רכישה אמינה של נתוני אלקטרואנצפלוגרפיה במהלך אלקטרואנצפלוגרפיה סימולטנית ו-MRI פונקציונלי
19 במרץ 2021
מאמר זה מספק פרוטוקול פשוט לרכישת נתונים אלקטרואנצפלוגרפיה באיכות טובה (EEG) במהלך EEG בו זמנית הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית על ידי שימוש במוצרים רפואיים זמינים.
הפרוטוקול שלנו מספק צעדים חשובים המבטיחים את איכות הנתונים, במיוחד את האיכות של כל נתונים, שהוא המפתח להצלחת מחקר EEG-fMRI בו זמנית, אך לעתים רחוקות מודגש. פרוטוקול זה הוא פשוט ומשתמש רק מוצרים רפואיים זמינים, ולכן קל מאוד לעקוב. פרוטוקול זה מוביל לאיכות וקריאה טובה יותר של ה- EEG שנרכש בו זמנית עם fMRI, אשר שימושי במיוחד לזיהוי שינויים EEG עדינים במחקרי אפילפסיה.
פרוטוקול זה שימושי גם לזיהוי אירועי EEG עדינים במשפט יחיד ERPs של מחקרים neurocognitive. כדי להתחיל, חבר את מגברי ה- EEG והדו-קוטביים התואמים ל- MRI לחבילות הסוללה הטעונה במלואן ולמחשב ההקלטה. ודא שסביבת העבודה של תוכנת ההקלטה מוגדרת כראוי.
לטעון מזרק 10 מיליליטר עם ג'ל מוליך שוחק ליישום של כובע EEG. מדוד את היקף הראש של הנושא על ידי גלישת סרט מדידה גמיש, בלתי מתיחה סביב הראש, מעל רכסי מסלולית סופר בעורף. בחר כובע בגודל מתאים שגדול בסנטימטר אחד מהיקף הראש, וודא שהוא נוח לנושא.
לאחר הנחת המכסה במיקום המשוער מעל ראשו של הנבדק, מודדים את אורך קשת הניון-nasion ומסמנים את הצומת של קשת הניון-nasion והקשת periauricular. החלק את המכסה מעל הראש כך שמיקום האלקטרודה CZ מותאם לצומת זה. ודא כי המכסה אינו מסתובב אופקית על ידי בדיקה ידנית אלקטרודות מזג אוויר FZ, PZ, OZ, התייחסות, וטחון ממוקמים מעל קשת inion-nasion.
לחשוף את העור מתחת לכל אלקטרודה על ידי עקירת השיער לצד באמצעות הגב של צמר גפן. לשפשף את העור מתחת לכל אלקטרודה על ידי סיבוב במהירות צמר גפן המכיל 70% תמיסה אלכוהול להציב דרך פתיחת האלקטרודה. החל כמות קטנה של ג'ל מוליך שוחק בפתח, ולשחוט את העור על ידי סיבוב במהירות צמר גפן.
נטר את העכבה של האלקטרודה, וחזור על השחיקה עד שהמכשילה תרד לפחות אל מתחת ל -20 קילוהם. ברגע העכבה היא משביעת רצון, למלא את הפתח עם אותו ג'ל, הקפד לא להחיל ג'ל מוגזם בפתח כדי למנוע גישור בין אלקטרודות. לפני הנחת אלקטרודה א.ק.ג. בחלק האחורי, בקש מהנושא לשבת זקוף מבלי לכופף את הצוואר.
מניחים את אלקטרודה אק"ג שניים עד שלושה סנטימטרים שנותרו מן התלם החציוני, לוודא כי החוט הוא ישר בחלק האחורי, אבל עם קצבה לאורך העקומה של הצוואר כדי למנוע עקירה כאשר הנושא שוכב על שולחן MRI. לשפשף את העור מתחת לאלקטרודה א.ק.ג. עם ספוגית אלכוהול. חבר את אלקטרודת האק"ג לעור באמצעות טבעת דבק דו-צדדית, ונטר את המכשול על ידי חזרה על שחיקת העור עם צמר גפן.
מקפלים את ספוגית כותנת האלכוהול היבשה לארבע ומניחים אותה על אלקטרודת האק"ג, ואז מדביקים את הספוגית לעור באמצעות סרט הדבקה כירורגי. להדביק את חוט אלקטרודה אק"ג לעור עד הכתף. מניחים קבוצה של חוטי פחמן קלועים מראש המורכבים משש לולאות מעל המכסה, כך שהחוטים מקבילים לחבילת האלקטרודות בחלק העליון של הראש.
השתמש בסרט כירורגי כדי לאבטח את הלולאות סביב האלקטרודות כך שהלולאות מכסות את הראש עם כל לולאה המכסה כמעט שטח שווה. עוטפים את ראשו של הנבדק בתחבושת אלסטית מעל כובע ה- EEG ולולאות הפחמן, ומוודאים שהתחבושת מכסה את כל האלקטרודות ואינה הדוקה מדי. שאל אם הנושא מרגיש לחץ לא נוח על הראש בעת החלת התחבושת.
לרכישת מדינה נחה, הנחו את הנושא להחיל אוזניות תואמות MRI. השתמש באוזניות או באוזניות לרכישה מבוססת משימות, וודא שהנושא יכול לשמוע דרך שני צידי האוזניות או האוזניות. הניחו כרית קצף זיכרון שטוח תואמת MRI במחצית התחתונה של סליל הראש לפני שתבקשו מהנושא לשכב ולהניח את הראש ב סליל.
ואז למקם את האלקטרודה וחבילות חוט פחמן ישר דרך הפתח העליון של סליל הראש. הוסף כריות קצף זיכרון לחלק העליון של הראש, המצח, ואזור הזמן, מילוי כל החללים שנותרו בתוך סליל הראש, תוך לא דחיסת הראש של הנושא בחוזקה רבה מדי. מניחים את החצי העליון של סליל הראש וסוגרים את סליל, מוודאים שהכריות לא לוחצות את הראש.
מניחים כרית קצף זיכרון בצורת חצי צילינדר בחלק האחורי של הצוואר, כך חוט אלקטרודה אק"ג הוא תקוע היטב בין הכרית והצוואר. לאחר הנחת כל כריות קצף הזיכרון, לבדוק כי הנושא עדיין יכול לשמוע דרך שני הצדדים של האוזניות או האוזניות. הנח את המראה והנחה את הנושא להתאים את המראה ברגע שראשו של הנבדק נמצא במרכז האיזו-סנטר של ה- MRI.
לאחר חיבור אלקטרודות ה- EEG וה- ECG למגבר ה- EEG, ולולאות חוט הפחמן למגבר הדו קוטבי הממוקם בחלק האחורי של ה- MRI נשא, חברו את המגברים למחשב ההקלטה באמצעות סיבים אופטיים. לאחר מכן הפעל את המגפים ובדוק כי העכבה של כל האלקטרודות עדיין נמוכה. מסדרים את כל החוטים בין השקע של הפתיחה העליונה של סליל הראש לבין המגפים כך שהם ממוקמים ישר ובמרכז MRI משעמם.
מקם לולאת חוט פחמן אחת סביב כבל הסרט, עובר מתיבת המחברים אלקטרודות EEG ו- ECG למגבר. לשתק את החוטים על ידי כריך כולם עם MR בטוח ולא פרומגנטי שקי חול בין שקע של הפתיחה העליונה של סליל הראש ואת המגפים. מניחים שקי חול על המגפים וממקמים את המגפים מחוץ לשעמום של המגנט, באמצעות כבלים שסופקו על ידי היצרן.
תקשר עם הנושא מחדר הקונסולה כדי לאשר שהנושא יכול לשמוע את המפעיל ולהורות לנושא לא לזוז במהלך רכישת הנתונים. התחל את הקלטת ה- EEG לפני תחילת רכישת fMRI. בדוק אם סמנים מהגורם המפעיל של הסורק ואמצעי האחסון מוצגים מעת לעת בהקלטת ה- EEG המקוונת.
אותות EEG מייצגים שהתקבלו מנושאים שהשתתפו במחקר הנוירו-קוגניטיבי ובמחקר האפילפסיה באמצעות פרוטוקול זה מוצגים כאן. אותות ה- EEG שנרכשו משני המחקרים היו דומים לפני העיבוד. אותות EEG הנובעים משני המחקרים היו באיכות ניתנת לניתוח ללא זיהום גלוי של ממצאי אק"ג, כפי שניתן לראות כאן.
פעילויות אפילפטיות נראו בבירור על EEG במהלך המחקר אפילפסיה. על EEG שנרכש במהלך המחקר neurocognitive, מצמוץ, תנועת עיניים, וחפצים שרירים נראו, במיוחד מוביל חזיתי FP1 ו- FP2 לאחר הסרת חפץ. שום חפץ שמקורו בתנודות מכונות לא נראה באותות EEG לאחר עיבוד שנרכשו במהלך שני המחקרים.
יתר על כן, אלקטרודות EEG לא לגרום חפצים גלויים על תמונות MR שנרכשו בו זמנית. בעת ניסיון פרוטוקול זה, לשתק את ראש הנושא, החוטים, ואת הכבלים כדי להפחית כראוי תנודות מכניות. פרוטוקול זה משמש כעת לפרויקט מדעי המוח שלנו הדורש זיהוי ניסוי יחיד ERP.
זה סולל את הדרך לשימוש בו זמנית EEG-MRI במחקר ממשק מחשב המוח לא פולשני.
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול לרכישת נתוני אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) באיכות גבוהה במהלך EEG ובדיקת תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI) בו זמנית. הפרוטוקול מדגיש את חשיבות איכות הנתונים ומתוכנן להיות פשוט, תוך שימוש במוצרים רפואיים זמינים בקלות ליישום.
רכיבי מחקר עיקריים
תחום המדע
- מדעי המוח
- הדמיה קלינית
- אלקטרופיזיולוגיה
רקע
- מחקרים בו זמניים של EEG-fMRI חיוניים להבנת פעילות המוח.
- איכות הנתונים לעיתים קרובות מוזנחת אך חיונית לתוצאות מדויקות.
- שינויים עדינים ב-EEG חשובים במחקרים על אפילפסיה ונוירו-קוגניציה.
מטרת המחקר
- לספק פרוטוקול אמין לרכישה בו זמנית של EEG ו-fMRI.
- לשפר את איכות וניתנות הקריאה של נתוני EEG.
- לאפשר זיהוי טוב יותר של אירועי EEG.
שיטות ששימשו
- השיטה כוללת התקנה זהירה של כובעי EEG וניטור עכבה.
- האלקטרודות ממוקמות על פי נקודות ציון אנטומיות סטנדרטיות לדיוק.
- משתמשת בציוד תואם MRI להבטחת בטיחות ושלמות הנתונים.
- כוללת צעדים קריטיים כמו הכנת העור והצבת אלקטרודות.
- רכישת הנתונים מתחילה לאחר אישור עכבה נמוכה ונוחות הנבדק.
תוצאות עיקריות
- הפרוטוקול מוביל לשיפור איכות אות ה-EEG במהלך fMRI.
- ניהול עכבה יעיל מבטיח ביצועי אלקטרודות אמינים.
- מאפשר זיהוי של שינויים ב-EEG הרלוונטיים למטרות קליניות ומחקריות.
מסקנות
- מחקר זה מבסס גישה מעשית למחקרים בו זמניים באיכות גבוהה של EEG-fMRI.
- התובנות מאפשרות הבנה וניתוח טובים יותר של פעילות המוח.
- הפרוטוקול צפוי לשפר את אמינות הממצאים במחקר נוירופיזיולוגי.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
Reliable EEG data acquisition during simultaneous EEG-fMRI is critical for de-risking target validation in neuroscience drug discovery, where subtle electrophysiological changes inform mechanistic understanding of disease pathways. This protocol enhances predictive confidence by ensuring data quality and reproducibility, directly supporting early discovery decisions in target identification and pathway clarification. Its adaptability across research and clinical settings enables enterprise reuse, reducing variability in cross-functional collaborations and improving translational continuity from discovery to preclinical validation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through high-fidelity EEG signal acquisition during simultaneous fMRI, clarifying neuronal activity patterns linked to disease mechanisms.
- Operational Value: Standardizes electrode placement and impedance monitoring, reducing technical variability and improving data reliability across studies.
- Predictive Value: Supports detection of subtle EEG changes in epilepsy and neurocognitive models, aiding in biomarker alignment and mechanistic de-risking of targets.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems (human subjects) for downstream workflows by ensuring EEG data quality, enabling reliable compound evaluation in neurocognitive and epileptic models.
- Operational Value: Utilizes readily available medical products and standardized procedures, promoting assay standardization, scalability, and platform reuse across sites.
- Predictive Value: Facilitates identification of subtle EEG events in single-trial ERPs, improving screening readiness for compounds targeting neural network dysfunction.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports translational biomarker alignment by providing analyzable EEG data correlated with hemodynamic responses, bridging discovery and preclinical validation.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical work by minimizing artifacts (e.g., ECG, muscle) that could confound interpretation across study phases.
- Predictive Value: Enhances risk-adjusted advancement decisions by delivering clean EEG signals free from machinery vibrations and electrode bridging, increasing confidence in target engagement readouts.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from Early Discovery through Lead Identification to Preclinical work, supporting hypothesis testing, pathway clarification, and biological de-risking where EEG-fMRI provides complementary temporal and spatial resolution for target validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling accurate measurement of neuronal electrographic events during fMRI, clarifying pathway involvement in disease models.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible EEG data acquisition, with low impedance thresholds (<20 kΩ) ensuring signal quality for compound screening in neurocognitive and epilepsy models.
- Analytics: Provides quantitative dependent variable measurements (EEG signal amplitude, artifact-free epochs) that enable comparison of conditions and target modulation effects.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical continuity by yielding EEG data suitable for correlation with BOLD responses, supporting biomarker validation in disease-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Framed as a reusable capability due to its simplicity, use of standard medical products, and adaptability across EEG-fMRI applications, reducing implementation burden.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation, reduction of mechanistic ambiguity through clean EEG signal acquisition.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability via protocol-driven electrode preparation and wire immobilization.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk by ensuring data reliability early in discovery.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on high-quality, analyzable EEG data from simultaneous EEG-fMRI studies.
Implementation Considerations
- Required scientific expertise in EEG electrode placement, impedance monitoring, and MRI safety protocols.
- Instrumentation needs include MRI-compatible EEG/bipolar amplifiers, optic fiber connectors, and non-ferromagnetic sandbags for wire immobilization.
- Cross-team standardization requires training on head circumference measurement, cap sizing, and abrasive gel application to maintain electrode-skin interface quality.
- Adaptation considerations include adjusting pillow placement and headset selection for resting state vs. task-based acquisitions while maintaining coil integrity.
- Practical limitations include the need to avoid excessive gel application to prevent electrode bridging and ensure subject comfort during prolonged supine positioning.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:58
Preparation of the Experimental Setup and Application of the EEG Cap and ECG Electrode
4:29
Applying the Carbon Wire Loop and Securing the Cap and the Carbon Wire Loops
5:16
Placing the Subject in the MR Scanner
7:31
Configuration of Wires and Amplifiers with EEG-fMRI Data Acquisition
8:57
Results: EEG Signals from Subjects Who Participated in Neurocognitive and Epilepsy Studies
10:16
Conclusion
