1. מבוא

ברוכים הבאים! במדריך שני זה אנו נלמד כיצד לסמן תגובה מוחית לגירויים.

אנו נלמד:

• מהו פוטנציאל קשור-אירוע (ERP)?

• מהם רכיבי ושיאי ERP?

• שלבים טיפוסיים לקבלת ERP

• יישום מעשי באמצעות מכשיר ותוכנת Emotiv EPOC

2. מהו פוטנציאל קשור-אירוע (ERP)?

פוטנציאל קשור-אירוע (ERP), המכונה לעיתים גם פוטנציאל מעורר, הוא התגובה המוחית לאירוע או לגירוי (כמו שמיעת צליל חזק). ספציפית – זהו השינוי באמפליטודת המתח הנראה ב-EEG כתוצאה מאירוע חושי או קוגניטיבי.

אנו יכולים להבחין ב'רכיבי ERP', שהם שיאים יציבים המתרחשים לאחר תחילת הגירוי. ל-ERP יכולים להיות שיאים חיוביים או שליליים רבים, אך לא כולם רכיבי ERP מאופיינים היטב כמו רכיבי N100 או P300.

זכרו להסתכל על כיוון הציר כאשר אתם רואים EEG במימד הזמן. לעיתים תראו את ה- מינוס (-) בחלק העליון ואת ה- פלוס (+) בחלק התחתון של הציר, במיוחד ב-EEG קליני

הערה: ניתן לייצג ERP מאירוע יחיד או על ידי ממוצע אמפליטודות על פני מספר ניסויים של אותו אירוע. בדרך כלל, ERPs חלקים עם רכיבים מובחנים כאלה – כמו בתמונה – מתקבלים רק על ידי ממוצע של מאות ניסויים

איור 1 – רכיבי ERP שמיעתיים טיפוסיים

רכיבים טיפוסיים מאופיינים בקוטביות שלהם (כלומר, חיובי (P) או שלילי (N)) ומתי הם מתרחשים (למשל, הרכיב השלילי הראשון N1). ניתן לזהות את אותו רכיב N1 גם לפי הזמן שבו הוא התרחש (למשל 100 מילישניות מתחילת הצליל) – N100

3. שלבים לקבלת ERP

שלב הניסוי:

אנו מתכננים ניסויים כדי לקבל ERPs ספציפיים בעלי עניין.

לדוגמה, אנו עשויים לאסוף EEG בזמן שמשתתפים מאזינים לצלילי שמע.

כדי להבין את נתוני ה-EEG, עלינו לסמן בתוך ה-EEG את הזמן שבו המשתתף שמע צליל. אלה נקראים סמני אירועים (קווים אדומים אנכיים באיור 2).

איור 2 – סמני אירועים (קווים אדומים) המוצגים ב-EEG גולמי

יישור מדויק של תזמון סמני האירועים עם תחילת הצליל הוא חשוב מאוד כדי שנוכל לראות ERP! לכן חשוב לבחור את החומרה והתוכנה המתאימות שיעזרו לנו לקבל חותמות זמן מדויקות.

בחירת ייחוס (reference)

זכרו שפעילות חשמלית נמדדת תמיד בין שתי נקודות. במכשירי EEG הפוטנציאל החשמלי בכל חיישן נמדד מול חיישני הייחוס (DRL + CMS).

במכשירי Emotiv EPOC קיימות שתי אפשרויות לחיישני ייחוס

איור 3 – אפשרויות ייחוס במכשירי מסוג Emotiv EPOC

לערכת ראש מסוג EPOC יש שתי אפשרויות לייחוס:

• ייחוס מסטואיד (Mastoid Reference) – כדי להשתמש במסטואיד כחיישני הייחוס, אנו שמים פקקי גומי על חיישני P3/P4 ולבדית רטובה על חיישני המסטואיד.

• ייחוס P3/P4 – כדי להשתמש ב-P3/P4 כחיישני הייחוס, אנו שמים פקקי גומי על חיישני המסטואיד M1/M2 ולבדית רטובה על חיישני P3/P4

מקובל להשתמש בייחוס מסטואיד עבור ניסויי ERP, אך ניתן להשתמש בייחוס P3/P4 מכיוון שתמיד ניתן לשנות את הייחוס של הנתונים באופן מקוון מאוחר יותר, בעת עיבוד מקדים של הנתונים לפני הניתוח. נפוץ לשנות את ייחוס הנתונים לממוצע של כל החיישנים לפני ניתוח הנתונים.

עבור הניסוי שלנו נאסוף נתונים באמצעות ייחוס מסטואיד. ההנחה הרגילה והטובה כאן היא שזיז המסטואיד לא יעביר נתוני EEG באותה מידה כמו מיקומים אחרים על הראש, ולכן זהו נקודת ייחוס טובה.

עיבוד מקדים (Pre-processing):

איננו יכולים לראות מיד ERP ב-EEG הגולמי מכיוון שמדובר באפקט קטן מאוד (~ ±5uV) בהשוואה לכל שאר הדברים המתרחשים בתוך ומסביב למוח שלנו (~ ±40uV)!

אז כדי לראות את האפקט המוחי הספציפי לצליל שלנו, עלינו לנקות את הנתונים שלנו כדי להסיר רעשים או ארטיפקטים. לאחר מכן נבצע 'אפוקה' (epoch) לנתונים – מונח המשמש לחלוקת התגובות המוחיות לחלון זמן שהגדרנו (לדוגמה, תגובת המוח המתחילה מ-50 מילישניות לפני הצליל ו-400 מילישניות אחרי הצליל). לאחר מכן נחשב ממוצע של כל נתוני ה-EEG המחולקים לאפוקות (כלומר, התגובות המוחיות לכל הצלילים) כדי לקבל ERP מובחן.

להלן השלבים הבסיסיים בתהליך עבודה טיפוסי של ERP. חוקרים יבחרו את השלבים בהתאם לנתונים וליעדים שלהם.

איור 4 – תהליך עבודה טיפוסי לעיבוד ERP

4. בואו נקבל ERP משלנו

ראשית, נגדיר את התוכנה

1. הורידו את הגרסה העדכנית ביותר של PsychoPy – https://www.psychopy.org/ אנו הולכים להשתמש ב-PsychoPy כדי להציג למשתתפים את הצלילים.

2. קבלו את האפליקציות Emotiv Launcher ו-EmotivPRO כדי להקליט ולצפות ב-EEG.

3. חברו את PsychoPy עם תוכנת Emotiv שלכם כדי שיוכלו לתקשר זו עם זו.

עקבו אחר השלבים בסרטון:

בניית ניסוי EEG של Emotiv עם PsychoPy

ניתן לקבל ERP חלק באמצעות חזרות מרובות של כל גירוי (למשל, תמונה, צליל). כאן אנו הולכים להציג למשתתף את אותו צליל באורך 50 מילישניות, כל 4 שניות במשך כ-150 פעמים!

עקבו אחר הסרטון כדי לבנות ניסוי שמיעתי פשוט עם צליל יחיד:

בואו נשיג כמה נתונים

כעת, לאחר שבחרתם את הייחוס, תוכלו לצפות בסרטון כדי ללמוד כיצד להגדיר את ערכת הראש שלכם כדי לקבל את ה-EEG באיכות הטובה ביותר:

תהליך עבודה של ERP עם EmotivPRO Analyzer

צפו בסרטון ועקבו אחר השלבים כדי ליצור ERP משלכם:

הבנת פלט ה-ERP מ-Analyzer

עבור כל ערוץ תראו צורת גל ממוצעת. להלן ניתן לראות ERP חלק טיפוסי עם שיא שלילי ב-100 מילישניות. הקו הרציף מציין את האמפליטודה הממוצעת וההצללה הבהירה יותר מציינת את שגיאת התקן של הממוצע:

להלן צורת גל רועשת ללא רכיבי ERP ברורים. זה יכול לנבוע ממספר נמוך של ניסויים:

דברים שיש לקחת בחשבון

כאשר משווים ERPs בין משתתפים, בדרך כלל עדיף להשוות את אפקט ההפרש.

למשל, אנו יכולים להסתכל על ה-ERP הממוצע לצליל תדיר יותר (סטנדרטי) בהשוואה לצלילים המתרחשים בתדירות נמוכה יותר (חריג/oddball) בתבנית קבועה. נוכל לקבל צורת גל של הפרש פשוט על ידי חיסור האמפליטודות של גל אחד מהשני. כמו באיור 5, נוכל להבחין ברכיב ERP המוכר בדרך כלל כ-Mismatch Negativity (MMN), הנחקר רבות במחקרי ERP.

איור 5 – ניתן להבחין ברכיב Mismatch negativity ב-ERP כאשר ישנה הפרה של תבנית קבועה בסביבה

5. יישומים של ERPs

זיהוי סמנים ביולוגיים (Biomarkers):

אחד היישומים הנפוצים ביותר של ERPs הוא אצל חוקרים קליניים כדי למצוא דרכים טובות יותר לאבחון הפרעות פסיכיאטריות כגון סכיזופרניה. ניתן להבחין בין אנשים החיים עם סכיזופרניה לבין ביקורות בריאות על סמך תגובת ה-Mismatch Negativity שלהם

איור 6 – אמפליטודות Mismatch negativity גבוהות באופן משמעותי מאשר בסכיזופרניה כרונית, התפרצות לאחרונה וכן אצל אלו הנמצאים בסיכון לפתח את ההפרעה (Jashan 2012)

ERP – BCI (ממשקי מוח-מחשב)

ניתן להשתמש ב-ERPs לפקודות מנטליות שונות או לגירויים חזותיים (כגון אותיות במקלדת) כדי להניע כיסאות גלגלים או להפעיל כותבי BCI

6. משאבים

מדריכים של Emotiv

1. מדריך EmotivPRO Builder

2. מדריך EmotivPRO

3. מדריך EmotivPRO Analyzer

קריאה מומלצת

Luck, S.J., 2005. Ten simple rules for designing and interpreting ERP experiments. Event-related potentials: A methods handbook, 4.