اكتساب موثوق لبيانات تخطيط كهربية الدماغ أثناء التصوير الكهربائي المتزامن والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي
March 19th, 2021
توفر هذه المقالة بروتوكولا مباشرا للحصول على بيانات تخطيط كهربية الدماغ ذات الجودة الجيدة (EEG) أثناء تخطيط كهربية الدماغ المتزامن والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي من خلال استخدام المنتجات الطبية المتاحة بسهولة.
يوفر بروتوكولنا خطوات مهمة تضمن جودة البيانات، ولا سيما جودة كل بيانات، وهو أمر أساسي لنجاح دراسة EEG-fMRI متزامنة، ولكن نادرا ما يتم التأكيد عليه. هذا البروتوكول واضح ويستخدم فقط المنتجات الطبية المتاحة بسهولة ، وبالتالي فمن السهل جدا اتباعه. يؤدي هذا البروتوكول إلى تحسين جودة و قراءة تخطيط كهربية الدماغ المكتسب في وقت واحد مع ال fMRI ، وهو مفيد بشكل خاص لتحديد التغيرات الدقيقة في تخطيط كهربية الدماغ في دراسات الصرع.
هذا البروتوكول مفيد أيضا لتحديد أحداث تخطيط كهربية الدماغ الدقيقة في تجارب ERPs المفردة للدراسات العصبية المعرفية. للبدء، قم بتوصيل EEG ومكبرات الصوت ثنائية القطب المتوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي بحزم البطارية المشحونة بالكامل وكمبيوتر التسجيل. تأكد من إعداد مساحة عمل برنامج التسجيل بشكل صحيح.
قم بتحميل حقنة 10 ملليلتر مع الجل التوصيلي الكاشط لتطبيق غطاء تخطيط كهربية الدماغ. قياس محيط الرأس من هذا الموضوع عن طريق التفاف مرنة، شريط قياس غير قابل للتمدد حول الرأس، على التلال المدارية السوبر في الغرب. حدد غطاء بحجم مناسب أكبر بسنتيمتر واحد من محيط الرأس، وتأكد من أنه مريح للموضوع.
بعد وضع الغطاء في الموضع التقريبي فوق رأس الموضوع ، قم بقياس أطوال قوس الأيون - النسيون ، ووضع علامة على تقاطع قوس النسيون ينون والقوس البيرياجوري. حرك الغطاء فوق الرأس بحيث يتم ضبط موضع القطب CZ لهذا التقاطع. تأكد من عدم تدوير الغطاء أفقيا عن طريق التحقق يدويا من وضع أقطاب الطقس FZ و PZ و OZ والمرجع والأرض فوق قوس إنيون-ناسون.
يعرض الجلد تحت كل قطب كهربائي عن طريق إزاحة الشعر إلى الجانب باستخدام الجزء الخلفي من مسحة قطنية. فرك الجلد تحت كل قطب كهربائي عن طريق الغزل بسرعة مسحة القطن التي تحتوي على محلول الكحول 70٪ وضعت من خلال فتح القطب. تطبيق كمية صغيرة من هلام موصل جلخ في الافتتاح، وجلخ الجلد عن طريق الغزل بسرعة مسحة القطن.
رصد مقاومة القطب، وتكرار كشط حتى تنخفض المقاومة إلى أقل من 20 كيلو جرام على الأقل. بمجرد أن تكون المقاومة مرضية ، املأ الفتحة بنفس الجل ، مع التأكد من عدم تطبيق الجل المفرط في الفتحة لتجنب التجسير بين الأقطاب الكهربائية. قبل وضع قطب تخطيط القلب في الخلف، اطلب من الشخص المعني الجلوس منتصبا دون استعراض الرقبة.
ضع قطب تخطيط القلب على بعد سنتيمترين إلى ثلاثة سنتيمترات من الجزء الوسطي، مع التأكد من أن السلك مستقيم في الخلف، ولكن مع بدل على طول منحنى الرقبة لتجنب الإزاحة عندما يضع الموضوع على طاولة التصوير بالرنين المغناطيسي. فرك الجلد تحت القطب تخطيط القلب مع مسحة الكحول. قم بإرفاق قطب تخطيط القلب بالجلد باستخدام حلقة لاصقة على الوجهين، وراقب المقاومة عن طريق تكرار كشط الجلد بمسحة قطنية.
أضعاف مسحة القطن الكحول الجاف في أربعة ووضعه على القطب تخطيط القلب، ثم الشريط مسحة على الجلد باستخدام شريط لاصق الجراحية. الشريط سلك القطب تخطيط القلب إلى الجلد حتى الكتف. ضع مجموعة من أسلاك الكربون قبل مضفر تتكون من ست حلقات على الغطاء بحيث تكون الأسلاك بالتوازي مع حزمة من الأقطاب الكهربائية على الجزء العلوي من الرأس.
استخدام الشريط الجراحي لتأمين الحلقات حول الأقطاب الكهربائية بحيث الحلقات تغطي الرأس مع كل حلقة تغطي مساحة متساوية تقريبا. لف رأس الموضوع بضمادة مرنة فوق غطاء تخطيط كهربية الدماغ وحلقات الكربون ، مع التأكد من أن الضمادة تغطي جميع الأقطاب الكهربائية وليست ضيقة للغاية. اسأل عما إذا كان الموضوع يشعر بضغط غير مريح على الرأس أثناء تطبيق الضمادة.
للحصول على الدولة يستريح، تعليمات الموضوع لتطبيق سماعات الأذن متوافقة التصوير بالرنين المغناطيسي. استخدم سماعة رأس أو سماعات لاقتناءها استنادا إلى المهام، مع التأكد من أن الهدف يمكن أن يسمع من خلال جانبي سماعة الرأس أو سماعات الأذن. ضع وسادة رغوة ذاكرة مسطحة متوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي في النصف السفلي من لفائف الرأس قبل أن تطلب من الشخص المعني الاستلقاء ووضع الرأس في الملف.
ثم ضع حزم القطب وأسلاك الكربون مباشرة من خلال الفتح العلوي من لفائف الرأس. إضافة وسائد رغوة الذاكرة إلى الجزء العلوي من الرأس والجبين والمنطقة الزمنية، وملء جميع المساحات المتبقية داخل لفائف الرأس، في حين لا ضغط رأس الموضوع بإحكام شديد. ضع النصف العلوي من لفائف الرأس وإغلاق الملف ، مع التأكد من أن الوسائد لا تضغط على الرأس.
ضع وسادة رغوة الذاكرة على شكل نصف أسطوانة في الجزء الخلفي من الرقبة بحيث يقع سلك قطب تخطيط القلب جيدا بين الوسادة والرقبة. بعد وضع جميع وسائد رغوة الذاكرة، اختبر أن هذا الموضوع لا يزال يسمع من خلال كلا الجانبين من سماعات الرأس أو سماعات الأذن. ضع المرآة وأوعز إلى الموضوع لضبط المرآة مرة واحدة في رأس الموضوع هو في isocenter من تحمل التصوير بالرنين المغناطيسي.
بعد توصيل أقطاب تخطيط كهربية الدماغ وECG بمكبر كهربية الدماغ، وحلقات سلك الكربون إلى مكبر الصوت ثنائي القطب الموضوع في الجزء الخلفي من تحمل التصوير بالرنين المغناطيسي، قم بتوصيل مكبرات الصوت بجهاز التسجيل باستخدام الألياف البصرية. ثم قم بتشغيل مكبرات الصوت وتحقق من أن مقاومة جميع الأقطاب الكهربائية لا تزال منخفضة. ترتيب جميع الأسلاك بين منفذ الفتح العلوي من لفائف الرأس ومكبرات الصوت بحيث يتم وضعها على التوالي وفي مركز تحمل التصوير بالرنين المغناطيسي.
ضع حلقة سلك كربونية واحدة حول كابل الشريط، بدءا من مربع موصل أقطاب تخطيط كهربية الدماغ وECG إلى مكبر الصوت. شل حركة الأسلاك عن طريق شطيرة كل منهم مع MR آمنة وغير المغناطيسي أكياس الرمل بين منفذ الفتح العلوي من لفائف الرأس ومكبرات الصوت. ضع أكياس الرمل على مكبرات الصوت وضع مكبرات الصوت خارج تتحمل المغناطيس، وذلك باستخدام الكابلات المقدمة من قبل الشركة المصنعة.
تواصل مع الموضوع من غرفة وحدة التحكم للتأكد من أن الموضوع يمكنه سماع المشغل وإرشاد الموضوع بعدم التحرك أثناء الحصول على البيانات. بدء تسجيل تخطيط كهربية الدماغ قبل البدء في اقتناء fMRI. تحقق مما إذا كانت علامات من الماسح الضوئي ومشغل مستوى الصوت يتم عرضها بشكل دوري في تسجيل تخطيط كهربية الدماغ عبر الإنترنت.
تظهر هنا إشارات تخطيط كهربية الدماغ التمثيلية التي تم الحصول عليها من الأشخاص الذين شاركوا في دراسة علم الأعصاب ودراسة الصرع باستخدام هذا البروتوكول. كانت إشارات تخطيط كهربية الدماغ المكتسبة من كلتا الدراستين متشابهة قبل المعالجة. وكانت إشارات تخطيط كهربية الدماغ الناتجة من كلتا الدراستين ذات جودة قابلة للتحليل دون تلوث مرئي للقطع الأثرية تخطيط القلب، كما رأينا هنا.
شوهدت أنشطة الصرع بوضوح على تخطيط كهربية الدماغ أثناء دراسة الصرع. على تخطيط كهربية الدماغ المكتسبة خلال الدراسة العصبية المعرفية، وامض، وحركة العين، والقطع الأثرية العضلات شوهدت، وخاصة في الجبهة يؤدي FP1 و FP2 بعد إزالة القطع الأثرية. لم تشاهد أي قطعة أثرية ناشئة عن اهتزازات الآلات على إشارات تخطيط كهربية الدماغ التي تم الحصول عليها بعد المعالجة خلال الدراستين.
وعلاوة على ذلك، لم تتسبب أقطاب تخطيط كهربية الدماغ في ظهور قطع أثرية مرئية على صور MR التي تم الحصول عليها في وقت واحد. عند محاولة هذا البروتوكول، شل رأس الموضوع، والأسلاك، والكابلات للحد بشكل كاف الاهتزازات الميكانيكية. يستخدم هذا البروتوكول حاليا لمشروع علم الأعصاب الذي يتطلب الكشف التجريبي الوحيد لتخطيط موارد المؤسسات.
وهو يمهد الطريق لاستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي EEG-MRI في أبحاث واجهة الكمبيوتر غير الغازية في الدماغ.
النظرة العامة
تقدم هذه المقالة بروتوكولاً للحصول على بيانات تخطيط كهربية الدماغ (EEG) عالية الجودة أثناء تصوير الرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) وتخطيط كهربية الدماغ في وقت واحد. يؤكد البروتوكول على أهمية جودة البيانات ومصمم ليكون بسيطًا، ويستخدم المنتجات الطبية المتاحة بسهولة للتنفيذ.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- علم الأعصاب
- التصوير السريري
- الفيزيولوجيا الكهربية
الخلفية
- تعد دراسات تخطيط كهربية الدماغ-التصوير بالرنين المغناطيسي في وقت واحد ضرورية لفهم نشاط الدماغ.
- غالبًا ما يتم تجاهل جودة البيانات ولكنها ضرورية للحصول على نتائج دقيقة.
- التغييرات الدقيقة في تخطيط كهربية الدماغ مهمة في دراسات الصرع والدراسات العصبية المعرفية.
هدف الدراسة
- توفير بروتوكول موثوق للحصول على تخطيط كهربية الدماغ وتصوير الرنين المغناطيسي الوظيفي في وقت واحد.
- لتعزيز جودة وقابلية قراءة بيانات تخطيط كهربية الدماغ.
- تسهيل التعرف بشكل أفضل على أحداث تخطيط كهربية الدماغ.
الطرق المستخدمة
- تتضمن الطريقة إعدادًا دقيقًا لأغطية تخطيط كهربية الدماغ ومراقبة المقاومات.
- توضع الأقطاب الكهربائية بناءً على علامات تشريحية قياسية لضمان الدقة.
- يستخدم معدات متوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي لضمان السلامة وسلامة البيانات.
- يشتمل على خطوات حاسمة مثل تحضير الجلد ووضع الأقطاب الكهربائية.
- يبدأ الحصول على البيانات بعد تأكيد انخفاض المقاومات وراحة الشخص.
النتائج الرئيسية
- يؤدي البروتوكول إلى تحسين جودة إشارات تخطيط كهربية الدماغ أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.
- يضمن إدارة المقاومات الفعالة أداءً موثوقًا للأقطاب الكهربائية.
- يسهل اكتشاف تغييرات تخطيط كهربية الدماغ ذات الصلة للأغراض السريرية والبحثية.
الاستنتاجات
- تؤسس هذه الدراسة نهجًا عمليًا لدراسات تخطيط كهربية الدماغ-التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي عالية الجودة.
- تمكن الرؤى من فهم وتحليل نشاط الدماغ بشكل أفضل.
- من المتوقع أن يعزز البروتوكول من موثوقية النتائج في البحوث الفسيولوجية العصبية.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Reliable EEG data acquisition during simultaneous EEG-fMRI is critical for de-risking target validation in neuroscience drug discovery, where subtle electrophysiological changes inform mechanistic understanding of disease pathways. This protocol enhances predictive confidence by ensuring data quality and reproducibility, directly supporting early discovery decisions in target identification and pathway clarification. Its adaptability across research and clinical settings enables enterprise reuse, reducing variability in cross-functional collaborations and improving translational continuity from discovery to preclinical validation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through high-fidelity EEG signal acquisition during simultaneous fMRI, clarifying neuronal activity patterns linked to disease mechanisms.
- Operational Value: Standardizes electrode placement and impedance monitoring, reducing technical variability and improving data reliability across studies.
- Predictive Value: Supports detection of subtle EEG changes in epilepsy and neurocognitive models, aiding in biomarker alignment and mechanistic de-risking of targets.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems (human subjects) for downstream workflows by ensuring EEG data quality, enabling reliable compound evaluation in neurocognitive and epileptic models.
- Operational Value: Utilizes readily available medical products and standardized procedures, promoting assay standardization, scalability, and platform reuse across sites.
- Predictive Value: Facilitates identification of subtle EEG events in single-trial ERPs, improving screening readiness for compounds targeting neural network dysfunction.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports translational biomarker alignment by providing analyzable EEG data correlated with hemodynamic responses, bridging discovery and preclinical validation.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical work by minimizing artifacts (e.g., ECG, muscle) that could confound interpretation across study phases.
- Predictive Value: Enhances risk-adjusted advancement decisions by delivering clean EEG signals free from machinery vibrations and electrode bridging, increasing confidence in target engagement readouts.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from Early Discovery through Lead Identification to Preclinical work, supporting hypothesis testing, pathway clarification, and biological de-risking where EEG-fMRI provides complementary temporal and spatial resolution for target validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling accurate measurement of neuronal electrographic events during fMRI, clarifying pathway involvement in disease models.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible EEG data acquisition, with low impedance thresholds (<20 kΩ) ensuring signal quality for compound screening in neurocognitive and epilepsy models.
- Analytics: Provides quantitative dependent variable measurements (EEG signal amplitude, artifact-free epochs) that enable comparison of conditions and target modulation effects.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical continuity by yielding EEG data suitable for correlation with BOLD responses, supporting biomarker validation in disease-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Framed as a reusable capability due to its simplicity, use of standard medical products, and adaptability across EEG-fMRI applications, reducing implementation burden.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation, reduction of mechanistic ambiguity through clean EEG signal acquisition.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability via protocol-driven electrode preparation and wire immobilization.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk by ensuring data reliability early in discovery.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on high-quality, analyzable EEG data from simultaneous EEG-fMRI studies.
Implementation Considerations
- Required scientific expertise in EEG electrode placement, impedance monitoring, and MRI safety protocols.
- Instrumentation needs include MRI-compatible EEG/bipolar amplifiers, optic fiber connectors, and non-ferromagnetic sandbags for wire immobilization.
- Cross-team standardization requires training on head circumference measurement, cap sizing, and abrasive gel application to maintain electrode-skin interface quality.
- Adaptation considerations include adjusting pillow placement and headset selection for resting state vs. task-based acquisitions while maintaining coil integrity.
- Practical limitations include the need to avoid excessive gel application to prevent electrode bridging and ensure subject comfort during prolonged supine positioning.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:58
Preparation of the Experimental Setup and Application of the EEG Cap and ECG Electrode
4:29
Applying the Carbon Wire Loop and Securing the Cap and the Carbon Wire Loops
5:16
Placing the Subject in the MR Scanner
7:31
Configuration of Wires and Amplifiers with EEG-fMRI Data Acquisition
8:57
Results: EEG Signals from Subjects Who Participated in Neurocognitive and Epilepsy Studies
10:16
Conclusion
