Functionele Mapping met gelijktijdige MEG en EEG
14 juni 2010
We maken gebruik van magneto (MEG) en elektro-encefalogram (EEG) tot hersengebieden die betrokken zijn bij het verwerken van eenvoudige zintuiglijke prikkels kaart.
Hallo, ik ben Markham van het Martino Center in het Massachusetts General Hospital. Hallo, ik ben Han Liu, ook van het Martino Center. Vandaag laten we u een protocol zien voor het verzamelen en analyseren van MEC- en EC-gegevens met behulp van auditieve somatosensorische signalen.
En dit werd gestimuleerd om de primaire sensorische COI's te lokaliseren. We gebruiken deze procedure in ons lab om zowel gezonde vrijwilligers als AP-epilepsiepatiënten die in aanmerking komen voor een operatie te bestuderen. Dus laten we beginnen.
Begin met het controleren van de afstemming van het MEG-systeem. Zorg ervoor dat alle kanalen goed zijn afgesteld en dat het gemiddelde ruisniveau onder de drie femto Tesla per centimeter op Plano-gradiometerkanalen ligt, en onder de drie femto Tesla op magnetometerkanalen. Verzamel vervolgens een segment van lege ruimtegegevens gedurende vijf minuten om een schatting van de achtergrondruis te verkrijgen.
Stel nu de somatosensorische auditieve en visuele stimuli in die tijdens het experiment aan het proefdier worden gepresenteerd. Dit wordt bereikt met een stimuluscomputer, een projector geïnstalleerd buiten de afgeschermde ruimte en een somatosensorische elektrische stimulator. Om het proefdier voor te bereiden op het experiment, moet u eerst ervoor zorgen dat ze vrij zijn van magnetische materialen en vervolgens ze in een afgeschermde ruimte brengen en enkele MEG-gegevens verzamelen om te controleren of er geen tekenen van magnetische artefacten zijn.
Nu het proefdier vrij is van alle artefacten, plaats de EEG-kap op het hoofd van het proefdier en injecteer geleidende gel in elke elektrode. Zodra de dop op zijn plaats is en klaar is, bevestigt u de EOG-elektroden en de referentie-elektrode en controleert u of de impedanties van EEG en alle andere elektroden onder de 10 kilo zijn. Plaats vervolgens de hoofdpositie-indicator of HPI-spoelen en positioneer ze zodat ze onder het gebied liggen dat wordt bedekt door de MEG-sensorarray en ver van elkaar verwijderd.
Digitaliseer nu de fiduciaire bakens, HPI-spoelen, EEG-elektroden en hoofdvorm. Deze stap wordt buiten de magnetisch afgeschermde ruimte uitgevoerd, met behulp van een 3D-digitalisatieapparaat. Plaats tenslotte het proefdier in de scanner.
Nu de voorbereidingen zijn voltooid, laten we beginnen met het verzamelen van gegevens. Om te beginnen, stelt u de stimulatieprotocollen in op de stimuluscomputer voor somatosensorische mediale zenuwstimulatie. Bevestig de stimulatie-elektroden aan de linker- en rechterpols van het proefdier en verhoog geleidelijk de stimulusintensiteit onder het niveau dat de motorische drempel voor auditieve stimulatie overschrijdt.
Plaats oordopjes op de oren van het proefdier en controleer of het volume geschikt is voor visuele stimulatie. Plaats de achterste projectiescherm voor het proefdier en controleer of de stimulus correct wordt gepresenteerd. Begin nu met het verzamelen van gegevens op het weergavescherm van de ruwe gegevens.
Controleer of alle kanalen correct functioneren en geen artefacten bevatten. Presenteer de stimuli aan het proefdier en sla vervolgens de ruwe gegevens op in online gemiddelden. Bij de gegevensanalyse gebruiken we anatomische MRI-gegevens om de vormen van weefselcompartimenten voor voorwaartse modellering te bepalen en om de M-E-E-G-E-E-G-gegevens te beperken tot het corticale oppervlak.
We gebruiken zowel het huidige dipoolmodel als een verdeelde corticaal beperkte minimumnormoplossing. Lokaliseren van de hersengebieden die reageren op de stimulatie. We hebben u zojuist laten zien hoe u EG- en EG-gegevens kunt verzamelen en analyseren als reactie op visuele, auditieve en enkele andere sensorische ti.
We hebben laten zien hoe deze gegevens kunnen worden geanalyseerd om de primaire sensorische corsis te lokaliseren. Dus dat is het. Bedankt voor het kijken en veel succes met uw experimenten.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie maakt gebruik van magnetoencefalografie (MEG) en electroencefalografie (EEG) om de hersengebieden te onderzoeken die betrokken zijn bij de verwerking van eenvoudige sensorische stimuli. Het onderzoek heeft tot doel ons begrip van de sensorische verwerking bij zowel gezonde individuen als patiënten met epilepsie te verbeteren.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Elektrofysiologie
- Hersenbeeldvorming
Achtergrond
- Magnetoencefalografie (MEG) en elektroencefalografie (EEG) zijn non-invasieve technieken.
- Deze methoden maken real-time monitoring van hersenactiviteit mogelijk.
- Inzicht in sensorische verwerking is cruciaal voor zowel de fundamentele neurowetenschap als voor klinische toepassingen.
- Het onderzoek omvat gezonde vrijwilligers en patiënten met epilepsie.
Doel van de studie
- Om hersengebieden in kaart te brengen die betrokken zijn bij sensorische verwerking.
- Om primaire sensorische centra van belang (COI's) te identificeren.
- Om inzicht te verschaffen in de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan sensorische perceptie.
Gebruikte methoden
- Verzameling van MEG- en EEG-gegevens.
- Auditieve en somatosensorische stimuleringsprotocollen.
- Analyse van hersenactiviteit in reactie op sensorische stimuli.
- Vergelijking van gegevens tussen gezonde individuen en epilepsiepatiënten.
Belangrijkste resultaten
- Identificatie van specifieke hersengebieden die worden geactiveerd door sensorische stimuli.
- Verschillen in sensorische verwerking tussen gezonde individuen en patiënten met epilepsie.
- Inzichten in de functionele organisatie van sensorische verwerking in de hersenen.
- Potentiële implicaties voor chirurgische kandidaten met epilepsie.
Conclusies
- MEG en EEG zijn effectieve instrumenten voor het bestuderen van sensorische verwerking.
- De bevindingen dragen bij aan het begrip van hersenfuncties bij gezondheid en ziekte.
- Verder onderzoek kan klinische benaderingen voor de behandeling van epilepsie verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Functionele hersenmapping met gecombineerde MEG/EEG maakt een precieze lokalisatie van sensorische verwerkingsnetwerken mogelijk, wat bijdraagt aan de validatie van targets bij de ontdekking van neuropsychiatrische geneesmiddelen. Deze benadering biedt kwantitatieve, reproduceerbare neurale read-outs die het voorspellende vertrouwen bij mechanistische risicoreductie in een vroeg stadium vergroten. De methode ondersteunt translationele continuïteit van fundamentele neurowetenschappen naar preklinische modellen van sensorische dysfunctie.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door corticale reacties op sensorische stimuli in kaart te brengen.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door objectieve, kwantificeerbare neurale activatiepatronen.
- Voorspellende waarde: Verduidelijkt de activatie van signaalpaden en functionele targetvalidatie in ziekterelateerde neurale circuits.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde neurale systemen voor op downstream compound-screening door baseline-profielen van opgewekte responsen vast te stellen.
- Operationele waarde: Garandeert standaardisatie en reproduceerbaarheid van de assay via kwaliteitsgecontroleerde MEG/EEG-acquisitieprotocollen.
- Schaalbaarheid: Faciliteert hergebruik van het platform over verschillende sensorische modaliteiten (somatosensorisch, auditief, visueel) voor gemultiplexte target-assessment.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele waarde: Biedt ziekterelateerde systeemuitlijning door het in kaart brengen van sensorische cortices in zowel gezonde als epileptische modellen.
- Mechanistische risicoreductie: Maakt risicogebaseerde beslissingen over verdere voortgang mogelijk via corticale bronlokalisatie met behulp van MRI-beperkte minimum-norm schattingen.
- Voorspellend vertrouwen: Ondersteunt de uitlijning van biomarkers via de spatiotemporele dynamiek van opgewekte responsen op sensorische uitdagingen.
Pijplijn- & Workflowintegratie
De methode wordt geïntegreerd in vroege discovery-workflows door functionele validatie van sensorische targets te bieden voorafgaand aan compound screening en lead-optimalisatie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van pathways via mapping van stimulus-evokeerde corticale activatie.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk via gestandaardiseerde acquisitie van evokeerde responsen en online middeling van MEG/EEG-data.
- Analytics: Levert kwantitatieve neurale read-outs via equivalent current dipole modeling en corticaal beperkte minimum-norm schatting.
- Translational Research: Verbindt discovery met preklinische continuïteit door sensorische cortices te lokaliseren in epilepsiemodellen met behulp van anatomische MRI voor forward modeling.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar neuroimaging-platform voor cross-functionele teams die onderzoek doen naar sensorische verwerkingsstoornissen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij de validatie van targets door mechanische ambiguïteit in sensorische paden te verminderen.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie door strikte QA-procedures, monitoring van de ruisvloer en controles van de elektrode-impedantie.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door het leveren van objectieve neurale biomarkers van target-engagement.
- Impact op portfolio: Maakt risicogebaseerde prioritering van verbindingen mogelijk op basis van dosis-responsieve modulatie van sensorisch-opgeroepen potentialen.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in neurofysiologie, MEG/EEG- acquisitie en inverse modelleringstechnieken.
- Is afhankelijk van magnetisch afgeschermde ruimtes, 3D-digitalisatiesystemen en MRI-compatibele hardware voor stimulusaanbieding.
- Necessiteert standaardisatie tussen teams van stimulusprotocollen, criteria voor artefactverwijdering en pipelines voor bronlokalisatie.
- Houdt rekening met aanpassingen tussen soorten en ziektemodellen bij de vertaling van menselijke epilepsiemodellen naar preklinische systemen.
- Wordt beperkt door de noodzaak van medewerking van de proefpersoon en artefactvrije gegevensverzameling, in het bijzonder bij klinische populaties met bewegings- of cognitieve stoornissen.
