同時MEGおよびEEGとの機能的マッピング
June 14th, 2010
我々は単純な感覚刺激の処理に関わる脳の領域をマップするために脳磁図（MEG）と脳波を脳波（EEG）を使用します。
こんにちは、私はマサチューセッツ総合病院のマルティーノセンターのマーカムです。こんにちは、同じくマルティーノセンターのハン・リュウです。今日は、聴覚体性感覚を使用してMECおよびECデータを収集および分析するためのプロトコルを紹介します。
そして、これは主要な感覚COIを見つけるために刺激されました。私たちの研究室では、この手順を使用して、健康なボランティアと手術の候補であるAPてんかん患者の両方を研究しています。それでは始めましょう。
まず、MEGシステムのチューニングを確認します。すべてのチャンネルが適切に調整されていること、および平均ノイズレベルがPlanoグラディオメーターチャンネルで3フェムトテスラ/センチメートル未満、磁力計チャンネルで3フェムトテスラを下回っていることを確認してください。次に、空の部屋のデータの一部を5分間収集して、バックグラウンドノイズの推定値を取得します。
次に、実験中に被験者に提示される体性感覚の聴覚および視覚刺激を設定します。これは、刺激コンピューター、シールドルームの外に設置されたプロジェクター、および体性感覚電気刺激装置によって実現されます。実験の準備としては、まず磁性体がないことを確認した上で、遮蔽室に持ち込んでMEGデータを取得し、磁気アーチファクトの兆候がないことを確認します。
被験者にアーティファクトがなくなったので、EEGキャップを被験者の頭に置き、各電極に導電性ゲルを注入します。キャップを所定の位置にして準備ができたら、EOG電極と参照電極を取り付け、EEGと他のすべての電極のインピーダンスが10キロルーム未満であることを確認します。次に、ヘッドポジションインジケーターまたはHPIコイルを配置して、MEGセンサーアレイで覆われた領域の下にあり、互いに離れるように配置します。
次に、受託者ランドマーク、HPIコイル、EEG電極、頭の形状をデジタル化します。この手順は、3Dデジタイザーデバイスを使用してMEGシステムを含む磁気シールドされた部屋の外で行われます。最後に、被写体をスキャナーに入れます。
準備が終わったら、いよいよデータ取得を始めましょう。まず、体性感覚正中神経刺激のための刺激コンピューターで刺激プロトコルを設定します。被験者の左右の手首に刺激電極を取り付け、聴覚刺激の運動閾値を超えるレベルで刺激強度を徐々に増やします。
イヤホンを被験者の耳に装着し、視覚的な刺激に適した音量になっているか確認してください。バックプロジェクションスクリーンを被写体の前に置き、刺激が正しく提示されていることを確認します。次に、生データディスプレイでデータの取得を開始します。
すべてのチャネルが正常に機能しており、アーティファクトが含まれていないことを確認します。被験者に刺激を提示し、生データをオンライン平均で保存します。データ解析では、解剖学的MRIデータを使用して組織コンパートメントの形状を決定し、フォワードモデリングを行い、M-E-E-G-E-E-Gデータを皮質表面に拘束します。
現在の双極子モデルと、分散皮質に制約された最小ノルム ソリューションの両方を使用します。脳の領域を特定し、刺激に反応します。先ほど、視覚、聴覚、およびその他の感覚tiに応答してEGおよびEGデータを収集および分析する方法を示しました。
これらのデータを分析して、主要な感覚コルシスを特定する方法を示しました。というわけで、これだけです。ご覧いただきありがとうございます、そしてあなたの実験に幸運を祈ります。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
概要
この研究では、磁気脳図（MEG）と脳電図（EEG）を用いて、単純な感覚刺激の処理に関与する脳領域を調査します。健常者とてんかん患者の両方における感覚処理の理解を深めることを目的としています。
主要な研究要素
科学分野
- 神経科学
- 電気生理学
- 脳イメージング
背景
- 磁気脳図（MEG）と脳電図（EEG）は非侵襲的な技術です。
- これらの方法により、脳活動をリアルタイムでモニタリングできます。
- 感覚処理の理解は、基礎神経科学と臨床応用の両方にとって重要です。
- 研究対象には健常者ボランティアとてんかん患者が含まれます。
研究目的
- 感覚処理に関与する脳領域をマッピングすること。
- 主要な感覚中枢（COI）を特定すること。
- 感覚知覚の神経メカニズムについての洞察を提供すること。
使用方法
- MEGとEEGデータの収集。
- 聴覚および体性感覚刺激プロトコル。
- 感覚刺激に対する脳活動の分析。
- 健常者とてんかん患者のデータ比較。
主要な結果
- 感覚刺激によって活性化される特定の脳領域の特定。
- 健常者とてんかん患者の間の感覚処理の違い。
- 脳における感覚処理の機能的組織化についての洞察。
- てんかんの外科的候補者への潜在的影響。
結論
- MEGとEEGは感覚処理を研究するための効果的なツールです。
- 研究結果は、健康と疾患における脳機能の理解に貢献します。
- さらなる研究により、てんかん治療の臨床アプローチが強化される可能性があります。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Functional brain mapping using combined MEG/EEG enables precise localization of sensory processing networks, supporting target validation in neuropsychiatric drug discovery. This approach provides quantitative, reproducible neural readouts that enhance predictive confidence in early-stage mechanistic de-risking. The method supports translational continuity from basic neuroscience to preclinical models of sensory dysfunction.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by mapping cortical responses to sensory stimuli.
- Operational Value: Supports biological de-risking through objective, quantifiable neural activation patterns.
- Predictive Value: Clarifies pathway engagement and functional target validation in disease-relevant neural circuits.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated neural systems for downstream compound screening by establishing baseline evoked-response profiles.
- Operational Value: Ensures assay standardization and reproducibility through quality-controlled MEG/EEG acquisition protocols.
- Scalability: Facilitates platform reuse across sensory modalities (somatosensory, auditory, visual) for multiplexed target assessment.
Translational & Preclinical Research
- Translational Value: Provides disease-relevant system alignment by mapping sensory cortices in both healthy and epileptic models.
- Mechanistic De-risking: Enables risk-adjusted advancement decisions via cortical source localization using MRI-constrained minimum-norm estimates.
- Predictive Confidence: Supports biomarker alignment through spatiotemporal dynamics of evoked responses to sensory challenges.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing functional validation of sensory targets prior to compound screening and lead optimization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification through stimulus-evoked cortical activation mapping.
- Screening: Enables assay readiness via standardized evoked-response acquisition and online averaging of MEG/EEG data.
- Analytics: Delivers quantitative neural readouts through equivalent current dipole modeling and cortically-constrained minimum-norm estimation.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical continuity by localizing sensory cortices in epilepsy models using anatomical MRI for forward modeling.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable neuroimaging platform for cross-functional teams studying sensory processing disorders.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in sensory pathways.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization through strict QA procedures, noise floor monitoring, and electrode impedance controls.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing objective neural biomarkers of target engagement.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on dose-responsive modulation of sensory-evoked potentials.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurophysiology, MEG/EEG acquisition, and inverse modeling techniques.
- Depends on magnetically shielded rooms, 3D digitization systems, and MRI-compatible stimulus delivery hardware.
- Necessitates cross-team standardization of stimulus protocols, artifact rejection criteria, and source localization pipelines.
- Involves adaptation considerations across species and disease models when translating from human epilepsy models to preclinical systems.
- Limited by the need for subject cooperation and artifact-free data collection, particularly in clinical populations with movement or cognitive impairments.
