Migliori prassi attuale per ottenere dati di alta qualità durante l'EEG fMRI simultanea

L'obiettivo generale di questa procedura è configurare un sistema EEG compatibile con la risonanza magnetica all'interno di uno scanner MRI per l'acquisizione simultanea di dati EEG e fMRI di alta qualità. Questo si ottiene innanzitutto impostando correttamente i filtri EEG, la frequenza di campionamento e la sincronizzazione. Il passo successivo consiste nel verificare che vi siano buoni contatti tra gli elettrodi EEG e il cuoio capelluto del soggetto.

Il terzo passaggio consiste nel posizionare correttamente l'apparecchiatura EEG intorno allo scanner MRI. L'ultimo passaggio prevede il posizionamento ottimale del soggetto all'interno dello scanner MR per l'acquisizione standard di dati E-E-G-F-M-R-I mediante apparecchiature disponibili in commercio. Questa procedura garantisce che gli artefatti nei dati EEG siano ridotti al minimo e campionati in modo ottimale, consentendo così una rimozione massima degli artefatti tramite metodi di post-elaborazione.

Il principale vantaggio della combinazione dell'acquisizione di dati EEG e FMI negli esperimenti E-E-G-F-M-I è che questo approccio consente il monitoraggio simultaneo dei segnali elettrici e emodinamici provenienti dal cervello umano. Glen Spencer, uno studente di dottorato del mio laboratorio, mi aiuterà a dimostrare questo esperimento prima dell'arrivo del soggetto. Configurare l'equipaggiamento EEG nella stanza di controllo dove si troverà l'operatore della macchina.

Collegare il computer portatile all'EEG e accendere il computer, che registrerà i dati dell'EEG e aprirà il brain vision recorder. Assicurarsi che l'area di lavoro per la registrazione dei dati sia impostata alla risoluzione temporale più alta disponibile. Successivamente, impostare i filtri.

L'accoppiamento in alternata con una banda di filtro compresa tra 0,016 e 250 hertz è generalmente ottimale. Configurare il computer per lo stimolo. Questo studio utilizza stimoli visivi.

I marker vengono acquisiti dal registratore Brain Vision all'inizio e alla fine di ogni periodo di stimolazione. A questo punto, verificare che gli orologi di EEG e della risonanza magnetica siano sincronizzati. Innanzitutto, attivare la sincronizzazione tra gli orologi della risonanza magnetica e dell'EEG utilizzando il pannello di controllo del software.

Quindi verificare la sincronizzazione per accertarne la correttezza. Apparirà l'icona del punto verde e il marker di sincronizzazione. Successivamente, configurare lo scanner RM.

In questo caso, si utilizzano una bobina trasmettitrice RF per il corpo e una bobina ricevente RF per la testa con 32 canali. Quando possibile, è preferibile utilizzare una bobina trasmettitrice di dimensioni adatte alla testa, poiché ciò riduce al minimo il rischio di riscaldamento RF del capo EEG e dei relativi cavi. È utile disporre di una porta di accesso sulla bobina per la testa.

Permette ai cavi del casco EEG di percorrere un tragitto rettilineo dallo scanner. Ora, verificare le sequenze. La sequenza FMRI deve utilizzare un tempo di ripetizione delle sezioni (TR) che sia un multiplo di 200 microsecondi, ovvero il periodo dell'orologio EEG.

Infine, effettuare un ultimo controllo. L'apparecchiatura alta sta registrando come previsto. Spiegare innanzitutto al soggetto lo scopo dell'esperimento e ciò che accadrà.

Successivamente, misurare la circonferenza della testa del soggetto per determinare la misura del casco. Posizionare il casco sulla testa, partendo dalla parte anteriore della testa e tirando verso la parte posteriore. Posizionare correttamente il casco.

L'elettrodo CZ deve trovarsi direttamente tra la nasione e il nian e deve essere anche centrato sull'asse sinistra-destra. Ora collegare gli elettrodi alla testa. Innanzitutto, spostare i capelli. Quindi applicare alcol seguito dal gel leggero ABRY per stabilire il collegamento elettrico tra l'elettrodo e la testa.

Quindi applicare un elettrodo ECG alla base della schiena utilizzando un metodo simile a quello impiegato per gli elettrodi del cap. Questo elettrodo misura il battito cardiaco con gli elettrodi applicati. Regolare i contatti per ridurre le loro impedenze a meno di 10 chiloohm.

Questo esclude la resistenza dei resistori interni in ciascun elettrodo. Infine, controllare i dati per verificare che la qualità dei dati EEG sia soddisfacente. Chiedere al soggetto di sedersi mentre si prepara l'apparecchiatura EEG nella stanza dello scanner RM.

Quindi portare l'amplificatore nella stanza schermata e posizionarlo su un tavolo sul retro dello scanner. Collegare l'amplificatore a un cavo in fibra ottica lungo. Far passare il cavo in fibra ottica attraverso la guida d'onda e collegarlo all'adattatore USB brain AMP nella stanza di controllo.

Ora, accompagnare il soggetto nella stanza e chiedergli di sedersi sul lettino della scanner. Fornire al soggetto tappi per le orecchie, cuffie e il pulsante di chiamata. Assicurarsi quindi con certezza che il soggetto sia comodo.

Ora imbottire la testa del soggetto per ridurre al minimo i movimenti. Posizionare la bobina sulla testa del soggetto. I cavi dell'EEG devono uscire dalla bobina lungo il percorso più breve disponibile.

Quindi spostare il soggetto all'interno del foro dello scanner. Assicurarsi che gli elettrodi FP uno e FP due siano centrati rispetto al punto ISO dello scanner MR lungo l'asse Z. A questo punto collegare il casco EEG all'amplificatore situato sul retro dello scanner.

Non devono essere presenti loop di filo nei cavi dell'EEG. È necessario isolare al massimo i cavi dell'EEG dalle vibrazioni dello scanner MR in questo punto. Questo viene effettuato utilizzando una trave a mensola.

Gli amplificatori possono anche essere posizionati direttamente sulla scheda dello scanner, come mostrato qui. In questo caso, è importante utilizzare i cavi a nastro più corti disponibili. Assicurarsi che cavi e amplificatori siano isolati dalle vibrazioni e che il sistema sia centrato rispetto all'asse impostato.

Parlare con il soggetto dalla stanza della console per confermare che riesca a sentire l'operatore della scanner e che si senta bene. Un secondo sperimentatore deve monitorare l'EEG verificando la presenza di canali rumorosi nei tracciati, nonché la presenza del collegamento a terra verde in basso sullo schermo.

Ora, spegnere le pompe criogeniche per interrompere l'effetto dannoso delle pompe criogeniche sulla qualità della registrazione. Successivamente, chiedere al soggetto di muovere leggermente la testa. L'importanza di mantenere ferma la testa può essere osservata dalle elevate tensioni registrate nell'EEG che derivano da piccoli movimenti della testa.

Quindi verificare la registrazione dell'attività neuronale chiedendo al soggetto di aprire e chiudere gli occhi. L'attività alfa occipitale dovrebbe essere misurata al di sopra del livello di rumore. L'artefatto del polso è chiaramente visibile nei dati grezzi, in particolare sugli elettrodi posizionati sulle tempie.

Utilizzare il tracciato ECG per correggere questo artefatto in tempo reale mediante rec view. Una volta ottimizzata la qualità dei dati e quando il soggetto è pronto, avviare le scansioni preparatorie della risonanza magnetica e pianificare il posizionamento delle sezioni per la fMRI. Non appena inizia ciascuna scansione MRI, i gradienti provocheranno ampi artefatti nell'EEG.

Quando l'esperimento di FMRI è pronto per iniziare, iniziare a salvare i dati provenienti dall'EEG. Ora, avviare l'esperimento. Assicurarsi che i marker della presentazione dello stimolo e dello scanner RM siano visibili nel registratore Brain Vision.

La qualità dell'EEG apparirà molto scadente, ma può essere migliorata in rec view o durante l'elaborazione successiva. Per prima cosa, correggere l'artefatto di gradiente effettuato qui in rec view prima di rimuovere l'artefatto del polso. Una volta rimosso l'artefatto di gradiente.

Procedere con la correzione dell'artefatto di impulso. Questa è una qualità del segnale che ci si aspetta in assenza di correzione degli artefatti. È evidente che qualsiasi attività neuronale risulta oscurata.

L'artefatto del gradiente si verifica a frequenze distinte che sono armoniche della frequenza di acquisizione delle sezioni nella sequenza FMRI, estendendosi su tutto l'intervallo di frequenza della registrazione. Una volta rimosso l'artefatto del gradiente, emerge l'artefatto del polso. Questo artefatto presenta una notevole variabilità spaziale e, in particolare, il canale oz, uno dei canali di interesse per questo esperimento visivo, mostra un artefatto del polso particolarmente intenso.

Questo artefatto ha una frequenza inferiore rispetto all'artefatto del gradiente ed è associato all'attività cardiaca. In questi dati, l'artefatto del polso è stato corretto mediante sottrazione media dell'artefatto nell'analizzatore due e i picchi R dell'onda cardiaca sono stati rilevati dal tracciato ECG. I segnali residui sono molto più piccoli e rivelano i segnali neuronali.

Ora segmentare i dati in base alla presentazione dello stimolo per l'analisi, il metodo più semplice essendo i grafici della risposta evocata media per ogni canale. Queste risposte evocate per i canali oh uno e oh due sono ciascuna medie calcolate su 300 stimoli. Una mappa topografica per il P uno 20 è riportata a destra; l'analisi delle risposte evocate mediate su blocchi di 32 stimoli, misurati dal canale oh uno, rivela una variazione naturale e imprevedibile delle risposte.

Questa variante può essere utilizzata per analizzare le correlazioni tra registrazioni simultanee di risposte BOLD e risposte EEG. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una chiara comprensione delle migliori pratiche attuali per ottenere dati EEG di alta qualità con FMRI simultanea, utilizzando apparecchiature commercialmente disponibili, una volta effettuate le misurazioni con il sistema descritto in questo video. Possono quindi essere applicati ulteriori metodi di analisi ai dati EEG e FMRI al fine di identificare le caratteristiche spaziotemporali dei segnali elettrici e emodinamici provenienti dal cervello umano.