Corticale Bronanalyse van High-Density EEG-registraties bij kinderen
30 juni 2014
De laatste jaren is er toenemende belangstelling voor het schatten van de corticale bronnen hoofdhuid gemeten elektrische activiteit tegen cognitieve neurologie experimenten geweest. Dit artikel beschrijft hoe een hoge dichtheid EEG wordt verworven en hoe opnames worden verwerkt voor corticale bron schatting bij kinderen vanaf de leeftijd van 2 jaar op de London baby Lab.
Het algemene doel van het volgende experiment is om de neurale generatoren van schedel gemeten EEG met pediatrische deelnemers te schatten. Dit wordt bereikt door hoge dichtheid EEG met kinderen op te nemen en geschikte experimentele procedures als tweede stap te gebruiken. Een oppervlaktemodel wordt berekend op basis van magnetische resonantie beeldgegevens, hetzij individuele structurele MRI of een leeftijdsgebonden template, wat leidt tot een grenselementmodel dat verschillende compartimenten associeert met geleidbaarheidswaarden voor bronreconstructie.
Vervolgens wordt de locatie van EEG-kanalen gecoregistreerd met het inverse model. Om de waarschijnlijke generatoren van de schedel gemeten spanningsveranderingen te berekenen, worden resultaten verkregen die de bijdrage van corticale bronnen op basis van de gemeten EEG-gegevens en voorspellingen van het hoofdmodel toonden. Het belangrijkste voordeel van deze techniek boven bestaande methoden zoals kanaalniveau-analyse is dat de waarschijnlijke bijdrage van verschillende corticale gebieden aan een gebeurtenisgerelateerde potentiaalcomponent kan worden beoordeeld.
We hadden eerst het idee om deze methode te gebruiken toen we de netwerkstructuur van corticale gebieden wilden beoordelen met behulp van rusttoestand EEG-opnamen. Visuele demonstratie van deze methode is van cruciaal belang als kindvriendelijk. Opname van EEG is moeilijk te leren omdat standaard opnameprocedures moeten worden aangepast voor kinderen Om dit protocol te beginnen.
Zorg er eerst voor dat het kind comfortabel is met de testomgeving. Laat jonge kinderen hiervoor op de schoot van hun verzorger of in een comfortabele kinderzitje zitten. Laat het kind ook de sensornet zien en voelen voordat deze op het hoofd van het kind wordt aangebracht.
Als er een extra net is, laat de ouder er ook een proberen of plaats er een op een pop of knuffelbeer om kinderen comfortabel te houden. Laat het kind tijdens de EEG-voorbereiding naar muziek luisteren. Bekijk een leeftijdsgebonden cartoon of leid ze af met een andere experimentator.
Meet vervolgens de maximale kopsomtrek van het kind om de juiste netmaat te selecteren. Gebruik een meetlint en houd het vast op de nasion. Meet vervolgens de kop rond de maximale omtrek ongeveer een centimeter boven de eon.
Identificeer vervolgens de vertex van het hoofd op het kruispunt van de middelste afstand tussen nasion en eon, evenals het linkere en rechter per auriculair punt. Markeer dit punt met een China pen om ervoor te zorgen dat het Vertex-kanaal correct is gepositioneerd bij het aanbrengen van het net. Breng nu een sensornet aan dat is gedrenkt, een elektrolytoplossing, en zorg ervoor dat de belangrijkste kanalen zijn uitgelijnd met de anatomische herkenningspunten.
Zorg er vervolgens voor dat kanalen goed contact hebben met de schedel. Door de sensoren individueel te positioneren. Draai voorzichtig elke sensor van links naar rechts om het haar uit de weg te bewegen.
Meet vervolgens de kanaalversterkingen en kanaalimpedanties. Klik op starten om de opname in het netstation, EEG-opnamesoftware te starten en begin met de meting van versterking en impedantie. Als de meting niet automatisch start, gebruik de versterker kalibreren en de netimpedanties meten knop.
Controleer de opnamesoftware op kanalen met impedanties hoger dan 50.000 ohm, die rood verschijnen. Breng aanvullende elektrolytoplossing aan met een pipet om de kanaalimpedanties te verlagen. Controleer ook de EEG-weergave op kanalen die hoge frequentieactiviteit vertonen.
Ondanks lage impedantie of merkbaar minder activiteit dan omringende kanalen, kunnen deze kanalen losse contacten met de schedel hebben en moeten worden aangepast. Zodra alle kanalen voldoen, voert u het juiste EEG-experiment uit na het EEG-experiment. Verwerk eerst de gegevens correct voor artefactn.
Segmenteer vervolgens een eerder verworven anatomische MRI-scan met free surfer-software. Stel de shell-omgeving in om free surfer op te nemen voor dot bash rc. Neem de hier geziene opdracht op in het dot bash RC-bestand.
Definieer vervolgens de onderwerpdirectory, dat is de map. De uitvoer wordt geschreven met behulp van de hier geziene opdracht. Importeer vervolgens de segmenten in brainstorm-software en gebruik de weergavetools om te controleren op onjuiste segmentatie, zoals overlappende sferen of anatomisch onwaarschijnlijke compartimenten.
Inspecteer de segmentatie visueel door met de rechtermuisknop te klikken en weergave te selecteren om eerst de bronactiviteit te schatten, start de brainstorm-applicatie, maak vervolgens een nieuw protocol en voeg een nieuw onderwerp toe aan het protocol. Importeer vervolgens EEG-gegevens voor de deelnemer en importeer een kanaalbestand. Controleer of de grenselementmodellen en de kanalen zoals verwacht zijn uitgelijnd door met de rechtermuisknop op het kanaalbestand voor het onderwerp te klikken en naar MRI-registratie en controle te navigeren.
Merk op dat als de sferen binnen het model overlappen of als de kanalen zich binnen de grenselementmodellen bevinden, de bronreconstructie onjuiste resultaten zal opleveren. Pas de uitlijning aan door de optie bewerken in het MRI-segmentatiemenu te gebruiken. Bereken vervolgens de ruis covariantiematrix vanaf de basislijn van elk epic door ruis covariantiematrix te kiezen en te berekenen vanaf opname.
Bereken vervolgens het bronmodel door bronmodel berekenen te selecteren. Bereken de inverse oplossing met behulp van dieptegewogen minimum norm schatting door bron en minimum norm schatting te selecteren. Herhaal deze stappen voor alle deelnemers in het onderzoek.
Gemiddel vervolgens de bronactiviteit over proeven per deelnemers door de opnames naar het procesmenu te slepen en gemiddeld en per voorwaarde te selecteren. Gemiddeld onderwerp. Contrasteer de voorwaarde door processen naar te selecteren en elke voorwaarde in één venster te slepen.
Selecteer vervolgens de T-test afhankelijk van het onderzoeksontwerp om meerdere vergelijkingen uit te voeren. Stel de amplitude- en oppervlaktedrempels in in de weergave van de resulterende statistische kaart in het statmenu. Bereken nu de gebeurtenisgerelateerde respons voor een gebied van belang.
Voor op basis van parcelisatie gebaseerde ROI's. Laad de free surfer-parcelisatie in door met de rechtermuisknop op het cortexoppervlak in het anatomiemenu te klikken en labels importeren te selecteren. Navigeer naar het overeen
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel bespreekt de schatting van corticale bronnen van op de hoofdhuid gemeten elektrische activiteit in cognitieve neurowetenschappelijke experimenten met kinderen. Het beschrijft in detail de acquisitie van high-density EEG en de verwerkingsstappen die nodig zijn voor corticale bronschatting.
Belangrijkste Onderdelen van de Studie
Wetenschapsgebied
- Cognitieve Neurowetenschap
- Elektrofysiologie
- Neuroimaging
Achtergrond
- Toenemende belangstelling voor het begrijpen van neurale generatoren van EEG-signalen.
- Belang van high-density EEG in pediatrisch onderzoek.
- Gebruik van MRI-gegevens voor het creëren van oppervlaktemodellen.
- Vooruitgang in technieken voor bronreconstructie.
Doel van de studie
- Om neurale generatoren van EEG-metingen op de hoofdhuid bij kinderen te schatten.
- Om het begrip van corticale bijdragen aan EEG-signalen te verbeteren.
- Om de voordelen van geavanceerde technieken voor bronestimaties te beoordelen.
Gebruikte Methoden
- Het opnemen van high-density EEG bij pediatrische deelnemers.
- Het berekenen van oppervlaktemodellen op basis van MRI-gegevens.
- Het coregisteren van EEG-kanaallocaties met inverse modellen.
- Het gebruik van boundary element-modellen voor bronreconstructie.
Belangrijkste resultaten
- Identificatie van corticale bronnen die bijdragen aan EEG-spanningsveranderingen.
- Demonstratie van de voordelen van deze techniek ten opzichte van analyse op kanaalniveau.
- Beoordeling van de bijdragen van meerdere corticale gebieden aan event-related potentials.
- Resultaten ondersteunen de effectiviteit van high-density EEG in pediatrische studies.
Conclusies
- De studie biedt inzichten in de neurale basis van cognitieve processen bij kinderen.
- High-density EEG is een waardevol instrument voor het begrijpen van corticale dynamiek.
- Toekomstig onderzoek kan voortbouwen op deze bevindingen om de cognitieve ontwikkeling te onderzoeken.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Het schatten van corticale generatoren van EEG in pediatrische populaties pakt een belangrijke uitdaging in de ontwikkelingsneurowetenschappen aan: het koppelen van op de hoofdhuid geregistreerde signalen aan onderliggende hersenbronnen met een verbeterde ruimtelijke specificiteit. Deze mogelijkheid ondersteunt de validatie van targets door mechanische ondervraging mogelijk te maken van corticale netwerken die betrokken zijn bij sensorische en cognitieve verwerking tijdens kritieke ontwikkelingsvensters. De methode verhoogt het voorspellende vertrouwen in preklinische modellen door een vertaalbare, niet-invasieve aflezing te bieden van corticale betrokkenheid die over soorten en leeftijden heen kan worden afgestemd.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om de bijdragen van corticale netwerken aan event-gerelateerde potentialen te onderzoeken, wat hypothesetests over neurale substraten van cognitieve processen ondersteunt.
- Operationele waarde: Biedt een kwantitatieve uitlezing op bronniveau die verder gaat dan analyse op kanaalniveau om vermoedelijke generatoren van EEG-signalen te lokaliseren.
- Voorspellende waarde: Verbetert de validatie van targets door corticale activiteitspatronen te koppelen aan specifieke cognitieve contrasten, zoals de verwerking van gezichten versus gescrambelde gezichten.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Klaarheid van de assay: Maakt de voorbereiding van biologisch relevante, ontwikkelingsgeschikte hoofdmodellen mogelijk voor een nauwkeurige bronreconstructie bij pediatrisch EEG.
- Kwantitatieve output: Genereert brongelokaliseerde event-related potential-responsen die gemiddeld kunnen worden over trials en condities voor een betrouwbare meting.
- Schaalbaarheid: Ondersteunt herhaalde toepassing bij deelnemers met behulp van gestandaardiseerde MRI-gebaseerde hoofdmodellen en coregistratieprocedures.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele continuïteit: Maakt gebruik van individuele of leeftijdsspecifieke structurele MRI voor het creëren van boundary element-modellen, wat de anatomische nauwkeurigheid verbetert ten opzichte van standaard volwassenenhoofdmodellen bij breinen in ontwikkeling.
- Mechanische risicoreductie: Maakt beoordeling mogelijk van de bijdragen van corticale bronnen aan ERP-componenten, waardoor ambiguïteit bij de interpretatie van EEG-signalen geregistreerd op de hoofdhuid wordt verminderd.
- Afstemming van biomarkers: Ondersteunt het extraheren van tijdreeksen van interessegebieden (bijv. de rechter gyrus fusiformis) voor correlatie met gedragsmatige of klinische fenotypes.
Integratie van pipeline en workflow
De methode past binnen het ontdekkingscontinuüm, van vroege screening op target-interactie tot mechanistische risicoreductie, waarbij corticale bronlokalisatie bijdraagt aan de zekerheid over het target en het begrip van signaalpaden in modellen voor ontwikkelingsstoornissen.
- Discovery Biology: Ondersteunt het testen van hypothesen over de betrokkenheid van corticale netwerken door de waarschijnlijke generatoren van EEG-spanningsveranderingen over verschillende condities te schatten.
- Screening: Maakt standaardisatie van assays mogelijk door coregistratie van EEG-kanaallocaties met geïndividualiseerde inverse modellen, wat de reproduceerbaarheid tussen laboratoria en studies verbetert.
- Analytics: Levert brongelokaliseerde statistische kaarten en gebeurtenisgerelateerde activiteitsprofielen die vergelijking van de corticale betrokkenheid tussen experimentele condities mogelijk maken.
- Translational Research: Verbindt uit EEG afgeleide bronactiviteit met anatomische regio's van belang, waardoor afstemming met bekende functionele anatomie en potentiële translationele biomarkers mogelijk wordt.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbare workflow voor pediatrische EEG-bronanalyse die kan worden toegepast op meerdere cognitieve paradigma's en ontwikkelingscohorten.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen door mechanistische ambiguïteit in de EEG-interpretatie te verminderen middels corticale bronlokalisatie.
- Operationele waarde: Verbeterde reproduceerbaarheid en standaardisatie via geïndividualiseerde hoofdmodellen en strikte coregistratieprocedures.
- Strategische waarde: Ondersteunt betere go/no-go-beslissingen bij targetvalidatie door ruimtelijk opgeloste neurale read-outs van cognitieve verwerking te bieden.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling mogelijk door corticale bronactiviteit te koppelen aan specifieke cognitieve contrasten met meetbare effectgroottes.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in EEG-acquisitie, MRI-verwerking en software voor bronreconstructie zoals BrainStorm en FreeSurfer.
- Is afhankelijk van toegang tot structurele MRI- en high-density EEG-systemen, samen met computationele middelen voor boundary element modeling en inverse oplossingen.
- Necessiteert standaardisatie tussen teams bij MRI-segmentatie, kanaal-coregistratie en schatting van de ruiscovariantie om geldige bronreconstructies te garanderen.
- Omvat overwegingen voor aanpassing bij het toepassen van op volwassenen gebaseerde pipelines op pediatrische populaties vanwege ontwikkelingsveranderingen in de samenstelling en geometrie van het hoofdweefsel.
- Omvat praktische beperkingen zoals de noodzaak van nauwkeurige elektrodepositionering, impedantiecontrole en artefactcorrectie bij actieve of jonge pediatrische participanten.
