Name: using electroencephalography measurements and high-quality video recording for analyzing visual perception of media content
Uploaded: 2018-05-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Electroencephalography Measurements and High-quality Video Recording for Analyzing Visual Perception of Media Content at JoVE.com

El presente estudio ha sido apoyado por un Ministerio de economía y competitividad (BFU2014-56692-R y BFU2017-82375-R) subvenciones.

Todos los métodos aquí descritos han sido aprobados por la Comisión de ética para la investigación con animales y seres humanos (CEEAH) de la Universitat Autònoma de Barcelona.
1. creación y presentación de los estímulos visuales
<ol><li>Crear los estímulos videos según los objetivos deseados.<ol>
<li>Decidir qué variables son de interés para los estímulos videos. Nota: por ejemplo, en la presente investigación, la variable principal de interés es el estilo de edición.<ol>
<li>Decidir la duración, el contenido y el estilo del vídeo basado en el interés del experimento. Para determinar todas estas variables, considerar cómo muchos videos el participante va a ver y cuánto el participante estará pendiente de la pantalla, evaluar si la narración del video cumple con el interés y decidir el estilo visual del vídeo.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Escribir el guión, prestando atención a las variables solicitadas.</li>
		<li>Grabar vídeo con una cámara de vídeo de alta calidad y editar el video como sea necesario. Busque ayuda profesional si es necesario.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Diseño de un contexto apropiado para la presentación de estímulos.<ol>
<li>Decidir donde la adquisición de datos se llevará a cabo y diseñar un espacio confortable para mostrar los estímulos. Los participantes deberán sentirse cómodos.</li>
		<li>Seleccione una pantalla de alta calidad para la presentación del video. Cuanto mayor sea la calidad de la pantalla, mejor.</li>
		<li>Si hay varias películas de videos para ser presentado, seleccione un método para la asignación al azar de su presentación. Nota: Es conveniente aleatorizar la presentación de estímulos en los sujetos para evitar resultados no concluyentes debido a la orden en el que los participantes perciben un estímulo.</li>
		<li>Elija un paquete de software para presentar los videos. Nota: Hay varias opciones que permiten al investigador Mostrar diferentes estímulos con temporizadores entre ensayos y las instrucciones o incluso una presentación al azar. Al elegir el software, es fundamental considerar su capacidad para sincronización con dispositivos de adquisición de datos. Puesto que este protocolo analiza tasa de eyeblink los participantes, la sincronización entre la presentación visual de los estímulos visuales y el aparato de EEG es crucial.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. selección de los participantes
<ol><li>Establecer un criterio para la elección de los participantes. Cuando una variable específica va a ser analizado, es necesario un grupo control. Escriba el criterio y consultar con colegas para mejorar el diseño del estudio.</li>
	<li>Seleccionar a participantes y buscan la aprobación de un Comité de ética que sigue los reglamentos y directrices pertinentes. Nota: La mayoría de las universidades y centros de investigación tienen un Comité de ética. Para solicitar una autorización, es preciso informarles de los objetivos de la investigación. Requisitos comunes incluyen explicar los métodos de investigación, se gestionarán los beneficios de la investigación a la sociedad, cómo se obtendrá el consentimiento informado, si los participantes serán recompensados económicamente, y cómo los datos recogidos de los participantes. Tómese el tiempo para el diseño de esta solicitud. Es muy importante obtener la aprobación de un Comité de ética para compartir los resultados con la comunidad científica. Algunos documentos que pueden ser útiles en este sentido son la declaración de Helsinki, el código de Nuremberg y el informe Belmont.</li>
	<li>Diseñar un formulario de consentimiento informado para participantes y seguir los criterios del Comité de ética.</li>
	<li>Explicar el experimento a cada participante potencial. Que el participante conocer toda la información importante, pero evitar información que no es importante o puede afectar los resultados del experimento. Nota: por ejemplo, en un protocolo de detección del eyeblink, el participante no puede decirse que eyeblinks van a ser detectados, como esto podía modificar la eyeblink natural. Solicitar su aprobación participar. Dar a cada participante el documento de consentimiento informado y permitirles tiempo suficiente para leer, para entender el texto y, finalmente, para firmarla.</li>
	<li>Haga una cita con cada participante para llevar a cabo el experimento. Dar al participante las siguientes instrucciones: llegar descansado y con recientemente lavados de pelo; productos químicos como la laca para el cabello, etc., deben evitarse porque pueden afectar a las grabaciones de EEG. Darle al participante toda la información de contacto necesaria.</li>
</ol>3. Instalación Preparación
<ol><li>Preparar la sesión experimental antes de la llegada del participante. Ensayar la sesión con un colega. En caso de que algo incorrecto es detectado, las modificaciones correspondientes a la sesión experimental.<ol>
<li>Preparar conexiones entre todos los dispositivos que se van a utilizar y verifique su sincronización (adquisición de datos y presentación de estímulos visuales). Nota: La conectividad entre el hardware y software es crítica. Es conveniente realizar pruebas para confirmar la sincronización. Analizar con el fabricante o desarrollador de software, si es necesario.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Que los sujetos sienta cómodo en la sala experimental: bienvenida a los participantes y preparar un espacio para sus cosas (bolsas y otros).</li>
	<li>Explicar el conjunto del Protocolo al participante: donde el participante va estar sentado, cuántos estímulos visuales van a ser mostrado y la duración de la sesión. Explicar que la cooperación del participante es muy importante.</li>
	<li>Puesto que un sistema inalámbrico de la grabación de EEG se va a utilizar, explicar lo difícil estas grabaciones y que con el fin de obtener señales electrofisiológicas adecuadas con artefactos de bajo, el participante no deberá moverse innecesariamente.</li>
</ol>4. adquisición de datos
<ol><li>Limpie la superficie de la piel de la participante para eliminar cualquier rastro de suciedad o restos de productos para el cabello.</li>
	<li>Medida de la cabeza del participante. Medir la distancia entre el nasion y el inion y marque el punto como un vértice.</li>
	<li>Preparación de los electrodos en la tapa de EEG utilizando el sistema 10-20.</li>
	<li>Ponga la tapa sobre el tema siguiendo la marca para que el vértice coincida con el centro punto cero (Cz) de la tapa.</li>
	<li>Gel conductor con la ayuda de una jeringa se aplica a los electrodos; Asegúrese de que la tapa quede bien en cabeza del sujeto.</li>
	<li>Coloque el electrodo de referencia y el electrodo EOG en cabeza del sujeto.</li>
	<li>Asegúrese de que el participante es cómodamente sentado y preparado para la sesión.</li>
	<li>Enfocar una cámara de video HD en primer plano la cara del participante. Esto se utilizará para detectar manualmente la eyeblinks de los participantes.</li>
	<li>Compruebe que todos los dispositivos se sincronizan.</li>
	<li>Compruebe que la caja de control EEG está conectada correctamente a la computadora registra los datos.</li>
	<li>Compruebe que la señal para cada electrodo es correcta; Si no es así, compruebe si el electrodo problemático. Nota: Algunas razones comunes de una mala señal de un electrodo son falta de gel conductor en el electrodo, una mala posición del electrodo en la cabeza, o una mala conexión del cable de electrodo con su caja de control.</li>
	<li>Cuando todo está listo, comience el experimento de grabación (y reproducir el vídeo).</li>
</ol>5. sesión post experimental
<ol><li>Retire la tapa de la cabeza del participante y, si es posible, dar al participante un cuestionario relacionado con los temas de interés.</li>
	<li>Guardar todos los datos en un disco duro externo. Nota: Es recomendable guardar los datos. Sería una buena opción guardar los datos en dos discos duros externos y almacenarlas en lugares diferentes. En el diseño del mejor procedimiento, es importante considerar el protocolo de almacenamiento de datos aprobado por el Comité de ética.</li>
	<li>Limpie los electrodos y la tapa; la mayoría de los electrodos deben limpiarse inmediatamente después de su uso.<ol>
<li>Limpie los electrodos y la tapa con agua abundante bajo un grifo y sin productos químicos (a menos que se lo contrario por el fabricante del dispositivo). Seque cuidadosamente los electrodos para evitar la corrosión. Si este Protocolo no es suficiente para limpiar la tapa, generalmente se puede lavar en la lavadora (ver las instrucciones del fabricante).</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Análisis de datos
<ol><li>Organizar los datos de detección de eyeblink.<ol>
<li>Importar el archivo de EEG en un paquete de software adecuado para análisis de datos.</li>
		<li>Seleccione el área de EEG de interés basados en los disparadores de sincronización con el software de presentación de estímulos visuales. Filtrar los datos y aplicar un filtro de eyeblink para ver cuántos y cuándo se generan eyeblinks. Nota: Más paquetes de software comercial y libre tienen filtros para detectar eyeblinks en EEG.</li>
		<li>Seleccione el vídeo HD de las caras de los participantes y manualmente fósforo eyeblinks con los que se encuentran en los datos de EEG.</li>
		<li>Crear una matriz de hoja de cálculo con la lista definitiva de eyeblinks de cada participante y calcular la tarifa por minuto mientras que el tema estaba viendo los estímulos.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Realizar el análisis estadístico.<ol>
<li>La matriz de importación en el software correspondiente para el análisis estadístico.</li>
		<li>En un programa de software estadístico, diseño el análisis deseado para contrastar las hipótesis iniciales y completarlas.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
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Los autores no tienen nada que revelar.

Aquí se describe un método para el análisis de la percepción visual del contenido de los medios de comunicación con la creación de vídeo a medida. Muchos otros estudios intentan analizar la percepción del contenido de los medios de comunicación en contextos narrativos con películas preexistentes. El presente método propone crear contenido visual con una construcción narrativa siguiendo los criterios de interés y se basa en la sugerencia de que la tasa de eyeblink está conectada con atención<sup class="xref...

El propósito de este método
Este método propone dos protocolos para la detección de eyeblinks. El objetivo es analizar la percepción visual de los espectadores del contenido de los medios de comunicación, creado específicamente para esta investigación, mediante el uso de las grabaciones de EEG y sistemas de grabación de vídeo HD.
La razón de ser del desarrollo o uso de este método
Cada eyeblink esconde flujo visual para ms de 150-4001,2. Intermitente tiene fisiológica3,4,5 y psicológicos6,7 funciones. La conexión entre atención y eyeblink la tasa ha sido estudiada y probado en diversos estudios8. Un mayor nivel de atención disminuye tasa de eyeblink y según estudios anteriores, los seres humanos comparten un mecanismo de control de la programación de parpadeos que busca el mejor momento para evitar la pérdida de información visual importante9. Por lo tanto, analizar comportamiento de eyeblink de espectadores cuando viendo pantallas podría proporcionar información sobre el nivel de atención a los contenidos de los medios de comunicación.
Un método para detectar la tasa espontánea eyeblink es mediante el uso de electrodos de EEG para registrar la actividad eléctrica. Eyeblinks puede ser detectada fácilmente por prefrontal y submentoniano de electrodos conectados a un sistema de grabación de EEG. En la mayoría de los análisis de EEG, eyeblinks se consideran artefactos. Por esta razón, muchos paquetes de software diseñados para el análisis de datos de EEG tienen eyeblink detectores10. La ventaja de la utilización de EEG para la detección de eyeblinks es la alta resolución temporal (en el orden de milisegundos) y la posibilidad de registrar los efectos cerebrales de diferentes narrativas y cortes en películas sincronizadas con los eyeblinks - un asunto abierto a más estudio. Caras de los participantes de la grabación con una cámara de alta definición también puede ser útil para emparejar y contraste efectos9.
Las ventajas sobre métodos alternativos con referencias a estudios relevantes
Existen varios métodos para contar los parpadeos del ojo. Algunos instrumentos dedicados para la detección de parpadeos son bobinas magnéticas, rayos de luz infrarrojas (IR), detectores de movimiento optoelectrónicos con análisis de movimiento de ojo tales como técnicas de eye-tracking y varias técnicas basadas en señales bioeléctricas, por ejemplo, electrooculografía (EOG), electromiografía (EMG) y EEG. Otra opción más precisa, pero requiere mucho tiempo manualmente cuenta parpadea de una grabación de video cuadro por cuadro11. Las tecnologías hoy en día se pueden clasificar ampliamente en dos grupos: a) sin contacto de grabación que incluye dos modalidades, la detección de parpadeo directo utilizando visión por ordenador y detección de parpadeo sin conexión mediante eye-tracking y b) contacto basado en grabación usando señales biológicas a través de EOG y EEG dispositivos12,13.
El sistema de eye-tracking es una tecnología ampliamente utilizada, desde diseños pasivos basados en la imagen tradicionales a los activados cerca de infrarrojo-enfoques utilizados principalmente hoy en día con una cámara de alta resolución. El último explota las propiedades reflectantes de la pupila bajo IR iluminación14. El concepto subyacente de modernos métodos de seguimiento de ojo es pupila centro Corneal reflejo (PCCR), que consiste en una cámara de seguimiento del centro de la pupila, donde refleja la luz de la córnea. Sin embargo, hay una falta de algoritmos de detección de parpadeo para protocolos de seguimiento de ojo. Por otra parte, aunque los distintos modelos de eye-tracking en el mercado ofrecen software integrado con la detección de parpadeo, el código fuente no siempre proviene de fabricantes, lo que hace difícil modificar o conocer cómo los algoritmos de trabajan12. También, durante los experimentos con eye-tracking son eventos que causan pérdida de datos, tales como seguimiento de retrasos y gran cabeza o movimientos de la mirada. El área del ojo es muy pequeño en capturas de vídeo, que es un problema para el cálculo de la duración de un abrir y cerrar, y que a veces presenta varios tipos de artefactos15.
En este experimento, se utilizan métodos de EEG y EOG. EEG no se utiliza generalmente solamente para detectar eyeblinks. Sin embargo, analizando eyeblinks registrados con electrodos de EEG es un procedimiento estándar para el estudio de desplazamientos del párpado. Este procedimiento permite a los investigadores información sobre exactamente cuando eyeblinks se realiza. El patrón más común de la señal para la detección de parpadeos es de puntos de pico, que representa las respuestas de movimiento vertical. Hay varios pico detección algoritmos aplicables a crudos EEG, dominio del tiempo, o dominio de la frecuencia de señales. Procesos involucrados en la identificación del pico son detección de picos, extracción de características y clasificación. Eyeblinks tener un efecto considerable en los canales frontales de la señal de EEG. Por lo general, se detectan eyeblinks en EEG utilizando un umbral de amplitud determinado16. Los algoritmos en el software de análisis utilizado en este experimento se basan en la desviación de estándar de las señales y la media cuadrática (RMS) de la señal EEG previamente filtrada; ellos son de código abierto y disponible a la comunidad científica17. Sin embargo, algunos movimientos de ojo no impliquen eyeblinks pueden provocar actividad eléctrica que puede ser confuso. Por esa razón, un segundo método - grabación de caras de los espectadores con una cámara de video HD - permite a los investigadores para que coincida con eyeblinks de contarlos manualmente. Con este doble método, el investigador logra una matriz de eyeblinks que puede ser fácilmente analizada con herramientas estadísticas.
Por lo tanto, el método propuesto realiza una triangulación de datos con dos diferentes fuentes para validar el eyeblinks detectado. Este método se basa en Nakano et al. indicaciones9 para la confirmación. Al mismo tiempo, también permite a los investigadores recoger información de la actividad cerebral y la banda de frecuencia para su posterior análisis. El experimento descrito aquí es parte de una investigación futura más amplia sobre los efectos del estilo edición cortes en áreas occipitales y prefrontal del cerebro.
Determinar que si el método es apropiado para una investigación
Este protocolo experimental permite eyeblinks de los espectadores mientras que viendo vídeos que estudiaron bajo tres condiciones experimentales. En primer lugar, eyeblink tasa se detecta mediante el uso de dos técnicas complementarias: EEG y vídeos HD grabados. Aquí, utilizamos un EEG inalámbrico con 20 canales. En segundo lugar, determinados estímulos adaptados a la experiencia se crean, para que el investigador pueda manejar todas las variables del contenido visual. Aquí, se crearon tres vídeos con el misma narrativa pero diferente edición de vídeo estilo. La narrativa conformada por un hombre que entró en una habitación, había sentado en un escritorio, malabares con tres bolas, abrió un ordenador portátil, busqué información en algunos libros, ha escrito algo en el portátil, cerró, comió una manzana, mirada directamente a la cámara y salió de la habitación. Los tres estímulos videos pasado 198 s cada uno. La primera fue una película paso a paso; el segundo fue editado según las reglas clásicas del Hollywood-estilo con 33 tiros diferentes; y el tercero fue editado siguiendo las reglas de estilo de MTV con 79 golpes. Un estímulo cuarto también fue presentado en el que la narrativa era idéntica, pero el formato era una real representación con un actor en lugar de un vídeo. Este estímulo no video cuarto no fue utilizado en un primer estudio de las diferencias de estilo de edición pero fue utilizado en una investigación diferente para comparar diferencias eyeblink-tasa entre la representación real y media blindado8. En tercer lugar, diferentes grupos de participantes se seleccionan dependiendo de su experiencia anterior en el análisis visual de videos. El propósito es determinar diferencias en las tasas del eyeblink del grupos viendo los mismo estímulos visuales. En este caso, 40 sujetos participaron en la investigación. La mitad de ellos eran profesionales de los medios (16 hombres y 4 mujeres; 30-56 años, con una edad media de 44,15 ±7.15 años) y el resto eran medios no profesionales (15 hombres y 5 mujeres; edad 28-56 años, con una edad media de 43.25 ± 8,59 años). Profesionales de los medios fueron elegidos con el criterio de más de 6 años de experiencia en la toma de decisiones relacionadas con la edición de medios de comunicación en su trabajo cotidiano.

<table><tbody><tr><td>EEG Device</td><td>Neurolectrics</td><td>Enobio 20 EEG/EMG system&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Ag/AgCl Electrodes</td><td>Neuroelectrics</td><td>[NE022b] GelTrode</td><td></td></tr><tr><td>Recording EEG software</td><td>Neuroelectrics</td><td>NicOffline software</td><td></td></tr><tr><td>HD-video camera</td><td>Sony Corporation&amp;nbsp;</td><td>Sony HDR-GW55VE</td><td></td></tr><tr><td>Syringe</td><td>Monoject</td><td>Monoject 412, curved tip syringe, 50/box</td><td></td></tr><tr><td>Saline electrode EMG gel</td><td>Signa-Gel</td><td>X32-204: Signa Gel</td><td></td></tr><tr><td>Visual Stimuli Presentation Software</td><td>Paradigm Stimulus Presentation</td><td>Perception Research System Incorporated</td><td></td></tr><tr><td>EEG software analysis</td><td>Centre National de la Recherche Scientifique and Montreal Neurological Institute</td><td>Brainstorm3</td><td></td></tr><tr><td>EEG software analysis</td><td>The MathWorks Inc.</td><td>MATLAB 2013b</td><td></td></tr><tr><td>TV for video presentation</td><td>Panasonic Corporation</td><td>PanasonicTH- 42PZ70EA&amp;nbsp; - 50&quot;</td><td></td></tr><tr><td>PC for presenting stimuli</td><td>MacBook Air</td><td>Year 2013, running Mac OSX Mountain Lion</td><td></td></tr><tr><td>PC for recording stimuli</td><td>MacBook&amp;nbsp;</td><td>Year 2009 running Windows 7</td><td>With a bootcamp partition of the disk for providing Windows OS</td></tr><tr><td>Statistical Analysis</td><td>Systat Software Inc.</td><td>Sigmaplot 11.0&amp;nbsp;</td><td></td></tr></tbody></table>

using electroencephalography measurements and high-quality video recording for analyzing visual perception of media content

Este artículo explora un método para detectar diferencias en la percepción visual en los seres humanos. El método utilizado se basa en la función psicológica (o "cognitiva") de eyeblinks. Eyeblinks de los participantes son detectados y adquiridos mientras ven vídeos creados específicamente para la investigación. La detección y adquisición de eyeblinks se llevan a cabo con la ayuda de un dispositivo inalámbrico de 20 canales electroencefalográfico (EEG). Internacional que 10-20 sistema de colocación del electrodo es seguido. Una cámara de vídeo de alta definición (HD) se utiliza para registrar las expresiones faciales de los participantes, a efectos de contraste. En lugar de utilizar contenido existente media, contenido de vídeo a medida ha sido creado siguiendo criterios específicos de interés para esta investigación, con los estímulos permitiendo a los investigadores manejar los parámetros precisos de interés. De lo contrario, resultados podrían estar contaminados con variables incontroladas. La sincronización de la presentación de estímulos videos con las grabaciones de EEG debe hacerse en milisegundos. Análisis de los datos recogidos se realiza con software robusto para trabajar con matrices grandes. Se encontraron diferencias estadísticamente significativas en tasa de eyeblink relacionadas con la profesionalización de los medios de comunicación y estilo de edición con los procedimientos experimentales reportados.

Utilizando el procedimiento había presentado aquí, la tasa de eyeblink de 40 participantes y ver tres películas diferentes de videos fue analizado. Para un análisis comparativo en la profesionalización de los medios de comunicación, la mitad de los participantes eran profesionales de los medios. Fueron seleccionados basados en el criterio de un mínimo de 6 años de experiencia laboral en la toma de decisiones relacionadas con la edición de medios de comunicación y audiovisuales c...

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Using Electroencephalography Measurements and High-quality Video Recording for Analyzing Visual Perception of Media Content

Utilizando mediciones de electroencefalograma (EEG) y grabación de vídeo de alta calidad para el análisis de la percepción Visual del contenido de los medios de comunicación

Presentamos detección, adquisición y análisis de las tasas de eyeblink observando el contenido de los medios de comunicación.

This article explores a method to detect differences in visual perception in humans. The method used is based on the psychological (or "cognitive") ...

using-electroencephalography-measurements-high-quality-video

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Behavior

6.8K vistas.  Universitat Autónoma de Barcelona. Presentamos detección, adquisición y análisis de las tasas de eyeblink observando el contenido de los medios de comunicación.

Video: Using Electroencephalography Measurements and High-quality Video Recording for Analyzing Visual Perception of Media Content

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to locate and determine the temporal evolution in brain areas involved in the processing of simple sensory stimuli. We will use somatosensory stimuli to locate the hand somatosensory areas, auditory stimuli to locate the auditory cortices, visual stimuli in four quadrants of the visual field to locate the early visual areas. These type of experiments are used for functional mapping in epileptic and brain tumor patients to locate eloquent cortices. In basic neuroscience similar experimental protocols are used to study the orchestration of cortical activity. The acquisition protocol includes quality assurance procedures, subject preparation for the combined MEG/EEG study, and acquisition of evoked-response data with somatosensory, auditory, and visual stimuli. We also demonstrate analysis of the data using the equivalent current dipole model and cortically-constrained minimum-norm estimates. Anatomical MRI data are employed in the analysis for visualization and for deriving boundaries of tissue boundaries for forward modeling and cortical location and orientation constraints for the minimum-norm estimates.

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to map brain areas involved in the processing of simple sensory stimuli.

Mapeo funcional con MEG y EEG simultáneo

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to locate and determine the temporal evolution in brain areas involved in the ...

Investigación

Neurociencias

Cortical Source Analysis of High-Density EEG Recordings in Children

EEG is traditionally described as a neuroimaging technique with high temporal and low spatial resolution. Recent advances in biophysical modelling and signal processing make it possible to exploit information from other imaging modalities like structural MRI that provide high spatial resolution to overcome this constraint1. This is especially useful for investigations that require high resolution in the temporal as well as spatial domain. In addition, due to the easy application and low cost of EEG recordings, EEG is often the method of choice when working with populations, such as young children, that do not tolerate functional MRI scans well. However, in order to investigate which neural substrates are involved, anatomical information from structural MRI is still needed. Most EEG analysis packages work with standard head models that are based on adult anatomy. The accuracy of these models when used for children is limited2, because the composition and spatial configuration of head tissues changes dramatically over development3.&#160;
In the present paper, we provide an overview of our recent work in utilizing head models based on individual structural MRI scans or age specific head models to reconstruct the cortical generators of high density EEG. This article describes how&#160;EEG recordings are acquired, processed, and analyzed with pediatric populations at the London Baby Lab, including laboratory setup, task design, EEG preprocessing, MRI processing, and EEG channel level and source analysis.&#160;

In recent years, there has been increasing interest in estimating the cortical sources of scalp measured electrical activity for cognitive neuroscience experiments. This article describes how high density EEG is acquired and how recordings are processed for cortical source estimation in children from the age of 2 years at the London Baby Lab.

Cortical Análisis Fuente de Alta Densidad EEG Grabaciones en niños

EEG is traditionally described as a neuroimaging technique with high temporal and low spatial resolution. Recent advances in biophysical modelling and ...

Comportamiento

Combining Computer Game-Based Behavioural Experiments With High-Density EEG and Infrared Gaze Tracking

Experimental paradigms are valuable insofar as the timing and other parameters of their stimuli are well specified and controlled, and insofar as they yield data relevant to the cognitive processing that occurs under ecologically valid conditions. These two goals often are at odds, since well controlled stimuli often are too repetitive to sustain subjects' motivation. Studies employing electroencephalography (EEG) are often especially sensitive to this dilemma between ecological validity and experimental control: attaining sufficient signal-to-noise in physiological averages demands large numbers of repeated trials within lengthy recording sessions, limiting the subject pool to individuals with the ability and patience to perform a set task over and over again. This constraint severely limits researchers' ability to investigate younger populations as well as clinical populations associated with heightened anxiety or attentional abnormalities. Even adult, non-clinical subjects may not be able to achieve their typical levels of performance or cognitive engagement: an unmotivated subject for whom an experimental task is little more than a chore is not the same, behaviourally, cognitively, or neurally, as a subject who is intrinsically motivated and engaged with the task. A growing body of literature demonstrates that embedding experiments within video games may provide a way between the horns of this dilemma between experimental control and ecological validity. The narrative of a game provides a more realistic context in which tasks occur, enhancing their ecological validity (Chaytor &amp; Schmitter-Edgecombe, 2003). Moreover, this context provides motivation to complete tasks. In our game, subjects perform various missions to collect resources, fend off pirates, intercept communications or facilitate diplomatic relations. In so doing, they also perform an array of cognitive tasks, including a Posner attention-shifting paradigm (Posner, 1980), a go/no-go test of motor inhibition, a psychophysical motion coherence threshold task, the Embedded Figures Test (Witkin, 1950, 1954) and a theory-of-mind (Wimmer &amp; Perner, 1983) task. The game software automatically registers game stimuli and subjects' actions and responses in a log file, and sends event codes to synchronise with physiological data recorders. Thus the game can be combined with physiological measures such as EEG or fMRI, and with moment-to-moment tracking of gaze. Gaze tracking can verify subjects' compliance with behavioural tasks (e.g. fixation) and overt attention to experimental stimuli, and also physiological arousal as reflected in pupil dilation (Bradley et al., 2008). At great enough sampling frequencies, gaze tracking may also help assess covert attention as reflected in microsaccades - eye movements that are too small to foveate a new object, but are as rapid in onset and have the same relationship between angular distance and peak velocity as do saccades that traverse greater distances. The distribution of directions of microsaccades correlates with the (otherwise) covert direction of attention (Hafed &amp; Clark, 2002).

Procedures for recording high-density EEG and gaze data during computer game-based cognitive tasks are described. Using a video game to present cognitive tasks enhances ecological validity without sacrificing experimental control.

La combinación de PC del juego basado en experimentos del comportamiento de alta densidad de seguimiento de mirada EEG e infrarrojo

Experimental paradigms are valuable insofar as the timing and other parameters of their stimuli are well specified and controlled, and insofar as they ...

Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography (dEEG)

Dense array electroencephalography (dEEG), which provides a non-invasive window for measuring brain activity and a temporal resolution unsurpassed by any other current brain imaging technology1,2, is being used increasingly in the study of social cognitive functioning in infants and adults. While dEEG is enabling researchers to examine brain activity patterns with unprecedented levels of sensitivity, conventional EEG recording systems continue to face certain limitations, including 1) poor spatial resolution and source localization3,4,2) the physical discomfort for test subjects of enduring the individual application of numerous electrodes to the surface of the scalp, and 3) the complexity for researchers of learning to use multiple software packages to collect and process data. Here we present an overview of an established methodology that represents a significant improvement on conventional methodologies for studying EEG in infants and adults. Although several analytical software techniques can be used to establish indirect indices of source localization to improve the spatial resolution of dEEG, the HydroCel Geodesic Sensor Net (HCGSN) by Electrical Geodesics, Inc. (EGI), a dense sensory array that maintains equal distances among adjacent recording electrodes on all surfaces of the scalp, further enhances spatial resolution4,5,6 compared to standard dEEG systems. The sponge-based HCGSN can be applied rapidly and without scalp abrasion, making it ideal for use with adults7,8, children9,10,11, and infants12, in both research and clinical4,5,6,13,14,15 settings. This feature allows for considerable cost and time savings by decreasing the average net application time compared to other dEEG systems. Moreover, the HCGSN includes unified, seamless software applications for all phases of data, greatly simplifying the collection, processing, and analysis of dEEG data.
The HCGSN features a low-profile electrode pedestal, which, when filled with electrolyte solution, creates a sealed microenvironment and an electrode-scalp interface. In all Geodesic dEEG systems, EEG sensors detect changes in voltage originating from the participant's scalp, along with a small amount of electrical noise originating from the room environment. Electrical signals from all sensors of the Geodesic sensor net are received simultaneously by the amplifier, where they are automatically processed, packaged, and sent to the data-acquisition computer (DAC). Once received by the DAC, scalp electrical activity can be isolated from artifacts for analysis using the filtering and artifact detection tools included in the EGI software. Typically, the HCGSN can be used continuously for only up to two hours because the electrolyte solution dries out over time, gradually decreasing the quality of the scalp-electrode interface.
In the Parent-Infant Research Lab at the University of Toronto, we are using dEEG to study social cognitive processes including memory, emotion, goals, intentionality, anticipation, and executive functioning in both adult and infant participants.

Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography dEEG

Dense array electroencephalography is being used increasingly to study social cognitive functions in infants and adults. Here we present an established methodology that represents a significant improvement on conventional methodologies for studying EEG in infants and adults.

La investigación de la cognición social en niños y adultos usando electroencefalografía denso conjunto ( D EEG)

Dense array electroencephalography (dEEG), which provides a non-invasive window for measuring brain activity and a temporal resolution unsurpassed by any ...

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the cortical networks involved in dynamical perceptual and cognitive tasks, such as attending to different sounds in a cocktail party. Many past studies have employed data recorded at the sensor level only, i.e., the magnetic fields or the electric potentials recorded outside and on the scalp, and have usually focused on activity that is time-locked to the stimulus presentation. This type of event-related field / potential analysis is particularly useful when there are only a small number of distinct dipolar patterns that can be isolated and identified in space and time. Alternatively, by utilizing anatomical information, these distinct field patterns can be localized as current sources on the cortex. However, for a more sustained response that may not be time-locked to a specific stimulus (e.g., in preparation for listening to one of the two simultaneously presented spoken digits based on the cued auditory feature) or may be distributed across multiple spatial locations unknown a priori, the recruitment of a distributed cortical network may not be adequately captured by using a limited number of focal sources.
Here, we describe a procedure that employs individual anatomical MRI data to establish a relationship between the sensor information and the dipole activation on the cortex through the use of minimum-norm estimates (MNE). This inverse imaging approach provides us a tool for distributed source analysis. For illustrative purposes, we will describe all procedures using FreeSurfer and MNE software, both freely available. We will summarize the MRI sequences and analysis steps required to produce a forward model that enables us to relate the expected field pattern caused by the dipoles distributed on the cortex onto the M/EEG sensors. Next, we will step through the necessary processes that facilitate us in denoising the sensor data from environmental and physiological contaminants. We will then outline the procedure for combining and mapping MEG/EEG sensor data onto the cortical space, thereby producing a family of time-series of cortical dipole activation on the brain surface (or "brain movies") related to each experimental condition. Finally, we will highlight a few statistical techniques that enable us to make scientific inference across a subject population (i.e., perform group-level analysis) based on a common cortical coordinate space.

We use magneto- and electroencephalography (MEG/EEG), combined with anatomical information captured by magnetic resonance imaging (MRI), to map the dynamics of the cortical network associated with auditory attention.

Asignación Dinámica de trauma con MEG / estimaciones simultáneas norma mínima-EEG y anatómico limitado-un ejemplo: Atención Auditiva

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Applications of EEG Neuroimaging Data: Event-related Potentials, Spectral Power, and Multiscale Entropy

When considering human neuroimaging data, an appreciation of signal variability represents a fundamental innovation in the way we think about brain signal. Typically, researchers represent the brain's response as the mean across repeated experimental trials and disregard signal fluctuations over time as "noise". However, it is becoming clear that brain signal variability conveys meaningful functional information about neural network dynamics. This article describes the novel method of multiscale entropy (MSE) for quantifying brain signal variability. MSE may be particularly informative of neural network dynamics because it shows timescale dependence and sensitivity to linear and nonlinear dynamics in the data.

Neuroimaging researchers typically consider the brain's response as the mean activity across repeated experimental trials and disregard signal variability over time as "noise". However, it is becoming clear that there is signal in that noise. This article describes the novel method of multiscale entropy for quantifying brain signal variability in the time domain.

Aplicaciones de EEG datos de neuroimagen: Potenciales relacionados con eventos, Energía espectral y Multiscale Entropy

When considering human neuroimaging data, an appreciation of signal variability represents a fundamental innovation in the way we think about brain ...

Stimulus-specific Cortical Visual Evoked Potential Morphological Patterns

This paper presents a methodology for the recording and analysis of cortical visual evoked potentials (CVEPs) in response to various visual stimuli using 128-channel high-density electroencephalography (EEG). The specific aim of the described stimuli and analyses is to examine whether it is feasible to replicate previously reported CVEP morphological patterns elicited by an apparent motion stimulus, designed to simultaneously stimulate both ventral and dorsal central visual networks, using object and motion stimuli designed to separately stimulate ventral and dorsal visual cortical networks.&#160; Four visual paradigms are presented: 1. Randomized visual objects with consistent temporal presentation. 2. Randomized visual objects with inconsistent temporal presentation (or jitter).&#160; 3. Visual motion via a radial field of coherent central dot motion without jitter.&#160; 4. Visual motion via a radial field of coherent central dot motion with jitter.&#160; These four paradigms are presented in a pseudo-randomized order for each participant.&#160; Jitter is introduced in order to view how possible anticipatory-related effects may affect the morphology of the object-onset and motion-onset CVEP response.&#160; EEG data analyses are described in detail, including steps of data exportation from and importation to signal processing platforms, bad channel identification&#160;and removal, artifact rejection, averaging, and categorization of average CVEP morphological pattern type based upon latency ranges of component peaks. Representative data show that the methodological approach is indeed sensitive in eliciting differential object-onset and motion-onset CVEP morphological patterns and may, therefore, be useful in addressing the larger research aim. Given the high temporal resolution of EEG and the possible application of high-density EEG in source localization analyses, this protocol is ideal for the investigation of distinct CVEP morphological patterns and the underlying neural mechanisms which generate these differential responses.&#160; &#160; &#160;&#160;

In this paper, we present a protocol to investigate differential cortical visual evoked potential morphological patterns through stimulation of ventral and dorsal networks using high-density EEG. Visual object and motion stimulus paradigms, with and without temporal jitter, are described. Visual evoked potential morphological analyses are also outlined.&#160;&#160;

Patrones morfológicos potenciales evocados visuales corticales específicos del estímulo

This paper presents a methodology for the recording and analysis of cortical visual evoked potentials (CVEPs) in response to various visual stimuli using ...

Detecting Pre-Stimulus Source-Level Effects on Object Perception with Magnetoencephalography

Pre-stimulus oscillatory brain activity influences upcoming perception. The characteristics of this pre-stimulus activity can predict whether a near-threshold stimulus will be perceived or not perceived, but can they also predict which one of two competing stimuli with different perceptual contents is perceived? Ambiguous visual stimuli, which can be seen in one of two possible ways at a time, are ideally suited to investigate this question. Magnetoencephalography (MEG) is a neurophysiological measurement technique that records magnetic signals emitted as a result of brain activity. The millisecond temporal resolution of MEG allows for a characterization of oscillatory brain states from as little as 1 second of recorded data. Presenting an empty screen around 1 second prior to the ambiguous stimulus onset therefore provides a time window in which one can investigate whether pre-stimulus oscillatory activity biases the content of upcoming perception, as indicated by participants&#39;&#160;reports. The spatial resolution of MEG is not excellent, but sufficient to localise sources of brain activity at the centimetre scale. Source reconstruction of MEG activity then allows for testing hypotheses about the oscillatory activity of specific regions of interest, as well as the time- and frequency-resolved connectivity between regions of interest. The described protocol enables a better understanding of the influence of spontaneous, ongoing brain activity on visual perception.

This article describes how to set up an experiment that allows detecting pre-stimulus source-level influences on object perception using magnetoencephalography (MEG). It covers stimulus material, experimental design, MEG recording, and data analysis.

Detectar efectos de nivel de fuente previos al estímulo en la percepción de los objetos con magnetoencefalografía

Pre-stimulus oscillatory brain activity influences upcoming perception. The characteristics of this pre-stimulus activity can predict whether a ...

Topographical EEG Recordings of Visual Evoked Potentials in Mice using Multichannel Thin-film Electrodes

Visual evoked potentials (VEP) allow the characterization of visual function in preclinical mouse models. Various methods exist to measure VEPs in mice, from non-invasive EEG, subcutaneous single-electrodes, and ECoG to fully invasive intracortical multichannel visual cortex recordings. It can be useful to acquire a global, topographical EEG-level characterization of visual responses previous to local intracortical microelectrode measurements in acute experimental settings. For example, one use case is&#160;to assess global cross-modal changes in VEP topography in deafness models before studying its effects on a local intracortical level. Multichannel epicranial EEG is a robust method to acquire such an overview measure of cortical visual activity.&#160;Multichannel epicranial EEG provides comparable results through a standardized, consistent approach to, for example, identify cross-modal, pathological, or age-related changes in cortical visual function. The current study presents a method to obtain the topographical distribution of flash-evoked VEPs with a 32-channel thin-film EEG electrode array in anesthetized mice. Combined with analysis in the time and frequency domain, this approach allows fast characterization and screening of the topography and basic visual properties of mouse cortical visual function, which can be combined with various acute experimental settings.

The present protocol describes a simple procedure to acquire and analyze the topography of epicranial visual evoked potentials with 32-multichannel thin-film electrodes in the mouse.

Visual evoked potentials (VEP) allow the characterization of visual function in preclinical mouse models. Various methods exist to measure VEPs in mice, ...

A Visuospatial Planning Task Coupled with Eye-Tracker and Electroencephalogram Systems

The planning process, characterized by the capability to formulate an organized plan to reach a goal, is essential for human goal-directed behavior. Since planning is compromised in several neuropsychiatric disorders, the implementation of proper clinical and experimental tests to examine planning is critical. Due to the nature of the deployment of planning, in which several cognitive domains participate, the assessment of planning and the design of behavioral paradigms coupled with neuroimaging methods are current challenges in cognitive neuroscience. A planning task was evaluated in combination with an electroencephalogram (EEG) system and eye movement recordings in 27 healthy adult participants. Planning can be separated into two stages: a mental planning stage in which a sequence of steps is internally represented and an execution stage in which motor action is used to achieve a previously planned goal. Our protocol included a planning task and a control task. The planning task involved solving 36 maze trials, each representing a zoo map. The task had four periods: i) planning, where the subjects were instructed to plan a path to visit the locations of four animals according to a set of rules; ii) maintenance, where the subjects had to retain the planned path in their working memory; iii) execution, where the subjects used eye movements to trace the previously planned path as indicated by the eye-tracker system; and iv) response, where the subjects reported the order of the visited animals. The control task had a similar structure, but the cognitive planning component was removed by modifying the task goal. The spatial and temporal patterns of the EEG revealed that planning induces a gradual and lasting rise in frontal-midline theta activity (FM&#952;) over time. The source of this activity was identified within the prefrontal cortex by source analyses. Our results suggested that the experimental paradigm combining EEG and eye-tracker systems was optimal for evaluating cognitive planning.

The study of cognitive planning combining EEG and eye-tracking systems provides a multimodal approach to investigate the neural mechanisms that mediate cognitive control and goal-directed behavior in humans. Here, we describe a protocol for investigating the role of brain oscillations and eye movements in planning performance.

The planning process, characterized by the capability to formulate an organized plan to reach a goal, is essential for human goal-directed behavior. Since ...