Method Article
İki başvuru içermeyen EEG önlemlerdir protokol temel elektroansefalografi (EEG) microstate Analizi ve omega karmaşıklık analizi, bu makalede ve sinirsel mekanizmalar beyin bozukluklarının keşfetmek için son derece değerli.
Microstate ve omega karmaşıklığı EEG veri zamansal ve mekansal karmaşıklığı gösterebilir ve bazı beyin bozukluklarında sinirsel mekanizmalar araştırmak için yaygın olarak kullanılmış iki başvuru içermeyen elektroansefalografi (EEG) önlemler vardır. Bu makalenin amacı EEG microstate ve omega karmaşıklık çözümlemeleri adım adım temel Protokolü tarif etmektir. Bu iki önlemler büyük avantajı onlar geleneksel spektrum analizi için doğal başvuru bağımlı sorunu ortadan kaldırmak olduğunu. Buna ek olarak, microstate analiz dinlenme-devlet EEG zaman yüksek çözünürlüğe iyi kullanır ve dört elde edilen microstate sınıflar sırasıyla ilgili dinlenme-devlet ağlar maç olabilir. Omega karmaşıklık bariz avantajı tek bir kanal sinyal karmaşıklığı odaklanan geleneksel karmaşıklık önlemler ile karşılaştırıldığında olan uzamsal karmaşıklığı bütün beyin ya da belirli beyin bölgeleri, karakterize. Bu iki EEG ölçümleri zamansal ve mekansal etki alanından beyin karmaşıklık sırasıyla araştırmak için birbirlerini tamamlayıcı.
Elektroansefalografi (EEG) beri bu noninvaziv, düşük mal oldu ve çok yüksek zamansal çözünürlük1olan klinik tanı ve bilimsel araştırma, hem de insan beyin elektriksel aktivitesinin kaydetmek için yaygın olarak kullanılmış. Devlet dinlenme içinde EEG sinyallerini incelemek için araştırmacılar birçok EEG teknikleri (örneğin, güç spektrum analizi, fonksiyonel bağlantı analizi)2,3geliştirdik. Bunlar microstate analiz ve omega karmaşıklık Analizi iyi kayma ve temporal bilgi EEG sinyallerini4doğasında faydalanmak.
Önceki araştırmalar ne kadar zaman içinde göz kapalı EEG sinyallerinin topografik dağıtım değişir veya göz-açık devlet dinlenme, anlık haritalar dizi manzara, kesintili değişiklikleri göstermek bu göstermiştir Yani, dönemleri, istikrar alternatif bazı yarı kararlı EEG Topografyaları5arasında kısa geçiş dönemleri ile. Lihtenştayn 80 ile 120 ms1arasında son yarı kararlı EEG Topografyaları Bu bölüm olarak tanımlanır. Farklı elektrik potansiyel manzara farklı sinirsel kaynaklar tarafından oluşturulan gerekir bu Lihtenştayn okunmasının temel taşları hak kazanabilirsiniz ve "düşünce ve duygu atomlarının"6kabul edilebilir. Modern desen sınıflandırma algoritmaları kullanarak, dört EEG microstate sınıfları dinlenme sürekli olarak, A sınıfı, B sınıfı, C sınıfı ve D sınıfı7etiketli gözlenmiştir. Ayrıca, araştırmacılar EEG veri dinlenme bu dört microstate sınıflar birçok dinlenme-devlet fMRI (fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme) çalışmalar8',9 gözlenen iyi bilinen fonksiyonel sistemleri ile yakından ilişkili olduğunu ortaya koydu . Böylece, microstate analiz dinlenme ağları (RSNs) insan beyninin çalışma için yeni bir yaklaşım sağladı. Ayrıca, ortalama süresi ve dört microstate haritalar topografik şeklinde her microstate sınıfın oluşum sıklığını önemli ölçüde bazı beyin bozuklukları4,10,11tarafından etkilenmiştir, ve sıvı istihbarat12 ve kişilik13ile ilişkilidir.
Diğer yönü olarak, çok kanallı EEG geleneksel fonksiyonel bağlantı sadece böylece küresel fonksiyonel bağlantı kafa derisi veya belirli bir beyin bölgesi içinde değerlendirmek başarısız oldu iki kafa derisi elektrot arasındaki işlevsel bağlantıları tarif olabilir. Wackermann (1996)14 tarafından önerilen ve asıl bileşen analizi (PCA) ve Shannon entropi, birleştiren bir yaklaşımla hesaplanan omega karmaşıklığı arasındaki geniş bant genel eşitleme dağınık şekilde ölçmek için kullanılan Dağıtılmış beyin bölgeleri. Her frekans bandı omega karmaşıklığını değerlendirmek için Fourier dönüşümü yaygın bir ilk adım25yapılmıştır.
Lihtenştayn ve omega karmaşıklık iki yakından bağlantılı kavram, yani, temporal karmaşıklığı ve kayma karmaşıklık4yansıtacak şekilde kullanılabilir. İnsan beyninin belirli zihinsel işlemlerde microstate sınıfları temsil ettiğinden, nöronal salınımlarını zamansal yapısını yansıtabilir. Alt süresi ve daha yüksek oluşum hızı / sn yüksek temporal karmaşıklığı belirtmeniz gerekir. Omega karmaşıklık olumlu ilgili beyinde sinirsel bağımsız kaynaklar sayı ile böylece sık kayma karmaşıklık4bir göstergesi olarak kabul edilir.
Geçerli makalenin EEG microstate analiz ve omega karmaşıklık Analizi ayrıntılı protokolünü açıklar. EEG microstate ve omega karmaşıklık çözümlemeleri beyin aktivitesi zamansal ve mekansal karmaşıklığı sırasıyla ölçmek için fırsat sunar.
Bu iletişim kuralı yerel etik kurul tarafından kabul edildi. Tüm katılımcılar ve velileri bu deneme için bir onam formu imzaladı.
1. konular
2. EEG veri kaydı
3. EEG veri ön işleme
Not: EEG veri çeşitli açık kaynak veya ticari yazılım kullanarak Önişlenmiş. Aşağıdaki talimatları EEGLAB için özeldir. Bu sadece bir EEG veri önişlem için birçok kullanılabilir seçenekler dışarı biridir.
4. EEG Microstate Analizi
Not: Bir tabandan tavana yordam ve bir yukarı-alt yordamı içeren microstate sınıf analiz16için klasik K Ortalamalar kümeleme algoritması değiştirilmiş bir sürümü kullanılır. Aşağıdan yukarıya yordamda, grup düzeyi microstate sınıfları kayma korelasyon bir küme ölçüt olarak kullanılarak tanımlanır. Sonra yukarı-alt yordam, her gruptaki her konunun her topografik harita EEG microstate sınıf maksimum kayma korelasyon ile atanır. Dinlenme-devlet EEG microstate analiz için topografik haritalar polarite sık gözardı edilir. EEG microstate sınıf Analizi yapılabilir çeşitli açık kaynak bilgisayar yazılımı, CARTOOL, sLORETA, aynı derecede kullanarak EMMA ve MapWin. Aşağıdaki talimatları için Lihtenştayn EEGLAB eklenti özgüdür. Bu EEGLAB eklenti https://sccn.ucsd.edu/wiki/EEGLAB_Extensions_and_plug-ins karşıdan yüklenemedi.
5. omega karmaşıklık Analizi
EEG microstate
Grand normalleştirilmiş microstate haritalar Şekil 1' de gösterilen demek. Elektrik potansiyel manzara burada tanımlanan dört bu microstate sınıfların çok önceki çalışmalar4' te bulunanlara benzer.
Ortalama ve standart sapma (SD) sağlıklı deneklerin microstate parametrelerinin Tablo 1' de gösterilmiştir. Microstate sınıf A oluşum oranı 3,44 ± 1,29 kez oldu / s ve süresi 72 ± 13 Bayan microstate Sınıf B için oluşum oranı 3,54 ± 0,85 kez oldu / s ve süresi 71 ± 18 Bayan microstate C sınıfı için oluşum hızı 0,63 kez 3,85 ± oldu / s ve süresi 69 ± 9 Bayan microstate sınıf D için yapıldı, oluşum oranı 3.41 ± 0,78 kez oldu / s ve süresi 11 ms 66 ± yapıldı.
Omega karmaşıklık
Değeri (± SD demek) küresel omega karmaşıklık sağlıklı bireylerde her frekans bandı, Tablo 2' de sunuldu. Delta Grup için küresel omega karmaşıklık 6,39 ± 1,34 idi. Teta bandı için küresel omega karmaşıklık 5,46 ± 0,85 yapıldı. Alfa-1 grup için küresel omega karmaşıklık 3,47 ± 0.8 idi. Alfa-2 grup için küresel omega karmaşıklık 3.87 ± 0,70 idi. Beta-1 grup için küresel omega karmaşıklık 5,36 ± 0,84 idi. Küresel omega karmaşıklık kurulmuş 6,16 ± 0.83 Beta-2 grubu için. Gama-1 grup için küresel omega karmaşıklık 6.95 ± 1,07 idi. Gama-2 grup için küresel omega karmaşıklık 6,88 ± 1,39 idi.
Değeri (± SD demek) ön omega karmaşıklık sağlıklı bireylerde her frekans bandı, Tablo 2' de gösterildi. Delta Grup için ön omega karmaşıklık 4,84 ± 1.7 idi. Teta grup için ön omega karmaşıklık 4.23 ± 1.48 idi. Alfa-1 için ön omega karmaşıklık grubumdu 3,44 ± 1.09. Alfa-2 grup için ön omega karmaşıklık 3.87 ± 0,97 idi. Beta-1 grup için ön omega karmaşıklık 3,74 ± 0,81 idi. Beta-2 grup için ön omega karmaşıklık 2.94 ± 0.59 idi. Gama-1 grup için ön omega karmaşıklık 1,98 ± 0,24 oldu. Gama-2 grup için ön omega karmaşıklık 3.02 ± 0.59 idi.
Değeri (± SD demek) posterior omega karmaşıklık sağlıklı bireylerde her frekans bandı, Tablo 2' de gösterildi. Delta Grup için posterior omega karmaşıklık 3,71 ± 1.48 idi. Teta bandı için posterior omega karmaşıklık 2,47 ± 0,85 yapıldı. Alfa-1 grup için posterior omega karmaşıklık 2.11 ± 0,9 idi. Alfa-2 grup için posterior omega karmaşıklık 3.16 ± 1.42 idi. Beta-1 grup için posterior omega karmaşıklık 4,32 ± 1,67 idi. Posterior omega karmaşıklık kurulmuş 3,84 ± 1.04 Beta-2 grubu için. Gama-1 grup için posterior omega karmaşıklık 2.17 ± 0,37 idi. Gama-2 grup için posterior omega karmaşıklık 2.99 ± 0,53 idi.
Şekil 1. Demek dört microstate sınıfların (A-D) dinlenme-devlet EEG sağlıklı bireylerde topografik haritalar normalleştirilmiş. Microstate sınıf A ve B sol oksipital yönüne doğru bir ön ve oksipital yönlendirme, sırasıyla sağ bir sol ön var. Microstate sınıf C ve D var ama oksipital yönüne prefrontal simetrik Topografyaları ve frontocentral oksipital yönüne gözlendi, anılan sıraya göre. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Microstate sınıf | ||||||||
A | B | C | D | |||||
Demek | SD | Demek | SD | Demek | SD | Demek | SD | |
Oluşumu/s | 3,44 | 1.29 | 3.54 | 0.85 | 3.85 | 0,63 | 3.41 | 0.78 |
Süresi (ms) | 72 | 13 | 71 | 18 | 69 | 9 | 66 | 11 |
Tablo 1. Sağlıklı deneklerin microstate parametreleri (n = 15). Ortalama ve standart sapma (SD) oluşum oranı ve süresi dört microstate sınıfların bu tabloda gösterilmiştir.
Küresel Omega karmaşıklık | Anterior Omega karmaşıklık | Posterior Omega karmaşıklık | ||||
Frekans bandı | Demek | SD | Demek | SD | Demek | SD |
Delta | 6,39 | 1,34 | 4,84 | 1.7 | 3.71 | 1.48 |
Teta | 5.46 | 0.85 | 4.23 | 1.48 | 2.47 | 0.85 |
Alfa-1 | 3.47 | 0.8 | 3,44 | 1,09 | 2.11 | 0,9 |
Alfa-2 | 3.87 | 0,7 | 3.87 | 0,97 | 3,16 | 1,42 |
Beta-1 | 5.36 | 0,84 | 3.74 | 0,81 | 4,32 | 1.67 |
Beta-2 | 6,16 | 0,83 | 2.94 | 0.59 | 3.84 | 1,04 |
Gama-1 | 6,95 | 1,07 | 1,98 | 0,24 | 2.17 | 0,37 |
Gama-2 | 6.88 | 1.39 | 3.02 | 0.59 | 2.99 | 0,53 |
Tablo 2. Küresel, anterior ve posteiror omega karmaşıklık sağlıklı deneklerin (n = 15). Ortalama ve standart sapma (SD) sekiz frekans bantlarında (delta, teta, Alfa-1, Alfa-2, beta 1, beta 2, gama-1, gama-2) küresel, anterior ve posteiror omega karmaşıklık sırasıyla bu tabloda gösterilmiştir.
Ek dosyaları. Bu el yazması kullanılan komut dosyalarını çalıştırmak için lütfen MATLAB ortamında komut dosyalarını açmak sonra command window içine tüm içeriği kopyalayın ve "Enter" tuşuna basın. Komut dosyaları yalnızca bizim veri kümeleri için geçerli olduğunu, unutmayın. Diğer veri kümeleri için komut uygulandığında bazı değişiklikleri ihtiyaç vardır. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.
Bu makalede, EEG analitik yöntemleri (yani, microstate analiz ve omega karmaşıklık Analizi), iki tür insan beyni uzaysal karmaşıklığını ve temporal karmaşıklığı sırasıyla ölçme, ayrıntılı olarak tarif edildi. Birkaç kritik adım içinde belirtilmelidir Protokolü vardır. İlk olarak, EEG veri microstate ve omega karmaşıklık hesaplama önce temizlenmesi gerekir. İkinci olarak, EEG veri hesaplama microstate ve omega karmaşıklık önce ortalama başvuru karşı remontaged. Üçüncü olarak, sürekli EEG veri önce microstate ve omega karmaşık hesaplama dönemini içine bölümlenmiş gerekir. Her dönem uzunluğu 2 olmalıdır son olarak s., Cartool (https://sites.google.com/site/cartoolcommunity/about), sLORETA (http://www.uzh.ch/keyinst/loreta.htm) ve MapWin (http:// microstate analizinde kullanılan yazılımı dahil www.thomaskoenig.ch/index.php/Software/mapwin). Microstate analiz EEGLAB Bu çalışmada bir eklenti sayesinde yapılmıştır.
Burada yapılan microstate analiz devlet EEG veri dinlenme için uygulanan rağmen bu kolayca bize zaman içerisinde bilişsel çeşitli bilişsel işlemleri hakkında daha fazla bilgi ortaya çıkarmak yardımcı olacak olay-ilişkili potansiyeller (ERPs) için uygulanan olabilir deneyler ve ERP analiz18,19gerçekleştirmek için başvuru içermeyen bir yaklaşım sağlar. Devlet EEG, topografik haritalar polarite istirahat için Not, sık gözardı edilir; Ancak, ERPs için topografik haritalar polarite göz ardı değil. Bir küçük bu EEG eklenti bu sadece devlet EEG istirahat için kullanılabilir olduğunu kısıtlamasıdır. ERPs için belgili tanımlık bilgisayar yazılımı Cartool en iyi seçenek olabilir. Omega karmaşıklık değeri 1'den N'ye attains. Hesaplanan omega karmaşıklık 1, ise belirli bir beyin bölgesi içinde en büyük küresel işlev bağlantısı ortaya çıkıyor; Oysa omega karmaşıklık eşit olarak N, belirli bir beyin bölgesi içinde en az bir genel fonksiyonel bağlantı bulunamadı. Biz farklı beyin bölgelerini omega karmaşıklığı istatistiksel olarak test etmek isterseniz, elektrot sayısı önemli ölçüde omega karmaşıklık tahmini değeri etkileyebilir beri böylece, bu bölgelerde seçili elektrot sayısı eşit, olmalıdır.
Dinlenme EEG çalışma için araştırmacılar birçok EEG teknikleri (örneğin, güç spektrum analizi, fonksiyonel bağlantı analizi)2,3geliştirdik. Bu geleneksel teknikleri için karşılaştırıldığında, microstate Analizi EEG tekniği mükemmel zamansal çözünürlük yararlanır. Dört tespit microstate sınıflar birçok dinlenme-devlet fMRI çalışmaları8,20içinde gözlenen dört iyi okudu fonksiyonel sistemleri ile ilişkili olduğu bulundu: işitsel (microstate A), görsel (B microstate), kısmen bilişsel Denetim ve kısmen varsayılan mod (microstate C) ve dorsal dikkat (microstate D). Böylece, microstate analiz dinlenme ağları (RSNs) insan beyninin çalışma için yeni bir yaklaşım sağladı. Geleneksel EEG teknikleri için karşılaştırıldığında, omega karmaşıklık içinde bir belirli beyin bölgesi4küresel fonksiyonel bağlantı karakterize. Geleneksel fonksiyonel bağlantı yalnızca iki kafa derisi elektrot arasındaki fonksiyonel bağlantı anlatabilir misiniz.
Ancak, iki EEG teknikleri de belirtilmelidir bazı sınırlamaları vardır. Öncelikle, mevcut microstate çözümleme genellikle geniş bant EEG sinyallerini yapılır, böylece zengin Sıklık bilgilerini EEG tekniğinin avantajı almaz. Ayrıca, bu dört microstate sınıf ve ilgili ölçümler fonksiyonel önemini değildir çok açık defa. İkinci olarak, omega karmaşıklık yalnızca doğrusal bağımlılıklara algılayabilir. Bazı geleneksel fonksiyonel bağlantı ölçümleri (faz kilitleme değeri, karşılıklı bilgi ve eşitleme olasılığı)21tarafından,22 sayılabilir kafa derisi bölgeler arasındaki doğrusal olmayan bağımlılıklara algılayamıyor ,23.
Gelecekte, microstate Analizi EEG sinyallerinin Uzaysal Çözünürlük önemli ölçüde artıracaktır kaynak lokalizasyon teknikleri ile (örneğin, sLORETA, BESA, demetleme), uygulanmalıdır. Microstate analiz yaygın olarak EEG ve ERPs dinlenme yolculuklarında uygulanmış olsa sadece birkaç çalışmalar bu teknik zaman-frekans etki alanına uygulamış. Örneğin, Jia vd. 24 temeline dayanan bir yaklaşım topografik segmentasyon analizi için en iyi şekilde ve otomatik olarak ayrıntılı zaman-frekans özellikleri tanımlar. Bu yaklaşım etkili salınım faaliyetlerinin mekansal bilgi yararlanabilir. Ancak, bu uygulamalar çok uzak olgun vardır. Omega karmaşıklık tahmini değeri seçili elektrot sayısına bağımlı olduğundan omega karmaşıklığı için normalleştirilmiş omega karmaşıklık son derece yeterli olur. Gelecekte, zaman-frekans etki alanına uygulanması gerekir.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Bu ulusal doğal Bilim Vakfı Çin tarafından (31671141) desteklenir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ANT 20 channels EEG/ERP system | ASA-Lab, ANT B.V., Netherlands | company web address: http://www.ant-neuro.com/ | |
EEGLAB plugin for Microstates | Thomas Koenig | https://sccn.ucsd.edu/wiki/EEGLAB_Extensions_and_plug-ins | |
sLORETA | Roberto D. Pascual-Marqui | http://www.uzh.ch/keyinst/loreta.htm | |
MATLAB 2010a | The MathWorks Inc. | company web address: http://www.mathworks.com/ | |
eeglab | Swartz Center for Computational Neuroscience, University of California, San Diego | https://sccn.ucsd.edu/eeglab/index.php |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır