1. מבוא

ברוכים הבאים! במדריך השני הזה נלמד כיצד לסמן תגובת מוח לגירויים.

נלמד:

• מהו פוטנציאל מעורר-אירוע (ERP)?

• מהם שיאי ERP והרכיבים שלו?

• שלבים טיפוסיים לקבלת ERP

• יישום מעשי באמצעות התקן Emotiv EPOC והתוכנה

  
  
  

2. מהו פוטנציאל מעורר-אירוע (ERP)?

פוטנציאל מעורר-אירוע (ERP), המכונה גם פוטנציאל מעורר, הוא תגובת המוח לאירוע או לגירוי (כמו שמיעת צליל חזק). באופן ספציפי – זהו שינוי במשרעת המתח הנראה ב-EEG כתוצאה מאירוע חושי או קוגניטיבי.

אנו יכולים להבחין ב'רכיבי ERP' שהם שיאים יציבים המופיעים לאחר תחילתו של גירוי. ל-ERP יכולים להיות שיאים חיוביים או שליליים רבים, אך לא כולם הם רכיבי ERP מאופיינים היטב כמו הרכיבים N100 או P300.

זכרו לבדוק את כיוון הצירים כאשר אתם רואים EEG בתחום הזמן. לפעמים תראו את ה-– למעלה ואת ה+ בתחתית הציר, במיוחד ב-EEG קליני

הערה: ERP יכול להיות מיוצג מאירוע יחיד או על ידי ממוצע הממדים על פני מספר רב של ניסויים מאותו אירוע. בדרך כלל, ERPs חלקים עם רכיבים מובחנים כאלה – כפי שנראה בתמונה – מתקבלים רק על ידי ממוצע על פני 100s של ניסויים

איור 1 – רכיבי ERP שמיעתיים טיפוסיים

רכיבים טיפוסיים מאופיינים לפי הקוטביות שלהם (כלומר, חיובי (P) או שלילי (N) ולפי הזמן שבו הם מופיעים (למשל, רכיב שלילי ראשון N1). את אותו רכיב N1 אפשר לזהות גם לפי הזמן שבו הופיע (למשל, 100ms מתחילת הצליל) – N100

3. שלבים לקבלת ERP

שלב הניסוי:

אנו מתכננים ניסויים כדי לקבל ERPs ספציפיים שמעניינים אותנו.

לדוגמה, אנו עשויים לאסוף EEG בזמן שהמשתתפים מאזינים לצלילים.

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

איור 2 – סמני אירוע (קווים אדומים) מוצגים על EEG גולמי

התאמת תזמון סמני האירוע באופן מדויק לתחילת הצליל חשובה מאוד כדי שנוכל לראות ERP! לכן חשוב לבחור את החומרה והתוכנה הנכונות שיעזרו לנו לקבל חותמות זמן מדויקות.

בחירת ייחוס

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

במכשירי Emotiv EPOC יש שתי אפשרויות לחיישני ייחוס

איור 3 – אפשרויות ייחוס במכשירים מסוג Emotiv EPOC

למכשיר ראש מסוג EPOC יש שתי אפשרויות לייחוס:

• ייחוס מסטואיד – כדי להשתמש במסטואיד כחיישני הייחוס, אנו שמים פקקי גומי על החיישנים P3/P4 ופתליות לחות על חיישני המסטואיד.

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

מקובל להשתמש בייחוס מסטואיד לניסויי ERP, אך אפשר להשתמש גם בייחוס P3/P4, כי תמיד ניתן לבצע ייחוס מחדש לנתונים באינטרנט מאוחר יותר, בעת קדם-העיבוד של הנתונים לפני הניתוח. מקובל לבצע ייחוס מחדש לנתונים לממוצע של כל החיישנים לפני ניתוח הנתונים.

בניסוי שלנו נאסוף נתונים באמצעות ייחוס מסטואיד. ההנחה הטובה בדרך כלל כאן היא שהתהליך המסטואידי לא יעביר נתוני EEG כמו מיקומים אחרים על הראש, ולכן זהו נקודת ייחוס טובה.

עיבוד מקדים:

איננו יכולים לראות מיד ERP ב-EEG הגולמי כי מדובר באפקט קטן מאוד (~ ±5uV) בהשוואה לכל מה שקורה בתוך המוח שלנו וסביבו (~ ±40uV)!

אז כדי לראות את ההשפעה המוחית הספציפית לצליל שלנו, עלינו לנקות את הנתונים ולהסיר רעשים או ארטיפקטים. לאחר מכן נבצע 'epoch' לנתונים – מונח המשמש לחלוקת תגובות המוח לחלונות זמן שהגדרנו (למשל, תגובת המוח שמתחילה 50ms לפני הצליל ו-400ms אחרי הצליל). לאחר מכן אנו מחשבים ממוצע לכל נתוני ה-EEG המואפוקים בנפרד (כלומר, תגובות המוח לכל הצלילים) כדי לקבל ERP מובחן.

להלן השלבים הבסיסיים בצינור ERP טיפוסי. חוקרים יבחרו שלבים בהתאם לנתונים ולמטרות שלהם.

איור 4 – צינור עיבוד ERP טיפוסי

4. בואו נקבל ERP משלנו

ראשית נגדיר את התוכנה

1. הורידו את הגרסה העדכנית ביותר של PsychoPy – https://www.psychopy.org/ אנו עומדים 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:

בנו ניסוי EEG של Emotiv עם PsychoPy

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

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

בואו נאסוף מעט נתונים

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

צינור עיבוד ERP עם EmotivPRO Analyzer

צפו בסרטון ועקבו אחר השלבים כדי ליצור ERP משלכם:

הבנת פלט ה-ERP מ-Analyzer

עבור כל ערוץ תראו גל ממוצע. ERP חלק טיפוסי עם שיא שלילי ב-100ms ניתן לראות למטה. הקו הרציף מציין את המשרעת הממוצעת וההצללה הבהירה יותר מציינת את שגיאת התקן של הממוצע:

הנה גל רועש ללא רכיבי ERP ברורים. מצב כזה יכול להיגרם ממספר קטן של ניסויים:

דברים שכדאי לקחת בחשבון

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

לדוגמה, ניתן לבחון את ה-ERP הממוצע לצליל שכיח יותר (סטנדרטי) בהשוואה לצלילים שמופיעים לעיתים רחוקות יותר (deviant/oddball) בתוך דפוס. ניתן לקבל גל הפרש פשוט על ידי חיסור הממדים של גל אחד מאחר. כפי שניתן לראות באיור 5, אפשר אז להבחין ברכיב ERP המכונה בדרך כלל Mismatch Negativity (MMN), שנחקר לעיתים קרובות במחקר ERP.

איור 5 – ניתן לצפות ברכיב Mismatch Negativity ב-ERP כאשר יש הפרה של דפוס בסביבה

5. יישומים של ERPs

זיהוי סמנים ביולוגיים :

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

איור 6 – ממדי ה-Mismatch Negativity גבוהים משמעותית מאשר בסכיזופרניה כרונית, הופעה חדשה יחסית וכן אצל מי שנמצאים בסיכון לפתח את ההפרעה (Jashan 2012)

ERP – BCI (ממשקי מוח-מחשב)

ERPs לפקודות מנטליות שונות או לגירויים חזותיים (כגון אותיות על מקלדת) יכולים לשמש להזזת כיסאות גלגלים או להפעלת מאייתי BCI

6. משאבים

מדריכים של Emotiv

1. מדריך EmotivPRO Builder

2. מדריך EmotivPRO

3. מדריך EmotivPRO Analyzer

קריאה מומלצת

Luck, S.J., 2005. עשרה כללים פשוטים לתכנון ולפירוש ניסויי ERP. פוטנציאלים מעוררי-אירוע: מדריך שיטות, 4.