1. Introducción

¡Bienvenido! En este segundo tutorial vamos a aprender cómo marcar una respuesta cerebral a los estímulos.

Aprenderemos:

• ¿Qué es un potencial relacionado con eventos (ERP)?

• ¿Qué son los picos y componentes del ERP?

• Pasos típicos para obtener un ERP

• Aplicación práctica usando el dispositivo y el software Emotiv EPOC

  
  
  

2. ¿Qué es un potencial relacionado con eventos (ERP)?

Un potencial relacionado con eventos (ERP), también conocido como potencial evocado, es la respuesta cerebral a un evento o estímulo (como escuchar un tono fuerte). Específicamente – es el cambio en la amplitud de voltaje que se observa en el EEG como resultado de un evento sensorial o cognitivo.

Podemos observar ‘componentes ERP’ que son picos estables que ocurren después del inicio de un estímulo. Un ERP puede tener muchos picos positivos o negativos, pero no todos son componentes ERP bien caracterizados, como los componentes N100 o P300.

Recuerda fijarte en la dirección del eje cuando veas un EEG en dominio temporal. A veces verás el – arriba y el + abajo del eje, especialmente en el EEG clínico

Nota: un ERP puede representarse a partir de un único evento o promediando las amplitudes a través de múltiples ensayos de ese evento. Normalmente, los ERP suaves con componentes tan distintivos – como en la imagen – se obtienen solo promediando cientos de ensayos

Fig. 1 – Componentes ERP auditivos típicos

Los componentes típicos se caracterizan por su polaridad (es decir, positiva (P) o negativa (N)) y por cuándo ocurren (por ejemplo, el primer componente negativo N1). El mismo componente N1 también puede identificarse por el momento en que ocurrió (por ejemplo, 100 ms desde el inicio del tono) – N100

3. Pasos para obtener un ERP

Fase del experimento:

Diseñamos experimentos para obtener ERP específicos de interés.

Por ejemplo, podemos recopilar EEG mientras los participantes escuchan tonos de audio.

Para interpretar los datos de EEG, tenemos que marcar el momento en que el participante escuchó un tono en el EEG. Estos se llaman marcadores de eventos (líneas rojas verticales en la Figura 2).

Fig. 2 – Marcadores de eventos (líneas rojas) mostrados en un EEG sin procesar

Obtener que el tiempo del marcador de evento esté alineado con precisión con el inicio del tono es muy importante para que podamos ver un ERP. Por eso es importante seleccionar el hardware y el software adecuados que nos ayuden a obtener marcas de tiempo precisas.

Selección de una referencia

Recuerda que la actividad eléctrica siempre se mide entre dos puntos. En los dispositivos de EEG, el potencial eléctrico en cada sensor se mide con respecto a los sensores de referencia (DRL + CMS).

En los dispositivos Emotiv EPOC hay dos opciones para los sensores de referencia

Fig. 3 – Opciones de referencia en dispositivos tipo Emotiv EPOC

Un auricular tipo EPOC tiene dos opciones de referencia:

• Referencia mastoidea – Para usar Mastoid como los sensores de referencia, colocamos tapones de goma en los sensores P3/P4 y fieltros húmedos en los sensores mastoides.

• referencia P3/P4 – Para usar P3/P4 como los sensores de referencia, colocamos tapones de goma en los sensores mastoides M1/M2 y fieltros húmedos en los sensores P3/P4

Es habitual usar la referencia mastoidea para experimentos de ERP, pero puedes usar la referencia P3/P4, ya que siempre puedes volver a referenciar los datos en línea más tarde, cuando preproceses tus datos antes del análisis. Es común volver a referenciar los datos al promedio de todos los sensores antes de analizarlos.

Para nuestro experimento recopilaremos datos usando la referencia mastoidea. La suposición generalmente válida aquí es que el proceso mastoideo no transmitirá datos de EEG tanto como otras ubicaciones de la cabeza, por lo que es un buen punto de referencia.

Preprocesamiento:

No podemos ver inmediatamente un ERP en el EEG sin procesar porque es un efecto muy pequeño (~ ±5uV) comparado con todo lo demás que ocurre en y alrededor de nuestro cerebro (~ ±40uV)!

Así que, para ver el efecto cerebral específico de nuestro tono, necesitamos limpiar nuestros datos para eliminar cualquier ruido o artefacto. Luego ‘segmentaremos’ los datos por épocas – término utilizado para dividir las respuestas cerebrales en una ventana temporal que hemos definido (por ejemplo, la respuesta cerebral que comienza 50 ms antes del tono y 400 ms después del tono). Luego promediamos todos los datos EEG segmentados por separado (es decir, las respuestas cerebrales a todos los tonos) para obtener un ERP distinto.

A continuación se muestran los pasos básicos en un flujo típico de ERP. Los investigadores seleccionarán los pasos según sus datos y objetivos.

Fig. 4 – Un flujo de procesamiento típico de ERP

4. Obtengamos nuestro propio ERP

Primero, configuremos el software

1. Descarga la última versión de PsychoPy – https://www.psychopy.org/ Vamos a usar PsychoPy para presentar los tonos a los participantes.

2. Obtén las aplicaciones Emotiv Launcher y EmotivPRO para registrar y ver EEG.

3. Conecta PsychoPy con tu software Emotiv para que puedan comunicarse entre sí.

Sigue los pasos del video:

Crea un experimento de EEG de Emotiv con PsychoPy

Se puede obtener un ERP suave utilizando múltiples repeticiones de cualquier estímulo (p. ej., una imagen, un tono). Aquí vamos a presentar al participante el mismo tono de 50 ms, cada 4 segundos, ¡unas ~150 veces!

Sigue el video para construir un experimento auditivo simple con un solo tono:

Obtengamos algunos datos

Ahora que has elegido la referencia, puedes ver el video para aprender cómo configurar tu auricular y obtener el EEG de la mejor calidad:

Flujo de ERP con EmotivPRO Analyzer

Mira el video y sigue los pasos para generar tu propio ERP:

Entendiendo la salida del ERP de Analyzer

Para cada canal verás una forma de onda promediada. A continuación se puede ver un ERP suave típico con un pico negativo a 100 ms. La línea continua indica la amplitud promedio y el sombreado más claro indica el error estándar de la media:

Aquí hay una forma de onda ruidosa sin componentes ERP claros. Esto puede deberse a un número bajo de ensayos:

Aspectos a considerar

Al comparar ERP entre participantes, generalmente es mejor comparar el efecto de diferencia.

Por ejemplo, podemos observar el ERP promedio ante un tono más frecuente (estándar) en comparación con tonos que ocurren con menos frecuencia (desviado/oddball) dentro de un patrón. Podemos obtener una forma de onda de diferencia simplemente restando las amplitudes de una onda de otra. Como en la Figura 5, entonces podemos observar un componente ERP comúnmente conocido como Negatividad de desajuste (MMN), que se estudia con frecuencia en la investigación de ERP.

Fig. 5 – El componente de negatividad de desajuste puede observarse en el ERP cuando hay una violación de un patrón en el entorno

5. Aplicaciones de los ERP

Identificación de biomarcadores :

Una de las aplicaciones más comunes de los ERP es en la investigación clínica para encontrar mejores formas de diagnosticar trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia. Las personas que viven con esquizofrenia pueden diferenciarse de los controles sanos en función de su respuesta de negatividad de desajuste

Fig. 6 – Las amplitudes de la negatividad de desajuste son significativamente más altas que en la esquizofrenia crónica, de inicio reciente, así como en aquellos en riesgo de desarrollar el trastorno (Jashan 2012)

ERP – BCI (Interfaces cerebro-computadora)

Los ERP ante diferentes comandos mentales o estímulos visuales (como letras en un teclado) pueden usarse para mover sillas de ruedas o alimentar deletreadores BCI

6. Recursos

Manuales de Emotiv

1. Manual de EmotivPRO Builder

2. Manual de EmotivPRO

3. Manual de EmotivPRO Analyzer

Lectura recomendada

Luck, S.J., 2005. Diez reglas simples para diseñar e interpretar experimentos ERP. Potenciales relacionados con eventos: un manual de métodos, 4.