Aquí se presenta el procedimiento para usar la cuadrícula c (electroencefalografía del oído, vendida bajo el nombre de cEEGrid) para registrar la actividad cerebral dentro y fuera del laboratorio durante períodos prolongados. Este protocolo describe cómo configurar estas matrices y cómo registrar la actividad cerebral usándolas.
La rejilla c (electroencefalografía del oído, vendida bajo el nombre de cEEGrid) es una matriz de electrodos discreta y cómoda que se puede usar para investigar la actividad cerebral después de la colocación alrededor de la oreja. La c-grid es adecuada para su uso fuera del laboratorio durante largos períodos de tiempo, incluso durante todo el día. Se pueden estudiar varios procesos cognitivos utilizando estas cuadrículas, como lo demuestran investigaciones anteriores, incluida la investigación más allá del laboratorio. Para registrar datos de EEG de oído de alta calidad, es necesaria una preparación cuidadosa. En este protocolo, explicamos los pasos necesarios para su implementación exitosa. Primero, se muestra cómo probar la funcionalidad de la cuadrícula antes de una grabación. En segundo lugar, se proporciona una descripción sobre cómo preparar al participante y cómo ajustar la cuadrícula c, que es el paso más importante para registrar datos de alta calidad. En tercer lugar, se proporciona un esquema sobre cómo conectar las redes a un amplificador y cómo verificar la calidad de la señal. En este protocolo, enumeramos las recomendaciones y consejos de mejores prácticas que hacen que las grabaciones de c-grid sean exitosas. Si los investigadores siguen este protocolo, están completamente equipados para experimentar con la c-grid tanto dentro como fuera del laboratorio.
Con la electroencefalografía de oído móvil (EEG), la actividad cerebral se puede registrar en la vida cotidiana, y se pueden obtener nuevos conocimientos sobre el procesamiento neuronal más allá del laboratorio1. Para ser adecuado para la vida cotidiana, un sistema de EEG de oído móvil debe ser transparente, discreto, fácil de usar, tolerante al movimiento y cómodo de usar incluso durante varias horas2. La rejilla c (vendida bajo el nombre de cEEGrid), un sistema de EEG de oreja en forma de c, tiene como objetivo cumplir con estos requisitos para minimizar la interferencia con el comportamiento natural. La rejilla consta de 10 electrodos Ag/AgCl impresos en material Flexprint3. Combinadas con un amplificador móvil miniaturizado y un teléfono inteligente para la adquisición de datos4,5, estas rejillas se pueden utilizar para recopilar datos de EEG del oído durante más de 8 horas 1,6.
Varios estudios realizados en el laboratorio han demostrado el potencial de las rejillas C para estudiar los procesos auditivos y otros procesos cognitivos. Las cuadrículas C se han utilizado con éxito para la decodificación de la atención auditiva con precisiones por encima del nivel de probabilidad 7,8,9,10,11. Segaert et al.12 utilizaron estos arrays para cuantificar el deterioro del lenguaje en pacientes con deterioro cognitivo leve. Garrett et al.13 demostraron que estas matrices pueden capturar potenciales cerebrales auditivos originados en el tronco encefálico. Además de la investigación centrada en el dominio auditivo, Knierim et al.14 utilizaron las rejillas para investigar las experiencias de flujo (es decir, la sensación de participación total en una tarea), medida por los cambios en la potencia alfa. Finalmente, Pacharra et al.15 utilizaron estas cuadrículas para una tarea visual. Todos estos estudios basados en el laboratorio muestran los diversos procesos cognitivos que se pueden capturar con estas cuadrículas.
Estas cuadrículas también se pueden usar para grabaciones de EEG más allá del laboratorio, como lo ilustran varios estudios. Por ejemplo, estas matrices se han utilizado para evaluar la carga mental en un simulador de conducción 16,17 y para estudiar la sordera inatencional, la no percepción de sonidos de alarma críticos, en un simulador de vuelo18. Las rejillas son especialmente prometedoras para los registros a largo plazo, como el monitoreo a largo plazo de las crisis epilépticas2 y la estadificación del sueño6. Hölle et al.1 utilizaron estas cuadrículas para medir la atención auditiva durante un día de oficina durante 6 horas. En resumen, todos estos estudios destacan su potencial para investigar diversos procesos cerebrales dentro y fuera del laboratorio.
Cada registro de EEG requiere una preparación cuidadosa para obtener resultados válidos. Esto es especialmente importante para aplicaciones móviles donde se pueden esperar más artefactos que en el laboratorio debido al movimiento del participante. Para garantizar resultados óptimos, son necesarios pasos de preparación específicos. Indicamos los pasos críticos para preparar las cuadrículas, preparar al participante para la recopilación de datos y ajustar y conectar las cuadrículas para las grabaciones de EEG. Señalamos posibles errores y mostramos ejemplos de mala calidad de los datos cuando el archivo adjunto no es adecuado. Finalmente, se muestran los resultados representativos de una tarea extraña tocada con el piano.
Aquí se proporciona un protocolo para grabaciones de EEG en el oído con las rejillas c. Seguir los pasos de este protocolo garantiza grabaciones de alta calidad. En los siguientes párrafos, se realiza una comparación con cap-EEG, se discuten los pasos más críticos en el protocolo junto con algunas recomendaciones de mejores prácticas, y se discuten algunas modificaciones.
Comparación de las rejillas C con el EEG de tapa y el EEG intrauditivo
La cuadrícula C permite el registro discreto de la actividad cerebral en entornos de la vida cotidiana y es muy adecuada para grabaciones más largas. Tiene varias ventajas en comparación con cap-EEG. En primer lugar, debido a su peso, comodidad y baja visibilidad, apenas restringe a los participantes en sus actividades cotidianas1. En segundo lugar, se puede usar durante largos períodos de tiempo – más de 11 horas en un estudio 6- sin que los electrodos se caigan 1,3,6, ya que están sellados por las pegatinas adhesivas. En el lado negativo, la rejilla c cubre solo una fracción de la superficie del EEG de tapa y, por lo tanto, no puede reemplazar el EEG de tapa para todos los propósitos. Sin embargo, en los casos en que se necesita una solución ligera, discreta, rápida de configurar y mínimamente restrictiva (por ejemplo, en el lugar de trabajo), las cuadrículas C pueden proporcionar información neuronal relevante.
La comparación de los resultados entre los participantes es potencialmente más difícil para las cuadrículas C en comparación con el EEG de tapa. Para el cap-EEG, a menudo se utiliza el sistema internacional 10-20 para facilitar la comparación de los resultados entre los estudios y entre los participantes con diferentes tamaños de cabeza. En este sistema, los electrodos se colocan en relación con puntos de referencia anatómicos específicos (es decir, la nasion y el inion de adelante hacia atrás y las orejas de izquierda a derecha). En la práctica, se utilizan diferentes tamaños de tapa para tener en cuenta los diferentes tamaños de cabeza y, por lo tanto, aproximarse al posicionamiento óptimo del electrodo. La c-grid no se puede integrar fácilmente en ese sistema por dos razones. En primer lugar, estos están disponibles actualmente en un tamaño y, por lo tanto, cubren más o menos espacio dependiendo del tamaño de la cabeza. En segundo lugar, la forma de la oreja influye en el posicionamiento de las rejillas. En general, los dos electrodos superiores estarán directamente sobre la oreja, pero dependiendo de la forma de la oreja, pueden inclinarse más hacia adelante o hacia atrás. No se conoce ningún estudio que haya investigado si estos cambios en las posiciones de los electrodos son lo suficientemente grandes como para ser relevantes.
Otro enfoque para medir el EEG del oído es colocar los electrodos dentro del oído, por ejemplo, en el canal auditivo externo o en la concha23,24,25. Tal enfoque ofrece una visibilidad aún menor que la rejilla c, pero conduce a señales de registro con amplitudes más bajas debido a las pequeñas distancias entre los electrodos26.
Pasos más críticos
El EEG en general, y especialmente el EEG móvil centrado en el oído, sigue siendo una tecnología desafiante. Por lo tanto, la preparación cuidadosa del participante y la colocación de las cuadrículas es esencial para garantizar una buena calidad de datos a lo largo del tiempo. La preparación comienza con el cabello y la piel de los participantes. El cabello y la piel alrededor de la oreja deben lavarse y secarse. Además de eso, el experimentador debe limpiar cuidadosamente el área alrededor de la oreja con gel abrasivo y alcohol y asegurarse de que las rejillas estén firmemente unidas con las pegatinas adhesivas. Estos pasos son importantes y deben realizarse con cuidado para garantizar una buena adhesión electrodo-piel y una baja impedancia durante períodos más largos. La limpieza de la piel especialmente puede marcar la diferencia entre una grabación exitosa y una fallida.
Sin embargo, incluso con el cuidado adecuado, la impedancia para electrodos individuales puede ser pobre directamente después de la colocación de los electrodos. En general, la interfaz electrodo-piel se estabiliza con el tiempo, y a menudo observamos que la impedancia disminuye dentro de 5 min a 15 min. Si la calidad de la señal sigue siendo deficiente, se recomienda eliminar completamente las rejillas, limpiar cualquier gel residual alrededor de la oreja del participante y colocar una nueva. Es más rápido instalar uno nuevo en lugar de limpiar y preparar la rejilla previamente eliminada. No se recomienda agregar gel de electrodo a los electrodos individuales una vez que se instala la rejilla, ya que esto puede comprometer la fuerza de adhesión de las pegatinas e incluso puede conducir al puente de los electrodos vecinos.
Después de que se haya colocado la rejilla y cuando la impedancia de los electrodos sea baja, puede comenzar el registro de datos. Para grabaciones más largas (>1 h), se debe realizar un breve control de calidad de los datos al principio. Por ejemplo, una tarea extraña auditiva de 3 minutos se ejemplifica en este estudio, que se puede realizar y analizar rápidamente para garantizar una buena calidad de señal.
En algunos casos, la grabación con la rejilla C puede no ser posible en absoluto, como cuando la rejilla es demasiado pequeña para la oreja (incluso después de cortar) o cuando la línea del cabello está demasiado cerca de la oreja, lo que significa que la rejilla no se adhiere a la piel. Si la cuadrícula “flota” sobre algún cabello, los investigadores no pueden esperar datos de alta calidad.
Solución de problemas
Mala impedancia y/o señal
Para evitar estos problemas, es imperativo que la piel se limpie cuidadosamente antes de la colocación. Además, uno debe asegurarse de probar la funcionalidad de cada electrodo antes de la instalación. Por ejemplo, uno debe verificar que la rejilla esté conectada correctamente al conector y que cada electrodo tenga contacto firme con la piel y luego esperar unos minutos hasta que la impedancia y la señal mejoren. Para verificar aún más la funcionalidad después del ajuste, se deben presionar los electrodos individuales y se debe verificar la señal resultante. Si la señal correspondiente de cada electrodo muestra una respuesta, el electrodo es funcional en principio. Si todos los pasos anteriores no ayudan, uno debe quitar la rejilla, limpiar el gel residual alrededor de la oreja del participante y colocar uno nuevo.
Situaciones sin señal
En primer lugar, uno debe asegurarse de que la red esté conectada correctamente al amplificador, así como asegurarse de que el conector de la red no esté al revés. Habrá una señal solo si los electrodos de tierra y de referencia están conectados; Si la tierra y la referencia estarán a la izquierda, a la derecha o a ambos lados depende del conector.
La señal empeora durante la grabación
Puede haber varias razones para este problema que deban abordarse. Primero, algunos de los electrodos podrían haberse desprendido de la piel. Esto puede suceder cuando el adhesivo se ve comprometido por los restos del gel del electrodo, por el pelo debajo de los electrodos o debido a la interferencia del participante (por ejemplo, rascarse alrededor de la oreja o ajustar las gafas). En segundo lugar, puede haber problemas con la conexión entre la red y el amplificador (es decir, la red podría haber sido extraída del amplificador, o su posición podría haber cambiado). Finalmente, la red podría haber sufrido daños durante el uso. Esto puede suceder si la cola de la rejilla c se dobla con demasiada fuerza.
Canales que muestran señales idénticas
En este caso, los electrodos están puenteados. Uno debe quitar la rejilla, limpiar el gel residual alrededor de la oreja del participante y colocar uno nuevo. También se debe asegurarse de usar solo gotas de gel de electrodo del tamaño de una lenteja en cada electrodo para evitar puentes.
Participantes que informan que la colocación es incómoda
La razón más común para la disminución de la comodidad es que la rejilla se coloca demasiado cerca de la parte posterior de la oreja. Uno debe asegurarse de dejar de 1 mm a 2 mm entre la rejilla C y la parte posterior de la oreja. Un pequeño trozo de cinta adhesiva detrás de la oreja ayuda a aumentar la comodidad.
Modificaciones del método
La c-grid viene en un tamaño. Sin embargo, permite cierta flexibilidad con respecto a su tamaño. Al cortar el plástico del lado interno, el tamaño puede reducirse para adaptarse a orejas más grandes. Se debe prestar especial atención para no cortar los electrodos o las rutas conductoras.
Dependiendo del amplificador utilizado y del escenario de grabación, hay diferentes formas de colocar el amplificador en el cuerpo. La longitud fija de la cola de la rejilla y el hecho de que apunte horizontalmente lejos de la oreja limita las posibles ubicaciones para colocar el conector del amplificador. Diferentes fabricantes proporcionan cables adaptadores que conectan la red a un amplificador específico (ya sea móvil o basado en laboratorio). Se han propuesto diferentes soluciones para colocar el amplificador; Algunos investigadores usan una diadema3, mientras que otros la integran en una basecap27. Para experimentos más cortos, una diadema es adecuada. Para experimentos más largos, el amplificador se puede pegar con cinta adhesiva a la ropa6 o al cuerpo2, almacenarse en correas hechas a medida, pegarse con cinta adhesiva a los auriculares que se usan alrededor del cuello1 o pegarse a un protector de cuello comúnmente utilizado para el ciclismo de montaña. Hemos desarrollado un prototipo que combina un altavoz de cuello (para presentar estímulos auditivos) con un amplificador EEG móvil y conectores a la c-grid (las instrucciones de construcción se pueden encontrar aquí: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). Hemos utilizado este enfoque con éxito en un estudio reciente (en preparación) en el que registramos el EEG del oído durante 4 h mientras los participantes trabajaban en una oficina.
Aplicaciones futuras
La c-grid es una herramienta prometedora para grabaciones a largo plazo en la vida cotidiana. Por ejemplo, uno puede usarlo para investigar el procesamiento del sonido en la vida cotidiana1. Con registros a largo plazo, las variaciones circadianas en la cognición y la función auditiva también pueden ser investigadas28,29. Para fines diagnósticos, la rejilla puede ser utilizada para la monitorización a largo plazo de las crisis epilépticas2, la estadificación del sueño6, o para medir la atención de los dispositivos auditivos 7,11.
Conclusión
Este protocolo equipa integralmente a los investigadores para experimentar con estas cuadrículas C dentro y fuera del laboratorio. Si los investigadores siguen este protocolo y realizan cuidadosamente los pasos, incluidos los más importantes, como la limpieza de la piel y el ajuste de la rejilla c, pueden esperar datos de alta calidad para sus experimentos de EEG de oído.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue financiado por la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fundación Alemana de Investigación) bajo el programa Emmy-Noether, BL 1591/1-1 – Project ID 411333557. Agradecemos a Suong Nguyen, Manuela Jäger y Maria Stollmann por su ayuda en la filmación del video. Agradecemos a Joanna Scanlon por la voz en off del video.
Abrasive gel: Abralyt HiCl | easycap GmbH, Germany | ||
AFEx app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://zenodo.org/record/5814670#.Y0AavXZByUk | |
Alcohol | Carl Roth GmbH + Co. KG, Germany | 70% isopropanol, 30% destilled water | |
c-grid: cEEGrid | TSMI, Oldenzaal, The Netherlands | ||
cEEGrid connector | University of Oldenburg, Germany | costum build | |
EEG acquisition app: Smarting | mBrainTrain, Serbia | ||
Matlab | The MathWorks, Inc., USA | used for data analyses and creating the figures | |
Medical tape: Leukosilk | BSN medical GmbH, Germany | ||
mobile EEG amplifier: Smarting MOBI | mBrainTrain, Serbia | ||
Multimeter | PeakTech Prüf- und Messtechnik GmbH, Germany | optional device to check functionality of electrodes | |
nEEGlace | University of Oldenburg, Germany | costumized neckspeaker with integrated EEG amplifier (Smarting, mBrainTrain, Serbia) and cEEGrid connectors | |
Paper wipes | – | ||
Record-a app | University of Oldenburg, Germany | for our exemplary data recording, open-source: https://github.com/NeuropsyOL/Pocketable-Labs | |
Smartphone: Google Pixel 3a | Google LLC, USA | ||
Yahama Digital Piano P-35 | Hamamatsu, Japan | for our exemplary data recording |