同步 MEG 与 EEG 的功能定位映射

摘要

我们采用脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）来绘制参与简单感觉刺激处理的脑区。

摘要

我们采用脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）技术来定位参与简单感觉刺激处理的脑区，并确定其时间动态演变过程。我们将使用躯体感觉刺激来定位手部躯体感觉区，使用听觉刺激来定位听觉皮层，使用分布在视觉视野四个象限的视觉刺激来定位早期视觉区。此类实验常用于癫痫和脑肿瘤患者的功能定位，以确定重要功能皮层的位置。在基础神经科学研究中，类似的实验方案被用于研究皮层活动的协调机制。数据采集流程包括质量控制程序、受试者在联合MEG/EEG研究前的准备工作，以及通过躯体感觉、听觉和视觉刺激诱发反应数据的采集。我们还展示了如何利用等效电流偶极子模型和皮层约束的最小范数估计方法对数据进行分析。在分析过程中，使用解剖结构MRI数据进行可视化，并提取组织边界的几何信息，用于正向建模，以及为最小范数估计提供皮层位置和方向的约束条件。 关键词：脑磁图，脑电图，功能定位，躯体感觉刺激，听觉刺激，视觉刺激，等效电流偶极子，最小范数估计，MRI，皮层映射

方案

1. 检查系统调谐和数据质量

1. 检查MEG系统的调谐状态。使用MEG系统配套的调谐与噪声测量软件，确认所有通道均正确调谐，且平面梯度计和磁力计MEG通道的平均噪声水平分别低于3 fT/cm或3 fT。
2. 采集一段空室数据。在屏蔽室内无受试者的情况下，采集5分钟数据，用于质量控制和噪声评估。

2. 设置刺激参数和数据采集参数。

1. 使用刺激计算机、安装在屏蔽室外的投影仪以及体感电刺激器（Grass Model S88），设置体感、听觉和视觉刺激。

3. 受试者准备

1. 在进行 MEG/EEG 研究之前，每位受试者必须填写有关安全性和知情同意的若干表格。
2. 检查受试者是否不含磁性材料。将受试者带入屏蔽室并开始采集 MEG 数据，以确认数据中无磁性伪迹。如有必要，可使用消磁器减少体内磁性物体（如牙科材料）引起的伪迹。
3. 佩戴 EEG 帽，注入导电凝胶，并检测阻抗。阻抗应低于 10 kOhms。
4. 安放 EOG 电极和参考电极。
5. 安放头部位置指示器（HPI）线圈。将四个 HPI 线圈置于 MEG 传感器阵列覆盖区域下方，并确保彼此间距较远。
6. 对解剖标志点、HPI 线圈、EEG 电极和头部形状进行数字化采集。
7. 将受试者移入扫描仪。

4. 每种感觉模式的数据采集

1. 在刺激计算机上设置刺激方案。进行体感正中神经刺激时，将电极贴附于左右手腕处，并逐步增加刺激强度，使刺激水平超过运动阈值。进行听觉刺激时，插入耳机并确认刺激强度适当。进行视觉刺激时，将背投屏幕置于受试者前方，并确认刺激呈现正确。
2. 开始数据采集并检查数据质量。在原始数据显示界面上，检查所有通道是否正常工作且无任何伪迹。
3. 测量头部位置。从采集控制台启动头部位置测量，并确认结果符合软件规定的标准。
4. 开始保存原始数据及在线平均数据。
5. 启动刺激呈现
6. 所有刺激呈现完毕后，保存原始数据和在线平均结果。

5. 数据分析

在数据分析中，我们将使用解剖学 MRI 数据来可视化结果、确定前向建模中组织区室的形状，以及将颅内脑磁图（lMEG）/脑电图（EEG）数据约束到皮层表面。分析中同时采用了电流偶极子模型和一种分布式的、皮层约束的最小范数解。图1展示了分布式源分析的工作流程。

图 1. 使用皮层约束最小范数估计分析 MEG/EEG 的整体工作流程。

讨论

脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）是唯一能够以高时间分辨率无创记录大脑活动的方法。MEG 尤其适用于研究皮层活动。本文演示了结合 MEG/EEG 的数据采集与分析方法，用于确定与简单感觉刺激处理相关的大脑活动。此类实验广泛应用于基础神经科学和临床研究。如果脑激活呈局灶性，则可采用电流偶极子模型，并以约 5 mm 的精度确定活动位置。在更复杂的情况下，可采用皮层约束的源估计方法来揭示激活的时空模式。这些模型利用解剖 MRI 数据进行可视化、确定组织 compartments 的几何结构以进行正向建模，以及提供皮层位置和方向的约束条件。