$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Elektro-encefalografie (EEG) meet de elektrische activiteit van de hersenen op de hoofdhuid, maar de ruwe opnames mengen signalen van veel hersen- en niet-hersenbronnen. Bronlokalisatie verwijst naar het computationeel schatten van waar in de hersenen de gemeten EEG-signalen vandaan komen, waardoor de hoofdhuidspanningen effectief worden "gemappt" naar corticale gebieden1. Deze methoden stellen onderzoekers in staat om EEG-oscillerende activiteit of gebeurtenisgerelateerde responsen te koppelen aan specifieke hersengebieden, wat de interpreteerbaarheid van EEG aanzienlijk verbetert. Het bereiken van nauwkeurige bronlokalisatie hangt van cruciaal belang af van het precies weten waar elke elektrode op de kop zit ten opzichte van de anatomie. We moeten de elektrodeposities digitaliseren om hun exacte 3D-locaties op de kop vast te leggen. Deze coördinaten worden vervolgens co-geregistreerd of uitgelijnd met het MRI-afgeleide hoofdmodel van de proefpersoon om de EEG-voor- (hoofdspanningen voorspellen) en inverse (het schatten van hersenbronnen) problemen op te lossen. Nauwkeurige plaatsing van elektroden is essentieel: zelfs kleine digitaliseringsfouten kunnen de geschatte bron met enkele centimeters of meer in de hersenen verschuiven.
Moderne EEG-bronbeeldvorming is een meerstapsproces dat anatomische en functionele informatie integreert. Het begint met elektrodedigitalisering, waarbij de precieze 3D-coördinaten van elke EEG-sensor op de hoofdhuid worden vastgelegd. Vervolgens wordt anatomische beeldvorming uitgevoerd, meestal door het opnemen van de structurele MRI van het proefpersoon; indien niet beschikbaar, kan een standaard kopmodel worden gebruikt2. De gedigitaliseerde elektrodeposities worden vervolgens co-geregistreerd met de MRI-kopgeometrie, zodat ze worden uitgelijnd met de anatomie van het individu. Uit deze stap wordt een transformatiematrix afgeleid die de locaties van elektroden van kopruimte naar MRI-ruimte in kaart brengt. De structurele MRI wordt vervolgens gesegmenteerd in weefsels (hoofdhuid, schedel, hersenen) met een MRI-segmentatietool zoals Freesurfer3 om een realistisch volumegeleidermodel te bouwen. Met dit model wordt het voorovermodel berekend, waarbij elektrodeposities, kopgeometrie en weefselgeleidbaarheid worden gecombineerd om hoofdhuidpotentiaal te voorspellen voor elke hypothetische corticale bron4. Ten slotte wordt de inverse oplossing geschat met methoden zoals distributed source imaging of dipolefitting om de corticale stroomverdeling te schatten die het beste de gemeten EEG-gegevensverklaart. Elke stap is cruciaal: het kopmodel zorgt voor anatomisch plausibele geleidbaarheid, de voorwaartse oplossing koppelt bronnen aan scalppotentialen, en de inverse oplossing projecteert de opgenomen signalen terug op de cortex. Omgekeerd kunnen fouten in elektrodedigitalisering, coregistratie of MRI-segmentatie zich via de pijpleiding verspreiden, wat leidt tot onnauwkeurige bronschattingen.
Er zijn momenteel verschillende digitaliseringsmethoden beschikbaar, waaronder ultrageluid, elektromagnetisch systeem6, gestructureerd licht of infrarood 3D-scanning7, fotogrammetrie8 en motion capture met of zonder probe9. Hoewel de technologieën verschillen in hardware en procedure, is hun nauwkeurigheid bij het lokaliseren van elektroden grotendeels vergelijkbaar. Recente studies die deze methoden vergelijken, tonen aan dat alle benaderingen een nauwkeurigheid van elektrodelokalisatie bereiken die voldoende is voor betrouwbare bronschatting. Zo behaalden alle geteste methoden een gemiddelde Brodmann-gebiedsidentificatienauwkeurigheid van meer dan 80%, terwijl het uitsluitend vertrouwen op de posities van de sjabloonelektroden de nauwkeurigheid tot ongeveer 50% verminderde. Dit toont aan dat, ondanks verschillen in implementatie, moderne digitaliseringstechnieken vergelijkbare betrouwbaarheid bieden, waardoor de onzekerheid van bronlokalisatie ten opzichte van het gebruik van generieke sjablonen aanzienlijk wordt verminderd en een betrouwbare mapping van corticale activiteit mogelijk is.
Een aantrekkelijk alternatief voor laboratoria uitgerust met transcraniële magnetische stimulatie (TMS) systemen is het hergebruiken van genavigeerde hersenstimulatie (NBS)11-hardware voor elektrodedigitalisering. NBS, ook bekend als neuronavigatie, combineert doorgaans een optische tracker en TMS-spoel om het hoofd van de proefpersoon te registreren met hun MRI en om een specifiek corticaal doelwit te stimuleren. Optische trackers (bijv. Polaris Vicra) bestaan uit een infrarood volgcamera en infraroodreflecterende markeringen die op de hoofdtracker, navigatiewijzer en TMS-spoel zijn geplaatst. Voor de digitalisering plaatst de experimentator eerst een hoofdtracker op het hoofd van de deelnemer, raakt vervolgens elke EEG-elektrode aan met de navigatiepointer, en registreert het systeem zijn 3D-positie, die later geëxporteerd kan worden en gebruikt voor bronlokalisatie, bijvoorbeeld met MNE-Python12. Deze workflow is vergelijkbaar met andere digitizers, maar maakt gebruik van bestaande apparatuur: als een laboratorium al een genavigeerd TMS-systeem bezit (bijvoorbeeld Nexstim eXimia NBS of iets dergelijks), is geen aparte digitizer nodig.
De voordelen van deze aanpak zijn integratie en precisie. Dezelfde coördinatenruimte kan worden gebruikt voor zowel TMS-targeting als EEG-bronmodellering. Voor laboratoria die gelijktijdige of sequentiële TMS-EEG uitvoeren, stroomlijnt deze methode de opzet: elektrodedigitalisering is slechts een onderdeel van het TMS-neuronavigatieproces. Voor laboratoria die niet voornamelijk gebruik maken van EEG-bronlokalisatiemethoden maar al toegang hebben tot TMS-neuronavigatie, biedt deze methode een eenvoudige manier om de precisie van bronschattingen te verbeteren.
Tot slot is er rekening mee dat dit genavigeerde digitaliseringsconcept ook geldt voor andere scalp-sensorarrays. Een vergelijkbare procedure zou bijvoorbeeld fNIRS optodes13 of andere sensoren kunnen lokaliseren door elke optode met de gevolgde pointer aan te raken. In alle gevallen is het voordeel een uniforme coördinatenstructuur tussen de hoofdhuidsensoren en de MRI van de proefpersoon, wat de anatomische nauwkeurigheid van eventuele latere bronmodellering (of het nu EEG of fNIRS is) verbetert.
Verschillende publicaties melden expliciet het gebruik van het NBS-systeem voor elektrodedigitalisering 14,15,16,17,18. Daarentegen beschreven een aantal studies die zowel TMS (NBS) als EEG of fNIRS gebruikten geen digitaliseringsprocedure 19,20,21,22,23. Deze weglating suggereert dat de beschikbare functionaliteit van de NBS voor elektrode- of optodedigitalisering mogelijk onderbenut is, wat mogelijk de nauwkeurigheid van sensorlokalisatie en daarmee de betrouwbaarheid van de gerapporteerde bevindingen kan beïnvloeden. We gaan ervan uit dat veel onderzoekers zich er niet van bewust zijn dat het NBS-systeem ook als co-registratietool kan dienen, aangezien deze functie niet consequent wordt benadrukt door de fabrikant. Tot slot merken we op dat NBS kan worden toegepast voor sensordigitalisering in elk onderzoek waarbij kopgemonteerde elektroden of optodes betrokken zijn, ongeacht of TMS wordt gebruikt.