同时MEG / EEG和解剖约束的最小模估计皮质动态映射:听觉注意示例

Summary

我们使用磁和脑电图（MEG / EEG），磁共振成像（MRI）拍摄的解剖信息相结合，与听觉注意力的皮质网络的动态映射。

Abstract

磁和脑电图（MEG / EEG）的神经影像学技术，提供高时间分辨率，特别适合动态感知和认知能力的任务，如参加一个鸡尾酒会不同的声音在参与调查的皮质神经元网络。许多过去的研究只采用的传感器记录的数据， 即 ，记录外，在头皮上的磁场或电势，并通常集中在活动时间锁定的刺激呈现。这种类型的事件相关领域的/潜在的分析是非常有用的，只有少数不同的偶极模式，可以在时间和空间的分离和鉴定。另外，通过利用解剖信息，这些不同领域的模式可以被本地化为电流源上皮层。然而，对于一个更持久的反应，可能没有时间锁定到一个特定的刺激（ 如 ，准备听之一的两个同时出现的口语线索的听觉特性的基础上的数字），或者可以被分布在多个空间位置未知的先验 ，招募的一个分布式皮质网络可能不会被充分地通过使用有限数量的捕获焦点来源。

在这里，我们描述一个过程，采用个别解剖MRI数据建立的传感器信息和偶极子上皮层的激活，通过使用最小模估计（MNE）之间的关系。这种逆成像方法为我们提供了分布式信源分析工具。为了便于说明，我们将介绍使用FreeSurfer和跨国公司的软件，不管是免费的所有程序。我们将总结MRI序列和分析所需的步骤，以产生正向模型，使我们能够与预期的场模式到M / EEG传感器所造成的偶极子分布在皮层。 NEXT，我们会加强有利于我们在去噪的环境和生理污染物的传感器数据，通过必要的程序。然后，我们将概述的程序，用于组合和的MEG / EEG传感器数据映射到皮层的空间，从而产生皮质偶极激活在脑表面（或"大脑电影"）有关的每个实验条件下的时间序列的家庭。最后，我们将重点介绍一些统计技术，使我们能够在一个受人口（ 即 ，执行组级别分析）基于一个共同的皮质坐标空间科学推断。

Protocol

1。解剖数​​据采集与处理

1. 收购磁化准备快速梯度回波（MPRAGE）MRI扫描的主题。这可能需要5-10分钟，这取决于使用特定扫描协议。
2. 如果EEG数据用于逆成像分析，FLASH序列提供不同的组织从的标准MPRAGE序列^1的对比度，获得两个额外的快速低角度拍摄（FLASH）MRI扫描（翻转角= 5°〜30°）。
3. （见表）使用FreeSurfer软件^2，3，重建皮质表面，并成立单独的M /脑电偶极子源空间。
   1. 这个源空间被约束为灰/白质边界分割从MPRAGE扫描。每个半球包含大约10万个潜在的顶点，间距为1毫米。偶极估计（见下文），使用的栅格间距为7毫米，产生〜3000元每半球的偶极子。
4. 重建皮肤，外的头骨和内颅骨表面MNE（见表），FreeSurfer从MPRAGE和FLASH图像。使用这些表面上以产生一个三层的边界元模型（BEM）。

2。 M / EEG数据采集

1. 准备主题M / EEG记录。
   1. 电图和参考电极的制备以及数字化主体的基准标志性建筑，头部位置指示器线圈（HPI）和脑电图电极的详细信息，请参阅刘等 ^4。
2. 一旦问题被放置在MEG，测量头的位置，使用HPI线圈的。
3. 开始记录。开....

Discussion

为了估计偶极子从收购MEG / EEG数据上皮层的激活，我们需要解决的一个反问题，没有唯一稳定的解决方案，除非适当的解剖和生理健全的约束应用于。使用的解剖收购个别科目使用MRI和采用的最低标准作为我们的估计准则的约束，我们可以得出逆皮层电流源的估计，同意传感器的测量。这种方法已被证明是有用的研究，不仅听觉处理^14，但也有其他领域，如视觉¹⁵和语言处理^16。

还有许多其他的逆的方法。然而，所有这些方法可归纳为两类:本地化（ 例如 ，等效电流偶极子模型）或影像（ 例如 ，跨国公司，波束赋形技术）。此外，每个逆方法都有其TRAdeoff（见¹⁷了深入的讨论）。例如，这里介绍的方法使用的当前估计值必须在空间分布的，由于其最小范数约束。这最低标准估算方法非常适合为皮质的分布式网络招聘的任务。映射的早期反应刺激，唤起重点源的活动，如在试听的双边和听觉皮层（ 例如 ，N1M和意识相关负^18），被认为是本地化的，也可以提高使用功能磁共振.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
设备/软件名称	公司/源
306通道Vectorview MEG系统	Eleka Neuromag有限公司，
1.5-T的Avanto MRI扫描仪	西门子医疗解决方案
FreeSurfer			http://freesurfer.net/
跨国公司软件			http://www.nmr.mgh.harvard.edu/martinos/userInfo/data/sofMNE.php
脑电图电极	脑，采集卡有限公司
3SPACE的FasTrak系统	Polhemus公司
光按钮盒（FIU-932）	目前的设计