Potenciales acontecimiento-relacionados y la tarea de Oddball

Fuente: Laboratorios de Jonas T. Kaplan y Sarah I. Gimbel, University of Southern California

Dada la abrumadora cantidad de información captada por los órganos sensoriales, es fundamental que el cerebro es capaz de priorizar el procesamiento de determinados estímulos, a gastar menos esfuerzo en lo que no puede ser actualmente importante y atender a lo que es. Un heurístico que utiliza el cerebro es ignorar los estímulos que son frecuente o constante a favor de estímulos que son inesperados o único. Por lo tanto, eventos raros tienden a ser más salientes y captar nuestra atención. Además, estímulos que son relevantes para nuestros objetivos conductuales actuales son prioridad sobre aquellas que son irrelevantes.

Los correlatos neurofisiológicos de la atención se han examinado experimentalmente mediante el paradigma oddball. Introducido originalmente en 1975, la tarea de oddball presenta al participante con una secuencia de audio repetitiva o estímulos visuales, con frecuencia interrumpidos por un estímulo inesperado. ¹ esta interrupción por un estímulo objetivo ha demostrado provocar eventos eléctricos específicos que son registrables en el cuero cabelludo conocido como potenciales evento-relacionados (ERPs). Un ERP es la respuesta del cerebro medido resultante de un evento específico sensorial, cognitivo o motor. ERPs se miden mediante electroencefalografía (EEG), un medio no invasivo de evaluar la función cerebral en pacientes con la enfermedad y los individuos normalmente de funcionamiento. Un componente específico de ERP en la región parietal del cuero cabelludo, conocida como P300, se ha mejorado en respuesta a eventos de bicho raro. La P300 es una deflexión positiva continua en la señal de EEG que se produce de entre 250 y 500 ms después del inicio del estímulo. En general, potenciales tempranos reflejan sensorial-motor de procesamiento mientras más potenciales como el P300 reflejan procesamiento cognitivo.

En este video, se muestra cómo administrar la tarea de oddball mediante EEG. El video cubre la instalación y administración de EEG, y análisis de ERPs relacionados con estímulos tanto control como destino en la tarea de bicho raro. En esta tarea, los participantes se establecen con los electrodos de EEG y actividad cerebral se grabó mientras ven los estímulos de control, entremezclados con los estímulos objetivo. El procedimiento es similar a la de Habibi et al. ² cada vez que un estímulo Diana se presenta, el participante presiona un botón. Cuando los ERPs son promediados a través de los estímulos de control y de destino, pueden compararse los correlatos neuronales de cada evento en un intervalo de tiempo seleccionado.

1. participante reclutamiento

1. Reclutar a 20 participantes para el experimento.
2. Asegúrese de que los participantes han sido completamente informados de los procedimientos de investigación y han firmado todos los formularios de consentimiento apropiado.

2. recolección de datos

1. Preparación de EEG (Nota: estos pasos son para el uso con el sistema de Neuroscan 4.3 con amplificador Synamps 2 y un tapón rápido de 64 canales.)
   1. Los participantes en un estudio de EEG no deben tener los productos de pelo (p. ej., gel, mouse o acondicionador leave-in) en el pelo antes de su participación.
   2. Llenan jeringas de 10 ml de 2-4, electrodo-gel conductor (es decir, rápido-gel). Se recomienda revolver el gel antes de usar para liberar las burbujas de aire.
   3. Cepillo de pelo y el cuero cabelludo bien (unos 5 minutos).
   4. Cabeza limpia con una gasa alcohol y algodón. También limpia la piel para la colocación de electrodos: dos mastoids (detrás de cada oído), por debajo y por encima de la izquierda ojo VEO (vertical electro-ocular) y las partes lejanas de cada ojo HEO (electro-ocular horizontal; Figura 1, izquierda).
   5. Usando discos adhesivo a doble cara, coloque los electrodos.
   6. Medir la cabeza de la frente (entre las cejas, ojos medio) al inion (debajo de la protuberancia de la cabeza en la parte posterior). Esta distancia determinará el tamaño de la tapa (pequeño, mediano o grande). Para colocar la tapa, marca el 10% de la distancia medida en la frente y asegúrese de que está colocado el electrodo frontal medio (FPz) Esto marcó.
   7. Conecte los electrodos de cara a sus respectivas cuerdas sobre la tapa
   8. Empezar a llenar los electrodos con gel, con la punta de la aguja embotada para raspar el pelo a un lado por debajo del electrodo, por lo que el electrodo está en contacto directo con el cuero cabelludo. Ser conscientes de no dañar la piel.
      1. Levantando un poco el electrodo facilita el introducir el gel. En la mayoría de los casos, habrá pelo debajo del electrodo. Mejor impedancia permite moverlo fuera del camino.
   9. Llevar al participante a la sala insonorizada y enchufe en la tapa y electrodos individuales.
   10. Verifique la impedancia de la conexión del electrodo-cuero cabelludo para mantenerlo debajo de 10 KΩ. Si la impedancia es alta Asegúrese de que el electrodo tiene gel conductor y está en contacto con el cuero cabelludo.
       1. La impedancia es la tendencia a impedir el flujo de corriente alterna. Alta impedancia puede aumentar el ruido en los datos y debe reducirse antes de que comience el estudio.
       2. En la mayoría de los casos, el pelo es en la forma del electrodo. Mover fuera del camino debe recibir mejor impedancia.
   11. Una vez la impedancia es aceptable para todos los electrodos y EEG rastros de ruido, puede comenzar la recolección de datos.

Figura 1: colocación del electrodo. Colocación de los electrodos de cara a detectar artefactos EOG (izquierda). Diagrama de medición de directamente entre las cejas a apenas debajo de la protuberancia en la parte posterior de la cabeza. 10% de esta medida se mide por encima de la marca de medio ojo, y esto es donde el electrodo FPZ del casquillo se coloca (derecha).

2. Recopilación de datos de EEG
   1. Preparar al participante para realizar la tarea.
      1. Lugar el participante en una silla de 75 cm de la pantalla del ordenador de 16 pulg, en una sala de sonido y luz atenuada (acústico y eléctrico blindado).
      2. Dile al participante que él o ella verán círculos de colores aparecen en la pantalla. Cada vez que aparece un círculo verde, el participante debe presionar un botón en su mano derecha (figura 2).
         1. Mostrar cada estímulo de 1000 ms, con un intervalo de 1000 ms interstimulus entre presentaciones del estímulo.
         2. Mostrar los estímulos 64 objetivo, entremezclados aleatoriamente entre 96 presentaciones de los círculos rojos no objetivo. Repite esta secuencia dos veces, para un total de 128 ensayos de estímulo objetivo y 192 no objetivo de control.
   2. Inicie el sistema y tener un registro continuo de EEG durante la presentación de la tarea funcional.
   3. EEG es amplificado por amplificadores con una ganancia de 1024 y un pase de banda de 0.01 a 100 Hz.
   4. Ensayos contaminación por ojo parpadea y rechazo de artefacto (aproximadamente 15% de ensayos) se eliminarán fuera de línea.

Figura 2: estudio de diseño de la tarea de oddball. El participante se presenta con un círculo rojo o con un círculo verde. Cada estímulo aparece por 1 s, seguido por una pantalla en blanco de 1-s. Cada vez que el participante ve un círculo verde, se instruyó a un botón en su mano derecha.

3. Análisis de los datos

1. Fuera de línea, referencia datos promedio mastoids.
2. Segmentar datos de EEG continuo en épocas, partidas 200 ms antes y terminando 1000 ms después del inicio del estímulo.
3. Las épocas son base corregido usando la época 200 ms antes de la aparición del estímulo.
4. Para corregir para los artefactos de movimiento, épocas con un cambio de señal superior a 150 microvoltios en cualquier electrodo de EEG no se incluyeron en el promedio.
5. Los datos son filtrados digitalmente sin conexión (banda 0.05-20 Hz).
6. Usar los promedios ERP que se muestran de los sitios de grabación Pz para destino y control de estímulos.
   1. El pico (amplitud y latencia) de parietal P300 se obtiene automáticamente en electrodo Pz.
7. Análisis estadístico
   1. Parcela ERP promedios desde los electrodos parietales de Pz.
   2. Para pico de amplitud y latencias, utilice pruebas de F para cada intervalo de latencia para determinar si hay una diferencia entre objetivo y control de estímulos.

Durante la tarea de chiflado donde los participantes fueron instruidos para responder con una pulsación cada vez que veían un círculo verde, hubo una P300 parietal aumento en comparación con cuando el participante del círculo de control rojo. Este rastro alcanzó su punto máximo aproximadamente 350 ms después de la aparición del estímulo, mientras que no había ningún pico de la P300 para el rastro de control ()figura 3).

Figura 3: P300 parietal ante imágenes de línea de base y oddball. Rastro de tiempo ERP promedio de la respuesta parietal para imágenes de línea de base (rojo) y chiflado (verde). La respuesta se mide en microvoltios en milisegundos.

Estos resultados muestran que la actividad en el lóbulo parietal aumenta cuando se presenta un elemento raro, reflejando los procesos neuronales que identifican estímulos relevantes a la tarea, salientes. El cerebro aumenta su eficiencia mediante la identificación de estos elementos y centrar los recursos en procesarlos. Los estímulos que captan la atención de esta manera respondió más rápidamente y también se recuerda mejor después.

El enfoque ERP, por su muy alta resolución temporal, permite la discriminación entre los eventos eléctricos que corresponden a procesos psicológicos extremadamente rápido. La tarea de oddball demuestra este poder, en revelar una firma eléctrica del lóbulo parietal que discrimina entre dos estímulos similares menos de la mitad un segundo después de su presentación. La tarea proporciona una ventana en proceso del cerebro para identificar características en el medio ambiente que tienen importancia biológica actual. ³

El paradigma oddball combina aspectos de atención tanto ascendente como descendente . Atención de abajo hacia arriba se refiere a la capacidad exógena de un estímulo para captar nuestra atención sin importar nuestros propios planes intencionales o metas. Esto entra en juego en la tarea de raro en que los objetivos son raro y diferente de los otros estímulos en el experimento, que los hace destacar. Atención de arriba hacia abajo se refiere a nuestra capacidad para filtrar la información entrante en base a nuestros objetivos actuales de la tarea. La tarea de oddball involucra aspectos de la atención de arriba hacia abajo porque nos instruidos para responder sólo a los estímulos objetivo, por lo tanto estamos conscientemente tratando de asistir a ellos. Investigación ha encontrado que el potencial P300 tenga subcomponentes tempranas y tardía, el subcomponente temprano (llamado P3a) que refleja la prominencia de abajo hacia arriba que es conducido por la novedad de los estímulos y el subcomponente más adelante (llamada P3b) que refleja la clasificación cognitiva de arriba hacia abajo del estímulo como un objetivo. La tarea de chiflado es una sonda robusta y compleja de los procesos atencionales.

Como un marcador confiable de los procesos atencionales en el cerebro, la P300 sacados por la tarea de raro puede ser un biomarcador útil de disfunción atencional. Por ejemplo, los niños con TDAH muestran una P300 más pequeño y más tarde posibles,⁴ y estas diferencias tienden a disminuir con el tratamiento farmacológico eficaz. ⁵

1. Squires, N.K., Squires, K.C. & Hillyard, S.A. Two varieties of long-latency positive waves evoked by unpredictable auditory stimuli in man. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 38, 387-401 (1975).
2. Habibi, A., Wirantana, V. & Starr, A. Cortical Activity during Perception of Musical Rhythm; Comparing Musicians and Non-musicians. Psychomusicology 24, 125-135 (2014).
3. Halgren, E. & Marinkovic, K. Neurophysiological networks integrating human emotions. in The Cognitive Neurosciences (ed. Gazzaniga, M.S.) 1137-1151 (MIT Press, Cambridge, MA, 1995).
4. Doyle, A.E., et al. Attention-deficit/hyperactivity disorder endophenotypes. Biol Psychiatry 57, 1324-1335 (2005).
5. Winsberg, B.G., Javitt, D.C. & Silipo, G.S. Electrophysiological indices of information processing in methylphenidate responders. Biol Psychiatry 42, 434-445 (1997).