同时脑磁图和脑电图的功能映射
2010年6月14日
我们利用脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）地图在处理简单的感官刺激所涉及的脑区。
大家好，我是来自麻省总医院马蒂诺中心的 Markham。大家好，我是 Han Liu，也来自马蒂诺中心。今天我们将向您展示一种利用听觉-躯体感觉刺激采集和分析 MEC 与 EC 数据的实验方案。
这一过程被用于定位主要的感觉皮层兴趣区（COIs）。我们在实验室中采用此方法，研究健康志愿者以及符合手术条件的局灶性癫痫患者。现在，让我们开始。
首先检查MEG系统的调谐情况。确保所有通道均正确调谐，且Plano梯度计通道的平均噪声水平低于3飞特斯拉/厘米，磁强计通道低于3飞特斯拉。接下来，采集五分钟的空室数据，以获得背景噪声的估计值。
现在设置将在实验过程中向受试者呈现的躯体感觉、听觉和视觉刺激。这需要通过一台刺激计算机、安装在屏蔽室外的投影仪以及一台躯体感觉电刺激器来实现。在准备受试者进行实验时，首先确保其身上无任何磁性材料，然后将其带入屏蔽室，并采集部分脑磁图（MEG）数据，以检查是否存在磁性伪迹的迹象。
现在，受试者已清除所有伪迹，将脑电图（EEG）帽戴在受试者头部，并向每个电极注入导电凝胶。待 EEG 帽就位并准备就绪后，连接眼电图（EOG）电极和参考电极，并检查 EEG 及所有其他电极的阻抗是否均低于 10 千欧。接下来放置头部位置指示器（HPI）线圈，将其定位，使其位于 MEG 传感器阵列覆盖区域的下方，并彼此相距较远。
现在对基准标记点、HPI线圈、EEG电极以及头部形状进行数字化。此步骤在屏蔽磁室外部进行，使用三维数字化仪完成。最后，将受试者放入扫描仪中。
准备工作完成后，开始采集数据。首先在刺激计算机上为躯体感觉正中神经刺激设置刺激方案。将刺激电极连接至受试者的左右手腕，并逐步增加刺激强度，但需确保强度低于听觉刺激的运动阈值。
将耳机放置在受试者耳部，并检查音量是否适合视觉刺激。将背投屏幕置于受试者前方，并检查刺激呈现是否正确。现在开始在原始数据显示界面上采集数据。
检查所有通道是否正常工作，且不包含任何伪迹。向受试者呈现刺激，然后在线平均保存原始数据。在数据分析中，我们使用解剖学磁共振成像数据来确定前向建模中组织区室的形状，并将磁源成像-脑电图数据约束至皮层表面。
我们采用当前偶极子模型和一种分布式的皮层约束最小范数解。定位对刺激产生反应的脑区。我们刚刚向您展示了如何采集和分析视觉、听觉及其他某些感觉刺激下的EG和EG数据。
我们已经展示了如何分析这些数据以定位主要的感觉皮层。就此结束。感谢您的观看，祝您的实验顺利成功。
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概述
本研究采用脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）来探究参与处理简单感觉刺激的脑区。该研究旨在增进我们对健康个体和癫痫患者感觉处理机制的理解。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 电生理学
- 脑成像
背景
- 脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）是非侵入性技术。
- 这些方法可实现对脑活动的实时监测。
- 理解感觉信息处理对于基础神经科学和临床应用都至关重要。
- 研究对象包括健康志愿者和癫痫患者。
研究目的
- 绘制参与感觉处理的脑区图谱。
- 确定主要的感觉兴趣区域（COIs）。
- 揭示感觉知觉的神经机制。
使用的方法
- MEG 和 EEG 数据的采集。
- 听觉和体感刺激方案。
- 对感觉刺激诱发的脑活动进行分析。
- 比较健康个体与癫痫患者之间的数据。
主要结果
- 识别由感觉刺激激活的特定脑区。
- 健康个体与癫痫患者在感觉信息处理上的差异。
- 揭示大脑感觉信息处理的功能组织机制。
- 为癫痫手术候选患者提供潜在的临床意义。
结论
- 脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）是研究感觉处理的有效工具。
- 研究结果有助于加深对健康与疾病状态下脑功能的理解。
- 进一步的研究可能改进癫痫治疗的临床方法。
常见问题
执行层面的行业相关性
利用联合 MEG/EEG 进行功能性脑图谱绘制，能够精确定位感觉处理网络，有助于神经精神药物研发中的靶点验证。该方法提供定量且可重复的神经读数，可提高早期机制性风险评估的预测可信度。该技术方法支持从基础神经科学到感觉功能障碍的临床前模型之间的转化连续性。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过绘制皮层对感觉刺激的反应，实现对治疗假设的验证。
- 操作价值：通过客观、可量化的神经激活模式，支持生物学风险的降低。
- 预测价值：阐明在与疾病相关的神经回路中通路的参与情况以及功能靶点的验证。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：通过建立基线诱发反应谱型，为下游化合物筛选准备经过验证的神经系统模型。
- 操作价值：通过质量控制的脑磁图/脑电图（MEG/EEG）采集方案，确保检测方法的标准化和可重复性。
- 可扩展性：支持在多种感觉模式（体感、听觉、视觉）中重复使用该平台，实现多重靶点的联合评估。
转化与临床前研究
- 转化价值：通过在健康和癫痫模型中绘制感觉皮层图谱，提供与疾病相关的系统对应关系。
- 机制性降风险：利用MRI约束的最小范数估计进行皮层源定位，支持基于风险评估的推进决策。
- 预测可信度：通过感觉刺激诱发反应的空间-时间动态特征，支持生物标志物的对应分析。
流程与工作流整合
该方法通过在化合物筛选和先导化合物优化之前对感觉靶点进行功能验证，从而整合到早期发现工作流程中。
- 发现生物学：通过刺激诱发的皮层激活定位，支持假设验证和通路阐明。
- 筛选：通过标准化诱发反应采集和MEG/EEG数据的在线平均，实现检测就绪。
- 分析：通过等效电流偶极子建模和皮层约束的最小范数估计，提供定量神经读出结果。
- 转化研究：结合解剖MRI进行正向建模，在癫痫模型中定位感觉皮层，从而将发现与临床前研究连续性连接。
- 企业级复用：建立可重复使用的神经影像平台，供研究感觉处理障碍的跨职能团队共享使用。
运营与企业影响
- 科学价值：通过降低感觉通路中的机制模糊性，提高靶点验证的预测可信度。
- 操作价值：通过严格的质控程序、噪声基线监测和电极阻抗控制，增强实验的可重复性与标准化水平。
- 战略价值：提供靶点结合的客观神经生物标志物，从而优化“推进/终止”决策。
- 项目组合影响：基于化合物对感觉诱发电位的剂量依赖性调节，实现对化合物的风险校准优先排序。
实施注意事项
- 需要具备神经生理学、脑磁图/脑电图采集以及逆向建模技术方面的专业知识。
- 依赖于磁屏蔽室、三维数字化系统以及与磁共振兼容的刺激呈现设备。
- 需要在研究团队之间对刺激方案、伪迹剔除标准和源定位流程进行标准化。
- 在将人类癫痫模型转化为临床前系统时，需考虑跨物种和疾病模型的适应性问题。
- 受限于受试者配合度以及无伪迹数据采集的要求，尤其在伴有运动或认知障碍的临床人群中更为明显。
