Realización de electroencefalografía concurrente y grabaciones funcionales de espectroscopia de infrarrojo cercano con una tarea de flanqueador

Este estudio tiene como objetivo desarrollar un protocolo de trabajo para revelar el patrón de activación neuronal subyacente a la tarea Flanker mediante el uso de técnicas de neuroimagen EEG y fNIRS fusionadas. Curiosamente, las grabaciones simultáneas fNIRS-EEG permiten la inspección de la relación entre las señales hemodinámicas en la corteza prefrontal y varios componentes potenciales relacionados con eventos (ERP) de todo el cerebro asociados con la tarea Flanker.

La integración de diversas modalidades neuroimagen no invasivas, incluyendo espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS), electroencefalografía (EEG) y resonancia magnética funcional (fMRI) es esencial para mejorar la comprensión de dónde y cuándo se está llevando a cabo el procesamiento de información en el cerebro^1,2,3. Además, existe el potencial de combinar fNIRS y EEG para examinar la relación entre la actividad neuronal local y los cambios posteriores en las respuestas hemodinámicas, en las que EEG y fNIRS pueden ser complementarios al revelar el mecanismo neuronal de la función cognitiva del cerebro humano. fNIRS es una técnica de neuroimagen funcional basada en vasculares que se basa en las respuestas hemodinámicas para inferir la activación cerebral. fNIRS mide los cambios relativos de concentración de oxihemoglobina (HbO) y desoxihemoglobina (HbR) en la corteza cerebral, que desempeña un papel importante en el estudio del procesamiento cognitivo^3,4,5,6,7. Según el mecanismo de acoplamiento neurovascular y neurometabólico^8,el cambio de la actividad neuronal local asociada con el procesamiento cognitivo generalmente se acompaña de alteraciones posteriores en el flujo sanguíneo local y el oxígeno en la sangre con un retraso de 4-7 segundos. Se ha demostrado que el acoplamiento neurovascular es probablemente un transductor de potencia, que integra la dinámica rápida de la actividad neuronal en la entrada vascular de la hemodinámica lenta⁹. Específicamente, fNIRS se utiliza principalmente para inspeccionar la actividad neurovascular en el lóbulo frontal, especialmente la corteza prefrontal que se encarga de altas funciones cognitivas, tales como funciones ejecutivas^10,,11,,12,razonamiento y planificación^13,toma de decisiones^14,y cognición social y juicio moral^15. Sin embargo, las respuestas hemodinámicas medidas por fNIRS sólo capturan indirectamente la actividad neuronal con una resolución temporal baja, mientras que el EEG puede ofrecer medidas temporalmente finas y directas de las actividades neuronales. En consecuencia, la combinación de EEG y fNIRS grabación puede identificar más características y revelar más información asociada con el funcionamiento del cerebro.

Más importante aún, la adquisición multimodal de señales EEG y fNIRS se ha llevado a cabo para inspeccionar la activación cerebral subyacente a varias tareas cognitivas^{16,17,18,19,20,21,22} o interfaz cerebro-ordenador^23,24. En particular, las grabaciones simultáneas de ERP (potencial relacionado con eventos) y fNIRS se llevaron a cabo sobre la base del paradigma de bola impar auditiva relacionado con eventos¹, en el que fNIRS puede identificar los cambios hemodinámicos en la corteza frontotemporal varios segundos después de la aparición del componente P300. Horovitz et al. también demostraron las mediciones simultáneas de las señales fNIRS y el componente P300 durante una tarea de procesamiento semántico²⁵. Curiosamente, estudios previos basados en grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS mostraron que P300 durante los estímulos de oddball exhibió una correlación significativa con las señales fNIRS²⁶. Se descubrió que las medidas multimodales tienen el potencial de revelar el mecanismo neuronal cognitivo integral basado en el paradigma relacionado con el evento^26. Además de la tarea de bola extraña, la tarea Flanker asociada con el componente ERP N200 es también un paradigma importante, que se puede utilizar para la investigación de la detección y evaluación de la capacidad cognitiva con controles saludables y pacientes con diversos trastornos. Específicamente, N200 fue un componente negativo que alcanza los picos 200-350 ms de la corteza frontal²⁷ y la corteza temporal superior^28. Aunque estudios anteriores examinaron la relación entre la corteza frontal superior y la oscilación alfa en la tarea Flanker²⁹, no se ha explorado la correlación entre la amplitud N200 y las respuestas hemodinámicas durante la tarea Flanker.

En este protocolo, se utilizó un parche EEG/fNIRS casero basado en la tapa EEG estándar para las grabaciones simultáneas de EEG y fNIRS. Los arreglos de optodes/electrodos con soporte se lograron mediante la colocación de optodos fNIRS fusionados en la tapa del EEG. Las adquisiciones simultáneas de datos EEG y fNIRS se llevaron a cabo con las mismas tareas de estímulo generadas por el software E-prime. Suponemos que los componentes ERP asociados con la tarea Flanker pueden mostrar una correlación significativa con las respuestas hemodinámicas en la corteza prefrontal. Mientras tanto, las grabaciones combinadas de ERP y fNIRS pueden extraer múltiples indicadores de señal para identificar los patrones de activación cerebral con mayor precisión. Para probar la hipótesis, la configuración fNIRS y la máquina EEG se integraron para revelar el complejo mecanismo de cognición neuronal correspondiente a la tarea Flanker relacionada con eventos.