يظهر هنا إجراء استخدام c-grid (تخطيط كهربية الدماغ للأذن ، يباع تحت اسم cEEGrid) لتسجيل نشاط الدماغ داخل المختبر وخارجه لفترات طويلة. يصف هذا البروتوكول كيفية إعداد هذه المصفوفات وكيفية تسجيل نشاط الدماغ باستخدامها.
الشبكة c (تخطيط كهربية الدماغ للأذن ، تباع تحت اسم cEEGrid) عبارة عن مجموعة أقطاب كهربائية غير مزعجة ومريحة يمكن استخدامها للتحقيق في نشاط الدماغ بعد لصقها حول الأذن. الشبكة c مناسبة للاستخدام خارج المختبر لفترات طويلة ، حتى طوال اليوم. يمكن دراسة العمليات المعرفية المختلفة باستخدام هذه الشبكات ، كما هو موضح في الأبحاث السابقة ، بما في ذلك البحث خارج المختبر. لتسجيل بيانات تخطيط كهربية الدماغ عالية الجودة ، من الضروري التحضير الدقيق. في هذا البروتوكول ، نوضح الخطوات اللازمة لتنفيذه بنجاح. أولا ، يتم عرض كيفية اختبار وظائف الشبكة قبل التسجيل. ثانيا ، يتم توفير وصف حول كيفية إعداد المشارك وكيفية ملاءمة الشبكة c ، وهي الخطوة الأكثر أهمية لتسجيل بيانات عالية الجودة. ثالثا ، يتم توفير مخطط تفصيلي حول كيفية توصيل الشبكات بمكبر للصوت وكيفية التحقق من جودة الإشارة. في هذا البروتوكول ، ندرج توصيات ونصائح أفضل الممارسات التي تجعل تسجيلات c-grid ناجحة. إذا اتبع الباحثون هذا البروتوكول ، فإنهم مجهزون بشكل شامل لتجربة الشبكة c داخل المختبر وخارجه.
باستخدام تخطيط كهربية الدماغ المتنقل (EEG) ، يمكن تسجيل نشاط الدماغ في الحياة اليومية ، ويمكن اكتساب رؤى جديدة في المعالجة العصبية خارج المختبر1. لكي يكون مناسبا للحياة اليومية ، يجب أن يكون نظام تخطيط كهربية الدماغ المحمول شفافا وغير مزعج وسهل الاستخدام ومتسامحا مع الحركة ومريحا للارتداء حتى لعدة ساعات2. تهدف الشبكة c (التي تباع تحت اسم cEEGrid) ، وهو نظام EEG للأذن على شكل حرف C ، إلى تلبية هذه المتطلبات لتقليل التداخل مع السلوك الطبيعي. تتكون الشبكة من 10 أقطاب كهربائية Ag / AgCl مطبوعة على مادة Flexprint3. إلى جانب مكبر صوت مصغر متنقل وهاتف ذكي للحصول على البيانات 4,5 ، يمكن استخدام هذه الشبكات لجمع بيانات تخطيط كهربية الدماغ للأذن لأكثر من 8 ساعات 1,6.
أظهرت العديد من الدراسات التي أجريت في المختبر إمكانات شبكات c لدراسة العمليات السمعية وغيرها من العمليات المعرفية. تم استخدام شبكات C بنجاح لفك تشفير الانتباه السمعي بدقة أعلى منمستوى الفرصة 7،8،9،10،11. استخدم Segaert et al.12 هذه المصفوفات لتحديد ضعف اللغة لدى المرضى الذين يعانون من ضعف إدراكي معتدل. أظهر Garrett et al.13 أن هذه المصفوفات يمكنها التقاط إمكانات الدماغ السمعية الناشئة من جذع الدماغ. بصرف النظر عن البحث الذي يركز على المجال السمعي ، استخدم Knierim et al.14 الشبكات للتحقيق في تجارب التدفق (أي الإحساس بالمشاركة الكاملة في مهمة) ، كما تم قياسها من خلال التغيرات في قوة ألفا. أخيرا ، استخدم Pacharra et al.15 هذه الشبكات لمهمة بصرية. تعرض كل هذه الدراسات المعملية العمليات المعرفية المختلفة التي يمكن التقاطها باستخدام هذه الشبكات.
يمكن أيضا استخدام هذه الشبكات لتسجيلات EEG خارج المختبر ، كما هو موضح في العديد من الدراسات. على سبيل المثال ، تم استخدام هذه المصفوفات لتقييم الحمل العقلي في جهاز محاكاة القيادة 16,17 ولدراسة الصمم غير المتعمد ، وعدم إدراك أصوات الإنذار الحرجة ، في جهاز محاكاة الطيران18. الشبكات واعدة بشكل خاص للتسجيلات طويلة المدى ، مثل المراقبة طويلة المدى لنوبات الصرع2 ومرحلة النوم6. استخدم Hölle et al.1 هذه الشبكات لقياس الانتباه السمعي خلال يوم مكتبي لمدة 6 ساعات. باختصار ، تسلط كل هذه الدراسات الضوء على قدرتها على التحقيق في عمليات الدماغ المختلفة داخل وخارج المختبر.
يتطلب كل تسجيل EEG إعدادا دقيقا للحصول على نتائج صحيحة. هذا مهم بشكل خاص لتطبيقات الهاتف المحمول حيث يمكن توقع المزيد من القطع الأثرية أكثر من المختبر بسبب حركة المشارك. لضمان أفضل النتائج ، من الضروري اتخاذ خطوات تحضير محددة. نذكر الخطوات الحاسمة في إعداد الشبكات ، وإعداد المشارك لجمع البيانات ، وتركيب وربط الشبكات لتسجيلات EEG. نشير إلى الأخطاء المحتملة ونعرض أمثلة على جودة البيانات الرديئة عندما يكون المرفق غير مناسب. أخيرا ، يتم عرض النتائج التمثيلية لمهمة غريبة الأطوار تعزف على البيانو.
يتم توفير بروتوكول لتسجيلات تخطيط كهربية الدماغ مع شبكات c. يضمن اتباع خطوات هذا البروتوكول تسجيلات عالية الجودة. في الفقرات التالية ، يتم إجراء مقارنة مع cap-EEG ، وتتم مناقشة الخطوات الأكثر أهمية في البروتوكول جنبا إلى جنب مع بعض توصيات أفضل الممارسات ، ومناقشة بعض التعديلات.
مقارنة بين شبكات c و cap-EEG و EEG داخل الأذن
تسمح الشبكة c بالتسجيل غير المزعج لنشاط الدماغ في إعدادات الحياة اليومية وهي مناسبة تماما للتسجيلات الأطول. لديها العديد من المزايا مقارنة مع cap-EEG. أولا ، نظرا لوزنه وراحته وضعف رؤيته ، فإنه بالكاد يقيد المشاركين في أنشطتهم اليومية1. ثانيا ، يمكن ارتداؤها لفترات طويلة من الزمن – أكثر من 11 ساعة في دراسة واحدة 6- دون سقوط الأقطاب الكهربائية1،3،6 ، لأنها مختومة بواسطة الملصقات اللاصقة. على الجانب السلبي ، لا تغطي الشبكة c سوى جزء صغير من سطح cap-EEG ، وبالتالي لا يمكن أن تحل محل cap-EEG لجميع الأغراض. ومع ذلك ، في الحالات التي يكون فيها الحل الخفيف الوزن وغير المزعج وسريع الإعداد والحد الأدنى من التقييد ضروريا (على سبيل المثال ، في مكان العمل) ، يمكن أن توفر شبكات c معلومات عصبية ذات صلة.
من المحتمل أن تكون مقارنة النتائج عبر المشاركين أكثر صعوبة بالنسبة للشبكات c مقارنة ب cap-EEG. بالنسبة ل cap-EEG ، غالبا ما يتم استخدام نظام 10-20 الدولي لتسهيل مقارنة النتائج عبر الدراسات وعبر المشاركين بأحجام رؤوس مختلفة. في هذا النظام ، يتم وضع الأقطاب الكهربائية بالنسبة لمعالم تشريحية محددة (على سبيل المثال ، nasion و inion من الأمام إلى الخلف والأذنين من اليسار إلى اليمين). في الممارسة العملية ، يتم استخدام أحجام غطاء مختلفة لحساب أحجام الرأس المختلفة وبالتالي تقريب وضع القطب الأمثل. لا يمكن دمج الشبكة c بسهولة في هذا النظام لسببين. أولا ، هذه متوفرة حاليا بحجم واحد ، وبالتالي ، تغطي مساحة أكبر أو أقل حسب حجم الرأس. ثانيا ، يؤثر شكل الأذن على وضع الشبكات. بشكل عام ، سيكون القطبان العلويان فوق الأذن مباشرة ، ولكن اعتمادا على شكل الأذن ، قد يتم إمالتهما أكثر إلى الأمام أو إلى الخلف. لسنا على علم بأي دراسة بحثت فيما إذا كانت هذه التحولات في مواضع الأقطاب الكهربائية كبيرة بما يكفي لتكون ذات صلة.
هناك طريقة أخرى لقياس تخطيط كهربية الدماغ للأذن وهي وضع الأقطاب الكهربائية داخل الأذن ، على سبيل المثال ، في قناة الأذن الخارجية أو المحارة23،24،25. يوفر هذا النهج رؤية أقل من الشبكة c ولكنه يؤدي إلى تسجيل إشارات ذات سعات أقل بسبب المسافات الصغيرة بين الأقطاب الكهربائية26.
أهم الخطوات
لا يزال تخطيط كهربية الدماغ بشكل عام ، وخاصة تخطيط كهربية الدماغ المتمحور حول الأذن المتنقلة ، تقنية صعبة. لذلك ، يعد الإعداد الدقيق للمشارك ووضع الشبكات أمرا ضروريا لضمان جودة بيانات جيدة بمرور الوقت. يبدأ التحضير بشعر وجلد المشاركين. يجب غسل الشعر والجلد حول الأذن وتجفيفهما. بالإضافة إلى ذلك ، يحتاج المجرب إلى تنظيف المنطقة المحيطة بالأذن بعناية باستخدام الجل الكاشطة والكحول والتأكد من أن الشبكات متصلة بإحكام بالملصقات اللاصقة. هذه الخطوات مهمة ويجب تنفيذها بعناية لضمان التصاق جيد بالجلد الكهربائي ومقاومة منخفضة لفترات أطول. تنظيف الجلد بشكل خاص يمكن أن يحدث فرقا بين التسجيل الناجح وغير الناجح.
ومع ذلك ، حتى مع الرعاية المناسبة ، قد تظل مقاومة الأقطاب الكهربائية الفردية ضعيفة مباشرة بعد وضع الأقطاب الكهربائية. بشكل عام ، تستقر واجهة جلد القطب بمرور الوقت ، وغالبا ما نلاحظ أن المقاومة تنخفض في غضون 5 دقائق إلى 15 دقيقة. إذا ظلت جودة الإشارة رديئة ، فمن المستحسن إزالة الشبكات تماما ، ومسح أي هلام متبقي حول أذن المشارك ، وتركيب واحدة جديدة. من الأسرع تركيب واحدة جديدة بدلا من تنظيف وإعداد الشبكة التي تمت إزالتها مسبقا. لا ينصح بإضافة هلام القطب إلى الأقطاب الكهربائية الفردية بمجرد تركيب الشبكة لأن هذا يمكن أن يضر بقوة التصاق الملصقات ويمكن أن يؤدي حتى إلى سد الأقطاب الكهربائية المجاورة.
بعد وضع الشبكة وعندما تكون مقاومة الأقطاب الكهربائية منخفضة ، يمكن أن يبدأ تسجيل البيانات. بالنسبة للتسجيلات الأطول (>1 ساعة) ، يجب إجراء فحص موجز لجودة البيانات في البداية. على سبيل المثال ، تم توضيح مهمة غريبة السمع مدتها 3 دقائق في هذه الدراسة ، والتي يمكن إجراؤها وتحليلها بسرعة لضمان جودة إشارة جيدة.
في بعض الحالات ، قد لا يكون التسجيل باستخدام الشبكة c ممكنا على الإطلاق ، مثل عندما تكون الشبكة صغيرة جدا بالنسبة للأذن (حتى بعد القطع) أو عندما يكون خط الشعر قريبا جدا من الأذن ، مما يعني أن الشبكة لا تلتصق بالجلد. إذا كانت الشبكة “تحوم” فوق بعض الشعر ، فلا يمكن للباحثين توقع بيانات عالية الجودة.
استكشاف الاخطاء
مقاومة و / أو إشارة سيئة
لتجنب هذه المشاكل ، من الضروري تنظيف الجلد بعناية قبل التركيب. بالإضافة إلى ذلك ، يجب على المرء التأكد من اختبار وظائف كل قطب كهربائي قبل التركيب. على سبيل المثال ، يجب على المرء التحقق من توصيل الشبكة بشكل صحيح بالموصل وأن كل قطب كهربائي لديه اتصال قوي بالجلد ثم الانتظار لبضع دقائق حتى تتحسن المعاوقة والإشارة. لمزيد من التحقق من الوظيفة بعد التركيب ، يجب الضغط على الأقطاب الكهربائية الفردية ، ويجب فحص الإشارة الناتجة. إذا أظهرت الإشارة المقابلة لكل قطب استجابة ، فإن القطب يعمل من حيث المبدأ. إذا لم تساعد جميع الخطوات المذكورة أعلاه ، فيجب على المرء إزالة الشبكة ، ومسح الجل المتبقي حول أذن المشارك ، وتركيب واحدة جديدة.
حالات بدون إشارة
أولا ، يجب على المرء التأكد من توصيل الشبكة بشكل صحيح بمكبر الصوت ، بالإضافة إلى التأكد من أن موصل الشبكة ليس مقلوبا. لن تكون هناك إشارة إلا إذا تم توصيل الأقطاب الكهربائية الأرضية والمرجعية ؛ يعتمد ما إذا كانت الأرض والمرجع على اليسار أو اليمين أو على كلا الجانبين على الموصل.
تزداد الإشارة سوءا أثناء التسجيل
قد يكون هناك عدة أسباب لهذه المشكلة التي تحتاج إلى معالجة. أولا ، قد تكون بعض الأقطاب الكهربائية قد انفصلت عن الجلد. يمكن أن يحدث هذا عندما تتعرض المادة اللاصقة للخطر بسبب بقايا هلام القطب ، أو بسبب الشعر تحت الأقطاب الكهربائية ، أو بسبب تداخل من المشارك (على سبيل المثال ، الخدش حول الأذن أو ضبط النظارات). ثانيا ، قد تكون هناك مشاكل في الاتصال بين الشبكة ومكبر الصوت (على سبيل المثال ، ربما تم سحب الشبكة من مكبر الصوت ، أو ربما تغير موضعها). أخيرا ، قد تكون الشبكة قد تعرضت لأضرار أثناء الاستخدام. يمكن أن يحدث هذا إذا كان ذيل الشبكة c منحنيا بشدة.
القنوات التي تعرض إشارات متطابقة
في هذه الحالة ، يتم سد الأقطاب الكهربائية. يجب على المرء إزالة الشبكة ، ومسح الجل المتبقي حول أذن المشارك ، وتركيب واحدة جديدة. يجب على المرء أيضا التأكد من استخدام قطرات بحجم العدس فقط من هلام القطب على كل قطب كهربائي لتجنب التجسير.
أفاد المشاركون أن التنسيب غير مريح
السبب الأكثر شيوعا لانخفاض الراحة هو أن الشبكة توضع بالقرب من مؤخرة الأذن. يجب على المرء التأكد من ترك 1 مم إلى 2 مم بين الشبكة c والجانب الخلفي من الأذن. تساعد قطعة صغيرة من الشريط المتصل خلف الأذن على زيادة الراحة.
تعديلات على الطريقة
تأتي الشبكة c بحجم واحد. ومع ذلك ، فإنه يسمح ببعض المرونة فيما يتعلق بحجمه. عن طريق قطع البلاستيك من الجانب الداخلي ، يمكن تقليل الحجم ليناسب آذان أكبر. ينبغي للمرء أن يولي اهتماما خاصا حتى لا يقطع الأقطاب الكهربائية أو المسارات الموصلة.
اعتمادا على مكبر الصوت المستخدم وسيناريو التسجيل ، هناك طرق مختلفة لوضع مكبر الصوت على الجسم. يحد الطول الثابت لذيل الشبكة وحقيقة أنه يشير أفقيا بعيدا عن الأذن من المواقع المحتملة لوضع موصل مكبر الصوت. توفر الشركات المصنعة المختلفة كبلات محول تربط الشبكة بمكبر صوت معين (إما متنقل أو قائم على المختبر). تم اقتراح حلول مختلفة لوضع مكبر الصوت. يستخدم بعض الباحثين عصابة رأس3 ، بينما يدمجها آخرون في غطاء أساسي27. بالنسبة للتجارب الأقصر ، فإن عصابة الرأس مناسبة. بالنسبة للتجارب الأطول ، يمكن لصق مكبر الصوت على الملابس6 أو الجسم2 ، أو تخزينه في أحزمة مصنوعة خصيصا ، أو لصقه على سماعات الرأس التي يتم ارتداؤها حول الرقبة1 ، أو لصقه على واقي الرقبة الذي يشيع استخدامه لركوب الدراجات الجبلية. لقد طورنا نموذجا أوليا يجمع بين مكبر صوت الرقبة (لتقديم المحفزات السمعية) مع مضخم EEG متنقل وموصلات إلى الشبكة c (يمكن العثور على تعليمات البناء هنا: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). لقد استخدمنا هذا النهج بنجاح في دراسة حديثة (قيد الإعداد) سجلنا فيها تخطيط كهربية الدماغ للأذن لمدة 4 ساعات أثناء عمل المشاركين في مكتب.
التطبيقات المستقبلية
تعد c-grid أداة واعدة للتسجيلات طويلة المدى في الحياة اليومية. على سبيل المثال ، يمكن للمرء استخدامه للتحقيق في معالجة الصوت في الحياة اليومية1. مع التسجيلات طويلة المدى ، يمكن أيضا التحقيق في الاختلافات اليومية في الإدراك والوظيفة السمعية28,29. لأغراض التشخيص ، يمكن استخدام الشبكة للمراقبة طويلة الأجل لنوبات الصرع2 ، أو مرحلة النوم6 ، أو لقياس الانتباه لأجهزة السمع 7,11.
استنتاج
يجهز هذا البروتوكول الباحثين بشكل شامل لتجربة هذه الشبكات c داخل المختبر وخارجه. إذا اتبع الباحثون هذا البروتوكول ونفذوا الخطوات بعناية ، بما في ذلك أهم الخطوات ، مثل تنظيف الجلد وتركيب الشبكة c ، فيمكنهم توقع بيانات عالية الجودة لتجارب تخطيط كهربية الدماغ للأذن.
The authors have nothing to disclose.
تم تمويل هذا العمل من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG) في إطار برنامج Emmy-Noether ، BL 1591 / 1-1 – معرف المشروع 411333557. نشكر سونغ نغوين ومانويلا ياغر وماريا ستولمان على مساعدتهم في تصوير الفيديو. نشكر جوانا سكانلون على التعليق الصوتي للفيديو.
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 |