Beste huidige praktijk voor het verkrijgen van High Quality EEG Gegevens Tijdens Gelijktijdig fMRI
3 juni 2013
Gelijktijdige elektro-encefalogram (EEG) en functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) is een krachtig hulpmiddel neuroimaging. De binnenkant van een MRI scanner vormt moeilijke omstandigheden voor EEG gegevensregistratie en veiligheid moeten worden beschouwd als actief EEG apparatuur in een scanner. Hier presenteren we een geoptimaliseerde EEG-fMRI data-acquisitie protocol.
Het algemene doel van deze procedure is om Mr-compatibele EEG-apparatuur binnen een MRI-scanner op te zetten voor gelijktijdige verwerving van hoogwaardige EEG- en FMRI-gegevens. Dit wordt bereikt door eerst de EEG-filters, samplefrequentie en synchronisatie correct in te stellen. De volgende stap is om ervoor te zorgen dat er goede verbindingen zijn tussen de EEG-elektroden en de hoofdhuid van het proefpersoon.
De derde stap is om de EEG-hardware correct rond de MRI-scanner te positioneren. De laatste stap is om het proefpersoon optimaal binnen de MR-scanner te plaatsen voor standaard E-E-G-F-M-R-I-gegevensverwerving via commercieel beschikbare hardware. Deze procedure zorgt ervoor dat artefacten in de EEG-gegevens worden geminimaliseerd en optimaal worden bemonsterd, waardoor maximale artefactverwijdering mogelijk is via post-processing methoden.
Het belangrijkste voordeel van het combineren van EEG en FMI gegevensverwerving in E-E-G-F-M-I experimenten is dat deze aanpak het mogelijk maakt om de elektrische en hemodynamische signalen van de menselijke hersenen gelijktijdig te monitoren. Glen Spencer, een promovendus uit mijn laboratorium, zal mij helpen dit experiment te demonstreren voordat het proefpersoon aankomt. Zet het EEG-apparaat op in de controlekamer waar de scanneroperator zal zitten.
Verbind de laptop met de EEG, zet de computer aan, die de EEG-gegevens zal opnemen en open de brain vision recorder. Zorg ervoor dat de werkruimte voor het opnemen van de gegevens is ingesteld op de hoogste beschikbare temporele resolutie. Stel vervolgens de filters in.
AC-koppeling met een filterband van 0,016 tot 250 hertz is meestal optimaal. Stel de stimuluscomputer in. Deze studie maakt gebruik van visuele stimuli.
Markers worden aan het begin en einde van elke stimulatieperiode in de brain vision recorder gelezen. Bevestig nu dat de EEG- en MRI-scannerklokken gesynchroniseerd zijn. Schakel eerst de synchronisatie van de scanner- en EEG-klokken in via het softwarecontrolepaneel.
Controleer vervolgens de synchronisatie als deze correct is. Het groene stippictogram en sync op marker zullen verschijnen. Stel vervolgens de MR-scanner in.
In dit geval worden de lichaamstransmit RF-spoel en een 32-kanaals hoofd ontvangst RF-spoel gebruikt. Waar mogelijk is het het beste om een hoofdmaat transmit spoel te gebruiken, omdat dit het risico op RF-verwarming van de EEG-kap en bijbehorende kabels minimaliseert. Een toegangspoort op de hoofdspoel is nuttig.
Het maakt het mogelijk om kabels van de EEG-kap langs een rechte pad van de scanner te laten lopen. Controleer nu de sequenties. De FMRI-sequentie moet een slice tr gebruiken die een veelvoud is van 200 microseconden, wat de EEG-klokperiode is.
Doe tenslotte een laatste controle. De hoge apparatuur neemt zoals verwacht op. Leg eerst aan het proefpersoon het doel van het experiment en wat er zal gebeuren uit. Vervolgens meet u de hoofdomtrek van het proefpersoon voor de kapmaat. Plaats de kap op het hoofd, beginnend aan de voorkant van het hoofd en naar achteren trekken. Positioneer de kap correct.
De CZ-elektrode moet direct tussen de nasion en nian en ook gecentreerd op de links-rechts as zijn. Verbind nu de elektroden met het hoofd. Verplaats eerst het haar opzij. Breng vervolgens alcohol aan gevolgd door ABRY light gel om de elektrische verbinding tussen de elektrode en het hoofd te maken.
Bevestig vervolgens een ECG-elektrode aan de basis van de rug met een vergelijkbare methode als die werd gebruikt voor de kapelektroden. Deze elektrode meet de hartslag met de bevestigde elektroden. Werk hun contacten om hun impedanties te verlagen tot minder dan 10 kilo ohm.
Dit sluit de weerstand van de interne weerstanden in elke elektrode uit. Controleer ten slotte de gegevens om te zien of de EEG-gegevenskwaliteit voldoende is. Vraag het proefpersoon om te gaan zitten terwijl u het EEG-apparaat in de MR-scannerruimte instelt.
Neem vervolgens de versterker mee naar de afgeschermde kamer en plaats deze op een tafel aan de achterkant van de scanner. Bevestig de versterker aan een lange glasvezelkabel. Voer de glasvezelkabel door de golfgeleider en bevestig deze aan de brain AMP USB-adapter in de controlekamer.
Neem nu het proefpersoon mee naar de kamer en vraag hem of haar om op de scannerbed te gaan zitten. Geef het proefpersoon oordoppen en de roepknop. Zorg er vervolgens absoluut voor dat het proefpersoon comfortabel is.
Kus nu het hoofd van het proefpersoon op om hoofdbewegingen te minimaliseren. Plaats de hoofdspoel over het hoofd van het proefpersoon. De EEG-kabels moeten de hoofdspoel langs het kortste beschikbare pad verlaten.
Verplaats vervolgens het proefpersoon naar de scannerbuis. Zorg ervoor dat de elektroden FP een en FP twee ISO-centrum zijn ten opzichte van de MR-scanner in de Z-as. Bevestig nu de EEG-kap aan de versterker aan de achterkant van de scanner.
Er mogen geen draadlussen zijn in de EEG-leidingen. Isolateer de EEG-kabels maximaal van de MR-scanner trillingen hier. Dit wordt gedaan met behulp van een cantilever-balk.
De versterkers kunnen ook direct in de scannerboard worden geplaatst zoals hier getoond. In dit geval is het belangrijk om de kortste beschikbare lintkabels te gebruiken. Zorg ervoor dat kabels en versterkers geïsoleerd zijn tegen trillingen en dat het systeem centraal is ingesteld.
Praat met het proefpersoon vanuit de consoleruimte om te bevestigen dat ze de scanneroperator kunnen horen en dat ze zich goed voelen. Een tweede experimentator moet het EEG controleren op lawaaierige kanalen in de sporen, evenals op de groene sink op de onderkant van het scherm.
Schakel nu de cryopompen uit om het schadelijke effect van de cryopompen op de opnamekwaliteit te stoppen. Vraag vervolgens het proefpersoon om hun hoofd met een kleine hoeveelheid te bewegen. Het belang van het hoofd stil houden kan worden gezien aan de grote spanningen in de EEG-opname die het gevolg zijn van kleine hoofdbewegingen.
Test vervolgens de opname van neuronale activiteit door het proefpersoon te vragen hun ogen te openen en te sluiten. Occipitale alpha-activiteit moet boven de
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor de gelijktijdige acquisitie van EEG- en fMRI-gegevens binnen een MRI-scanner. Het behandelt de uitdagingen van EEG-registratie in de MRI-omgeving en benadrukt het belang van veiligheid en datakwaliteit.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neuroimaging
- Elektrofysiologie
- Functionele MRI
Achtergrond
- Gelijktijdige EEG en fMRI is een krachtig instrument voor het bestuderen van hersenactiviteit.
- De MRI-omgeving brengt unieke uitdagingen met zich mee voor de verzameling van EEG-gegevens.
- Veiligheidsoverwegingen zijn cruciaal bij het gebruik van EEG-apparatuur in een MRI-scanner.
- Het optimaliseren van protocollen voor gegevensverwerving kan de datakwaliteit verbeteren.
Doel van de studie
- Om een betrouwbaar protocol op te stellen voor de acquisitie van EEG-fMRI-gegevens.
- Om artefacten in EEG-gegevens tijdens fMRI-scans te minimaliseren.
- Om de gelijktijdige monitoring van elektrische en hemodynamische hersensignalen te faciliteren.
Gebruikte methoden
- Instellen van EEG-filters en synchronisatie met de MRI-scanner.
- Positionering van de EEG-hardware en de proefpersoon in de scanner.
- Waarborgen van goede verbindingen tussen de EEG-elektroden en de hoofdhuid van de proefpersoon.
- Bewaken van de datakwaliteit en minimaliseren van artefacten tijdens de opname.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle installatie van EEG-apparatuur in de MRI-omgeving.
- Geminimaliseerde artefacten in EEG-data door geoptimaliseerde positionering en verbindingen.
- Aangetoonde haalbaarheid van simultane EEG- en fMRI-data-acquisitie.
- Vaststelling van een protocol dat in toekomstige studies gereproduceerd kan worden.
Conclusies
- Het protocol verbetert de kwaliteit van gelijktijdige EEG-fMRI-opnames.
- Veiligheid en gegevensintegriteit zijn van cruciaal belang bij EEG-fMRI-experimenten.
- Deze aanpak opent nieuwe wegen voor het begrijpen van de hersenfunctie.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Gelijktijdige EEG-fMRI stelt biopharma R&D in staat om elektrofysiologische en hemodynamische hersensignalen te correleren, wat targetvalidatie en mechanische risicoreductie bij de ontdekking van geneesmiddelen voor het centrale zenuwstelsel ondersteunt. Hoogwaardige gegevensverwerving minimaliseert artefacten, waardoor het voorspellend vertrouwen in preklinische modellen en de afstemming van translationele biomarkers wordt verhoogd. Deze aanpak versterkt vroege discovery-workflows door multimodale read-outs te bieden voor hypotheseonderzoek en pathway-verduidelijking.
Strategische toepassingen in BioPharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door gelijktijdige monitoring van elektrische en hemodynamische signalen.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door verduidelijking van target-engagement en modulatie van signaalpaden in ziekterelevante systemen.
- Predictieve waarde: Verhoogt het vertrouwen in het target en optimaliseert de portfolio-triage via multimodale biomarker-alignering.
Screening & assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream verbindingsevaluatie met kwantitatieve, artefact-geminimaliseerde EEG-outputs.
- Operationele waarde: Waarborgt assay-standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid via een geoptimaliseerde hardware-opstelling en synchronisatieprotocollen.
- Screeningbereidheid: Maakt betrouwbare verbindingenscreening mogelijk door schone elektrofysiologische readouts te leveren voor de beoordeling van targetmodulatie.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische validatie door EEG-biomarkers af te stemmen op hemodynamische responsen afgeleid uit fMRI.
- Risico-gecorrigeerde voortgang: Ondersteunt go/no-go-beslissingen via gecorreleerde analyse van elektrofysiologische en hemodynamische signalen.
- Mechanistische risicoreductie: Richt zich op de voorspellende waarde door ambiguïteit in het doelmechanisme en de betrokkenheid van signaalpaden te verminderen.
Pipeline- en workflowintegratie
De methode is geïntegreerd in het ontdekkingscontinuüm, van het testen van target-hypothesen via lead-identificatie tot preklinische validatie, waardoor multimodale gegevensverzameling voor programma's gericht op het centraal zenuwstelsel mogelijk wordt gemaakt.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van pathways via gelijktijdige acquisitie van EEG- en fMRI-signalen.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid door reproduceerbare EEG-data met een hoge temporele resolutie, geoptimaliseerd voor het verwijderen van artefacten.
- Analytics: Biedt kwantitatieve elektrofysiologische en hemodynamische read-outs die vergelijkingen tussen condities en de beoordeling van targetmodulatie mogelijk maken.
- Translational Research: Verbindt vroege ontdekking met preklinische continuïteit via afgestemde EEG-fMRI-biomarkers.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbare neuroimaging-capaciteit voor targetvalidatie van het centraal zenuwstelsel (CNS) in meerdere projecten en mechanistische screening.
Operationele en Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid, targetvalidatie, vermindering van mechanistische ambiguïteit bij CNS-targets.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van de EEG-fMRI-opstelling over verschillende locaties en studies.
- Strategische waarde: Betere go/no-go-beslissingen, kapitaalefficiëntie en verminderd biologisch risico in een laat stadium binnen CNS-drugsprogramma's.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering en beslissingen over verdere ontwikkeling op basis van multimodale data over target engagement.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in de hardware-opstelling van EEG, MRI-veiligheidsprotocollen en methodologieën voor artefactcorrectie.
- Vereist MRI-compatibele EEG-systemen, glasvezelsynchronisatie en hardware voor stimuluspresentatie.
- Vraagt om standaardisatie tussen de elektrofysiologie- en beeldvormingsteams voor gesynchroniseerde gegevensverwerving.
- Houdt rekening met aanpassingen voor verschillende EEG-caps, scanmodellen en stimulusparadigma's.
- Omvat praktische beperkingen zoals het comfort van de proefpersoon, het minimaliseren van hoofdbewegingen en veiligheidscontroles voor RF-verwarming.
