차동열 감각에 대한 집중주의 제안 중 동시 fMRI/EEG 데이터 수집 방법
2014년 1월 5일
EEG/fMRI 데이터의 동시 수집을 위한 프로토콜을 제시하고, MR 클럭 신호 기록을 동기화합니다. 우리는 피험자가 스캔 하는 동안 '콜드 글러브'지침을 수신 하는 독특한 패러다임을 사용 하 여이 방법을 설명 하 고 EEG/fMRI 데이터는 최면 유도 전후 모두 손 온도 측정과 함께 기록 됩니다.
안녕하세요, 저는 UCLA Semi Institute의 박사후 연구원이자 면허 최면술사인 Pamela Douglas입니다. 다음 프레젠테이션에서는 E-E-G-F-M-R-I 데이터를 동시에 수집하는 방법과 차동 온도 측정을 위한 MR 호환 장치를 시연합니다. 우리는 여기에서 콜드 글러브 실험이라고 하는 독특한 패러다임을 사용하여 이 방법을 제시하고 최면 유도 전후의 데이터를 기록합니다.
먼저 E-E-G-F-M-R-I 데이터와 손 온도 측정값을 동시에 수집하는 한편, 피험자는 MRI 호환 헤드폰을 통해 왼손이 점점 차가워지고 있다고 상상하도록 지시하는 오디오 테이프를 듣습니다. 그런 다음 최면 유도 중에 단일 양식 EEG 데이터가 기록됩니다. 동시 E-E-G-F-M-R-I 콜드 글러브 데이터는 최면 유도 후 다시 한 번 기록되며 MR 호환 차동 온도 측정 장치를 사용하여 실험 전반에 걸쳐 손 온도 측정이 기록됩니다.
궁극적으로, E-E-G-F-M-R-I 데이터 수집을 위한 우리의 방법은 높은 시간 및 공간 해상도의 다중 모드 데이터를 비침습적으로 제공함으로써 여러 실험 패러다임에서 유용할 수 있습니다. 중요한 것은 뇌 신호 처리의 비정지 측면으로 인해 동시 기록이 직렬 데이터 수집보다 매우 유리하다는 것입니다. 안녕하세요, 저는 UCLA(Semial Institute for Neuroscience and Human Behavior)의 Staglin Center for Cognitive Neuroscience의 기술 책임자인 Mark Cohen입니다.
이 비디오에서는 최면 상태에서 정량적으로 변경되는 ELECTROENCEPHALOGRAPHIC 또는 EEG 데이터, 기능적 자기 공명 이미지 및 손 온도 측정을 동시에 기록하는 방법을 보여줍니다. 우리는 이러한 측정을 위한 특수 기술을 개발하고 활용했으며, 실험 프로토콜을 수용하기 위해 특별히 고안된 최면 유도 절차와 결합했습니다. EEG와 FMRI를 동시에 수집하는 것은 각 장치가 다른 장치에 인공물을 생성하기 때문에 특히 어렵습니다.
EEG에 대한 MRI 효과는 이미징 시스템의 RF 부분이 최대 수백 볼트의 신호를 사용하는 반면 기울기는 초당 45테슬라 이상에서 시간에 따라 변하는 자기장을 부과하기 때문에 특히 까다롭습니다. 동시에 두피의 작은 EEG 신호는 몇 마이크로볼트에 불과합니다. MRI에서 온도를 측정하는 것조차도 장애물이 있습니다.
전자 장치를 통해 이동하는 기생 무선 주파수 전류는 선험적으로 안전에 대한 우려이며 디지털 온도 기록 장치에서 방출되는 낮은 수준의 방출은 MR 이미지를 오염시킬 수 있습니다. EEG 증폭기는 이미징 자석에 매우 근접하게 작동하도록 전기 측지선에 의해 특별히 설계되었습니다. AMP의 거의 모든 강자성 구성 요소가 제거된 다음 필드 절연 봉쇄 시스템 또는 수정 장치에 포함되었습니다.
같은 회사의 표준 EEG AMP와 크기를 비교하여 수정 인클로저에 대한 감각을 얻을 수 있습니다. 각 EEG 입력은 배터리로 구동되는 증폭기에 대한 무선 주파수 에너지의 결합을 제외하기 위해 전기적으로 필터링됩니다. EEG와 FMRI를 함께 수집하려면 두 기기의 타이밍을 나노초 정밀도로 정렬해야 합니다.
그러나 차폐를 유지하기 위해 유선 전기 신호를 스캔실 안팎으로 운반해서는 안 됩니다. 이를 보장하기 위해 Electrical Geodesics의 엔지니어들은 타이밍 신호와 디지털화된 데이터가 모두 이 포트를 통해 광섬유를 통해 전달되도록 동시 E-E-G-F-M-R-I 시스템을 구축했습니다. 최면 유도는 최면 치료사의 간단한 인터뷰로 시작됩니다.
팔 올리기 기법으로 알려진 idio motor suggestion은 최면 유도 과정에 사용됩니다. EEG 데이터는 2 56 채널 MRI와 호환되어 기록됩니다. 전극의 GEODESIC 센서 네트 임피던스 레벨은 실험 전반에 걸쳐 약 20분 간격으로 모니터링해야 합니다.
그런 다음 최면 감수성 양식 C의 12점 스탠포드 척도를 통해 최면 감수성을 평가합니다. 그런 다음 피험자는 동시 E-E-G-F-M-R-I 데이터 수집을 위해 MRI 스캐닝실에 들어갑니다. 최면 유도 후, 우리는 최면 콜드 글러브 제안에 따라 동시 E-E-G-F-M-R-I 동안 차등 손 온도 측정을 수집하는 장치를 개발했습니다. 이 장치는 증폭기와 디지털 디스플레이에 연결된 두 개의 L 34 온도 센서로 구성됩니다.
2개의 9볼트 배터리가 내부 전자 장치에 전원을 공급합니다. 우리가 LN 34 센서를 선택한 이유는 생리학적 범위 내에서 선형 온도 반응을 이루기 때문입니다. 구성 요소의 노니를 해결하기 위해 보정 단계를 수행했습니다.
실험 직전에 우리는 두 온도 센서를 모두 수조에 담가 장치의 영점을 결정했습니다. 실험 중, 영점에서 벗어나는 모든 것은 피험자의 손 온도 간의 차이를 나타냈다. 이렇게 기록된 온도 차이를 통해 콜드 글러브 제안의 효과를 정량화할 수 있었고, 손가락 끝에서 손가락 속으로, 손으로, 손목 속으로 완전히 잠겨 있는 것을 시각화하고 상상해 보시기 바랍니다.
왼손 아래는 얼음물에 완전히 잠겨 있습니다. 여러분이 계속해서 시각화하고, 상상하고, 여러분의 왼손이 완전히 차갑고 무감각하며, 무감각하고 차가워지고, 손에는 전혀 감각이 없다는 놀라운 감각을 만들어보세요. 더 많이 느끼려고 할수록 감각이 줄어들고 오른손은 계속 따뜻해집니다.
왼손이 계속 얼음처럼 차가워지면서 손이 파랗게 변하는 것과 같습니다. 당신은 그것이 할 수 있다고 믿을 수도 있지만, 그것은 손끝에서 손가락, 손목에 이르기까지 그것을 하고 있습니다. 우리는 보이지 않는 인지 과정의 전기생리학적, 운동적, 신경혈관 연관성을 밝히기 위해 다중 모드 기록 방법을 제시했습니다.
FMRI 또는 EEG 수집 및 격리를 위한 확립된 수단과 달리, 결합된 방법은 초고밀도 256 채널 EEG와 결합된 Quint라는 두 뇌 신호 사이의 연결을 노출할 수 있습니다. 신호를 공동으로 국소화하고 자기 공명 연구에서 변경된 혈류 영역으로 나타나는 전기 소스에 대해 합리적인 추론을 도출하는 것이 가능합니다.
개요
이 기사는 EEG와 fMRI 데이터의 동시 수집을 위한 새로운 프로토콜을 제시하고, 동기화된 MR 클럭 신호 기록과 함께 소개합니다. 이 방법은 최면 유도 중에 피험자의 손에 온도 변화를 경험하는 콜드 글러브 실험으로 알려진 독특한 패러다임을 통해 입증됩니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 전기생리학
- 기능적 영상
배경
- 장치 아티팩트로 인해 동시 EEG 및 fMRI 데이터 수집이 어렵습니다.
- 최면은 생리적 반응을 변화시킬 수 있어 귀중한 실험 패러다임입니다.
- 차동 온도계는 인지 과정에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.
- 기존 방법은 일반적으로 EEG 또는 fMRI를 분리하여 멀티모달 데이터 분석을 제한합니다.
연구 목적
- 동시 EEG 및 fMRI 데이터 수집 방법을 개발합니다.
- 최면 유도가 손의 온도 지각에 미치는 영향을 탐구합니다.
- 멀티모달 데이터를 통해 인지 과정에 대한 이해를 향상시킵니다.
사용된 방법
- 특수 장비를 사용한 동시 EEG 및 fMRI 데이터 수집.
- 최면 유도 중 콜드 글러브 패러다임의 구현.
- 온도 측정을 위한 MR 호환 차동 온도계 사용.
- 정확한 판독을 보장하기 위한 온도 센서 보정.
주요 결과
- 뇌 및 생리학적 반응을 보여주는 멀티모달 데이터의 성공적인 수집.
- 동시 EEG 및 fMRI 녹음의 타당성을 입증했습니다.
- 최면 제안이 손의 온도에 미치는 영향을 정량화했습니다.
- 이 방법이 인지 과정과 생리학적 변화 사이의 연계를 드러낼 수 있음을 보였습니다.
결론
- 개발된 방법은 고해상도의 비침습적 데이터 수집을 가능하게 합니다.
- 동시 녹음은 전통적인 직렬 데이터 수집에 비해 장점이 있습니다.
- 이 접근 방식은 신경과학의 다양한 실험 패러다임에 적용할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
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.
