1. المقدمة

مرحبًا! في هذا الدرس الثاني سنتعلم كيفية تحديد استجابة الدماغ للمثيرات.

سنتعلم:

• ما هو الجهد المرتبط بالحدث (ERP)؟

• ما هي قمم ومكونات ERP؟

• الخطوات النموذجية للحصول على ERP

• تطبيق عملي باستخدام جهاز Emotiv EPOC والبرامج

  
  
  

2. ما هو الجهد المرتبط بالحدث (ERP)؟

الجهد المرتبط بالحدث (ERP)، ويُشار إليه أيضًا باسم الجهد المُستثار، هو استجابة الدماغ لحدث أو مثير (مثل سماع نغمة عالية). وبشكل محدد، فهو التغير في سعة الجهد الذي يُلاحظ في تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) نتيجة لحدث حسي أو معرفي.

يمكننا ملاحظة «مكونات ERP» وهي قمم ثابتة تحدث بعد بدء المثير. يمكن أن يحتوي ERP على العديد من القمم الموجبة أو السالبة، لكنها ليست كلها مكونات ERP موصوفة جيدًا مثل المكونين N100 أو P300.

تذكّر أن تنظر إلى اتجاه المحور عندما ترى EEG في المجال الزمني. أحيانًا سترى الإشارة − في الأعلى و+ في الأسفل على المحور، خاصة في EEG السريري

ملاحظة: يمكن تمثيل ERP من حدث واحد أو عن طريق أخذ متوسط السعات عبر عدة محاولات لذلك الحدث. عادةً لا يتم الحصول على ERPs ناعمة بهذه المكونات الواضحة — كما في الصورة — إلا بأخذ المتوسط عبر مئات المحاولات

الشكل 1 – مكونات ERP السمعية النموذجية

تتحدد المكونات النموذجية بحسب قطبيتها (أي موجبة (P) أو سالبة (N)) وبحسب وقت ظهورها (مثل المكون السلبي الأول N1). كما يمكن التعرف على المكون N1 نفسه أيضًا وفقًا للوقت الذي ظهر فيه (مثل 100 مللي ثانية من بدء النغمة) – N100

3. خطوات الحصول على ERP

مرحلة التجربة:

نصمم تجارب للحصول على ERPs محددة تهمنا.

على سبيل المثال، قد نجمع EEG بينما يستمع المشاركون إلى نغمات صوتية.

لفهم بيانات EEG، علينا تحديد الوقت الذي سمع فيه المشارك نغمة في EEG. وتُسمى هذه علامات الأحداث (الخطوط الحمراء العمودية في الشكل 2).

الشكل 2 – علامات الأحداث (الخطوط الحمراء) المعروضة على EEG خام

إن ضبط توقيت علامة الحدث بحيث يتزامن بدقة مع بداية النغمة مهم جدًا لكي نتمكن من رؤية ERP! لذلك من المهم اختيار العتاد والبرمجيات المناسبين لمساعدتنا على الحصول على طوابع زمنية دقيقة.

اختيار المرجع

تذكّر أن النشاط الكهربائي يُقاس دائمًا بين نقطتين. في أجهزة EEG يُقاس الجهد الكهربائي عند كل مستشعر مقارنةً بمستشعرات المرجع (DRL + CMS).

في أجهزة Emotiv EPOC هناك خياران لمستشعرات المرجع

الشكل 3 – خيارات المرجع في أجهزة من نوع Emotiv EPOC

توجد في سماعة من نوع EPOC خياران للمرجعة:

• مرجع الناتئ الخشائي – لاستخدام الناتئ الخشائي كمستشعرات مرجعية، نضع سدادات مطاطية على مستشعرات P3/P4 ونضع لبادات مبللة على مستشعرات الناتئ الخشائي.

• مرجع P3/P4 – لاستخدام P3/P4 كمستشعرات مرجعية، نضع سدادات مطاطية على مستشعرات M1/M2 الخشائية ونضع لبادات مبللة على مستشعرات P3/P4

من المعتاد استخدام المرجعة بالناتئ الخشائي في تجارب ERP، لكن يمكنك استخدام المرجعة بـ P3/P4 لأنك تستطيع دائمًا إعادة مرجعة البيانات عبر الإنترنت لاحقًا عند المعالجة المسبقة لبياناتك قبل التحليل. ومن الشائع إعادة مرجعة البيانات إلى متوسط جميع المستشعرات قبل تحليلها.

في تجربتنا سنجمع البيانات باستخدام المرجعة بالناتئ الخشائي. والافتراض الجيد عادةً هنا هو أن الناتئ الخشائي لن ينقل بيانات EEG بقدر المواقع الأخرى على الرأس، لذا فهو نقطة مرجعية جيدة.

المعالجة المسبقة:

لا يمكننا رؤية ERP مباشرةً في EEG الخام لأنه تأثير صغير جدًا (~ ±5uV) مقارنةً بكل ما يحدث داخل دماغنا وحوله (~ ±40uV)!

لذلك لرؤية الأثر الدماغي الخاص بنغمتنا علينا تنقية البيانات لإزالة أي ضوضاء أو شوائب. ثم سنقوم بـ«تجزئة» البيانات (epoch) — وهو مصطلح يُستخدم لتقسيم استجابات الدماغ إلى نافذة زمنية نحددها (مثلًا: استجابة الدماغ التي تبدأ قبل النغمة بـ 50ms وبعدها بـ 400ms). ثم نأخذ متوسط جميع بيانات EEG المجزأة على حدة (أي استجابات الدماغ لجميع النغمات) للحصول على ERP مميز.

فيما يلي الخطوات الأساسية في خط أنابيب ERP نموذجي. سيختار الباحثون الخطوات وفقًا لبياناتهم وأهدافهم.

الشكل 4 – خط معالجة ERP نموذجي

4. لنحصل على ERP خاص بنا

أولًا لنُعدّ البرنامج

1. حمّل أحدث إصدار من PsychoPy – https://www.psychopy.org/ سنستخدم PsychoPy لعرض النغمات على المشاركين.

2. احصل على تطبيقي Emotiv Launcher وEmotivPRO لتسجيل وعرض EEG.

3. وصّل PsychoPy ببرنامج Emotiv الخاص بك حتى يتمكنا من التواصل معًا.

اتبع الخطوات في الفيديو:

أنشئ تجربة EEG من Emotiv باستخدام PsychoPy

يمكن الحصول على ERP سلس باستخدام تكرارات متعددة لأي مثير (مثل صورة أو نغمة). هنا سنعرض على المشارك النغمة نفسها لمدة 50 مللي ثانية، كل 4 ثوانٍ، حوالي 150 مرة!

اتبع الفيديو لبناء تجربة سمعية بسيطة بنغمة واحدة:

لنحصل على بعض البيانات

الآن بعد أن اخترت المرجع، يمكنك مشاهدة الفيديو لتتعلم كيفية إعداد سماعة الرأس للحصول على أفضل جودة لـ EEG:

خط معالجة ERP باستخدام EmotivPRO Analyzer

شاهد الفيديو واتبع الخطوات لتوليد ERP الخاص بك:

فهم مخرجات ERP من Analyzer

سترى متوسط الشكل الموجي لكل قناة. يمكن رؤية ERP سلس نموذجي مع قمة سالبة عند 100 مللي ثانية أدناه. يشير الخط الصلب إلى متوسط السعة، وتشير المنطقة المظللة الأفتح إلى الخطأ المعياري للمتوسط:

إليك شكل موجي مشوش دون مكونات ERP واضحة. قد ينتج ذلك عن قلة عدد المحاولات:

أمور يجب أخذها بعين الاعتبار

عند مقارنة ERPs بين المشاركين، يكون من الأفضل عادةً مقارنة أثر الفرق.

على سبيل المثال، يمكننا النظر إلى ERP المتوسط لنغمة أكثر تكرارًا (القياسية) مقارنةً بالنغمات التي تحدث أقل تكرارًا (المنحرفة/الشاذة) ضمن نمط ما. ويمكننا الحصول على شكل موجي للفارق بمجرد طرح سعات موجة من أخرى. وكما في الشكل 5 يمكننا عندها ملاحظة مكوّن ERP المعروف عادةً باسم السلبية التباينية (MMN)، وهو ما يُدرَس كثيرًا في أبحاث ERP.

الشكل 5 – يمكن ملاحظة مكوّن السلبية التباينية في ERP عند حدوث انتهاك لنمط في البيئة

5. تطبيقات ERPs

تحديد المؤشرات الحيوية:

أحد أكثر تطبيقات ERPs شيوعًا هو في الأبحاث السريرية لإيجاد طرق أفضل لتشخيص الاضطرابات النفسية مثل الفصام. يمكن التمييز بين المصابين بالفصام والأشخاص الأصحاء بناءً على استجابة السلبية التباينية لديهم

الشكل 6 – سعات السلبية التباينية أعلى بكثير من تلك لدى الفصام المزمن، وحديثي الإصابة، وكذلك المعرضين لخطر الإصابة بالاضطراب (Jashan 2012)

ERP – BCI (واجهات الدماغ والحاسوب)

يمكن استخدام ERPs للأوامر الذهنية المختلفة أو المثيرات البصرية(مثل الحروف على لوحة المفاتيح) لتحريك الكراسي المتحركة أو تشغيل أدوات BCI للتهجئة

6. الموارد

كتيبات Emotiv

1. دليل EmotivPRO Builder

2. دليل EmotivPRO

3. دليل EmotivPRO Analyzer

قراءات موصى بها

Luck, S.J., 2005. عشر قواعد بسيطة لتصميم وتفسير تجارب ERP. الجهود المرتبطة بالحدث: دليل منهجي, 4.