1. Introdução

Bem-vindo! Neste segundo tutorial, vamos aprender sobre como marcar uma resposta cerebral a estímulos.

Aprenderemos:

• O que é um potencial relacionado a evento (ERP)?

• O que são picos e componentes de ERP?

• Passos típicos para obter um ERP

• Aplicação prática utilizando o dispositivo e software Emotiv EPOC

2. O que é um potencial relacionado a evento (ERP)?

Um potencial relacionado a evento (ERP), também referido como um potencial evocado, é a resposta cerebral a um evento ou estímulo (como ouvir um tom alto). Especificamente – é a mudança de amplitude de voltagem vista no EEG como resultado de um evento sensorial ou cognitivo.

Podemos observar os "componentes do ERP", que são picos estáveis ocorrendo após o início de um estímulo. Um ERP pode ter muitos picos positivos ou negativos, mas nem todos são componentes de ERP bem caracterizados, como os componentes N100 ou P300.

Lembre-se de olhar para a direção do eixo quando ver um EEG no domínio do tempo. Às vezes você verá o – no topo e o + na parte inferior do eixo, especialmente em EEG clínico

Nota: um ERP pode ser representado a partir de um único evento ou pela média das amplitudes em várias tentativas desse evento. Normalmente, ERPs suaves com componentes tão distintos – como na imagem – são obtidos apenas por média em centenas de tentativas

Fig. 1 – Componentes típicos de ERP auditivo

Os componentes típicos são caracterizados pela sua polaridade (i.e., Positiva (P) ou Negativa (N) e quando ocorrem (ex. 1º componente negativo N1). O mesmo componente N1 também pode ser identificado pelo momento em que ocorreu (ex. 100ms do início do tom) – N100

3. Passos para obter um ERP

Fase Experimental:

Nós projetamos experimentos para obter ERPs de interesse específicos.

Por exemplo, podemos coletar EEG enquanto os participantes ouvem tons em áudio.

Para dar sentido aos dados do EEG, temos de marcar o momento em que o participante ouviu um tom no EEG. Estes são chamados marcadores de eventos (linhas vermelhas verticais na Figura 2).

Fig. 2 – Marcadores de eventos (linhas vermelhas) exibidos em um EEG bruto

Obter o tempo do marcador de eventos alinhado com precisão com o início do tom é muito importante para podermos ver um ERP! Portanto, é importante selecionar o hardware e software corretos para nos ajudar a obter carimbos de data/hora precisos.

Selecionando uma referência

Lembre-se de que a atividade elétrica é sempre medida entre dois pontos. Nos dispositivos de EEG, o potencial elétrico em cada sensor é medido em relação aos sensores de referência (DRL + CMS).

Nos dispositivos Emotiv EPOC, existem duas opções para sensores de referência

Fig. 3 – Opções de referência em dispositivos do tipo Emotiv EPOC

Um headset do tipo EPOC possui duas opções de referência:

• Referência Mastóide – Para usar os mastóides como sensores de referência, colocamos tampões de borracha nos sensores P3/P4 e feltros molhados nos sensores mastóides.

• Referência P3/P4 – Para usar P3/P4 como sensores de referência, colocamos tampões de borracha nos sensores mastóides M1/M2 e feltros molhados nos sensores P3/P4

É típico usar referenciamento mastóide para experimentos de ERP, mas você pode usar o referenciamento P3/P4, pois você sempre pode re-referenciar os dados online mais tarde, ao preprocessar seus dados antes da análise. É comum re-referenciar os dados para a média de todos os sensores antes de analisar os dados.

Para o nosso experimento, coletaremos dados usando o referenciamento mastóide. A suposição geralmente boa aqui é de que o processo mastóide não transmitirá dados de EEG tanto quanto outros locais na cabeça, então é um bom ponto de referência.

Pré-processamento:

Não conseguimos ver imediatamente um ERP no EEG bruto porque é um efeito muito pequeno (~ ±5uV) em comparação com tudo o mais que está acontecendo dentro e ao redor do nosso cérebro (~ ±40uV)!

Portanto, para ver o efeito cerebral específico do nosso tom, precisamos limpar os nossos dados para remover qualquer ruído ou artefatos. Em seguida, faremos a 'época' dos dados – que é o termo usado para segmentar as respostas cerebrais em uma janela de tempo que definimos (por exemplo, a resposta cerebral começando 50ms antes do tom e 400ms depois do tom). Depois, fazemos a média de todos os dados de EEG segmentados separados (i.e., as respostas cerebrais a todos os tons) para obter um ERP distinto.

Abaixo estão os passos básicos em um fluxo de trabalho típico de ERP. Os pesquisadores selecionarão as etapas dependendo dos seus dados e objetivos.

Fig. 4 – Um fluxo de trabalho típico de processamento de ERP

4. Vamos conseguir o nosso próprio ERP

Primeiro vamos configurar o software

1. Faça o download da versão mais recente do PsychoPy – https://www.psychopy.org/ Nós vamos usar o PsychoPy para apresentar os tons aos participantes.

2. Obtenha os aplicativos Emotiv Launcher e EmotivPRO para registrar e visualizar o EEG.

3. Conecte o PsychoPy com o seu Software Emotiv para que eles possam se comunicar.

Siga os passos no vídeo:

Construa um experimento de EEG Emotiv com o PsychoPy

Um ERP suave pode ser obtido usando múltiplas repetições de qualquer estímulo (ex., uma imagem, um tom). Aqui, vamos apresentar ao participante o mesmo tom de 50ms, a cada 4 segundos, por cerca de 150 vezes!

Acompanhe o vídeo para construir um experimento auditivo simples com um único tom:

Vamos coletar alguns dados

Agora que você escolheu a referência, você pode assistir ao vídeo para aprender a configurar o seu headset para obter a melhor qualidade de EEG:

Fluxo de trabalho de ERP com o EmotivPRO Analyzer

Assista ao vídeo e siga os passos para gerar o seu próprio ERP:

Compreendendo a saída de ERP do Analyzer

Para cada canal, você verá uma forma de onda com base na média. Um ERP suave típico com um pico negativo em 100ms pode ser visto abaixo. A linha sólida indica a amplitude média e o sombreamento mais claro indica o erro padrão da média:

Aqui está uma forma de onda ruidosa sem componentes de ERP claros. Isso pode resultar de um baixo número de tentativas:

Coisas a considerar

Ao comparar ERPs entre participantes, geralmente é melhor comparar o efeito da diferença.

Ex. Podemos olhar para o ERP com base na média para um tom mais frequente (padrão) em comparação com tons que ocorrem com menos frequência (desviante/oddball) em um padrão. Podemos obter uma forma de onda de diferença simplesmente subtraindo as amplitudes de uma onda da outra. Conforme a Figura 5, podemos então observar um componente de ERP tipicamente conhecido como Negatividade de Incompatibilidade (MMN), que é comumente estudado na pesquisa de ERP.

Fig. 5 – O componente de negatividade de incompatibilidade pode ser observado no ERP quando há uma violação de um padrão no ambiente

5. Aplicações de ERPs

Identificação de Biomarcadores:

Uma das aplicações mais comuns dos ERPs é na pesquisa clínica para encontrar melhores maneiras de diagnosticar transtornos psiquiátricos, como a Esquizofrenia. Pessoas que vivem com esquizofrenia podem ser diferenciadas de controles saudáveis com base na sua Resposta de Negatividade de Incompatibilidade

Fig. 6 – As amplitudes da negatividade de incompatibilidade são significativamente maiores do que na esquizofrenia crônica, de início recente, bem como naqueles em risco de desenvolver o transtorno (Jashan 2012)

ERP – BCI (Interfaces Cérebro-Computador)

ERPs para diferentes comandos mentais ou estímulos visuais (como letras em um teclado) podem ser usados para mover cadeiras de rodas ou acionar soletradores BCI

6. Recursos

Manuais da Emotiv

1. Manual do EmotivPRO Builder

2. Manual do EmotivPRO

3. Manual do EmotivPRO Analyzer

Leitura Recomendada

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