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 trabajo se llevó a cabo en parte en el clúster de computación de alto rendimiento (HPCC), que cuenta con el apoyo de la oficina de tecnología de la información y la comunicación (ICTO) de la Universidad de Macao. Este estudio fue apoyado por las becas MYRG2019-00082-FHS y MYRG 2018-00081-FHS de la Universidad de Macao en Macao, y también financiado por el Fondo de Desarrollo de Ciencia y Tecnología, Macao SAR (FDCT 0011/2018/A1 y FDCT 025/2015/A1).

Antes de las pruebas experimentales, todos los participantes firmaron documentos de consentimiento informado. El protocolo para el presente estudio fue aprobado por el Comité de ética de la Universidad de Macao.
1. Configuración de hardware y software para grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS
<ol><li>Construya un tapón para grabaciones EEG-fNIRS simultáneas.<ol>
<li>Seleccione el tamaño de la tapa adecuado de acuerdo con la circunferencia de la cabeza de los participantes. En este e...

<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>

En este protocolo, se realizaron grabaciones combinadas de EEG y fNIRS para examinar los patrones de activación cerebral que implican un paradigma Flanker relacionado con eventos mediante el registro de las señales neuronales de todo el cerebro y las respuestas hemodinámicas simultáneas de la corteza prefrontal. Los resultados de ERP mostraron que N200 en Fz fue capaz de distinguir significativamente las condiciones congruentes e incongruentes (P-0.037). Mientras tanto, las señales de HbO en SFC (canales 21) tambié...

Este estudio tiene como objetivo desarrollar un protocolo de trabajo para revelar el patrón de activación neuronal subyacente a la tarea Flanker mediante el uso de técnicas de neuroimagen EEG y fNIRS fusionadas. Curiosamente, las grabaciones simultáneas fNIRS-EEG permiten la inspección de la relación entre las señales hemodinámicas en la corteza prefrontal y varios componentes potenciales relacionados con eventos (ERP) de todo el cerebro asociados con la tarea Flanker.
La integración de diversas modalidades neuroimagen no invasivas, incluyendo espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS), electroencefalografía (EEG) y resonancia magnética funcional (fMRI) es esencial para mejorar la comprensión de dónde y cuándo se está llevando a cabo el procesamiento de información en el cerebro1,2,3. Además, existe el potencial de combinar fNIRS y EEG para examinar la relación entre la actividad neuronal local y los cambios posteriores en las respuestas hemodinámicas, en las que EEG y fNIRS pueden ser complementarios al revelar el mecanismo neuronal de la función cognitiva del cerebro humano. fNIRS es una técnica de neuroimagen funcional basada en vasculares que se basa en las respuestas hemodinámicas para inferir la activación cerebral. fNIRS mide los cambios relativos de concentración de oxihemoglobina (HbO) y desoxihemoglobina (HbR) en la corteza cerebral, que desempeña un papel importante en el estudio del procesamiento cognitivo3,4,5,6,7. Según el mecanismo de acoplamiento neurovascular y neurometabólico8,el cambio de la actividad neuronal local asociada con el procesamiento cognitivo generalmente se acompaña de alteraciones posteriores en el flujo sanguíneo local y el oxígeno en la sangre con un retraso de 4-7 segundos. Se ha demostrado que el acoplamiento neurovascular es probablemente un transductor de potencia, que integra la dinámica rápida de la actividad neuronal en la entrada vascular de la hemodinámica lenta9. Específicamente, fNIRS se utiliza principalmente para inspeccionar la actividad neurovascular en el lóbulo frontal, especialmente la corteza prefrontal que se encarga de altas funciones cognitivas, tales como funciones ejecutivas10,,11,,12,razonamiento y planificación13,toma de decisiones14,y cognición social y juicio moral15. Sin embargo, las respuestas hemodinámicas medidas por fNIRS sólo capturan indirectamente la actividad neuronal con una resolución temporal baja, mientras que el EEG puede ofrecer medidas temporalmente finas y directas de las actividades neuronales. En consecuencia, la combinación de EEG y fNIRS grabación puede identificar más características y revelar más información asociada con el funcionamiento del cerebro.
Más importante aún, la adquisición multimodal de señales EEG y fNIRS se ha llevado a cabo para inspeccionar la activación cerebral subyacente a varias tareas cognitivas16,17,18,19,20,21,22 o interfaz cerebro-ordenador23,24. En particular, las grabaciones simultáneas de ERP (potencial relacionado con eventos) y fNIRS se llevaron a cabo sobre la base del paradigma de bola impar auditiva relacionado con eventos1, en el que fNIRS puede identificar los cambios hemodinámicos en la corteza frontotemporal varios segundos después de la aparición del componente P300. Horovitz et al. también demostraron las mediciones simultáneas de las señales fNIRS y el componente P300 durante una tarea de procesamiento semántico25. Curiosamente, estudios previos basados en grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS mostraron que P300 durante los estímulos de oddball exhibió una correlación significativa con las señales fNIRS26. Se descubrió que las medidas multimodales tienen el potencial de revelar el mecanismo neuronal cognitivo integral basado en el paradigma relacionado con el evento26. Además de la tarea de bola extraña, la tarea Flanker asociada con el componente ERP N200 es también un paradigma importante, que se puede utilizar para la investigación de la detección y evaluación de la capacidad cognitiva con controles saludables y pacientes con diversos trastornos. Específicamente, N200 fue un componente negativo que alcanza los picos 200-350 ms de la corteza frontal27 y la corteza temporal superior28. Aunque estudios anteriores examinaron la relación entre la corteza frontal superior y la oscilación alfa en la tarea Flanker29, no se ha explorado la correlación entre la amplitud N200 y las respuestas hemodinámicas durante la tarea Flanker.
En este protocolo, se utilizó un parche EEG/fNIRS casero basado en la tapa EEG estándar para las grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS. Los arreglos de optodes/electrodos con soporte se lograron mediante la colocación de optodos fNIRS fusionados en la tapa del EEG. Las adquisiciones simultáneas de datos EEG y fNIRS se llevaron a cabo con las mismas tareas de estímulo generadas por el software E-prime. Suponemos que los componentes ERP asociados con la tarea Flanker pueden mostrar una correlación significativa con las respuestas hemodinámicas en la corteza prefrontal. Mientras tanto, las grabaciones combinadas de ERP y fNIRS pueden extraer múltiples indicadores de señal para identificar los patrones de activación cerebral con mayor precisión. Para probar la hipótesis, la configuración fNIRS y la máquina EEG se integraron para revelar el complejo mecanismo de cognición neuronal correspondiente a la tarea Flanker relacionada con eventos.

<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

Las grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS ofrecen una excelente oportunidad para obtener una comprensión completa del mecanismo neuronal del procesamiento cognitivo mediante la inspección de la relación entre las señales neuronales y hemodinámicas. EEG es una tecnología electrofisiológica que puede medir la rápida actividad neuronal de la corteza, mientras que fNIRS se basa en las respuestas hemodinámicas para inferir la activación cerebral. La combinación de eEG y técnicas de neuroimagen fNIRS puede identificar más características y revelar más información asociada con el funcionamiento del cerebro. En este protocolo, se realizaron mediciones fusionadas de EEG-fNIRS para grabaciones simultáneas de potenciales eléctricos evocados y respuestas hemodinámicas durante una tarea flankora. Además, se proporcionaron y discutieron en detalle los pasos críticos para configurar el sistema de hardware y software, así como los procedimientos para la adquisición y el análisis de datos. Se espera que el presente protocolo pueda allanar una nueva vía para mejorar la comprensión de los mecanismos neuronales subyacentes a diversos procesos cognitivos mediante el uso de las señales EEG y fNIRS.

La Figura 2 muestra las señales HbO para todos los canales, mientras que la Figura 3 muestra los ERPs en Fz y FCz para las dos condiciones de la tarea Flanker. Figure 4 ilustró los resultados del análisis de correlación de Pearson mostraron que las señales fNIRS en SFC mostraron una correlación significativa con el componente ERP N200 en Fz para la condición incongruente(P<0.05). Sin embargo, es...

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

El protocolo actual describe cómo realizar grabaciones simultáneas DeEEG y fNIRS y cómo inspeccionar la relación entre los datos EEG y fNIRS.

Realización de electroencefalografía concurrente y grabaciones funcionales de espectroscopia de infrarrojo cercano con una tarea de flanqueador

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

El objetivo de este estudio fue desarrollar un protocolo de trabajo para revelar el patrón de activación neuro, subrayar la tarea de flanqueador mediante el uso de EEG fusionado y técnica de imágenes neuro-imágenes fNIRS. Las grabaciones simultáneas de fNIRS EEG permiten la inspección de la relación entre la corteza prefrontal y diferentes eventos relacionados con los componentes potenciales de todo el cerebro. fNIRS en la corteza cerebral que ley bastante importante en el estudio del procesamiento cognitivo.Sabemos que el fNIRS se utiliza principalmente para inspeccionar la actividad neurovascular en el lóbulo frontal. está relacionado con funciones cognitivas cerebrales altas. Sin embargo, la respuesta hemodinámica metada por fNIRS sólo puede leer las actividades con baja resolución temporal, pero EEG puede ofrecer búsqueda temporal y medición directa de las actividades neuronales.La combinación de grabaciones EEG y fNIRS es capaz de identificar más características y revelar más información relacionada con las funciones cerebrales. En este estudio, se utilizan las técnicas EEG fNIRS para grabaciones simultáneas de componentes ERP y respuesta hemodinámica con una tarea de flanqueo. Es racional suponer que los componentes ERP asociados con la tarea de flanqueo pueden exhibir una correlación significativa con la respuesta hemodinámica.Para atar esta suposición, la configuración de fNIRS y la máquina EEG se integraron para revelar el complejo metismo de neuroconfesión correspondiente al evento con la tarea de flanqueo. Antes de la prueba del experimento, todos los participantes firmaron documentos de consentimiento informado. El estudio fue aprobado por el comité de ética de la Universidad de Macao.Número uno, configuración de hardware y software para grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS. Construir un capuchón de cabeza factible para grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS. Seleccione el tamaño de la tapa correcta de acuerdo con la circunferencia de la cabeza de los participantes.En este estudio, se utiliza una tapa de tamaño medio ya que es adecuada para la mayoría de los participantes adolescentes o adultos. Dibuje el diseño de acuerdo con el diseño del experimento en la literatura. Excave 22 agujeros dentro de la tapa EEG para sujetar optodos fNIRS en línea con una corteza frontal específicamente fuera.Coloque 21 o 71 electrodos EEG a lo largo de la superficie de la tapa EEG según el sistema internacional 10-20 y monte las rejillas para las optodes. Establezca la distancia entre cada par de detectores de origen como tres centímetros y, a continuación, fije los optodes. En cada uno de los optodes azules son detectores, mientras que los rojos son fuentes láser.Ajuste del puerto EEG y fNIRS en el software. Establezca el puerto paralelo, ejemplo H378 en este estudio para el sistema EEG. Fije los puertos seriales, ejemplo 600 en este estudio para el sistema fNIRS.El tipo de puerto y el número deben modificarse con respecto a varias configuraciones EEG y fNIRS. Póngase en contacto con los fabricantes para obtener más información. Preparación antes del experimento.Caliente el sistema fNIRS con láseres. Enciénelo durante 30 minutos. Establezca todos los permisodores de operación necesarios para el sistema de medición fNIRS.En caso de que la configuración, incluidos los sistemas de medición EEG y fNIRS, a los participantes. Mida y marque el punto CZ de acuerdo con el sistema internacional 10-20. Identifique la posición del electrodo de CZ a la mitad de la distancia entre la y la mitad de la distancia entre las hendiduras interorbitales izquierda y derecha.Coloque primero la parte frontal de la tapa a lo largo de la frente de los participantes y luego tire hacia abajo de la sesión posterior de la tapa hacia el cuello. Validación de las posiciones. Tenga en cuenta que se recomienda encarecidamente que los electrodos EEG se establezcan en primer lugar y, posteriormente, los optodioses más cercanos.Si el gel conductor EEG cubre los orificios para la colocación de las optodes más cercanas, debe estar limpio para evitar la contaminación de los optodes. Preparación para las grabaciones del EEG. Rellene el gel conductor insertando una aguja contundente a través de los orificios de la rejilla del electrodo EEG.Coloque todos los electrodos en la rejilla de electrodos EEG de acuerdo con los niveles. Abra el software EEG e inspeccione la calidad de la señal de los electrodos. Reajuste los electrodos rellenando gel conductor si la calidad de la señal no podía cumplir con los requisitos.Preparación para las grabaciones fNIRS. Precaución no exponga los ojos de los participantes al rayo láser de la fuente directamente. Coloque las fibras ópticas a lo largo de los brazos del soporte unidos al sistema de medición fNIRS y al soporte adicional.Asegúrese de que las fibras estén limpias y ordenadas. Inserte la fuente óptica y los detectores en los orificios de acuerdo con la disposición. Pruebe la calidad de la señal.Si un canal no tiene una relación señal-ruido de alto nivel. Por ejemplo, si el canal está marcado en amarillo, cambie suavemente el cabello de los participantes que rodea las sondas ópticas para asegurarse de que no exista nada entre la sonda óptica y el cráneo. Si el paso 2.8.3 no puede mejorar la calidad de la señal, suba la intensidad de la señal.Si hay demasiada señal. Ejemplo si el canal está marcado en rojo, baje la intensidad de la señal. Ejecuta el experimento.Comience el experimento cuando las señales sean estables con una excelente relación señal-ruido y los participantes estén familiarizados con las instrucciones del experimento. Después del experimento, guarde y exporte los datos del fNIRS EEG. Retire cuidadosamente los electrodos EEG y las sondas ópticas fNIRS.Medición de coordenadas tridimensionales MNI 3D de optodos fNIRS con digitalizador 3D. Deje que los participantes se sienten en una silla y usen las gafas con un sensor. Abra el software digitalizador en el ordenador.Asegúrese de que el sistema digitalizador 3D está en conexión con el equipo a través de un puerto com adecuado. Cargue el diseño de optodes establecidos en el archivo. Mover los estilos de digitalizador 3D conceder las posiciones clave.NZ, LZ, oído izquierdo, oído derecho, CZ a lo largo de la pantalla y pulse el botón en el lápiz. Localice la fuente óptica y los detectores. Exporte el archivo de coordenadas 3D.Análisis de datos. análisis de datos fNIRS. Procese el archivo de coordenadas MNI 3D utilizando la opción de registro en fNIRS SPM con MetLife 2019.Seleccione el registro especial independiente con digitalización 3D. Elija el anterior, guárdelo otros y el archivo de texto de origen. Registro. Preprocesar señales fNIRS con el software Homer2 de acuerdo con los siguientes pasos.La aplicación de la corrección de artefacto de movimiento modificada. A continuación, pase el filtrado de 0,015 hercios a 0,2 hercios. Normalice una amplitud de señal más dinámica dividiendo los valores medios.Genere los datos fNIRS para cada canal basándose en una información digitalizada 3D. Seleccione los canales que tienen una probabilidad de registro del 100% o más en SFC según el cálculo de regresión del SPM fNIRS para su análisis posterior. Exporte los valores máximos de HbO.Tratamiento de datos EEG. Cargue la carpeta de datos EEG sin procesar en el laboratorio EEG utilizando los plugins. Elija el plugin BOC para el archivo BDF en este estudio.Tenga en cuenta, elija el plugin adecuado de acuerdo con el formato de archivo de datos EEG. Establezca la información de ubicación del canal para el laboratorio EEG. Cargue el archivo de ubicación correspondiente de la tapa.Nos referimos en electrodos en el laboratorio ERP que es un plugin de laboratorio EEG. Elija los canales, colóquelos en el almacenamiento masivo como electrodos de referencia. Extraiga datos de EEG basados en los archivos de eventos y bin en el laboratorio ERP.Filtre el segmento de datos EEG en el laboratorio ERP utilizando el filtro IIR. Filtrando las frecuencias bajas con un límite de 30 hercios y filtrando las frecuencias altas con una curva de 0,1 hercios. Elimine los artefactos de EEG oculares dentro del análisis de componentes de Bendon en el laboratorio de EEG.Rechazar el segmento de datos EEG con valores de amplitud que superen el rango de 100 positivos a los 100 microvolta negativos en cualquier canal del laboratorio ERP. el segmento de datos EEG en el laboratorio ERP. Tenga en cuenta que estos son el método de análisis de datos generalmente utilizado y el software para el preprocesamiento de datos EEG y fNIRS.Hay numerosos software de procesamiento y métodos disponibles. Cálculo de correlación. Genere la relación entre las grabaciones fNIRS y EEG con el análisis de correlación de Pearson.Resultados representativos. configuración de canales y colocación de auriculares fNIRS. El diseño de optodos digitalizados se convierte en el sistema de coordenadas MNI y se superpone a lo largo de la corteza cerebral.Señal HbO para todos los canales asociados con la tarea de flanqueo. Las curvas rosas que denoten la condición congruente mientras que las verdes indican la condición congruente. Señal ERP para electrodos FZ y FCZ.Las curvas negras definen la condición incongruente, mientras que las rojas denotan la condición congruente. Correlación entre la señal ERP N200 y fNIRS a lo largo del SFC para la condición incongruente. En resumen, se realizó la combinación de imágenes neurointeicas EEG y fNIRS para mapear la activación cerebral implicada flanqueada por el registro de las señales neuronales de todo el cerebro y la respuesta hemodinámica de la corteza prefrontal.Adquirimos con éxito los datos EEG y fNIRS con una tarea de flanqueo. Nuestro hallazgo mostró que la respuesta hemodinámica fNIRS y los componentes ERP N200 están significativamente correlacionados que presentan una perspectiva diferente del mecanismo cognitivo asociado con la tarea de flanqueador. Nuestros resultados de imágenes neuromóricas multimodales apoyan un papel esencial de la técnica combinada EEG y fNIRS en la contribución al cerebro que allana una nueva vía para mejorar la comprensión del mecanismo neurológico de diferentes procesamiento cognitivo.

Research

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Neuroscience

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