Exploring the Relationship Between Brain Signal and Behavior in Varied Conditions [BrainCodeCamp2566]

Brain Code Camp เป็นกิจกรรมเวิร์คชอปออนไลน์ที่เน้นการปฏิบัติจริงผ่านการทำโปรเจ็ค เกี่ยวกับการสร้างแบบจำลองเพื่อทำความเข้าใจและหาความสัมพันธ์ระหว่างพฤติกรรมและสัญญาณสมอง จัดขึ้นช่วงเดือนสิงหาคมถึงตุลาคม 2566 (12 week)

— ทุกคนในโครงการจะได้ทำโปรเจ็คเป็นของตัวเอง —

กิจกรรมในโครงการจะมี 2 ส่วนหลักๆ ได้แก่ การเข้าศึกษาบทเรียนในแต่ละสัปดาห์ด้วยตนเอง และการเข้าร่วม Office Hour (OH) เพื่อทำการพูดคุยแลกเปลี่ยนความรู้ กับที่ปรึกษาและเพื่อนๆในกลุ่ม ผ่าน Discord สัปดาห์ละ 1 ครั้ง

ต่อไป จะเป็นการเล่าเกี่ยวกับโปรเจ็คที่ได้ทำตอนเข้าร่วมโครงการ Brain Code Camp 2023 ในหัวข้อ การศึกษาความสัมพันธ์ของคลื่นสมองกับพฤติกรรมในเงื่อนไขที่แตกต่างกัน อย่างคร่าวๆ ซึ่งมีที่มาจากการที่เราสนใจที่จะศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นสมองและพฤติกรรม เพราะจากการที่ได้ไปศึกษามาพบว่าคลื่นสมองสามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ดังนั้นเราจึงอยากทราบว่า การมีเงื่อนไขที่แตกต่างกันจะมีคลื่นสมองและพฤติกรรมเป็นอย่างไร

Image from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5675530/

ในโปรเจ็คนี้ได้ใช้ข้อมูลจากงานวิจัย Alpha-Band Oscillations Enable Spatially and Temporally Resolved Tracking of Covert Spatial Attention ของคุณ Joshua J. Foster ของการทดลอง visual search task ซึ่งในการทดลองนี้จะให้ผู้เข้าร่วมค้นหาเป้าหมายก็คือแท่งแนวนอนหรือแนวตั้งจากในภาพ ภายใน 2 วินาที ซึ่ง task จะมีแบบง่ายและแบบยากสุ่มขึ้นมาให้ในแต่ละรอบ มีผู้เข้าร่วมทั้งหมด 16 คน

เมื่อได้ข้อมูลแล้วในส่วนต่อไป จะเป็นการเตรียมข้อมูลให้พร้อมต่อการใช้งานก่อนนำไปวิเคราะห์ แต่ในข้อมูลชุดนี้ได้ผ่านการเตรียมข้อมูลมาแล้ว ดังนั้นข้อมูลจึงพร้อมนำไปใช้ได้เลย

อิเล็กโทดแต่ละโหนดบนศรีษะ (electrode eeg cap)

กราฟแสดงการกระจายตัวของ Reaction Time และกราฟแสดงค่าเปอร์เซ็นที่ผู้เข้าร่วมตอบถูก (% Accuracy)ในแต่ละเงื่อนไข (ยากและง่าย)

ในส่วนนี้จะเป็นการสำรวจข้อมูลพฤติกรรม เพื่อดูลักษณะของข้อมูลที่เกิดขึ้น จากกราฟด้านบนจะเห็นได้ว่า Task Easy จะใช้ระยะเวลาในการตอบ (Reaction Time) น้อยกว่าและตอบถูกมากกว่าแบบยาก มักตอบในช่วง 400–800 ms ในขณะที่ Task Hard มักจะใช้ระยะเวลาในการตอบในช่วงประมาณ 400–1500 ms เห็นได้ชัดเลยว่า Task Hard ข้อมูลค่อนข้างกระจาย อาจจะเป็นเพราะผู้เข้าร่วมต้องใช้ระยะเวลาสักพักในการค้นหาเป้าหมายแบบยากที่ล้อมรอบไปด้วยสิ่งรบกวน ทำให้ใช้เวลาในการค้นหาที่นานกว่าแบบง่าย

กราฟแสดงการกระจายตัวของ Reaction Time ในแต่ละตำแหน่งของเป้าหมาย (แยกเป็นซ้าย ขวา และตรงกลาง)

ต่อไปเราได้ลองแบ่งเป้าหมายที่ต้องค้นหาออกเป็นตำแหน่งต่างๆ ได้แก่ เป้าหมายที่อยู่ทางด้านซ้าย ขวา และตรงกลาง เพื่อจะทดสอบว่าในแต่ละตำแหน่งที่มองแตกต่างกัน จะส่งผลต่อระยะเวลาในการค้นหาเป้าหมายหรือไม่ ซึ่งจากกราฟด้านบนก็พบว่า ในแต่ละตำแหน่งผู้เข้าร่วมใช้ระยะเวลาในการค้นหาเป้าหมายที่ไม่แตกต่างกัน ก็คือไม่ว่าเป้าหมายจะอยู่ตำแหน่งไหน ก็ใช้เวลาในการค้นหาเท่าๆกัน

ขั้นตอนต่อไปจะนำข้อมูลไปวิเคราะห์ โดยจะใช้เทคนิคที่เรียกว่า Event-related Potential (ERP) คือการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ในข้อมูลคลื่นสมอง (EEG) โดยคำนวณจากการหาค่าเฉลี่ยของคลื่นไฟฟ้าสมองที่บันทึกได้ในแต่ละครั้ง ซึ่ง ERP เป็นดัชนีทางประสาทที่สามารถใช้เพื่อระบุและแยกแยะกระบวนการรับรู้ต่างๆ ได้

ERP ในแต่ละอิเล็กโทรด

ภาพแสดง ERP Component ในแต่ละเงื่อนไข (ง่าย ยาก และรวม)

จากกราฟพบว่า ERP Component ได้แก่ P1 N1 P2 N2 ไม่แตกต่างกันมาก ยกเว้น P3 จะเห็นได้ชัดเลยว่า Amplitude มีความแตกต่างกัน ซึ่ง P3 เป็นสัญญาณคลื่นสมองที่บ่งชี้หรือสะท้อนถึงกระบวนการเรียนรู้และการตัดสินใจ ในกราฟนี้ พบว่า Task Easy จะมี Amplitude ของคลื่นสูงมากกว่า Task Hard เป็นไปได้ว่าใน Task Easy นั่นผู้เข้าร่วมอาจจะเห็นแล้วสามารถตอบได้เลย ตัดสินใจได้ง่ายและเร็วกว่า เลยทำให้ P3 สูงกว่า ซึ่งจะสอดคล้องกับข้อมูลพฤติกรรมที่พบว่าใน Task Easy จะตอบได้เร็วและถูกต้องมากกว่า Task Hard

Reference

Foster, J. J., Sutterer, D. W., Serences, J. T., Vogel, E. K., & Awh, E. (2017). Alpha-Band Oscillations Enable Spatially and Temporally Resolved Tracking of Covert Spatial Attention. Psychological science, 28(7), 929–941. https://doi.org/10.1177/0956797617699167

Science direct. (2023). Event-Related Potential. https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/event-related-potential