Realização de Eletroencefalografia simultânea e gravações de espectroscopia quase infravermelha funcional com uma tarefa flanker

Este estudo tem como objetivo desenvolver um protocolo de trabalho para revelar o padrão de ativação neural subjacente à tarefa flanker usando técnicas de eEG fundido e neuroimagem fNIRS. Curiosamente, as gravações simultâneas fNIRS-EEG permitem a inspeção da relação entre os sinais hemodinâmicos no córtex pré-frontal e vários componentes potenciais relacionados a eventos (ERP) de todo o cérebro associados à tarefa flanker.

A integração de várias modalidades de neuroimagem não invasivas, incluindo espectroscopia funcional de quase infravermelho (fNIRS), eletroencefalografia (EEG) e ressonância magnética funcional (fMRI) é essencial para melhorar a compreensão de onde e quando o processamento de informações está ocorrendo no cérebro^1,2,3. Além disso, há o potencial de combinar fNIRS e EEG para examinar a relação entre a atividade neural local e subsequentes mudanças nas respostas hemodinâmicas, nas quais o EEG e o fNIRS podem ser complementares na revelação do mecanismo neural da função cognitiva cerebral humana. fNIRS é uma técnica de neuroimagem funcional baseada em vasculares que se baseia nas respostas hemodinâmicas para inferir a ativação cerebral. fNIRS mede as alterações relativas de concentração de oxihemoglobina (HbO) e desoxiemoglobina (HbR) no córtex cerebral, que desempenha um papel importante no estudo do processamento cognitivo^3,4,5,6,7. De acordo com o mecanismo de acoplamento neurovascular e neurometabólico^8,a mudança da atividade neural local associada ao processamento cognitivo é geralmente acompanhada de alterações subseqüentes no fluxo sanguíneo local e oxigênio no sangue com um atraso de 4-7 segundos. Mostra-se que o acoplamento neurovascular é provavelmente um transdutor de energia, que integra a dinâmica rápida da atividade neural na entrada vascular da hemodinâmica lenta⁹. Especificamente, o fNIRS é mais utilizado para inspecionar a atividade neurovascular no lobo frontal, especialmente o córtex pré-frontal responsável por altas funções cognitivas, como funções executivas^10,11,12, raciocínio e planejamento¹³, tomada de decisão¹⁴, e cognição social e julgamento moral¹⁵. No entanto, as respostas hemodinâmicas medidas pelo FNIRS capturam apenas indiretamente a atividade neural com baixa resolução temporal, enquanto o EEG pode oferecer medidas temporais finas e diretas de atividades neurais. Consequentemente, a combinação de gravação de EEG e fNIRS pode identificar mais recursos e revelar mais informações associadas ao funcionamento do cérebro.

Mais importante, a aquisição multimodal de sinais EEG e fNIRS tem sido realizada para inspecionar a ativação cerebral subjacente a várias tarefas cognitivas^{16,17,,18,,19,20,21,,22} ou interface cérebro-computador^23,24. Em particular, foram realizadas gravações simultâneas de ERP (potencial relacionado a eventos) e fNIRS com base no paradigma oddball auditivo relacionado ao evento¹, no qual o fNIRS pode identificar as alterações hemodinâmicas no córtex frontotemporal vários segundos após o aparecimento do componente P300. Horovitz et al. também demonstraram as medições simultâneas dos sinais fNIRS e do componente P300 durante uma tarefa de processamento semântico²⁵. Curiosamente, estudos anteriores baseados em registros simultâneos de EEG e fNIRS mostraram que P300 durante estímulos oddball apresentaram correlação significativa com os sinais fNIRS²⁶. Descobriu-se que as medidas multimodais têm o potencial de revelar o mecanismo neural cognitivo abrangente com base no paradigma²⁶relacionado ao evento . Além da tarefa oddball, a tarefa flanker associada ao componente ERP N200 também é um importante paradigma, que pode ser utilizado para a investigação da detecção e avaliação da capacidade cognitiva com controles saudáveis e pacientes com diversos transtornos. Especificamente, N200 foi um componente negativo que atinge 200-350 ms do córtex anterior cingulado frontal²⁷ e córtex temporal superior²⁸. Embora estudos anteriores tenham examinado a relação entre o córtex frontal superior e a oscilação alfa na tarefa Flanker²⁹, a correlação entre a amplitude N200 e as respostas hemodinâmicas durante a tarefa flanker não foi explorada.

Neste protocolo, foi utilizado um patch EEG/fNIRS caseiro com base na tampa eEG padrão para as gravações eEG e fNIRS simultâneas. Os arranjos de optodes/eletrodos com suporte foram realizados através da colocação de optodes fNIRS fundidos na tampa do EEG. As aquisições simultâneas de dados EEG e fNIRS foram realizadas com as mesmas tarefas de estímulo geradas pelo software E-prime. Temos a hipótese de que os componentes ERP associados à tarefa Flanker podem apresentar uma correlação significativa com as respostas hemodinâmicas no córtex pré-frontal. Enquanto isso, as gravações combinadas de ERP e fNIRS podem extrair múltiplos indicadores de sinal para identificar os padrões de ativação cerebral com maior precisão. Para testar a hipótese, a configuração fNIRS e a máquina EEG foram integradas para revelar o complexo mecanismo de cognição neural correspondente à tarefa flanker relacionada ao evento.