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

Detta arbete utfördes delvis vid hpcc(high performance computing cluster), som stöds av IT-kontoret (ICTO) vid University of Macau. Denna studie stöddes av MYRG2019-00082-FHS och MYRG 2018-00081-FHS-bidrag från University of Macau i Macau, och finansierades även av The Science and Technology Development Fund, Macau SAR (FDCT 0011/2018/A1 FD och FDCT 025/2015/A1).

Före försöksproven undertecknade alla deltagare informerade samtyckesdokument. Protokollet för den aktuella studien godkändes av etikkommittén vid Universitetet i Macau.
1. Inställning för maskin- och programvara för samtidiga EEG- och fNIRS-inspelningar
<ol><li>Konstruera ett huvudlock för samtidiga EEG-fNIRS-inspelningar.<ol>
<li>Välj lämplig takstorlek enligt deltagarnas huvudomkrets. I denna studie, använd ett medelstort lock eftersom det är lämpligt för de flesta ungdoma...

<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 detta protokoll utfördes kombinerade EEG och fNIRS inspelningar för att undersöka hjärnan aktivering mönster med en händelse-relaterade Flanker paradigm genom att registrera neurala signaler i hela hjärnan och samtidiga hemodynamic svar av prefrontala cortex. ERP-resultaten visade att N200 vid Fz avsevärt kunde skilja de kongruent och inkongruent förhållandena (P=0,037). Samtidigt uppvisade HbO-signalerna i SFC (kanaler 21) också en signifikant skillnad mellan kongruenta och inkongruenta förhållanden, som ...

Denna studie syftar till att utveckla ett arbetsprotokoll för att avslöja neurala aktivering mönster bakom Flanker uppgift med hjälp av smält EEG och fNIRS neuroimaging tekniker. Intressant, den samtidiga fNIRS-EEG inspelningar möjliggör inspektion av förhållandet mellan hemodynamic signaler i prefrontala cortex och olika händelse-relaterade potentiella (ERP) komponenter i hela hjärnan i samband med Flanker uppgift.
Integrationen av olika noninvasive neuroimaging modaliteter inklusive funktionella nära infraröd spektroskopi (fNIRS), elektroencefalografi (EEG), och funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) är avgörande för att förbättra förståelsen av var och när informationsbehandling sker i hjärnan1,2,3. Dessutom finns det potential att kombinera fNIRS och EEG att undersöka förhållandet mellan lokal neural aktivitet och efterföljande förändringar i hemodynamic svar, där EEG och fNIRS kan vara kompletterande i att avslöja den neurala mekanismen för mänskliga hjärnan kognitiv funktion. fNIRS är en vaskulär-baserad funktionell neuroimaging teknik som bygger på hemodynamic svaren att sluta hjärnan aktivering. fNIRS mäter de relativa oxyhemoglobin (HbO) och deoxyhemoglobin (HbR) koncentrationsförändringar i hjärnbarken, som spelar en viktig roll i studien av kognitiv bearbetning3,,4,5,,6,7. Enligt neurovaskulära och neurometabolic koppling mekanism8, förändringen av lokala neurala aktivitet i samband med kognitiv bearbetning åtföljs i allmänhet av efterföljande förändringar i det lokala blodflödet och blodsyre med en fördröjning på 4-7 sekunder. Det visas att den neurovaskulära kopplingen sannolikt är en effektgivare, som integrerar den snabba dynamiken i neural aktivitet i vaskulär inmatning av långsam hemodynamik9. Specifikt används fNIRS främst för att inspektera den neurovaskulära aktiviteten i frontalloben, särskilt den prefrontala cortex som är ansvarig för höga kognitiva funktioner, såsom verkställande funktioner10,,11,12, resonemang och planering13, beslutsfattande14, och social kognition och moralisk bedömning15. Emellertid, de hemodynamiska svaren mätt med fNIRS endast indirekt fånga neurala aktiviteten med en låg tidsmässig upplösning, medan EEG kan erbjuda tidsmässigt fina och direkta åtgärder av neurala aktiviteter. Följaktligen kan kombinationen av EEG och fNIRS inspelning identifiera fler funktioner och avslöja mer information i samband med hjärnans funktion.
Ännu viktigare, multimodala förvärv av EEG och fNIRS signaler har genomförts för att inspektera hjärnan aktivering bakom olika kognitiva uppgifter16,17,18,19,20,21,,22 eller hjärna-dator gränssnitt23,24. I synnerhet genomfördes samtidiga ERP (händelserelaterade potentiella) och fNIRS inspelningar baserat på händelserelaterade auditiva oddball paradigm1, där fNIRS kan identifiera de hemodynamic förändringarna i frontotemporal cortex flera sekunder efter utseendet på P300 komponent. Horovitz et al. visade också samtidiga mätningar av fNIRS-signaler och P300-komponenten under en semantisk bearbetningsuppgift25. Intressant, tidigare studier baserade på samtidig EEG och fNIRS inspelningar visade att P300 under oddball stimuli uppvisade en betydande korrelation med fNIRS signaler26. Det upptäcktes att multimodala åtgärder har potential att avslöja den omfattande kognitiva neurala mekanismen baserad på händelserelaterade paradigm26. Förutom oddball uppgiften, flanker uppgift i samband med ERP komponent N200 är också ett viktigt paradigm, som kan användas för undersökning av kognitiv förmåga upptäckt och utvärdering med friska kontroller och patienter med olika sjukdomar. Specifikt var N200 en negativ komponent som toppar 200-350 ms från den främre cingulated cortex frontal27 och överlägsen temporal cortex28. Även om tidigare studier undersökt förhållandet mellan den överlägsna främre hjärnbarken och alfa svängning i Flanker uppgift29, sambandet mellan N200 amplitud och hemodynamic svar under Flanker uppgift har inte undersökts.
I detta protokoll, en hemmagjord EEG / fNIRS patch baserad på standard EEG mössa användes för samtidiga EEG och fNIRS inspelningar. Arrangemangen av optodes/elektroder med stöd uppnåddes genom placering av fNIRS optodes smält in i EEG locket. De samtidiga EEG- och fNIRS-datainsamlingarna utfördes med samma stimuliuppgifter som genererades av E-prime-programvaran. Vi tställa hypotesen att ERP komponenter som är associerade med Flanker uppgift kan uppvisa en betydande korrelation med hemodynamic svaren i prefrontala cortex. Under tiden kan de kombinerade ERP- och fNIRS-inspelningarna extrahera flera signalindikatorer för att identifiera hjärnans aktiveringsmönster med förbättrad noggrannhet. För att testa hypotesen integrerades fNIRS-installationen och EEG-maskinen för att avslöja den komplexa neurala kognitionsmekanismen som motsvarar den händelserelaterade Flanker-uppgiften.

<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

Samtidig EEG och fNIRS inspelningar erbjuder ett utmärkt tillfälle att få en fullständig förståelse av den neurala mekanismen för kognitiv bearbetning genom att inspektera förhållandet mellan neurala och hemodynamiska signaler. EEG är en elektrofysiologisk teknik som kan mäta den snabba neuronala aktiviteten i cortex, medan fNIRS förlitar sig på hemodynamic svaren för att sluta hjärnaktivering. Kombinationen av EEG och fNIRS neuroimaging tekniker kan identifiera fler funktioner och avslöja mer information i samband med funktionen av hjärnan. I detta protokoll utfördes smält EEG-fNIRS mätningar för samtidiga inspelningar av framkallat-elektriska potentialer och hemodynamiska svar under en Flanker uppgift. Dessutom tillhandahölls och diskuterades de kritiska stegen för att konfigurera maskin- och programvarusystemet samt förfarandena för datainsamling och analys i detalj. Det förväntas att det nuvarande protokollet kan bana en ny väg för att förbättra förståelsen av de neurala mekanismer som ligger till grund för olika kognitiva processer med hjälp av EEG och fNIRS signaler.

Figur 2 visar HbO-signalerna för alla kanaler medan figur 3 visar felen vid Fz och FCz för de två villkoren för Eror-uppgiften. Figure 4 illustrerade Pearson korrelation analysresultat visade att fNIRS signaler i SFC uppvisade en betydande korrelation med ERP N200 komponenten i Fz för inkongruent skick (P<0,05). Detta är dock inte fallet för kongruent villkor (P>0,05).
<p class="jov...

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

Det aktuella protokollet beskriver hur man utför samtidiga EEG- och fNIRS-inspelningar och hur du inspekterar förhållandet mellan EEG- och fNIRS-data.

Genomföra samtidig elektroencefalografi och funktionell nära infraröd spektroskopi inspelningar med en Flanker Uppgift

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

Syftet med denna studie var att utveckla ett arbetsprotokoll för att avslöja neuro aktiveringsmönstret, understryka flanker uppgiften genom att använda smält EEG och fNIRS neuro imaging teknik. Den samtidiga fNIRS EEG inspelningar möjliggör inspektion av förhållandet mellan den prefrontala cortex och olika händelser relaterade till de potentiella komponenterna i hela hjärnan. fNIRS i hjärnbarken vilken ganska viktig lag i studiet av kognitiv bearbetning.Vi vet att fNIRS används mest för att inspektera den neurovaskulära aktiviteten i frontalloben. är relaterad till höga hjärnans kognitiva funktioner. Men det hemodynamiska svar som fNIRS mötte kan bara läsa aktiviteterna med låg tidsmässig upplösning men EEG kan erbjuda tillfälliga fynd och direkt mätning av neuroaktiviteter.Kombinationen av EEG och fNIRS inspelningar kan identifiera fler funktioner och avslöja mer information relatera med hjärnfunktionerna. I denna studie använder du EEG fNIRS-teknikerna användes för samtidiga inspelningar av ERP-komponenter och haemodynamic svar med en flanker uppgift. Det är rationellt att anta att ERP-komponenter associerar med flanker uppgiften kan uppvisa betydande korrelation med haemodynamic svar.För att tjudra detta antagande, fNIRS inrättas och EEG-maskinen integrerades tillsammans för att avslöja komplexa neuro kognition metism motsvarar händelsen med flanker uppgift. Inför experimenttestet undertecknade alla deltagare informerade samtyckesdokument. Studien godkändes av etikkommittén vid Universitetet i Macau.Nummer ett, hårdvara och mjukvara inställning för samtidiga EEG och fNIRS inspelningar. Konstruera en genomförbar huvudlock för samtidiga EEG och fNIRS inspelningar. Välj rätt kapsylstorlek enligt huvudomkretsen för deltagarna.I denna studie används ett medelstort tak eftersom det är lämpligt för de flesta ungdomar eller vuxna deltagare. Rita layouten enligt experimentdesignen i litteraturen. Gräva 22 hål inuti EEG locket för att hålla fNIRS optodes i linje med en särskilt ut främre cortex.Placera 21 eller 71 EEG-elektroder längs ytan av EEG-locket enligt 10-20 internationella systemet och montera galler för optoderna. Ställ in avståndet mellan varje källa detektor par som tre centimeter och sedan fixa optoderna. I varje den blå optoderna är detektorer medan de röda är laserkällor.Inställning av EEG och fNIRS-porten i programvaran. Ställ parallellporten, exempel H378 i denna studie för EEG-systemet. Ställ in de seriella portarna, exempel 600 i denna studie för fNIRS-systemet.Porttypen och numret bör modifieras avseende olika EEG- och fNIRS-uppställningar. Kontakta tillverkarna för mer information. Förberedelse före experimentet.Värm upp fNIRS-systemet med laser. Koppla på den i 30 minuter. Ställ in alla nödvändiga driftstillselare för fNIRS mätsystem.Ska uppställningen, inklusive EEG- och fNIRS-mätsystemen till deltagaren. Mät och märk CZ-punkten enligt det internationella systemet 10-20. Identifiera elektrodpositionen för CZ vid hälften av avståndet mellan och hälften av avståndet mellan vänster och höger interorbital inbuktningar.Placera den främre delen av locket längs deltagarna pannan först och dra sedan ner den bakre sessionen av locket mot halsen. Validering av befattningarna. Observera, det rekommenderas starkt att EEG-elektroder bör först ställas in och därefter närmaste optoderna.Om EEG ledande gel täcker hålen för placering av närmaste optodes det bör vara ren för att förhindra kontaminering av optoderna. Förberedelse för EEG-inspelningarna. Fyll ledande gel genom att föra in en trubbig nål genom hålen i EEG elektrod galler.Placera alla elektroder i EEG-elektrodernas rutnät enligt nivåerna. Öppna EEG-programvaran och inspektera elektrodernas signalkvalitet. Justera elektroder genom att återfylla ledande gel om signalkvaliteten inte kunde uppfylla kraven.Förberedelse för fNIRS-inspelningarna. Försiktighet utsätt inte deltagare ögon för laserstråle av källan direkt. Placera de optiska fibrerna längs hållararmarna som är fästa vid fNIRS-mätsystemet och extrahållaren.Se till att fibrerna är snyggt och prydligt. Sätt in den optiska källan och detektorerna i hålen enligt layouten. Testa signalkvaliteten.Om en kanal inte har en hög nivå signal/brus ratio. Exempel, om kanalen är märkt i gult försiktigt byta deltagare hår som omger den optiska sonder för att säkerställa att ingenting finns mellan den optiska sonden och skallen. Om steg 2.8.3 inte kan förbättra signalkvaliteten skruva upp signalintensiteten.Om det finns för mycket signal. Exempel om kanalen är markerad med rött, vrid ner signalintensiteten. Kör experimentet.Starta experimentet när signalerna är stabila med utmärkt signal-brusförhållande och deltagarna är bekanta med experimentinstruktionerna. Efter experimentet, spara och exportera data från EEG fNIRS. Ta bort EEG-elektroder och fNIRS optiska sonder noggrant.Mätning av tredimensionella, 3D MNI koordinater av fNIRS optodes med 3D-digitizer. Låt deltagarna sitta i en stol och bära glasögonen med en sensor. Öppna digitaliserarprogramvaran på datorn.Se till att 3D-digitizer-systemet är i samband med datorn via en lämplig com-port. Ladda layouten för optodes som i fil. Flytta 3D-digitizer stilar ger nyckelpositionerna.NZ, LZ, vänster öra, höger öra, CZ längs skärmen och tryck på knappen på pennan. Lokalisera optisk källa och detektorer. Exportera 3D-koordinatfilen.Dataanalys. fNIRS dataanalys. Bearbeta 3D MNI-koordinaterfilen genom att använda registreringsalternativet i fNIRS SPM med MetLife 2019.Välj stand alone specialregistrering med 3D-digitalisera. Välj den tidigare, spara det andra och ursprung textfil. Registrering. Pre-process fNIRS signaler med Homer2 programvara enligt följande steg.Tillämpningen av den modifierade Motion artefaktkorrigering. Sedan passera filtrering 0,015 hertz till 0,2 hertz. Normalisera en mer dynamisk signalamplitud genom att dividera genomsnittsvärdena.Generera fNIRS-data för varje kanal som baserar sig på en 3D-digitaliserad information. Välj de kanaler som har en registreringssannolikhet på 100 %eller mer i SFC enligt regressionsberäkningen av fNIRS SPM för vidare analys. Exportera toppvärdena för HbO.EEG-databehandling. Ladda den råa EEG-datamappen i EEG-labbet genom att använda insticksmodulerna. Välj BOC plugin för BDF fil i denna studie.Obs, vänligen välj lämplig plugin enligt EEG-datafilformatet. Ställ in kanalplatsinformationen för EEG-labb. Ladda motsvarande platsfil av locket.Vi refererar i elektroder i ERP-labb som är en plugin av EEG-labbet. Välj kanaler, placera den i masslagringen som refererade elektroder. Extrahera EEG-data baserat på händelse- och bin-filerna i ERP-labbet.Filtrera EEG-datasegmentet i ERP-labbet med hjälp av IIR-filtret. Genom att filtrera de låga frekvenserna med en cutoff på 30 Hertz och genom att filtrera de höga frekvenserna med en kurva på 0,1 Hertz. Ta bort okulär EEG artefakter inom Bendon komponent analys i EEG lab.Avvisa EEG-datasegment med amplitudvärden som överstiger intervallet från positiva 100 till den negativa 100 mikrovolten vid valfri kanal i ERP-labb. datasegmentet EEG i ERP-labbet. Obs, dessa är den allmänt använda dataanalysmetoden och programvaran för förbehandling av EEG- och fNIRS-data.Det finns många bearbetningsprogram och metoder tillgängliga. Korrelationsberäkning. Generera förhållandet mellan fNIRS och EEG-inspelningar med Pearson korrelationsanalys.Representativa resultat. fNIRS headset placering och kanaler konfiguration. Den digitaliserade optodernas layout omvandlas till MNI-koordinatsystemet och överlappas längs hjärnbarken.HbO-signal för alla kanaler som är associerade med flanker-uppgiften. De rosa kurvorna som betecknar kongruent tillstånd medan de gröna anger det kongruenta tillståndet. ERP-signal för FZ- och FCZ-elektroder.De svarta kurvorna definierar det inkongruenta tillståndet medan de röda betecknar det kongruenta tillståndet. Korrelation mellan ERP N200 och fNIRS signal längs SFC för inkongruent skick. Sammanfattningsvis kombinera EEG och fNIRS neuro imaging utfördes för att kartlägga hjärnan aktiveringen inblandade flankerad genom att registrera neuro signaler hela hjärnan och haemodynamic svar prefrontal cortex.Vi förvärvade framgångsrikt EEG och fNIRS data med en flanker uppgift. Vår slutsats visade att fNIRS haemodynamic svar och ERP N200 komponenter är betydligt korrelerade som uppvisar olika perspektiv av kognitiv mekanism som är associerade med flanker uppgiften. Våra multimodala neuro imaging resultat stödja en viktig roll kombinerad EEG och fNIRS teknik för att bidra till hjärnan som banar en ny väg för att förbättra förståelsen av neuro mekanism för olika kognitiv bearbetning.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

Funktionell kartläggning med samtidig MEG och 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

Använda MazeSuite och funktionell Near Infrared spektroskopi för att studera Lärande i Spatial navigering

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 inspelning av samtidig lokaliserade elektroencefalografi och lokala fältet Potential i gnagare

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 fältmetoder använder funktionella nära infraröd spektroskopi (NIRS) Neuroimaging att studera globala barns utveckling: landsbygdens 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

Genomföra Hyperscanning experiment med funktionella nära-infraröd 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

Använda Near-infraröd Fluorescence och hög upplöst skanning för att mäta protein uttryck i gnagare 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

Beredning av akut mänskliga Hippocampus skivor för elektrofysiologiska Recordings

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

Kvalitativa och jämförande kortikal aktivitetsdataanalyser från ett funktionellt nära infrarödt spektroskopiexperiment som tillämpar blockdesign

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

Tillförlitligt förvärv av elektroencefalografidata under samtidig elektroencefalografi och funktionell MRT

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

Gruppsynkronisering under samarbetsritning med funktionell nära-infraröd spektroskopi

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