1. Giriş

Hoş geldiniz! Bu ikinci öğreticide, bir beyin yanıtının uyaranlara nasıl işaretleneceğini öğreneceğiz.

Şunları öğreneceğiz:

• Olay ilişkili potansiyel (ERP) nedir?

• ERP zirveleri ve bileşenleri nelerdir?

• Bir ERP elde etmek için tipik adımlar

• Emotiv EPOC cihazı ve yazılımı kullanarak pratik uygulama

  
  
  

2. Olay ilişkili potansiyel (ERP) nedir?

Olay ilişkili potansiyel (ERP), aynı zamanda uyarılmış potansiyel olarak da adlandırılır, bir olayın ya da uyaranın (yüksek bir ton duymak gibi) neden olduğu beyin yanıtıdır. Özellikle – duyusal ya da bilişsel bir olayın sonucu olarak EEG’de görülen voltaj genliğindeki değişimdir.

Uyarıcının başlangıcından sonra ortaya çıkan, kararlı zirveler olan ‘ERP bileşenleri’ni gözlemleyebiliriz. Bir ERP’nin birçok pozitif veya negatif zirvesi olabilir; ancak bunların hepsi N100 veya P300 bileşenleri gibi iyi tanımlanmış ERP bileşenleri değildir.

EEG’yi zaman alanında gördüğünüzde eksen yönüne bakmayı unutmayın. Bazen eksenin üst kısmında – ve alt kısmında + görebilirsiniz; özellikle klinik EEG’de

Not: bir ERP tek bir olaydan ya da bu olayın birden fazla denemede genliklerinin ortalaması alınarak temsil edilebilir. Genellikle, şekilde görüldüğü gibi bu tür belirgin bileşenlere sahip pürüzsüz ERP’ler yalnızca 100’lerce denemenin ortalaması alınarak elde edilir

Şek. 1 – Tipik işitsel ERP bileşenleri

Tipik bileşenler, polaritelerine (yani Pozitif (P) veya Negatif (N)) ve ne zaman ortaya çıktıklarına (ör. 1. negatif bileşen N1) göre tanımlanır. Aynı N1 bileşeni, ortaya çıktığı zamanla da (ör. tonun başlangıcından 100ms sonra) tanımlanabilir – N100

3. Bir ERP elde etme adımları

Deney Aşaması:

İlgilendiğimiz belirli ERP’leri elde etmek için deneyler tasarlarız.

Örneğin, katılımcılar ses tonlarını dinlerken EEG toplayabiliriz.

EEG verilerini anlamlandırmak için, katılımcının tonu EEG’de tam olarak ne zaman duyduğunu işaretlememiz gerekir. Bunlara olay işaretçileri denir (Şekil 2’deki dikey kırmızı çizgiler).

Şek. 2 – Ham bir EEG üzerinde gösterilen olay işaretçileri (kırmızı çizgiler)

Olay işaretçisinin zamanlamasını tonun başlangıcıyla doğru biçimde hizalamak, bir ERP görebilmemiz için çok önemlidir! Bu yüzden, doğru zaman damgaları elde etmemize yardımcı olacak uygun donanım ve yazılımı seçmek önemlidir.

Bir referans seçme

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

Emotiv EPOC cihazlarında referans sensörleri için iki seçenek vardır

Şek. 3 – Emotiv EPOC tipindeki cihazlarda referans seçenekleri

EPOC tipinde bir kafa bandının referanslama için iki seçeneği vardır:

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

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

ERP deneyleri için genellikle Mastoid referanslaması kullanılır, ancak P3/P4 referanslamasını da kullanabilirsiniz; çünkü verilerinizi analiz öncesi işlerken daha sonra veriyi çevrimiçi olarak yeniden referanslayabilirsiniz. Verileri analiz etmeden önce çoğu zaman tüm sensörlerin ortalamasına yeniden referanslamak yaygındır.

Deneyimiz için verileri Mastoid referanslaması kullanarak toplayacağız. Buradaki genellikle iyi olan varsayım, mastoid çıkıntısının başın diğer bölgeleri kadar EEG verisi iletmeyeceğidir; bu yüzden iyi bir referans noktasıdır.

Ön işleme:

Ham EEG’de hemen bir ERP göremeyiz çünkü bu, beynimizin içinde ve çevresinde olup biten her şeye (~ ±40uV) kıyasla çok küçük bir etkidir (~ ±5uV)!

Bu nedenle, tona özgü beyin etkisini görmek için verilerimizi temizlememiz, gürültü veya artefaktları kaldırmamız gerekir. Ardından veriyi ‘epoch’larız – bu, beyin yanıtlarını tanımladığımız bir zaman penceresi içinde parçalara ayırmak için kullanılan terimdir (ör. tonun başlamasından 50ms önce ve tonun başlamasından 400ms sonra başlayan beyin yanıtı). Daha sonra, belirgin bir ERP elde etmek için ayrı ayrı epoklanmış tüm EEG verilerinin (yani tüm tonlara verilen beyin yanıtlarının) ortalamasını alırız.

Aşağıda tipik bir ERP iş akışındaki temel adımlar yer almaktadır. Araştırmacılar, verilerine ve amaçlarına bağlı olarak adımları seçer.

Şek. 4 – Tipik bir ERP işleme iş akışı

4. Kendi ERP’mizi elde edelim

Önce yazılımı kurulumunu yapalım

1. PsychoPy’nin en son sürümünü indirin – https://www.psychopy.org/ Katılımcılara tonları sunmak için PsychoPy’yi kullanacağız.

2. EEG kaydetmek ve görüntülemek için Emotiv Launcher ve EmotivPRO uygulamalarını edinin.

3. Birbiriyle iletişim kurabilmeleri için PsychoPy’yi Emotiv yazılımınızla bağlayın.

Videodaki adımları izleyin:

PsychoPy ile bir Emotiv EEG deneyi oluşturun

Herhangi bir uyaranın (ör. bir görüntü, bir ton) birden fazla tekrarı kullanılarak pürüzsüz bir ERP elde edilebilir. Burada katılımcıya aynı 50ms tonunu, yaklaşık 150 kez, her 4 saniyede bir sunacağız!

Tek bir ton içeren basit bir işitsel deney oluşturmak için videoyu takip edin:

Hadi biraz veri toplayalım

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

EmotivPRO Analyzer ile ERP iş akışı

Kendi ERP’nizi oluşturmak için videoyu izleyin ve adımları takip edin:

Analyzer’dan gelen ERP çıktısını anlamak

Her kanal için ortalanmış bir dalga biçimi göreceksiniz. 100ms’de negatif bir zirveye sahip tipik bir pürüzsüz ERP aşağıda görülebilir. Düz çizgi ortalama genliği, daha açık gölgelendirme ise ortalamanın standart hatasını gösterir:

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

Dikkate alınması gerekenler

ERP’leri katılımcılar arasında karşılaştırırken, genellikle fark etkisini karşılaştırmak daha iyidir.

Örn. bir örüntü içinde daha az sıklıkta meydana gelen tonlarla (deviant/oddball) karşılaştırıldığında daha sık bir tona (standart) verilen ortalanmış ERP’ye bakabiliriz. Bir dalganın genliklerini diğerinden basitçe çıkararak bir fark dalga biçimi elde edebiliriz. Şekil 5’te gördüğümüz gibi, ERP araştırmalarında yaygın olarak incelenen Mismatch Negativity (MMN) olarak bilinen bir ERP bileşenini gözlemleyebiliriz.

Şek. 5 – Çevredeki bir örüntünün ihlali olduğunda ERP’de Mismatch Negativity bileşeni gözlemlenebilir

5. ERP’lerin uygulamaları

Biyobelirteçlerin tanımlanması :

ERP’lerin en yaygın uygulamalarından biri, Şizofreni gibi psikiyatrik bozuklukları teşhis etmek için daha iyi yollar bulmaya yönelik klinik araştırmalardır. Şizofreni ile yaşayan kişiler, Mismatch Negativity Yanıtlarına göre sağlıklı kontrolllerden ayırt edilebilir

Şek. 6 – Mismatch negativity genlikleri, kronik şizofrenide, yeni başlangıçlı olgularda ve bozukluğu geliştirme riski taşıyanlarda anlamlı derecede 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 Okuma

Luck, S.J., 2005. ERP deneylerinin tasarlanması ve yorumlanması için on basit kural. Olay ilişkili potansiyeller: Bir yöntem el kitabı, 4.