同步脑电图与功能磁共振成像记录及整合分析用于动态皮层活动成像

该方法有助于回答神经科学领域中的关键问题，例如确定多个脑区之间的时间关系，或探索复杂认知过程的详细神经通路。该技术的主要优势在于，能够以特定的空间和时间方式整合多模态脑电图（EEG）与功能数据，从而提高功能神经成像的分辨率和准确性。该技术的应用前景涵盖对癫痫及神经认知障碍的理解。

因为该方法提高了无创神经影像学在空间和时间上的准确性。尽管该方法可用于研究视觉运动和情绪处理系统，也可应用于其他系统，如感觉运动整合、语言和记忆处理。对该方法进行可视化演示至关重要，因为同步记录脑电图（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）数据的步骤较难掌握。

此外，由于该过程需要专用的设施、设备和信号处理方法。开始此操作时，将一个尺寸合适的被动式磁共振成像兼容的脑电图帽放置在受试者头部，并按照国际10-20系统定位电极。

在脑电图记录软件中，检查接地电极和参考电极的阻抗。为此，请点击软件用户界面上的阻抗选项卡，并选择电极类型。接着，使用注射器将电解质凝胶注入每个电极中。

然后使用棉签涂抹凝胶，以确保皮肤与电极之间的良好接触。脑电帽准备就绪后，让受试者移至磁共振扫描仪。在观察室内的显示器上设置实验范式显示界面。

使用头部线圈观察镜，使受试者在平躺时无需移动头部或眼睛即可观看显示器屏幕。在计算机屏幕上显示一个示例图像，以确保受试者能够舒适地看到屏幕内容，并确认实验范式能够正常显示。根据需要进行必要的硬件或软件调整。

随后，指导受试者保持静止，并进行初始的T1加权解剖MRI扫描。如果可能，使用视野范围从小脑底部到头顶的扫描区域，包括颅骨和皮肤。现在，开始记录脑电图（EEG）数据。

同时点击相应的按钮，以开始 MRI 记录并在呈现软件上启动感兴趣的实验范式。检查 EEG 数据记录，确保信号质量，并确认是否已记录所需的标记。为分析结构 MRI 数据，使用现有的图形用户界面（GUI）确保各层之间无重叠。

接下来，打开 FreeView 应用程序。点击文件，然后选择加载表面。浏览至自由脑谱文件夹中该受试者的目录。

然后，打开 bem 文件夹，接着打开 watershed 文件夹。加载四个文件：外皮肤表面、外颅骨表面、脑表面和内颅骨表面。随后，移动切片选择滑块，观察黄色表面层是否存在重叠。

如果出现重叠，请仔细检查 MRI 数据是否存在解剖结构缺陷或错误，并使用图形用户界面中的绘图工具明确分层。随后，在 FreeView 应用程序中点击“文件”，然后选择“加载体积”，以加载原始 MRI 数据。导航至受试者文件夹并打开 mri 文件夹。

然后单击原始目录，打开结构 MRI 数据，再单击“确定”。接下来，查看头部的灰度图像，观察大脑周围不同层次的灰色和黑色区域。确保这些层次无任何间隙或不规则之处。使用颜色选择工具从待校正的层中选取体素。

切换到自由手绘体素编辑模式，然后在图像上单击进行绘制。使用此方法填补 MRI 图像中的任何缺陷。对出现缺陷的所有层和 MRI 切片执行校正。

随后，使用 FreeSurfer 头部模型叠加，将受试者特异的 EEG 传感器对齐到 MRI 空间。然后保存该变换。打开 MNE Analyze 应用程序。

单击“文件”，然后选择“加载表面”。浏览至包含受试者数据的文件夹，并加载pial表面。单击“文件”，然后单击“加载数字化仪数据”，并选择感兴趣的EEG文件。

单击“查看”并选择“显示查看器”。查看器图形用户界面出现后，单击“选项”，确保已选中头皮和数字化仪数据选项。此处电极以红色显示，定位标记点以黄色显示。

在主窗口中，选择“调整”，然后选择“坐标对齐”。使用坐标对齐图形界面，通过箭头和左右按钮在查看器中移动和旋转脑电图电极。根据需要进行充分调整。

完成配准后，点击坐标配准图形用户界面（GUI）底部的“保存”按钮以保存配准结果。对于脑电图（EEG）数据分析，通过点击特殊信号处理菜单中的“MR校正”按钮，并在EEG分析软件GUI中选择适当参数，利用模板减法进行扫描仪梯度伪迹校正。为通过模板减法去除心球机械伪迹，请点击特殊信号处理菜单中的“CB校正”按钮，并在分析软件GUI中选择适当参数。

然后，在数据滤波下应用滤波。在分析图形用户界面（GUI）顶部选择IIR滤波按钮。例如，应用0.05赫兹的高通滤波、40赫兹的低通滤波，并在电源线频率处应用滚降为48分贝/赫兹的陷波滤波器。

为了进行眼电伪迹校正，依次选择“转换”、“伪迹剔除与降低”，然后选择“眼电校正ICA”。接下来，通过选择“转换”、“分段分析功能”，再选择“分段”，根据事件时间标记前后的指定时间将脑电图（EEG）数据分割为若干片段。随后，选择感兴趣的时间标记及感兴趣的时间段。

随后，通过选择“转换”中的“伪迹去除”下的“手动或半自动伪迹去除”来执行手动或半自动伪迹剔除。当系统提示时，在图形用户界面的三个选项卡中定义伪迹的判断标准，并按指示进行操作。在“检查方法”选项卡中，选择自动、半自动或手动方式识别伪迹。

然后选择标记或去除伪影，并指定校正是否针对单个通道。接下来在通道选择选项卡中，选择将进行伪影校正的通道。在“条件”选项卡中，选择用于识别伪影的依据。

选择条件后点击“确定”，系统将根据所选条件识别和/或排除伪迹。如需进行基线校正，请选择“变换”，然后选择“分段分析功能”和“基线校正”。如需对分段数据进行平均，请选择“变换”，然后选择“分段分析功能”，再选择“平均”。

首先，将感兴趣的 EEG 片段按预定义的时间窗长度和重叠大小分割为较短的时间窗。同时，将 fMRI 激活图划分为多个感兴趣区域，用作 EEG 源分析的空间先验信息。在每个时间窗内，将选择一组适当的空间先验信息用于源定位。

将这些结果结合起来，可得到所关注的整个 EEG 事件过程中皮层活动的最终时间序列。此处显示的是重建的大脑活动，上方为采用新型时空特异性 fMRI 约束的 EEG 源成像结果，下方为常用的时不变 fMRI 约束源成像结果。对于一名代表性受试者在执行视觉运动激活范式过程中的多个时间点，展示了重建的大脑活动图像。

新方法的定位结果更加集中，并且与预期的脑区吻合得更好。此处通过使用不同的窗口大小来检验该方法的稳健性。注意，较小的窗口大小结果相对稳定，而较大的窗口大小则显示出差异较大的结果。

一旦掌握，同步进行 EEG 和 fMRI 数据采集大约需要三小时，若操作得当，数据分析可在两到三天内完成。在实施该流程时，务必注意在数据记录过程中检查时钟同步和触发信号。在分析过程中，还应关注捕获目标活动所需的各项参数。

通过该方案，可进行脑电图（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）数据分析，以及全脑连接性分析，以研究认知任务期间大脑中潜在的连接结构或神经活动。该技术的发展为功能神经影像学领域的研究人员提供了新途径，使其能够探索复杂认知加工过程中高度动态的大脑活动，并深入研究与神经系统疾病相关的神经通路的细微变化。观看本视频后，您应能够充分理解如何同步进行脑电图与功能磁共振成像记录，并掌握基于空间-时间fMRI约束的脑电图社会性分析的基本方法。

为了以高空间时间分辨率和高精度重建脑活动，切记在磁共振成像（MRI）环境中操作参与者和设备时，必须持续关注安全问题。不得将任何未明确允许的金属物品带入MRI室，所有电极阻抗应保持在50库仑以下。