1. Giriş

Hoş geldiniz! Bu ikinci eğitimde, uyarana karşı oluşan beyin tepkisini nasıl işaretleyeceğimizi öğreneceğiz.

Şunları öğreneceğiz:

• Olayla ilişkili potansiyel (ERP) nedir?

• ERP pikleri ve bileşenleri nelerdir?

• Bir ERP elde etmek için tipik adımlar

• Emotiv EPOC cihazı ve yazılımı kullanılarak pratik uygulama

  
  
  
  
  

2. Olayla ilişkili potansiyel (ERP) nedir?

Olayla ilişkili potansiyel (ERP), uyarılmış potansiyel olarak da adlandırılır ve bir olaya veya uyarana (yüksek bir ses duymak gibi) verilen beyin tepkisidir. Spesifik olarak - duyusal veya bilişsel bir olay sonucunda EEG'de görülen voltaj genliği değişimidir.

Bir uyaranın başlamasından sonra meydana gelen kararlı pikler olan 'ERP bileşenlerini' gözlemleyebiliriz. Bir ERP birçok pozitif veya negatif pike sahip olabilir ancak bunların hepsi N100 veya P300 bileşenleri gibi iyi karakterize edilmiş ERP bileşenleri değildir.

Zaman alanında bir EEG gördüğünüzde eksen yönüne bakmayı unutmayın. Özellikle klinik EEG'de bazen eksenin üstünde - ve altında + işaretini görürsünüz

Not: Bir ERP, tek bir olaydan veya o olaya ait birden fazla denemeden elde edilen genliklerin ortalaması alınarak temsil edilebilir. Tipik olarak, görseldeki gibi belirgin bileşenlere sahip pürüzsüz ERP'ler, yalnızca 100'lerce denemenin ortalaması alınarak 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 başlamasından itibaren 100ms) – N100

3. Bir ERP elde etmek için adımlar

Deney Aşaması:

İlgilenilen belirli ERP'leri elde etmek için deneyler tasarlıyoruz.

Örneğin, katılımcılar ses tonlarını dinlerken EEG verisi toplayabiliriz.

EEG verilerini anlamlandırmak için katılımcının sesi duyduğu anı EEG üzerinde işaretlemeliyiz. Bunlara olay işaretçileri denir (Şekil 2'deki dikey kırmızı çizgiler).

Şekil 2 – Ham bir EEG üzerinde görüntülenen olay işaretçileri (kırmızı çizgiler)

Bir ERP görebilmemiz için olay işaretçisi zamanlamasının ses başlangıcı ile doğru bir şekilde hizalanması çok önemlidir! Bu nedenle doğru zaman damgalarını elde etmemize yardımcı olacak doğru donanım ve yazılımı seçmek önemlidir.

Referans seçme

Elektriksel aktivitenin her zaman iki nokta arasında ölçüldüğünü unutmayın. EEG cihazlarında her sensördeki elektriksel potansiyel, referans sensörlere (DRL + CMS) göre ölçülür.

Emotiv EPOC cihazlarında referans sensörler için iki seçenek vardır

Şekil 3 – Emotiv EPOC tipi cihazlarda referans seçenekleri

EPOC tipi bir başlığın referans alma için iki seçeneği vardır:

• Mastoid Referansı – Mastoid'i referans sensörleri olarak kullanmak için P3/P4 sensörlerine kauçuk tıpalar ve mastoid sensörlerine ıslak keçeler yerleştiririz.

• P3/P4 referansı – P3/P4'ü referans sensörleri olarak kullanmak için M1/M2 Mastoid sensörlerine kauçuk tıpalar ve P3/P4 sensörlerine ıslak keçeler yerleştiririz

ERP deneyleri için Mastoid referansı kullanılması yaygındır ancak analizden önce verilerinizi ön işlemlerden geçirirken daha sonra çevrimiçi olarak verileri her zaman yeniden referanslandırabileceğiniz için P3/P4 referansı da kullanabilirsiniz. Verileri analiz etmeden önce tüm sensörlerin ortalamasına göre yeniden referanslandırmak yaygın bir durumdur.

Deneyimiz için Mastoid referansı kullanarak veri toplayacağız. Buradaki genellikle geçerli olan varsayım, mastoid çıkıntısının EEG verilerini kafadaki diğer yerler kadar iletmeyeceğidir, bu yüzden burası iyi bir referans noktasıdır.

Ön işleme:

Ham EEG'de bir ERP'yi hemen göremeyiz çünkü beynimizde ve çevresinde olup biten diğer her şeye (~ ±40uV) kıyasla çok küçük bir etkidir (~ ±5uV)!

Bu yüzden tonumuza özel beyin etkisini görebilmek için verilerimizi temizlememiz ve her türlü gürültüyü veya artefaktı ortadan kaldırmamız gerekir. Ardından verileri 'epoklara ayıracağız' – bu beyin tepkilerini tanımladığımız bir zaman penceresine (örneğin, tondan 50ms önce başlayan ve tondan 400ms sonrasına kadar süren beyin tepkisi) bölmek için kullanılan terimdir. Daha sonra, belirgin bir ERP elde etmek için tüm ayrı epoklara ayrılmış EEG verilerinin (yani tüm tonlara verilen beyin tepkilerinin) ortalamasını alırız.

Aşağıda tipik bir ERP işleme hattının temel adımları verilmiştir. Araştırmacılar verilerine ve hedeflerine göre adımları seçeceklerdir.

Şekil 4 – Tipik bir ERP işlem hattı

4. Hadi kendi ERP'mizi elde edelim

Öncelikle yazılım kurulumunu yapalım

1. PsychoPy'ın en son sürümünü indirin – https://www.psychopy.org/ Katılımcılara tonları sunmak için PsychoPy'ı kullanacağız.

2. EEG'yi kaydetmek ve görüntülemek için Emotiv Launcher ve EmotivPRO Uygulamalarını edinin.

3. Birbiriyle iletişim kurabilmeleri için PsychoPy ile Emotiv Yazılımınızı bağlayın.

Videodaki adımları izleyin:

PsychoPy ile bir Emotiv EEG deneyi oluşturun

Herhangi bir uyaranın (örneğin bir görsel, bir ton) birden çok tekrarı kullanılarak pürüzsüz bir ERP elde edilebilir. Burada katılımcıya her 4 saniyede bir aynı 50ms tonu yaklaşık 150 kez sunacağız!

Tek bir tonla basit bir işitsel deney oluşturmak için videoyu takip edin:

Hadi biraz veri alalım

Referansı seçtiğinize göre, en iyi kalitede EEG elde etmek için başlığınızı nasıl kuracağınızı öğrenmek üzere videoyu izleyebilirsiniz:

EmotivPRO Analyzer ile ERP işleme hattı

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

Analyzer'dan alınan ERP çıktısını anlama

Her kanal için ortalaması alınmış bir dalga formu göreceksiniz. 100ms'de negatif pike sahip tipik bir pürüzsüz ERP aşağıda görülebilir. Düz çizgi ortalama genliği, daha açık gölgeleme ise ortalamanın standart hatasını gösterir:

İşte net ERP bileşenleri olmayan gürültülü bir dalga formu. Bu, düşük sayıda denemeden kaynaklanabilir:

Dikkate alınması gerekenler

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

Örn. Bir örüntüde daha sık oluşan bir tona (standart) verilen ortalama ERP ile daha az sıklıkta oluşan tonlara (sapma gösteren/beklenmedik) verilen ERP'yi karşılaştırabiliriz. Bir dalganın genliklerini diğerinden çıkararak kolayca bir fark dalga formu elde edebiliriz. Şekil 5'te olduğu gibi, daha sonra ERP araştırmalarında yaygın olarak incelenen ve genellikle Uyuşmazlık Negatifliği (MMN) olarak bilinen bir ERP bileşenini gözlemleyebiliriz.

Şekil 5 – Çevredeki bir örüntü ihlal edildiğinde ERP'de uyuşmazlık negatifliği bileşeni gözlemlenebilir

5. ERP'lerin Uygulamaları

Biyobelirteçlerin Belirlenmesi:

ERP'lerin en yaygın uygulamalarından biri, klinik araştırmacıların Şizofreni gibi psikiyatrik bozuklukları teşhis etmek için daha iyi yollar bulmasıdır. Şizofreni ile yaşayan insanlar, Uyuşmazlık Negatifliği Tepkilerine dayanarak sağlıklı kontrollerden ayırt edilebilirler

Şekil 6 – Uyuşmazlık negatifliği genlikleri kronik şizofreni, yeni başlayan şizofreni ve hastalığı geliştirme riski taşıyanlara göre önemli ölçüde daha yüksektir (Jashan 2012)

ERP – BCI (Beyin Bilgisayar Arayüzleri)

Farklı zihinsel komutlara veya görsel uyaranlara (klavyedeki harfler gibi) verilen ERP'ler, tekerlekli sandalyeleri hareket ettirmek veya BCI yazıcılarını çalıştırmak için kullanılabilir

6. Kaynaklar

Emotiv Kılavuzları

1. EmotivPRO Builder Kılavuzu

2. EmotivPRO Kılavuzu

3. EmotivPRO Analyzer Kılavuzu

Önerilen Okumalar

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