Проведение одновременных электроэнцефалографии и функциональных записей спектроскопии ближнего инфракрасного спектроскопии с фланкерной задачей

Это исследование направлено на разработку рабочего протокола, чтобы выявить нейронную активацию шаблона, лежащего в основе задачи Flanker с помощью слитых ЭЭГ и fNIRS нейровизуализации методов. Интересно, что параллельные записи fNIRS-EEG позволяют проверить связь между гемодинамическими сигналами в префронтальной коре и различными связанными с событиями потенциальными (ERP) компонентами всего мозга, связанными с задачей Flanker.

Интеграция различных неинвазивных методов нейровизуализации, включая функциональную ближнеинжетную спектроскопию (фНИРС), электроэнцефалографию (ЭЭГ) и функциональную магнитно-резонансную томографию (МРТ), имеет важное значение для улучшения понимания того, где и когда происходит обработка информации в головном мозге^1,,2,,3. Кроме того, существует потенциал для объединения fNIRS и ЭЭГ для изучения взаимосвязи между локальной нейронной активностью и последующими изменениями в гемодинамических реакциях, в которых ЭЭГ и ФНИРС могут дополнять друг друга в выявлении нейронного механизма когнитивной функции мозга человека. fNIRS является сосудистой основе функциональной нейровизуализации техники, которая опирается на гемодинамические реакции на вывод активации мозга. fNIRS измеряет относительные оксигемоглобин (HbO) и дезоксигемоглобин (HbR) изменения концентрации в коре головного мозга, который играет важную роль в изучении когнитивной обработки^3,4,5,6,7. Согласно нейрососудистому и нейрометаболическим механизму соединения^8,изменение местной нервной активности, связанной с когнитивной обработкой, обычно сопровождается последующими изменениями в местном кровотоке и кислороде крови с задержкой 4-7 секунд. Показано, что нервно-сосудистое соединение, скорее всего, является преобразователем мощности, который интегрирует быструю динамику нейронной активности в сосудистый вход медленной гемодинамики^9. В частности, fNIRS в основном используется для проверки нервно-сосудистой активности в лобной доле, особенно префронтальной коры, которая отвечает за высокие когнитивные функции, такие как исполнительные функции^10,11,12, рассуждения и планирования¹³, принятие решений¹⁴, и социальное познание и моральное суждение¹⁵. Тем не менее, гемодинамические реакции, измеренные fNIRS, лишь косвенно фиксируют нейронную активность с низким временным разрешением, в то время как ЭЭГ может предложить временно тонкие и прямые показатели нейронной деятельности. Следовательно, сочетание записи ЭЭГ и FNIRS может определить больше возможностей и выявить больше информации, связанной с функционированием мозга.

Что еще более важно, мульти-модального приобретения ЭЭГ и fNIRS сигналы были проведены для проверки активации мозга, лежащих в основе различных когнитивных задач^{16,17,18,19,20,21,22} или мозг-компьютер интерфейс^23,24. В частности, параллельные ERP (потенциал, связанный с событиями) и fNIRS были проведены на основе связанных с событиями слуховых чудаков^{парадигмы 1}, в котором fNIRS может определить гемодинамические изменения в фронтовременной коры через несколько секунд после появления компонента P300. Horovitz et al. также продемонстрировали одновременные измерения сигналов fNIRS и компонента P300 во время семантической задачи обработки^25. Интересно, что предыдущие исследования, основанные на одновременных Записи ЭЭГ и FNIRS показали, что P300 во время чудаковатых стимулов продемонстрировали значительную корреляцию с сигналами fNIRS²⁶. Было обнаружено, что мультимодальные меры имеют потенциал, чтобы выявить всеобъемлющий когнитивный нейронный механизм, основанный на парадигме^26. Помимо задачи oddball, задача Flanker, связанная с компонентом ERP N200, также является важной парадигмой, которая может быть использована для исследования обнаружения и оценки когнитивных способностей со здоровым контролем и пациентами с различными расстройствами. В частности, N200 был отрицательным компонентом, который достигает 200-350 мс от передней cingulated коры лобной²⁷ и выше височной коры²⁸. Хотя предыдущие исследования изучали связь между превосходной лобной корой и альфа-колебанием в задаче Flanker^29,корреляция между амплитудой N200 и гемодинамическими реакциями во время задачи Flanker не была изучена.

В этом протоколе для одновременных записей ЭЭГ/ФНИРС был использован самодельный патч ЭЭГ/ФНИРС на основе стандартного эЭГ-колпачка. Механизмы оптодов/электродов с поддержкой были достигнуты за счет размещения оперсов fNIRS, слитых в колпачок ЭЭГ. Одновременное приобретение данных ЭЭГ и FNIRS осуществлялось с теми же стимулами задач, генерируемых программным обеспечением E-prime. Мы предполагаем, что компоненты ERP, связанные с задачей Flanker, могут проявлять значительную корреляцию с гемодинамическими реакциями в префронтальной коре. Между тем, комбинированные записи ERP и fNIRS могут извлечь несколько сигнальных индикаторов для определения моделей активации мозга с повышенной точностью. Чтобы проверить гипотезу, установка fNIRS и эЭГ-машина были интегрированы, чтобы выявить сложный нейронный механизм познания, соответствующий задаче Flanker, связанной с событиями.