מוצג כאן הנוהל לשימוש ברשת c (אוזניים-אלקטרואנצפלוגרפיה, הנמכרת תחת השם cEEGrid) לרישום פעילות המוח במעבדה ומחוצה לה לפרקי זמן ממושכים. פרוטוקול זה מתאר כיצד להגדיר מערכים אלה וכיצד להקליט את פעילות המוח באמצעותם.
רשת c (אלקטרואנצפלוגרפיה של האוזן, נמכרת תחת השם cEEGrid) היא מערך אלקטרודות לא בולט ונוח שיכול לשמש לחקר פעילות המוח לאחר הצמדה סביב האוזן. רשת c מתאימה לשימוש מחוץ למעבדה לפרקי זמן ארוכים, אפילו לכל היום. ניתן לחקור תהליכים קוגניטיביים שונים באמצעות רשתות אלה, כפי שהראו מחקרים קודמים, כולל מחקר מעבר למעבדה. כדי להקליט נתוני אוזניים-EEG באיכות גבוהה, יש צורך בהכנה זהירה. בפרוטוקול זה אנו מסבירים את השלבים הדרושים ליישומו המוצלח. ראשית, כיצד לבדוק את הפונקציונליות של הרשת לפני הקלטה מוצגת. שנית, תיאור מסופק על איך להכין את המשתתף וכיצד להתאים את c-grid, שהוא הצעד החשוב ביותר להקלטת נתונים באיכות גבוהה. שלישית, מתווה מסופק כיצד לחבר את הרשתות למגבר וכיצד לבדוק את איכות האות. בפרוטוקול זה, אנו מפרטים המלצות וטיפים של שיטות עבודה מומלצות שהופכים הקלטות c-grid למוצלחות. אם החוקרים פועלים לפי פרוטוקול זה, הם מצוידים באופן מקיף לניסויים עם רשת c הן במעבדה והן מחוצה לה.
באמצעות אלקטרואנצפלוגרפיה ניידת של האוזן (EEG), ניתן לרשום את פעילות המוח בחיי היומיום, וניתן לקבל תובנות חדשות על עיבוד עצבי מעבר למעבדה1. כדי להתאים לחיי היומיום, מערכת אוזניים-EEG ניידת צריכה להיות שקופה, לא פולשנית, קלה לשימוש, סובלנית לתנועה ונוחה ללבישה אפילו למשך מספר שעות2. רשת c (נמכרת תחת השם cEEGrid), מערכת ear-EEG בצורת c, שואפת לעמוד בדרישות אלה כדי למזער את ההפרעה להתנהגות הטבעית. הרשת מורכבת מ-10 אלקטרודות Ag/AgCl המודפסות על חומר Flexprint3. בשילוב עם מגבר ממוזער ונייד וסמארטפון לאיסוף נתונים4,5, רשתות אלה יכולות לשמש לאיסוף נתוני EEG לאוזן במשך יותר מ-8 שעות 1,6.
מספר מחקרים שנערכו במעבדה הראו את הפוטנציאל של רשתות c לחקר תהליכים שמיעתיים וקוגניטיביים אחרים. רשתות C שימשו בהצלחה לפענוח קשב שמיעתי עם דיוקים מעל רמת הסיכוי 7,8,9,10,11. Segaert et al.12 השתמשו במערכים אלה כדי לכמת ליקויי שפה במטופלים עם פגיעה קוגניטיבית קלה. Garrett et al.13 הראו כי מערכים אלה יכולים ללכוד פוטנציאלים מוחיים שמיעתיים שמקורם בגזע המוח. מלבד המחקר המתמקד בתחום השמיעתי, Knierim et al.14 השתמשו ברשתות כדי לחקור חוויות זרימה (כלומר, תחושה של מעורבות מוחלטת במשימה), כפי שנמדדו על ידי שינויים בכוח אלפא. לבסוף, Pacharra et al.15 השתמשו ברשתות אלה למשימה חזותית. כל המחקרים מבוססי המעבדה הללו מציגים את התהליכים הקוגניטיביים השונים שניתן ללכוד באמצעות רשתות אלה.
רשתות אלה יכולות לשמש גם להקלטות EEG מחוץ למעבדה, כפי שהודגם על ידי מספר מחקרים. לדוגמה, מערכים אלה שימשו להערכת עומס מנטלי בסימולטור נהיגה 16,17 ולחקר חירשות לא קשובה, אי-תפיסה של צלילי אזעקה קריטיים, בסימולטור טיסה18. הרשתות מבטיחות במיוחד להקלטות ארוכות טווח, כגון ניטור ארוך טווח של התקפים אפילפטיים2 והיערכות שינה6. Hölle et al.1 השתמשו ברשתות אלה כדי למדוד תשומת לב שמיעתית במהלך יום במשרד במשך 6 שעות. לסיכום, כל המחקרים הללו מדגישים את הפוטנציאל שלהם לחקור תהליכים מוחיים שונים במעבדה ומחוצה לה.
כל רישום EEG דורש הכנה קפדנית כדי להשיג תוצאות תקפות. זה חשוב במיוחד עבור יישומים ניידים שבהם ניתן לצפות יותר חפצים מאשר במעבדה בשל התנועה של המשתתף. כדי להבטיח תוצאות אופטימליות, יש צורך בשלבי הכנה ספציפיים. אנו מציינים את השלבים הקריטיים בהכנת הרשתות, הכנת המשתתף לאיסוף נתונים, והתאמת וחיבור הרשתות להקלטות EEG. אנו מצביעים על טעויות פוטנציאליות ומציגים דוגמאות לאיכות נתונים ירודה כאשר הקובץ המצורף אינו תקין. לבסוף, מוצגות תוצאות מייצגות של משימת כדור מוזר המנוגן בפסנתר.
מסופק כאן פרוטוקול להקלטות אוזניים-EEG עם רשתות c. ביצוע השלבים של פרוטוקול זה מבטיח הקלטות באיכות גבוהה. בפסקאות הבאות, מתבצעת השוואה עם cap-EEG, נדונים השלבים הקריטיים ביותר בפרוטוקול יחד עם כמה המלצות לשיטות עבודה מומלצות, וכמה שינויים נדונים.
השוואה בין רשתות c ל-cap-EEG ו-EEG בתוך האוזן
רשת c מאפשרת הקלטה לא פולשנית של פעילות המוח במסגרות חיי היומיום ומתאימה היטב להקלטות ארוכות יותר. יש לו מספר יתרונות בהשוואה ל- cap-EEG. ראשית, בשל משקלו, נוחותו וראייתו הנמוכה, הוא בקושי מגביל את המשתתפים בפעילויות היומיומיות שלהם1. שנית, ניתן לענוד אותו לפרקי זמן ממושכים – יותר מ-11 שעות במחקר אחד 6 – מבלי שהאלקטרודות ייפלומ-1,3,6, מכיוון שהן אטומות על ידי מדבקות הדבק. על החיסרון, רשת c מכסה רק חלק קטן משטח של cap-EEG, ולכן, לא יכול להחליף cap-EEG לכל מטרה. עם זאת, במקרים שבהם יש צורך בפתרון קל משקל, לא פולשני, מהיר להתקנה ומוגבל באופן מינימלי (למשל, במקום העבודה), רשתות c יכולות לספק מידע עצבי רלוונטי.
השוואת התוצאות בין המשתתפים עשויה להיות קשה יותר עבור רשתות c בהשוואה ל- cap-EEG. עבור cap-EEG, לעתים קרובות המערכת הבינלאומית 10-20 משמשת כדי להקל על השוואת התוצאות בין מחקרים ובין משתתפים עם גדלי ראש שונים. במערכת זו, האלקטרודות ממוקמות ביחס לציוני דרך אנטומיים ספציפיים (כלומר, הנאסיון והאיניון מלפנים ומאחור והאוזניים משמאל לימין). בפועל, גדלים שונים של כובעים משמשים כדי להסביר גדלים שונים של הראש ובכך להעריך את מיקום האלקטרודה האופטימלי. לא ניתן לשלב בקלות את רשת c במערכת זו משתי סיבות. ראשית, אלה זמינים כיום בגודל אחד, ובכך, לכסות פחות או יותר שטח בהתאם לגודל הראש. שנית, צורת האוזן משפיעה על מיקום הרשתות. באופן כללי, שתי האלקטרודות העליונות ביותר יהיו ישירות מעל האוזן, אך בהתאם לצורת האוזן, הן עשויות להיות מוטות יותר לחזית או לאחור. לא ידוע לנו על שום מחקר שבדק אם התזוזות האלה במיקומי האלקטרודות גדולות מספיק כדי להיות רלוונטיות.
גישה נוספת למדידת ear-EEG היא למקם את האלקטרודות בתוך האוזן, למשל, בתעלת האוזן החיצונית או בקונצ’ה23,24,25. גישה כזו מציעה ראות נמוכה אף יותר מרשת c אך מובילה להקלטת אותות עם אמפליטודות נמוכות יותר בשל המרחקים הקטנים בין האלקטרודות26.
השלבים הקריטיים ביותר
EEG בכלל, ובמיוחד EEG ממוקד אוזניים נייד, נותרה טכנולוגיה מאתגרת. לכן, הכנה זהירה של המשתתף ומיקום של רשתות הוא חיוני כדי להבטיח איכות נתונים טובה לאורך זמן. התכשיר מתחיל בשיער ובעור של המשתתפים. השיער והעור סביב האוזן צריכים להיות שטף ומיובש. בנוסף לכך, הנסיין צריך לנקות בזהירות את האזור סביב האוזן עם ג’ל שוחק ואלכוהול ולוודא כי הרשתות מחוברות היטב עם מדבקות דבק. שלבים אלה חשובים ויש לבצעם בקפידה כדי להבטיח הידבקות טובה של אלקטרודה-עור ועכבה נמוכה לתקופות ארוכות יותר. ניקוי העור במיוחד יכול לעשות את ההבדל בין הקלטה מוצלחת להקלטה לא מוצלחת.
עם זאת, גם עם טיפול נאות, העכבה לאלקטרודות בודדות עדיין עשויה להיות גרועה מיד לאחר מיקום האלקטרודות. באופן כללי, ממשק האלקטרודה-עור מתייצב עם הזמן, ולעתים קרובות אנו רואים כי העכבה פוחתת תוך 5 דקות עד 15 דקות. אם איכות האות נשארת ירודה, מומלץ להסיר לחלוטין את הרשתות, לנגב כל ג’ל שיורי סביב אוזנו של המשתתף, ולהתאים אחד חדש. זה מהיר יותר להתאים אחד חדש לעומת ניקוי והכנת הרשת שהוסרה בעבר. לא מומלץ להוסיף ג’ל אלקטרודות לאלקטרודות בודדות לאחר התקנת הרשת, שכן הדבר עלול לפגוע בחוזק ההדבקה של המדבקות ואף להוביל לגישור בין האלקטרודות השכנות.
לאחר הצבת הרשת וכאשר העכבה של האלקטרודות נמוכה, הקלטת הנתונים יכולה להתחיל. עבור הקלטות ארוכות יותר (>1 שעות), יש לבצע בדיקת איכות נתונים קצרה בהתחלה. לדוגמה, משימה מוזרה שמיעתית בת 3 דקות מודגמת במחקר זה, אשר ניתן לערוך ולנתח במהירות כדי להבטיח איכות אות טובה.
במקרים מסוימים, הקלטה עם c-grid עשויה שלא להיות אפשרית כלל, כגון כאשר הרשת קטנה מדי עבור האוזן (גם לאחר החיתוך) או כאשר קו השיער קרוב מדי לאוזן, כלומר הרשת אינה נדבקת לעור. אם הרשת “מרחפת” מעל חלק מהשיער, החוקרים לא יכולים לצפות לנתונים באיכות גבוהה.
פתרון בעיות
עכבה ו/או אות רעים
כדי למנוע בעיות אלה, זה הכרחי כי העור הוא ניקה בקפידה לפני ההתאמה. בנוסף, יש להקפיד לבדוק את הפונקציונליות של כל אלקטרודה לפני ההתאמה. לדוגמה, יש לבדוק כי הרשת מחוברת כראוי למחבר וכי לכל אלקטרודה יש מגע מוצק עם העור ולאחר מכן לחכות כמה דקות עד העכבה ואת האות לשפר. כדי לבדוק עוד יותר את הפונקציונליות לאחר ההתאמה, יש ללחוץ על האלקטרודות הבודדות, ולבדוק את האות המתקבל. אם האות המתאים של כל אלקטרודה מראה תגובה, האלקטרודה היא פונקציונלית באופן עקרוני. אם כל השלבים הנ”ל לא עוזרים, יש להסיר את הרשת, לנגב את שאריות הג’ל סביב אוזנו של המשתתף, ולהתאים אחד חדש.
מצבים ללא אות
ראשית, יש לוודא שהרשת מחוברת כראוי למגבר, כמו גם לוודא שמחבר הרשת אינו הפוך. יהיה אות רק אם הקרקע ואלקטרודות הייחוס מחוברות; אם הקרקע וההפניה יהיו משמאל, מימין או משני הצדדים תלויה במחבר.
האות מחמיר במהלך ההקלטה
יכולות להיות מספר סיבות לבעיה זו שיש לטפל בהן. ראשית, ייתכן שחלק מהאלקטרודות נותקו מהעור. זה יכול לקרות כאשר הדבק נפגע על ידי שרידי ג’ל האלקטרודה, על ידי שיער מתחת לאלקטרודות, או עקב הפרעה של המשתתף (למשל, שריטה סביב האוזן או התאמת משקפיים). שנית, ייתכן שיש בעיות בחיבור בין הרשת למגבר (כלומר, ייתכן שהרשת נשלפה מהמגבר, או שמיקומה השתנה). לבסוף, ייתכן שהרשת ספגה נזק במהלך השימוש. זה יכול לקרות אם הזנב של רשת c כפוף חזק מדי.
ערוצים המציגים אותות זהים
במקרה זה, האלקטרודות מגושרות. יש להסיר את הרשת, לנגב את שאריות הג’ל סביב אוזנו של המשתתף, ולהתאים אחד חדש. כמו כן, יש להקפיד להשתמש רק בטיפות בגודל עדשים של אלקטרודה על כל אלקטרודה, כדי למנוע גישור.
משתתפים המדווחים כי השיבוץ אינו נוח
הסיבה הנפוצה ביותר לירידה בנוחות היא שהרשת ממוקמת קרוב מדי לחלק האחורי של האוזן. יש להקפיד להשאיר 1 מ”מ עד 2 מ”מ בין רשת c לצד האחורי של האוזן. פיסת סרט קטנה המחוברת מאחורי האוזן מסייעת להגביר את הנוחות.
שינויים בשיטה
רשת c מגיעה בגודל אחד. עם זאת, הוא מאפשר גמישות מסוימת לגבי גודלו. על ידי חיתוך הפלסטיק של הצד הפנימי, ניתן להקטין את הגודל כך שיתאים לאוזניים גדולות יותר. יש להקדיש תשומת לב מיוחדת כדי לא לחתוך את האלקטרודות או את הנתיבים המוליכים.
בהתאם למגבר המשמש ולתרחיש ההקלטה, ישנן דרכים שונות למקם את המגבר על הגוף. האורך הקבוע של זנב הרשת והעובדה שהוא מצביע אופקית הרחק מהאוזן מגביל את המיקומים האפשריים להצבת מחבר המגבר. יצרנים שונים מספקים כבלי מתאם המחברים את הרשת למגבר ספציפי (נייד או מבוסס מעבדה). פתרונות שונים הוצעו להצבת המגבר; חלק מהחוקרים משתמשים ברצועת ראש3, בעוד שאחרים משלבים אותהב-basecap 27. לניסויים קצרים יותר, סרט ראש מתאים. לניסויים ארוכים יותר, ניתן להדביק את המגבר לבגדים6 או לגוף2, לאחסן אותו ברצועות בהתאמה אישית, להדביק לאוזניות הנלבשות סביב הצוואר1, או להדביק אותו למגן צוואר המשמש בדרך כלל לאופני הרים. פיתחנו אב טיפוס המשלב רמקול צוואר (להצגת גירויים שמיעתיים) עם מגבר EEG נייד ומחברים לרשת c (הוראות בנייה ניתן למצוא כאן: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). השתמשנו בגישה זו בהצלחה במחקר שנערך לאחרונה (בהכנה) שבו רשמנו את ה-ear-EEG במשך 4 שעות בזמן שהמשתתפים עבדו במשרד.
יישומים עתידיים
רשת c היא כלי מבטיח להקלטות ארוכות טווח בחיי היומיום. לדוגמה, אפשר להשתמש בו כדי לחקור עיבוד קול בחיי היומיום1. עם הקלטות ארוכות טווח, וריאציות צירקדיות בקוגניציה ובתפקוד השמיעה יכולות להיחקר גם28,29. למטרות אבחון, הרשת יכולה לשמש לניטור ארוך טווח של התקפים אפילפטיים2, היערכות שינה6, או למדידת קשב למכשירי שמיעה 7,11.
מסקנה
פרוטוקול זה מצייד באופן מקיף את החוקרים בניסויים ברשתות c אלה במעבדה ומחוצה לה. אם החוקרים יפעלו לפי פרוטוקול זה ויבצעו בקפידה את השלבים, כולל החשובים ביותר, כגון ניקוי העור והתאמת רשת ה-c, הם יכולים לצפות לנתונים באיכות גבוהה עבור ניסויי ה-EEG שלהם באוזן.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו מומנה על ידי דויטשה Forschungsgemeinschaft (DFG, קרן המחקר הגרמנית) במסגרת תוכנית אמי-נוטר, BL 1591/1-1 – פרויקט מזהה 411333557. אנו מודים לסונג נגוין, מנואלה יגר ומריה סטולמן על עזרתם בצילום הסרטון. אנו מודים לג’ואנה סקנלון על הקריינות בסרטון.
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 |