Gelijktijdige EEG en functionele MRI opname en integratie analyse voor dynamische corticale activiteit Imaging
30 juni 2018
Een EEG-fMRI multimodale imaging methode, die bekend staat als de spatio fMRI-beperkt EEG bron imaging methode is hier beschreven. De onderhavige methode maakt gebruik van voorwaardelijk-actieve fMRI sub kaarten, of priors, bij EEG source localization op een wijze die verbetert de ruimtelijke specificiteit en foutieve resultaten beperkt.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van neurowetenschap, zoals het bepalen van de temporele relatie tussen meerdere hersengebieden of het verkennen van de gedetailleerde neurale route van complexe cognitieve processen. Het grote voordeel van deze techniek is dat het de integratie van multi-modale EEG en functionele gegevens mogelijk maakt op een ruimtelijke en temporele specifieke manier om de resolutie en nauwkeurigheid van functionele neuroimaging te verbeteren. De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar het begrip van epilepsie en neurocognitieve stoornissen.
Omdat de methode de ruimtelijke en temporele nauwkeurigheid voor non-invasieve neuroimaging verbetert. Hoewel deze methode kan worden gebruikt om inzicht te geven in de visuele motorische en emotionele verwerkingssystemen, kan deze ook worden toegepast op andere systemen, zoals sensorimotrice integratie, taal en geheugenverwerking. Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal, aangezien de gelijktijdige EEG en fMRI data-opname stappen moeilijk te leren kunnen zijn.
Ook omdat de vereiste voor gespecialiseerde faciliteit, apparatuur en signaalverwerkingsmethoden. Om deze procedure te beginnen, plaatst u een passieve MRI-compatibele EEG-dop van de juiste maat op het hoofd van het subject. Positioneer de elektroden volgens het 10-20 internationale labelsysteem.
Controleer in de EEG-opnamesoftware de impedantie van de grond- en referentie-elektroden. Om dit te doen, klikt u op het impedantietab en selecteert u het elektrodetype op de gebruikersinterface van de software. Gebruik vervolgens de spuit om elektrolyt in elke elektrode te injecteren.
Gebruik vervolgens een wattenstaafje om het gel te verspreiden om een huid-elektrode contact te garanderen. Zodra de EEG-dop voorbereiding is voltooid, laat u het subject naar de MR-scanner bewegen. Stel het experimentele paradigmadisplay in op een monitor in de observatiekamer.
Gebruik een hoofdspoel beschouwing spiegel om het subject in staat te stellen de monitorscherm te bekijken zonder hun hoofd of ogen te bewegen terwijl ze liggen. Geef een voorbeeldbeeld weer op het computerscherm om er zeker van te zijn dat het subject het scherm comfortabel kan bekijken en dat het paradigma goed zal worden weergegeven. Voer eventuele noodzakelijke hardware- of software-aanpassingen uit.
Instrueer daarna het subject om stil te blijven en een initiële T1 gewogen anatomische MRI-scan uit te voeren. Gebruik indien mogelijk een gezichtsveld dat van de onderkant van de cerebellum tot de bovenkant van het hoofd reikt, inclusief de schedel en huid. Start nu met het opnemen van de EEG-gegevens.
Klik tegelijkertijd op de juiste knoppen om de MRI-opname te starten en start het paradigma van interesse op de presentatiesoftware. Controleer de EEG-gegevensopname om de signaalkwaliteit te waarborgen en controleer of, indien gewenst, geschikte markers worden opgenomen. Gebruik de beschikbare GUI om de structurele MRI-gegevens te analyseren en ervoor te zorgen dat er geen overlap in de lagen is.
Open vervolgens de FreeView-applicatie. Klik op Bestand en vervolgens op Laad oppervlak. Navigeer naar de map van het subject in de free surfer-map.
Open vervolgens de bem-map, gevolgd door de watershed-map. Laad de vier bestanden, buitenste huidoppervlak, buitenste schedeloppervlak, hersenoppervlak en binnenste schedeloppervlak. Vervolgens verplaatst u de slice selectie schuifregelaars en zoekt u naar overlap in de gele oppervlaktelagen.
Als er wel overlap optreedt, controleert u de MRI-gegevens op anatomische defecten of fouten, en gebruikt u de GUI-tekenhulpmiddelen om de lagen te verduidelijken. Laad vervolgens de originele MRI-gegevens in de FreeView-applicatie door op Bestand te klikken en vervolgens op Volume laden. Navigeer naar de subject map en open de mri map.
Klik vervolgens op de originele directory en open de structurele mri-gegevens en klik op OK. Bekijk vervolgens de grijsschaal afbeelding van het hoofd en kijk naar de verschillende lagen van grijs en zwart rond de hersenen. Zorg ervoor dat deze lagen geen gaten of onregelmatigheden hebben. Gebruik de kleurenkiezer tool om de Voxel van de laag te selecteren die moet worden gecorrigeerd.
Schakel over naar de vrijhand voxel-bewerking en klik om op het beeld te tekenen. Gebruik deze procedure om eventuele defecten in het MRI-beeld in te vullen. Voer correctie uit voor alle lagen en MRI-slices waar defecten optreden.
Vervolgens voert u subject-specifieke EEG-sensoruitlijning uit naar de MRI-ruimte met behulp van het free surfer hoofdmodel overlay. Sla vervolgens de transformatie op. Open de MNE Analyze-applicatie.
Klik op Bestand en vervolgens op Laad oppervlak. Navigeer naar de map met de subjectgegevens en laad het piële oppervlak. Klik op Bestand en vervolgens op Digitalisatorgegevens laden en selecteer het EEG-bestand van interesse.
Klik op Weergave en Toon Viewer. Zodra de Viewer GUI verschijnt, klikt u op Opties en zorg ervoor dat de opties voor scalp en digitalisatorgegevens zijn geselecteerd. Elektroden worden hier in rood weergegeven met fiducial punten in geel.
Selecteer op het hoofdscherm Aanpassen en vervolgens Coördinaatuitlijning. Gebruik de Coördinaatuitlijning GUI om de EEG-elektroden in de viewer te verschuiven en te roteren met de pijl- en links-rechts knoppen. Pas naar behoefte aan.
Zodra de uitlijning is voltooid, klikt u op Opslaan onderaan de Coördinaatuitlijning GUI om de uitlijning op te slaan. Voor EEG-gegevensanalyse voert u scannergradiëntartefactcorrectie uit door middel van sjabloonaftrekking door te klikken op de MR-correctieknop in het speciale signaalverwerkingsmenu en de juiste parameters te selecteren in de EEG-analysesoftware GUI. Om cardioballistische artefacten te verwijderen door middel van sjabloonaftrekking, klikt u op de CB-correctieknop in het speciale signaalverwerkingsmenu en selecteert u de juiste parameters in de analysesoftware GUI.
Pas vervolgens filtratie toe onder datafiltratie. Selecteer de knop voor IIR-filtratie bovenaan de analyse GUI. Gebruik bijvoorbeeld een hoge doorlaat bij 0,05 Hertz, een lage doorlaat bij 40 Hertz en een notchfilter bij de stroomlijnfrequentie met een afrol van 48 decibel per
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
De spatiotemporele fMRI-beperkte EEG-bronbeeldmethode integreert EEG- en fMRI-gegevens om de nauwkeurigheid van neuroimaging te verbeteren. Deze techniek helpt bij het begrijpen van complexe cognitieve processen en neurale paden.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschap
- Neuroimaging
- Cognitieve processen
Achtergrond
- EEG en fMRI zijn complementaire neuroimaging-technieken.
- Ruimtelijke specificiteit en temporele resolutie zijn essentieel bij het bestuderen van hersenfuncties.
- De methode maakt gebruik van fMRI-priors om de EEG-bronlokalisatie te verbeteren.
- Toepassingen omvatten onderzoek naar epilepsie en neurocognitieve stoornissen.
Doel van de studie
- Om temporele relaties tussen hersengebieden te bepalen.
- Om neurale paden te verkennen die betrokken zijn bij cognitieve processen.
- Om de resolutie van functionele neuro-imaging te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Integratie van EEG- en fMRI-gegevens.
- Gebruik van conditioneel actieve fMRI-subkaarten als priors.
- Verbetering van de ruimtelijke en temporele nauwkeurigheid in neuroimaging.
- Visuele demonstraties ter ondersteuning bij het aanleren van de methode.
Belangrijkste Resultaten
- Verbeterde ruimtelijke specificiteit bij de lokalisatie van EEG-bronnen.
- Verbeterde nauwkeurigheid in het begrip van hersenfuncties.
- Inzichten in visueel-motorische en emotionele verwerkingssystemen.
- Potentiële toepassingen in diverse cognitieve domeinen.
Conclusies
- De methode verbetert niet-invasieve neuroimaging aanzienlijk.
- Het biedt waardevolle inzichten in complexe cognitieve processen.
- Verdere exploratie van de toepassingen hiervan is gerechtvaardigd.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor het management
De integratie van EEG- en fMRI-gegevens verbetert de ruimtelijke en temporele resolutie bij neuro-imaging, waarmee een cruciale uitdaging wordt aangepakt bij het in kaart brengen van dynamische hersenactiviteit voor targetvalidatie in CNS-medicijnontwikkeling. Deze multimodale benadering vergroot het voorspellende vertrouwen door lokalisatiebias van de bron en cross-talk tussen conditioneel actieve regio's te verminderen, wat bijdraagt aan mechanistische de-risking in preklinische modellen van neurologische aandoeningen. De methode maakt een nauwkeurigere toetsing mogelijk van therapeutische hypothesen met betrekking tot de modulatie van neurale paden en de afstemming van biomarkers.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om temporele relaties tussen hersengebieden te onderzoeken om pathofysiologische routes in ziektemodellen te verduidelijken.
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt de validatie van functionele targets door de nauwkeurigheid van de EEG-bronlokalisatie te verbeteren via dynamische fMRI-priors.
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanistische ambiguïteit bij het modelleren van neurale circuits, waardoor het vertrouwen in beoordelingen van target engagement toeneemt.
Screening & assayontwikkeling
- Operationele Waarde: Genereert gestandaardiseerde corticale activiteitskaarten en tijdreeksen die geschikt zijn voor reproduceerbare assay-ontwikkeling in de neurofarmacologie.
- Operationele Waarde: Levert kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen (bijv. bewijs voor bronlokalisatie, corticale activatiepatronen) voor compound-screening.
- Operationele Waarde: Verhoogt de assay-specificiteit door gebruik te maken van fMRI-afgeleide ruimtelijke priors om off-target interferentie van corticale signalen te minimaliseren.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele Waarde: Maakt continuïteit mogelijk van ontdekking tot preklinische validatie door dynamische corticale activiteit in ziekte-relevante systemen in kaart te brengen.
- Translationele Waarde: Ondersteunt de afstemming van biomarkers door spatiotemporele neurale signaturen te identificeren die geassocieerd zijn met cognitieve of motorische eindpunten.
- Translationele Waarde: Faciliteert risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling door het voorspellende vertrouwen in de resultaten van targetmodulatie te verbeteren.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen het ontdekkingscontinuüm, van hypothesetoetsing in vroeg neuroscience-onderzoek tot lead-identificatie en preklinische validatie, in het bijzonder voor CNS-doelen die een dynamische analyse van signaalpaden vereisen.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van signaalpaden door het oplossen van spatiotemporele dynamieken van corticale netwerken die betrokken zijn bij cognitieve en motorische verwerking.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk via reproduceerbare, kwantitatieve EEG-fMRI-outputs waarmee effecten van verbindingen op de hersenactiviteit kunnen worden vergeleken.
- Analytics: Levert modelbewijs en corticale tijdverloopmetingen die teams helpen om condities te vergelijken en target engagement te beoordelen.
- Translationeel onderzoek: Legt een verbinding met preklinische continuïteit door vertaalbare patronen van neurale activiteit te bieden die overeenkomen met gedragsmatige of klinische eindpunten.
- Enterprise Reuse: Vertegenwoordigt een herbruikbare neuroimaging-capaciteit die toepasbaar is over meerdere therapeutische gebieden van het centraal zenuwstelsel en target-klassen.
Operationele & Bedrijfsmatige Impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij targetvalidatie door de ruimtelijke specificiteit te verbeteren en vals-positieven in EEG-bronbeeldvorming te verminderen.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie door gestructureerde workflows voor multimodale data-acquisitie en hiërarchische Bayesiaanse analyse.
- Strategische waarde: Ondersteunt betere go/no-go-beslissingen door mechanistische aannames over targetmodulatie in neurale circuits te de-risken.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van CNS-programma's mogelijk door nauwkeurigere functionele neuro-imagingdata te leveren voor targetvalidatie.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in neurofysiologie, MRI-fysica en computationele modellering voor de integratie van EEG-fMRI.
- Afhankelijk van MRI-compatibele EEG-systemen, gesynchroniseerde acquisitiehardware en gespecialiseerde software (bijv. FreeSurfer, MNE).
- Vereist standaardisatie tussen teams van neurowetenschappen, beeldvorming en data-analysegroepen voor consistente priors en windowing-parameters.
- Overwegingen voor adaptatie omvatten variabiliteit in hoofdanatomie, signaalartefacten en individuele verschillen in neurovasculaire koppeling.
- Praktische beperkingen omvatten het onvermogen om EEG-onzichtbare bronnen te detecteren en de afhankelijkheid van nauwkeurige segmentatie van fMRI-activatiekaarten.
