Ereignisbezogene Potenziale und die Oddball-Aufgabe

Quelle: Laboratorien der Jonas T. Kaplan und der Sarah I. Gimbel-Universität von Südkalifornien

Angesichts die überwältigende Menge an Informationen von den Sinnesorganen erfasst, ist es entscheidend, dass das Gehirn in der Lage, die Verarbeitung bestimmter Reize, um weniger Aufwand ausgeben, was nicht gerade wichtig sein könnte und besuchen, was zu priorisieren. Eine Heuristik, die das Gehirn verbraucht ist, Reize zu ignorieren, die häufig oder ständig zu Gunsten der Reize, die unerwartete oder einzigartig sind. Daher sind eher seltene Ereignisse prägnanteren und unsere Aufmerksamkeit zu erfassen. Darüber hinaus sind Reize, die für unsere aktuellen verhaltensbezogene Ziele sind über die priorisiert, die irrelevant sind.

Die neurophysiologische Korrelate der Aufmerksamkeit worden durch den Einsatz von Oddball-Paradigma experimentell untersucht. Ursprünglich im Jahr 1975 eingeführt, stellt der Sonderling Aufgabe den Teilnehmer mit einer Folge von sich wiederholenden Audio- oder visuellen Reizen, nur selten unterbrochen durch einen unerwarteten Reiz. ¹ diese Unterbrechung durch einen Zielreiz nachweislich bestimmte elektrische Ereignisse zu entlocken, die beschreibbare an der Kopfhaut als ereignisbezogene Potenziale (ERP) bekannt sind. ERP ist die gemessene Gehirn Antwort aus einem bestimmten sensorischen, kognitiven oder motorischen Ereignis. ERP-Systeme sind mit der Elektroenzephalographie (EEG), nicht-invasive Mittel zur Bewertung der Funktion des Gehirns bei Patienten mit Krankheit und normal funktionierenden Personen gemessen. Eine spezielle ERP-Komponente gefunden in der parietalen Region der Kopfhaut, bekannt als die P300 wird als Reaktion auf Oddball Ereignisse verstärkt. Die P300 ist eine andauernde Positive Auslenkung in das EEG-Signal, das über zwischen 250 und 500 ms nach dem Stimulus Onset auftritt. In der Regel reflektieren frühen Potenziale sensomotorische Verarbeitung, während spätere Potenziale wie die P300 kognitive Verarbeitung widerspiegeln.

In diesem Video zeigen wir, wie mit EEG Oddball-Aufgabe zu verwalten. Das Video deckt die Einrichtung und Verwaltung von EEG und Analyse von ERP-Systemen im Zusammenhang mit Kontrolle und Ziel Reize in der Sonderling-Aufgabe. In dieser Aufgabe Teilnehmer sind mit den EEG-Elektroden einrichten, dann Aktivität des Gehirns wird aufgezeichnet, während sie Kontrolle Reize, durchsetzt mit Ziel Reize zu sehen. Das Verfahren ist ähnlich dem von Habibi Et Al. ² jedes Mal, wenn ein Zielreiz präsentiert wird, hat der Teilnehmer einen Knopf drückt. Wenn die ERP-Systeme über die Kontrolle und Ziel Reize gemittelt werden, können die neuronale Korrelate der jedes Ereignis in einem ausgewählten Zeitfenster verglichen werden.

1. Teilnehmer Rekrutierung

1. 20 Teilnehmer für das Experiment zu rekrutieren.
2. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer voll und ganz der Forschung Verfahren informiert worden und haben die entsprechende Einwilligungserklärungen unterzeichnet.

2. Datenerhebung

1. EEG-Vorbereitung (Hinweis: diese Schritte sind für den Einsatz mit dem Neuroscan 4.3-System mit Synamps 2 Verstärker und ein 64-Kanal schnell Cap.)
   1. Teilnehmer eine EEG-Studie sollte keines Haar-Produkte (z.B., Gel, Maus oder Leave-in Conditioner) in ihren Haaren vor ihrer Teilnahme haben.
   2. Füllen Sie 2-4, 10 ml Spritzen mit leitendem Elektrodengel (d.h., Quick-Gel). Es wird empfohlen, um das Gel vor benutzen, um Luftblasen zu rühren.
   3. Haar und Kopfhaut gründlich (ca. 5 min).
   4. Sauberen Kopf mit Alkohol und Baumwolle Gaze. Auch die Haut für die Platzierung der Elektroden reinigen: zwei Mastoids (hinter jedem Ohr), unterhalb und oberhalb der linken Auge VEO (vertikale Elektro-Okular) und den äußersten Seiten jedes Auges HEO (horizontale Elektro-Okular; Abbildung 1, links).
   5. Zweiseitig klebende Platten verwenden, platzieren Sie die Elektroden.
   6. Messen Sie den Kopf von vorne (direkt zwischen den Augenbrauen, Mitte des Auges) auf dem Inion (unter dem Stoß des Kopfes in den Rücken). Dieser Abstand bestimmt die Größe der GAP (klein, Mittel oder groß). Setzen Sie die Kappe, markieren Sie die 10 % der gemessenen Distanz auf der Stirn und stellen Sie sicher, dass die Mitte des frontale-Elektrode (FPz) auf diesem platziert wird markiert.
   7. Legen Sie die Gesicht-Elektroden auf ihre jeweiligen Stricke auf der Kappe
   8. Starten Sie die Elektroden mit Gel zu füllen, verwenden die stumpfe Nadelspitze, um die Haare beiseite unter der Elektrode zu kratzen, so ist die Elektrode in direktem Kontakt mit der Kopfhaut. Achten Sie darauf, nicht auf die Haut zu verletzen.
      1. Heben Sie die Elektrode ein bisschen erleichtert das Gel einfügen. In den meisten Fällen werden die Haare unter der Elektrode. Wenn Sie ihn aus dem Weg bewegen ermöglicht bessere Impedanz.
   9. Nehmen Sie die Teilnehmer um den schalldichten Raum und schließen Sie die Kappe und die einzelnen Elektroden.
   10. Überprüfen Sie die Impedanz der Elektrode-Kopfhaut Verbindung zu halten, weniger als 10 KΩ. Wenn die Impedanz hoch ist, stellen Sie sicher die Elektrode hat leitendes Gel und steht in Kontakt mit der Kopfhaut.
       1. Impedanz ist die Tendenz, den Fluss des Wechselstromes behindern. Hoher Impedanz kann Rauschen in den Daten erhöhen und minimiert werden, bevor das Studium beginnt.
       2. In den meisten Fällen ist das Haar in der Art der Elektrode. Wenn Sie ihn aus dem Weg bewegen sollten besser Impedanz erhalten.
   11. Sobald die Impedanz akzeptabel für alle Elektroden ist und EEG-Spuren leer von Lärm sind, kann Datenerfassung beginnen.

Abbildung 1: Platzierung der Elektrode. Platzierung der Elektroden Gesicht, EOG Artefakte (links) zu erkennen. Diagramm der Messung von direkt zwischen den Augenbrauen auf knapp die Beule am Hinterkopf. 10 % dieser Messung wird gemessen über die Mitte des Auges-Markierung, und dies ist, wo die FPZ Elektrode der GAP (rechts) platziert wird.

2. EEG-Datenerfassung
   1. Bereiten Sie die Teilnehmer, die Aufgabe auszuführen.
      1. Ort der Teilnehmer in einem Sessel 75 cm aus dem 16-Zoll-Bildschirm in einem Ton und Licht abgeschwächt (akustisch und elektrisch abgeschirmt).
      2. Sagen Sie des Teilnehmers, dass er/Sie werden sehen, farbige Kreise auf dem Bildschirm angezeigt. Jedes Mal, wenn ein grüner Kreis zu sehen ist, sollte der Teilnehmer eine hielt in seiner rechten Hand (Abbildung 2) drücken.
         1. Jeder Impuls für 1000 ms, mit einem 1000 ms interstimulus Abstand zwischen Reiz Präsentationen zu zeigen.
         2. Zeigen Sie die 64 Ziel Reize, nach dem Zufallsprinzip unter 96 Präsentationen der Nichtziel-rote Kreise durchsetzt. Wiederholen Sie diesen Vorgang zweimal, für eine Gesamtmenge von 128 Ziel Impulse Irrungen und 192-Zielsteuerelement Studien.
   2. Starten Sie das System und haben Sie die kontinuierliche Aufnahme von EEG während der Präsentation der funktionalen Aufgabe.
   3. EEG wird verstärkt durch Verstärker mit einer Verstärkung von 1024 und einem Bandpass von 0,01-100 Hz.
   4. Studien von Auge blinkt kontaminiert und off-line Artefakt Ablehnung (etwa 15 % der Studien) beseitigt werden.

Abbildung 2: Studiendesign für die Aufgabe Oddball. Der Teilnehmer wird mit einem roten Kreis oder einen grünen Kreis dargestellt. Jeder Reiz wird für 1 s, gefolgt von einem leeren Bildschirm 1-s. Jedes Mal, wenn ist der Teilnehmer einen grünen Kreis sieht, er angewiesen, drücken eine Taste in der rechten Hand hielt.

(3) Datenanalyse

1. Offline, Referenzdaten Sie zu gemittelten Mastoids.
2. Kontinuierliche EEG Segmentdaten in Epochen, ab 200 ms vor und Endung 1000 ms nach dem Beginn des Reizes.
3. Epochen sind Basislinie mittels der Epoche 200 ms vor dem Beginn des Reizes korrigiert.
4. Um Bewegungsartefakte zu korrigieren, wurden Epochen mit einem Signalwechsel von mehr als 150 Mikrovolt an jedem EEG-Elektrode nicht einbezogen, im Durchschnitt.
5. Die Daten werden digital gefiltert, offline (Bandpass 0,05-20 Hz).
6. Verwenden Sie die ERP-Durchschnitte, die angezeigt werden aus dem Pz-Aufnahme-Websites für Ziel- und Kontrolle Reize.
   1. Der Höhepunkt der parietalen (Amplitude und Latenz) erhält P300 automatisch an Elektrode Pz.
7. Statistische Analyse
   1. Plot-ERP-Mittelwerte aus den parietalen Pz-Elektroden.
   2. Verwenden Sie für Peak Amplitude und Latenzen F-Tests für jede Wartezeit um festzustellen, ob es einen Unterschied zwischen Ziel und Kontrolle Reize gibt.

Während der Sonderling Aufgabe wo Teilnehmer angewiesen wurden, mit einem Tastendruck jedes Mal reagieren sie einen grünen Kreis sah, gab es eine erhöhte parietalen P300 im Vergleich zu, wenn der Teilnehmer die Steuerung roten Kreis angezeigt. Diese Ablaufverfolgung erreichte ca. 350 ms nach Ausbruch des Reizes, während gab es keine P300-Spitze für die Kontrolle Ablaufverfolgung ()Abbildung 3).

Abbildung 3: P300 parietalen Reaktion auf die Grundlinie und Sonderling Bilder. Durchschnittliche ERP-Zeit Spur der parietalen Reaktion auf Grundlinie (rot) und Sonderling Bilder (grün). Die Antwort wird in Mikrovolt in Millisekunden gemessen.

Diese Ergebnisse zeigen, dass Aktivität in den Scheitellappen erhöht, wenn ein Sonderling-Element dargestellt wird, reflektieren die neuronale Prozesse, die Aufgabe relevanten, hervorstechende Reizen zu identifizieren. Das Gehirn erhöht ihre Effizienz durch die Identifizierung dieser Artikel und Ressourcen für die Verarbeitung von ihnen. Stimuli, die Aufmerksamkeit auf diese Weise zu erfassen sind mehr schnell reagiert und auch später besser in Erinnerung.

Der ERP-Ansatz, durch seine sehr hohe zeitliche Auflösung ermöglicht Diskriminierung zwischen den elektrischen Ereignissen, die extrem schnell psychologische Prozesse entsprechen. Die Oddball Aufgabe zeigt diese Kraft bei der Enthüllung einer elektrischen Signatur aus den Scheitellappen, die zwischen zwei ähnliche Reize weniger als die Hälfte unterscheidet eine Sekunde nach ihrer Präsentation. Die Aufgabe bietet einen Einblick in das Gehirn Prozess zur Identifizierung von Funktionen in der Umgebung, die aktuellen biologische Bedeutung haben. ³

Das Oddball-Paradigma verbindet Aspekte der Bottom-Up- und Top-Down Aufmerksamkeit. Bottom-up-Aufmerksamkeit bezieht sich auf die exogene Fähigkeit eines Reizes, unsere Aufmerksamkeit unabhängig von unserer eigenen vorsätzlichen Pläne oder Ziele zu erfassen. Dies kommt ins Spiel in der Sonderling-Aufgabe, die Ziele sind selten und anders als die anderen Reize im Experiment, wodurch sie sich abheben. Top-Down-Aufmerksamkeit bezieht sich auf unsere Fähigkeit, eingehende Informationen über unsere aktuellen Aufgabe Ziele zu filtern. Die Oddball Aufgabe beinhaltet Aspekte der Top-Down-Aufmerksamkeit, weil wir beauftragt sind, nur auf die Ziel-Reize reagieren, daher versuchen wir bewusst, um sie zu kümmern. Forschung hat herausgefunden, dass die P300 Potenzial frühe und späte Unterkomponenten, die frühen Unterkomponente (genannt P3a) reflektiert die Bottom-up-Salienz, die durch die Neuheit des Reizes und der späteren Unterkomponente (P3b genannt), die die Top-Down-kognitive Klassifikation des Reizes als Ziel angetrieben wird. Oddball Aufgabe ist daher eine robuste und komplexe Sonde Aufmerksamkeits Prozesse.

Als ein zuverlässiger Marker Aufmerksamkeits Prozesse im Gehirn kann die P300, hervorgerufen durch den Sonderling Task ein nützlicher Biomarker der Aufmerksamkeits Dysfunktion sein. Zum Beispiel Kinder mit ADHS zeigen eine kleinere und später P300, tendenziell⁴ und diese Unterschiede mit wirksame medikamentöse Therapie zu verringern. ⁵

1. Squires, N.K., Squires, K.C. & Hillyard, S.A. Two varieties of long-latency positive waves evoked by unpredictable auditory stimuli in man. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 38, 387-401 (1975).
2. Habibi, A., Wirantana, V. & Starr, A. Cortical Activity during Perception of Musical Rhythm; Comparing Musicians and Non-musicians. Psychomusicology 24, 125-135 (2014).
3. Halgren, E. & Marinkovic, K. Neurophysiological networks integrating human emotions. in The Cognitive Neurosciences (ed. Gazzaniga, M.S.) 1137-1151 (MIT Press, Cambridge, MA, 1995).
4. Doyle, A.E., et al. Attention-deficit/hyperactivity disorder endophenotypes. Biol Psychiatry 57, 1324-1335 (2005).
5. Winsberg, B.G., Javitt, D.C. & Silipo, G.S. Electrophysiological indices of information processing in methylphenidate responders. Biol Psychiatry 42, 434-445 (1997).