenham examinado a relação entre o córtex frontal superior e a oscilação alfa na tarefa Flanker29, a correlação entre a amplitude N200 e as respostas hemodinâmicas durante a tarefa flanker não foi explorada.
Neste protocolo, foi utilizado um patch EEG/fNIRS caseiro com base na tampa eEG padrão para as gravações eEG e fNIRS simultâneas. Os arranjos de optodes/eletrodos com suporte foram realizados através da colocação de optodes fNIRS fundidos na tampa do EEG. As aquisições simultâneas de dados EEG e fNIRS foram realizadas com as mesmas tarefas de estímulo geradas pelo software E-prime. Temos a hipótese de que os componentes ERP associados à tarefa Flanker podem apresentar uma correlação significativa com as respostas hemodinâmicas no córtex pré-frontal. Enquanto isso, as gravações combinadas de ERP e fNIRS podem extrair múltiplos indicadores de sinal para identificar os padrões de ativação cerebral com maior precisão. Para testar a hipótese, a configuração fNIRS e a máquina EEG foram integradas para revelar o complexo mecanismo de cognição neural correspondente à tarefa flanker relacionada ao 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

As gravações simultâneas de EEG e fNIRS oferecem uma excelente oportunidade para obter uma compreensão completa do mecanismo neural do processamento cognitivo inspecionando a relação entre os sinais neurais e hemodinâmicos. O EEG é uma tecnologia eletrofisiológica que pode medir a atividade neuronal rápida do córtex, enquanto o fNIRS depende das respostas hemodinâmicas para inferir a ativação cerebral. A combinação de técnicas de neuroimagem EEG e fNIRS pode identificar mais características e revelar mais informações associadas ao funcionamento do cérebro. Neste protocolo, foram realizadas medições fundidas de EEG-fNIRS para gravações simultâneas de potenciais elétricos evocados e respostas hemodinâmicas durante uma tarefa flanker. Além disso, as etapas críticas para a configuração do sistema de hardware e software, bem como os procedimentos de aquisição e análise de dados foram fornecidas e discutidas detalhadamente. Espera-se que o presente protocolo possa pavimentar um novo caminho para melhorar a compreensão dos mecanismos neurais subjacentes a diversos processos cognitivos por meio dos sinais EEG e fNIRS.

A Figura 2 mostra os sinais de HbO para todos os canais, enquanto a Figura 3 exibe os ERPs em Fz e FCz para as duas condições da tarefa Flanker. Figure 4 ilustrou os resultados da análise de correlação de Pearson mostraram que os sinais fNIRS em SFC apresentaram uma correlação significativa com o componente ERP N200 na Fz para a condição incongruente (P<0,05). No entanto, este não é o caso p...

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

O presente protocolo descreve como realizar gravações eEG simultâneas e fNIRS e como inspecionar a relação entre os dados de EEG e fNIRS.

Realização de Eletroencefalografia simultânea e gravações de espectroscopia quase infravermelha funcional com uma tarefa flanker

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

O objetivo deste estudo foi desenvolver um protocolo de trabalho para revelar o padrão de ativação neurológica, sublinhar a tarefa flanker usando a técnica de imagem neurofísica fundida EEG e fNIRS. As gravações simultâneas de EEG fNIRS permitem a inspeção da relação entre o córtex pré-frontal e diferentes eventos relacionados aos componentes potenciais de todo o cérebro. fNIRS no córtex cerebral que é uma lei muito importante no estudo do processamento cognitivo.Sabemos que o FNIRS é usado principalmente para inspecionar a atividade neurovascular no lobo frontal. está relacionado com altas funções cognitivas cerebrais. No entanto, a resposta hemodinâmica atendida pelo FNIRS só pode ler as atividades com baixa resolução temporal, mas o EEG pode oferecer a medição temporária e direta das atividades neurológicas.A combinação de gravações de EEG e fNIRS é capaz de identificar mais recursos e revelar mais informações relacionadas com as funções cerebrais. Neste estudo, foram utilizadas as técnicas de EEG fNIRS para gravações simultâneas de componentes ERP e resposta hemodinâmica com uma tarefa de flanker. É racional assumir que os componentes ERP associados à tarefa flanker podem apresentar correlação significativa com a resposta hemodinâmica.Para amarrar essa suposição, os fNIRS configurados e a máquina EEG foram integrados em conjunto para revelar o complexo metismo de neurognição correspondente ao evento com a tarefa flanker. Antes do teste de experiência, todos os participantes assinaram documentos de consentimento informados. O estudo foi aprovado pelo comitê de ética da Universidade de Macau.Número um, configuração de hardware e software para gravações simultâneas de EEG e fNIRS. Construa uma tampa de cabeça viável para gravações simultâneas de EEG e fNIRS. Selecione o tamanho da tampa certa de acordo com a circunferência da cabeça dos participantes.Neste estudo, é utilizada uma tampa de médio porte, pois é adequada para a maioria dos participantes adolescentes ou adultos. Desenhe o layout de acordo com o desenho do experimento na literatura. Cavar 22 orifícios dentro da tampa EEG para segurar os optodes fNIRS em linha com um córtex frontal especificamente fora.Coloque 21 ou 71 eletrodos EEG ao longo da superfície da tampa EEG de acordo com o sistema internacional 10-20 e monte as grades para os optodes. Defina a distância entre cada par de detectores de origem como três centímetros e, em seguida, fixar os optodes. Em cada um dos optodes azuis são detectores, enquanto os vermelhos são fontes de laser.Definindo a porta EEG e fNIRS no software. Defina a porta paralela, exemplo H378 neste estudo para o sistema EEG. Defina as portas seriais, exemplo 600 neste estudo para o sistema fNIRS.O tipo e o número da porta devem ser modificados em relação a várias configurações de EEG e fNIRS. Entre em contato com os fabricantes para obter mais informações. Preparação antes do experimento.Aqueça o sistema fNIRS com lasers. Ligue por 30 minutos. Defina todos os permitidores de operação necessários para o sistema de medição fNIRS.Caso a configuração, incluindo os sistemas de medição EEG e fNIRS, participe. Medir e marcar o ponto CZ de acordo com o sistema internacional 10-20. Identifique a posição do eletrodo de CZ a metade da distância entre a distância entre as recuos interorbitais esquerdo e direito.Coloque a parte dianteira da tampa ao longo da testa dos participantes primeiro e, em seguida, puxe para baixo a sessão de trás da tampa em direção ao pescoço. Validação das posições. Note que é altamente recomendável que os eletrodos EEG sejam primeiro definidos e, posteriormente, os optodes mais próximos.Se o gel condutor do EEG cobrir os orifícios para a colocação de optodes mais próximos, deve ser limpo para evitar a contaminação de optodes. Preparação para as gravações do EEG. Encha o gel condutor inserindo uma agulha cega através dos orifícios de grate eletrodo EEG.Coloque todos os eletrodos na rede de eletrodos EEG de acordo com os níveis. Abra o software EEG e inspecione a qualidade do sinal dos eletrodos. Reajuste dos eletrodos reabastecendo gel condutor se a qualidade do sinal não puder atender aos requisitos.Preparação para as gravações fNIRS. A cautela não expõe os olhos dos participantes ao raio laser da fonte diretamente. Coloque as fibras ópticas ao longo dos braços do suporte ligados ao sistema de medição fNIRS e ao suporte adicional.Certifique-se de que as fibras estão limpas e arrumadas. Insira a fonte óptica e os detectores nos orifícios de acordo com o layout. Teste a qualidade do sinal.Se um canal não tiver uma relação de sinal de alto nível para ruído. Exemplo, se o canal estiver marcado em amarelo troque suavemente os cabelos dos participantes ao redor das sondas ópticas para garantir que nada exista entre a sonda óptica e o crânio. Se a etapa 2.8.3 não puder melhorar a qualidade do sinal, a intensidade do sinal.Se houver muito sinal. Exemplo, se o canal estiver marcado em vermelho, abaixe a intensidade do sinal. Executar o experimento.Inicie o experimento quando os sinais estiverem estáveis com excelente relação sinal/ruído e os participantes estejam familiarizados com as instruções do experimento. Após o experimento, salve e exporte os dados do EEG fNIRS. Remova cuidadosamente os eletrodos EEG e as sondas ópticas fNIRS.Medição de coordenadas tridimensionais, MNI 3D de optodes fNIRS com digitalizador 3D. Deixe os participantes sentarem em uma cadeira e usarem os óculos com um sensor. Abra o software de digitalização no computador.Certifique-se de que o sistema digitalizador 3D esteja em conexão com o computador através de uma porta com apropriada. Carregue o layout dos optodes definidos no arquivo. Mova os estilos de digitalização 3D de acordo com as posições-chave.NZ, LZ, orelha esquerda, orelha direita, CZ ao longo da tela e pressione o botão na caneta. Localize a fonte óptica e os detectores. Exporte o arquivo de coordenadas 3D.Análise de dados. análise de dados fNIRS. Processe o arquivo de coordenadas 3D MNI usando a opção de registro na fNIRS SPM com a MetLife 2019.Selecione cadastro especial independente com digitalização 3D. Escolha o anteriormente, salve-o de outros e arquivo de texto de origem. Registo. Pré-processo de sinais fNIRS com software Homer2 de acordo com as seguintes etapas.A aplicação da correção do artefato de movimento modificado. Em seguida, passe filtrando 0,015 hertz para 0,2 hertz. Normalize uma amplitude de sinal mais dinâmica dividindo os valores médios.Gere os dados fNIRS para cada canal baseado em informações digitalizadas em 3D. Selecione os canais que têm uma probabilidade de registro de 100% ou mais em SFC de acordo com o cálculo de regressão do fNIRS SPM para análise posterior. Exporte os valores máximos do HbO.Processamento de dados EEG. Carregue a pasta de dados EEG bruta no laboratório EEG usando os plugins. Escolha o plugin BOC para arquivo BDF neste estudo.Observe, por favor, escolha o plugin adequado de acordo com o formato de arquivo de dados EEG. Defina as informações de localização do canal para o laboratório EEG. Carregue o arquivo de localização correspondente da tampa.Nós referenciamos em eletrodos no laboratório ERP que é um plugin do laboratório EEG. Escolha os canais, coloque-o no armazenamento em massa como eletrodos referenciados. Extrair dados de EEG com base nos arquivos de eventos e bin no laboratório ERP.Filtre o segmento de dados EEG no laboratório ERP usando o filtro IIR. Filtrando as frequências baixas com um corte de 30 Hertz e filtrando as altas frequências com uma curva de 0,1 Hertz. Remova artefatos EEG oculares na análise de componentes bendon no laboratório EEG.Rejeite o segmento de dados EEG com valores de amplitude superiores à faixa de 100 positivos até os 100 microvolt negativos em qualquer canal no laboratório ERP. o segmento de dados EEG no laboratório ERP. Note que estes são o método de análise de dados geralmente utilizado e o software para pré-processamento de dados EEG e fNIRS.Existem inúmeros softwares de processamento e métodos disponíveis. Cálculo de correlação. Gerar a relação entre gravações de fNIRS e EEG com análise de correlação de Pearson.Resultados representativos. configuração de posicionamento do fone de ouvido fNIRS e canais. O layout digitalizado de optodes é convertido no sistema de coordenadas MNI e sobreposto ao longo do córtex cerebral.Sinal de HbO para todos os canais associados à tarefa flanker. As curvas cor-de-rosa denotam condição congruente, enquanto as verdes indicam a condição congruente. Sinal ERP para eletrodos FZ e FCZ.As curvas pretas definem a condição incongruente, enquanto as vermelhas denotam a condição congruente. Correlação entre o sinal ERP N200 e fNIRS ao longo do SFC para a condição incongruente. Em resumo, a imagem neurológica EEG e fNIRS foi realizada para mapear a ativação cerebral envolvida ladeada pela gravação dos sinais neurológicos de todo o cérebro e resposta hemodinâmica do córtex pré-frontal.Adquirimos com sucesso os dados EEG e fNIRS com uma tarefa flanker. Nosso achado mostrou que a resposta hemodinâmica fNIRS e os componentes ERP N200 estão significativamente correlacionados que exibem diferentes perspectivas do mecanismo cognitivo associados à tarefa flanker. Nossos resultados multimodal de imagem neuromádal suportam um papel essencial da técnica EEG e fNIRS em contribuir para o cérebro, o que abre um novo caminho para melhorar a compreensão do mecanismo neurológico de diferentes processamentos cognitivos.

Research

JoVE Journal

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Neurociência

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