1. Introdução

Bem-vindos! Neste segundo tutorial vamos aprender a assinalar uma resposta cerebral a estímulos.

Vamos aprender:

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

• O que são picos e componentes de ERP?

• Passos típicos para obter um ERP

• Aplicação prática usando o dispositivo e o software Emotiv EPOC

  
  
  

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

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

Podemos observar ‘componentes de ERP’, que são picos estáveis que ocorrem 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 verificar a direção dos eixos quando vir um EEG no domínio do tempo. Às vezes 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 ao longo de múltiplas tentativas desse evento. Normalmente, ERPs suaves com componentes tão distintos – como na imagem – só são obtidos pela média de centenas de tentativas

Fig. 1 – Componentes típicos de ERP auditivo

Os componentes típicos são caracterizados pela sua polaridade (isto é, Positivo (P) ou Negativo (N)) e pelo momento em que ocorrem (por exemplo, o 1.º componente negativo N1). O mesmo componente N1 também pode ser identificado pelo momento em que ocorreu (por exemplo, 100 ms após o início do tom) – N100

3. Passos para obter um ERP

Fase experimental:

Concebemos experiências para obter ERPs específicos de interesse.

Por exemplo, podemos recolher EEG enquanto os participantes ouvem tons de áudio.

Para interpretar os dados de EEG, temos de assinalar o momento em que o participante ouviu um tom no EEG. Estes são chamados marcadores de evento (linhas vermelhas verticais na Figura 2).

Fig. 2 – Marcadores de evento (linhas vermelhas) exibidos num EEG bruto

Alinhar com precisão o momento do marcador de evento com o início do tom é muito importante para conseguirmos ver um ERP! Por isso, é importante escolher o hardware e o software certos para nos ajudarem a obter carimbos de data/hora precisos.

Selecionar uma referência

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

Nos dispositivos Emotiv EPOC existem duas opções de sensores de referência

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

Um headset do tipo EPOC tem duas opções de referenciação:

• Referência Mastoid – Para usar Mastoid como os sensores de referência, colocamos tampões de borracha nos sensores P3/P4 e feltros húmidos nos sensores mastoides.

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

É habitual usar referenciação mastoide em experiências de ERP, mas pode usar referenciação P3/P4, uma vez que pode sempre re-referenciar os dados online mais tarde, ao pré-processar os dados antes da análise. É comum re-referenciar os dados para a média de todos os sensores antes de analisar os dados.

Na nossa experiência vamos recolher dados usando referenciação mastoide. A suposição geralmente válida aqui é que o processo mastoide não transmitirá dados EEG tanto quanto outros locais na cabeça, por isso é um bom ponto de referência.

Pré-processamento:

Não conseguimos ver imediatamente um ERP no EEG bruto porque é um efeito muito pequeno (~ ±5uV) comparado com tudo o resto que acontece no e à volta do nosso cérebro (~ ±40uV)!

Por isso, para ver o efeito cerebral específico do nosso tom, precisamos de limpar os nossos dados para remover qualquer ruído ou artefactos. Depois vamos ‘epocar’ os dados – termo usado para dividir as respostas cerebrais numa janela temporal que definimos (por exemplo, a resposta cerebral começando 50ms antes do tom e 400ms após o tom). Depois fazemos a média de todos os dados de EEG epocados separados (isto é, as respostas cerebrais a todos os tons) para obter um ERP distinto.

Abaixo estão os passos básicos num pipeline típico de ERP. Os investigadores selecionarão os passos consoante os seus dados e objetivos.

Fig. 4 – Um pipeline típico de processamento de ERP

4. Vamos obter o nosso próprio ERP

Primeiro, vamos configurar o software

1. Descarregue a versão mais recente do PsychoPy – https://www.psychopy.org/ Vamos usar o PsychoPy para apresentar os tons aos participantes.

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

3. Ligue o PsychoPy ao seu software Emotiv para que possam comunicar entre si.

Siga os passos no vídeo:

Criar um experimento de EEG Emotiv com PsychoPy

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

Acompanhe o vídeo para criar uma experiência auditiva simples com um único tom:

Vamos obter alguns dados

Agora que escolheu a referência, pode ver o vídeo para aprender a configurar o seu headset para obter EEG da melhor qualidade:

Pipeline de ERP com o EmotivPRO Analyzer

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

Compreender a saída de ERP do Analyzer

Em cada canal verá uma forma de onda média. Abaixo pode ver-se um ERP suave típico com um pico negativo aos 100ms. A linha sólida indica a amplitude média e o sombreado mais claro indica o erro-padrão da média:

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

Coisas a considerar

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

Por exemplo, podemos observar o ERP médio para um tom mais frequente (padrão) em comparação com tons que ocorrem menos vezes (desviante/oddball) num padrão. Podemos obter uma forma de onda de diferença simplesmente subtraindo as amplitudes de uma onda da outra. Tal como na Figura 5, podemos então observar um componente de ERP normalmente conhecido como Mismatch Negativity (MMN), que é comumente estudado na investigação de ERP.

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

5. Aplicações dos ERPs

Identificação de biomarcadores :

Uma das aplicações mais comuns dos ERPs é na investigação clínica para encontrar melhores formas de diagnosticar perturbações psiquiátricas, como a esquizofrenia. Pessoas com esquizofrenia podem ser diferenciadas de controlos saudáveis com base na sua resposta de negatividade de discrepância

Fig. 6 – As amplitudes de negatividade de discrepância são significativamente mais elevadas do que na esquizofrenia crónica, de início recente, bem como nas pessoas em risco de desenvolver a perturbação (Jashan 2012)

ERP – BCI (Interfaces Cérebro-Computador)

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

6. Recursos

Manuais Emotiv

1. Manual do EmotivPRO Builder

2. Manual do EmotivPRO

3. Manual do EmotivPRO Analyzer

Leitura recomendada

Luck, S.J., 2005. Dez regras simples para conceber e interpretar experiências de ERP. Potenciais relacionados a eventos: um manual de métodos, 4.