June 30th, 2018
本文介绍了一种脑电图-fmri 多模态成像方法, 称为时空 fmri 约束脑电图源成像方法。所提出的方法采用有条件的功能磁共振成像子图, 或先验, 以提高空间特异性和限制错误结果的方式引导脑电图源定位。
这种方法可以帮助回答神经科学领域的关键问题,例如确定多个大脑区域之间的时间关系或探索复杂认知过程的详细神经通路。该技术的主要优点是它允许以空间和时间特定的方式整合多模态 EEG 和功能数据,以提高功能神经成像的分辨率和准确性。这项技术的影响延伸到对癫痫和神经认知障碍的理解。
因为该方法提高了无创神经成像的空间和时间准确性。虽然这种方法可用于提供对视觉运动和情绪处理系统的洞察力,但它也可以应用于其他系统,例如感觉运动整合、语言和记忆处理。这种方法的视觉演示至关重要,因为并发的 EEG 和 fMRI 数据记录步骤可能难以学习。
还因为需要专门的设施、设备和信号处理方法。要开始此过程,请将适当大小的被动 MRI 兼容 EEG 帽放在受试者的头部。根据 10-20 国际标签系统定位电极。
在 EEG 记录软件中,检查接地和参比电极的阻抗。为此,请单击阻抗选项卡,然后在软件用户界面上选择电极类型。接下来,使用注射器将电解质注入每个电极。
然后用棉签涂抹凝胶以确保皮肤与电极接触。脑电图帽准备完成后,让受试者移至 MR 扫描仪。在位于观察室的监视器上设置实验范式显示。
使用头圈观察镜,让受试者在躺下时无需移动头部或眼睛即可查看监视器屏幕。在计算机屏幕上显示样本图像,以确保主体可以舒适地查看屏幕,并且 Paradigm 将正确显示。进行任何必要的硬件或软件调整。
之后,指示受试者保持静止并进行初始 T1 加权解剖 MRI 扫描。如果可能,使用从小脑底部到头顶的视野,包括颅骨和皮肤。现在,开始记录 EEG 数据。
同时单击相应的按钮开始 MRI 记录并在演示软件上启动感兴趣的范例。检查脑电图数据记录以确保信号质量,如果需要,正在记录适当的标记。要分析结构 MRI 数据,请使用可用的 GUI 来确保各层中没有重叠。
接下来,打开 FreeView 应用程序。单击 File(文件),然后单击 Load Surface(加载曲面)。导航到 free surfer 文件夹中的主题目录。
然后,打开 bem 文件夹,然后打开 watershed 文件夹。加载四个文件:外皮表面、外颅面、大脑表面和内颅面。随后,移动切片选择滑块并在黄色表面图层中查找重叠。
如果确实发生重叠,请仔细检查 MRI 数据是否存在解剖缺陷或错误,并使用 GUI 绘图工具阐明各层。然后,通过单击在 FreeView 应用程序中加载原始 MRI 数据 文件,然后 加载卷.导航到 subject 文件夹并打开 mri 文件夹。
然后单击原始目录并打开结构 MRI 数据,然后单击 OK。接下来,查看头部的灰度图像,并查看大脑周围不同的灰色和黑色层次。确保这些图层没有任何间隙或不规则。使用颜色选择器工具从要校正的图层中选择体素。
切换到手绘体素编辑,然后单击以在图像上绘图。使用该程序填充 MRI 图像中的任何缺陷。对出现缺陷的所有层和 MRI 切片进行校正。
随后,使用自由冲浪者头部模型叠加层对 MRI 空间进行特定于主题的 EEG 传感器对齐。然后,保存转换。打开 MNE Analyze 应用程序。
单击 File(文件),然后单击 Load Surface(加载表面)。导航到包含主题数据的文件夹,然后加载 pial 曲面。单击 File,然后单击 Load digitizer data,然后选择感兴趣的 EEG 文件。
单击 View 和 Show Viewer。查看器 GUI 显示后,单击 选项 并确保选择了 scalp 和 digitizer data 选项。此处的电极以红色显示,基准点以黄色显示。
在主窗口中,选择 Adjust (调整),然后选择 Coordinate alignment (坐标对齐)。使用 Coordinate alignment GUI,使用箭头和左右按钮在查看器中移动和旋转 EEG 电极。根据需要进行调整。
对齐完成后,单击 Coordinate alignment GUI 底部的 Save 以保存对齐。对于脑电图数据分析,通过单击特殊信号处理菜单中的 MR 校正按钮,并在脑电图分析软件 GUI 中选择适当的参数,通过模板减去来执行扫描仪梯度伪影校正。要通过模板减法去除心弹伪影,请单击特殊信号处理菜单中的 CB 校正按钮,并在分析软件 GUI 中选择适当的参数。
然后,在 Data Filtration 下应用过滤。选择分析 GUI 顶部的 IIR 过滤按钮。例如,在 0.05 赫兹处应用高通,在 40 赫兹处应用低通,在电源线频率处应用陷波滤波器,每赫兹滚降 48 分贝。
要执行眼部伪影校正,请选择 Transformation(变换),然后选择 Artifact rejection reduction(减少伪影抑制),然后选择 Ocular correction ICA(眼部校正 ICA)。接下来,根据相对于事件计时标记的指定刺激前后时间,选择 Transformation(转换),然后选择 Segment(分析函数),然后进行分割,将 EEG 数据分割成史诗。然后,选择感兴趣的标记和感兴趣的时间段。
随后,通过在 Artifact rejection 中选择 Transformation ,然后选择 Artifact rejection reduction 来执行手动或半自动伪像拒绝。出现提示时,在 GUI 的三个选项卡中定义对象的条件,然后按照说明继续作。在 Inspection Method (检查方法) 选项卡中,选择 automatically (自动)、半自动 (semi-automatically) 或手动选择对象 (account selecting artifacts)。
然后选择 "标记 "或 "移除伪像" 并指定校正是否针对单个通道。接下来,在 channel selection 选项卡中,选择将针对伪影进行校正的通道。在 Criteria 选项卡中,选择用于标识对象的基础。
选择 criteria 后单击 OK,将根据选择识别和/或拒绝对象。要执行基线校正,请选择 转换 ,然后选择 区段分析函数和基线校正.要对分段数据进行平均,请选择 Transformation,然后选择 Segment analysis functions,然后选择 average。
首先,感兴趣的脑电图史诗被划分为具有预定义窗口和重叠大小的较小时间窗口。同时,fMRI 激活图被细分为多个感兴趣区域,用作 EEG 源分析的空间先验。在每个时间窗内,将选择一组适当的空间先验进行源定位。
将这些结合起来将产生整个感兴趣的脑电图史诗的皮层活动的最终时间过程。在这里,重建的大脑活动将新的时空特异性 fMRI 约束脑电图源成像与常用的时间不变 fMRI 约束源成像在底部进行了比较。对于一个经历视觉运动激活范式的代表性受试者,重建的大脑活动显示在多个时间点。
新方法的定位结果更加聚焦,并且与预期的大脑区域更一致。在这里,通过应用不同窗口大小的方法来测试该方法的稳健性。请注意,适度的窗口大小相当稳定,而较大的窗口大小则显示不同的结果。
一旦掌握,并发的脑电图和 fMRI 数据记录会话可以在大约三个小时内完成,如果做得好,数据分析可以在两到三天内完成。在尝试此过程时,请务必记住在录制时检查您的时钟同步和触发器。在分析过程中,您还应该注意捕获您感兴趣的活动所需的参数。
按照此程序,可以执行脑电图和功能 MRI 数据分析、全脑连接分析等措施,以研究认知任务期间大脑中的潜在连接结构或活动。在此发展之后,这项技术为功能神经影像学领域的研究人员铺平了道路,以探索复杂认知处理中涉及的高度动态的大脑活动,并研究与神经系统疾病相关的神经通路的详细变化。观看此视频后,您应该对如何同时进行 EEG 和 fMRI 记录以及执行时空 fMRI 受限 EEG 社会分析的基础知识有很好的了解。
为了以高时空分辨率和准确性重建大脑活动。不要忘记,在 MRI 环境中与参与者和设备一起工作需要始终了解安全问题。不得将未指定的金属物体带入 MRI 室,所有电极阻抗应保持在 50 库仑以下。
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时空fMRI约束EEG源成像方法将EEG和fMRI数据整合,以提高神经影像的准确性。该技术有助于理解复杂的认知过程和神经通路。
Integrating EEG and fMRI data enhances spatial and temporal resolution in neuroimaging, addressing a key challenge in mapping dynamic brain activity for target validation in CNS drug discovery. This multimodal approach improves predictive confidence by reducing source localization bias and cross-talk between conditionally active regions, supporting mechanistic de-risking in preclinical models of neurological disorders. The method enables more accurate interrogation of therapeutic hypotheses related to neural pathway modulation and biomarker alignment.
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing in early neuroscience research to lead identification and preclinical validation, particularly for CNS targets requiring dynamic pathway analysis.