Olay ile İlişkili Potansiyellerin Temelleri

1. Giriş

Hoş geldiniz! Bu ikinci öğreticide, bir beyin tepkisini uyarıcılara nasıl işaretleyeceğimizi öğreneceğiz.

Öğreneceğimiz konular:

• Olayla ilişkili potansiyel (ERP) nedir?

• ERP zirveleri ve bileşenleri nelerdir?

• Bir ERP elde etmenin tipik adımları

• Emotiv EPOC cihazı ve yazılımı kullanarak pratik uygulama

  
  
  

2. Olayla ilişkili potansiyel (ERP) nedir?

Olayla ilişkili potansiyel (ERP), aynı zamanda uyarılmış potansiyel olarak da adlandırılır, bir olay veya uyarana (örneğin yüksek bir ton duymak) verilen beyin tepkisidir. Özellikle - bu, bir duyusal veya bilişsel olay sonucunda EEG'de görülen voltaj genlik değişikliğidir.

Bir uyarıcının başlangıcından sonra meydana gelen kararlı zirveler olan ‘ERP bileşenlerini’ gözlemleyebiliriz. Bir ERP'nin birçok pozitif veya negatif zirvesi olabilir, ancak bunların hepsi iyi tanımlanmış ERP bileşenleri değildir, örneğin N100 veya P300 bileşenleri gibi.

Bir EEG'yi zaman domaininde gördüğünüzde eksen yönüne dikkat edin. Bazen - eksenin üstünde ve + eksenin altında göreceksiniz, özellikle klinik EEG'de.

Not: Bir ERP, tek bir olaydan veya o olayın birden fazla denemesi üzerinden genlikleri ortalayarak temsil edilebilir. Genellikle, böyle belirgin bileşenlere sahip düzgün ERP'ler - resimde olduğu gibi - yüzlerce deneme aracılığıyla ortalama alındığında elde edilir.

Şekil 1 – Tipik işitsel ERP bileşenleri

Tipik bileşenler, polariteleri (yani, Pozitif (P) veya Negatif (N)) ve ne zaman meydana geldikleri (örneğin 1. negatif bileşen N1) ile karakterize edilir. Aynı N1 bileşeni, meydana geldikleri zamana göre de tanımlanabilir (örneğin tonun başlangıcından 100ms) – N100.

3. Bir ERP elde etme adımları

Deney Fazı:

İlgilenilen belirli ERP'leri elde etmek için deneyler tasarlıyoruz.

Örneğin, katılımcılar ses tonlarına dinlerken EEG toplayabiliriz.

EEG verilerini anlamlandırmak için, katılımcının bir tonu duyduğu zamanları EEG'de işaretlememiz gerekiyor. Bunlara olay işaretleyicileri denir (Şekil 2'deki dikey kırmızı çizgiler).

Şekil 2 – Hammaddede görüntülenen olay işaretleyicileri (kırmızı çizgiler)

Olay işaretleyici zamanlamasını tonun başlangıcıyla doğru hizalamak, bir ERP görebilmemiz için çok önemlidir! Bu nedenle doğru donanımı ve yazılımı seçmek önemlidir; böylece doğru zaman damgaları alabiliriz.

Bir referans seçimi

Elektriksel aktivitenin her zaman iki nokta arasında ölçüldüğünü unutmayın. EEG cihazlarında her sensördeki elektrik potansiyeli referans sensörlerine (DRL + CMS) karşı ölçülür.

Emotiv EPOC cihazlarında referans sensörleri için iki seçenek vardır.

Şekil 3 – Emotiv EPOC türü cihazlarda referans seçenekleri

Bir EPOC türü başlıkta referans almak için iki seçenek vardır:

• Mastoid Referans – Mastoid'u referans sensörleri olarak kullanmak için P3/P4 sensörlerine kauçuk durdurucular koyar ve mastoid sensörlerine ıslak keçe yerleştiririz.

• P3/P4 referansı – P3/P4'ü referans sensörleri olarak kullanmak için M1/M2 mastoid sensörlerine kauçuk durdurucular koyar ve P3/P4 sensörlerine ıslak keçe yerleştiririz.

ERP deneyleri için genellikle Mastoid referansı kullanmak tipiktir, ancak P3/P4 referansını kullanabilirsiniz çünkü verilerinizi daha sonra çevrimiçi olarak yeniden referanslayabilirsiniz. Veriyi analiz etmeden önce tüm sensörlerin ortalaması alınarak yeniden referanslama alışkanlığı yaygındır.

Deneyimiz için verileri Mastoid referansı kullanarak toplayacağız. Buradaki genellikle iyi varsayım, mastoid işlemin EEG verilerini başın diğer yerleri kadar iletmeyeceğidir, bu nedenle iyi bir referans noktasıdır.

Ön işleme:

Ham EEG'de bir ERP'yi hemen göremeyiz çünkü bu, beyin etrafında ve içindeki her şeyle karşılaştırıldığında çok küçük bir etkidir (~ ±5uV) (!).

Bu nedenle, tonumuza özgü beyin etkisini görebilmek için verimizi temizlememiz gerekiyor, böylece herhangi bir gürültü veya artefaktı kaldırabiliriz. Ardından verimizi ‘epoch’layacağız – bu, beyin tepkilerini tanımladığımız bir zaman penceresine parçalara ayırma terimidir (örneğin tonun öncesinde 50ms ve ton sonrası 400ms). Daha sonra ayrı ayrı epochlanmış EEG verilerinin (yani tüm tonlara karşı beyin tepkilerini) ortalamasını alarak farklı bir ERP elde ederiz.

Aşağıda tipik bir ERP hattı için temel adımlar verilmiştir. Araştırmacılar veri ve hedeflerine göre adımları seçeceklerdir.

Şekil 4 – Tipik bir ERP işleme hattı

4. Kendi ERP'mizi elde edelim

Önce yazılımı ayarlayalım

1. En son PsychoPy sürümünü indirin – https://www.psychopy.org/ Katılımcılara tonları sunmak için PsychoPy kullanacağız.

2. EEG'yi kaydetmek ve görmek için Emotiv Launcher ve EmotivPRO uygulamalarını edinin.

3. PsychoPy'yi Emotiv Yazılımınıza bağlayarak birbirleriyle iletişim kurmalarını sağlayın.

Videodaki adımları takip edin:

PsychoPy ile EMOTIV EEG deneyini kurma

Düzgün bir ERP, herhangi bir uyarıcının (örneğin bir resim, bir ton) çoklu tekrarları kullanılarak elde edilebilir. Burada katılımcıya her 4 saniyede bir ~150 kez aynı 50ms tonunu sunacağız!

Tek bir ton ile basit bir işitsel deney kurmak için videoya göz atın:

Bazı veriler elde edelim

Artık referansı seçtiğinize göre, en iyi kalitede EEG elde etmek için kulaklığınızı nasıl kuracağınızı öğrenmek için videoyu izleyebilirsiniz:

EmotivPRO Analyzer ile ERP hattı

Videoyu izleyin ve kendi ERP'nizi oluşturmak için adımları takip edin:

Analyzer'dan ERP çıktısını anlama

Her kanal için ortalama bir dalga formu göreceksiniz. Aşağıda, 100ms'de negatif bir zirveye sahip tipik bir düzgün ERP görülebilir. Sıcak çizgi ortalama genliği gösterirken, daha açık gölgeler ortalamanın standart hatasını gösterir:

Burada net bir ERP bileşeni olmadan gürültülü bir dalga formu var. Bu, düşük deneme sayısından kaynaklanabilir:

Dikkate alınması gerekenler

Katılımcılar arasında ERP'leri karşılaştırırken, genellikle fark etkisini karşılaştırmak daha iyidir.

Örneğin, daha sık bir tona (standart) ortalama ERP'ye bakalım, nadiren meydana gelen tonlara (deviant/oddball) göre bir pattern içinde. Bir dalganın genliklerinden birinden diğerine basit bir çıkarma ile bir fark dalga formu elde edebiliriz. Şekil 5'te, ERP araştırmalarında yaygın olarak incelenen bir ERP bileşeni olan Uyum Bozukluğu Negatifliği (MMN) gözlemlenebilir.

Şekil 5 – Ortamdaki bir patternin ihlal edildiğinde ERP'de Uyum Bozukluğu Negatifliği bileşeni gözlemlenebilir

5. ERP'lerin Uygulamaları

Biomarker'ların Tanımlanması:

ERP'lerin en yaygın uygulamalarından biri, klinik araştırmacılar tarafından şizofreni gibi psikiyatrik bozuklukları daha iyi tanı yollarını bulmaktır. Şizofreni yaşayan insanlar, Uyum Bozukluğu Negatiflik Tepkileri bakımından sağlıklı kontrollerden farklılaştırılabilirler.

Şekil 6 – Uyum Bozukluğu Negatifliği amplitüdleri, kronik şizofrenide, yakın zamanda ortaya çıkan ve bozukluğu geliştirme riski taşıyanlarda önemli ölçüde daha yüksektir (Jashan 2012)

ERP – BCI (Beyin Bilgisayar Arayüzleri)

Farklı mental komutlara veya görsel uyarıcılara (örneğin bir klavyedeki harfler) karşı ERP'ler, tekerlekli sandalyeleri hareket ettirmek veya BCI yazıcılarını güçlendirmek için kullanılabilir.

6. Kaynaklar

Emotiv Kılavuzları

1. EmotivPRO Builder Kılavuzu

2. EmotivPRO Kılavuzu

3. EmotivPRO Analyzer Kılavuzu

Önerilen Okuma

Luck, S.J., 2005. ERP deneylerini tasarlarken ve yorumlarken on basit kural. Olayla ilişkili potansiyeller: Bir yöntemler el kitabı, 4.