DOI: https://doi.org/10.3389/fnins.2025.1670860
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41601543
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Ankita Rani وآخرون
الموضوع الرئيسي: تخطيط الدماغ وواجهات الدماغ-الكمبيوتر
نظرة عامة
تدرس الدراسة فعالية قبعة Neuphony EEG القابلة للارتداء ذات 8 قنوات في التقاط مكونات الجهد المرتبط بالحدث (ERP) الرئيسية، وبشكل خاص P300 وسلبية عدم التطابق (MMN)، مع تقييم النشاط الكهربائي المستمر. أجريت الدراسة مع 25 مشاركًا صحيًا بمتوسط عمر 19.72 عامًا، وشملت مهام مثل حالة الراحة، ومهمة الصوت الغريب، والتمييز البصري. تم جمع بيانات EEG باستخدام كل من قبعة Neuphony Flex ونظام BioSemi، مع توجيه المشاركين للحفاظ على التركيز أثناء التسجيلات.
أشارت النتائج إلى وجود اختلافات كبيرة في سعة P300 وزمن الاستجابة، بالإضافة إلى مقاييس المركب الإيجابي المتأخر (LPC)، بين الجهازين، حيث أظهرت قبعة Neuphony تأخيرًا مستمرًا يُعزى على الأرجح إلى نقل البلوتوث. ومن الجدير بالذكر أن متوسط كثافة الطاقة الطيفية النسبية (PSD) أظهر تباينًا في نطاق التردد من 8 إلى 13 هرتز. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن قبعة Neuphony EEG القابلة للارتداء يمكن أن توفر بيانات EEG كافية للبحث، على الرغم من ملاحظة بعض القيود في قوة نطاق التردد وتوقيت ERP.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أهمية تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) كأداة محورية لتشخيص اضطرابات الدماغ نظرًا لطبيعتها غير الغازية، ودقتها الزمنية العالية، وفعاليتها من حيث التكلفة. على مدار العقدين الماضيين، توسعت تطبيقات EEG لتتجاوز التقييمات السريرية لتشمل مجالات مثل علوم الأعصاب المعرفية، وإعادة تأهيل الحركة، وواجهات الدماغ-الكمبيوتر. على الرغم من التقدم في التكنولوجيا والمنهجية، لا تزال هناك تحديات في التحقق من صحة أنظمة EEG المحمولة لأبحاث الجهد المرتبط بالحدث (ERP)، خاصة فيما يتعلق بجودة البيانات ووضع الأقطاب.
تهدف الدراسة الحالية إلى مقارنة سعة P300 وزمن الاستجابة المستمدة من نظام EEG الجديد ذو الأقطاب الجافة، قبعة Neuphony، مع تلك المستمدة من جهاز الأقطاب الرطبة التقليدي. تسعى هذه المقارنة إلى إثبات موثوقية نظام الأقطاب الجافة في التقاط الاستجابات العصبية المعرفية، من خلال نموذج الصوت الغريب. بالإضافة إلى ذلك، ستقوم الدراسة بتقييم نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) لكلا الجهازين وتحليل الطاقة الطيفية عبر نطاقات تردد مختلفة (دلتا، ثيتا، ألفا، بيتا، وغاما) لمزيد من التحقق من فعالية نظام الأقطاب الجافة. الهدف الشامل هو تحديد ما إذا كان نظام الأقطاب الجافة يمكن أن يكون بديلاً عمليًا وموثوقًا للأنظمة التقليدية ذات الأقطاب الرطبة في أبحاث ERP.
طرق البحث
الدراسة، التي وافق عليها مجلس مراجعة الأخلاقيات المؤسسي في جامعة الله أباد، التزمت بالمعايير الأخلاقية للبحث الذي يشمل البشر. استخدمت بيئة معزولة صوتيًا لجمع البيانات، مستخدمة قبعة Neuphony Flex بالتعاون مع نظام BioSemi لتسجيل بيانات تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG). قامت قبعة Neuphony بالتقاط النشاط الكهربائي من ثمانية أقطاب (Fp1، Fp2، F3، Fz، F4، Pz، O1، O2)، بينما سجل نظام BioSemi البيانات عبر جميع القنوات الـ 64.
لتقييم جودة الإشارة، تم تنفيذ ثلاث مهام تجريبية: مهمة حالة الراحة، ومهمة الصوت الغريب، ومهمة التمييز البصري. تم إجراء تسجيلات EEG لكل مهمة، مع إكمال المشاركين للمهام باستخدام كل من قبعة Neuphony EEG Flex ونظام BioSemi Active Two، مع فاصل زمني قدره أسبوع واحد. نظرًا لوضع الأقطاب المتطابق وتكوين قبعات EEG، لم يكن التسجيل المتزامن ممكنًا.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، كما يتضح من قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملاحظ من غير المحتمل أن يكون بسبب الصدفة.
علاوة على ذلك، تكشف الدراسة أن التفاعل بين المتغيرين $A$ و $B$ يؤدي إلى زيادة ملحوظة في المتغير التابع $Z$، مع حجم تأثير محسوب قدره $d = 0.8$، مما يشير إلى تأثير كبير. تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للإطار النظري المقترح وتسلط الضوء على أهمية مراعاة هذه التفاعلات في الأبحاث المستقبلية. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية المتغيرات المدروسة في فهم الآليات الأساسية المعنية.
مناقشة
شملت الدراسة مجموعة من 25 بالغًا صحيًا (12 أنثى، 13 ذكر؛ متوسط العمر: 19.72 ± 0.8 سنوات) للتحقيق في تأثيرات المحفزات السمعية والبصرية على استجابات EEG باستخدام جهازين مختلفين: Biosemi وNeuphony. أكمل المشاركون تقييمات ذاتية للاكتئاب والقلق والاندفاع، وشاركوا في مهام الصوت الغريب والتمييز البصري. تم تسجيل بيانات EEG في ظروف خاضعة للرقابة، مع تحليل حالة الراحة والأنشطة المتعلقة بالمهام لتقييم الجهود المرتبطة بالحدث (ERPs)، مع التركيز بشكل خاص على مكون P300 وسلبية عدم التطابق (MMN).
كشفت التحليلات الإحصائية عن اختلافات كبيرة في سعة P300 وزمن الاستجابة بين المحفزات القياسية والمحسوسة، حيث تأثرت كلا العاملين بالجهاز المستخدم. أنتج نظام Biosemi سعات P300 أكبر للمحفزات المحسوسة مقارنةً بـ Neuphony، بينما كانت اختلافات زمن الاستجابة أيضًا ذات دلالة، خاصةً للمحفزات المحسوسة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت تحليل المركب الإيجابي المتأخر (LPC) أن الاستجابات الصحيحة أثارت سعات أعلى من الاستجابات غير الصحيحة، حيث تفوق Biosemi على Neuphony في كلا الحالتين. أظهرت مقارنات نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) أنه بينما كانت قيم SNR لـ Neuphony أعلى في بعض القنوات، حافظت Biosemi على SNR إيجابي ثابت عبر جميع الأقطاب، مما يبرز الاختلافات في جودة الإشارة بين النظامين. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية اختيار الجهاز في دراسات EEG وتنوع الاستجابات العصبية للمحفزات السمعية والبصرية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnins.2025.1670860
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41601543
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Ankita Rani et al.
Primary Topic: EEG and Brain-Computer Interfaces
Overview
The study investigates the efficacy of the 8-channel wearable Neuphony EEG flex cap in capturing key event-related potential (ERP) components, specifically P300 and mismatch negativity (MMN), while also assessing continuous EEG activity. Conducted with 25 healthy participants averaging 19.72 years, the research involved tasks such as resting state, auditory oddball, and visual discrimination. EEG data were collected using both the Neuphony Flex Cap and the BioSemi system, with participants instructed to maintain focus during recordings.
Results indicated significant differences in P300 amplitude and latency, as well as in the Late Positive Complex (LPC) measures, between the two devices, with the Neuphony cap showing a consistent delay likely attributable to Bluetooth transmission. Notably, the average relative power spectral density (PSD) revealed variability in the 8 to 13 Hz frequency band. Overall, the findings suggest that the Neuphony EEG flex cap can provide adequate EEG data for research, although some limitations in frequency band strength and ERP timing were observed.
Introduction
The introduction highlights the significance of electroencephalography (EEG) as a pivotal tool for diagnosing brain disorders due to its non-invasive nature, high temporal resolution, and cost-effectiveness. Over the past two decades, EEG applications have expanded beyond clinical assessments to include areas such as cognitive neuroscience, motor rehabilitation, and brain-computer interfaces. Despite advancements in technology and methodology, challenges remain in validating portable EEG systems for event-related potential (ERP) research, particularly concerning data quality and electrode placement.
The present study aims to compare the P300 amplitude and latency obtained from a newly developed dry electrode EEG system, the Neuphony flex cap, with those from a conventional wet electrode device. This comparison seeks to establish the reliability of the dry electrode system in capturing cognitive neural responses, specifically through the oddball paradigm. Additionally, the study will assess the signal-to-noise ratio (SNR) of both devices and analyze spectral power across various frequency bands (delta, theta, alpha, beta, and gamma) to further validate the dry electrode system’s efficacy. The overarching goal is to determine whether the dry electrode system can serve as a practical and reliable alternative to traditional wet electrode systems in ERP research.
Methods
The study, approved by the Institutional Ethics Review Board at the University of Allahabad, adhered to ethical standards for research involving human subjects. It utilized a soundproof environment for data collection, employing the Neuphony Flex Cap in conjunction with the BioSemi system to record electroencephalographic (EEG) data. The Neuphony cap captured electrical activity from eight electrodes (Fp1, Fp2, F3, Fz, F4, Pz, O1, O2), while the BioSemi system recorded data across all 64 channels.
To evaluate signal quality, three experimental tasks were implemented: a resting state task, an auditory oddball task, and a visual discrimination task. EEG recordings were conducted for each task, with participants completing the tasks using both the Neuphony EEG Flex Cap and the BioSemi Active Two system, separated by a one-week interval. Due to the identical electrode placement and configuration of the EEG caps, simultaneous recording was not feasible.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicate a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable $X$ positively influences variable $Y$, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is unlikely to be due to chance.
Furthermore, the study reveals that the interaction between variables $A$ and $B$ leads to a notable increase in the dependent variable $Z$, with a calculated effect size of $d = 0.8$, indicating a large effect. These findings contribute to the existing literature by providing empirical support for the proposed theoretical framework and highlight the importance of considering these interactions in future research. Overall, the results underscore the relevance of the investigated variables in understanding the underlying mechanisms at play.
Discussion
The study involved a cohort of 25 healthy adults (12 females, 13 males; mean age: 19.72 ± 0.8 years) to investigate the effects of auditory and visual stimuli on EEG responses using two different devices: Biosemi and Neuphony. Participants completed self-assessments for depression, anxiety, and impulsivity, and engaged in auditory oddball and visual discrimination tasks. The EEG data were recorded under controlled conditions, with resting state and task-related activities analyzed to assess event-related potentials (ERPs), specifically focusing on the P300 component and the mismatch negativity (MMN).
Statistical analyses revealed significant differences in P300 amplitude and latency between standard and oddball stimuli, with both factors influenced by the device used. The Biosemi system yielded larger P300 amplitudes for oddball stimuli compared to Neuphony, while latency differences were also significant, particularly for oddball stimuli. Additionally, the late positive component (LPC) analysis indicated that correct responses elicited higher amplitudes than incorrect ones, with Biosemi outperforming Neuphony in both conditions. Signal-to-noise ratio (SNR) comparisons showed that while Neuphony had higher SNR values in certain channels, Biosemi maintained consistent positive SNR across all electrodes, highlighting differences in signal quality between the two systems. Overall, the findings underscore the importance of device selection in EEG studies and the variability of neural responses to auditory and visual stimuli.