نشانه‌گذاری رویداد چیست؟

نشانه‌گذاری رویداد (Event marking) فرآیند درج برچسب‌های دارای زمان‌سنجی در ثبت EEG در زمان وقوع یک رویداد معنی‌دار در طول آزمایش است.

این نشانگرها زمان دقیقی را که یک محرک ارائه می‌شود، شرکت‌کننده پاسخ می‌دهد، یا رویداد آزمایشی دیگری رخ می‌دهد، مشخص می‌کنند. نشانگرهای رویداد به جای اینکه خود نشان‌دهنده فعالیت مغزی باشند، نقاط مرجعی را فراهم می‌کنند که به محققان اجازه می‌دهد سیگنال‌های عصبی اطراف آن را تفسیر کنند.

بدون نشانگرهای رویداد، یک ثبت EEG شامل یک جریان مداوم از فعالیت‌های الکتریکی بدون هیچ نشانه‌ای از اینکه کدام بخش‌ها با شرایط آزمایشی خاصی مطابقت دارند، خواهد بود. نشانه‌گذاری رویداد با پیوند دادن فعالیت مغز به لحظات دقیق تعریف‌شده، آن ثبت مداوم را به داده‌های آزمایشی قابل تفسیر تبدیل می‌کند [1].

چرا دقت زمان‌بندی اهمیت دارد

بسیاری از پاسخ‌های عصبی تنها در چند صد میلی‌ثانیه پس از ظاهر شدن محرک رخ می‌دهند. محققانی که در زمینه توجه، ادراک، زبان، تصمیم‌گیری یا پردازش حسی تحقیق می‌کنند، اغلب برای پاسخ به سوالات علمی خود به این تغییرات سریع در فعالیت مغز تکیه می‌کنند.

اگر نشانگرهای رویداد با تأخیر یا ناهماهنگ باشند، پاسخ‌های عصبی ثبت‌شده در آزمایش‌های مکرر دچار عدم همترازی می‌شوند. حتی تغییرات کوچک زمان‌بندی می‌تواند وضوح شکل‌های موج ERP میانگین‌گیری شده را کاهش دهد و شناسایی مولفه‌های ظریف را دشوارتر کند [1]، [2].

بنابراین، همگام‌سازی دقیق از اندازه‌گیری‌های قابل‌اعتمادتر پشتیبانی می‌کند و در عین حال تکرارپذیری یافته‌های تجربی را بهبود می‌بخشد. برای مطالعاتی که فرآیندهای شناختی سریع را بررسی می‌کنند، دقت زمان‌بندی صرفاً یک ملاحظه فنی نیست، بلکه یک جزء اساسی از طراحی آزمایش است.

نشانگرهای رویداد و پتانسیل‌های وابسته به رویداد

پتانسیل‌های وابسته به رویداد (ERPs) از رایج‌ترین کاربردهای نشانه‌گذاری رویداد هستند.

ERPها با میانگین‌گیری پاسخ‌های EEG در تکرارهای متعدد از یک رویداد مشابه به دست می‌آیند. از آنجایی که فعالیت‌های مغزی نامرتبط از آزمایشی به آزمایش دیگر تغییر می‌کنند در حالی که فعالیت‌های مرتبط با محرک ثابت می‌مانند، میانگین‌گیری پاسخ‌های عصبی مشخصی را نشان می‌دهد که در غیر این صورت ممکن است در سیگنال EEG مداوم پنهان بمانند [1].

این فرآیند به همگام‌سازی دقیق بستگی دارد. اگر زمان‌بندی محرک بین آزمایش‌ها تغییر کند، پاسخ‌های عصبی مربوطه دیگر به طور صحیح تراز نمی‌شوند، که این امر دامنه شکل موج را کاهش و تغییرپذیری اندازه‌گیری را افزایش می‌دهد [1]، [2].

به همین دلیل، نشانه‌گذاری دقیق رویداد، پایه و اساس تحقیقات قابل اعتماد ERP را تشکیل می‌دهد.

رویدادهای آزمایشی رایج

نشانگرهای رویداد می‌توانند نشان‌دهنده تقریباً هر رویداد معنی‌داری باشند که در طول یک آزمایش رخ می‌دهد.

نمونه‌ها عبارتند از:

• ارائه محرک دیداری

• ارائه محرک شنیداری

• فشار دادن دکمه توسط شرکت‌کننده

• پاسخ‌های حرکتی

• شروع و اتمام آزمایش

• ارائه بازخورد

• تغییر در شرایط آزمایش

• دوره‌های استراحت

• همگام‌سازی با سایر حسگرهای فیزیولوژیکی

انتخاب نشانگرهای مناسب رویداد به سوال تحقیق و طراحی آزمایش بستگی دارد. محققان باید تمام رویدادهای مهم آزمایش را در مرحله برنامه‌ریزی و قبل از شروع جمع‌آوری داده‌ها شناسایی کنند.

همگام‌سازی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری

تحقیقات مدرن EEG از چندین روش برای همگام‌سازی رویدادهای آزمایش با ثبت‌های عصبی استفاده می‌کنند.

سیستم‌های آزمایشگاهی سنتی اغلب بر دستگاه‌های تریگر سخت‌افزاری اختصاصی تکیه می‌کنند که سیگنال‌های دیجیتال را مستقیماً به سیستم ثبت EEG منتقل می‌کنند. این تریگرهای سخت‌افزاری همگام‌سازی بسیار قابل اعتمادی را ارائه می‌دهند و همچنان در مطالعات آزمایشگاهی ERP رایج هستند [1].

نشانه‌گذاری رویداد مبتنی بر نرم‌افزار نیز به طور فزاینده‌ای رایج شده است. پلتفرم‌های آزمایشی می‌توانند نشانگرهای رویدادی تولید کنند که به طور مستقیم به نرم‌افزار ثبت EEG منتقل می‌شوند؛ این امر پیچیدگی سخت‌افزاری را کاهش داده و در عین حال از طیف وسیعی از الگوهای آزمایشی پشتیبانی می‌کند [2].

روش همگام‌سازی مناسب به دقت زمان‌بندی مورد نیاز، نرم‌افزار آزمایش و طراحی کلی مطالعه بستگی دارد.

نشانه‌گذاری رویداد با EEG بی‌سیم

پیشرفت‌ها در فناوری EEG بی‌سیم، فرصت‌ها را برای تحقیقات سیار و طبیعی گسترش داده است، در حالی که دقت زمان‌بندی مناسب برای بسیاری از کاربردهای آزمایشی را حفظ کرده است.

مطالعات اعتبارسنجی مستقل نشان داده‌اند که سیستم‌های EEG بی‌سیم مدرن می‌توانند در صورت اجرای روش‌های همگام‌سازی مناسب، به دقت نشانه‌گذاری رویداد مناسب برای تحقیقات ERP دست یابند [2]. این امر به محققان اجازه می‌دهد تا شناخت را در کلاس‌های درس، محیط‌های کاری، محیط‌های بالینی و سایر تنظیمات دنیای واقعی بدون از دست دادن همترازی دقیق زمانی بررسی کنند.

با ادامه تکامل EEG بی‌سیم، همگام‌سازی دقیق رویدادها بدون توجه به اینکه داده‌ها در داخل یا خارج از یک آزمایشگاه سنتی جمع‌آوری می‌شوند، همچنان ضروری است.

بهترین اقدامات برای نشانه‌گذاری رویداد

زمان‌بندی قابل اعتماد رویدادها به جای اینکه پس از جمع‌آوری داده‌ها شروع شود، در طول برنامه‌ریزی آزمایش آغاز می‌شود.

محققان باید اقدامات زیر را انجام دهند:

• تمام رویدادهای آزمایش را قبل از برنامه‌نویسی مطالعه تعریف کنند.

• از روش‌های همگام‌سازی ثابت در طول آزمایش استفاده کنند.

• دقت زمان‌بندی را قبل از جمع‌آوری داده‌های شرکت‌کنندگان اعتبارسنجی کنند.

• مجموعه داده‌های آزمایشی (Pilot) را برای تأیید همترازی رویدادها ثبت کنند.

• روش‌های همگام‌سازی را در پروتکل مطالعه مستند کنند.

• تأخیرهای غیرضروری بین ارائه محرک و انتقال رویداد را به حداقل برسانند.

برنامه‌ریزی دقیق به اطمینان از اینکه نشانگرهای رویداد به طور دقیق جدول زمانی آزمایش را نشان می‌دهند و در عین حال از تحقیقات تکرارپذیر پشتیبانی می‌کنند، کمک می‌کند [1].

چالش‌های رایج

چندین عامل می‌توانند بر دقت زمان‌بندی رویدادها در طول آزمایش‌های EEG تأثیر بگذارند.

تأخیر نرم‌افزاری، نرخ تازه‌سازی صفحه نمایش، همگام‌سازی تازه‌سازی صفحه نمایش، زمان‌بندی سیستم‌عامل، ارتباطات شبکه و رابط‌های سخت‌افزاری همگی ممکن است تأخیرهای کوچکی بین رویداد آزمایشی مورد نظر و نشانگر ثبت‌شده آن ایجاد کنند. در حالی که بسیاری از تأخیرها ثابت و قابل پیش‌بینی باقی می‌مانند، تفاوت‌های زمانی متغیر، که اغلب به عنوان لرزش (Jitter) شناخته می‌شوند، در صورت عدم توجه در طراحی آزمایش می‌توانند دقت اندازه‌گیری را کاهش دهند [1]، [2].

درک این منابع بالقوه تغییرپذیری زمان‌بندی به محققان اجازه می‌دهد تا روش‌های همگام‌سازی مناسب را برای اهداف علمی خود انتخاب کنند.

منابع

[1] S. J. Luck, An Introduction to the Event-Related Potential Technique, 2nd ed. Cambridge, MA, USA: MIT Press, 2014.

[2] N. S. Williams, M. McArthur, A. de Wit, et al., ?The Emotiv EPOC Flex saline EEG system and event marking validation for event-related potential research,? Behavior Research Methods, 2021.