Methode zur gleichzeitigen fMRI/EEG-Datenerfassung während eines Focused Attention Suggestions for Differential Thermal Sensation

Hallo, ich bin Pamela Douglas, Postdoktorandin am UCLA Semi Institute und zertifizierte Hypnotiseurin. In der folgenden Präsentation stellen wir unsere Methode zur gleichzeitigen Erfassung von E-E-G-F-M-R-I-Daten und ein MR-kompatibles Gerät für die differentielle Thermometrie vor. Wir präsentieren diese Methode anhand eines einzigartigen Paradigmas, das hier als Kalt-Handschuh-Experiment bezeichnet wird, und erfassen Daten sowohl vor als auch nach der hypnotischen Induktion.

Zunächst erfassen wir simultane EEG-fMRT-Daten und Handtemperaturmessungen, während Probanden über MRI-kompatible Kopfhörer ein Audiotape abhören, das sie anweist, sich vorzustellen, dass ihre linke Hand kälter wird – auch als Cold-Glove-Paradigma bekannt. Anschließend werden unimodale EEG-Daten während der hypnotischen Induktion aufgezeichnet. Danach erfolgt erneut die Aufnahme simultaner EEG-fMRT-Kalt-Hand-Daten, wobei die Handtemperaturmessungen während des gesamten Experiments mit unserem MR-kompatiblen differentiellen Thermometrie-Gerät kontinuierlich erfasst werden.

Schließlich könnte unsere Methode zur Erfassung von E-E-G-F-M-R-I-Daten in einer Reihe experimenteller Paradigmen nützlich sein, da sie multimodale Daten mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung nicht-invasiv bereitstellt. Wichtig ist, dass die nicht-stationären Aspekte der Gehirnsignalverarbeitung gleichzeitige Aufnahmen gegenüber seriellen Datenerfassungen deutlich vorteilhaft erscheinen lassen. Hallo, ich bin Mark Cohen, technischer Direktor des Staglin-Zentrums für Kognitive Neurowissenschaften am UCLA, Semel-Institut für Neurowissenschaften und menschliches Verhalten.

In diesem Video zeigen wir, wie man gleichzeitig elektroenzephalographische (EEG) Daten, funktionelle Magnetresonanzbilder und Messungen der Handtemperatur aufnimmt, die alle unter Hypnose quantitativ verändert werden. Für diese Messungen haben wir spezielle Technologien entwickelt und eingesetzt, die mit einem hypnotischen Induktionsverfahren kombiniert wurden, das speziell auf den experimentellen Ablauf abgestimmt ist. Die gleichzeitige Erfassung von EEG- und fMRT-Daten ist besonders schwierig, da jedes der Geräte Störartefakte im jeweils anderen erzeugt.

Die MRT-Effekte auf EEG sind besonders herausfordernd, da der HF-Anteil des Bildgebungssystems Signale mit bis zu mehreren hundert Volt nutzt, während die Gradienten zeitlich veränderliche Magnetfelder mit über 45 Tesla pro Sekunde erzeugen. Gleichzeitig ist das winzige EEG-Signal an der Kopfhaut nur wenige Mikrovolt groß. Selbst die Temperaturmessung in der MRT birgt Schwierigkeiten.

Die parasitären hochfrequenten Ströme, die durch elektronische Geräte fließen, stellen von vornherein ein Sicherheitsrisiko dar, und schwache Emissionen von digitalen Temperaturaufzeichnungsgeräten können die MRT-Bilder beeinträchtigen. Der EEG-Verstärker wurde speziell von Electrical Geodesics für den Betrieb in unmittelbarer Nähe zum Abbildungsmagneten entwickelt. Nahezu alle ferromagnetischen Bestandteile des Verstärkers (AMP) wurden entfernt und anschließend in ein Feld-Isolations-Containment-System oder eine Fixierungseinheit eingeschlossen.

Sie können eine Vorstellung von der Größe der Fixierkammer erhalten, indem Sie sie mit einem Standard-EEG-AMP desselben Unternehmens vergleichen. Jeder der EEG-Eingänge wird elektrisch gefiltert, um die Kopplung von Hochfrequenzenergie in den batteriebetriebenen Verstärker auszuschließen. Um EEG und fMRT gleichzeitig aufzuzeichnen, müssen die Zeitabläufe beider Geräte mit Nanosekunden-Genauigkeit synchronisiert werden.

Allerdings sollten zur Bewahrung der Abschirmung keine elektrischen Signale über Kabel in den Scanraum hinein oder aus ihm herausgeführt werden. Um dies sicherzustellen, haben die Ingenieure von Electrical Geodesics unser simultanes E-E-G-F-M-R-I-System so konstruiert, dass sowohl die Taktsignale als auch die digitalisierten Daten über Glasfaserkabel durch diese Anschlüsse übertragen werden. Die hypnotische Induktion beginnt mit einem kurzen Interview durch den Hypnotherapeuten.

Als idiomotorische Suggestion wird dann die sogenannte Armhebetechnik für den hypnotischen Induktionsprozess verwendet. Die EEG-Daten werden mit einem 256-Kanal-fähigen, MRT-kompatiblen GEODESIC-Sensornetz aufgezeichnet. Die Impedanzwerte der Elektroden sollten im Verlauf des Experiments in Abständen von etwa 20 Minuten überwacht werden.

Die Hypnoseanfälligkeit wird anschließend mithilfe der 12-stufigen Stanford-Skala zur Hypnoseanfälligkeit, Form C, bewertet. Danach betritt die Versuchsperson den MRT-Untersuchungsraum zur simultanen Erfassung von EEG-fMRT-Daten. Nach der hypnotischen Induktion haben wir eine Vorrichtung entwickelt, um Differenzmessungen der Handtemperatur während der simultanen EEG-fMRT-Aufzeichnung im Anschluss an den hypnotischen Kalt-Handschuh-Vorschlag zu sammeln. Die Vorrichtung besteht aus zwei L34-Temperatursensoren, die mit einem Verstärker und einer digitalen Anzeige verbunden sind.

Zwei Neun-Volt-Batterien versorgen die internen Elektronikbauteile mit Strom. Wir wählten die LN-34-Sensoren aufgrund ihrer linearen Temperaturantwort im physiologischen Bereich. Um mögliche Nichtlinearitäten der Komponenten zu kompensieren, führten wir einen Kalibrierungsschritt durch.

Kurz vor dem Experiment bestimmten wir den Nullpunkt für das Gerät, indem wir beide Temperatursensoren in ein Wasserbad eintauchten. Während des Experiments wies jede Abweichung vom Nullpunkt auf einen Unterschied zwischen den Temperaturen der Hände des Probanden hin. Diese aufgezeichnete Temperaturdifferenz ermöglichte es uns, die Wirkung des Kältehandschuh-Vorschlags zu quantifizieren, und ich möchte, dass Sie visualisieren und sich vorstellen, wie Sie von den Fingerspitzen in die Finger, in die Hand und in das Handgelenk hineinsehen, das vollständig untergetaucht ist.

Unterhalb Ihrer linken Hand ist vollständig in das Eiswasser eingetaucht. Während Sie weiterhin visualisieren, stellen Sie sich diese erstaunliche Empfindung vor, dass Ihre linke Hand vollständig kalt und taub ist, taub und kalt, es gibt keinerlei Empfindung in der Hand. Je mehr Sie versuchen, dies zu spüren, desto weniger Empfindungen werden Sie haben, und die rechte Hand wird weiterhin wärmer.

Während die linke Hand weiterhin eiskalt wird, eiskalt, ist es fast so, als würden Ihre Hände blau anlaufen. Man kann sogar glauben, dass dies möglich ist, doch es geschieht von den Fingerspitzen über die Finger bis zum Handgelenk. Wir haben eine Methode der multimodalen Aufzeichnung vorgestellt, um die elektrophysiologischen, motorischen und neurovaskulären Begleiter eines ansonsten unsichtbaren kognitiven Prozesses aufzudecken.

Im Gegensatz zu den etablierten Methoden zur Erfassung von fMRT- oder EEG-Signalen und deren Isolation kann die kombinierte Methode Verbindungen zwischen beiden Gehirnsignalen aufzeigen, insbesondere gekoppelt mit einer ultrahochdichten 256-Kanal-EEG-Ableitung. Es ist möglich, die Signale gemeinsam zu lokalisieren und plausible Rückschlüsse auf elektrische Quellen zu ziehen, die in magnetresonanzbasierten Studien als Regionen veränderter Durchblutung erscheinen.