Enregistrement de l’activité cérébrale avec l’électroencéphalographie de l’oreille
Summary
La procédure d’utilisation de la grille c (électroencéphalographie auriculaire, vendue sous le nom de cEEGrid) est présentée ici pour enregistrer l’activité cérébrale dans et au-delà du laboratoire pendant de longues durées. Ce protocole décrit comment configurer ces réseaux et comment enregistrer l’activité cérébrale en les utilisant.
Abstract
La grille c (électroencéphalographie auriculaire, vendue sous le nom de cEEGrid) est un réseau d’électrodes discret et confortable qui peut être utilisé pour étudier l’activité cérébrale après apposition autour de l’oreille. La grille c est adaptée à une utilisation en dehors du laboratoire pendant de longues durées, même pour toute la journée. Divers processus cognitifs peuvent être étudiés à l’aide de ces grilles, comme l’ont montré des recherches antérieures, y compris des recherches au-delà du laboratoire. Pour enregistrer des données EEG de haute qualité, une préparation minutieuse est nécessaire. Dans ce protocole, nous expliquons les étapes nécessaires à sa mise en œuvre réussie. Tout d’abord, comment tester la fonctionnalité de la grille avant un enregistrement est montré. Deuxièmement, une description est fournie sur la façon de préparer le participant et comment ajuster la grille c, qui est l’étape la plus importante pour enregistrer des données de haute qualité. Troisièmement, un aperçu est fourni sur la façon de connecter les grilles à un amplificateur et comment vérifier la qualité du signal. Dans ce protocole, nous énumérons les recommandations de meilleures pratiques et les conseils qui font le succès des enregistrements c-grid. Si les chercheurs suivent ce protocole, ils sont entièrement équipés pour expérimenter avec le c-grid à la fois dans et au-delà du laboratoire.
Introduction
Avec l’électroencéphalographie mobile de l’oreille (EEG), l’activité cérébrale peut être enregistrée dans la vie quotidienne et de nouvelles connaissances sur le traitement neuronal au-delà du laboratoire peuvent être acquises1. Pour être adapté à la vie quotidienne, un système EEG d’oreille mobile doit être transparent, discret, facile à utiliser, tolérant au mouvement et confortable à porter, même pendant plusieurs heures2. Le c-grid (vendu sous le nom de cEEGrid), un système d’EEG auriculaire en forme de c, vise à répondre à ces exigences pour minimiser les interférences avec le comportement naturel. La grille se compose de 10 électrodes Ag/AgCl imprimées sur le matériau Flexprint3. Associées à un amplificateur mobile miniaturisé et à un smartphone pour l’acquisition de données 4,5, ces grilles permettent de collecter des données EEG auriculaires pendant plus de 8 heures 1,6.
Plusieurs études menées en laboratoire ont montré le potentiel des grilles c pour l’étude des processus auditifs et cognitifs. Les grilles C ont été utilisées avec succès pour le décodage de l’attention auditive avec des précisions supérieures au niveau de hasard 7,8,9,10,11. Segaert et al.12 ont utilisé ces tableaux pour quantifier les troubles du langage chez les patients atteints de troubles cognitifs légers. Garrett et al.13 ont montré que ces réseaux peuvent capturer les potentiels auditifs du cerveau provenant du tronc cérébral. Outre la recherche axée sur le domaine auditif, Knierim et al.14 ont utilisé les grilles pour étudier les expériences d’écoulement (c’est-à-dire la sensation d’implication totale dans une tâche), mesurée par les changements de puissance alpha. Enfin, Pacharra et al.15 ont utilisé ces grilles pour une tâche visuelle. Toutes ces études en laboratoire mettent en évidence les divers processus cognitifs qui peuvent être capturés avec ces grilles.
Ces grilles peuvent également être utilisées pour des enregistrements EEG au-delà du laboratoire, comme l’illustrent plusieurs études. Par exemple, ces réseaux ont été utilisés pour évaluer la charge mentale dans un simulateur de conduite 16,17 et pour étudier la surdité inattentionnelle, la non-perception des sons d’alarme critiques, dans un simulateur de vol18. Les grilles sont particulièrement prometteuses pour les enregistrements à long terme, tels que le suivi à long terme des crises d’épilepsie2 et la stadification du sommeil6. Hölle et al.1 ont utilisé ces grilles pour mesurer l’attention auditive pendant une journée de bureau pendant 6 heures. En résumé, toutes ces études mettent en évidence leur potentiel pour étudier divers processus cérébraux à l’intérieur et à l’extérieur du laboratoire.
Chaque enregistrement EEG nécessite une préparation minutieuse pour obtenir des résultats valides. Ceci est particulièrement important pour les applications mobiles où l’on peut s’attendre à plus d’artefacts qu’en laboratoire en raison du mouvement du participant. Pour garantir des résultats optimaux, des étapes de préparation spécifiques sont nécessaires. Nous indiquons les étapes critiques de la préparation des grilles, de la préparation du participant à la collecte de données, ainsi que de l’ajustement et de la connexion des grilles pour les enregistrements EEG. Nous signalons les erreurs potentielles et montrons des exemples de mauvaise qualité des données lorsque la pièce jointe n’est pas appropriée. Enfin, les résultats représentatifs d’une tâche bizarre jouée au piano sont affichés.
Protocol
Representative Results
Discussion
Voici un protocole pour les enregistrements EEG de l’oreille avec les grilles c. Suivre les étapes de ce protocole garantit des enregistrements de haute qualité. Dans les paragraphes suivants, une comparaison est faite avec cap-EEG, les étapes les plus critiques du protocole ainsi que certaines recommandations de meilleures pratiques sont discutées, et certaines modifications sont discutées.
Comparaison des grilles C avec l’EEG capuchon et l’EEG intra-auriculaire
La grille C permet l’enregistrement discret de l’activité cérébrale dans les environnements de la vie quotidienne et convient bien aux enregistrements plus longs. Il présente plusieurs avantages par rapport au cap-EEG. Tout d’abord, en raison de son poids, de son confort et de sa faible visibilité, il restreint à peine les participants dans leurs activités quotidiennes1. Deuxièmement, il peut être porté pendant de longues périodes – plus de 11 heures dans une étude 6 – sans que les électrodes ne tombent 1,3,6, car elles sont scellées par les autocollants adhésifs. En revanche, la grille C ne couvre qu’une fraction de la surface de l’EEG du capuchon et, par conséquent, ne peut pas remplacer l’EEG du capuchon à toutes fins. Cependant, dans les cas où une solution légère, discrète, rapide à installer et peu restrictive est nécessaire (par exemple, sur le lieu de travail), les grilles C peuvent fournir des informations neuronales pertinentes.
La comparaison des résultats entre les participants est potentiellement plus difficile pour les grilles C que pour l’EEG cap. Pour l’EEG cap, le système international 10-20 est souvent utilisé pour faciliter la comparaison des résultats entre les études et entre les participants ayant des tailles de tête différentes. Dans ce système, les électrodes sont positionnées par rapport à des repères anatomiques spécifiques (c.-à-d. la nasion et l’inion de l’avant vers l’arrière et les oreilles de gauche à droite). En pratique, différentes tailles de capuchon sont utilisées pour tenir compte des différentes tailles de tête et ainsi se rapprocher du positionnement optimal des électrodes. Le c-grid ne peut pas être facilement intégré dans ce système pour deux raisons. Tout d’abord, ceux-ci sont actuellement disponibles en taille unique et, par conséquent, couvrent plus ou moins d’espace en fonction de la taille de la tête. Deuxièmement, la forme de l’oreille influence le positionnement des grilles. En général, les deux électrodes les plus hautes seront directement au-dessus de l’oreille, mais selon la forme de l’oreille, elles peuvent être plus inclinées vers l’avant ou vers l’arrière. Nous ne sommes au courant d’aucune étude qui ait examiné si ces changements dans les positions des électrodes sont suffisamment importants pour être pertinents.
Une autre approche pour mesurer l’EEG de l’oreille consiste à placer les électrodes à l’intérieur de l’oreille, par exemple, dans le conduit auditif externe ou la conque23,24,25. Une telle approche offre une visibilité encore plus faible que la grille c, mais conduit à enregistrer des signaux avec des amplitudes plus faibles en raison des petites distances entre les électrodes26.
Étapes les plus critiques
L’EEG en général, et en particulier l’EEG mobile centré sur l’oreille, reste une technologie difficile. Par conséquent, la préparation minutieuse du participant et le placement des grilles sont essentiels pour assurer une bonne qualité des données dans le temps. La préparation commence par les cheveux et la peau des participants. Les cheveux et la peau autour de l’oreille doivent être lavés et séchés. En plus de cela, l’expérimentateur doit nettoyer soigneusement la zone autour de l’oreille avec du gel abrasif et de l’alcool et s’assurer que les grilles sont fermement attachées avec les autocollants adhésifs. Ces étapes sont importantes et doivent être effectuées avec soin pour assurer une bonne adhérence de la peau de l’électrode et une faible impédance pendant de plus longues périodes. Le nettoyage de la peau en particulier peut faire la différence entre un enregistrement réussi et un enregistrement infructueux.
Même avec des soins appropriés, cependant, l’impédance des électrodes individuelles peut encore être faible directement après le placement des électrodes. En général, l’interface électrode-peau se stabilise avec le temps, et on observe souvent que l’impédance diminue en 5 min à 15 min. Si la qualité du signal reste médiocre, il est recommandé de retirer complètement les grilles, d’essuyer tout gel résiduel autour de l’oreille du participant et d’en installer une nouvelle. Il est plus rapide d’en installer un nouveau plutôt que de nettoyer et de préparer la grille précédemment retirée. Il n’est pas recommandé d’ajouter du gel d’électrode aux électrodes individuelles une fois la grille installée, car cela peut compromettre la force d’adhérence des autocollants et peut même conduire au pontage des électrodes voisines.
Une fois la grille placée et lorsque l’impédance des électrodes est faible, l’enregistrement des données peut commencer. Pour les enregistrements plus longs (>1 h), une brève vérification de la qualité des données doit être effectuée au début. Par exemple, une tâche auditive bizarre de 3 minutes est illustrée dans cette étude, qui peut être menée et analysée rapidement pour assurer une bonne qualité de signal.
Dans certains cas, l’enregistrement avec la grille C peut ne pas être possible du tout, par exemple lorsque la grille est trop petite pour l’oreille (même après la coupe) ou lorsque la racine des cheveux est trop proche de l’oreille, ce qui signifie que la grille ne colle pas à la peau. Si la grille « plane » sur certains cheveux, les chercheurs ne peuvent pas s’attendre à des données de haute qualité.
Dépannage
Mauvaise impédance et/ou signal
Pour éviter ces problèmes, il est impératif que la peau soit soigneusement nettoyée avant l’appareillage. De plus, il faut s’assurer de tester la fonctionnalité de chaque électrode avant le montage. Par exemple, il faut vérifier que la grille est correctement branchée dans le connecteur et que chaque électrode a un contact ferme avec la peau, puis attendre quelques minutes jusqu’à ce que l’impédance et le signal s’améliorent. Pour vérifier davantage la fonctionnalité après le montage, les électrodes individuelles doivent être pressées et le signal résultant doit être vérifié. Si le signal correspondant de chaque électrode montre une réponse, l’électrode est fonctionnelle en principe. Si toutes les étapes ci-dessus n’aident pas, il faut retirer la grille, essuyer le gel résiduel autour de l’oreille du participant et en installer une nouvelle.
Situations sans signal
Tout d’abord, il faut s’assurer que le réseau est correctement connecté à l’amplificateur, ainsi que s’assurer que le connecteur de réseau n’est pas à l’envers. Il n’y aura de signal que si les électrodes de masse et de référence sont connectées; Que la masse et la référence soient à gauche, à droite ou des deux côtés dépend du connecteur.
Le signal s’aggrave pendant l’enregistrement
Il peut y avoir plusieurs raisons à ce problème qui doivent être abordées. Tout d’abord, certaines électrodes peuvent s’être détachées de la peau. Cela peut se produire lorsque l’adhésif est compromis par les restes du gel d’électrode, par les cheveux sous les électrodes ou en raison d’interférences du participant (par exemple, gratter autour de l’oreille ou ajuster les lunettes). Deuxièmement, il peut y avoir des problèmes avec la connexion entre la grille et l’amplificateur (c’est-à-dire que la grille peut avoir été retirée de l’amplificateur ou que sa position a peut-être changé). Enfin, le réseau peut avoir subi des dommages pendant l’utilisation. Cela peut se produire si la queue de la grille C est trop fortement pliée.
Canaux affichant des signaux identiques
Dans ce cas, les électrodes sont pontées. Il faut retirer la grille, essuyer le gel résiduel autour de l’oreille du participant et en installer une nouvelle. Il faut également s’assurer de n’utiliser que des gouttes de gel d’électrode de la taille d’une lentille sur chaque électrode pour éviter le pontage.
Participants signalant que le placement est inconfortable
La raison la plus courante de la diminution du confort est que la grille est placée trop près de l’arrière de l’oreille. Il faut s’assurer de laisser 1 mm à 2 mm entre la grille C et l’arrière de l’oreille. Un petit morceau de ruban adhésif attaché derrière l’oreille aide à augmenter le confort.
Modifications de la méthode
Le c-grid est disponible en taille unique. Cependant, il permet une certaine flexibilité en ce qui concerne sa taille. En coupant le plastique de la face interne, la taille peut être réduite pour s’adapter à des oreilles plus grandes. Il faut faire particulièrement attention afin de ne pas couper dans les électrodes ou les chemins conducteurs.
Selon l’amplificateur utilisé et le scénario d’enregistrement, il existe différentes façons de placer l’amplificateur sur le corps. La longueur fixe de la queue de la grille et le fait qu’elle pointe horizontalement loin de l’oreille limite les emplacements possibles pour placer le connecteur de l’amplificateur. Différents fabricants fournissent des câbles adaptateurs qui connectent le réseau à un amplificateur spécifique (mobile ou de laboratoire). Différentes solutions ont été proposées pour placer l’amplificateur; Certains chercheurs utilisent un bandeau3, tandis que d’autres l’intègrent dans un basecap27. Pour des expériences plus courtes, un bandeau convient. Pour des expériences plus longues, l’amplificateur peut être collé sur les vêtements6 ou le corps2, stocké dans des sangles sur mesure, collé sur des écouteurs portés autour du cou1 ou collé à un protège-cou couramment utilisé pour le VTT. Nous avons développé un prototype qui combine un haut-parleur de cou (pour présenter des stimuli auditifs) avec un amplificateur EEG mobile et des connecteurs à la grille C (les instructions de montage peuvent être trouvées ici: https://github.com/mgbleichner/nEEGlace). Nous avons utilisé cette approche avec succès dans une étude récente (en préparation) dans laquelle nous avons enregistré l’EEG de l’oreille pendant 4 heures pendant que les participants travaillaient dans un bureau.
Applications futures
La grille c est un outil prometteur pour les enregistrements à long terme dans la vie quotidienne. Par exemple, on peut l’utiliser pour étudier le traitement du son dans la vie quotidienne1. Avec des enregistrements à long terme, les variations circadiennes de la cognition et de la fonction auditive peuvent également être étudiées28,29. À des fins de diagnostic, la grille peut être utilisée pour la surveillance à long terme des crises d’épilepsie2, la stadification du sommeil6 ou pour mesurer l’attention des appareils auditifs 7,11.
Conclusion
Ce protocole équipe complètement les chercheurs pour expérimenter avec ces grilles C dans et au-delà du laboratoire. Si les chercheurs suivent ce protocole et effectuent soigneusement les étapes, y compris les plus importantes, telles que le nettoyage de la peau et l’ajustement de la grille C, ils peuvent s’attendre à des données de haute qualité pour leurs expériences EEG auriculaires.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondation allemande pour la recherche) dans le cadre du programme Emmy-Noether, BL 1591/1-1 – Project ID 411333557. Nous remercions Suong Nguyen, Manuela Jäger et Maria Stollmann pour leur aide dans le tournage de la vidéo. Nous remercions Joanna Scanlon pour la voix off vidéo.
Materials
| 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 |
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