差動熱感覚に対する注目の注意提案時における同時fMRI/EEGデータ収集の方法
January 5th, 2014
EEG/fMRIデータの同時収集と同期されたMRクロック信号記録のためのプロトコルを提示します。スキャン中に被験者が「コールドグローブ」命令を受け、催眠誘導の前後の両方でEEG/fMRIデータを手の温度測定と共に記録する独自のパラダイムを用いて、この方法を実証します。
こんにちは、私はパメラ・ダグラス、UCLAセミインスティテュートのポスドク研究員であり、認可された催眠術師です。次のプレゼンテーションでは、E-E-G-F-M-R-Iデータの同時収集方法と、差動温度計用のMR互換デバイスを示します。ここではコールドグローブ実験と呼ばれる独自のパラダイムを使用してこの方法を提示し、催眠誘導の前後にデータを記録します。
まず、E-E-G-F-M-R-Iのデータと手の温度の同時測定値を収集し、被験者はMRI対応のヘッドフォンでオーディオテープを聴き、左手が冷たくなっていることを想像するように指示します。これは、コールドグローブパラダイムとも呼ばれています。その後、単一モダリティの脳波データは、催眠誘導中に記録されます。催眠誘導後、同時のE-E-G-F-M-R-Iコールドグローブデータが再度記録され、MR互換の差動温度測定装置を使用して実験全体を通して手の温度測定が記録されます。
最終的に、E-E-G-F-M-R-Iデータ収集の方法は、高い時間的および空間的解像度を持つマルチモーダルデータを非侵襲的に提供することにより、多くの実験パラダイムに役立つ可能性があります。重要なことは、脳信号処理の非定常的な側面により、同時録音はシリアルデータ収集よりも非常に有利になるということです。こんにちは、私はマーク・コーエン、UCLAのStaglin Center for Cognitive Neuroscience、Semial Institute for Neuroscience and Human Behaviorのテクニカルディレクターです。
このビデオでは、催眠下で定量的に変化する脳波データや脳波データ、機能的磁気共鳴画像、手の温度測定を同時に記録する方法を紹介します。私たちは、これらの測定のための専門技術を開発し、利用し、実験プロトコルに特化して設計された催眠誘導手順と組み合わせました。EEGとFMRIの同時収集は、各デバイスが他方にアーティファクトを生成するため、特に困難です。
脳波に対するMRIの影響は、イメージングシステムのRF部分が最大数百ボルトの信号を利用し、勾配によって毎秒45テスラ以上の時間変動磁場が課せられるため、特に困難です。同時に、頭皮の小さな脳波信号はわずか数マイクロボルトです。MRIで温度を測定するだけでも、障害があります。
電子機器を流れる寄生無線周波数電流は、先験的に安全上の懸念事項であり、デジタル温度記録デバイスからの低レベルの放射はMR画像を汚染する可能性があります。EEGアンプは、イメージングマグネットに非常に近接して動作するように、電気測地線によって特別に設計されています。AMPの強磁性部品のほぼ全てが取り除かれ、その後、フィールド隔離封じ込めシステムまたは固定具に封入されました。
固定筐体は、同じ会社の標準的なEEG AMPとサイズを比較することで、その感覚をつかむことができます。各EEG入力は電気的にフィルタリングされており、無線周波数エネルギーがバッテリー駆動のアンプに結合するのを防ぎます。EEGとFMRIを一緒に収集するには、両方の機器のタイミングをナノ秒の精度で揃える必要があります。
ただし、シールドを維持するために、有線の電気信号をスキャンルームに持ち出さないでください。これを確実にするために、電気測地線のエンジニアは、タイミング信号とデジタル化されたデータの両方がこれらのポートを介して光ファイバーを介して伝送されるように、同時E-E-G-F-M-R-Iシステムを構築しました。催眠誘導は、催眠療法士による簡単なインタビューから始まります。
その後、アームレイジングテクニックとして知られるイディオモーターの提案が催眠誘導プロセスに使用されます。脳波データは、2 56チャンネル対応のMRIを使用して記録されます。電極内のGEODESICセンサーの正味インピーダンスレベルは、実験全体を通して約20分間隔で監視する必要があります。
催眠感受性は、その後、催眠感受性フォームC.The被験者の12ポイントスタンフォードスケールを介して評価され、同時E-E-G-F-M-R-Iデータ収集のためのMRIスキャンルームに入ります。催眠誘導に続いて、催眠コールドグローブの提案に従って、同時E-E-G-F-M-R-Iの間に手の温度測定値を差として収集する装置を開発しました。このデバイスは、アンプとデジタルディスプレイに接続された2つのL 34温度センサーで構成されています。
2つの9ボルトバッテリーが内部電子機器に電力を供給します。LN 34センサを選んだのは、生理学的範囲内で線形の温度応答が得られるためです。コンポーネント内の none に対処するために、キャリブレーション手順を実行しました。
実験の直前に、両方の温度センサーを水浴に浸すことにより、デバイスのゼロ点を決定しました。実験中、ゼロ点からの逸脱は、被験者の手の温度の違いを示しました。この記録された温度差により、コールドグローブの提案の影響を定量化することができました、そして、指先から指の中、手の中、手首の中が完全に水没しているのを見て、視覚化して想像してほしいのです。
左手の下にはすっかり氷水が沈んでいます。あなたが視覚化し、想像し、この驚くべき感覚を作り出し続けると、あなたの左手は完全に冷たく、しびれ、冷たくなっていますが、手には完全に感覚はありません。感じようとすればするほど、感覚は少なくなり、右手はどんどん温かくなっていきます。
左手が氷のように冷たくなり続けると、まるで手が青くなるかのようです。あなたはそれができるとさえ信じることができますが、それは指先から指、そして手首までそれをやっています。私たちは、他の方法では見えない認知プロセスの電気生理学的、運動的、および神経血管の関連を明らかにするためのマルチモーダル記録の方法を提示しました。
FMRIまたはEEGを収集し、分離する確立された手段とは異なり、組み合わせた方法は、超高密度256チャネルEEGと結合された2つの脳信号、Quint間のリンクを明らかにすることができます。信号を共局在化し、磁気共鳴研究で血流の変化の領域として現れる電気源について合理的な推論を引き出すことが可能です。
概要
この記事では、EEGとfMRIデータの同時収集と、同期されたMRクロック信号記録のための新しいプロトコルを提示します。この方法は、被験者が催眠誘導中に手の温度変化を経験する冷たい手袋実験として知られる独特なパラダイムを通じて実証されます。
主要な研究構成要素
科学分野
- 神経科学
- 電気生理学
- 機能的イメージング
背景
- デバイスのアーティファクトのため、EEGとfMRIの同時データ収集は困難です。
- 催眠は生理学的反応を変化させ、価値ある実験パラダイムとなります。
- 差動温度計測は認知プロセスへの洞察を提供できます。
- 既存の方法は通常EEGかfMRIを分離し、マルチモーダルデータ分析を制限します。
研究の目的
- 同時EEGとfMRIデータ収集の方法を開発すること。
- 手温度知覚に対する催眠誘導の影響を探ること。
- マルチモーダルデータを通じて認知プロセスの理解を深めること。
使用した方法
- 専門機器を使用したEEGとfMRIの同時データ収集。
- 催眠誘導中の冷たい手袋パラダイムの実施。
- 温度測定のためのMR対応差動温度計の使用。
- 正確な読み取りを確保するための温度センサーの校正。
主要な結果
- 脳と生理学的反応を明らかにするマルチモーダルデータの成功的な収集。
- 同時EEGとfMRI記録の実現可能性を実証。
- 手温度に対する催眠的示唆の効果を定量化。
- この方法が認知プロセスと生理学的変化の関連性を露出できることを示しました。
結論
- 開発された方法により、高解像度の非侵襲的データ収集が可能になります。
- 同時記録は従来の連続データ収集よりも利点があります。
- このアプローチは神経科学の様々な実験パラダイムに適用できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Concurrent EEG/fMRI data collection enables high-resolution, non-invasive assessment of brain activity and physiological responses, supporting mechanistic de-risking in target validation. The method provides predictive confidence by linking cognitive processes to measurable neurovascular and electrophysiological changes. This approach enhances translational continuity from discovery through preclinical research by capturing multimodal outputs under controlled experimental conditions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by measuring EEG power spectrum changes during hypnotic induction.
- Operational Value: Enables biological de-risking through simultaneous detection of hand temperature differentials and neural activity.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by quantifying physiological responses to cognitive manipulations.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows via MR-compatible differential thermometry.
- Operational Value: Ensures assay standardization and reproducibility through synchronized EEG/fMRI data collection.
- Scalability: Highlights platform reuse potential with ultra-high density 256-channel EEG and optical fiber signal transmission.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Discusses disease relevance through cognitive process modeling via the cold glove paradigm.
- Operational Value: Describes continuity from discovery through preclinical validation by capturing linked electrophysiological and motoric responses.
- Risk-Adjusted Advancement: Addresses mechanistic de-risking by exposing linkages between brain signals and physiological changes.
Pipeline & Workflow Integration
The method positions itself within the discovery continuum from hypothesis testing to lead identification by enabling multimodal data capture under controlled cognitive states.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification through concurrent EEG/fMRI and temperature measurements.
- Screening: Describes assay readiness and quantitative outputs via MR-compatible differential thermometry and synchronized data acquisition.
- Analytics: Highlights measurements and statistical outputs that help teams compare pre- and post-hypnotic induction states.
- Translational Research: Connects the method to preclinical continuity by linking cognitive suggestions to measurable physiological responses.
- Enterprise Reuse: Frames the method as a reusable capability through field isolation containment systems and optical fiber-based signal transmission.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in EEG/fMRI synchronization and hypnotic induction protocols.
- Needs instrumentation including high-density 256-channel EEG, field isolation containment system, and MR-compatible differential thermometry.
- Demands cross-team standardization for optical fiber signal transmission and nanosecond timing alignment.
- Involves adaptation considerations across model systems due to subject-specific hypnotic susceptibility.
- Practical limitations include managing RF artifacts and gradient-induced EEG noise during simultaneous acquisition.
