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Potenciales relacionados a eventos: Una forma de estudiar la dinámica cerebral con electroencefalografía

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SEMINARIOS COGNITIVOS

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Lic. Gustavo E. Juantorena

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http://liaa.dc.uba.ar/

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Electroencefalografía (EEG)

  • Técnica de neuroimágenes.
  • Medición directa de act. neuronal.
  • No invasiva.
  • Excelente resolución temporal.
  • Limitada resolución espacial.
  • Uso en clínica e investigación.
  • Principalmente mide act. de neuronas piramidales corticales.

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Así se ve la señal de EEG “cruda”

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¿Entonces?

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  • La señal “cruda” de EEG tiene info de muchísimas fuentes neurales lo cual dificulta la identificación de procesos neurocognitivos individuales.

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  • ¿Puedo obtener la información de la dinámica cerebral en respuesta a un evento (cognitivo, sensorial o motor) como por ejemplo la presentación de una imagen?

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  • Lamentablemente no, debido a una baja relación señal/ruido (SNR, por sus siglas en inglés).

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¿Cómo mejoramos esto? ¿Qué opciones nos quedan?

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¿Y si le abrimos la cabeza? ¡Dale!

Electrocorticografía (ECoG)

< SNR, pero seguimos sin obtener lo que buscamos

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Un poco de historia …

  • En 1939 Pauline Davis, en colaboración con su esposo Hallowell, publica el primer informe sistemático de las respuestas evocadas corticales humanas en personas despiertas.

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  • Solo 10 años después de que Hans Berger haya obtenido registros de EEG en humanos por primera vez, se había logrado registrar una respuesta asociada a un estímulo sensorial.

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Event-related potentials (ERPs)

  • Rta cerebral estereotipada ante

un evento.

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  • Se obtiene promediando

señales de EEG.

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  • Se suele

caracterizar por su latencia (tiempo respecto al evento)

y amplitud (voltaje).

Gazzaniga, M. S., Ivry, R. B., & Mangun, G. R. (2006). Cognitive Neuroscience. The biology of the mind, (2014). Norton: New York.

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Un experimento simple de ERPs (P300 - Oddball paradigm)

Luck, S. J. (2014). An introduction to the event-related potential technique. MIT press

Presionan una tecla diferente ante la presentación de “O” /“X”

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Aplicaciones: ¿Un “P300” en lenguaje?

  • Descubrimiento del N400

1980: Marta Kutas y Steven A. Hillyard

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N400

Kutas, M., & Hillyard, S. A. (1980). Reading senseless sentences: Brain potentials reflect semantic incongruity. Science, 207(4427), 203-205.

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N400

El N400 es parte de la respuesta cerebral normal a las palabras y otros estímulos semánticamente significativos, que incluyen:

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  • Palabras visuales y auditivas.
  • Signos del lenguaje de señas.
  • Imágenes
  • Sonidos ambientales.
  • Y hasta olores.

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Originalmente fue observado en contextos de anomalías semánticas:

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Ayer a la noche cené junto a unas viejas…

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N400

El N400 es parte de la respuesta cerebral normal a las palabras y otros estímulos semánticamente significativos, que incluyen:

  • Palabras visuales y auditivas.
  • Signos del lenguaje de señas.
  • Imágenes
  • Sonidos ambientales.
  • Y hasta olores.

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Originalmente fue observado en contextos de anomalías semánticas:

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Ayer a la noche cené junto a unas viejas… amigas.

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N400

El N400 es parte de la respuesta cerebral normal a las palabras y otros estímulos semánticamente significativos, que incluyen:

  • Palabras visuales y auditivas.
  • Signos del lenguaje de señas.
  • Imágenes
  • Sonidos ambientales.
  • Y hasta olores.

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Originalmente fue observado en contextos de anomalías semánticas:

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Ayer a la noche cené junto a unas viejas… amigas.

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Ayer a la noche cené junto a unas viejas…

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N400

El N400 es parte de la respuesta cerebral normal a las palabras y otros estímulos semánticamente significativos, que incluyen:

  • Palabras visuales y auditivas.
  • Signos del lenguaje de señas.
  • Imágenes
  • Sonidos ambientales.
  • Y hasta olores.

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Originalmente fue observado en contextos de anomalías semánticas:

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Ayer a la noche cené junto a unas viejas… amigas.

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Ayer a la noche cené junto a unas viejas…camisetas.

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N400

Incluso se encontró N400 en videos donde se muestran elementos utilizados en contextos “inapropiados”.

Sitnikova, T., Kuperberg, G., & Holcomb, P. J. (2003). Semantic integration in videos of real–world events: An electrophysiological investigation. Psychophysiology, 40(1), 160-164.

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Un poco de taxonomía de los ERPs (porque biólogo siempre)

Componentes:

Picos a una latencia particular.

Daltrozzo, J., & Conway, C. M. (2014). Neurocognitive mechanisms of statistical-sequential learning: what do event-related potentials tell us?. Frontiers in human neuroscience, 8, 437.

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Aplicaciones: P300 BCI speller

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Copyright © 2011 - Neuronal oscillations and cognition group, Dept. Integrative Neurophysiology, CNCR, VU University Amsterdam.

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¿Qué tipo de preguntas podríamos contestar?

  • ¿Qué tipo de proceso neurocognitivo está influenciado por una determinada manipulación o evento.
  • Podríamos comunicarnos con personas con estado mínimo de consciencia...

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  • Conocer el estado neurocognitivo de personas que, por distintas

razones, no puedan comunicarse con normalidad.

  • Aprender sobre el desarrollo de procesos neurocognitivos en

la primera infancia.

¿Qué otras se les ocurren?

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Caja de herramientas

En MATLAB:

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En Python:

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EEGLAB FieldTrip MNE

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¡Gracias!

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Referencias

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  • La biblia de los ERPs: Luck, S. J. (2014). An introduction to the event-related potential technique. MIT press.

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  • P300 BCI: Farwell, L. A., & Donchin, E. (1988). Talking off the top of your head: toward a mental prosthesis utilizing event-related brain potentials. Electroencephalography and clinical Neurophysiology, 70(6), 510-523.

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  • Taxonomía de los ERPs: Daltrozzo, J., & Conway, C. M. (2014). Neurocognitive mechanisms of statistical-sequential learning: what do event-related potentials tell us?. Frontiers in human neuroscience, 8,437.

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  • ¿Quién mejor que el creador del término para explicarte sobre Neurociencia Cognitiva? : Gazzaniga, M. S., Ivry, R. B., & Mangun, G. R. (2006). Cognitive Neuroscience. The biology of the mind, (2014). Norton: New York

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  • N400: Kutas, M., & Hillyard, S. A. (1980). Reading senseless sentences: Brain potentials reflect semantic incongruity. Science, 207(4427), 203-205.