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사건 관련 잠재력과 오드볼 과제

Overview

출처: 조나스 T. 카플란과 사라 I. 짐벨의 연구소 - 서던 캘리포니아 대학

감각 기관에 의해 캡처 된 정보의 압도적 인 양을 감안할 때, 뇌는 특정 자극의 처리를 우선 순위를 할 수있는 것이 중요합니다, 현재 중요하지 않을 수 있습니다 무엇에 적은 노력을 지출하고 무엇에 참석. 뇌가 사용하는 한 가지 추론은 예기치 않거나 독특한 자극에 찬성하여 자주 또는 일정한 자극을 무시하는 것입니다. 따라서 드문 사건은 더 두드러지고 우리의 관심을 끄는 경향이 있습니다. 또한 현재의 행동 목표와 관련된 자극은 관련이 없는 사람들보다 우선 순위가 지정됩니다.

주의의 신경 생리학적 상관 관계는 이상한 볼 패러다임의 사용을 통해 실험적으로 검토되었습니다. 원래 1975 년에 도입 된, 이상한 공 작업은 반복적 인 오디오 또는 시각적 자극의 시퀀스를 참가자를 제시, 드물게 예기치 않은 자극에 의해 중단. 1 표적 자극에 의한 이러한 중단은 이벤트 관련 전위(ERP)로 알려진 두피에 기록가능한 특정 전기 적 이벤트를 유도하는 것으로 나타났다. ERP는 특정 감각, 인지 또는 모터 이벤트에서 발생하는 측정된 뇌 반응입니다. ERP는 뇌전도 (EEG)를 사용하여 측정되며, 이는 질병 환자와 일반적으로 기능하는 환자에서 뇌 기능을 평가하는 비침습적 수단입니다. P300이라고 하는 두피의 정수리 부위에 걸쳐 발견되는 특정 ERP 성분은 이상한 볼 이벤트에 대한 응답으로 향상됩니다. P300은 자극 개시 후 250~500ms 사이에서 발생하는 EEG 신호의 양수 편향이다. 일반적으로 초기 잠재력은 감각 모터 처리를 반영하는 반면 P300과 같은 이후의 잠재력은 인지 처리를 반영합니다.

이 비디오에서는 EEG를 사용하여 이상한 공 작업을 관리하는 방법을 보여줍니다. 비디오는 EEG의 설정 및 관리, 홀수 볼 작업에서 제어 및 대상 자극과 관련된 ERP 분석을 포함합니다. 이 작업에서, 참가자는 EEG 전극으로 설정, 다음 뇌 활동은 제어 자극을 볼 동안 기록, 대상 자극으로 산재. 절차는 하비비 외의것과 유사하다. 2 대상 자극이 표시될 때마다 참가자가 버튼을 누릅니다. 제어 및 대상 자극전반에 걸쳐 ERP를 평균화하면 각 이벤트의 신경 상관 관계를 선택한 시간 창에서 비교할 수 있습니다.

Procedure

1. 참가자 모집

  1. 실험을 위해 20명의 참가자를 모집합니다.
  2. 참가자가 연구 절차에 대해 완전히 통보받고 모든 적절한 동의 양식에 서명했는지 확인하십시오.

2. 데이터 수집

  1. EEG 준비 (참고: 이 단계는 Synamps 2 앰프와 64 채널 빠른 캡신경증 4.3 시스템과 함께 사용하기 위한 것입니다.)
    1. EEG 연구에 참여한 참가자는 참여 하기 전에 그들의 머리에 어떤 머리 제품(예를 들어,젤, 마우스, 또는 잎-인 컨디셔너)이 없어야합니다.
    2. 전도성 전극 젤(즉,퀵 젤)으로 2-4, 10ml 주사기를 채웁니다. 기포를 방출하기 위해 그것을 사용하기 전에 젤을 저어하는 것이 좋습니다.
    3. 모발과 두피를 철저히 닦습니다(약 5분).
    4. 알코올과 면 거즈와 깨끗한 머리. 또한 전극의 배치를 위한 피부를 청소하십시오: 두 개의 마스토이드(각 귀 뒤), 왼쪽 눈 VEO(수직 전기 안구) 아래 및 위, 각 눈 HEO(수평 전기 안구)의 먼 면; 그림 1,왼쪽).
    5. 양면 접착제 디스크를 사용하여 전극을 배치합니다.
    6. 정면에서 머리를 측정 (눈썹 사이, 눈 중간 눈) 이온 (뒤쪽의 머리의 범프 아래)에. 이 거리는 캡의 크기(소형, 중간 또는 큰)를 결정합니다. 캡을 배치하려면 측정된 거리의 10%를 이마에 표시하고 중간 전두엽 전극(FPz)이 표시된 지점에 배치되는지 확인합니다.
    7. 캡의 각 코드에 얼굴 전극을 부착
    8. 무딘 바늘 끝을 사용하여 전극을 젤로 채우기 시작하여 전극 아래에 머리카락을 긁어 주므로 전극이 두피와 직접 접촉합니다. 피부를 손상시키지 않도록 주의하십시오.
      1. 전극을 조금 들어 올리면 젤을 삽입하기가 더 쉬워집니다. 대부분의 경우 전극 아래에 머리카락이 있을 것입니다. 길에서 그것을 이동하면 더 나은 임피던스가 허용됩니다.
    9. 참가자를 방음실로 데리고 캡과 개별 전극을 연결합니다.
    10. 전극 두피 연결의 임피던스를 확인하여 10 KΩ 미만으로 유지하십시오. 임피던스가 높은 경우 전극에 전도성 젤이 있고 두피와 접촉하고 있는지 확인하십시오.
      1. 임피던스는 교대 전류의 흐름을 방해하는 경향이있다. 임피던스가 높음은 데이터의 소음을 증가시킬 수 있으며 연구가 시작되기 전에 최소화되어야 합니다.
      2. 대부분의 경우, 머리는 전극의 길에 있다. 방해에서 그것을 이동하는 것은 더 나은 임피던스를 얻을 한다.
    11. 임피던스가 모든 전극에 허용되고 EEG 추적이 노이즈가 없는 경우 데이터 수집이 시작될 수 있습니다.

Figure 1
그림 1: 전극 배치. EOG 아티팩트(왼쪽)를 감지하기 위해 얼굴 전극을 배치합니다. 눈썹 사이에 직접 측정의 다이어그램은 머리 뒤쪽의 범프 바로 아래에 있습니다. 이 측정의 10%는 중간 눈 마크 위에 측정되며, 캡의 FPZ 전극이 배치되는 곳(오른쪽)입니다.

  1. EEG 데이터 수집
    1. 참가자가 작업을 수행할 수 있도록 준비합니다.
      1. 참가자를 16인치 컴퓨터 화면에서 75cm의 의자에 놓고, 음향 및 조명 감쇠된 방(음향 및 전기적으로 차폐됨)에 놓습니다.
      2. 참가자에게 화면에 컬러 원이 나타나는 것을 보게 될 것이라고 말합니다. 녹색 원을 볼 때마다 참가자는 오른손에 있는 버튼을 눌러야합니다(그림 2).
        1. 1000 ms에 대한 각 자극을 보여, 와 1000 ms 자극 프리젠 테이션 사이의 중간 자극 간격.
        2. 대상 이 아닌 빨간색 원의 96개의 프레젠테이션 사이에 무작위로 산재된 64개의 대상 자극을 표시합니다. 총 128개의 표적 자극 시험 및 192개의 비표적 대조군 예심을 위해 이 순서를 두 번 반복하십시오.
    2. 시스템을 시작하고 기능 적 작업의 프리젠 테이션 을 통해 EEG의 연속 기록을 가지고있다.
    3. EEG는 1024의 이득과 0.01-100 Hz의 대역 패스로 증폭됩니다.
    4. 눈 깜박임및 유물 거부(시험의 약 15%)에 의해 오염된 시험은 오프라인에서 제거됩니다.

Figure 2
그림 2: 이상한 공 작업에 대한 학습 설계. 참가자는 빨간색 원 또는 녹색 원이 표시됩니다. 각 자극이 1s에 표시되어 1-1화면이 표시됩니다. 참가자가 녹색 원을 볼 때마다 오른손에 있는 버튼을 누르라는 지시를 받습니다.

3. 데이터 분석

  1. 오프라인, 평균 마스토이드에 대한 참조 데이터.
  2. 연속 EEG 데이터를 획기적인 것으로 분류하여 200ms 이전에 시작하여 자극이 시작된 후 1000ms를 종료합니다.
  3. Epochs는 자극의 개시 전에 획기적인 200 ms를 사용하여 교정기준입니다.
  4. 모션 아티팩트를 수정하기 위해 모든 EEG 전극에서 150 마이크로볼트를 초과하는 신호 변화가 있는 시대는 평균에 포함되지 않았습니다.
  5. 데이터는 오프라인으로 디지털 필터링됩니다(밴드패스 0.05-20Hz).
  6. Pz 기록 사이트에서 표시되는 ERP 평균을 사용하여 대상 및 제어 자극을 제어합니다.
    1. 정수리 P300의 피크(진폭 및 대기 시간)는 전극 Pz에서 자동으로 얻어진다.
  7. 통계 분석
    1. 정수리 Pz 전극에서 ERP 평균을 플롯합니다.
    2. 최대 진폭과 대기 중의 경우 각 대기 시간 범위에 대한 F 테스트를 사용하여 대상과 제어 자극 사이에 차이가 있는지 여부를 결정합니다.

Results

참가자들이 녹색 원을 볼 때마다 버튼 눌러 응답하도록 지시받은 이상한 공 작업 중에 참가자가 컨트롤 레드 서클을 보았을 때보다 정수리 P300이 증가했습니다. 이 트레이스는 자극의 개시 에 따라 약 350ms를 정점한 반면, 대조군 추적에 대한 P300 피크는 없었다(도3).

Figure 3
그림 3: 기준선 및 이상한 이미지에 대한 P300 정수리 반응. 기준선 이미지(빨간색) 및 이상한 이미지(녹색)에 대한 정리 응답의 평균 ERP 시간 추적입니다. 응답은 밀리초 동안 마이크로볼트로 측정됩니다.

이러한 결과는 홀수 로브의 활동이 작업 관련, 현저한 자극을 식별하는 신경 프로세스를 반영하여 이상한 응모 항목이 제시될 때 증가한다는 것을 보여줍니다. 뇌는 이러한 항목을 식별 하 여 그것의 효율성을 증가 하 고 그들을 처리에 자원을 집중. 이런 식으로 관심을 끄는 자극은 더 빨리 반응하고 나중에 더 잘 기억됩니다.

Application and Summary

ERP 접근법은 매우 높은 시간적 해상도로 인해 매우 빠른 심리적 과정에 해당하는 전기 이벤트 간의 차별을 허용합니다. 이상한 공 작업은 프리젠 테이션 후 반 초 이내에 두 개의 유사한 자극을 구별 하는 정수리 엽에서 전기 서명을 공개하는이 힘을 보여줍니다. 이 작업은 현재 생물학적 중요성이있는 환경에서 특징을 식별하기위한 뇌의 과정에 창을 제공합니다. 3

이상한 볼 패러다임은 상향식과 하향식 주의의 측면을 결합합니다. 상향식 주의는 우리 자신의 고의적인 계획이나 목표에 관계없이 우리의 관심을 끌기 위한 자극의 외인성 능력을 말합니다. 이것은 대상이 희귀하고 실험의 다른 자극과 다르다는 점에서 이상한 작업에서 재생되어 눈에 띄게합니다. 하향식 주의는 현재 작업 목표를 기반으로 들어오는 정보를 필터링하는 능력을 말합니다. 우리가 대상 자극에만 응답하도록 지시하기 때문에 위쪽 아래의 주의의 측면을 포함, 따라서 우리는 의식적으로 그들에 참석하기 위해 노력하고 있습니다. 연구는 P300 잠재력이 초기 및 후반 하위 구성 요소를 가질 수 있음을 발견했다, 초기 하위 구성 요소 (P3a라고함) 자극의 참신에 의해 구동되는 상향식 염정을 반영, 나중에 하위 구성 요소 (P3b라고 함) 이는 대상으로 자극의 하향식 인지 분류를 반영. 따라서 이상한 공 작업은 주의 프로세스의 강력하고 복잡한 프로브입니다.

뇌의 주의력 과정의 신뢰할 수 있는 마커로서, 이상한 공 작업에 의해 유도된 P300은 주의 기능 장애의 유용한 바이오마커가 될 수 있다. 예를 들어, ADHD를 가진 아이들은 더 작고 나중에 P300 잠재력을 보여줍니다,4 이러한 차이는 효과적인 약물 치료로 감소하는 경향이있다. 5

References

  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).

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Overview

2:26

Experimental Design

5:35

Running the Experiment

9:11

Data Analysis and Representative Results

11:37

Applications

13:52

Summary

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